高壓靜電場協同抗氧化劑抑制大豆油氧化

袁 媛，季 婉，張 巖，莊 紅,

（1.吉林大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130062；2.吉林大學物理學院，吉林 長春 130062）

油脂是人類生命活動中必不可少的物質，然而油脂在貯藏期間容易發生氧化反應，導致其食用品質下降，甚至危害人類健康[1-2]。目前油脂常用的保鮮方法有低溫貯藏、氣調保鮮、添加抗氧化劑等[3-5]，這些方法起到一定抗氧化效果的同時，在實際應用中也有不足之處，例如：全程低溫冷鏈難以實現，氣調設施難以全面推廣，人工合成油脂抗氧化劑存在潛在安全隱患等。因此，研究與開發新型的抗氧化保鮮處理方法已成為油脂行業亟需解決的問題[6]。

高壓靜電場是一種人工綜合效應場，220 V電壓經處理后輸出穩定的直流高電壓，在兩塊平行的電極板間形成高壓勻強靜電場，通過控制臺調節電壓改變電場強度[7]。目前，高壓靜電技術在食品領域的應用研究主要包括：食品保鮮[8-9]、酶的鈍化[10]、食品殺菌[11]等；但高壓靜電場抑制油脂氧化等方面的研究鮮有報道[12]。

本研究以大豆油為原料，利用高壓靜電場與常用抗氧化劑的協同作用，以期探索出大豆油抗氧化的新方法，為延長其保質期、保障其品質及安全提供一定的基礎依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆油（精煉一級） 嘉里糧油（營口）有限公司。

茶多酚（生物試劑，純度≥98%）、植酸（生物試劑，純度≥70%）、特丁基對苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）（生物試劑，純度≥98%） 上海源葉生物有限公司；2,4-二硝基苯肼國藥集團化學試劑有限公司；茴香胺 美國Sigma公司；異辛烷（色譜純）、硫代硫酸鈉、三氯乙酸等（均為分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設備

NDYDJC-20kVA油浸式交流串級試驗變壓器及控制臺 武漢南星電力科技有限公司；ED 53潔凈烘箱（精密） 德國賓德公司；MX-S渦旋振蕩器美國賽洛捷克公司；AG204電子天平 美國梅特勒-托利多公司；HHS-11-8電熱恒溫水浴鍋 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；UV-7504C紫外-可見分光光度計 上海精科實業有限公司；QP2010氣相色譜質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用儀 島津國際貿易上海有限公司；Rxi-5ms色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國瑞斯泰克公司。

1.3 方法

1.3.1 預氧化油脂樣品的制備

將10 mL大豆油裝入培養皿中，高壓靜電場分別設置場強0（對照）、50、150、250、350、400 kV/m，每組處理時間均為30 min，每組設置3 個平行。處理后的油脂樣品放入150 ℃烘箱中，4 h后取出置于室溫條件下貯存。預氧化油脂樣品重復處理3 次。

1.3.2 油脂結合抗氧化劑樣品的處理

參考GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[13]，大豆油中分別添加0.2 g/kg抗氧化劑（茶多酚、植酸、TBHQ），混勻后分裝入培養皿，高壓靜電場分別設置場強0、150 kV/m，每組處理時間均為30 min，每組設置3 個平行。之后放入100 ℃烘箱中，8 h后取出置于室溫條件下貯存。以上操作重復3 次。以不加任何抗氧化劑、不經過電場處理的油脂樣品作為對照組。

1.3.3 油脂氧化評價指標的測定

過氧化值、酸價、羰基價、茴香胺值，分別參考GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》[14]、GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》[15]、GB 5009.230—2016《食品安全國家標準 食品中羰基價的測定》[16]、GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》[17]方法進行檢測。

1.3.4 油脂脂肪酸相對含量的測定

1.3.4.1 脂肪酸甲酯的制備

參考GB 5009.168—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》[18]和文獻[19-20]的處理方法將樣品中的脂肪酸甲酯化。稱取0.06 g樣品于10 mL具塞試管中，每個試管加入4 mL異辛烷、0.2 mL 2 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液，塞緊試管塞，劇烈振搖2 min，至試管內混合溶液澄清，加1 g一水合硫酸氫鈉，劇烈振搖1 min，靜置40 min。取上清液待測。

1.3.4.2 GC-MS檢測

GC條件：進樣口溫度為250 ℃，分流比1∶40，高純氦氣（99.999%）的流速為2 mL/min；色譜柱升溫按照如下程序：160 ℃保持50 min，然后以2 ℃/min的速率均勻升至220 ℃，并保持10 min。

MS條件：離子源溫度200 ℃，電子能量70 eV；接口溫度為220 ℃；采集掃描Scan，質量掃描范圍40～390 u。

1.4 數據統計分析

各項指標均為3 組平行的平均值，應用Excel 2010軟件計算標準偏差并作圖，應用SPSS 19.0軟件中多重比較法進行差異顯著性分析，以P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 高壓靜電場單獨處理對大豆油油脂氧化的影響

2.1.1 氧化相關理化指標

在本研究過程中，首先通過油脂氧化典型指標評價高壓靜電場單獨處理對大豆油油脂氧化的影響（圖1）。所選擇的各評價指標（過氧化值、酸價、羰基價及茴香胺值）均隨高壓靜電場強度的增強呈現先減小后增大的趨勢。總地來說，過氧化值、酸價和羰基價在場強為150 kV/m時最小，茴香胺值在250 kV/m時最小，其中，150 kV/m實驗組的過氧化值和羰基價與對照組之間差異顯著（P＜0.05）?？紤]到場強為150 kV/m時，過氧化值與對照組差異顯著，而且場強越大，電壓越高，操作難度和不安全系數越大，故選擇150 kV/m作為后續實驗的靜電場條件。

圖1 不同場強的高壓靜電場對大豆油氧化相關理化指標的影響Fig. 1 Effects of different high voltage electrostatic fields on indicators of soybean oil oxidation

2.1.2 脂肪酸相對含量

脂肪酸是油脂的重要組成成分，決定油脂的固有屬性。目前脂肪酸組成多用來表征油脂的理化特征、營養價值[21-22]。油脂在氧化過程中，順式和反式脂肪酸的比例及生物活性物質的含量也會發生改變[23]。本研究選取了大豆油中4 種典型脂肪酸，即棕櫚酸、順-9,12-十八碳二烯酸、反-9-十八碳烯酸、硬脂酸，考察高壓靜電場對脂肪酸相對含量的影響（圖2）。綜合看來，高壓靜電場對大豆油氧化過程中脂肪酸相對含量的影響并不大，各處理組與對照組間差異不顯著（P＞0.05）。

圖2 不同場強的高壓靜電場對大豆油典型脂肪酸相對含量的影響Fig. 2 Effects of different high voltage electrostatic fields on the relative contents of typical fatty acids in soybean oil

2.2 高壓靜電場協同抗氧化劑對大豆油油脂抗氧化的影響

2.2.1 過氧化值

由圖3可知，對照組的過氧化值為262 mmol/kg，單獨加電場的樣品過氧化值為225 mmol/kg，與對照組相比下降了14.1%；加茶多酚不加電場的樣品的過氧化值為249 mmol/kg，結合電場后的過氧化值下降為172 mmol/kg，兩組差異極顯著（P＜0.01）；加植酸不加電場的樣品的過氧化值為269 mmol/kg，結合電場后的過氧化值為265 mmol/kg，兩組之間無明顯變化；加TBHQ不加電場的樣品的過氧化值為155 mmol/kg，結合電場后的過氧化值為139 mmol/kg，后者比前者下降10.3%，兩者差異不顯著（P＞0.05）。由此可以看出，茶多酚結合靜電場對大豆油的氧化抑制作用顯著增強，TBHQ本身對大豆油的氧化有更為明顯的抑制作用，但是與靜電場相結合，增效作用不大，植酸對其沒有抑制作用。與對照組相比，茶多酚結合150 kV/m高壓靜電場處理對大豆油氧化過氧化值的有效降低率為34.4%。

圖3 150 kV/m高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油過氧化值的影響Fig. 3 Effects of different antioxidants on peroxide value in soybean oil under 150 kV/m high voltage electrostatic field

2.2.2 酸價

圖4 150 kV/m高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油酸價的影響Fig. 4 Effects of different antioxidants on acid value in soybean oil under 150 kV/m high voltage electrostatic field

如圖4所示，對照組的酸價為7.4 mg/g，加電場的樣品酸價為7.3 mg/g；加茶多酚不加電場的樣品的酸價為5.5 mg/g，結合電場后的酸價為2.4 mg/g，兩者差異顯著（P＜0.05）；加植酸不加電場的樣品的酸價為8.2 mg/g，結合電場后的酸價為6.8 mg/g，后者比前者下降了17.1%，兩組之間差異不顯著（P＞0.05）；加TBHQ不加電場的樣品的酸價為2.3 mg/g，結合電場后的樣品的酸價為2.2 mg/g，兩組之間無明顯變化。說明茶多酚與150 kV/m高壓靜電場結合的增效作用較好，與對照組相比，對大豆油氧化酸價的有效降低率為67.6%。

2.2.3 羰基價

圖5顯示了高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油羰基價的影響，對照組的羰基價為488 meq/kg，只加電場的樣品羰基價為423 meq/kg，比對照組下降了13.3%；加茶多酚不加電場樣品的羰基價為309 meq/kg，結合電場后的羰基價下降為166 meq/kg，兩組之間差異極顯著（P＜0.01）；加植酸不加電場的樣品的羰基價為426 meq/kg，結合電場后的樣品的羰基價為402 meq/kg，與對照組相比差異不顯著（P＞0.05）；加TBHQ不加電場的樣品的羰基價為161 meq/kg，結合電場后的羰基價為120 meq/kg，后者比前者下降25.5%，兩組之間差異不顯著（P＞0.05）。由此可見，抗氧化劑結合靜電場對抑制羰基價升高的增效作用中，茶多酚最明顯，其次是TBHQ，最后是植酸。與對照組相比，茶多酚結合150 kV/m高壓靜電場處理對大豆油氧化羰基價的有效降低率為66.0%。

圖5 150 kV/m高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油羰基價的影響Fig. 5 Effects of different antioxidants on carbonyl value in soybean oil under 150 kV/m high voltage electrostatic field

2.2.4 茴香胺值

圖6 150 kV/m高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油茴香胺值的影響Fig. 6 Effects of different antioxidants on anisamine value in soybean oil under 150 kV/m high voltage electrostatic field

如圖6所示，對照組的茴香胺值為429.8，加電場的樣品的茴香胺值為383.0，比對照組下降了10.9%；加茶多酚不加電場的樣品茴香胺值為361.5，結合電場后的茴香胺值為193.4，兩組之間差異顯著（P＜0.05）；加植酸不加電場的樣品茴香胺值為469.3，結合電場后的茴香胺值為453.9，兩組甚至均高于對照組；加TBHQ不加電場的樣品茴香胺值為105.8，結合電場后的茴香胺值為91.0，后者比前者下降了14.0%，但差異不顯著（P＞0.05）。因此，茶多酚與靜電場的增效作用明顯，TBHQ與靜電場的增效作用不明顯，植酸對大豆油的氧化沒有抑制作用。與對照組相比，茶多酚結合150 kV/m高壓靜電場處理對大豆油氧化茴香胺值的有效降低率為55.0%。

2.2.5 脂肪酸相對含量

圖7 150 kV/m高壓靜電場結合不同抗氧化劑對大豆油典型脂肪酸相對含量的影響Fig. 7 Effects of different antioxidants on the relative content of typical fatty acids in soybean oil under 150 kV/m high voltage electrostatic field

由圖7可知，加入3 種抗氧化劑并未顯著增強高壓靜電場對大豆油各類脂肪酸相對含量的影響，各加電場的實驗組與未加電場的對照組之間差異不顯著（P＞0.05），與靜電場單獨處理大豆油的實驗結果一致。

3 討 論

本實驗前期研究中發現150 kV/m高壓靜電場對大豆油氧化有一定的抑制作用，但是4 個油脂氧化評價指標中，對酸價和茴香胺值的抑制率不是十分明顯，因此將高壓靜電場與抗氧化劑相結合，以期達到更好的抗氧化效果；另一方面，期望借助物理手段，增強抗氧化劑自身的性能，最大程度減少其添加量，開發出更安全、高效的抗氧化劑。

油脂的自動氧化是自由基的連鎖反應。大豆油氧化過程中產生的自由基活性很強，極度不穩定，容易奪取電子[24-25]使其進一步氧化。用高壓靜電場處理大豆油，給予其電子，使自由基穩定下來，從而抑制了大豆油的氧化，宏觀表現在過氧化值、酸價、羰基價、茴香胺值均有所下降。

植酸作為食品的抗氧化劑，能使許多可促進氧化作用的金屬離子被螯合而失去活性，同時釋放出氫離子，破壞分解油脂在自動氧化過程中產生的過氧化物，阻止其繼續形成醛、酮等有害物[26]。但是也有研究稱植酸作為一種抗氧化增效劑，與抗氧化劑復配使用，效果較好。另外，本實驗中植酸的純度為70%，抗氧化效果可能與純度有關，因此可能導致植酸未起到抗氧化作用。

茶多酚與TBHQ的抗氧化能力的原理是一致的。兩者都是還原劑，提供H＋與自由基結合，終止自由基連鎖反應[27-29]，從而抑制大豆油的氧化。然而，茶多酚是一類天然存在的多羥基酚類化合物的混合物[30]，TBHQ是人工合成的二酚類化合物，高壓靜電場對二者抗氧化性的影響不同，可能由于茶多酚復雜的組成，也可能與羥基的數量、位置等有關。高壓靜電場與茶多酚的協同作用機理還有待進一步研究。

高壓靜電場結合抗氧化劑對大豆油脂的脂肪酸種類及相對含量無明顯影響。在煎炸過程中，油脂不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的轉化、氧化及順、反異構化反應，需要外界提供能量；因此，脂肪酸的變化與加熱溫度、時間密切相關，正常加工過程中其種類、比例變化不大[31-35]，本研究中大豆油脂的所有處理都基于相同的預氧化溫度和時間，在此階段提供的能量相同，說明高壓靜電場提供的能量不足以改變脂肪酸的結構。

4 結 論

本研究采用高壓靜電場與抗氧化劑相結合的方式處理大豆油，通過檢測其常規理化指標和相對脂肪酸含量，分析對大豆油的抗氧化效果。結果表明，150 kV/m高壓靜電場結合茶多酚可以顯著提高茶多酚的抗氧化能力，有效抑制大豆油的氧化，為開發油脂抗氧化的新方法提供一定的理論參考。