蔗糖酯對(duì)菜籽油抗氧化作用及其體外抗氧化特性的研究

王未君 黃鳳洪 劉昌盛 李文林 鄭 暢

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所；農(nóng)業(yè)部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；油料脂質(zhì)化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430062)

油菜是我國(guó)最重要的油料作物之一，近年來(lái)，中國(guó)油菜年種植面積和年總產(chǎn)均居世界首位[1]。菜籽油是我國(guó)主要食用油之一，約占我國(guó)食用植物油消費(fèi)量的35%[2]，在我國(guó)食用油市場(chǎng)中具有重要的地位。菜籽油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，富含不飽和脂肪酸、植物甾醇、生育酚、多酚等營(yíng)養(yǎng)功能成分[3，4]。然而研究表明菜籽油在加工和儲(chǔ)藏過(guò)程中，會(huì)受到溫度、光照、氧氣含量、水分和微生物等因素的影響而發(fā)生氧化酸敗，不僅會(huì)改變其固有的品質(zhì)，更會(huì)喪失營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[5，6]。

為延緩菜籽油的氧化，通常會(huì)添加適量的抗氧化劑。根據(jù)抗氧化劑發(fā)揮作用的機(jī)理可將抗氧化劑分為自由基清除劑、氫過(guò)氧化物分解劑、抗氧化劑增效劑、金屬螯合劑、脂氧合酶抑制劑等。然而，一些常用的油脂抗氧化劑如叔丁基對(duì)羥基茴香醚(BHA)、二叔丁基羥基甲苯(BHT)等已被證實(shí)對(duì)動(dòng)物體具有致癌性等副作用[7]，目前美國(guó)已禁止使用BHT，日本在食用油中也已禁止添加BHT和BHA[8]。因此選用安全無(wú)毒的抗氧化劑是保證食用油品質(zhì)的重要手段之一。

蔗糖酯(sucrose ester，SE)是蔗糖與各種脂肪酸酯化而成的一大類酯類化合物的總稱。按照蔗糖羥基與脂肪酸生成酯的取代數(shù)不同，可分為單酯、二酯、三酯及多酯。蔗糖酯由于沒(méi)有毒性，且具有良好的表面性能，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、洗滌劑、保鮮劑、化肥、農(nóng)藥、粘合劑等領(lǐng)域[9]。

蔗糖酯除了主要用作乳化劑和表面活性劑之外，有研究者報(bào)道了蔗糖酯的新用途，王亦蕓[10]認(rèn)為蔗糖酯有一定的抑菌作用和抑制油脂酸敗的作用，陳合[11]等研究發(fā)現(xiàn)蔗糖酯具有延緩大豆油氧化的作用，Junko[12]等研究發(fā)現(xiàn)蔗糖酯對(duì)大豆脂肪氧合酶的活性具有一定的抑制作用。然而，蔗糖酯對(duì)菜籽油的抗氧化作用和其體外抗氧化特性尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道，鑒于此，本實(shí)驗(yàn)以蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯這3種蔗糖酯為抗氧化劑，以菜籽油為研究對(duì)象，考察了蔗糖酯對(duì)菜籽油的抗氧化作用，并對(duì)蔗糖酯的體外抗氧化特性進(jìn)行了研究，旨在為蔗糖酯的更廣泛應(yīng)用提供新思路，也為延緩植物油氧化提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菜籽油(四級(jí)油)；蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯、蔗糖脂肪酸三酯：食品級(jí)，純度≥98%；5,6-聯(lián)苯基-3-(2-吡啶基)-1,2,4-三吖嗪(Ferrozine)、水溶性維生素E(Trolox)、2,2＇-聯(lián)氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺鹽(ABTS)、新亞銅試劑、乙酸銨、硫酸銅、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、重硫酸鉀、硫酸亞鐵等：均為分析純。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

XS 205萬(wàn)分之一電子天平；743 Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性測(cè)定儀；KQ-500DB型數(shù)控超聲波清洗器；純水制備機(jī)；磁力攪拌水浴鍋；DHG90A電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱；Du800紫外/分光光度計(jì)；旋渦混合儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 不同蔗糖酯添加量的菜籽油樣品的制備

分別將0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯添加于菜籽油中，通過(guò)磁力攪拌使蔗糖酯在菜籽油中混合均勻并充分溶解。

1.3.2 蔗糖酯對(duì)菜籽油抗氧化作用的研究[13]

采用Schaal烘箱法。分別將添加3種蔗糖酯的油樣放入燒杯中，敞口放在65 ℃的恒溫烘箱內(nèi)，每隔1 d測(cè)定過(guò)氧化值和氧化誘導(dǎo)時(shí)間。

過(guò)氧化值的測(cè)定：參照GB/T 5538—2005，每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，同時(shí)做對(duì)照樣。

氧化誘導(dǎo)時(shí)間的測(cè)定：精確稱取5.00 g油樣于玻璃管中，設(shè)置743 Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性測(cè)定儀的測(cè)定溫度為110 ℃，空氣流速為20 L/h，根據(jù)記錄的氧化誘導(dǎo)時(shí)間衡量對(duì)菜籽油氧化穩(wěn)定性的影響。每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，同時(shí)做對(duì)照樣。

1.3.3 不同蔗糖酯樣品液的制備

先分別配制5 mg/mL質(zhì)量濃度的蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯樣品液，再分別稀釋成不同質(zhì)量濃度梯度的蔗糖酯樣品液。

1.3.4 蔗糖酯對(duì)ABTS自由基清除率的測(cè)定

參照Miller等[14]和Roberta等[15]的測(cè)定方法并稍作修改。ABTS溶液的配制：稱取76.82 mg ABTS鹽定容到10 mL容量瓶中，另稱取12.23 mg重硫酸鉀定容到另一10 mL容量瓶中，將兩種溶液按1∶1的比例混合均勻之后避光反應(yīng)16 h。使用時(shí)稀釋50倍，現(xiàn)配現(xiàn)用。

將1 mL蔗糖酯樣品液加入4 mL ABTS稀釋液，避光反應(yīng)30 min后，以無(wú)水乙醇調(diào)零，在734 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值。空白組以1 mL無(wú)水乙醇代替蔗糖酯樣品液。各組均測(cè)定3次平行，按照下式計(jì)算蔗糖酯ABTS自由基清除率：

ABTS自由基清除率=(1-A樣品/A空白)×100%

(1)

1.3.5 蔗糖酯對(duì)亞鐵離子螯合能力的測(cè)定

參照李巨秀[16]等的方法并稍作修改。取1 mL蔗糖酯樣品液，加入2 mL無(wú)水乙醇，振蕩混勻，然后加入0.1 mL 2 mmol/L的Fe2SO4溶液，30 s后加入0.2 mL 5 mmol/L的Ferrozine溶液，避光反應(yīng)10 min之后，以無(wú)水乙醇調(diào)零，在562 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值。空白組以1 mL無(wú)水乙醇代替蔗糖酯樣品液。各組均測(cè)定3次平行，按照下式計(jì)算蔗糖酯螯合亞鐵離子的能力：

螯合亞鐵離子能力=(1-A樣品/A空白)×100%

(2)

1.3.6 蔗糖酯對(duì)銅離子還原能力的測(cè)定

參照王曉宇[17]的方法并稍作修改。配制濃度為5 mmol/L的硫酸銅溶液，濃度為3.75 mmol/L的新亞銅溶液和pH=7的醋酸銨緩沖液備用。在0.5 mL蔗糖酯樣品液中加入1.0 mL硫酸銅溶液、1.0 mL新亞銅溶液和1.0 mL醋酸銨緩沖液，再加入1.0 mL蒸餾水，混合均勻之后在37 ℃恒溫水浴中避光反應(yīng)30 min，最后在450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：以VE標(biāo)準(zhǔn)溶液代替蔗糖酯樣品液，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和其吸光值建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。最終結(jié)果以VE當(dāng)量表示。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；采用SPSS17.0進(jìn)行顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加量蔗糖酯對(duì)菜籽油過(guò)氧化值的影響

添加蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯菜籽油樣品的過(guò)氧化值的變化如表1所示。由表1可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同蔗糖脂肪酸單酯添加量油樣的過(guò)氧化值都在逐漸增大，在65 ℃儲(chǔ)藏溫度下，時(shí)間越長(zhǎng)，菜籽油氧化酸敗的程度越大。其中，對(duì)照油樣的過(guò)氧化值上升得最快，當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間為4 d時(shí)，上升數(shù)值高達(dá)4.03 mmol/kg；而相比之下添加了蔗糖脂肪酸單酯的菜籽油過(guò)氧化值上升得較慢，且添加量越大，越能控制菜籽油過(guò)氧化值的升高，當(dāng)蔗糖脂肪酸單酯添加量為0.4%時(shí)，在4 d時(shí)過(guò)氧化值上升數(shù)值僅為2.18 mmol/kg，比對(duì)照油樣的上升數(shù)值低了45.9%，這表明蔗糖脂肪酸單酯能有效延緩菜籽油儲(chǔ)藏中的氧化酸敗。

添加蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯也均能有效抑制菜籽油儲(chǔ)藏過(guò)程中過(guò)氧化值的升高，且添加量越大，效果越好。當(dāng)蔗糖脂肪酸二酯添加量為0.4%時(shí)，在4 d時(shí)過(guò)氧化值上升數(shù)值僅為1.70 mmol/kg，比對(duì)照油樣的上升數(shù)值低了57.8%；當(dāng)蔗糖脂肪酸三酯添加量為0.4%時(shí)，在4 d時(shí)過(guò)氧化值上升數(shù)值僅為1.27 mmol/kg，比對(duì)照油樣的上升數(shù)值低了68.5%。

3種蔗糖酯抑制菜籽油儲(chǔ)藏過(guò)程中過(guò)氧化值升高的能力大小為：蔗糖脂肪酸三酯>蔗糖脂肪酸二酯>蔗糖脂肪酸單酯。

2.2 不同添加量蔗糖酯對(duì)菜籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響

添加蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯的菜籽油樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間的變化如表2所示。由表2可知，儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)，所有油樣的氧化誘導(dǎo)時(shí)間都越短，即貨架期越短，但是添加了蔗糖脂肪酸單酯的油樣的氧化誘導(dǎo)時(shí)間明顯比對(duì)照油樣縮短得慢，而且增大蔗糖脂肪酸單酯的添加量，可明顯增加油樣的氧化誘導(dǎo)時(shí)間，在儲(chǔ)藏4 d時(shí)，添加0.4%蔗糖脂肪酸單酯的油樣氧化誘導(dǎo)時(shí)間為12.43 h，比相同時(shí)間的對(duì)照油樣延長(zhǎng)了5.22 h，即72.4%，這表明蔗糖脂肪酸單酯能有效延長(zhǎng)菜籽油的貨架期。

表1 添加蔗糖脂肪酸酯對(duì)菜籽油過(guò)氧化值的影響

表2 添加蔗糖脂肪酸酯對(duì)菜籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響

添加蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯也均能延長(zhǎng)菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間，且添加量越大，效果越好。當(dāng)蔗糖脂肪酸二酯添加量為0.4%時(shí)，在4 d時(shí)油樣氧化誘導(dǎo)時(shí)間為13.99 h，比相同時(shí)間的對(duì)照油樣延長(zhǎng)了6.78 h，即94.0%；當(dāng)蔗糖脂肪酸三酯添加量為0.4%時(shí)，在4 d時(shí)油樣氧化誘導(dǎo)時(shí)間為16.09 h，比相同時(shí)間的對(duì)照油樣延長(zhǎng)了8.88 h，即1.2倍。

3種蔗糖酯對(duì)延長(zhǎng)菜籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的能力大小為：蔗糖脂肪酸三酯>蔗糖脂肪酸二酯>蔗糖脂肪酸單酯。蔗糖酯延緩菜籽油氧化酸敗，一方面可能是因?yàn)檎崽酋タ梢愿淖冇秃涂諝庵g的界面性質(zhì)，降低了過(guò)氧化物在油滴中的分配比，從而使油中的自由基減少并減緩氧化[11]；另一方面可能是因?yàn)檎崽酋ツ芤种朴椭Y(jié)晶成長(zhǎng)，還可能與油中的維生素E產(chǎn)生協(xié)同作用，進(jìn)而抑制油脂質(zhì)量惡化[18]，而且這種延緩氧化的作用效果隨著蔗糖酯酯化程度的增大而增強(qiáng)。

2.3 蔗糖酯的ABTS自由基清除率測(cè)定

3種蔗糖酯對(duì)ABTS自由基的清除能力如圖1所示。由圖1可知，3種蔗糖酯均具有一定的ABTS自由基清除能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對(duì)ABTS自由基的清除率也逐漸增大。相比之下，蔗糖脂肪酸三酯清除ABTS自由基能力最強(qiáng)，當(dāng)其質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，清除率為27.5%，而蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸二酯在此質(zhì)量濃度時(shí)，清除率分別僅為14.9%和22.7%。這表明蔗糖脂肪酸三酯對(duì)于菜籽油來(lái)說(shuō)是一種較好的ABTS自由基清除劑，可能是由于其提供的氫能與自由基結(jié)合，使自由基轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的產(chǎn)物，從而有助于延緩油脂的氧化[19]。

圖1 蔗糖酯對(duì)ABTS自由基的清除能力

2.4 蔗糖酯的Fe2+螯合率測(cè)定

食用油中通常含有微量的金屬離子，它們會(huì)促進(jìn)氫過(guò)氧化物的分解，還會(huì)促進(jìn)自由基的產(chǎn)生[20]，從而導(dǎo)致食用油發(fā)生氧化酸敗。3種蔗糖酯對(duì)Fe2+的螯合能力如圖2所示。由圖2可知，3種蔗糖酯對(duì)Fe2+均有一定的螯合能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對(duì)Fe2+的螯合能力也逐漸增強(qiáng)。其中蔗糖脂肪酸二酯對(duì)Fe2+的螯合能力最強(qiáng)，在其質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL時(shí)，對(duì)Fe2+的螯合率為64.0%，而此濃度下的蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸三酯對(duì)Fe2+的螯合率分別為55.3%和60.5%。這表明蔗糖脂肪酸二酯是一種較好的金屬離子螯合劑，可能是能與金屬離子絡(luò)合并穩(wěn)定金屬離子的氧化態(tài)，從而抑制金屬離子的促氧化效應(yīng)[21]。

圖2 蔗糖酯對(duì)Fe2+的螯合能力

2.5 蔗糖酯的Cu2+還原能力測(cè)定

測(cè)定物質(zhì)的氧化還原能力是運(yùn)用較為廣泛的一類用來(lái)評(píng)價(jià)抗氧化能力的方法，該類方法主要是檢測(cè)物質(zhì)的還原能力，Cu2+還原能力即是這類方法的主要方法之一。3種蔗糖酯對(duì)Cu2+的還原能力如圖3所示。由圖3可知，3種蔗糖酯對(duì)Cu2+均有一定的還原能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對(duì)Cu2+的還原能力也逐漸增強(qiáng)。其中蔗糖脂肪酸二酯對(duì)Cu2+的還原能力最強(qiáng)，在其質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，對(duì)Cu2+的還原能力為242.0 μmol/L VE當(dāng)量，而蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸三酯在此濃度下對(duì)Cu2+的還原能力分別為207.6 μmol/L VE當(dāng)量和149.6 μmol/L VE當(dāng)量。

圖3 蔗糖酯對(duì)Cu2+的還原能力

3 結(jié)論

蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯3種蔗糖酯對(duì)菜籽油均有一定的抗氧化作用，能在一定程度上減緩儲(chǔ)藏過(guò)程中過(guò)氧化值的升高，延長(zhǎng)氧化誘導(dǎo)時(shí)間。其中蔗糖脂肪酸三酯效果最佳，添加0.4%蔗糖脂肪酸三酯油樣的過(guò)氧化值的增量比對(duì)照油樣降低68.5%，氧化誘導(dǎo)時(shí)間對(duì)照油樣延長(zhǎng)1.2倍。

在ABTS自由基清除、Fe2+螯合和Cu2+還原這3種體外抗氧化方法中，3種蔗糖酯均表現(xiàn)出不同程度的抗氧化能力。其中蔗糖脂肪酸三酯在ABTS自由基清除能力方面相對(duì)最強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)考察的濃度范圍內(nèi)，清除率最高可達(dá)27.5%；蔗糖脂肪酸二酯在Fe2+螯合能力和Cu2+還原能力方面相對(duì)最強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)考察的濃度范圍內(nèi)，對(duì)Fe2+螯合率最高可達(dá)64.0%，對(duì)Cu2+還原能力最高可達(dá)242.0 μmol/L VE當(dāng)量。