特丁基對苯二酚與迷迭香提取物對亞麻薺籽油貯藏穩定性的影響

于立芹1,2,張華南1,2,徐如冰1,2,劉雨晴1,2,朱 杰1,2,范 毅1,2,李飛飛1,2,張海希

(1.河南省生物技術開發中心,河南鄭州 450002;2.河南省植物天然產物開發工程技術研究中心,河南鄭州 450002;3.安陽九安農業有限責任公司,河南安陽 455000)

亞麻薺為十字花科植物,是一種在世界范圍內廣泛種植的油料作物,早在新石器時代就被人類作為食物,曾在歐洲普遍食用[1]。近年來,亞麻薺由于植株具有較強的抗逆境脅迫能力且油中含有獨特的脂肪酸組成,重新受到研究的極大關注[2]。亞麻薺籽油富含ω-3脂肪酸,其中α-亞麻酸含量可達30%以上[3],是一種潛在的具有降低多種退行性疾病及炎癥(如心腦血管疾病、類風濕性關節炎等)患病風險的活性資源[4],目前在歐洲及美國、加拿大等多個國家已被批準作為普通食品食用[5-6]。

亞麻薺籽油富含不飽和脂肪酸,因此在貯藏過程中極易被氧化,且在光照、加熱、金屬等存在情況下形成大量活性自由基,進而轉變成為氫氧化物及二次氧化產物。氧化產物的出現可改變油脂的理化性質,且破壞其貨架期、營養價值、外觀及氣味,甚至對人體產生慢性危害[7]。目前,國內外尚無對亞麻薺籽油食品貨架期的研究及氧化過程中脂肪酸組成變化的研究,僅有個別文獻報道了亞麻薺籽油轉化為生物柴油后的氧化穩定性及合成抗氧化劑對其貯藏穩定性的影響[8]。針對這一問題,本文在參考抗氧化劑國家標準限量使用范圍基礎上,采用Schaal烘箱法及Rancimat法,以過氧化值(POV)及氧化誘導時間作為穩定性的評價指標,研究不同抗氧化劑對亞麻薺籽油穩定性的影響,同時測定加速氧化前后脂肪酸組成變化,以期為亞麻薺籽油的生產、儲存提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

亞麻薺籽油 由本實驗室液壓壓榨制備;特丁基對苯二酚(TBHQ)(≥99.0%) 食品級,翁源廣業清怡食品科技有限公司;迷迭香提取物(鼠尾草酸含量≥15%) 食品級,河南森源本草天然產物股份有限公司;三氯甲烷(≥99.0%)、冰乙酸(≥99.8%) 均為分析純(AR),國藥集團化學試劑有限公司;硫代硫酸鈉(≥99.0%)、可溶性淀粉 均為分析純(AR),天津市致遠化學試劑有限公司;碘化鉀(≥99.0%) 分析純(AR),天津市科密歐化學試劑有限公司。

ME204分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;DHG型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;743Rancimat油脂氧化穩定性測定儀 瑞士Metrohm公司;Synergy超純水處理儀 美國Millipore公司;島津GC-2010plus氣相色譜儀 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 油樣配制 從市場上植物油產品常用抗氧化劑中選擇一種合成抗氧化劑與天然抗氧化劑,分別為TBHQ與迷迭香提取物。根據GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》設定不同抗氧化劑使用量。每種抗氧化劑均設高、中、低3個劑量水平。TBHQ使用量最高值為國標允許的最大添加量即0.02%,最低使用量為0。由于天然抗氧化劑成本較高且受植物油中溶解性限制,迷迭香提取物使用量最高劑量設置為0.04%,最低使用劑量為0。按照兩因素三水平均勻設計配制抗氧化劑配伍組合,具體配制比例見表1。試驗號1～試驗號8樣品為添加不同抗氧化劑樣品,試驗號9樣品為空白亞麻薺籽油樣品。

表1 不同抗氧化劑添加量Table 1 Addition amount of different antioxidants

1.2.2 Schaal烘箱加速試驗

1.2.2.1 POV值測定 參考文獻[9-10]報道方法,將表1中試驗號1～試驗號9各100 g亞麻薺籽油樣品置于250 mL燒杯中,于(60±0.5) ℃的電熱恒溫鼓風干燥箱中放置38 d。每隔1 d取樣測定POV值,14 d后對抗氧化效果較好的樣品每隔5 d測定POV值,直至各樣品POV值達到國標上限規定且與其他樣品抗氧化效果有明顯區分。

亞麻薺籽油POV值測定方法參照GB 5009.227-2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》進行。

1.2.2.2 脂肪酸組成測定 Schaal烘箱加速試驗前,測定新鮮壓榨亞麻薺籽油脂肪酸組成。Schaal烘箱加速試驗結束后,將放置烘箱的樣品取出,測定空白亞麻薺籽油及添加不同抗氧化劑配比亞麻薺籽油樣品加速氧化38 d后脂肪酸組成。脂肪酸測定方法參照GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》檢測。

1.2.2.3 貨架期預測 Schaal烘箱加速法得到加速氧化放置時間數據后,根據Van’t Hoff方程溫度與貨架期壽命系數關系,推測空白亞麻薺籽油及添加不同抗氧化劑后樣品貨架期[11]。

1.2.2.4 相關性分析 將烘箱法加速氧化后各亞麻薺籽油樣品中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸含量分別與其預測貨架期進行Pearson相關性分析。

1.2.3 Rancimat法測定氧化穩定性 Schaal烘箱加速試驗后,選取空白亞麻薺籽油及抗氧化效果較好的樣品,采用Rancimat法進一步預測其貨架期。參考GB/T 21121-2007《動植物油脂 氧化穩定性的測定》,優化條件如下:取5 g亞麻薺籽油樣品于通氣管中,空氣通入速率20 L/h,測定池中注入60 mL超純水用以吸收加速氧化過程中產生的揮發性組分,分別在90、100、110、120和130 ℃下進行加速氧化試驗,測得氧化誘導時間,利用外推法對氧化誘導時間對數和溫度進行擬合,得到回歸方程,推測各樣品由在20 ℃下貨架期。

1.3 數據處理

所有試驗數據均為至少3次測定的平均值,并計算標準偏差。利用EXCEL進行作圖及回歸方程擬合。相關性分析采用SPSS17.0數據處理軟件Pearson法,P<0.05認為具有相關性。

表2 加速氧化對亞麻薺籽油脂肪酸組成的影響Table 2 Effect of accelerated oxidation on the fatty acid composition of Camelina sativa(L.)Crantz seed oil

注:表中“-”代表含量低于檢測限。2 結果與討論

2.1 加速氧化對亞麻薺籽油過氧化值的影響

根據GB 2716-2018規定,食用植物油的POV值上限是0.25 g/100 g。通過烘箱加速試驗,測得不同亞麻薺籽油樣品的POV值隨時間變化趨勢,結果見圖1?？瞻讈喡樗j籽油樣品在放置60 ℃烘箱2 d后,POV值即達到上限規定,之后隨放置時間延長,POV值快速上升,表明亞麻薺籽油氧化穩定性較差。

添加0.005% TBHQ、0.01%迷迭香、0.04%迷迭香亞麻薺籽油樣品可在一定程度上抑制POV值快速上升,但0.005% TBHQ亞麻薺籽油樣品與0.01%迷迭香亞麻薺籽油樣品在放置第4 d POV值即超出上限規定,0.04%迷迭香樣品在放置第6 d POV值超出上限規定,表明低濃度TBHQ及單獨應用迷迭香提取物對亞麻薺籽油抗氧化效果并不明顯。添加0.005% TBHQ-0.01%迷迭香、0.005% TBHQ-0.04%迷迭香亞麻薺籽油樣品分別在前12 d與前19 d POV值增長趨勢緩慢,分別在第14 d及第24 d后POV值快速上升且樣品間差異逐漸增大。與其他樣品相比,添加0.02% TBHQ、0.02% TBHQ-0.01%迷迭香與0.02% TBHQ-0.04%迷迭香亞麻薺籽油樣品POV值增長趨勢最為緩慢,表明其可較好提高亞麻薺籽油的氧化穩定性。根據POV值可以看出,抗氧化強弱依次順序為:0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.02% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.02% TBHQ>0.005% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.005% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.04%迷迭香提取物>0.01%迷迭香提取物>0.005% TBHQ。

亞麻薺籽油中添加抗氧化劑TBHQ或迷迭香提取物濃度越高,抗氧化效果越好。迷迭香是目前天然抗氧化劑研究與應用中的熱點。據文獻報道[12],迷迭香既具有較好的抗氧化性,又具有抗菌抗病毒作用,但抗氧化效果不如合成類抗氧化劑。TBHQ是目前油脂工業普遍使用的合成抗氧化劑之一,易溶于油脂中,分子間極易形成氫鍵,即便在高溫條件下其揮發性仍較低且保持較高的抗氧化活性,可顯著延長油脂自氧化過程中的誘導期[13]。本研究發現,TBHQ抗氧化效果要顯著優于迷迭香提取物(P<0.05),這與周正等、萬苗等的研究結果相一致[14-15]。

研究結果發現,高濃度TBHQ與迷迭香提取物復合使用后,在前期并無明顯協同增效作用,但在后期表現出較好的抗氧化協同作用,但與迷迭香提取物無劑量相關性。低濃度TBHQ與迷迭香提取物復合使用后,抗氧化效果與迷迭香提取物劑量呈正相關性。其原因可能是,兩種抗氧化劑復配時,TBHQ抗氧化能力高于迷迭香提取物,因此首先被氧化,由于存在迷迭香提取物,可以還原TBHQ使其重新參與抗氧化反應。弱抗氧化劑的存在可以維持強抗氧化劑在體系中的相對穩定濃度,從而起到增效作用[16]。

圖1 TBHQ與迷迭香提取物對亞麻薺籽油POV值影響Fig.1 Effects of TBHQ and rosemary extract on POV of Camelina sativa(L.)Crantz seed oil

2.2 加速氧化對亞麻薺籽油脂肪酸組成的影響

對新鮮壓榨亞麻薺籽油及烘箱加速氧化38 d后不同亞麻薺籽油樣品取樣分析,考察加速氧化過程中脂肪酸組成的變化及抗氧化劑對其影響,結果見表2。

由表2可知,與新鮮壓榨亞麻薺籽油相比,在加速氧化處理后,空白亞麻薺籽油中多不飽和脂肪酸(PUFA)如C18∶2、C18∶3、C20∶2、C20∶4含量明顯下降,單不飽和脂肪酸(MUFA)如C18∶1、C20∶1、C22∶1與飽和脂肪酸(SFA)如C16∶0、C18∶0、C20∶0含量明顯上升,SFA與MUFA比例分別增加約101.9%與71.8%,PUFA比例明顯下降,下降比例約為59.8%。添加一定量的抗氧化劑后,亞麻薺籽油中脂肪酸組成變化越小,說明抗氧化劑的抗氧化活性越強,使得其脂肪酸組成與空白亞麻薺籽油越相近。根據SFA含量判斷抗氧化強弱順序依次為:0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.02% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.02% TBHQ>0.005% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.005% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.04%迷迭香提取物>0.01%迷迭香提取物>0.005% TBHQ,根據MUFA或PUFA含量判斷不同抗氧化效果強弱順序與其結果基本一致。

表6 Rancimat法亞麻薺籽油貨架期預測Table 6 The prediction of shelf life with Rancimat method

2.3 亞麻薺籽油貨架壽命的預測

2.3.1 烘箱法的貨架期預測 根據Van’t Hoff方程法[17],得到溫度與貨架期壽命系數的經驗關系見表3。

表3 溫度與貨架期壽命系數的關系Table 3 The relation of temperature and shelf life coefficient

通過檢測加速氧化后亞麻薺籽油樣品的POV值,預測添加不同抗氧化劑后亞麻薺籽油的貯藏期,結果見表4。結果顯示,空白亞麻薺籽油的貨架期預計僅為32 d。添加不同抗氧化劑均可提高亞麻薺籽油的貯藏穩定性,其中添加0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物與0.02% THBQ+0.01%迷迭香提取物復合抗氧化劑后可使亞麻薺籽油在20 ℃下預期貯藏時間延長至608 d以上,滿足食用油商品貨架期的要求。

表4 亞麻薺籽油添加抗氧化劑的貨架期預測Table 4 The prediction of shelf life of Camelina sativa(L.) Crantz seed oil with different antioxidant

2.3.2 加速氧化后脂肪酸組成與貨架期相關性分析 對烘箱法加速氧化后不同亞麻薺籽油中飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸含量與其貨架期進行Pearson相關性分析,結果見表5。由表5可知,亞麻薺籽油中SFA含量、MUFA含量、PUFA含量與貨架期均呈極顯著相關(P<0.01),其中SFA、MUFA含量與貨架期極呈顯著負相關(P<0.01),PUFA含量同貨架期呈極顯著正相關(P<0.01),且相關系數最高。結果表明,烘箱法預測貨架期且評價抗氧化劑的抗氧化效果具有一定的準確性。

表5 脂肪酸組成與貨架期相關性分析Table 5 The correlation analysis of fatty acid composition and shelf life

注:**代表極顯著(P<0.01)。

2.3.3 Rancimat法貨架期預測 Rancimat法貨架期預測結果見表6。根據Rancimat法實驗結果,空白亞麻薺籽油在20 ℃下貨架期為62 d,加入0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物后亞麻薺籽油貨架期為307 d,加入0.02% TBHQ+0.01%迷迭香提取物后亞麻薺籽油貨架期僅為95 d,此結果與烘箱法檢測結果差異較大。Rancimat法與烘箱法相比操作簡單,實驗周期相對較短,因此嚴有兵、黃克等[18-19]學者研究認為,可使用Rancimat法替代烘箱法預測食用油貨架期。但前期也有學者如朱振寶等、馬攀等[20-21]對比了Rancimat法及烘箱法對核桃油及漢麻籽油的貨架期預測,也發現兩種方法推算存在較大差異,但認為烘箱法與真實貨架期更為接近,其原因可能是油脂在高溫和低溫下的氧化反應機理不同[22],因此采用Rancimat法時推算出的貨架期與可能會與常溫下的實測值之間差異明顯。

3 結論

亞麻薺籽油氧化穩定性較差,加速氧化后亞麻薺籽油POV值快速上升。TBHQ與迷迭香提取物可在一定程度上抑制加速氧化過程中POV值增加,具有提高亞麻薺籽油氧化穩定性的作用。兩種抗氧化劑單獨使用及復配后抗氧化效果強弱為:0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.02% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.02% TBHQ>0.005% TBHQ+0.04%迷迭香提取物>0.005% TBHQ+0.01%迷迭香提取物>0.04%迷迭香提取物>0.01%迷迭香提取物>0.005% TBHQ。迷迭香提取物與TBHQ抗氧化作用特點不同,TBHQ抗氧化效果要優于迷迭香提取物。在較短的保存時間內可以使用單一的抗氧化劑,但需要較長時間保存時,可以考慮TBHQ與迷迭香提取物復合使用。

亞麻薺籽油加速氧化后脂肪酸組成表現為,飽和脂肪酸如C16∶0、C18∶0、C20∶0與單不飽和脂肪酸如C18∶1、C20∶1、C22∶1比例明顯上升,而多不飽和脂肪酸如C18∶2、C18∶3、C20∶2、C20∶4含量明顯下降。加入抗氧化劑后相應脂肪酸變化減小。Schaal烘箱法與Rancimat法研究結果均顯示,不添加抗氧化劑情況下產品貨架期極短僅有幾十天,表明亞麻薺籽油氧化穩定性較差。但Schaal烘箱法與Rancimat法預測亞麻薺籽油貨架期差異較大,由于兩種方法測定原理不同,不能簡單地使用Rancimat法替代Schaal法。Schaal烘箱法更適合于預測亞麻薺籽油貨架期。