芸豆蛋白抗氧化组分在大豆油热氧化过程中的抗氧化作用

曲柳青 高嘉唯 崔素萍 张洪微 左 锋

(黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319)

食用油脂，尤其是植物油在储存过程中，很容易产生酸败(氧化)。食用氧化酸败的油脂会造成机体损伤、加速衰老、诱发多种疾病，严重危害人体健康[1]。在食用油中添加抗氧化剂是防止油脂酸败的重要手段[2]，抗氧化剂有助于减少人体内及食品体系中自由基的产生或加速其清除，可对抗由自由基产生的副作用，对健康非常有益[3]。目前，食用油中常用的合成抗氧化剂如丁基羟基茴香醚(BHA)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、没食子酸丙酯(PG)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)等，由于对人体的酶系统有毒性效应已经被要求在严格的规定下使用[4-5]。

目前，以天然食用抗氧化剂取代合成抗氧化剂是今后食品工业的发展趋势。寻找高效、安全性较好的天然抗氧化剂，分析各种天然抗氧化成分以及如何合理利用这些抗氧化物质来延长油脂与含油食品的储存期，都是亟待开发、深入研究的课题。用酶水解动植物蛋白质制备抗氧化活性肽的研究已有很多[6-8]，任海伟[9]研究了超滤条件对芸豆蛋白酶解产物抗氧化活性的影响，研究结果表明，超滤后的酶解组分的DPPH自由基清除率在各浓度梯度下，抗氧化活性均得到了提高。有研究表明，用碱性蛋白酶水解动植物食品制备的抗氧化肽，添加到食品体系中，可以阻止植物油中脂质过氧化物的产生[10-11]。Sakanaba S等[12]、Nieto G等[13]、Rossini K等[14]研究了将乳清蛋白抗氧化肽、鸡蛋黄蛋白抗氧化肽、马铃薯蛋白抗氧化肽、酪蛋白抗氧化肽等来源不同的抗氧化肽加到肉制品中具有一定的抗氧化效果。Valeria A[15]研究了苋菜蛋白抗氧化肽在葵花油、菜籽油热氧化过程中的抗氧化作用，同时也发现碱性蛋白酶水解苋菜蛋白制备的抗氧化肽具有部分抑制重组鱼产品的脂类物质氧化过程。

1 材料与方法

1.1 试验材料

大豆油，精炼一级大豆油。

英国红芸豆蛋白抗氧化组分(British red kidney bean protein Antioxidant components，BRKBPAC，相对分子质量<1 000 u，1 000～3 000 u，3 000～5 000 u，纯度为95%)：在前期研究工作中，以总抗氧化能力为指标，用枯草芽孢杆菌发酵生产的碱性蛋白酶在最佳酶解条件下，对英国红芸豆蛋白质进行水解，然后，将酶解液通过5 ku、3 ku的超滤膜进行超滤后，分别冷冻干燥备用。这些超滤组分的DPPH清除率、总抗氧化能力、抑制羟自由基能力及抑制超氧阳离子自由基能力，仅次于同等条件下维生素C的抗氧化能力，详细结果及分析见参考文献[16]。

1.2 试剂

氧化铝，吐温20：天津市大茂化学试剂厂；氮气。

1.3 仪器与设备

D-3L型均质机：美国PhD科技公司；DSC3差示热量扫描仪：梅特勒公司；TD5A-WS型台式低速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 大豆油中芸豆蛋白抗氧化组分的添加

配制BRKBPAC含量为0.5%的大豆油，再添加10 mg/mL的吐温20[17]，在21 500 r/min，36 MPa的条件下均质2 min后，立即在涡旋混合器上混匀，在氧气流速为100 mL/min条件下进行DSC分析，试验所用样品为：

教师从“社会责任”的角度告知学生，较多的生物学家认为，人类正处于生命史上速度最快、影响范围最广的一次灭绝中。在未来50年，如果人类不断地砍伐森林，栖息繁衍于其中、占地球半数的物种都可能会灭绝，呼吁学生要树立起保护地球环境的意识。

SOt(大豆油)、SOt-h1(大豆油+小于1 000 u的BRKBPAC)、SOt-h2(大豆油+1 000到3 000 u的BRKBPAC)及SOt-h3(大豆油+3 000～5 000 u的BRKBPAC)。

1.4.2 热氧化分析

非等温分析：将样品进行热氧化处理，处理条件为：样品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)用量9～10 mg，氧气(99.99%)，压力为 1.0 MPa～1.5 MPa，氧气流速为100 mL/min，样品皿为φ 6 mm开口铝皿。以两种升温速率(=10 ℃/min，20 ℃/min)，使温度从50 ℃到300 ℃线性增加，通过DSC3获得热流量对温度的曲线，得到以热流量曲线偏离基线时的起始氧化温度和氧化峰顶温度，并以起始氧化温度来表征该试样的氧化稳定性，起始氧化温度越高，表明样品的氧化稳定性越好。

等温分析 ：用等温分析法考察样品热氧化稳定性的处理条件为：样品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)用量9～10 mg，氧气(99.99%)，压力为1.0 MPa～1.5 MPa，氧气流速为100 mL/min，样品皿为φ6 mm开口铝皿，测试温度为110、120、130 ℃。

2 结果与分析

2.1 非等温分析芸豆蛋白抗氧化组分的抗氧化作用

2.1.1 芸豆蛋白抗氧化组分在大豆油中的抗氧化作用

采用非等温线分析法得到四种样品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)在两种升温速率(=10 ℃/min，20 ℃/min)下的DSC曲线，见图1。

注：a、b、c、d 分别代表样品SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3。

2.2 等温线分析比较不同温度下抗氧化组分的作用效果

温度是影响植物油氧化稳定性的重要因素之一，为了考察不同温度下BRKBPAC的作用效果，测定了含0.5% 的BRKBPAC的大豆油在不同温度下的氧化诱导时间ton。图2是大豆油分别以相同速率升温至110、120、130 ℃的DSC等温曲线。

从图2可知，BRKBPAC的加入明显改变了大豆油的DSC曲线位置。由每一个放热峰引出的最大斜率切线与外推基线的交点，可以得到样品的氧化诱导时间，见表1。

图2 大豆油等温线分析的DSC曲线

表1 不同温度下样品的氧化诱导时间

由表1可以看出，同一种样品随着温度的升高，样品的氧化诱导时间缩短，这与温度越高油脂越容易发生氧化反应的原理是一致的。在相同的诱导温度下，加BRKBPAC样品的氧化诱导时间均高于不加BRKBPAC样品；在不同的诱导温度下，SOt-h2样品的氧化诱导时间均高于其他样品。因此，相对分子质量为1 000～3 000 u的BRKBPAC组分可以较大幅度的延长大豆油的氧化诱导时间，可有效改善大豆油的氧化稳定性。

2.3 样品氧化反应的活化能

可以用表观活化能的大小来衡量化学反应的难易程度，一般来说，表观活化能越小，反应越易进行，反之则愈难进行。通过样品氧化反应的表观活化能，可以间接评价样品的氧化稳定性。

根据阿仑尼乌斯公式k=Aexp(-Ea/RT)，两边取对数得：

lnk=-Ea/RT+C

(1)

式中：k为氧化反应的速率常数，应该与反应时间成反比，则有：

ln(1/t)=-Ea/RT+C

(2)

将氧化诱导时间Ton代入式(2)得：

ln(1/Ton)=-Ea/RT+C′

(3)

lnTon=Ea/RT-C′

(4)

采用等温法测出样品在不同温度下的氧化诱导时间Ton，以lnTon为纵坐标，温度T的倒数为横坐标作图，得一曲线，将曲线经过线性拟合，求出斜率等于Ea/R，代入式(3)，得到样品的氧化反应表观活化能，见表2。

表2 样品的氧化反应活化能

由表2可知，加入BRKBPAP的样品的活化能均高于未加的样品， SOt-h2使SOt的活化能从62.24 kJ/mol上升至80.88 kJ/mol，提高了18.6 ℃，说明1 000～3 000 u的抗氧化性能最佳，这一结果与等温线和非等温线分析结果是一致的。油脂的氧化途径有自动氧化、光氧化及酶促氧化，其中，油脂的自动氧化是自由基的链式反应过程，需要较高的活化能引发氧化反应，氧化反应活化能越高，油脂的氧化反应越不容易进行。1 000～3 000 u的抗氧化肽组分可以增强油脂的氧化稳定性。

本团队前期研究工作中，探讨了BRKBPAC的DPPH清除率、总抗氧化能力、抑制羟自由基能力及抑制超氧阳离子自由基能力，仅次于同等条件下维生素C的抗氧化能力。本研究利用差示热量扫描法，间接评价了添加BRKBPAC的大豆油在热诱导中的抗氧化作用。有关BRKBPAC抗氧化机理及在实际油脂氧化过程中的直接抗氧化作用有待进一步研究。

3 结论

将三种英国红芸豆蛋白抗氧化组分按一定比例添加到大豆油中，加热诱导大豆油热氧化反应，用差示热量扫描技术，采用非等温线和等温线分析方法，评价英国红芸豆蛋白抗氧化组分在大豆油热诱导中的抗氧化能力，实验结果表明： 相对分子质量<1 000 u，1 000～3 000 u，3 000～5 000 u的三种英国红芸豆蛋白抗氧化组分在大豆油的热氧化过程中具有抗氧化作用，其中分子质量为1 000～3 000 u的组分抗氧化活性最强；英国红芸豆蛋白抗氧化组分可以提高大豆油热氧化反应的表观活化能，具有抗大豆油氧化的作用。