特丁基对苯二酚与迷迭香提取物对亚麻荠籽油贮藏稳定性的影响

于立芹1,2,张华南1,2,徐如冰1,2,刘雨晴1,2,朱 杰1,2,范 毅1,2,李飞飞1,2,张海希

(1.河南省生物技术开发中心,河南郑州 450002;2.河南省植物天然产物开发工程技术研究中心,河南郑州 450002;3.安阳九安农业有限责任公司,河南安阳 455000)

亚麻荠为十字花科植物,是一种在世界范围内广泛种植的油料作物,早在新石器时代就被人类作为食物,曾在欧洲普遍食用[1]。近年来,亚麻荠由于植株具有较强的抗逆境胁迫能力且油中含有独特的脂肪酸组成,重新受到研究的极大关注[2]。亚麻荠籽油富含ω-3脂肪酸,其中α-亚麻酸含量可达30%以上[3],是一种潜在的具有降低多种退行性疾病及炎症(如心脑血管疾病、类风湿性关节炎等)患病风险的活性资源[4],目前在欧洲及美国、加拿大等多个国家已被批准作为普通食品食用[5-6]。

亚麻荠籽油富含不饱和脂肪酸,因此在贮藏过程中极易被氧化,且在光照、加热、金属等存在情况下形成大量活性自由基,进而转变成为氢氧化物及二次氧化产物。氧化产物的出现可改变油脂的理化性质,且破坏其货架期、营养价值、外观及气味,甚至对人体产生慢性危害[7]。目前,国内外尚无对亚麻荠籽油食品货架期的研究及氧化过程中脂肪酸组成变化的研究,仅有个别文献报道了亚麻荠籽油转化为生物柴油后的氧化稳定性及合成抗氧化剂对其贮藏稳定性的影响[8]。针对这一问题,本文在参考抗氧化剂国家标准限量使用范围基础上,采用Schaal烘箱法及Rancimat法,以过氧化值(POV)及氧化诱导时间作为稳定性的评价指标,研究不同抗氧化剂对亚麻荠籽油稳定性的影响,同时测定加速氧化前后脂肪酸组成变化,以期为亚麻荠籽油的生产、储存提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

亚麻荠籽油 由本实验室液压压榨制备;特丁基对苯二酚(TBHQ)(≥99.0%) 食品级,翁源广业清怡食品科技有限公司;迷迭香提取物(鼠尾草酸含量≥15%) 食品级,河南森源本草天然产物股份有限公司;三氯甲烷(≥99.0%)、冰乙酸(≥99.8%) 均为分析纯(AR),国药集团化学试剂有限公司;硫代硫酸钠(≥99.0%)、可溶性淀粉 均为分析纯(AR),天津市致远化学试剂有限公司;碘化钾(≥99.0%) 分析纯(AR),天津市科密欧化学试剂有限公司。

ME204分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;DHG型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;743Rancimat油脂氧化稳定性测定仪 瑞士Metrohm公司;Synergy超纯水处理仪 美国Millipore公司;岛津GC-2010plus气相色谱仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 油样配制 从市场上植物油产品常用抗氧化剂中选择一种合成抗氧化剂与天然抗氧化剂,分别为TBHQ与迷迭香提取物。根据GB 2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》设定不同抗氧化剂使用量。每种抗氧化剂均设高、中、低3个剂量水平。TBHQ使用量最高值为国标允许的最大添加量即0.02%,最低使用量为0。由于天然抗氧化剂成本较高且受植物油中溶解性限制,迷迭香提取物使用量最高剂量设置为0.04%,最低使用剂量为0。按照两因素三水平均匀设计配制抗氧化剂配伍组合,具体配制比例见表1。试验号1～试验号8样品为添加不同抗氧化剂样品,试验号9样品为空白亚麻荠籽油样品。

表1 不同抗氧化剂添加量Table 1 Addition amount of different antioxidants

1.2.2 Schaal烘箱加速试验

1.2.2.1 POV值测定 参考文献[9-10]报道方法,将表1中试验号1～试验号9各100 g亚麻荠籽油样品置于250 mL烧杯中,于(60±0.5) ℃的电热恒温鼓风干燥箱中放置38 d。每隔1 d取样测定POV值,14 d后对抗氧化效果较好的样品每隔5 d测定POV值,直至各样品POV值达到国标上限规定且与其他样品抗氧化效果有明显区分。

亚麻荠籽油POV值测定方法参照GB 5009.227-2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》进行。

1.2.2.2 脂肪酸组成测定 Schaal烘箱加速试验前,测定新鲜压榨亚麻荠籽油脂肪酸组成。Schaal烘箱加速试验结束后,将放置烘箱的样品取出,测定空白亚麻荠籽油及添加不同抗氧化剂配比亚麻荠籽油样品加速氧化38 d后脂肪酸组成。脂肪酸测定方法参照GB 5009.168-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》检测。

1.2.2.3 货架期预测 Schaal烘箱加速法得到加速氧化放置时间数据后,根据Van’t Hoff方程温度与货架期寿命系数关系,推测空白亚麻荠籽油及添加不同抗氧化剂后样品货架期[11]。

1.2.2.4 相关性分析 将烘箱法加速氧化后各亚麻荠籽油样品中饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸含量分别与其预测货架期进行Pearson相关性分析。

1.2.3 Rancimat法测定氧化稳定性 Schaal烘箱加速试验后,选取空白亚麻荠籽油及抗氧化效果较好的样品,采用Rancimat法进一步预测其货架期。参考GB/T 21121-2007《动植物油脂 氧化稳定性的测定》,优化条件如下:取5 g亚麻荠籽油样品于通气管中,空气通入速率20 L/h,测定池中注入60 mL超纯水用以吸收加速氧化过程中产生的挥发性组分,分别在90、100、110、120和130 ℃下进行加速氧化试验,测得氧化诱导时间,利用外推法对氧化诱导时间对数和温度进行拟合,得到回归方程,推测各样品由在20 ℃下货架期。

1.3 数据处理

所有试验数据均为至少3次测定的平均值,并计算标准偏差。利用EXCEL进行作图及回归方程拟合。相关性分析采用SPSS17.0数据处理软件Pearson法,P<0.05认为具有相关性。

表2 加速氧化对亚麻荠籽油脂肪酸组成的影响Table 2 Effect of accelerated oxidation on the fatty acid composition of Camelina sativa(L.)Crantz seed oil

注:表中“-”代表含量低于检测限。2 结果与讨论

2.1 加速氧化对亚麻荠籽油过氧化值的影响

根据GB 2716-2018规定,食用植物油的POV值上限是0.25 g/100 g。通过烘箱加速试验,测得不同亚麻荠籽油样品的POV值随时间变化趋势,结果见图1。空白亚麻荠籽油样品在放置60 ℃烘箱2 d后,POV值即达到上限规定,之后随放置时间延长,POV值快速上升,表明亚麻荠籽油氧化稳定性较差。

添加0.005% TBHQ、0.01%迷迭香、0.04%迷迭香亚麻荠籽油样品可在一定程度上抑制POV值快速上升,但0.005% TBHQ亚麻荠籽油样品与0.01%迷迭香亚麻荠籽油样品在放置第4 d POV值即超出上限规定,0.04%迷迭香样品在放置第6 d POV值超出上限规定,表明低浓度TBHQ及单独应用迷迭香提取物对亚麻荠籽油抗氧化效果并不明显。添加0.005% TBHQ-0.01%迷迭香、0.005% TBHQ-0.04%迷迭香亚麻荠籽油样品分别在前12 d与前19 d POV值增长趋势缓慢,分别在第14 d及第24 d后POV值快速上升且样品间差异逐渐增大。与其他样品相比,添加0.02% TBHQ、0.02% TBHQ-0.01%迷迭香与0.02% TBHQ-0.04%迷迭香亚麻荠籽油样品POV值增长趋势最为缓慢,表明其可较好提高亚麻荠籽油的氧化稳定性。根据POV值可以看出,抗氧化强弱依次顺序为: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。

亚麻荠籽油中添加抗氧化剂TBHQ或迷迭香提取物浓度越高,抗氧化效果越好。迷迭香是目前天然抗氧化剂研究与应用中的热点。据文献报道[12],迷迭香既具有较好的抗氧化性,又具有抗菌抗病毒作用,但抗氧化效果不如合成类抗氧化剂。TBHQ是目前油脂工业普遍使用的合成抗氧化剂之一,易溶于油脂中,分子间极易形成氢键,即便在高温条件下其挥发性仍较低且保持较高的抗氧化活性,可显著延长油脂自氧化过程中的诱导期[13]。本研究发现,TBHQ抗氧化效果要显著优于迷迭香提取物(P<0.05),这与周正等、万苗等的研究结果相一致[14-15]。

研究结果发现,高浓度TBHQ与迷迭香提取物复合使用后,在前期并无明显协同增效作用,但在后期表现出较好的抗氧化协同作用,但与迷迭香提取物无剂量相关性。低浓度TBHQ与迷迭香提取物复合使用后,抗氧化效果与迷迭香提取物剂量呈正相关性。其原因可能是,两种抗氧化剂复配时,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,可以还原TBHQ使其重新参与抗氧化反应。弱抗氧化剂的存在可以维持强抗氧化剂在体系中的相对稳定浓度,从而起到增效作用[16]。

图1 TBHQ与迷迭香提取物对亚麻荠籽油POV值影响Fig.1 Effects of TBHQ and rosemary extract on POV of Camelina sativa(L.)Crantz seed oil

2.2 加速氧化对亚麻荠籽油脂肪酸组成的影响

对新鲜压榨亚麻荠籽油及烘箱加速氧化38 d后不同亚麻荠籽油样品取样分析,考察加速氧化过程中脂肪酸组成的变化及抗氧化剂对其影响,结果见表2。

由表2可知,与新鲜压榨亚麻荠籽油相比,在加速氧化处理后,空白亚麻荠籽油中多不饱和脂肪酸(PUFA)如C18∶2、C18∶3、C20∶2、C20∶4含量明显下降,单不饱和脂肪酸(MUFA)如C18∶1、C20∶1、C22∶1与饱和脂肪酸(SFA)如C16∶0、C18∶0、C20∶0含量明显上升,SFA与MUFA比例分别增加约101.9%与71.8%,PUFA比例明显下降,下降比例约为59.8%。添加一定量的抗氧化剂后,亚麻荠籽油中脂肪酸组成变化越小,说明抗氧化剂的抗氧化活性越强,使得其脂肪酸组成与空白亚麻荠籽油越相近。根据SFA含量判断抗氧化强弱顺序依次为: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,根据MUFA或PUFA含量判断不同抗氧化效果强弱顺序与其结果基本一致。

表6 Rancimat法亚麻荠籽油货架期预测Table 6 The prediction of shelf life with Rancimat method

2.3 亚麻荠籽油货架寿命的预测

2.3.1 烘箱法的货架期预测 根据Van’t Hoff方程法[17],得到温度与货架期寿命系数的经验关系见表3。

表3 温度与货架期寿命系数的关系Table 3 The relation of temperature and shelf life coefficient

通过检测加速氧化后亚麻荠籽油样品的POV值,预测添加不同抗氧化剂后亚麻荠籽油的贮藏期,结果见表4。结果显示,空白亚麻荠籽油的货架期预计仅为32 d。添加不同抗氧化剂均可提高亚麻荠籽油的贮藏稳定性,其中添加0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物与0.02% THBQ+0.01%迷迭香提取物复合抗氧化剂后可使亚麻荠籽油在20 ℃下预期贮藏时间延长至608 d以上,满足食用油商品货架期的要求。

表4 亚麻荠籽油添加抗氧化剂的货架期预测Table 4 The prediction of shelf life of Camelina sativa(L.) Crantz seed oil with different antioxidant

2.3.2 加速氧化后脂肪酸组成与货架期相关性分析 对烘箱法加速氧化后不同亚麻荠籽油中饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸含量与其货架期进行Pearson相关性分析,结果见表5。由表5可知,亚麻荠籽油中SFA含量、MUFA含量、PUFA含量与货架期均呈极显著相关(P<0.01),其中SFA、MUFA含量与货架期极呈显著负相关(P<0.01),PUFA含量同货架期呈极显著正相关(P<0.01),且相关系数最高。结果表明,烘箱法预测货架期且评价抗氧化剂的抗氧化效果具有一定的准确性。

表5 脂肪酸组成与货架期相关性分析Table 5 The correlation analysis of fatty acid composition and shelf life

注:**代表极显著(P<0.01)。

2.3.3 Rancimat法货架期预测 Rancimat法货架期预测结果见表6。根据Rancimat法实验结果,空白亚麻荠籽油在20 ℃下货架期为62 d,加入0.02% TBHQ+0.04%迷迭香提取物后亚麻荠籽油货架期为307 d,加入0.02% TBHQ+0.01%迷迭香提取物后亚麻荠籽油货架期仅为95 d,此结果与烘箱法检测结果差异较大。Rancimat法与烘箱法相比操作简单,实验周期相对较短,因此严有兵、黄克等[18-19]学者研究认为,可使用Rancimat法替代烘箱法预测食用油货架期。但前期也有学者如朱振宝等、马攀等[20-21]对比了Rancimat法及烘箱法对核桃油及汉麻籽油的货架期预测,也发现两种方法推算存在较大差异,但认为烘箱法与真实货架期更为接近,其原因可能是油脂在高温和低温下的氧化反应机理不同[22],因此采用Rancimat法时推算出的货架期与可能会与常温下的实测值之间差异明显。

3 结论

亚麻荠籽油氧化稳定性较差,加速氧化后亚麻荠籽油POV值快速上升。TBHQ与迷迭香提取物可在一定程度上抑制加速氧化过程中POV值增加,具有提高亚麻荠籽油氧化稳定性的作用。两种抗氧化剂单独使用及复配后抗氧化效果强弱为: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。迷迭香提取物与TBHQ抗氧化作用特点不同,TBHQ抗氧化效果要优于迷迭香提取物。在较短的保存时间内可以使用单一的抗氧化剂,但需要较长时间保存时,可以考虑TBHQ与迷迭香提取物复合使用。

亚麻荠籽油加速氧化后脂肪酸组成表现为,饱和脂肪酸如C16∶0、C18∶0、C20∶0与单不饱和脂肪酸如C18∶1、C20∶1、C22∶1比例明显上升,而多不饱和脂肪酸如C18∶2、C18∶3、C20∶2、C20∶4含量明显下降。加入抗氧化剂后相应脂肪酸变化减小。Schaal烘箱法与Rancimat法研究结果均显示,不添加抗氧化剂情况下产品货架期极短仅有几十天,表明亚麻荠籽油氧化稳定性较差。但Schaal烘箱法与Rancimat法预测亚麻荠籽油货架期差异较大,由于两种方法测定原理不同,不能简单地使用Rancimat法替代Schaal法。Schaal烘箱法更适合于预测亚麻荠籽油货架期。