冷/热榨紫苏子油氧化稳定性及其α-亚麻酸氧化动力学探究

易 醒，罗俊溢，易孜成，李 娟，袁弋婷，夏小华，桂静芬，肖小年*

(南昌大学a.中德食品工程中心；b.中德联合研究院，江西 南昌 330047)

紫苏(Perilla frutescens)是一年生的可食用植物[1]，广泛种植于我国的西南和华中一带[2]。紫苏的干燥成熟果实为紫苏子，将其压榨后可得紫苏子油，研究表明，紫苏子油是一种高度不饱和的天然油脂，有抗氧化[3]、抗肿瘤[4]、抗菌以及抑制真菌[5]、抗炎[6]、抗过敏[7]、抗抑郁[8-9]的作用，此外还具有降低低密度脂蛋白所载胆固醇的作用[10]。紫苏子油中含有大量的α-亚麻酸(ω-3脂肪酸)，占脂肪酸总量的61.1%～64.0%[11-13]，其次为亚油酸和油酸，含量差异不大，分别占脂肪酸总量的15.0%左右，此外还有少量的三酰基甘油、甾醇和磷脂类物质[14]。

紫苏子油中含有较多不饱和脂肪酸，在储藏过程中易受到光、热、氧气、微生物、重金属等因素的影响，继而分解成酮类、醛类化合物以及其它氧化物，不利于食用。通过现代科技手段，可有效的控制紫苏子油的氧化。对紫苏子油氧化的控制，可从改善制油工艺及添加抗氧化剂两方面着手进行。有研究表明紫苏子油的萃取方法对紫苏子油的氧化稳定性有重要影响，Jung Dongmin等[13]比较了二氧化碳萃取法、压榨法以及溶剂提取法对紫苏子油氧化稳定性的影响，发现使用二氧化碳萃取的紫苏子油在60 ℃黑暗条件下的氧化稳定性低于压榨萃取和己烷萃取法，使用不同萃取方法所得的紫苏子油中的脂肪酸组成成分大致相同。

Zhao Tingting等[15]比较了紫苏种子经过180 ℃，200 ℃，220 ℃烘烤预处理，再用烘烤后的种子进行榨油，发现随烘烤温度的升高，压榨油脂中的反式脂肪酸的含量逐渐上升，在60 ℃贮藏条件下，未经烘烤预处理较经过烘烤预处理所得紫苏种子油，其生育酚损失速率较快。除了在提取工艺上进行优化创新以外，添加抗氧化剂提高植物油脂氧化稳定性是常用方法，天然的抗氧化剂一般选择VE、VC以及植物甾醇等[16-18]，合成抗氧化剂主要有2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、丁基化羟基茴香醚(BHA)、特丁基对苯二酚(TBHQ)等[19-20]。

为了研究冷、热榨不同加工方式对油脂品质的影响，本文以冷、热榨紫苏子油为研究对象，探讨温度、光照、抗氧化剂及增效剂对紫苏子油过氧化值(POV值)的改变，并考察其主要成分α-亚麻酸的氧化动力学。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

冷榨、热榨紫苏子油(实验室自制)；TBHQ、BHT、柠檬酸(CA)、异抗坏血酸钠(D-VcNa)均为食品级，广州泰邦食品添加剂有限公司；VE软胶囊(食品级)，天之海药业；α-亚麻酸对照品(HPLC≥98%)，上海源叶生物科技有限公司；甲醇、乙腈均为色谱纯，天津市永大化学试剂有限公司；磷酸为分析纯级，天津市永大化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

KOMET冷榨油机，德国IBG公司；Agilent1200高效液相色谱仪，安捷伦科技有限公司；EYELAN-1100旋转蒸发仪、EYELAOSB-2100油浴锅，上海爱郎仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 紫苏子油中α-亚麻酸含量测定方法建立

根据参考文献建立测定方法[21]，精确吸取α-亚麻酸对照品储备液(2 mg·mL-1，甲醇配制)0.4，0.8，1，2，4 mL，定容至10 mL棕色容量瓶中(甲醇)，于液相色谱仪中测定(检测波长:205 nm，柱温:30 ℃，流动相:乙腈/0.1%磷酸=90:10，V/V，色谱柱:Marchal C18(250 mm×4.6 mm,5 μm))。

1.3.2 测定紫苏子油的氧化稳定性

(1)紫苏子油过氧化值的测定。采用GB 5009.227[22]中所述方法测定紫苏子油的POV值。

(2)温度对氧化稳定性的影响。将等质量(30 g)冷榨和热榨紫苏子油分别于室温下避光(25 ℃)和630±1 ℃烘箱中避光保存。每隔1 d测定其POV值，每组试验重复3次。

(3)光照对氧化稳定性的影响。分别将等质量(30 g)冷榨和热榨紫苏子油置于室温下避光(25 ℃)和光照下(250Lx)保存。每隔1 d测定其POV值，每组试验重复3次。

(4)不同抗氧化剂对氧化稳定性的影响。分别取等质量(20 g)冷榨以及热榨紫苏子油，添加等量的VE、BHT、TBHQ，使用Schaal烘箱法对样品进行处理[23]后测定其POV值(隔3 d测1次)，每组试验重复3次。

(5)抗氧化剂复配对氧化稳定性的影响。将抗氧化剂按0.01%TBHQ+0.01%BHT、0.01%TBHQ+0.01%VE和0.01%BHT+0.01%VE进行复配后分别加入到等质量(20 g)的冷榨和热榨紫苏子油中，按文献所述方法对样品进行处理和测定[21]，每组试验重复3次。

(6)抗氧化增效剂对氧化稳定性的影响。将0.015%TBHQ+0.005%CA、0.015%TBHQ+0.005%D-VCNa、0.015%BHT+0.005%CA、0.015%BHT+0.005%D-VCNa进行复配后分别加入到等质量(20 g)的冷榨和热榨紫苏子油中，按文献所述方法对样品进行处理和测定[21]，每组试验重复3次。

1.3.3 紫苏子油α-亚麻酸氧化动力学研究

根据加速氧化实验探究加速氧化过程中冷/热榨紫苏子油中α-亚麻酸含量的变化。分别取等质量(20 g)冷榨和热榨紫苏子油，使用Schaal烘箱法对样品进行处理，隔1 d取1次样，共20 d。取样后，对样品甲酯化处理，测定α-亚麻酸含量，考察α-亚麻酸氧化动力学[21]。反应动力学模型拟合方程：

零级反应动力学方程：Y0=Yx=k0x

一级反应动力学模型：lnYx=-kt+lnY0式中：Y0—初始α-亚麻酸浓度，Yx—氧化x时α-亚麻酸的浓度，x—氧化时间，k0、kt—反应速率常数。

1.4 数据分析

实验数据采用Origin2017软件进行处理及作图。

2 结果与分析

2.1 冷/热榨紫苏子油的系统适应性和α-亚麻酸含量的标曲建立

α-亚麻酸对照品冷榨紫苏子油、热榨紫苏子油的色谱图可得(图1)，冷/热榨紫苏子油中α-亚麻酸的保留时间与标准品保持一致，且α-亚麻酸的色谱峰与相邻色谱峰的分离度大于1.5。拟合后的α-亚麻酸的线性回归方程为Y=35 639X+162.82，R2=0.999 4，α-亚麻酸含量测定在0.04～0.4 mg·mL-1范围内线性良好。

2.2 温度对冷/热榨紫苏子油氧化稳定性的影响

紫苏子油在室温避光和烘箱避光下的POV值随时间变化情况如图2所示。由于热能可能引发自由基的大量产生，使冷/热榨紫苏子油的过氧化值在烘箱贮存中变化明显，而在室温条件下两种工艺制备的紫苏子油POV值改变不大，说明温度可显著影响紫苏子油的氧化速率。GB 2716规定，植物原油的POV值应小于19.7 meq·kg-1。根据文献报道[24]，在60 ℃贮存24 h相当于20 ℃下放置384 h。因此，烘箱避光保存条件下，冷榨油的储存期限为176 d，热榨油的储存期限为112 d。

2.3 光照对冷/热榨紫苏子油氧化稳定性的影响

由图3结果表明，光照对冷/热榨紫苏子油POV值的增加有较大影响，可能是光照促进了紫苏子油中氢过氧化物的降解，从而使紫苏子油的氧化速率增加。冷榨和热榨紫苏子油的氧化稳定性在光照条件下较避光时差，因此光照对紫苏子油的氧化影响较大。

2.4 单一抗氧化剂对冷/热榨紫苏子油氧化稳定性的影响

采用Schaal烘箱法进行测定，试验结果如图4所示。TBHQ和BHT对紫苏子油的POV值的升高具有抑制作用，可能是因为TBHQ和BHT能与自由基稳定结合，中止自由基的连锁反应。VE的加入对紫苏子油POV值的变化表现为促进作用，可能原因试验添加的VE稍有过量，过量的VE在猝灭单线态氧的同时，其自身化极易被单线态氧所氧化，产生氢过氧化物，从而起到促进氧化的作用[25]。通过比较TBHQ和BHT对紫苏子油氧化稳定性的影响，发现添加了TBHQ的紫苏子油其POV值上升速率慢于BHT，说明TBHQ与自由基结合的能力要强于BHT[26]。通过冷、热榨紫苏子油的储藏时间进行考察，表明添加TBHQ将冷、热榨紫苏子油的储藏时间分别延长了304和416 d，而添加BHT的储藏时间分别延长了304和272 d。

2.5 复配抗氧化剂对冷/热榨紫苏子油氧化稳定性的影响

采用Schaal烘箱法测定，试验结果如图5所示，复配抗氧化剂对紫苏子油POV值上升的抑制作用要强于单一抗氧化剂，将TBHQ与BHT复配对紫苏子油的氧化稳定性表现为较好的促进作用，可能是TBHQ与BHT之间可通过电子转移等方式提供和维持了抗氧化剂的含量，从而使抗氧化能力增强[27-28]。TBHQ和VE的复配效果次之，可能是因为TBHQ在该体系中占据了主导作用，而作为次抗氧化剂的VE可能将TBHQ·还原为TBHQ，使体系中主抗氧化剂的有效浓度增加,提高了复配抗氧化剂的抗氧化活性[29]。BHT和VE复配对紫苏子油的氧化稳定性的促进作用相对较差，可能是因为VE不能有效的将BHT·还原为BHT所致。

2.6 抗氧化增效剂对冷/热榨紫苏子油氧化稳定性的影响

由图6和图7可得，D-VcNa和CA对冷、热榨紫苏子油都表现出较好的抗氧化作用，且在相同条件下，相对于D-VcNa，CA对抗氧化剂的增效作用较好，可能原因是紫苏子油中存在某些对油脂氧化具有催化作用的金属离子(如Cu2+、Fe2+、Mu2+、Ni2+)[30],从而赋予了抗氧化剂良好的抗氧化增效作用，但是CA比D-VcNa更容易络合油脂中的金属离子，有效降低了油脂中催化剂的含量，从而阻止了油脂中自由基大量的诱发[31]。通过TBHQ和CA复配结果可得，冷榨紫苏子油的储藏时间延长了352 d，热榨紫苏子油的储藏时间延长了432 d；通过BHT和CA复配结果可得，冷榨紫苏子油的储藏时间延长了288 d，热榨紫苏子油的储藏时间延长了208 d。

2.7 加速氧化过程中冷/热榨紫苏子油中α-亚麻酸含量的变化

表1和2显示，随氧化时间的增加，冷、热榨紫苏子油中α-亚麻酸的含量有显著降低。通过20 d的考察发现，其中冷榨紫苏子油和热榨紫苏子油中α-亚麻酸含量分别减少了14.59%和19.47%。

表1 加速氧化过程中冷榨紫苏子油中α-亚麻酸含量的变化

2.8 α-亚麻酸氧化动力学模型

表3为α-亚麻酸氧化动力学数据分析结果。冷榨紫苏子油α-亚麻酸含量的变化模型最佳拟合方程为一级反应动力学方程，其拟合优度(R2)为0.908，呈指数变化趋势，其方程可表示为lnY=61.183-0.012x；热榨紫苏子油α-亚麻酸含量的变化模型最佳拟合方程为零级反应动力学方程，其拟合优度(R2)为0.930，呈线性变化趋势，其方程可表示为Y=62.334-1.151x。两种拟合模型的拟合优度都大于0.85，因此可以用这两个方程来分析α-亚麻酸的氧化动力学。

表2 加速氧化过程中热榨紫苏子油中α-亚麻酸含量的变化

表3 α-亚麻酸反应动力学模型的参数及相关系数值

3 结论

本文主要探讨了冷/热榨紫苏子油的氧化稳定性及α-亚麻酸的氧化动力学。在63 ℃避光保存条件下，冷/热榨紫苏子油的过氧化值达19.7meq·kg-1所用时间分别为11和9d，在250Lx光照室温保存下，冷/热榨紫苏子油的过氧化值达19.7meq·kg-1所用时间分别为6和4d。因此相对于光照，温度对紫苏子油的氧化性有显著影响，因此紫苏子油贮存需低温避光。通过比较单一抗氧化剂TBHQ和BHT对紫苏子油氧化稳定性的影响，添加了单一抗氧化剂TBHQ的冷/热榨紫苏子油，其过氧化值达19.7meq·kg-1所用时间分别为33和30d。添加了单一抗氧化剂TBHQ的冷/热榨紫苏子油，其过氧化值达19.7meq·kg-1所用时间分别为18和12d，说明TBHQ与自由基结合的能力要强于BHT。复合抗氧化剂TBHQ+BHT对紫苏子油的抗氧化性的增加效果最好，冷/热榨紫苏子油的过氧化值达19.7meq·kg-1时所用时间均为36d。增效剂(CA和D-VcNa)与抗氧化剂之间表现为协同作用，且CA对抗氧化剂的增效作用均优于D-VcNa。通过分析紫苏子油中α-亚麻酸含量随时间变化情况可得，冷榨法制备的紫苏子油中α-亚麻酸的氧化过程符合一级动力学方程lnY=61.183-0.012x，其拟合优度为R2=0.908，热榨法制备的紫苏子油中α-亚麻酸的氧化过程符合零级动力学方程Y=62.334-1.151x，其拟合优度为R2=0.930。