调味香辛料草豆蔻精油成分及其在菜籽油中的抗氧化

张怡,李荣，姜子涛,2*

(1.天津商业大学 生物技术与食品科学学院，天津 300134；2.天津天狮学院 食品工程学院，天津 301700)

在日常生活中，多数食品易腐败变质，其中富含油脂的食品货架期短，较易腐败变质，尤其是富含不饱和脂肪酸的食品极易被氧化，产生刺激性气味，因此抗氧化剂常被添加在油脂中防止其腐败变质[1]。目前使用较为广泛的人工抗氧化剂，例如没食子酸丙酯(PG)、叔丁基对羟基茴香醚(BHA)、2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)、特丁基对苯二酚(TBHQ)等，由于其具有一定毒性，其中BHT和BHA已分别被美国和日本等国禁用[2-3]。因此，天然抗氧化剂的研发愈发受到重视，许多调味香辛料等植物的提取物具有一定的抗氧化作

用，例如精油、黄酮、多酚、皂苷和植物甾醇等具有较好的效果[4-8]。

草豆蔻(AlpiniakatsumadaiHayata)主要分布于我国云南、广西等地，作为我国传统的调味香辛料，具有一定的抗氧化、抑制肿瘤、抑菌、抗炎等药用价值[9-10]。其提取物具有多种成分，如精油类、黄酮、二苯基庚烷类等，其中精油类和黄酮具有较好的抗氧化活性[11-13]。

前文中作者采用响应面法优化了草豆蔻精油(AKEO)的超声-微波辅助提取条件，制备了β-环糊精钾有机骨架的AKEO包结物(K-β-CD-MOF-AKEO)[14]。本文利用GC-MS鉴定了AKEO的化学成分，并将精油及包结物用于菜籽油的抗氧化，研究了不同处理方法下菜籽油的过氧化值和酸价的变化，为草豆蔻及天然抗氧化剂的研究提供了有价值的参考。

1 材料、仪器、实验方法

1.1 材料与仪器

草豆蔻：购于云南，粉碎约40目备用；菜籽油(纯天然热榨法生产，不含抗氧化剂)：购于西安，于4 ℃冰箱中避光保存；甲醇、无水乙醇：天津市津东天正精细化学试剂厂；无水硫酸钠：天津市科密欧科技有限公司；氢氧化钾：天津市化学试剂三厂；α-蒎烯：Sigma试剂公司；蒸馏水：实验室自制。

FW100高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；CW2000超声-微波协同萃取/反应仪 上海新拓微波公司；AUY120电子天平 日本岛津公司；Trace 1310TSQ 8000 Evo气质联用仪 美国Thermo Fisher公司；FD5-3冷冻干燥机 美国GOLD-SIM公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司；纯水机 上海Heal Force公司。

1.2 实验方法

1.2.1 AKEO的提取

按照参考文献[14]的方法提取AKEO。所获得的精油经无水硫酸钠干燥，0.22 μm膜过滤后置于棕色瓶中备用。

1.2.2 GC-MS/MS鉴定AKEO成分

1.2.2.1 色谱条件

色谱柱：Thermo TR-5MS(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升温程序：50 ℃保持1 min，以3 ℃/min 升至200 ℃，以20 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；载气(He)流速1.0 mL/min，进样量0.4 μL；分流比60∶1。

1.2.2.2 质谱条件

电子轰击离子源(EI)；电子束能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度250 ℃；质量扫描范围 50～450 m/z。

以C8～C40烷烃标准溶液计算保留指数。分析结束后，利用系统自带的Mainlib Library和Replib Library数据库结合保留指数对精油成分定性，并按照峰面积占比计算精油各成分的百分比含量。

1.2.3 K-β-CD-MOF-AKEO在菜籽油中的应用

1.2.3.1 试验样品的制备和取样方法

参考文献[15]并稍作修改。分别称取50.0 g菜籽油于9个干净且干燥的烧杯中；再称取K-β-CD-MOF-AKEO 100.0 mg溶解于1.0 mL 60%无水乙醇中，配制成10%的AKEO溶液，用移液枪依次吸取K-β-CD-MOF-AKEO溶液50，100，250，500 μL分别加入含50.0 g菜籽油的每个烧杯中，此时相当于AKEO量依次为菜籽油重量的0.01%、0.02%、0.05%和0.1%；同理制得添加AKEO添加量为0.01%、0.02%、0.05%和0.1%的处理组。以不加入任何物质的纯净菜籽油作为对照，封好存放于60 ℃烘箱中，每12 h搅拌1次，每2 d测定1次抗氧化性能指标。

1.2.3.2 过氧化值(POV)的测定

按照GB 5009.227-2016《食品中过氧化值的测定》进行测定，每次测定重复3次。

1.2.3.3 酸价的测定

按照GB 5009.229-2016《食品中酸价的测定》进行测定，每次测定重复3次。

2 结果与分析

2.1 草豆蔻精油成分的GC-MS结果

采用GC-MS对草豆蔻精油进行了定性和定量分析，总离子流图见图1，化学成分及含量见表1。

图1 AKEO的GC-MS总离子流图Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of AKEO

编号化合物保留时间(min)保留指数分子式相对含量(%)1α-蒎烯7.6933C10H160.22莰烯8.1948C10H160.43β-蒎烯9.1977C10H160.14α-月桂烯9.7993C10H160.25α-水芹烯10.21006C10H160.16松油烯10.71018C10H160.17邻伞花烃11.11027C10H140.38柠檬烯11.21030C10H160.89桉叶油醇11.31032C10H18O0.710苯乙醛12.01047C8H8Otr*11γ-松油烯12.51060C10H160.112氧化芳樟醇13.11075C10H18O20.213小茴香酮13.71090C10H16O0.714p-伞花烃13.91093C10H120.115香芹酮14.31102C10H14Otr16芳樟醇14.51107C10H18O2.517顺式玫瑰醚14.81114C10H18Otr18小茴香醇15.11121C10H18O1.019樟脑16.31147C10H16O2.420莰烯水合物16.61154C10H18O0.321异冰片17.01163C10H18O1.122龙脑17.51174C10H18O3.123萜品烯17.91183C10H18O0.824α-松油醇18.71201C10H18O4.525正癸醛19.01209C10H20O0.226乙酸辛酯19.31215C10H20O21.027乙酸小茴香酯19.61222C10H20O20.328香茅醇20.21235C10H20O0.329香叶醇21.41262C10H18O0.2304-癸烯-1-醇21.51266C10H20O1.431正癸醇22.31283C10H22O3.632乙酸冰片酯22.61289C12H20O22.033茴香脑22.81293C10H12O2.534壬基醋酸酯23.71314C11H22O20.135香叶酸甲酯24.31327C11H18O20.2362-十二烯醛24.51333C12H22Otr37乙酸香茅酯25.51356C12H22O20.838乙酸苯丙基酯26.31375C11H14O20.439α-古巴烯26.41378C15H240.440乙酸香叶酯26.91389C12H20O22.441异石竹烯27.91412C15H246.042乙酸癸酯28.11418C12H24O27.943石竹烯28.31424C17H280.944蛇麻烯29.91462C15H245.845ç-木罗烯30.71481C15H240.3

续 表

表1中的精油成分的相对含量是通过各成分峰面积占比计算得到的。采用GC-MS标准谱库对比和保留指数比较法，从AKEO中鉴定出67种成分，主要为萜醇类和萜烯类化合物。AKEO的主要成分为金合欢醇(8.1%)、乙酸癸酯(7.9%)、异石竹烯(6.0%)、α-松油醇(4.5%)、蛇麻烯(5.8%)和反式-橙花叔醇(5.3%)，与现有文献报道基本一致[16-18]。

2.2 AKEO及其K-β-CD-MOF-AKEO包结物在菜籽油中的抗氧化应用

2.2.1 过氧化值(peroxide value，POV)的测定

不同处理组菜籽油在实验过程中过氧化值的变化结果见图2。

图2 不同处理组菜籽油在实验过程中过氧化值的变化

过氧化值是衡量油脂氧化程度的重要指标，有研究表明油脂过氧化值的变化可以反映其变质油脂的细胞毒性、气味总的变化等[19]。菜籽油在不断加热过程中发生自动氧化，形成氢过氧化物，进一步发生反应生成醛、酮、酸、醇等次级氧化产物，具有较强的氧化性[20]。实验结果也反映出这样的规律，由图2可知，随着天数的增多，各处理组的过氧化值都在逐渐升高。

2.2.2 酸价的测定

不同处理组菜籽油在实验过程中酸价的变化结果见图3。

酸价是指中和1 g待测物质需要的氢氧化钾的毫克数。由图3可知，随着时间的增长，酸价在逐渐上升，可能是菜籽油中的脂肪酸在加热条件下与水发生水解反应产生游离脂肪酸的解离造成的[21]。

图3 不同处理组菜籽油在实验过程中酸价的变化。

过氧化值与酸价均随着各处理组样品添加量的增多，增长速度逐渐减慢，呈现一个正相关关系。可能是草豆蔻精油中所含的萜类物质、醇类物质等与氢过氧化物分解形成的自由基发生反应，从而减少次级氧化产物的生成，减缓过氧化值和酸价的增长，延长油脂的贮藏期。AKEO所含的萜醇类、酚类物质包含的羟基可能作为供氢体，提供氢原子给过氧自由基生成过氧化氢，中断链式氧化反应[22]。Shahidi等[23]对氢过氧化物的裂解途径提出的解释如下：氢过氧化物裂解O-O键生成OH自由基，进一步分解成醛、醇等小分子[24]。而AKEO中的萜烯、烯烃等成分含有的碳碳双键结构可以与OH自由基发生加成反应[25]，减少后续小分子物质的生成。

采用K-β-CD-MOF-AKEO处理的菜籽油的过氧化值比未经过处理的菜籽油低46.6%～69.4%，酸价的增长相比低45.0%～78.8%；采用AKEO处理的菜籽油的过氧化值比未经过处理的菜籽油低26.6%～64.3%，酸价的增长相比低24.7%～55.3%，说明AKEO经过包埋后热稳定性增强，且在壁材的保护下有了一定的缓释作用，增加了精油的抗氧化时效，提高了AKEO的抗氧化能力[26-27]。

3 结论

GC-MS定性定量分析结果表明AKEO的主要成分是金合欢醇(8.1%)、乙酸癸酯(7.9%)、异石竹烯(6.0%)、α-松油醇(4.5%)、蛇麻烯(5.8%)和反式-橙花叔醇(5.3%)。AKEO和K-β-CD-MOF-AKEO均可有效地抑制菜籽油的氧化变质和酸价的提升，其抑制效果随AKEO和K-β-CD-MOF-AKEO添加量的增加而显著增强，且K-β-CD-MOF-AKEO显示出更持久的抗氧化效果。