复配天然抗氧化剂对核桃油抗氧化性能及货架期的影响

杨进芳，彭 丹，陈名扬，杨嘉盛，毕艳兰

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

核桃油是一种理想的保健油脂，随着人们健康意识的增强，其越来越受到消费者的喜爱，产量和需求量逐年上升[1]。然而，核桃油中含有丰富的多不饱和脂肪酸[2]，在加工、储藏和销售过程中常常出现氧化酸败现象，使其风味劣变、营养价值降低，甚至产生对人体有害的物质[3-5]，给企业带来极大经济损失。

为延缓油脂氧化，添加抗氧化剂是较有效的手段之一。抗氧化剂根据来源不同，分为合成抗氧化剂和天然抗氧化剂[6]。合成抗氧化剂具有价格低、抗氧化效果好等特点，如特丁基对苯二酚(TBHQ)、二丁基羟基甲苯(BHT)、丁基羟基茴香醚(BHA)等被广泛应用于油脂领域，但由于其存在一定的安全隐患[7-9]，部分国家已经限制或禁止使用。而天然抗氧化剂无毒无害，具有良好抗氧化效果，已成为油脂抗氧化剂发展的必然趋势[10]。

目前，国内外对核桃油抗氧化方面的研究主要是对储存条件的控制及合成抗氧化剂的使用。Baerle等[11]考察了合成抗氧化剂对冷榨核桃油氧化稳定性的影响。Martínez等[12]研究了TBHQ、迷迭香提取物、抗坏血酸棕榈酸酯及其复配对核桃油的抗氧化效果，结果显示避光条件下核桃油中添加0.01%TBHQ+0.02%抗坏血酸棕榈酸酯的抗氧化效果最佳。赵声兰等[13]采用schhal烘箱法研究了不同抗氧化剂及增效剂对核桃油的抗氧化作用，结果表明TBHQ的抗氧化效果最佳，抗坏血酸和柠檬酸是TBHQ和BHT良好的增效剂。赵菁等[14-15]分别采用不同方法考察了合成抗氧化剂与天然抗氧化剂复配使用对核桃油氧化稳定性的影响。近年来，对合成抗氧化剂与天然抗氧化剂复配使用的研究较多[16-18]，而对天然抗氧化剂复配使用的探讨较少。作者通过Rancimat法研究天然抗氧化剂VE、迷迭香提取物、茶多酚对核桃油的抗氧化效果，在此基础上，采用响应面法建立VE、迷迭香提取物、茶多酚添加量与核桃油氧化诱导时间的关系模型，寻求最佳复配天然抗氧化剂配方，为核桃油的生产和进一步开发利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

核桃油(不含抗氧化剂)：晨光生物科技集团股份有限公司。

茶多酚(儿茶素含量75.29%)：长兴三聚生物科技有限公司；维生素E(90.69%)：丰益生物科技江苏有限公司；迷迭香提取物(鼠尾草酚、鼠尾草酸10.80%)：海南舒普生物科技有限公司。以上均为食品级添加剂。

正己烷、异丙醇、三氯甲烷、冰乙酸、乙醇(95%)、碘化钾、无水乙醚、可溶性淀粉、硫代硫酸钠等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

892Rancimat氧化酸败仪：瑞士Metrohm公司；BP211D电子天平：赛多利斯科学仪器有限公司；WGL-125B电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；Waters 2695高效液相色谱仪：美国Water公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指标测定

酸价测定参照GB 5009.229—2016；过氧化值测定参照GB 5009.227—2016。

1.3.2 生育酚含量测定

生育酚含量测定参照GB/T 26635—2011。测定条件：Waters 2475荧光检测器，Sun Fire Prep Silica色谱柱 (4.6 mm×250 mm，5 μm)；流动相正己烷与四氢呋喃的体积比为93∶ 7，柱温30 ℃，发射波长330 nm，激发波长290 nm，流速 0.8 mL/min，进样量20 μL。

1.3.3 核桃油氧化稳定性测定

准确称取3.00 g油样，按照GB/T 21121—2007进行试验，在氧气通量20 L/h和设定温度110 ℃条件下，利用892型Rancimat油脂氧化测定仪对核桃油及添加天然抗氧化剂核桃油的氧化诱导时间(t)进行测定，每个样品平行测定3次，结果取平均值。

1.3.4 油脂货架期预测

采用Rancimat法测定不同温度(100、110、120、130 ℃)下未添加及添加天然抗氧化剂(VE、茶多酚、迷迭香提取物)核桃油的氧化诱导时间。参考文献[19-20]绘制目标温度(T)与氧化诱导时间自然对数(lnt)之间的线性拟合曲线，利用外推法推算20 ℃下未添加及添加天然抗氧化剂核桃油的货架期。

1.4 数据处理与分析

采用Matlab 2016对试验数据进行分析和制图，采用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析及方差分析。

2 结果与分析

2.1 核桃油基本理化指标

表1和图1分别为核桃油样品的理化指标和脂肪酸组成。由表1可知，核桃油的色泽和气味均符合国家标准(GB/T 22327—2019)，其酸价和过氧化值均在国标规定范围内(酸价≤3 mg/g，过氧化值≤0.25 g/100 g(≈9.85 mmol/kg))。从图1可以看出，核桃油中不饱和脂肪酸含量较高，占90%左右，其中多不饱和脂肪酸超过70%，而且天然抗氧化剂VE含量较低(表1)，仅为238.70 mg/kg，可见核桃油容易发生氧化酸败。

表1 核桃油的理化指标

图1 核桃油的脂肪酸组成

2.2 不同天然抗氧化剂对核桃油氧化稳定性的影响

不同天然抗氧化剂对核桃油氧化诱导时间的影响如图2所示。核桃油未添加天然抗氧化剂时，氧化诱导时间仅为2.83 h，添加VE、迷迭香提取物和茶多酚时，其氧化诱导时间均增加，说明3种天然抗氧化剂对核桃油均具有一定的抗氧化能力；随着天然抗氧化剂添加量增加核桃油的氧化诱导时间逐渐延长，且两者具有较好的线性关系，分别为t=0.001 2CVE+3.388 3(R2=0.860 3)；t=0.005 9C迷+3.059 2(R2=0.982 7)；t=0.005 8C茶+2.802 6(R2=0.997 6)。

3种天然抗氧化剂的抗氧化能力不相同，迷迭香提取物的抗氧化作用较强，当添加量为200、400 mg/kg时，核桃油的氧化诱导时间相对空白油样分别增加了1.47、2.78 h；而VE的抗氧化作用相对较弱，同样添加200、400 mg/kg时，核桃油氧化诱导时间仅提高了0.66、1.28 h。赵菁等[14]研究了抗氧化剂对铁核桃油氧化稳定性影响，加入200 mg/kg茶多酚和VE的核桃油氧化诱导时间分别为1.70、1.34 h，这与本研究结果中茶多酚的抗氧效果好于VE是一致的，但其氧化诱导时间略短。这可能是由于核桃油的品种、产地和加工条件不同，使得核桃油中不饱和脂肪酸和天然抗氧剂的含量存在差异；另外，天然抗氧化剂如茶多酚纯度的不同，也会影响其抗氧化效果。虽然单一天然抗氧化剂能在一定程度上延缓油脂的氧化酸败，但延长时间难以满足目前市场需求。因此，后续将考察复配天然抗氧化剂对核桃油氧化稳定性的影响。

2.3 复配天然抗氧化剂对核桃油的抗氧化作用

2.3.1 复配天然抗氧化剂的筛选

将VE、迷迭香提取物和茶多酚分别添加到未添加抗氧化剂的核桃油中，按GB 2740—2014限量进行添加，同时以未添加抗氧化剂的核桃油作空白对照，结果见表2。由表2和图2可知，组合1—4核桃油的氧化诱导时间均大于空白组，同时也均大于单个天然抗氧化剂。这表明VE、茶多酚和迷迭香提取物对核桃油抗氧化具有协同增效作用。因此，筛选出天然抗氧化剂VE、茶多酚和迷迭香提取物进行复配。

表2 复配天然抗氧化剂筛选

2.3.2 响应面法优化复配天然抗氧化剂配比

根据单因素试验结果，以VE(A)、迷迭香提取物(B)、茶多酚(C)为自变量，油脂氧化诱导期(Y)为响应值，采用Box-Behnken进行优化设计，响应面试验设计与结果见表3。

对表3数据进行回归分析，可得到各因素与响应值之间的回归方程：Y=7.66+0.17A+1.24B+0.54C-0.22AB-0.28AC-0.14BC-0.37A2-0.22B2-0.31C2。

表3 响应面试验设计与结果

对回归模型进行方差分析及误差统计分析，见表4和表5。由表4可知，该回归模型P小于0.000 1，表明模型极显著；模型失拟项不显著(P=0.071 9>0.05)，说明该方程拟合较好。在因素水平范围内容，对核桃油氧化诱导时间(Y)的影响依次为B>C>A2>C2>AC>A>B2>AB>BC，其中A、B、C、AC、A2、B2、C2影响极显著(P<0.01)，AB影响显著(P<0.05)，BC影响不显著(P>0.05)，表明3种抗氧化剂对核桃油的抗氧化作用并不是单纯地叠加，具有一定协同作用。

表4 回归模型方差分析

由表5可知，判定系数为0.993 2，表明该模型相关性较好；变异系数(1.81%)<10%，说明试验的可信度和精确度较高；精密度又为信噪比，其值为36.984，大于4视为合理，可以很好地预测复合抗氧化剂对核桃油氧化诱导时间的影响。响应面优化得到天然抗氧化剂复合配方：VE添加量880 mg/kg、迷迭香提取物添加量690 mg/kg和茶多酚添加量340 mg/kg，此时核桃油的氧化诱导时间为8.82 h，相比于非添加抗氧化剂核桃油的氧化诱导时间延长2.1倍。

表5 回归方程模型误差统计分析

为验证配方的有效性，在相同条件下进行3次重复性平行试验，核桃油氧化诱导时间的平均值为9.03 h，实际值与预测值基本相近，在模型误差运行范围内。采用响应面优化获得的核桃油延缓氧化方案准确可靠，对工业化生产具有实际的指导意义。

2.4 核桃油货架期预测

对添加最优复合天然抗氧化剂的核桃油进行不同温度下氧化诱导时间测定，结果见图3。

图3 最优复配天然抗氧化剂对核桃油氧化诱导时间的影响

由图3可知，随加热温度升高，空白组和添加最优组合天然抗氧化剂核桃油的氧化诱导时间均迅速缩短，温度每升高10 ℃，氧化诱导时间缩短50%，且lnt与T具有较好线性关系，决定系数R2均大于0.99；根据拟合方程，添加最优组合天然抗氧化剂的核桃油在常温20 ℃下理论货架期为385 d，相比于空白组货架期延长5.6倍，这与卢付青等[16]筛选出的核桃油复配抗氧化剂相比，20 ℃下理论货架期延长了97 d。

3 结论

采用Rancimat法对添加VE、迷迭香提取物、茶多酚及其复配组分的核桃油抗氧化能力进行研究，抗氧化效果为迷迭香提取物>茶多酚>VE，复配天然抗氧化剂明显优于单一抗氧化剂，经响应面优化得到复配天然抗氧化剂配方为VE添加量880 mg/kg、迷迭香提取物添加量690 mg/kg和茶多酚添加量340 mg/kg，此时氧化诱导时间8.82 h，添加最优复配天然抗氧化剂的核桃油在20 ℃下的理论货架期为385 d，有效延长了易氧化油脂的货架期，为油脂的加工、贮藏和销售提供了参考。