复配抗氧剂对橄榄油的抗氧化性表现及其研究*

2023-12-27杨家庆王秀娟

合成材料老化与应用 2023年6期

时宪，杨家庆，王秀娟

(青岛科技大学，高分子科学与工程学院，橡塑材料与工程教育部重点实验室/山东省橡塑材料与工程重点实验室，山东青岛 266042)

添加适宜适量的抗氧剂可以减缓橄榄油储存与运输过程中因光照和温度变化引起的腐败变质情况，提高其化学稳定性，从而延长橄榄油的保存期限[1]。

油脂在氧化过程中与氧气发生反应，易发生氧化酸败，其化学结构会发生变化，产生各种含氧官能团如羰基、醛基等[2]。Jie等[3]为了研究油脂氧化程度，通过红外全反射光谱计算氧化前、氧化后橄榄油中羰基（C=O）吸收峰与亚甲基（CH2）吸收峰强度之比，证明油脂发生了明显的氧化。杨国燕[4]通过差示扫描量热仪（DSC）测定压榨亚麻籽油和菜籽油在不同氧化温度下的诱导氧化时间，用于评价油的氧化程度。

随着人们生活水平的不断提高，低毒、高效的天然抗氧剂成为当下研究热点。目前，主要集中在天然抗氧剂之间协同作用的研究上[5-6]。郝晓丽等[7]利用DPPH自由基清除实验研究TBHQ与维生素E协同抗氧化作用。钟机等[8]研究了茶多酚与维生素E对鱼子油抗氧化作用的影响, 发现联合使用茶多酚和维生素E时, 显著提高了鱼子油的抗氧化能力, 联合使用茶多酚和维生素E的效果与使用人工合成抗氧剂TBHQ的效果相当, 且高于单独使用茶多酚和维生素E的效果，表明二者之间具有协同效应。复配抗氧剂的研究与应用是当今食品工业的发展趋势，探讨抗氧剂之间的协同作用，开发高效的复配抗氧剂，对于抗氧剂的有效利用具有重要意义。

本实验通过红外全反射光谱检测、DPPH自由基清除能力以及DSC氧化诱导期的测定，研究复配抗氧剂对橄榄油抗氧化性表现，探究其协同作用，为橄榄油实际生产和生活应用中开发高效复配抗氧剂提供帮助。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

1.1.1 实验材料与试剂

迷迭香提取物（RE，纯度99%），成都万象宏润生物科技有限公司。橄榄油（分析纯），1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH，纯度96%），特丁基对苯二酚（TBHQ，纯度98%），茶多酚提取物（TP，纯度99%），无水乙醇（纯度95%），均来自上海麦克林生化科技有限公司。

1.1.2 主要仪器和设备

傅里叶红外光谱仪，HQL，德国布鲁克（bruker）；磁力加热搅拌器，78-1B，金坛市双捷实验仪器厂；热空气老化试验机，D3051511，台中高铁科技股份有限公司；差示扫描量热计，D3061404，台中高铁科技股份有限公司；紫外荧光光度计，UV1900，上海睿士科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备

准确称取七组10mL橄榄油，并按照数字序号1～7作为标记，第1组未添加抗氧剂的空白橄榄油样品作为对照组，2～4组分别单独加入RE、TP和TBHQ各2mg，5～7为RE、TP和TBHQ各1mg两两复配，以上添加量均符合GB/T 2760-2014。将添加抗氧剂的橄榄油样品于25℃超声处理并进行磁力搅拌5min，然后装入棕色广口瓶中。

1.2.2 烘箱法加速老化实验

将样品放入棕色广口瓶中密封，置于（80±1）℃恒温烘箱内，分别在氧化0、2、4、6天后取样，取样后放置于-20℃冰箱储藏备用。

1.2.3 DPPH自由基清除能力测定

在2mL油样中加入2mL DPPH溶液（6×10-5mol/L），常温条件下于黑暗处静置2h后，用紫外荧光光度计测定517nm处吸光度。DPPH自由基清除能力计算公式为[9]：

式（1）中，AC为对照组的吸光度，AS为油脂样品的吸光度。

1.2.4 红外全反射光谱分析

使用德国Bruker公司的HQL型傅立叶变换红外-拉曼光谱仪对实验样品进行红外测试，橄榄油样品采用衰减全反射模式[10]。

1.2.5 差示扫描量热法（DSC）测定橄榄油氧化诱导期

分别取1～7号样品2.5mg放入铝合金制成的一层铝制板上，并放入敞口的铝坩埚中。设置升温速率为10℃/min，温度由30℃升温至160℃，空气的升温流速控制为30mL/min。诱导氧化期为氧化反应曲线最大斜率的切线和氧化反应前外推时间基线相交点所对应的时间点，实验测定3次取平均值得到样品的氧化诱导期[11]。

2 结果与讨论

2.1 紫外实验

DPPH自由基清除能力测定是将抗氧剂自身含有的H原子与DPPH中的自由基相结合，生成没有颜色的稳定化合物[12]，通过该实验可得出加入不同抗氧剂的橄榄油自由基清除能力。首先分别对氧化2、4、6天中未加入抗氧剂的样品进行紫外分光测试，得到空白对照组吸光度，然后测定加入不同抗氧剂样品的吸光度，按公式（1）计算得出不同样品的DPPH自由基清除率。单体抗氧剂和复配抗氧剂实际平均值可通过氧化2、4、6天的DPPH自由基清除率计算平均值得出。通过同一浓度下单体抗氧剂DPPH自由基清除率，利用加合取平均方法计算得出1：1两两复配时复配抗氧化剂的理论值[13-14]，由此得出氧化2、4、6天时复配抗氧剂理论平均值。

从表1可以看出，通过计算样品氧化2、4、6天的DPPH自由基清除率平均值，得出单体抗氧剂自由基清除率实际平均值最高为TBHQ的70.1%，其次是复配抗氧剂TP和RE的67.5%，由此可得，TBHQ与TP和RE两者间的自由基清除率实际平均值差距小于3%，说明两者自由基清除能力差距不大。通过对比复配抗氧剂TP和RE的实际平均值和理论平均值发现，其自由基清除率实际平均值为67.5%，而理论平均值为54.7%，相比理论值增长12.8%，说明TP和RE复配情况下整体协同作用表现较强，而RE、TP分别与TBHQ复配时，复配抗氧剂的DPPH自由基清除率实际平均值均低于理论平均值，说明整体协同作用表现较弱。

表1 紫外实验数据Table 1 UV experimental data

由图1可知，氧化2天的实验样品中，单体抗氧剂中TBHQ自由基清除率最高为93.9%，其次TP自由基清除率为63.6%，而RE自由基清除率仅为12.9%，三者差距较大。复配抗氧剂TP和RE自由基清除率为57.6%，为复配抗氧剂中效果最好。通过对比TP、RE、TP与RE复配三组实验发现，TP对DPPH自由基的清除能力明显高于RE，略高于TP和RE复配实验组。这主要是因为DPPH为脂溶性体系[15]，而RE为水溶性抗氧剂，TP比RE具有更好的脂溶性，更易分散到整个体系中，进而发挥好的抗氧化效果。

图1 氧化2天样品自由基清除率Fig.1 Free radical scavenging rate after 2 days of aging

由图2可知，氧化4天的实验样品中，单体抗氧剂中RE自由基清除率最高为83.3%，其次TP自由基清除率为71.1%，而TBHQ自由基清除率为57.1%。复配抗氧剂中TP和RE自由基清除率为80.7%，为复配抗氧剂中最高。衡量抗氧剂的优劣标准为自由基清除率达到50%以上，以上实验组均符合自由基清除率测试实验标准。

图2 氧化4天样品自由基清除率Fig.2 Free radical scavenging rate after 4 days of aging

由图3可知，氧化6天后的实验样品中，单体抗氧剂中TBHQ自由基清除率最高为59.2%，其次TP自由基清除率为52.9%，而RE自由基清除率仅为44.3%，三者差距缩小。复配抗氧剂TP和TBHQ体系的自由基清除率为65.5%，为复配抗氧剂中最高，其次是TP和RE复配体系的自由基清除率为64.2%。综合三次实验结果分析来看，复配抗氧剂TP和RE使用效果最为稳定，协同作用效果较好，一定程度上可替代人工合成抗氧剂TBHQ应用于橄榄油实际生产中。

图3 氧化6天样品自由基清除率Fig.3 Free radical scavenging rate after 6 days of aging

2.2 红外全反射光谱分析

由图4可知，通过对比红外光谱图中未被氧化和氧化6天的空白对照组于1800cm-1左右处的吸收峰，发现氧化6天后的空白样品在该处波峰明显降低，此处为碳碳双键（-CH2=CH2-），分析原因是由于碳碳双键被氧化导致其波峰值降低。同时，对比发现氧化6天后的空白样品于2800cm-1左右处波峰升高，此处为油脂氧化产物羰基（-C=O），羰基的出现意味着油脂发生了氧化，而实验所用橄榄油中主要成分为油酸，油酸分子结构式中含有大量碳碳双键。

图4 空白对照组红外光谱图Fig.4 Infrared spectrum of blank control group

对7组样品红外光谱图中的碳碳双键吸收峰与亚甲基吸收峰进行积分，其积分之比可得到不同样品中碳碳双键的变化情况。结果如图5所示。由图5可知，RE与TP复配实验组碳碳双键含量最高，说明RE与TP复配橄榄油对碳碳双键的保护效果最好，其次是TP与TBHQ复配。

图5 碳碳双键与亚甲基积分量化比Fig.5 Integral ratio of carbon-carbon double bond to methylene

由图6可知，对样品红外光谱图中的羰基吸收峰与亚甲基吸收峰进行积分，其积分之比可得到不同样品中羰基的变化情况。由此可得出结论：RE与TP复配实验组中羰基含量最低，说明该组实验对羰基的抑制效果最好，其次是TP与TBHQ复配实验组。综合红外全反射实验结果分析，得出RE与TP复配抗氧剂对橄榄油结构保护方面最好，性质最稳定，与前文DPPH自由基清除实验测定结果一致。

图6 羰基与亚甲基积分比值Fig.6 Integral ratio of carbonyl to methylene

2.3 氧化诱导期实验分析

氧化诱导期（OIT）是测定样品在高温和氧气条件下开始发生自动催化氧化反应的时间。样品的氧化诱导期时间越长则代表抗氧剂的抗氧化性效果越好，对油脂的保护性也就越好，反之效果越差[16]。根据图7可得出当设置温度由30℃升温至160℃时，实验样品中添加抗氧剂均可延长橄榄油氧化诱导期，其中TBHQ的氧化诱导期时间最长为8.8min，明显优于其他组数据，说明TBHQ对延长橄榄油氧化诱导期的效果最佳。由于TP中的酯类儿茶素在高温下易发生差向异构现象[17]，虽然抗氧化活性好，但耐高温性差，所以DSC测试氧化诱导期效果劣于TBHQ，橄榄油实际生产保存中可根据温度条件的不同选择适配的抗氧剂方案。