水酶法油茶籽油的抗氧化剂筛选

冯红霞, 王文亲, 刘 宇, 高梅贵, 马立志

(贵阳学院食品与制药工程学院1,贵阳 550005)

(贵州省果品加工工程技术研究中心2,贵阳 550005)

油茶籽油是用成熟的油茶种子通过不同加工方法提取而制备出的高级食用植物油[1]。油茶籽油不饱和脂肪酸质量分数高达90%,它的脂肪酸组成和理化性质与橄榄油相似,被誉为“东方橄榄油”[2]。除此之外,油茶籽油中还含有大量的抗氧化活性成分,如生育酚、角鲨烯以及酚类化合物等,有益于预防心血管疾病、抗过敏、抗氧化、抗菌等功能[3],因此,它在食品、医药、化妆品领域具有一定的开发价值。研究所采用的制油方法为水酶法,水酶法是一种可以同时从油料中提取油脂和蛋白质且油脂提取环境友好的方法,用水酶法提取的油脂品质较好,而且操作安全、反应条件环保、温和,有利于环境保护和提升油脂品质。在课题组前期的研究过程中发现,水酶法油茶籽毛油的品质已达到一级食用油的质量标准,但其货架期较短。

因此,研究针对水酶法提取的油茶籽油保质期较短这一问题,以水酶法制备的油茶籽油为原料,分别添加不同剂量、不同种类的抗氧化剂作为实验油样,采用Schaal烘箱加速氧化实验观察各油样的氧化稳定性,并用油脂氧化稳定性分析仪测定各油样的诱导期,评估油脂的氧化稳定性指数,同时与空白组和市售油茶籽油作对比,筛选出一种效果较好的抗氧化剂,从而有效延长水酶法油茶籽油的保质期。在此基础上,设置2个对照组即空白组(未添加抗氧化剂的油茶籽毛油)、市售油茶籽油组,和1个实验组即添加所筛选的最佳抗氧化剂组,对其进行高温连续加热实验,测定其过氧化值、酸价、p-茴香胺值,评价该抗氧化剂是否能有效延缓油脂的氧化酸败。从而筛选出一种能有效延长水酶法油茶籽油保质期的抗氧化剂,解决该油脂保质期较短这一问题,而且能够在一定程度上减少资源的浪费,提高油茶籽油的品质。

1 材料与方法

1.1 实验材料与试剂

有机山茶籽油:酸价为(0.34±0.02)g/100 g,过氧化值为(0.01±0.00)g/100 g;油茶籽、酶制剂Alcalase 2.4 L碱性蛋白酶(标准活力2.4 AU-A/g,最适温度50 ℃,最适pH 9);维生素E(纯度≥98%)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)(纯度≥98%)、茶多酚棕榈酸酯(纯度≥98%)、迷迭香提取物(纯度≥98%),均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

DJ-A500电子天平,UV2700紫外分光光度计,TDZ5-WS高速离心机,202-1AB电热恒温干燥箱,FA124万分之一电子天平,KD-800DB高功率数控超声波清洗器,JF14112油脂氧化稳定性分析仪,DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,CS-2000高速多功能粉碎机。

1.3 实验设计及指标测定方法

1.3.1 油样制备

取适量油茶籽,清除杂质后,放入90 ℃恒温干燥箱中干燥10 min,然后用高速多功能粉碎机粉碎。准确称取250 g粉碎后的油茶籽,按照料液比1∶6添加蒸馏水[4],混合均匀后,水浴搅拌加热至50 ℃,用2 mol/L的氢氧化钠溶液调节至pH 9后,添加为质量分数的1%的碱性蛋白酶,在此温度和pH下酶解3 h,酶解结束后,在沸水浴条件下灭酶10 min。待混合物冷却,倒入离心管中在离心转速为5 000 r/min,离心温度为20 ℃下离心30 min。离心后将游离油和乳状液收集,放入-18 ℃冰箱冷冻12 h破乳,以提高出油率。解冻后在同等条件下离心即可获得游离油,将游离油抽滤2次,去除机械杂质,从而获得本实验所需的油茶籽毛油样品。

1.3.2 单一抗氧化剂浓度筛选

根据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》,叔丁基对苯二酚(TBHQ)、迷迭香提取物、茶多酚棕榈酸酯、维生素E在植物油中的最大质量分数为0.2、0.7、0.6 g/kg,维生素E遵循适量原则,所以,设计4种抗氧化剂在水酶法油茶籽毛油中的添加量如表1所示。

表1 4种抗氧化剂在水酶法油茶籽毛油中的添加量

1.3.3 Schaal烘箱加速氧化实验

采用Schaal烘箱法,根据温度与货架寿命系数关系:(60±1)℃下 1 d 相当于常温(20 ℃)货架期 16 d,以 GB 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》中过氧化值≤0.25 g/100 g为指标,以此来推出该油脂的预测货架期寿命[5]。

分别称取适量的抗氧化剂加入适量油茶籽毛油中,强力搅拌10 min,后于20 ℃条件下超声10 min,后缓慢搅拌,使抗氧化剂完全溶解。称取30 g油样于棕色密封油瓶中,贴上标签,将样品全部置于(60±1)℃的恒温干燥箱中加速氧化24 d,每隔1 d振荡1次,并交换油样在烘箱中的位置,每隔4 d定时取样,测定其过氧化值。

1.3.4 油脂氧化诱导试验

参照GB/T 21121—2007《动植物油脂氧化稳定性的测定》方法,称取适量油茶籽毛油于250 mL锥形瓶中,按相应比例添加抗氧化剂,在25 ℃,60 W条件下超声10 min,使抗氧化剂完全溶于油脂中;油样制备好后,准确称取3.0 g油样于油脂氧化稳定性分析仪的反应管中,测量池中添加50 mL去离子水,将电极与测量、记录仪器连接,调节测定温度为110 ℃,空气柱150～200 mL/min,开始测定;当仪表电导率曲线明显上升至100 μs/cm时即可结束测定,根据电导率曲线,计算油脂的诱导时间,将该诱导时间作为测定的氧化稳定性值。

1.3.5 高温连续加热实验

以未添加抗氧化剂的油茶籽毛油和市售油茶籽油为对照组,添加0.2 g/kg的茶多酚棕榈酸酯为实验组,准确称取75 g油样于圆底烧瓶中,分别在180 ℃、搅拌速度20 r/min的电热套中连续搅拌加热2、4、6、8、10 h,冷却后测定其过氧化值、酸价、p-茴香胺值。酸价测定依据GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》冷溶剂指示剂滴定法;过氧化值测定依据GB/T 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》滴定法;p-茴香胺值测定依据GB/T 24304—2009《动植物油脂茴香胺值的测定》。

1.4 数据统计分析

实验中所有测定均重复3次,采用Excel 2010处理数据,采用Origin2018进行绘图处理,采用IBM SPSS Statistics V21.0进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同抗氧化剂对油茶籽毛油氧化稳定性的影响

2.1.1 叔丁基对苯二酚对油茶籽毛油氧化稳定性的影响

叔丁基对苯二酚(TBHQ)由于含有2个酚羟基,具有很强的抗氧化活性,它已被广泛用作抗氧化剂,以防止脂肪和油在室温下的氧化[6]。由图1可知,油料在(60±1)℃恒温储藏的过程中,随着储藏时间的延长,空白组的过氧化值明显上升,添加了TBHQ油样与空白组油样的过氧化值差异显著(P<0.05),且TBHQ的浓度越大,其抗氧化效果越好,TBHQ的3种不同添加量的过氧化值在24 d内的变化趋势较为平稳,仅有轻微波动。在加速氧化第24天,该实验组的过氧化值为0.05 g/100 g,仍未超出国家规定的油脂过氧化值限量标准0.25 g/100 g,而空白组的过氧化值为0.65 g/100 g。空白组在第8天时已超出国家规定限定标准,质量分数为0.27 g/100 g,由该实验结果可知,质量分数0.20 g/kg的叔丁基对苯二酚(TBHQ)的抗氧化效果最佳。

注:图中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。余同。图1 叔丁基对苯二酚(TBHQ)对油茶籽毛油过氧化值的影响

2.1.2 维生素E对油茶籽毛油过氧化值的影响

由图2可知,添加了维生素E的油样与空白组油样的过氧化值差异显著(P<0.05),表明了维生素E对油茶籽毛油有一定的抗氧化效果,其中,质量分数0.05 g/kg的实验组抗氧化效果最差,在加速氧化第24天的过氧化值为0.37 g/100 g,已超过了GB 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》所规定过氧化值限定量0.25 g/100 g。质量分数0.20 g/kg的维生素E与空白组油样的过氧化值差异最显著(P<0.05),由这一实验结果可知,维生素E在油茶籽毛油中的最适质量分数为0.20 g/kg。

图2 维生素E对油茶籽毛油过氧化值的影响

2.1.3 茶多酚棕榈酸酯对油茶籽毛油过氧化值的影响

由图3可知,添加了茶多酚棕榈酸酯的油样与空白组油样的过氧化值差异显著(P<0.05),表明了茶多酚棕榈酸酯对油茶籽毛油有明显的抗氧化效果,可能是毛油中本身含有多酚类物质,3个浓度的茶多酚棕榈酸酯在加速氧化第24天的过氧化值均低于0.11 g/100 g,空白组的过氧化值为0.65 g/100 g。质量分数分别为0.10、0.20 g/kg实验组的抗氧化效果差异不显著(P>0.05),但0.20 g/kg的实验组抗氧化效果更佳。

图3 茶多酚棕榈酸酯对油茶籽毛油过氧化值的影响

2.1.4 迷迭香提取物对油茶籽毛油过氧化值的影响

迷迭香提取物作为一种天然抗氧化剂,抗氧化物质主要以脂溶性的鼠尾草酸和鼠尾草酚以及水溶性的迷迭香酸和迷迭香酚为主[7],具有安全性高、高效性、耐高温性等优点[8]。在油脂储藏过程中,过氧化物仍然是油脂氧化初期的主要产物,因此测定储藏过程中油脂过氧化值的变化,可以直观看到油脂的劣变情况[9]。由图4可知,添加了迷迭香提取物的油样与空白组油样的过氧化值差异显著(P<0.05),表明了迷迭香提取物可以有效抑制油脂在储藏过程中过氧化物的产生,具有较好的抗氧化效果,迷迭香提取物的浓度越大,其抗氧化效果越佳,0.20 g/kg迷迭香提取物的抗氧化效果较好。但实验组过氧化值的变化趋势波动较大,可能是因为迷迭香提取物中含有不溶性杂质,使其抗氧化效果受影响,还有可能是油样在干燥箱中的位置不同,温度有波动。

图4 迷迭香提取物对油茶籽毛油过氧化值的影响

2.1.5 不同抗氧化剂间的相关性分析

由表2可以看出, 0.20 g/kg维生素E与0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯、0.20 g/kg迷迭香提取物在油料中的添加对油料抗氧化效果分别呈显著的正相关,相关系数为0.859(P<0.01)及0.866(P<0.01),0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯与0.20 g/kg迷迭香提取物在油料中的添加对油料抗氧化效果呈显著的正相关,相关系数为0.949(P<0.01)。

表2 4种抗氧化剂在油样中抗氧化效果的相关性

2.2 油脂氧化诱导时间

以未添加抗氧化剂的空白组和市售油茶籽油为对照,按1.3.4的方法制备样品,各实验组诱导期如图5所示。

注:1～3分别为0.20、0.10、0.05 g/kg的叔丁基对苯二酚;4～6分别为0.20、0.10、0.05 g/kg维生素E;7～9分别为0.20、0.10、0.05 g/kg茶多酚棕榈酸酯;10～12分别为0.20、0.10、0.05 g/kg迷迭香提取物。图5 110 ℃条件下添加不同抗氧化剂油茶籽毛油的诱导期

Rancimat法是使用油脂氧化稳定性分析仪测定油脂的氧化诱导时间,用来评价油的氧化稳定性指数,诱导期越长,说明油的稳定性越好[10]。添加了不同抗氧化剂的油茶籽毛油中,0.20 g/kg 叔丁基对苯二酚(TBHQ)的抗氧化效果最佳,诱导期为22.76 h,比空白组的诱导期延长了5倍左右,其次是0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯,诱导期为15.65 h,氧化诱导时间明显高于未添加抗氧化剂的油茶籽毛油和市售油茶籽油,说明TBHQ和茶多酚棕榈酸酯对油茶籽毛油具有较强的抗氧化性能。而添加维生素E实验组的诱导期与空白组的诱导期相当,则认为在高温条件下,维生素E对油茶籽毛油抗氧化效果不明显。添加了迷迭香提取物的油样诱导期高于空白组,表明添加迷迭香提取物能够起到一定的抗氧化效果,但其效果远不如茶多酚棕榈酸酯。由于TBHQ是化学合成的抗氧化剂,添加在食品中会发生一系列化学反应,从而产生对人体有害的物质。故选择抗氧化效果较TBHQ次之的天然抗氧化剂茶多酚棕榈酸酯为最佳抗氧化剂,其最适质量分数为0.20 g/kg。

2.3 高温连续加热实验

由图6可知,在180 ℃搅拌加热过程中,3种油样的酸价均低于GB 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》中限定值5 mg/g,且大致呈上升趋势,0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯的实验组油样的酸价均低于2个对照组,说明茶多酚棕榈酸酯的添加能有效抑制油脂的酸败程度。

图6 180 ℃加热过程中油样的酸价随加热时间的变化

由图7可知,3种油样的过氧化值均呈现先上升后下降的趋势,且均低于国家标准限定量0.25 g/100 g。市售油茶籽油与实验组油样的过氧化值明显低于空白组毛油,且在加热4 h后,其过氧化值相对稳定,说明0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯这一抗氧化剂能有效抑制油茶籽毛油的氧化酸败程度。

图7 180 ℃加热过程中油样的过氧化值随加热时间的变化

图8 180 ℃加热过程中油样的p-茴香胺值随加热时间的变化

在加热前,3种油样的p-茴香胺值均小于10,相当于基本没有次级氧化产物的存在,但随着加热时间的延长,p-茴香胺值均呈明显上升的趋势,这一实验结果与王贺等[11]的实验结果相似,质量分数0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯的油茶籽毛油的p-茴香胺值在10 h时达到最大值为43.96,均低于2个对照组,说明茶多酚棕榈酸酯的添加能在一定程度上减少油茶籽毛油中次级氧化产物的生成。

3 结论

TBHQ、茶多酚棕榈酸酯、迷迭香提取物、维生素E 4种抗氧化剂的抗氧化效果从强到弱依次为:TBHQ>茶多酚棕榈酸酯>迷迭香提取物>维生素E。按照食品添加剂的安全原则,选择0.2 g/kg茶多酚棕榈酸酯为油茶籽毛油的最佳抗氧化剂,在20 ℃条件下存放384 d以上,而未添加抗氧化剂的油茶籽毛油在20 ℃条件下仅能存放100 d以内,实验结果表明,该抗氧化剂的添加,有效延长了油茶籽毛油的货架期,提高了其经济效益。油脂氧化诱导分析结果也表明,0.20 g/kg茶多酚棕榈酸酯具有较好的抗氧化性。180 ℃高温连续加热实验结果表明,0.20 g/kg的茶多酚棕榈酸酯能有效提高水酶法制备的油茶籽毛油的品质。