新疆打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的研究及貨架期預(yù)測

王芳梅，張鑫，谷盼盼，許若男，張紅玉，張修珂，王英美，希力阿扎提阿不力米提，王亮

(新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊，830046)

打瓜(Citrulluslanatus(Thunb.)matsum. etnakai)，又名籽瓜，葫蘆科，一年生草本植物，是西瓜的一個栽培變種，形狀與西瓜相似，但比西瓜小[1]。打瓜瓜肉清甜，含有18種氨基酸和多種微量元素，能清肺潤肺、養(yǎng)脾健脾[2]，因含籽多而得名，主要是取其籽食之。目前，中國是世界上打瓜的主要種植區(qū)，其次是泰國。無論是打瓜的種植還是打瓜籽的產(chǎn)量，中國均居世界之首[3]。打瓜盛產(chǎn)于我國西北地區(qū)，產(chǎn)地主要在新疆、甘肅，在吉林和內(nèi)蒙古等地也有種植，年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百萬噸。其中新疆生產(chǎn)的打瓜籽以其籽片大、板平、飽滿、肉厚、色澤黑亮、品質(zhì)優(yōu)良而深受客戶青睞。

打瓜籽含有多種人體所需的營養(yǎng)成分，打瓜籽中含有大量的蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸和鉀、鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)以及人體所必需的不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量極為豐富[4]。打瓜籽中的不飽和脂肪酸含量非常高，因此高血壓及心腦血管患者也可以食用，打瓜籽中的固醇類物質(zhì)還可以降低血液里的低密度膽固醇[5]。

我國擁有豐富的打瓜籽資源。但目前的研究報道主要涉及打瓜籽蛋白的提取及其功能特性[3，6-8]，打瓜籽油的脂肪酸分析[4，8-12]等，對打瓜籽油的氧化穩(wěn)定性研究屬于空白。由于打瓜籽油中的不飽和脂肪酸含量較高，所以在打瓜籽油生產(chǎn)加工過程中，打瓜籽油很容易受到一些因素的影響，從而導(dǎo)致氧化、酸敗等。因此，研究影響打瓜籽油穩(wěn)定性的因素，對打瓜籽油的生產(chǎn)和儲藏有很大的幫助，也有利于提高打瓜籽產(chǎn)品附加值，延長打瓜產(chǎn)業(yè)鏈。對打瓜籽油的開發(fā)利用提供一個經(jīng)濟依據(jù)，為打瓜籽油的開發(fā)利用打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

打瓜籽，新疆維吾爾族自治區(qū)昌吉回族自治州阜康縣；KI、Na2CO3、ZnCl2、NaCl、可溶性淀粉均為分析純，天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司；三氯甲烷、冰乙酸、MgCl2均為分析純，天津永晟精細(xì)化工有限公司；石油醚(30～60 ℃)，分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；硫代硫酸鈉(五水)，分析純，成都市科龍化工試劑廠；FeCl3,分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；CuSO4,分析純，天津北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司；維生素E(VE)、4-叔丁基茴香醚(BHA)、叔丁基苯二酚(TBHQ),上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

電子天平(FA1004B)，上海越平科學(xué)儀器(蘇州)制造有限公司；高速多功能粉碎機(RHP-1000A)，鄭州九工機械設(shè)備有限公司；超聲波清洗機(SB-3200DTD)，寧波芝生物科技股份有限公司；循環(huán)式多有真空泵(SHB-Ⅲ)，上?？坪惚脤崢I(yè)發(fā)展有限公司；熱鼓風(fēng)干燥箱(101-2ES)，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(RE-52A)，上海亞榮生化儀器。

1.3 試驗方法

1.3.1 打瓜籽油的提取

打瓜籽經(jīng)過挑選，粉碎，過40目篩，稱取一定量的打瓜籽粉，按7∶1加入石油醚(30～60 ℃)，設(shè)置超聲波清洗機功率為180 W，處理30 min，靜置一定時間，抽濾，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行減壓蒸餾，回收石油醚。

1.3.2 打瓜籽油理化指標(biāo)的測定

酸價參考GB 5009.229—2016；碘值參考GB/T 5532—2008；皂化值參考GB/T 5534—2008；過氧化值參考GB/T 5009.227—2016；透明度參考GB/T 5525—2008；色澤參考GB/T 5492—2008；水分及揮發(fā)物參考GB5009.236—2016。

1.3.3 打瓜籽油脂肪酸組成分析

首先采用GB/T 17376—2008三氟化硼法制備脂肪酸甲酯衍生化物。采用氣相色譜分析法進行分析，儀器：安捷倫7890A，毛細(xì)管色譜柱型號：HP-88(100 m×0.25 mm×0.20 μm)，進樣量，1 mL，流速1 mL/min；進樣溫度，208 ℃，檢測器溫度，230 ℃；采用程序升溫，以2 ℃/min從164 ℃升至184 ℃，再以2.1 ℃/min升至205 ℃，最后以2.4 ℃/min升至229 ℃，保持2 min。

1.3.4 打瓜籽油的氧化穩(wěn)定性測定

打瓜籽油在不同的存儲條件下的氧化速度不一樣，放置一段時間后，過氧化物的含量會不斷增加。油脂的氧化產(chǎn)物會影響產(chǎn)品的營養(yǎng)價值與儲存時間。過氧化值(peroxide value, POV)是檢測油脂氧化的重要指標(biāo)，POV越大，表明油脂氧化產(chǎn)物含量越高，油脂酸敗變質(zhì)程度也越嚴(yán)重[13]。根據(jù)GB/T 5009.227—2016定期測定過氧化值(POV)，來監(jiān)測打瓜籽油的氧化速度。

(1)空氣對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響

空氣中的氧氣會促進打瓜籽油的自動氧化。準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油2份，各20 g，裝入棕色瓶中，分別在室溫20 ℃下不通風(fēng)、避光處密閉存放和敞口放置，每隔5 d測定1次打瓜籽油的過氧化值。

(2)光照對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響

光氧化是油脂氧化作用的組成部分。準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油2份，各20 g，分別裝入50 mL棕色瓶(避光)、透明錐形瓶(透光)中，每隔5 d測定1次打瓜籽油的過氧化值。

(3)水分對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油2份，各20 g，裝入錐形瓶中，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、20%水，每隔5 d測定一次打瓜籽油的過氧化值。

(4)溫度對打瓜籽油脂氧化穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油5份，各20 g裝入50 mL錐形瓶中，分別放置在20、30、40、50和60 ℃的恒溫干燥箱中，每隔5 d測定1次打瓜籽油的過氧化值。

(5)金屬離子對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油5份，各20 g，裝入50 mL錐形瓶中，在打瓜籽油中按100 mg/kg的添加量加入以下化學(xué)試劑：NaCl、MgCl2、ZnCl2、CuSO4、FeCl3。同時做空白對照。放置于60 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)，每隔5 d測定1次打瓜籽油的過氧化值。

(6)抗氧化劑對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響

采用Schaal烘箱法測定不同抗氧化劑對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響。準(zhǔn)確稱取制得的打瓜籽油12份，各20 g裝入50 mL錐形瓶中，分別以50、100、150、200 mg/kg的添加量，準(zhǔn)確稱取4-叔丁基對苯二酚(TBHQ)、丁基羥基茴香醚(BHA)、維生素E(VE)加入到打瓜籽油中，并攪拌搖勻，同時做空白試驗，然后放置于60 ℃恒溫箱中，每隔5 d測定1次打瓜籽油的過氧化值。

(7)打瓜籽油貨架期預(yù)測

采用Schall烘箱法，進行加速氧化實驗，得出打瓜籽油在60 ℃下各階段的過氧化值。然后根據(jù)阿侖尼烏斯Arrhenius經(jīng)典公式，反應(yīng)溫度每升高10 ℃，反應(yīng)速度提高1倍，如公式(1)所示：

K(T+10℃)/KT=2

(1)

但反應(yīng)速率常數(shù)(K)與食品的貨架期(Q)呈反相關(guān)，即反應(yīng)速率常數(shù)(K)值越大，油脂氧化酸敗速度越快，食物的貨架壽命越短，如公式(2)所示：

QT/Q(T+10 ℃)=2[14-15]

(2)

儲藏溫度與食品的貨架期的關(guān)系見表1所示。

表1 溫度與貨架壽命系數(shù)的關(guān)系Table 1 Relationship between temperature andshelf life factor

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標(biāo)測定結(jié)果(表2)

2.2 脂肪酸成分分析結(jié)果

表2 打瓜籽油脂的理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical indexes of seeding-watermelon seeds oil

表2為打瓜籽油脂的理化指標(biāo)測試結(jié)果。圖1為超聲波提取法提取的打瓜籽油脂肪酸成分GC圖譜，由圖1和表3可知，打瓜籽中主要有豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸，且出峰順序為豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸。打瓜籽油中脂肪酸以不飽和脂肪酸為主，其中亞油酸(C18∶2) 含量最高，達(dá)73.51%，其次是棕櫚酸(C16∶0)10.81%、油酸(C18∶1)8.39%，飽和脂肪酸主要為硬脂酸為5.60%。

圖1 打瓜籽油脂肪酸氣相色譜分析Fig.1 Gas chromatographic analysis of seeding-melon seeds oil fatty acids

表3 打瓜籽油脂肪酸組成及質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 3 composition and content of fatty acids inseeding-melon seeds oil

峰號名稱類型保留時間/min峰面積質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%3棕櫚酸C16∶013.9851046.099 3710.8066硬脂酸C18∶017.320542.580 635.6057油酸C18∶118.439812.036 878.3888亞油酸C18∶220.3397116.328 6173.511

2.3 空氣對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，敞口儲存與閉口儲存有明顯的差別，隨著時間的延長，敞口存放的打瓜籽油過氧化值增加速率逐漸增大。而封閉儲存的打瓜籽油的過氧化值曲線增長總量較小。這可能是因為敞口放置的打瓜籽油，與空氣的接觸面積較大，提供了充足的供氧環(huán)境，加速了游離基的生成，從而加速了打瓜籽油的氧化酸敗。

2.4 光照對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

圖2 空氣對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of air on the stability of seeding-watermelon seeds oil

由圖3可知，在光照的條件下打瓜籽油的氧化穩(wěn)定性比較低，隨著時間的延長，過氧化值增加，氧化速率明顯加快。而避光處理的打瓜籽油過氧化值增加緩慢。這可能是因為自然光的照射會促使氧分子活化，打瓜籽油內(nèi)的游離基加速生成，引起打瓜籽油的氧化酸敗加速。因此，打瓜籽油的儲存和運輸過程中應(yīng)該盡量避免光的照射。

圖3 光照對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of light on the stability of seeding-watermelon seeds oil

2.5 水分對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，在水分存在的情況下，隨著時間的延長，打瓜籽油的過氧化值明顯增加，并且隨著水分添加量的增加，氧化速度也加快。因此，水分會加快不飽和脂肪酸的氧化分解，導(dǎo)致游離脂肪酸的增加，從而加快了油脂的氧化速率。

圖4 水分含量對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of moisture content on the stability of seeding-watermelon seeds oil

2.6 溫度對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

圖5表明在不同的儲存溫度下，打瓜籽油的過氧化值隨著時間的延長呈上升趨勢。貯藏溫度越高，打瓜籽油的過氧化值增加幅度越大。相反，貯藏溫度越低，過氧化值增長緩慢，打瓜籽油越穩(wěn)定。表明打瓜籽油的腐敗與貯藏溫度及貯藏時間有密切關(guān)系，貯藏溫度過高，使脂肪酸的氫過氧化物加速分解，從而加快打瓜籽油的腐敗變質(zhì)，而且溫度升高，可能使酶活增高，使油脂的分解速率加快，很大程度地影響了油脂的品質(zhì)[13]。

圖5 溫度對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of temperature on the stability of seeding-watermelon seeds oil

2.7 金屬離子對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，60 ℃下金屬離子Cu2+、Zn2+、Na+、Mg2+、Fe3+都會影響打瓜籽油的氧化穩(wěn)定性，隨著處理時間的延長，其過氧化值明顯上升，其中Fe3+對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響最大，其次是Zn2+、Cu2+，而Na+、Mg2+對打瓜籽油的影響不是特別明顯。這5種金屬離子對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響次序為：Fe3+>Zn2+>Cu2+>Mg2+>Na+。

圖6 金屬離子對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of metal ions on the stability of seeding-watermelon seeds oil

因此，在打瓜籽油加工儲存過程中，應(yīng)盡量避免打瓜籽油與金屬離子的接觸，降低油脂的氧化速率，延長儲藏時間。

2.8 不同抗氧化劑對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

圖7表明，隨著儲存時間的增加，添加不同抗氧化劑的試驗組其過氧化值都明顯低于對照組，表明抗氧化劑能有效地降低打瓜籽油的過氧化速度，且200 mg/kg TBHQ抗氧化效果最佳。由圖7可知，3種抗氧化劑的抗氧化效果依次為200 mg/kg TBHQ>200 mg/kg VE>200 mg/kg BHA，因此，TBHQ是延緩打瓜籽油氧化的較理想的抗氧化劑。

圖7 不同抗氧化劑對打瓜籽油的影響Fig.7 Effect of antioxidant species on the stability of seeding-watermelon seeds oil

2.9 抗氧化劑添加量對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響

由圖8可知，添加不同劑量的BHA的油樣POV比對照組明顯下降。BHA的添加量越大，相同時間內(nèi)，打瓜籽油的POV值越小，而且隨著儲存時間的增加，不同組的POV的差異也越明顯，添加BHA劑量為200 mg/kg的油樣POV值最低。

圖8 BHA添加量對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of BHA addition on the stability of seeding-watermelon seeds oil

由圖9可知，添加不同劑量的VE的油樣POV比對照組均明顯下降。在加速氧化的30 d內(nèi)，隨著VE添加量的增大，相同時間內(nèi)，打瓜籽油的POV值越小，且隨著儲存時間的延長，各打瓜籽油實驗組的POV差異也越大，VE劑量為200 mg/kg的油樣POV值最低。這是因為天然VE在一定程度上會使油中的自由基轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚缘幕蜉^為穩(wěn)定的化合物[16]，從而起到抗氧化的作用。

圖9 VE添加量對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of VE addition on the stability of seeding-watermelon seeds oil

由圖10可知，在添加了抗氧化劑TBHQ之后，打瓜籽油的過氧化值一直保持在很低的水平，且隨著TBHQ添加量增加，其抗氧化效果不斷增強。而對照組的過氧化值有很大的變化，隨著處理時間的延長，其過氧化值越大。在測試前各個樣品過氧化值為0.23 mmol/kg，添加200 mg/kg的TBHQ加速氧化30 d后，打瓜籽油的過氧化值為9.70 mmol/kg，而對照組的過氧化值達(dá)到48.12 mmol/kg。

圖10 TBHQ添加量對打瓜籽油穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effect of TBHQ addition on the stability of seeding-watermelon seeds oil

2.10 打瓜籽油貨架期預(yù)測

打瓜籽油的貨架期預(yù)測采用Schaal烘箱法，60 ℃下實驗1 d相當(dāng)于20 ℃條件下儲存16 d。根據(jù)國家食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5009.73—2003)的規(guī)定，油脂中過氧化值的上限為12 mmol/kg，60 ℃下油樣從起始過氧化值(POV)值達(dá)到上限12 mmol/kg所經(jīng)歷的儲存時間，可預(yù)測20 ℃下的貨架壽命[17-19]，即為打瓜籽油的預(yù)測貨架壽命。打瓜籽油的貨架壽命的預(yù)測結(jié)果見表4。

表4 打瓜籽油貨架期預(yù)測Table 4 Forecast of shelf life of seeding-watermelonseeds oil

由表4可知，在20 ℃時，不添加任何抗氧化劑的打瓜籽油的貨架壽命為136 d，添加抗氧化劑后，可以明顯延長打瓜籽油的貨架壽命。添加200 mg/kg TBHQ的效果最好，可以達(dá)到534 d，接近1.5年。

3 結(jié)論

(1)空氣、溫度、光照、水分都會加快打瓜籽油的氧化反應(yīng)，影響其穩(wěn)定性，因此，在其加工運輸和儲藏過程中，應(yīng)盡可能使打瓜籽油處于封口、暗處、低溫條件下，且避免與水分接觸。

(2)金屬離子Na+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Cu2+都會影響打瓜籽油的氧化穩(wěn)定性，這5種金屬離子對打瓜籽油氧化穩(wěn)定性的影響次序為：Fe3+>Zn2+>Cu2+>Mg2+>Na+。因此，在打瓜籽油的加工和儲存過程中，應(yīng)該盡量避免打瓜籽油與這些金屬離子的接觸。

(3)添加抗氧化劑能夠有效延緩打瓜籽油的氧化，打瓜籽油在添加200 mg/kg的TBHQ時，其抗氧化效果最好。3種抗氧化劑的抗氧化效果依次為200 mg/kg TBHQ>200 mg/kg VE>200 mg/kg BHA，因此，對打瓜籽油而言，TBHQ為較理想的抗氧化劑。且在加速氧化的30 d試驗期內(nèi)，BHA、TBHQ、VE添加量越大，打瓜籽油的POV值越小，且隨著放置時間的延長，各實驗組之間的POV差異則越明顯，故抗氧化劑添加量為200 mg/kg時，打瓜籽油的POV值最低。

(4)在20 ℃時，不添加任何抗氧化劑的打瓜籽油的貨架期為136 d，添加抗氧化劑以后，可以明顯延長打瓜籽油的貨架期。添加200 mg/kg TBHQ的效果最好，可達(dá)到534 d，接近1.5年。