蕓豆蛋白抗氧化組分在大豆油熱氧化過程中的抗氧化作用

曲柳青 高嘉唯 崔素萍 張洪微 左 鋒

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319)

食用油脂，尤其是植物油在儲(chǔ)存過程中，很容易產(chǎn)生酸敗(氧化)。食用氧化酸敗的油脂會(huì)造成機(jī)體損傷、加速衰老、誘發(fā)多種疾病，嚴(yán)重危害人體健康[1]。在食用油中添加抗氧化劑是防止油脂酸敗的重要手段[2]，抗氧化劑有助于減少人體內(nèi)及食品體系中自由基的產(chǎn)生或加速其清除，可對(duì)抗由自由基產(chǎn)生的副作用，對(duì)健康非常有益[3]。目前，食用油中常用的合成抗氧化劑如丁基羥基茴香醚(BHA)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、沒食子酸丙酯(PG)、叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)等，由于對(duì)人體的酶系統(tǒng)有毒性效應(yīng)已經(jīng)被要求在嚴(yán)格的規(guī)定下使用[4-5]。

目前，以天然食用抗氧化劑取代合成抗氧化劑是今后食品工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。尋找高效、安全性較好的天然抗氧化劑，分析各種天然抗氧化成分以及如何合理利用這些抗氧化物質(zhì)來延長(zhǎng)油脂與含油食品的儲(chǔ)存期，都是亟待開發(fā)、深入研究的課題。用酶水解動(dòng)植物蛋白質(zhì)制備抗氧化活性肽的研究已有很多[6-8]，任海偉[9]研究了超濾條件對(duì)蕓豆蛋白酶解產(chǎn)物抗氧化活性的影響，研究結(jié)果表明，超濾后的酶解組分的DPPH自由基清除率在各濃度梯度下，抗氧化活性均得到了提高。有研究表明，用堿性蛋白酶水解動(dòng)植物食品制備的抗氧化肽，添加到食品體系中，可以阻止植物油中脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生[10-11]。Sakanaba S等[12]、Nieto G等[13]、Rossini K等[14]研究了將乳清蛋白抗氧化肽、雞蛋黃蛋白抗氧化肽、馬鈴薯蛋白抗氧化肽、酪蛋白抗氧化肽等來源不同的抗氧化肽加到肉制品中具有一定的抗氧化效果。Valeria A[15]研究了莧菜蛋白抗氧化肽在葵花油、菜籽油熱氧化過程中的抗氧化作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶水解莧菜蛋白制備的抗氧化肽具有部分抑制重組魚產(chǎn)品的脂類物質(zhì)氧化過程。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

大豆油，精煉一級(jí)大豆油。

英國(guó)紅蕓豆蛋白抗氧化組分(British red kidney bean protein Antioxidant components，BRKBPAC，相對(duì)分子質(zhì)量<1 000 u，1 000～3 000 u，3 000～5 000 u，純度為95%)：在前期研究工作中，以總抗氧化能力為指標(biāo)，用枯草芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)的堿性蛋白酶在最佳酶解條件下，對(duì)英國(guó)紅蕓豆蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，然后，將酶解液通過5 ku、3 ku的超濾膜進(jìn)行超濾后，分別冷凍干燥備用。這些超濾組分的DPPH清除率、總抗氧化能力、抑制羥自由基能力及抑制超氧陽離子自由基能力，僅次于同等條件下維生素C的抗氧化能力，詳細(xì)結(jié)果及分析見參考文獻(xiàn)[16]。

1.2 試劑

氧化鋁，吐溫20：天津市大茂化學(xué)試劑廠；氮?dú)狻?/p>

1.3 儀器與設(shè)備

D-3L型均質(zhì)機(jī)：美國(guó)PhD科技公司；DSC3差示熱量掃描儀：梅特勒公司；TD5A-WS型臺(tái)式低速離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 大豆油中蕓豆蛋白抗氧化組分的添加

配制BRKBPAC含量為0.5%的大豆油，再添加10 mg/mL的吐溫20[17]，在21 500 r/min，36 MPa的條件下均質(zhì)2 min后，立即在渦旋混合器上混勻，在氧氣流速為100 mL/min條件下進(jìn)行DSC分析，試驗(yàn)所用樣品為：

教師從“社會(huì)責(zé)任”的角度告知學(xué)生，較多的生物學(xué)家認(rèn)為，人類正處于生命史上速度最快、影響范圍最廣的一次滅絕中。在未來50年，如果人類不斷地砍伐森林，棲息繁衍于其中、占地球半數(shù)的物種都可能會(huì)滅絕，呼吁學(xué)生要樹立起保護(hù)地球環(huán)境的意識(shí)。

SOt(大豆油)、SOt-h1(大豆油+小于1 000 u的BRKBPAC)、SOt-h2(大豆油+1 000到3 000 u的BRKBPAC)及SOt-h3(大豆油+3 000～5 000 u的BRKBPAC)。

1.4.2 熱氧化分析

非等溫分析：將樣品進(jìn)行熱氧化處理，處理?xiàng)l件為：樣品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)用量9～10 mg，氧氣(99.99%)，壓力為 1.0 MPa～1.5 MPa，氧氣流速為100 mL/min，樣品皿為φ 6 mm開口鋁皿。以兩種升溫速率(=10 ℃/min，20 ℃/min)，使溫度從50 ℃到300 ℃線性增加，通過DSC3獲得熱流量對(duì)溫度的曲線，得到以熱流量曲線偏離基線時(shí)的起始氧化溫度和氧化峰頂溫度，并以起始氧化溫度來表征該試樣的氧化穩(wěn)定性，起始氧化溫度越高，表明樣品的氧化穩(wěn)定性越好。

等溫分析 ：用等溫分析法考察樣品熱氧化穩(wěn)定性的處理?xiàng)l件為：樣品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)用量9～10 mg，氧氣(99.99%)，壓力為1.0 MPa～1.5 MPa，氧氣流速為100 mL/min，樣品皿為φ6 mm開口鋁皿，測(cè)試溫度為110、120、130 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 非等溫分析蕓豆蛋白抗氧化組分的抗氧化作用

2.1.1 蕓豆蛋白抗氧化組分在大豆油中的抗氧化作用

采用非等溫線分析法得到四種樣品(SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3)在兩種升溫速率(=10 ℃/min，20 ℃/min)下的DSC曲線，見圖1。

注：a、b、c、d 分別代表樣品SOt、SOt-h1、SOt-h2、SOt-h3。

2.2 等溫線分析比較不同溫度下抗氧化組分的作用效果

溫度是影響植物油氧化穩(wěn)定性的重要因素之一，為了考察不同溫度下BRKBPAC的作用效果，測(cè)定了含0.5% 的BRKBPAC的大豆油在不同溫度下的氧化誘導(dǎo)時(shí)間ton。圖2是大豆油分別以相同速率升溫至110、120、130 ℃的DSC等溫曲線。

從圖2可知，BRKBPAC的加入明顯改變了大豆油的DSC曲線位置。由每一個(gè)放熱峰引出的最大斜率切線與外推基線的交點(diǎn)，可以得到樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間，見表1。

圖2 大豆油等溫線分析的DSC曲線

表1 不同溫度下樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間

由表1可以看出，同一種樣品隨著溫度的升高，樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間縮短，這與溫度越高油脂越容易發(fā)生氧化反應(yīng)的原理是一致的。在相同的誘導(dǎo)溫度下，加BRKBPAC樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均高于不加BRKBPAC樣品；在不同的誘導(dǎo)溫度下，SOt-h2樣品的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均高于其他樣品。因此，相對(duì)分子質(zhì)量為1 000～3 000 u的BRKBPAC組分可以較大幅度的延長(zhǎng)大豆油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間，可有效改善大豆油的氧化穩(wěn)定性。

2.3 樣品氧化反應(yīng)的活化能

可以用表觀活化能的大小來衡量化學(xué)反應(yīng)的難易程度，一般來說，表觀活化能越小，反應(yīng)越易進(jìn)行，反之則愈難進(jìn)行。通過樣品氧化反應(yīng)的表觀活化能，可以間接評(píng)價(jià)樣品的氧化穩(wěn)定性。

根據(jù)阿侖尼烏斯公式k=Aexp(-Ea/RT)，兩邊取對(duì)數(shù)得：

lnk=-Ea/RT+C

(1)

式中：k為氧化反應(yīng)的速率常數(shù)，應(yīng)該與反應(yīng)時(shí)間成反比，則有：

ln(1/t)=-Ea/RT+C

(2)

將氧化誘導(dǎo)時(shí)間Ton代入式(2)得：

ln(1/Ton)=-Ea/RT+C′

(3)

lnTon=Ea/RT-C′

(4)

采用等溫法測(cè)出樣品在不同溫度下的氧化誘導(dǎo)時(shí)間Ton，以lnTon為縱坐標(biāo)，溫度T的倒數(shù)為橫坐標(biāo)作圖，得一曲線，將曲線經(jīng)過線性擬合，求出斜率等于Ea/R，代入式(3)，得到樣品的氧化反應(yīng)表觀活化能，見表2。

表2 樣品的氧化反應(yīng)活化能

由表2可知，加入BRKBPAP的樣品的活化能均高于未加的樣品， SOt-h2使SOt的活化能從62.24 kJ/mol上升至80.88 kJ/mol，提高了18.6 ℃，說明1 000～3 000 u的抗氧化性能最佳，這一結(jié)果與等溫線和非等溫線分析結(jié)果是一致的。油脂的氧化途徑有自動(dòng)氧化、光氧化及酶促氧化，其中，油脂的自動(dòng)氧化是自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程，需要較高的活化能引發(fā)氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)活化能越高，油脂的氧化反應(yīng)越不容易進(jìn)行。1 000～3 000 u的抗氧化肽組分可以增強(qiáng)油脂的氧化穩(wěn)定性。

本團(tuán)隊(duì)前期研究工作中，探討了BRKBPAC的DPPH清除率、總抗氧化能力、抑制羥自由基能力及抑制超氧陽離子自由基能力，僅次于同等條件下維生素C的抗氧化能力。本研究利用差示熱量掃描法，間接評(píng)價(jià)了添加BRKBPAC的大豆油在熱誘導(dǎo)中的抗氧化作用。有關(guān)BRKBPAC抗氧化機(jī)理及在實(shí)際油脂氧化過程中的直接抗氧化作用有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

將三種英國(guó)紅蕓豆蛋白抗氧化組分按一定比例添加到大豆油中，加熱誘導(dǎo)大豆油熱氧化反應(yīng)，用差示熱量掃描技術(shù)，采用非等溫線和等溫線分析方法，評(píng)價(jià)英國(guó)紅蕓豆蛋白抗氧化組分在大豆油熱誘導(dǎo)中的抗氧化能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 相對(duì)分子質(zhì)量<1 000 u，1 000～3 000 u，3 000～5 000 u的三種英國(guó)紅蕓豆蛋白抗氧化組分在大豆油的熱氧化過程中具有抗氧化作用，其中分子質(zhì)量為1 000～3 000 u的組分抗氧化活性最強(qiáng)；英國(guó)紅蕓豆蛋白抗氧化組分可以提高大豆油熱氧化反應(yīng)的表觀活化能，具有抗大豆油氧化的作用。