蔗糖酯對菜籽油抗氧化作用及其體外抗氧化特性的研究

王未君 黃鳳洪 劉昌盛 李文林 鄭 暢

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所；農(nóng)業(yè)部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室；油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點實驗室，武漢 430062)

油菜是我國最重要的油料作物之一，近年來，中國油菜年種植面積和年總產(chǎn)均居世界首位[1]。菜籽油是我國主要食用油之一，約占我國食用植物油消費量的35%[2]，在我國食用油市場中具有重要的地位。菜籽油的營養(yǎng)價值很高，富含不飽和脂肪酸、植物甾醇、生育酚、多酚等營養(yǎng)功能成分[3，4]。然而研究表明菜籽油在加工和儲藏過程中，會受到溫度、光照、氧氣含量、水分和微生物等因素的影響而發(fā)生氧化酸敗，不僅會改變其固有的品質(zhì)，更會喪失營養(yǎng)價值[5，6]。

為延緩菜籽油的氧化，通常會添加適量的抗氧化劑。根據(jù)抗氧化劑發(fā)揮作用的機理可將抗氧化劑分為自由基清除劑、氫過氧化物分解劑、抗氧化劑增效劑、金屬螯合劑、脂氧合酶抑制劑等。然而，一些常用的油脂抗氧化劑如叔丁基對羥基茴香醚(BHA)、二叔丁基羥基甲苯(BHT)等已被證實對動物體具有致癌性等副作用[7]，目前美國已禁止使用BHT，日本在食用油中也已禁止添加BHT和BHA[8]。因此選用安全無毒的抗氧化劑是保證食用油品質(zhì)的重要手段之一。

蔗糖酯(sucrose ester，SE)是蔗糖與各種脂肪酸酯化而成的一大類酯類化合物的總稱。按照蔗糖羥基與脂肪酸生成酯的取代數(shù)不同，可分為單酯、二酯、三酯及多酯。蔗糖酯由于沒有毒性，且具有良好的表面性能，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、洗滌劑、保鮮劑、化肥、農(nóng)藥、粘合劑等領(lǐng)域[9]。

蔗糖酯除了主要用作乳化劑和表面活性劑之外，有研究者報道了蔗糖酯的新用途，王亦蕓[10]認(rèn)為蔗糖酯有一定的抑菌作用和抑制油脂酸敗的作用，陳合[11]等研究發(fā)現(xiàn)蔗糖酯具有延緩大豆油氧化的作用，Junko[12]等研究發(fā)現(xiàn)蔗糖酯對大豆脂肪氧合酶的活性具有一定的抑制作用。然而，蔗糖酯對菜籽油的抗氧化作用和其體外抗氧化特性尚無文獻報道，鑒于此，本實驗以蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯這3種蔗糖酯為抗氧化劑，以菜籽油為研究對象，考察了蔗糖酯對菜籽油的抗氧化作用，并對蔗糖酯的體外抗氧化特性進行了研究，旨在為蔗糖酯的更廣泛應(yīng)用提供新思路，也為延緩植物油氧化提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菜籽油(四級油)；蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯、蔗糖脂肪酸三酯：食品級，純度≥98%；5,6-聯(lián)苯基-3-(2-吡啶基)-1,2,4-三吖嗪(Ferrozine)、水溶性維生素E(Trolox)、2,2＇-聯(lián)氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺鹽(ABTS)、新亞銅試劑、乙酸銨、硫酸銅、氫氧化鈉、無水乙醇、重硫酸鉀、硫酸亞鐵等：均為分析純。

1.2 主要實驗儀器

XS 205萬分之一電子天平；743 Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性測定儀；KQ-500DB型數(shù)控超聲波清洗器；純水制備機；磁力攪拌水浴鍋；DHG90A電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱；Du800紫外/分光光度計；旋渦混合儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同蔗糖酯添加量的菜籽油樣品的制備

分別將0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯添加于菜籽油中，通過磁力攪拌使蔗糖酯在菜籽油中混合均勻并充分溶解。

1.3.2 蔗糖酯對菜籽油抗氧化作用的研究[13]

采用Schaal烘箱法。分別將添加3種蔗糖酯的油樣放入燒杯中，敞口放在65 ℃的恒溫烘箱內(nèi)，每隔1 d測定過氧化值和氧化誘導(dǎo)時間。

過氧化值的測定：參照GB/T 5538—2005，每個樣品做3個平行樣，同時做對照樣。

氧化誘導(dǎo)時間的測定：精確稱取5.00 g油樣于玻璃管中，設(shè)置743 Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性測定儀的測定溫度為110 ℃，空氣流速為20 L/h，根據(jù)記錄的氧化誘導(dǎo)時間衡量對菜籽油氧化穩(wěn)定性的影響。每個樣品做3個平行樣，同時做對照樣。

1.3.3 不同蔗糖酯樣品液的制備

先分別配制5 mg/mL質(zhì)量濃度的蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯樣品液，再分別稀釋成不同質(zhì)量濃度梯度的蔗糖酯樣品液。

1.3.4 蔗糖酯對ABTS自由基清除率的測定

參照Miller等[14]和Roberta等[15]的測定方法并稍作修改。ABTS溶液的配制：稱取76.82 mg ABTS鹽定容到10 mL容量瓶中，另稱取12.23 mg重硫酸鉀定容到另一10 mL容量瓶中，將兩種溶液按1∶1的比例混合均勻之后避光反應(yīng)16 h。使用時稀釋50倍，現(xiàn)配現(xiàn)用。

將1 mL蔗糖酯樣品液加入4 mL ABTS稀釋液，避光反應(yīng)30 min后，以無水乙醇調(diào)零，在734 nm波長處測定吸光值?？瞻捉M以1 mL無水乙醇代替蔗糖酯樣品液。各組均測定3次平行，按照下式計算蔗糖酯ABTS自由基清除率：

ABTS自由基清除率=(1-A樣品/A空白)×100%

(1)

1.3.5 蔗糖酯對亞鐵離子螯合能力的測定

參照李巨秀[16]等的方法并稍作修改。取1 mL蔗糖酯樣品液，加入2 mL無水乙醇，振蕩混勻，然后加入0.1 mL 2 mmol/L的Fe2SO4溶液，30 s后加入0.2 mL 5 mmol/L的Ferrozine溶液，避光反應(yīng)10 min之后，以無水乙醇調(diào)零，在562 nm波長處測定吸光值?？瞻捉M以1 mL無水乙醇代替蔗糖酯樣品液。各組均測定3次平行，按照下式計算蔗糖酯螯合亞鐵離子的能力：

螯合亞鐵離子能力=(1-A樣品/A空白)×100%

(2)

1.3.6 蔗糖酯對銅離子還原能力的測定

參照王曉宇[17]的方法并稍作修改。配制濃度為5 mmol/L的硫酸銅溶液，濃度為3.75 mmol/L的新亞銅溶液和pH=7的醋酸銨緩沖液備用。在0.5 mL蔗糖酯樣品液中加入1.0 mL硫酸銅溶液、1.0 mL新亞銅溶液和1.0 mL醋酸銨緩沖液，再加入1.0 mL蒸餾水，混合均勻之后在37 ℃恒溫水浴中避光反應(yīng)30 min，最后在450 nm波長處測定吸光值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立：以VE標(biāo)準(zhǔn)溶液代替蔗糖酯樣品液，對標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和其吸光值建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。最終結(jié)果以VE當(dāng)量表示。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；采用SPSS17.0進行顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加量蔗糖酯對菜籽油過氧化值的影響

添加蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯菜籽油樣品的過氧化值的變化如表1所示。由表1可知，隨著儲藏時間的延長，不同蔗糖脂肪酸單酯添加量油樣的過氧化值都在逐漸增大，在65 ℃儲藏溫度下，時間越長，菜籽油氧化酸敗的程度越大。其中，對照油樣的過氧化值上升得最快，當(dāng)儲藏時間為4 d時，上升數(shù)值高達4.03 mmol/kg；而相比之下添加了蔗糖脂肪酸單酯的菜籽油過氧化值上升得較慢，且添加量越大，越能控制菜籽油過氧化值的升高，當(dāng)蔗糖脂肪酸單酯添加量為0.4%時，在4 d時過氧化值上升數(shù)值僅為2.18 mmol/kg，比對照油樣的上升數(shù)值低了45.9%，這表明蔗糖脂肪酸單酯能有效延緩菜籽油儲藏中的氧化酸敗。

添加蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯也均能有效抑制菜籽油儲藏過程中過氧化值的升高，且添加量越大，效果越好。當(dāng)蔗糖脂肪酸二酯添加量為0.4%時，在4 d時過氧化值上升數(shù)值僅為1.70 mmol/kg，比對照油樣的上升數(shù)值低了57.8%；當(dāng)蔗糖脂肪酸三酯添加量為0.4%時，在4 d時過氧化值上升數(shù)值僅為1.27 mmol/kg，比對照油樣的上升數(shù)值低了68.5%。

3種蔗糖酯抑制菜籽油儲藏過程中過氧化值升高的能力大小為：蔗糖脂肪酸三酯>蔗糖脂肪酸二酯>蔗糖脂肪酸單酯。

2.2 不同添加量蔗糖酯對菜籽油氧化誘導(dǎo)時間的影響

添加蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯的菜籽油樣品的氧化誘導(dǎo)時間的變化如表2所示。由表2可知，儲藏時間越長，所有油樣的氧化誘導(dǎo)時間都越短，即貨架期越短，但是添加了蔗糖脂肪酸單酯的油樣的氧化誘導(dǎo)時間明顯比對照油樣縮短得慢，而且增大蔗糖脂肪酸單酯的添加量，可明顯增加油樣的氧化誘導(dǎo)時間，在儲藏4 d時，添加0.4%蔗糖脂肪酸單酯的油樣氧化誘導(dǎo)時間為12.43 h，比相同時間的對照油樣延長了5.22 h，即72.4%，這表明蔗糖脂肪酸單酯能有效延長菜籽油的貨架期。

表1 添加蔗糖脂肪酸酯對菜籽油過氧化值的影響

表2 添加蔗糖脂肪酸酯對菜籽油氧化誘導(dǎo)時間的影響

添加蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯也均能延長菜籽油的氧化誘導(dǎo)時間，且添加量越大，效果越好。當(dāng)蔗糖脂肪酸二酯添加量為0.4%時，在4 d時油樣氧化誘導(dǎo)時間為13.99 h，比相同時間的對照油樣延長了6.78 h，即94.0%；當(dāng)蔗糖脂肪酸三酯添加量為0.4%時，在4 d時油樣氧化誘導(dǎo)時間為16.09 h，比相同時間的對照油樣延長了8.88 h，即1.2倍。

3種蔗糖酯對延長菜籽油氧化誘導(dǎo)時間的能力大小為：蔗糖脂肪酸三酯>蔗糖脂肪酸二酯>蔗糖脂肪酸單酯。蔗糖酯延緩菜籽油氧化酸敗，一方面可能是因為蔗糖酯可以改變油和空氣之間的界面性質(zhì)，降低了過氧化物在油滴中的分配比，從而使油中的自由基減少并減緩氧化[11]；另一方面可能是因為蔗糖酯能抑制油脂結(jié)晶成長，還可能與油中的維生素E產(chǎn)生協(xié)同作用，進而抑制油脂質(zhì)量惡化[18]，而且這種延緩氧化的作用效果隨著蔗糖酯酯化程度的增大而增強。

2.3 蔗糖酯的ABTS自由基清除率測定

3種蔗糖酯對ABTS自由基的清除能力如圖1所示。由圖1可知，3種蔗糖酯均具有一定的ABTS自由基清除能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對ABTS自由基的清除率也逐漸增大。相比之下，蔗糖脂肪酸三酯清除ABTS自由基能力最強，當(dāng)其質(zhì)量濃度為5 mg/mL時，清除率為27.5%，而蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸二酯在此質(zhì)量濃度時，清除率分別僅為14.9%和22.7%。這表明蔗糖脂肪酸三酯對于菜籽油來說是一種較好的ABTS自由基清除劑，可能是由于其提供的氫能與自由基結(jié)合，使自由基轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的產(chǎn)物，從而有助于延緩油脂的氧化[19]。

圖1 蔗糖酯對ABTS自由基的清除能力

2.4 蔗糖酯的Fe2+螯合率測定

食用油中通常含有微量的金屬離子，它們會促進氫過氧化物的分解，還會促進自由基的產(chǎn)生[20]，從而導(dǎo)致食用油發(fā)生氧化酸敗。3種蔗糖酯對Fe2+的螯合能力如圖2所示。由圖2可知，3種蔗糖酯對Fe2+均有一定的螯合能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對Fe2+的螯合能力也逐漸增強。其中蔗糖脂肪酸二酯對Fe2+的螯合能力最強，在其質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL時，對Fe2+的螯合率為64.0%，而此濃度下的蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸三酯對Fe2+的螯合率分別為55.3%和60.5%。這表明蔗糖脂肪酸二酯是一種較好的金屬離子螯合劑，可能是能與金屬離子絡(luò)合并穩(wěn)定金屬離子的氧化態(tài)，從而抑制金屬離子的促氧化效應(yīng)[21]。

圖2 蔗糖酯對Fe2+的螯合能力

2.5 蔗糖酯的Cu2+還原能力測定

測定物質(zhì)的氧化還原能力是運用較為廣泛的一類用來評價抗氧化能力的方法，該類方法主要是檢測物質(zhì)的還原能力，Cu2+還原能力即是這類方法的主要方法之一。3種蔗糖酯對Cu2+的還原能力如圖3所示。由圖3可知，3種蔗糖酯對Cu2+均有一定的還原能力，且隨著蔗糖酯質(zhì)量濃度的升高，對Cu2+的還原能力也逐漸增強。其中蔗糖脂肪酸二酯對Cu2+的還原能力最強，在其質(zhì)量濃度為5 mg/mL時，對Cu2+的還原能力為242.0 μmol/L VE當(dāng)量，而蔗糖脂肪酸單酯和蔗糖脂肪酸三酯在此濃度下對Cu2+的還原能力分別為207.6 μmol/L VE當(dāng)量和149.6 μmol/L VE當(dāng)量。

圖3 蔗糖酯對Cu2+的還原能力

3 結(jié)論

蔗糖脂肪酸單酯、蔗糖脂肪酸二酯和蔗糖脂肪酸三酯3種蔗糖酯對菜籽油均有一定的抗氧化作用，能在一定程度上減緩儲藏過程中過氧化值的升高，延長氧化誘導(dǎo)時間。其中蔗糖脂肪酸三酯效果最佳，添加0.4%蔗糖脂肪酸三酯油樣的過氧化值的增量比對照油樣降低68.5%，氧化誘導(dǎo)時間對照油樣延長1.2倍。

在ABTS自由基清除、Fe2+螯合和Cu2+還原這3種體外抗氧化方法中，3種蔗糖酯均表現(xiàn)出不同程度的抗氧化能力。其中蔗糖脂肪酸三酯在ABTS自由基清除能力方面相對最強，在實驗考察的濃度范圍內(nèi)，清除率最高可達27.5%；蔗糖脂肪酸二酯在Fe2+螯合能力和Cu2+還原能力方面相對最強，在實驗考察的濃度范圍內(nèi)，對Fe2+螯合率最高可達64.0%，對Cu2+還原能力最高可達242.0 μmol/L VE當(dāng)量。