石榴皮提取物對大豆油的抗氧化作用研究

謝貞建，盧玉容，程 錕，李雪梅，李鄰治，魏 決，唐元椿

(成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院，成都 610106)

大豆油是我國居民的主要食用油之一，在糧油體系中占有非常重要的位置。在儲藏過程中，受光、熱、空氣、微生物等因素的影響，大豆油會發(fā)生氧化分解，生成自由基及過氧化物，導(dǎo)致酸敗變質(zhì)[1]。食用氧化后的油脂，存在心腦動脈粥樣硬化、癌癥、加速人體老化等風(fēng)險[2]。人工合成抗氧化劑如丁基羥基茴香醚(BHA)、二丁基羥基甲苯(BHT)、叔丁基對苯二酚(TBHQ)等因具有良好的抗氧化性在油脂企業(yè)中廣泛使用。隨著研究的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)BHA、BHT對人體肝臟、脾臟和肺等具有毒害作用[3]，TBHQ因其有效毒性在加拿大及歐盟已被禁止使用[4]。研究天然抗氧化劑是目前的熱點和趨勢。

目前，國內(nèi)外有關(guān)天然抗氧化劑對油脂的抗氧化作用已有報道，主要有竹葉提取物[5]、茶多酚、迷迭香提取物、甘草提取物[6]、番茄紅素、α-生育酚和β-胡蘿卜素[7]等。石榴皮提取物富含安石榴苷、鞣花酸等多酚類化合物[8]，具有較強的抗氧化性和清除自由基的能力，在抗炎[9]、抗癌[10]、抑菌[11]等方面得到了很好的應(yīng)用。本試驗選用石榴皮提取物及GB 2760—2014允許添加到食用油中的幾種抗氧化劑(迷迭香提取物、茶多酚、竹葉提取物、甘草提取物、BHA及BHT)，研究其對大豆油抗氧化作用，以期為石榴皮提取物開發(fā)為天然抗氧化劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

一級大豆油，未添加抗氧化劑，益海(廣漢)糧油飼料有限公司。

石榴皮提取物(食品級，總多酚含量以沒食子酸計為(612.69±11.71)mg/g)，購于西安沃森生物科技有限公司；迷迭香提取物(食品級，鼠尾草酸含量>10%)，購于深圳恒生生物科技有限公司；茶多酚(食品級，總多酚含量以沒食子酸計為(459.24±15.11)mg/g)，購于河南思遠生物科技有限公司；竹葉提取物(食品級，總多酚含量以沒食子酸計為(7.68±0.28)mg/g)、甘草提取物(食品級，總黃酮含量以蘆丁計為(7.04±0.55)mg/g)，購于西安匯林生物科技有限公司；丁基羥基茴香醚(食品級，純度≥99%)、二丁基羥基甲苯(食品級，純度≥99%)，購于鄭州安安康食品化工有限公司。其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BS110S電子分析天平，北京賽多利斯天平有限公司；UV-5100紫外-可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；GZX-9146MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實業(yè)有限公司；HH-4恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 抗氧化性能試驗

采用Schaal烘箱法進行抗氧化性能試驗。根據(jù)GB 2760—2014規(guī)定，BHA、BHT、甘草提取物的允許添加量最小，為0.2 g/kg，故所有抗氧化劑均選定0.2 g/kg進行試驗。分別精密稱取0.04 g石榴皮提取物、迷迭香提取物、茶多酚、甘草提取物、竹葉提取物、BHA和BHT于裝有200 g大豆油的燒杯中，將其敞口置于(65±1)℃的恒溫干燥箱中，于0、3、6、12、18 d時取樣測定酸價、過氧化值、硫代巴比妥酸值(TBARs)。同時做空白試驗。

1.2.2 酸價、過氧化值的測定

酸價按照GB 5009. 229—2016 《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》第一法進行測定。過氧化值按照GB 5009. 227—2016 《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》第一法進行測定。

1.2.3 硫代巴比妥酸值的測定

硫代巴比妥酸值依據(jù)Qi等[12]的方法進行測定。稱取油樣10 g(精確到0.01 g)于100 mL容量瓶中，加入50 mL 10%的三氯乙酸溶液，振搖30 min，加水定容至100 mL。過濾，吸取濾液5 mL于25 mL具塞比色管中，在樣品管中加入5.00 mL TBA試劑，蓋塞混勻，置90℃水浴中反應(yīng)30 min，取出于冷水中冷卻，用1 cm石英比色皿于紫外分光光度計532 nm波長下測定吸光度。同時做空白試驗。其結(jié)果以丙二醛計(以1,1,3,3-四乙氧基丙烷(TEP)配制標準溶液，按上述方法制作標準曲線。標準曲線方程為y=0.132 1x-0.000 8，R2=0.999 6，式中y為吸光度；x為丙二醛質(zhì)量，μg)。

1.2.4 大豆油的動力學(xué)分析

油脂在加工和儲藏過程中的品質(zhì)變化大都符合零級或者一級反應(yīng)[13]。曹君[14]研究表明，大豆油中亞油酸和亞麻酸隨加熱時間延長呈線性變化規(guī)律，符合零級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律。而65℃的溫度不足以斷裂油酸的雙鍵。所以采用零級反應(yīng)動力學(xué)方程(c=c0±kt)進行擬合，建立大豆油儲藏過程中酸價、過氧化值和硫代巴比妥酸值隨時間變化的反應(yīng)動力學(xué)模型，并得到各種情況下的反應(yīng)速率常數(shù)(k)。速率常數(shù)(k)越大，表示氧化速率越快，抗氧化的效果越差。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 抗氧化劑對大豆油酸價的影響及抗氧化動力學(xué)特性

酸價是脂肪中游離脂肪酸含量的標志，常作為酸敗的指標?？寡趸瘎Υ蠖褂退醿r的影響見圖1。

圖1 抗氧化劑對大豆油酸價的影響

由圖1可知，隨著儲藏時間的延長，空白組與抗氧化劑組中大豆油酸價都逐漸上升，說明在儲藏過程中，受光、熱、微生物及酶等的影響，大豆油發(fā)生了緩慢水解，其游離脂肪酸含量逐漸增加。在前3 d，抗氧化劑組與空白組差異并不顯著。6 d后，空白組酸價上升迅速，18 d時酸價(KOH)達到(0.31±0.02)mg/g。在本次試驗組中，各組酸價(KOH)均低于GB/T 1535—2017一級成品大豆油的(0.50 mg/g)?？寡趸瘎┨幚斫M的酸價隨著儲藏時間延長的上升速度明顯低于空白組，添加抗氧化劑顯著延緩了大豆油的酸敗。

用零級反應(yīng)動力學(xué)方程對各組大豆油儲藏過程中酸價隨時間變化曲線進行擬合，結(jié)果見表1。

表1 大豆油氧化動力學(xué)模型參數(shù)(以酸價為指標)

由表1可以看出，決定系數(shù)均較高(R2>0.8)，可用零級反應(yīng)動力學(xué)方程來描述大豆油儲藏過程中酸價的變化規(guī)律。由速率常數(shù)可知，在儲藏時間和添加量相同的條件下，各抗氧化劑抑制油脂酸敗變質(zhì)的能力由強到弱依次為迷迭香提取物>石榴皮提取物>甘草提取物>BHA>竹葉提取物>茶多酚>BHT。

2.2 抗氧化劑對大豆油過氧化值的影響及抗氧化動力學(xué)特性

氫過氧化物是油脂氧化的主要初級產(chǎn)物，在油脂氧化初期，過氧化值隨氧化程度加深而升高。過氧化值表征了油脂在儲藏過程中氧化的程度。抗氧化劑對大豆油過氧化值的影響見圖2。

圖2 抗氧化劑對大豆油過氧化值的影響

由圖2可知，大豆油過氧化值呈上升趨勢，說明隨著儲藏時間的延長，油脂氧化酸敗的程度加深?？瞻捉M過氧化值上升迅速，說明其氧化程度很深，在13 d左右，過氧化值超過GB/T 1535—2017一級成品大豆油的(5.0 mmol/kg)。添加抗氧化劑的各組在18 d內(nèi)均未超過國家標準值，其過氧化值升高的速率明顯低于空白組，說明在儲藏過程中抗氧化劑有效延緩了大豆油的氧化酸敗?？寡趸瘎Υ蠖褂退醿r和過氧化值的影響有較大的相關(guān)性，表明油脂酸敗程度和脂肪氧化程度的變化趨勢是一致的。

用零級反應(yīng)動力學(xué)方程擬合大豆油儲藏過程過氧化值隨時間變化曲線，結(jié)果見表2。

表2 大豆油氧化動力學(xué)模型參數(shù)(以過氧化值為指標)

由表2可以看出，每組決定系數(shù)都大于0.96，說明線性關(guān)系良好，大豆油的氧化過程符合零級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律。由速率常數(shù)可知，在儲藏時間和添加量相同的條件下，各抗氧化劑在氧化初期抑制油脂氧化的能力由強到弱依次為迷迭香提取物>石榴皮提取物>BHA>竹葉提取物>甘草提取物>茶多酚>BHT。

2.3 抗氧化劑對大豆油硫代巴比妥酸值的影響及抗氧化動力學(xué)特性

隨著油脂氧化程度的加深，脂質(zhì)氧化初級產(chǎn)物易發(fā)生分解形成次級產(chǎn)物，硫代巴比妥酸值是反映脂質(zhì)氧化次級產(chǎn)物的指標。抗氧化劑對大豆油硫代巴比妥酸值的影響見圖3。

圖3 抗氧化劑對大豆油硫代巴比妥酸值的影響

由圖3可以看出，前3 d處于油脂氧化初期，硫代巴比妥酸值變化不明顯。隨著儲藏時間的延長，各組硫代巴比妥酸值都呈上升的趨勢，空白組和BHT組上升非常迅速，而石榴皮提取物組表現(xiàn)出了很好的氧化抑制效果。迷迭香提取物組在12 d時，呈現(xiàn)略微下降的趨勢，可能是醛類物質(zhì)進一步氧化成有機醇和羧酸等物質(zhì)[15]。

用零級反應(yīng)動力學(xué)方程擬合大豆油儲藏過程中硫代巴比妥酸值隨時間變化曲線，結(jié)果見表3。

表3 大豆油氧化動力學(xué)模型參數(shù)(以硫代巴比妥酸值為指標)

由表3可以看出，決定系數(shù)均大于0.93，說明線性關(guān)系良好，大豆油儲藏過程中氧化過程符合零級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，可用零級反應(yīng)動力學(xué)模型解釋。由速率常數(shù)可知，在儲藏時間和添加量相同的條件下，各抗氧化劑抑制油脂氧化的能力由強到弱依次為石榴皮提取物>茶多酚>BHA>竹葉提取物>甘草提取物>迷迭香提取物>BHT。

2.4 不同石榴皮提取物添加量對大豆油品質(zhì)的影響

為考察石榴皮提取物添加量對大豆油氧化抑制的影響，選取了0、0.1 g/kg和0.2 g/kg 3個添加量梯度，分別按1.2.1進行試驗，不同石榴皮提取物添加量對大豆油品質(zhì)的影響見圖4。

由圖4可以看出，0.1 g/kg和0.2 g/kg的石榴皮提取物添加量對大豆油的氧化過程均有一定程度的抑制作用，隨著添加量的增加，氧化抑制效果不斷增強，并呈現(xiàn)一定的劑量效應(yīng)關(guān)系。張茜等[16]研究了石榴皮的丙酮提取物、水提取物、甲醇提取物和乙酸乙酯提取物抗油脂氧化能力，發(fā)現(xiàn)其抗油脂氧化能力大小與多酚含量高低一致，表明石榴皮多酚是其抗油脂氧化的主要成分。Singh等[17]采用β-胡蘿卜素-亞油酸法表征石榴皮提取物的抗氧化性，發(fā)現(xiàn)多酚含量及添加量與其抗氧化性呈正比。石榴皮提取物對大豆油的抗氧化作用可能與其清除自由基等活性有關(guān)。

Kulkarni等[18]研究結(jié)果表明，石榴皮提取物的抗氧化活性比石榴皮多酚的主要單體安石榴苷的抗氧化性強，說明石榴皮多酚各組分間存在協(xié)同增效作用。王明霞等[19]研究表明，鞣花酸對α-亞麻酸乙酯具有良好的抗氧化效果。要明確石榴皮提取物對油脂的抗氧化機理，有待于進一步加強對石榴皮多酚單體的研究。

圖4 不同石榴皮提取物添加量對大豆油品質(zhì)的影響

3 結(jié) 論

通過添加相同量的石榴皮提取物和6種國家標準允許添加的抗氧化劑，考察其在大豆油儲藏過程中的抗氧化效果。綜合考察大豆油酸價、過氧化值和硫代巴比妥酸值，并結(jié)合大豆油儲藏過程零級反應(yīng)動力學(xué)方程確定的反應(yīng)速率常數(shù)，可知迷迭香提取物和石榴皮提取物具有很好的抗氧化效果，抗氧化效果最差的是BHT。

選取不同添加量的石榴皮提取物進行大豆油抗氧化試驗表明，隨著添加量的增加，氧化抑制效果不斷增強，并呈現(xiàn)一定的劑量效應(yīng)關(guān)系。石榴皮多酚是抗油脂氧化的主要成分，具體是哪種成分或哪幾種成分協(xié)同作用，值得進一步研究以更明確其抗氧化機理。

色澤是衡量油脂品質(zhì)的一項重要指標，添加石榴皮提取物會導(dǎo)致油脂顏色加深，若要應(yīng)用于實際生產(chǎn)，可考慮純化粗提物，或在外包裝上加以說明，以使消費者更易接受。石榴皮提取物作為大豆油抗氧化劑具有很大的潛力，值得進一步研究。