蝦青素油對核桃油抗氧化性及貨架期的影響

邢海亮，余旭亞，耿樹香，寧德魯，馬 婷，韓本勇

(1.昆明理工大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,昆明 650500; 2.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，昆明 650204)

核桃(JuglansregiaL.)又名胡桃、羌桃，在我國品種繁多，種植面積及產(chǎn)量居于世界第一[1]。核桃油不飽和脂肪酸含量達(dá)90%以上，必需脂肪酸含量達(dá)75.8%[2]，具有預(yù)防心腦血管疾病、改善記憶力等多種保健功效[3]。由于核桃油不飽和脂肪酸含量較高，在加工、儲藏過程極易發(fā)生氧化酸敗，產(chǎn)生異味，影響核桃油的品質(zhì)。因此，核桃油抗氧化是核桃油生產(chǎn)的一個核心問題。

添加二丁基羥基甲苯(BHT)、特丁基對苯二酚(TBHQ)等化學(xué)合成抗氧化劑是延長食用油貨架期的常用手段。但是因化學(xué)合成抗氧化劑具有一定的危害性，許多國家對其添加量都有所限制[4]。所以尋找天然抗氧化劑來取代或減少化學(xué)合成抗氧化劑的使用量是食品抗氧化劑工業(yè)發(fā)展的趨勢。對各種抗氧化劑的抗氧化活性研究及各抗氧化劑之間的協(xié)同作用是未來研究的一個重點(diǎn)[5]。

天然的蝦青素油可以雨生紅球藻為原料提取精制所得[6]。蝦青素具有極強(qiáng)的抗氧化活性，其抗氧化能力為維生素E的500倍以上、輔酶Q10的800倍，具有清除自由基、中和活性氧等特性[7-9]。2010年雨生紅球藻被我國衛(wèi)生部門批準(zhǔn)為新資源食品。蝦青素的眾多優(yōu)勢為利用蝦青素油提高核桃油的抗氧化性及延長貨架期提供了理論支持。

本文以添加了蝦青素油的核桃油為研究對象，以過氧化值、酸價為指標(biāo)，優(yōu)化了蝦青素油添加量，分析了蝦青素油對核桃油理化指標(biāo)、微量成分含量及脂肪酸組成的影響，對其氧化穩(wěn)定性進(jìn)行了初步探索，以期為核桃油天然抗氧化劑的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

核桃油，由云南省林業(yè)和草原科學(xué)院提供；蝦青素油(蝦青素含量10.2%)，購自AstaMAZ NZ有限公司。

硫代硫酸鈉、三氯甲烷、冰醋酸、碘化鉀、淀粉、無水乙醚、無水乙醇、氫氧化鉀、重鉻酸鉀、硫酸等，分析純；TBHQ，食品添加劑級；福林酚，生物試劑。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FA2004N分析天平，上海箐海儀器有限公司；DS.85 10DTH超聲波微波組合體系，上海生析超聲儀器有限公司；HHw-D6水浴鍋，金壇雙捷實驗儀器廠；Ultrospec 2100 pro紫外可見分光光度計，安瑪西亞有限公司；5804R高速低溫離心機(jī)，德國Eppendorf公司；Agilent 7890A系列氣相色譜儀；Agilent 5975C系列質(zhì)譜儀(MSD檢測器)；島津Ic-20at液相色譜儀，島津?qū)嶒炂鞑挠邢薰?；Agilent液相色譜柱(TC-C18，4.6 mm×250 mm)，安捷倫科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蝦青素油添加量的優(yōu)化

向核桃油中分別添加1.5%、2%、2.5%(以核桃油質(zhì)量計)的蝦青素油，采用超聲方式進(jìn)行混勻，超聲頻率為(40±1)kHz、功率為800 W、溫度為(22±3)℃，保證混合均勻。將混勻的復(fù)合油分裝至干凈的玻璃瓶中，密封、避光存放于55℃烘箱中。定期測定油脂的過氧化值和酸價。

1.2.2 核桃油理化指標(biāo)測定

過氧化值根據(jù)GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》測定；酸價根據(jù)GB 5009.229—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價的測定》測定；碘值根據(jù)GB/T 5532—2008《動植物油脂 碘值的測定》測定；水分含量根據(jù)GB 5009.236—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 動植物油脂水分及揮發(fā)物的測定》中第二法電熱干燥箱法測定；皂化值根據(jù)GB/T 5534—2008《動植物油脂 皂化值的測定》測定。

1.2.3 核桃油微量成分含量測定

維生素E含量根據(jù)GB 5009.82—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中維生素A、D、E的測定》第一法反向高效液相色譜法測定。

多酚含量采用福林酚試劑，分光光度法測定[10]。

多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：采用沒食子酸溶液作為標(biāo)準(zhǔn)工作液，設(shè)置質(zhì)量濃度梯度為10、20、30、40、50、60、70 μg/mL，用移液管分別移取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)工作液1 mL于刻度試管中，加入0.5 mL福林酚試劑、2 mL 7.5%碳酸鈉溶液和6.5 mL水，渦旋振蕩1 min，70℃水浴反應(yīng)30 min，冷卻至室溫后用10 mm比色皿在750 nm波長條件下測定吸光度，根據(jù)沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)工作液的吸光度(Y)和質(zhì)量濃度(X)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=0.011 1X+0.036(R2=0.999 1)。

多酚含量測定：稱取10 g油脂樣品溶于50 mL正己烷中，用20 mL 60%的甲醇水溶液提取3次。合并提取液并真空干燥，殘余物用微量甲醇溶解，用水定容至2 mL。用移液管分別移取水(空白)及樣品待測液各1 mL于刻度試管中，加入0.5 mL福林酚試劑、2 mL 7.5%碳酸鈉溶液和6.5 mL水，渦旋振蕩1 min，70℃水浴反應(yīng)30 min，冷卻至室溫后用10 mm比色皿在750 nm波長條件下測定吸光度。

1.2.4 核桃油脂肪酸組成分析

油脂脂肪酸組成采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)法測定[11]。取0.1 g油脂，加入2 mL 3%硫酸甲醇，70℃水浴甲酯化4 h，再加入2 mL正己烷，萃取4 h，取正己烷相進(jìn)行GC-MS分析。

GC-MS條件：HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為高純氦氣，流速1 mL/min；進(jìn)樣口溫度250℃；不分流進(jìn)樣；柱溫50℃保持5 min，以3℃/min的速度升至210℃保持3 min。質(zhì)譜條件：EI離子源，電離能70 eV，離子源溫度230℃。

1.2.5 核桃油貨架期預(yù)測

采用Schaal烘箱法[12]，選取1.2.1最優(yōu)蝦青素油添加量，聯(lián)合抗氧化劑0.02%TBHQ設(shè)立實驗組與對照組。將樣品于60℃烘箱中密封儲存[13]，定期測定過氧化值和酸價。按照GB 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》規(guī)定，油脂的過氧化值和酸價的最高限值，以及Arrhenius 經(jīng)驗公式對不同處理組的核桃油20℃貨架期進(jìn)行預(yù)測。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

全部實驗均設(shè)置3組平行，利用ANOVA (SPSS19.0)一步法分析實驗數(shù)據(jù),P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 蝦青素油添加量對核桃油過氧化值、酸價的影響

蝦青素油添加量對核桃油過氧化值的影響如圖1所示。

圖1 蝦青素油添加量對核桃油過氧化值的影響

由圖1可知，隨著儲存時間的延長，不同處理組核桃油過氧化值均逐漸升高，不同添加量的蝦青素油對核桃油的抗氧化效果不同。對照組(未添加蝦青素油)的過氧化值變化最為明顯，在儲存2～3 d即超過了GB 2716—2018限值9.85 mmol/kg。添加蝦青素油的核桃油過氧化值上升趨勢有所減緩，其中添加了1.5%蝦青素油的核桃油過氧化值在儲存3～4 d超過9.85 mmol/kg；添加2%和2.5%蝦青素油的核桃油在儲存4 d左右達(dá)到9.85 mmol/kg。結(jié)果表明蝦青素油對減緩核桃油過氧化值的增長有一定作用，所有實驗組的抗氧化效果都優(yōu)于對照組，其中添加2%和2.5%的蝦青素油效果最為明顯，且兩組核桃油過氧化值之間無明顯差異。

蝦青素油添加量對核桃油酸價的影響如圖2所示。

由圖2可知，在核桃油過氧化值達(dá)到國標(biāo)限值9.85 mmol/kg的過程中，所有處理組核桃油的酸價均在一定范圍內(nèi)有所增加，實驗組核桃油的酸價增長速度略低于對照組，整體酸價上升幅度不大。酸價的增長主要與時間、水分及儲存條件相關(guān)，時間越長，水分含量越大，儲存溫度越高，酸價增長速度越快[14]。本實驗在過氧化值達(dá)到9.85 mmol/kg期間，由于儲存條件相同，實驗周期較短，各組中酸價(KOH)都遠(yuǎn)低于3 mg/g，但實驗組與對照組相比，酸價增長趨勢均有減緩。結(jié)果表明，蝦青素油能減緩核桃油酸價的增長。

圖2 蝦青素油添加量對核桃油酸價的影響

本研究發(fā)現(xiàn)添加2%的蝦青素油能顯著減緩核桃油過氧化值的增長，且減少蝦青素油添加量會削弱抗氧化效果，增加蝦青素油添加量對抗氧化效果無明顯增強(qiáng)。綜合酸價結(jié)果，選擇蝦青素添加量2%進(jìn)行后續(xù)研究。

2.2 蝦青素油對核桃油理化指標(biāo)、微量成分含量及脂肪酸組成的影響

蝦青素油對核桃油理化指標(biāo)及微量成分含量的影響見表1。

表1 蝦青素油對核桃油理化指標(biāo)及微量成分含量的影響

碘值、皂化值為食用油脂的兩個重要參數(shù)，碘值反映油脂的不飽和程度，不飽和程度越小，對應(yīng)的碘值越低，皂化值可反映油脂的平均相對分子質(zhì)量。由表1可知，添加2%的蝦青素油核桃油的皂化值及碘值均無明顯變化。

水分對油脂的品質(zhì)有一定的影響，水分是脂肪發(fā)生水解反應(yīng)的媒介，油脂的水分含量過高，有利于微生物的滋生，產(chǎn)生大量酶，促進(jìn)脂肪水解，增加游離脂肪酸的含量，從而導(dǎo)致酸敗[15]。由表1可知，添加2%蝦青素油與對照組相比，水分含量由0.34%降至0.19%。油脂中含有少量水分(0.2%)能減少亞油酸氫氧化物的分解，降低氧化活性，減緩氧化速率[16-17]，從而延長儲存時間。

多酚和維生素E都具有良好的抗氧化活性。多酚是極好的電子供體，形成的酚類游離基穩(wěn)定性強(qiáng)，不易氧化反應(yīng)，是一種效果良好的抗氧化劑[18]；天然維生素E具有增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等功能，是世界上使用最廣泛的抗氧化劑之一[19]。由表1可知，添加2%蝦青素油的核桃油維生素E和多酚含量分別為未添加的3.17、1.5倍，蝦青素油中含有較為豐富的維生素E、多酚等天然抗氧化物質(zhì)，這些天然抗氧化成分可直接增強(qiáng)油脂抗氧化能力，同時有利于蝦青素的穩(wěn)定[20]，從而進(jìn)一步增強(qiáng)油脂的抗氧化能力。

蝦青素油對核桃油脂肪酸組成的影響見表2。

表2 蝦青素油對核桃油脂肪酸組成的影響 %

由表2可知，與添加前相比，整體上核桃油在添加2%蝦青素油后脂肪酸組成及含量無明顯變化。表明添加少量蝦青素油對核桃油的脂肪酸組成無明顯影響。

2.3 蝦青素油對核桃油貨架期的影響

按照GB 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》規(guī)定，食用植物油過氧化值和酸價(KOH)的最高限值分別為9.85 mmol/kg和3 mg/g。油脂的貨架期預(yù)測可根據(jù)高溫加速氧化實驗，采用外推法得到[21]。根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式得知樣品溫度每降低10℃，儲存時間延長約1倍[22]。添加不同抗氧化劑核桃油60℃下過氧化值和酸價的變化見圖3。不同處理組核桃油貨架期預(yù)測見表3。

圖3 添加不同抗氧化劑核桃油60℃下過氧化值(A)和酸價(B)變化

表3 不同處理組核桃油貨架期預(yù)測

由圖3(A)和表3可知：60℃加速氧化條件下，未添加任何抗氧化劑的核桃油在2～3 d達(dá)到國標(biāo)中過氧化值上限，相當(dāng)于在20℃儲存32～48 d；添加了2%蝦青素油的核桃油在4 d左右達(dá)到上限，與未添加蝦青素油相比，貨架期在20℃延長了16 d以上。蝦青素具有極強(qiáng)的抗氧化性，添加蝦青素油后核桃油中的維生素E、多酚含量顯著上升，這有效抑制了核桃油的氧化酸敗，減緩了核桃油過氧化值的增長。效果最好的為添加2%蝦青素油和 0.02% TBHQ的實驗組，過氧化值在30 d達(dá)到上限，相當(dāng)于20℃條件下儲存480 d，而單獨(dú)添加0.02%TBHQ的核桃油過氧化值于27 d達(dá)到國標(biāo)上限，兩者相比較可知核桃油在20℃的貨架期延長了48 d。以上結(jié)果表明，蝦青素油復(fù)合 TBHQ 可能存在協(xié)同作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了核桃油的抗氧化性。賀娜等[23]在研究3種抗氧化劑對核桃油穩(wěn)定性的影響中發(fā)現(xiàn)，在云南核桃油中添加復(fù)合抗氧化劑時，其抗氧化效果遠(yuǎn)強(qiáng)于單獨(dú)添加某單一抗氧化劑，其原因可能在于不同的抗氧化劑在發(fā)揮抗氧化效果時，二者相互作用，產(chǎn)生了新的酚類化合物，從而增強(qiáng)了核桃油的抗氧化性[24]。由圖3(B)可知，在過氧化值達(dá)到9.85 mmol/kg的過程中，所有實驗組酸價(KOH)均遠(yuǎn)小于3 mg/g，皆滿足GB 2716—2018要求。結(jié)果顯示，核桃油氧化速率要高于酸敗速率。

3 結(jié) 論

添加2%蝦青素油后，核桃油的各項理化指標(biāo)均在國標(biāo)設(shè)定范圍內(nèi)，天然抗氧化成分多酚和維生素E含量分別為未添加的1.5、3.17倍，水分含量由0.34%降至0.19%，脂肪酸組成無顯著性變化，蝦青素油聯(lián)合0.02%TBHQ能大幅度延長核桃油的貨架期，該條件下核桃油在20℃的貨架期為480 d。

本研究結(jié)果表明核桃油中添加2%蝦青素油可顯著增強(qiáng)其抗氧化性，延長儲存時間，同時2%蝦青素油聯(lián)合0.02%抗氧化劑TBHQ可為延長核桃油的貨架期提供一種有效策略。