冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性及其α-亞麻酸氧化動(dòng)力學(xué)探究

易 醒，羅俊溢，易孜成，李 娟，袁弋婷，夏小華，桂靜芬，肖小年*

(南昌大學(xué)a.中德食品工程中心；b.中德聯(lián)合研究院，江西 南昌 330047)

紫蘇(Perilla frutescens)是一年生的可食用植物[1]，廣泛種植于我國(guó)的西南和華中一帶[2]。紫蘇的干燥成熟果實(shí)為紫蘇子，將其壓榨后可得紫蘇子油，研究表明，紫蘇子油是一種高度不飽和的天然油脂，有抗氧化[3]、抗腫瘤[4]、抗菌以及抑制真菌[5]、抗炎[6]、抗過(guò)敏[7]、抗抑郁[8-9]的作用，此外還具有降低低密度脂蛋白所載膽固醇的作用[10]。紫蘇子油中含有大量的α-亞麻酸(ω-3脂肪酸)，占脂肪酸總量的61.1%～64.0%[11-13]，其次為亞油酸和油酸，含量差異不大，分別占脂肪酸總量的15.0%左右，此外還有少量的三?；视?、甾醇和磷脂類物質(zhì)[14]。

紫蘇子油中含有較多不飽和脂肪酸，在儲(chǔ)藏過(guò)程中易受到光、熱、氧氣、微生物、重金屬等因素的影響，繼而分解成酮類、醛類化合物以及其它氧化物，不利于食用。通過(guò)現(xiàn)代科技手段，可有效的控制紫蘇子油的氧化。對(duì)紫蘇子油氧化的控制，可從改善制油工藝及添加抗氧化劑兩方面著手進(jìn)行。有研究表明紫蘇子油的萃取方法對(duì)紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性有重要影響，Jung Dongmin等[13]比較了二氧化碳萃取法、壓榨法以及溶劑提取法對(duì)紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)使用二氧化碳萃取的紫蘇子油在60 ℃黑暗條件下的氧化穩(wěn)定性低于壓榨萃取和己烷萃取法，使用不同萃取方法所得的紫蘇子油中的脂肪酸組成成分大致相同。

Zhao Tingting等[15]比較了紫蘇種子經(jīng)過(guò)180 ℃，200 ℃，220 ℃烘烤預(yù)處理，再用烘烤后的種子進(jìn)行榨油，發(fā)現(xiàn)隨烘烤溫度的升高，壓榨油脂中的反式脂肪酸的含量逐漸上升，在60 ℃貯藏條件下，未經(jīng)烘烤預(yù)處理較經(jīng)過(guò)烘烤預(yù)處理所得紫蘇種子油，其生育酚損失速率較快。除了在提取工藝上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新以外，添加抗氧化劑提高植物油脂氧化穩(wěn)定性是常用方法，天然的抗氧化劑一般選擇VE、VC以及植物甾醇等[16-18]，合成抗氧化劑主要有2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、丁基化羥基茴香醚(BHA)、特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)等[19-20]。

為了研究冷、熱榨不同加工方式對(duì)油脂品質(zhì)的影響，本文以冷、熱榨紫蘇子油為研究對(duì)象，探討溫度、光照、抗氧化劑及增效劑對(duì)紫蘇子油過(guò)氧化值(POV值)的改變，并考察其主要成分α-亞麻酸的氧化動(dòng)力學(xué)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

冷榨、熱榨紫蘇子油(實(shí)驗(yàn)室自制)；TBHQ、BHT、檸檬酸(CA)、異抗壞血酸鈉(D-VcNa)均為食品級(jí)，廣州泰邦食品添加劑有限公司；VE軟膠囊(食品級(jí))，天之海藥業(yè)；α-亞麻酸對(duì)照品(HPLC≥98%)，上海源葉生物科技有限公司；甲醇、乙腈均為色譜純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；磷酸為分析純級(jí)，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KOMET冷榨油機(jī)，德國(guó)IBG公司；Agilent1200高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；EYELAN-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、EYELAOSB-2100油浴鍋，上海愛(ài)郎儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紫蘇子油中α-亞麻酸含量測(cè)定方法建立

根據(jù)參考文獻(xiàn)建立測(cè)定方法[21]，精確吸取α-亞麻酸對(duì)照品儲(chǔ)備液(2 mg·mL-1，甲醇配制)0.4，0.8，1，2，4 mL，定容至10 mL棕色容量瓶中(甲醇)，于液相色譜儀中測(cè)定(檢測(cè)波長(zhǎng):205 nm，柱溫:30 ℃，流動(dòng)相:乙腈/0.1%磷酸=90:10，V/V，色譜柱:Marchal C18(250 mm×4.6 mm,5 μm))。

1.3.2 測(cè)定紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性

(1)紫蘇子油過(guò)氧化值的測(cè)定。采用GB 5009.227[22]中所述方法測(cè)定紫蘇子油的POV值。

(2)溫度對(duì)氧化穩(wěn)定性的影響。將等質(zhì)量(30 g)冷榨和熱榨紫蘇子油分別于室溫下避光(25 ℃)和630±1 ℃烘箱中避光保存。每隔1 d測(cè)定其POV值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

(3)光照對(duì)氧化穩(wěn)定性的影響。分別將等質(zhì)量(30 g)冷榨和熱榨紫蘇子油置于室溫下避光(25 ℃)和光照下(250Lx)保存。每隔1 d測(cè)定其POV值，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

(4)不同抗氧化劑對(duì)氧化穩(wěn)定性的影響。分別取等質(zhì)量(20 g)冷榨以及熱榨紫蘇子油，添加等量的VE、BHT、TBHQ，使用Schaal烘箱法對(duì)樣品進(jìn)行處理[23]后測(cè)定其POV值(隔3 d測(cè)1次)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

(5)抗氧化劑復(fù)配對(duì)氧化穩(wěn)定性的影響。將抗氧化劑按0.01%TBHQ+0.01%BHT、0.01%TBHQ+0.01%VE和0.01%BHT+0.01%VE進(jìn)行復(fù)配后分別加入到等質(zhì)量(20 g)的冷榨和熱榨紫蘇子油中，按文獻(xiàn)所述方法對(duì)樣品進(jìn)行處理和測(cè)定[21]，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

(6)抗氧化增效劑對(duì)氧化穩(wěn)定性的影響。將0.015%TBHQ+0.005%CA、0.015%TBHQ+0.005%D-VCNa、0.015%BHT+0.005%CA、0.015%BHT+0.005%D-VCNa進(jìn)行復(fù)配后分別加入到等質(zhì)量(20 g)的冷榨和熱榨紫蘇子油中，按文獻(xiàn)所述方法對(duì)樣品進(jìn)行處理和測(cè)定[21]，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3 紫蘇子油α-亞麻酸氧化動(dòng)力學(xué)研究

根據(jù)加速氧化實(shí)驗(yàn)探究加速氧化過(guò)程中冷/熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸含量的變化。分別取等質(zhì)量(20 g)冷榨和熱榨紫蘇子油，使用Schaal烘箱法對(duì)樣品進(jìn)行處理，隔1 d取1次樣，共20 d。取樣后，對(duì)樣品甲酯化處理，測(cè)定α-亞麻酸含量，考察α-亞麻酸氧化動(dòng)力學(xué)[21]。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型擬合方程：

零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程：Y0=Yx=k0x

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型：lnYx=-kt+lnY0式中：Y0—初始α-亞麻酸濃度，Yx—氧化x時(shí)α-亞麻酸的濃度，x—氧化時(shí)間，k0、kt—反應(yīng)速率常數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin2017軟件進(jìn)行處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷/熱榨紫蘇子油的系統(tǒng)適應(yīng)性和α-亞麻酸含量的標(biāo)曲建立

α-亞麻酸對(duì)照品冷榨紫蘇子油、熱榨紫蘇子油的色譜圖可得(圖1)，冷/熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸的保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)品保持一致，且α-亞麻酸的色譜峰與相鄰色譜峰的分離度大于1.5。擬合后的α-亞麻酸的線性回歸方程為Y=35 639X+162.82，R2=0.999 4，α-亞麻酸含量測(cè)定在0.04～0.4 mg·mL-1范圍內(nèi)線性良好。

2.2 溫度對(duì)冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響

紫蘇子油在室溫避光和烘箱避光下的POV值隨時(shí)間變化情況如圖2所示。由于熱能可能引發(fā)自由基的大量產(chǎn)生，使冷/熱榨紫蘇子油的過(guò)氧化值在烘箱貯存中變化明顯，而在室溫條件下兩種工藝制備的紫蘇子油POV值改變不大，說(shuō)明溫度可顯著影響紫蘇子油的氧化速率。GB 2716規(guī)定，植物原油的POV值應(yīng)小于19.7 meq·kg-1。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[24]，在60 ℃貯存24 h相當(dāng)于20 ℃下放置384 h。因此，烘箱避光保存條件下，冷榨油的儲(chǔ)存期限為176 d，熱榨油的儲(chǔ)存期限為112 d。

2.3 光照對(duì)冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響

由圖3結(jié)果表明，光照對(duì)冷/熱榨紫蘇子油POV值的增加有較大影響，可能是光照促進(jìn)了紫蘇子油中氫過(guò)氧化物的降解，從而使紫蘇子油的氧化速率增加。冷榨和熱榨紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性在光照條件下較避光時(shí)差，因此光照對(duì)紫蘇子油的氧化影響較大。

2.4 單一抗氧化劑對(duì)冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響

采用Schaal烘箱法進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。TBHQ和BHT對(duì)紫蘇子油的POV值的升高具有抑制作用，可能是因?yàn)門BHQ和BHT能與自由基穩(wěn)定結(jié)合，中止自由基的連鎖反應(yīng)。VE的加入對(duì)紫蘇子油POV值的變化表現(xiàn)為促進(jìn)作用，可能原因試驗(yàn)添加的VE稍有過(guò)量，過(guò)量的VE在猝滅單線態(tài)氧的同時(shí)，其自身化極易被單線態(tài)氧所氧化，產(chǎn)生氫過(guò)氧化物，從而起到促進(jìn)氧化的作用[25]。通過(guò)比較TBHQ和BHT對(duì)紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)添加了TBHQ的紫蘇子油其POV值上升速率慢于BHT，說(shuō)明TBHQ與自由基結(jié)合的能力要強(qiáng)于BHT[26]。通過(guò)冷、熱榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間進(jìn)行考察，表明添加TBHQ將冷、熱榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間分別延長(zhǎng)了304和416 d，而添加BHT的儲(chǔ)藏時(shí)間分別延長(zhǎng)了304和272 d。

2.5 復(fù)配抗氧化劑對(duì)冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響

采用Schaal烘箱法測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，復(fù)配抗氧化劑對(duì)紫蘇子油POV值上升的抑制作用要強(qiáng)于單一抗氧化劑，將TBHQ與BHT復(fù)配對(duì)紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性表現(xiàn)為較好的促進(jìn)作用，可能是TBHQ與BHT之間可通過(guò)電子轉(zhuǎn)移等方式提供和維持了抗氧化劑的含量，從而使抗氧化能力增強(qiáng)[27-28]。TBHQ和VE的復(fù)配效果次之，可能是因?yàn)門BHQ在該體系中占據(jù)了主導(dǎo)作用，而作為次抗氧化劑的VE可能將TBHQ·還原為TBHQ，使體系中主抗氧化劑的有效濃度增加,提高了復(fù)配抗氧化劑的抗氧化活性[29]。BHT和VE復(fù)配對(duì)紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性的促進(jìn)作用相對(duì)較差，可能是因?yàn)閂E不能有效的將BHT·還原為BHT所致。

2.6 抗氧化增效劑對(duì)冷/熱榨紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響

由圖6和圖7可得，D-VcNa和CA對(duì)冷、熱榨紫蘇子油都表現(xiàn)出較好的抗氧化作用，且在相同條件下，相對(duì)于D-VcNa，CA對(duì)抗氧化劑的增效作用較好，可能原因是紫蘇子油中存在某些對(duì)油脂氧化具有催化作用的金屬離子(如Cu2+、Fe2+、Mu2+、Ni2+)[30],從而賦予了抗氧化劑良好的抗氧化增效作用，但是CA比D-VcNa更容易絡(luò)合油脂中的金屬離子，有效降低了油脂中催化劑的含量，從而阻止了油脂中自由基大量的誘發(fā)[31]。通過(guò)TBHQ和CA復(fù)配結(jié)果可得，冷榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)了352 d，熱榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)了432 d；通過(guò)BHT和CA復(fù)配結(jié)果可得，冷榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)了288 d，熱榨紫蘇子油的儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)了208 d。

2.7 加速氧化過(guò)程中冷/熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸含量的變化

表1和2顯示，隨氧化時(shí)間的增加，冷、熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸的含量有顯著降低。通過(guò)20 d的考察發(fā)現(xiàn)，其中冷榨紫蘇子油和熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸含量分別減少了14.59%和19.47%。

表1 加速氧化過(guò)程中冷榨紫蘇子油中α-亞麻酸含量的變化

2.8 α-亞麻酸氧化動(dòng)力學(xué)模型

表3為α-亞麻酸氧化動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果。冷榨紫蘇子油α-亞麻酸含量的變化模型最佳擬合方程為一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，其擬合優(yōu)度(R2)為0.908，呈指數(shù)變化趨勢(shì)，其方程可表示為lnY=61.183-0.012x；熱榨紫蘇子油α-亞麻酸含量的變化模型最佳擬合方程為零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，其擬合優(yōu)度(R2)為0.930，呈線性變化趨勢(shì)，其方程可表示為Y=62.334-1.151x。兩種擬合模型的擬合優(yōu)度都大于0.85，因此可以用這兩個(gè)方程來(lái)分析α-亞麻酸的氧化動(dòng)力學(xué)。

表2 加速氧化過(guò)程中熱榨紫蘇子油中α-亞麻酸含量的變化

表3 α-亞麻酸反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)及相關(guān)系數(shù)值

3 結(jié)論

本文主要探討了冷/熱榨紫蘇子油的氧化穩(wěn)定性及α-亞麻酸的氧化動(dòng)力學(xué)。在63 ℃避光保存條件下，冷/熱榨紫蘇子油的過(guò)氧化值達(dá)19.7meq·kg-1所用時(shí)間分別為11和9d，在250Lx光照室溫保存下，冷/熱榨紫蘇子油的過(guò)氧化值達(dá)19.7meq·kg-1所用時(shí)間分別為6和4d。因此相對(duì)于光照，溫度對(duì)紫蘇子油的氧化性有顯著影響，因此紫蘇子油貯存需低溫避光。通過(guò)比較單一抗氧化劑TBHQ和BHT對(duì)紫蘇子油氧化穩(wěn)定性的影響，添加了單一抗氧化劑TBHQ的冷/熱榨紫蘇子油，其過(guò)氧化值達(dá)19.7meq·kg-1所用時(shí)間分別為33和30d。添加了單一抗氧化劑TBHQ的冷/熱榨紫蘇子油，其過(guò)氧化值達(dá)19.7meq·kg-1所用時(shí)間分別為18和12d，說(shuō)明TBHQ與自由基結(jié)合的能力要強(qiáng)于BHT。復(fù)合抗氧化劑TBHQ+BHT對(duì)紫蘇子油的抗氧化性的增加效果最好，冷/熱榨紫蘇子油的過(guò)氧化值達(dá)19.7meq·kg-1時(shí)所用時(shí)間均為36d。增效劑(CA和D-VcNa)與抗氧化劑之間表現(xiàn)為協(xié)同作用，且CA對(duì)抗氧化劑的增效作用均優(yōu)于D-VcNa。通過(guò)分析紫蘇子油中α-亞麻酸含量隨時(shí)間變化情況可得，冷榨法制備的紫蘇子油中α-亞麻酸的氧化過(guò)程符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程lnY=61.183-0.012x，其擬合優(yōu)度為R2=0.908，熱榨法制備的紫蘇子油中α-亞麻酸的氧化過(guò)程符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)方程Y=62.334-1.151x，其擬合優(yōu)度為R2=0.930。