杜仲籽精煉油的氧化穩(wěn)定性及貨架期預測

王小媛，牛 涵，馬寶晨，縱 偉,*

（1.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南鄭州 450002；2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州 450002；3.河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南鄭州 450002）

杜仲（Eucommia ulmoidsOliv.），又名膠木，是杜仲科杜仲屬植物。為我國特有的名貴滋補中藥材，藥用價值高，具有強筋健骨、保肝護肺等功效[1]。杜仲籽富含油脂和蛋白質，油脂含量為34.63%±2.19%，高于大豆（18%～22%），是世界上最重要的油籽之一[2]。杜仲籽油是一種極具開發(fā)價值的食用油，不飽和脂肪酸含量在90%以上，其中α-亞麻酸含量在60%以上[3?4]，α-亞麻酸不僅能促進人視網(wǎng)膜、腦和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，還可以降血壓、減肥、增強免疫力、抗炎、抗抑郁等[5]，辛欣等[6]和郭美麗等[7]對杜仲籽油進行了毒理學實驗，證明了其可食用性和安全性。但不飽和脂肪酸含量高的油脂貨架期較短，在貯存過程中極易生成醛、酮等氧化產(chǎn)物，導致油脂風味變差[8?9]，某些氧化產(chǎn)物還對神經(jīng)系統(tǒng)具有毒害作用[10]，目前，對于杜仲籽油的研究主要集中于提取方法及成分分析，對其貯藏穩(wěn)定性的研究較少。添加抗氧化劑在提高貯藏穩(wěn)定性、延長貨架期方面效果顯著[11?12]，杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性及貨架期的研究可以為其進一步加工奠定基礎。

本研究以杜仲籽毛油為原料，精煉后分別將鼠尾草酸（carnosic acid，CA）、L-抗壞血酸棕櫚酸酯（Lascorbyl palmitate，L-AP）、維生素E（vitamin E，VE）、叔丁基對苯二酚（tert-butyl hydroquinone，TBHQ）和丁基羥基茴香醚（butyl hydroxyanisole，BHA）添加到杜仲籽的精煉油中，通過Schaal 烘箱加速氧化的方法，研究五種抗氧化劑對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響，除此之外，還就溫度對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響進行了研究，并以此建立了動力學模型和貨架期模型，以期為杜仲籽精煉油的貯藏加工利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杜仲籽毛油 采用舒象滿等[13]的方法自制；鼠尾草酸（純度95%） 西安四季生物科技有限公司；L-抗壞血酸棕櫚酸酯（純度95%） 河南三化生物科技有限公司；維生素E（純度99%） 河北格貝達生物科技有限公司；叔丁基對苯二酚（純度98%）、丁基羥基茴香醚（純度98%） 浙江一諾生物科技有限公司。

JJ223BC 型電子天平 常熟市雙杰測試儀器公司；Agilent GC-7890B 氣相色譜儀 美國安捷倫公司；DHG-9145A 型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；KQ-700DE 型數(shù)控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 杜仲籽油的精煉 以杜仲籽毛油為原料，采用朱遠坤等[14]的精煉方法，將杜仲籽毛油加熱至60～65 ℃，分別加入0.1%和3%（質量分數(shù)）的磷酸和蒸餾水，攪拌25 min 后以3500 r/min 的轉速離心20 min，然后升溫至105 ℃，在0.09 MPa 的條件下脫水至無氣泡得到脫膠油；在65 ℃的條件下邊攪拌邊向脫膠油中加入8%的堿液，繼續(xù)攪拌直至皂腳顆粒變大，離心后取上層半凈油用沸水洗滌直至沸水呈中性，得到脫酸油；將脫酸油攪拌加熱至90 ℃，真空脫水后冷卻到70 ℃，加入3%（質量分數(shù)）的活性白土，在90～100 ℃下充分攪拌進行脫色，冷卻后過濾得到脫色油；最后在240 ℃、真空殘壓小于100 Pa的條件下對脫色油進行脫臭，冷卻后過濾得到杜仲籽精煉油，利用精煉油進行后續(xù)實驗。

1.2.2 抗氧化劑濃度對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響 不同濃度抗氧化劑油樣的制備：在符合國標GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規(guī)定最大使用量的基礎上，用CA、TBHQ、VE、BHA、L-AP 五種抗氧化劑分別配制不同濃度的杜仲籽精煉油試樣，添加CA 的質量分數(shù)為0.01%、0.03%、0.05%、0.07%，TBHQ、VE、BHA 和L-AP的質量分數(shù)為0.005%、0.010%、0.015%、0.020%，不添加抗氧化劑的杜仲籽精煉油為空白對照。超聲處理20 min 使抗氧化劑與杜仲籽精煉油更好地結合，將超聲后的油樣轉入錐形瓶中，于60 ℃的烘箱中避光密封保存，每隔5 d 測定杜仲籽精煉油的過氧化值和酸價。

1.2.3 溫度對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響 分別在杜仲籽精煉油中添加質量分數(shù)為0.02%的CA、TBHQ、VE、BHA 和L-AP，超聲處理20 min讓抗氧化劑與杜仲籽精煉油更好地結合，不添加抗氧化劑的樣品作為空白對照。將制備好的油樣轉入錐形瓶中，分別于40、50、60 ℃的烘箱中避光密封保存，每隔5 d 測定杜仲籽精煉油的過氧化值、酸價及脂肪酸含量。

1.2.4 杜仲籽精煉油理化指標的測定 杜仲籽精煉油過氧化值的測定參照GB 5009.227-2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》；酸價的測定參照GB 5009.229-2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定方法》；脂肪酸含量的測定參照GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定方法》，GC 條件為HP-Innowax 色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm），柱起始溫度140 ℃，以4 ℃/min 的速度升溫到240 ℃，進樣口溫度240 ℃，檢測器溫度280 ℃，載氣（H2）流速60 mL/min，空氣流量400 mL/min，尾吹流量（He）20 mL/min，分流比50：1。

1.2.5 杜仲籽精煉油氧化反應動力學模型的建立根據(jù)化學反應動力學原理，將1.2.3 中得到的不同溫度下杜仲籽精煉油隨儲藏時間變化的過氧化值，分別與零級和一級反應動力學方程進行擬合，確定最適合過氧化值隨時間變化的反應動力學模型，并結合Arrhenius 方程建立杜仲籽精煉油過氧化值的氧化動力學模型。

1.2.6 杜仲籽精煉油貨架期的預測 GB 2716-2018《食品安全國家標準 植物油》中規(guī)定過氧化值的最高允許限量為0.25 g/100 g，以此為標準，利用1.2.5 建立的氧化動力學模型預測在40、50、60 ℃儲藏的杜仲籽精煉油的貨架期。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，使用Origin 8.5 軟件進行圖表繪制及數(shù)據(jù)擬合。

2 結果與分析

2.1 杜仲籽油的精煉

精煉后，杜仲籽油的過氧化值和酸價分別由0.658 g/100 g、5.88 mg/g 降低到了0.073 g/100 g、0.367 mg/g，符合GB 2716-2018《食品安全國家標準植物油》的要求。

2.2 抗氧化劑濃度對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響

圖1a 表示添加CA 的濃度對杜仲籽精煉油過氧化值和酸價的影響，CA 是油溶性的酚類化合物，對油脂有良好的抗氧化效果[15]，在25 d 加速氧化實驗過程中，各組油樣的過氧化值均隨著儲藏時間的延長而逐漸增大，空白組上升幅度最大，隨著抗氧劑添加量的升高，樣品過氧化值降低?？瞻讓φ战M的杜仲籽精煉油過氧化值達到了12.40 g/100 g，而添加了濃度分別為0.01%、0.03%、0.05%、0.07% CA 的過氧化值分別為6.77、5.31、4.08、3.60 g/100 g。在25 d加速氧化實驗過程中，各組油樣的酸價均隨著儲藏時間的延長而增大，添加了抗氧化劑的酸價均低于對照組，且添加量越多，酸敗程度越小，在25 d 時，添加0.07% CA 的酸價最高比對照組降低了29.76%，說明添加CA 能夠有效延緩杜仲籽精煉油的氧化。

圖1 抗氧化劑濃度對杜仲籽精煉油過氧化值和酸價的影響Fig.1 Effects of antioxidant concentration on peroxide value and acid value of refined Eucommia ulmoides seed oil

TBHQ 由于含有兩個酚羥基，具有很強的抗氧化活性，它已被廣泛用作抗氧化劑，以防止脂肪和油在室溫下的氧化[16]。由圖1b 可知，在25 d 加速氧化實驗過程中，各組油樣的過氧化值均隨著儲藏時間的延長而增大，空白組的過氧化值變化幅度最大，TBHQ 添加量越大，抗氧化效果越好，25 d 時，添加了0.005%、0.01%、0.015%、0.02% TBHQ 油樣的過氧化值分別比對照組降低了66.36%、72.45%、77.12%、81.24%。在25 d 加速氧化實驗過程中，各組油樣的酸價也隨著儲藏時間的延長而增大，抗氧化劑組油樣的酸價均低于空白組，且添加量越多，酸敗程度越小，第25 d 時，對照組的酸價為0.84 mg/g，而添加了0.02% TBHQ 的酸價僅為0.59 mg/g，降低了29.76%，說明添加TBHQ 對杜仲籽精煉油的氧化有良好的抑制作用。

由圖1c 可知，第25 d 時，當VE添加量為0.005%和0.01%，杜仲籽精煉油的過氧化值分別為11.75和11.25 g/100 g，小于對照組的12.40 g/100 g，而當VE的添加量為0.015%、0.02%時，過氧化值為12.46和13.11 g/100 g，大于對照組，這可能是因為杜仲籽精煉油本身含有一定量的VE，再添加過量的VE會促進杜仲籽油的氧化酸敗[17?18]。在25 d加速氧化實驗過程中，杜仲籽精煉油的酸價都逐漸升高，添加了VE的酸價均低于對照組，第25 d 時，對照組的酸價為0.84 mg/g，添加0.005%、0.01%、0.015%、0.02%VE的酸價分別為0.77、0.73、0.78 和0.81 mg/g，說明添加VE可以抑制杜仲籽精煉油的氧化，但過量可能會促進氧化。

由圖1d 可知，添加了BHA 油樣的過氧化值和酸價在10 d 時均小于空白樣品，但過氧化值在25 d時超過空白樣品，酸價在15 d 時超過空白樣品，這可能是因為BHA 在特定時間段內有抗氧化效果，隨著儲藏時間的延長，其有效性降低，直至最終失效[19]。說明在杜仲籽精煉油中添加BHA 有抗氧化效果，但應注意其時效性。

L-AP 在油脂中的作用機制包括清除氧以及將脂質中的過氧化氫還原為更穩(wěn)定的含羥基化合物等[20]。由圖1e 可知，25 d 時，添加了0.005%、0.01%、0.015%、0.02% L-AP 的過氧化值分別比對照組降低了0.26%、4.65%、9.85%、13.46%，酸價分別比對照組降低了5.17%、8.47%、11.44%、12.99%，說明添加L-AP 能有效抑制杜仲籽精煉油的氧化，在實驗范圍內，添加量越高，抗氧化效果越好。

2.3 溫度對杜仲籽精煉油氧化穩(wěn)定性的影響

2.3.1 溫度對杜仲籽精煉油過氧化值和酸價的影響 圖2表示了在40、50 和60 ℃下，添加不同抗氧化劑油樣的過氧化值和酸價的變化。40 ℃油樣的氧化速度較為緩慢，60 ℃的氧化程度最大，氧化速度最快，這可能是因為杜仲籽精煉油的不飽和脂肪酸含量在90%以上[3]，溫度升高會加速雙鍵的氧化反應，從而加速油脂的氧化酸敗過程[21?22]，因此，較高的儲存溫度不利于杜仲籽精煉油長期儲存。在不同儲藏溫度下，五種抗氧化劑對杜仲籽精煉油均有一定的抗氧化效果。在40、50 和60 ℃的條件下，第25 d時，添加了TBHQ 的過氧化值比對照組分別降低了88.24%、75.2%和81.24%，酸價分別降低了25.21%、31.86%和30.53%，抗氧化效果最好，添加了CA 的過氧化值比對照組分別降低了51.09%、42.01%、51.45%，酸價分別降低了11.36%、21.05%、19.05%，抗氧化效果僅次于TBHQ，說明CA 是較適合杜仲籽精煉油的天然抗氧化劑，可以作為合成抗氧化劑的良好替代品[23]。

圖2 溫度對添加不同抗氧化劑樣品過氧化值和酸價的影響Fig.2 Effects of temperature on peroxide value and acid value of samples with different antioxidants

2.3.2 溫度對杜仲籽精煉油脂肪酸含量的影響 表1表示了初始杜仲籽精煉油的脂肪酸組成，其中飽和脂肪酸棕櫚酸和硬脂酸的含量分別為5.69%、2.30%，單不飽和脂肪酸油酸為15.67%，多不飽和脂肪酸亞油酸和α-亞麻酸分別為10.93%、63.01%。由表2可知，第25 d 時，亞油酸和α-亞麻酸含量均小于初始杜仲籽精煉油，這是由于實驗過程中多不飽和脂肪酸在空氣中被氧化[24]，不同溫度下，α-亞麻酸的減少量均大于亞油酸的減少量，例如在40、50、60 ℃下，25 d時空白樣品的α-亞麻酸含量分別降低了5.51%、10.50%和16.43%，亞油酸含量分別降低了2.77%、4.62%和7.74%，這可能是因為α-亞麻酸含有三個雙鍵，而亞油酸含有兩個雙鍵，α-亞麻酸的不飽和程度更高，更易氧化，這與Mohammad-Taghi 等[25]對大豆油的研究結果相似，添加抗氧化劑可以抑制多不飽和脂肪酸的氧化，第25 d 時與對照組相比，在40、50 和60 ℃下TBHQ 的添加對多不飽和脂肪酸氧化的抑制率分別為2.28%、5.46%、11.22%，其抗氧化效果最好，在40、50 和60 ℃下CA 的添加對多不飽和脂肪酸氧化的抑制率分別為1.71%，4.49%、11.20%，其抗氧化效果僅次于TBHQ。另外，不同溫度油樣的棕櫚酸、硬脂酸和油酸含量均大于初始杜仲籽精煉油，可能是因為飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸相對穩(wěn)定，不易氧化分解，根據(jù)面積歸一化法計算脂肪酸含量時，某一脂肪酸相對含量為該脂肪酸峰面積占總脂肪酸酯總峰面積的比例，多不飽和脂肪酸在氧化過程中氧化分解造成相對含量降低，導致飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸在總的脂肪酸中的比例增加[26]。

表1 初始杜仲籽精煉油脂肪酸組成Table 1 Initial fatty acid composition of refined Eucommia ulmoides seed oil

表2 溫度對不同杜仲籽精煉油樣品脂肪酸含量的影響Table 2 Effects of temperature on fatty acid content of different refined Eucommia ulmoides seed oil samples

2.4 杜仲籽精煉油氧化動力學模型的建立

2.4.1 氧化動力學反應級數(shù)和反應速率常數(shù) 對杜仲籽精煉油在不同溫度下過氧化值的變化規(guī)律進行擬合，結果如表3所示，其中指數(shù)回歸擬合的回歸系數(shù)均大于線性回歸，且指數(shù)回歸系數(shù)均大于0.87，說明指數(shù)回歸方程擬合度更高，杜仲籽精煉油的氧化過程更符合一級動力學反應。由表4可知，添加抗氧化劑可以降低Arrhenius 速率常數(shù)，表明添加抗氧化劑可以降低油樣的氧化速率，提高其氧化穩(wěn)定性，該結論與Estefania 等[27]相似。

表3 添加不同抗氧化劑的杜仲籽精煉油過氧化值回歸方程Table 3 Peroxide value regression equation of refined Eucommia ulmoides seed oil with different antioxidants

表4 添加不同抗氧化劑的杜仲籽精煉油不同儲藏溫度下過氧化值的變化速率常數(shù)Table 4 Change rate constants of peroxide value of refined Eucommia ulmoides seed oil with different antioxidants at different storage temperatures

2.4.2 建立貨架期模型 Arrhenius 方程的對數(shù)形式如公式1 所示，過氧化值的變化速率常數(shù)k 是溫度T 的函數(shù)：

式中，k0表示指前因子（即頻率因子），min?1；Ea表示活化能，kJ·mol?1·K?1；T 表示絕對溫度，K；R 表示通用氣體常數(shù)，取8.314 J·mol?1·K?1。

圖3表示利用lnk 對1/T 作圖，所有油樣的曲線R2均不小于0.9600，說明lnk 對1/T 有很好的線性相關，計算得到杜仲籽精煉油的貨架期模型如表5所示。

圖3 杜仲籽精煉油過氧化值變化的Arrhenius 曲線Fig.3 Arrhenius curve of changes in peroxide value of refined Eucommia ulmoides seed oil

2.5 杜仲籽精煉油貨架期預測

根據(jù)GB 2716-2018《食品安全國家標準植物油中對過氧化值》的要求，選取最高允許限量0.25 g/100 g作為杜仲籽精煉油貨架期的終點。利用表5中的杜仲籽精煉油氧化動力學模型和貨架期模型可計算油樣在不同儲藏溫度下貨架期的理論值，結果如表6所示，可以看出，儲藏溫度越高，杜仲籽精煉油的貨架期越短，添加抗氧化劑可延長杜仲籽精煉油的貨架期，其中在40 ℃下，添加0.02% TBHQ 的杜仲籽精煉油貨架期預測值最長，為19.71 d。在25 ℃時，由表5的貨架期模型公式計算可得空白杜仲籽精煉油的貨架期預測值為10.70 d，添加0.02% TBHQ 可將其延長最長至41.41 d。

續(xù)表2

表5 杜仲籽精煉油的氧化動力學模型及貨架期模型Table 5 Oxidation kinetics model and shelf life model of refined Eucommia ulmoides seed oil

表6 不同溫度下杜仲籽精煉油的貨架期及實際儲藏期Table 6 Shelf life and actual storage life of refined Eucommia ulmoides seed oil at different temperatures

3 結論

本實驗對5 種抗氧化劑在不同添加量、溫度和儲藏時間下對杜仲籽精煉油儲藏過程中品質變化及貨架期進行研究，結果表明，CA、TBHQ、VE、BHA、L-AP 均能在一定程度上延緩杜仲籽精煉油的氧化，對提高杜仲籽油氧化穩(wěn)定性所需的最佳添加量分別為 0.05%、0.02%、0.01%、0.02%、0.02%；其 中TBHQ 的抗氧化效果最好，可使25、40、50 和60 ℃下杜仲籽精煉油的預測貨架期分別延長30.71、10.95、4.74、1.24 d，天然抗氧化劑CA 的效果僅次之。本研究為杜仲籽精煉油的抗氧化工作提供了參考，為杜仲籽精煉油的深加工與工業(yè)化提供了指導，未來還可對杜仲籽精煉油的抗氧化機理進行研究，也可通過優(yōu)化杜仲籽油精煉工藝或將多種抗氧化劑復配使用以達到更好的抗氧化效果，從而更好地控制杜仲籽精煉油的品質。