紫蘇油凝膠的制備及貯藏特性研究

楊玉琪，王福超，劉龍龍，陳治同，衣洋瑩，張 華,2*

(1.延邊大學 農(nóng)學院；2.東北寒區(qū)肉牛科技創(chuàng)新教育部工程研究中心延邊大學:吉林 延吉 133002)

隨著人們生活水平的提高，人們在飲食方面逐漸關注健康與營養(yǎng)。動物油因含有大量的飽和脂肪酸，易引發(fā)心腦血管疾病[1]，增加炎癥[2-3]、肥胖[4]等風險，以飽和度低的植物油為基底油通過凝膠化處理制備具有動物脂肪優(yōu)質(zhì)口感的替代脂，兼顧健康與營養(yǎng)，成為了食品研發(fā)的新趨勢。

紫蘇，是一種藥食兩用[5-6]的草本植物，具有很好的保健功效，具有抗抑郁[7]、減緩皮膚衰老[8]、治療慢性腎臟疾病[9]、降低血糖[10-11]、抗氧化[12]、抗炎[13-14]等生理活性功能，而紫蘇油可以控制人體內(nèi)血小板凝聚，降低血液中的中性脂質(zhì)，清除膽固醇，防止血栓形成。經(jīng)科學實驗證明，為已知植物油類中a-亞麻酸含量最高的植物油，享有“陸地上的深海魚油”美名，但是紫蘇油因其不飽和脂肪酸含量較高而易發(fā)生氧化，導致貯藏品質(zhì)下降，因此，利用紫蘇油為基底油，加入天然抗氧化劑制備紫蘇油凝膠，達到良好的貯藏效果兼具營養(yǎng)健康等特點，符合社會飲食新需求。

玫瑰茄，在具有一定觀賞價值的同時，還具有食用價值與藥用價值。玫瑰茄提取物中含有多酚、多糖、Ve、Vc、類黃酮類物質(zhì)(花青素)、有機酸(酒石酸、檸檬酸、Vc等)等活性物質(zhì)[15-18]，具有抗氧化、抗癌、抗炎等生理活性功能[19-21]，可用于治療高血壓、高血脂、癌癥、肥胖及肝腎炎癥等疾病[22-24]。即玫瑰茄提取物在作為一種復合的天然抗氧化劑的同時，還兼具保健功能。

主成分分析(principalcomponentanalysis ,PCA)是一個利用降維思維將多個指標轉(zhuǎn)換為幾個綜合指標的多元統(tǒng)計方法，從而實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的簡化已經(jīng)能夠分析出各種處理方式的綜合效果[25-28]。

近年來，劉龍龍等[29]人以谷甾醇和磷脂為凝膠劑制備的菜籽油凝膠和大豆油凝膠具有良好的結構穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性；王家鑌等[30]人制備出菜籽油凝膠后通過X射線衍射(XRD)和氫核磁共振(1HNMR)檢測晶形和分子結構變化得出菜籽油凝膠的形成為物理結合而非化學結合。目前沒有利用不飽和脂肪酸含量較高的紫蘇油荷載玫瑰茄天然抗氧化劑并觀察其物理化學特性的研究。因此，該研究通過單因素試驗得到紫蘇油凝膠制備的最佳條件，將玫瑰茄提取物作為復合型抗氧化劑，同時對比天然抗氧化劑Ve(單一型抗氧化劑)，通過主成分分析(PCA)綜合評價其對紫蘇油凝膠的貯藏效果(質(zhì)構特性和氧化穩(wěn)定性)，以期為開發(fā)和貯藏兼具營養(yǎng)、健康的紫蘇油凝膠產(chǎn)品奠定實踐基礎和提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紫蘇油(市售)；玫瑰茄(市售)；大豆磷脂(>98%)、β-谷甾醇(>75%)、1-丁醇(色譜純，上海阿拉丁生物科技有限公司)；2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)(分析純，美國Sigma公司)；無水乙醇(≥95%)(分析純，天津科密歐化學試劑有限公司)；過硫化鉀、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉標準溶液0.1 mol/L、三氯甲烷、淀粉、2-硫代巴比妥酸(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。

1.1.2 主要儀器設備

DHG-9203A恒溫培養(yǎng)箱，購置于上海善治儀器設備有限公司；TMS-Pro型質(zhì)構儀，購置美國FTC公司；SY-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，購置上海亞榮生化儀器廠；UV766分光光度計，購置上海悅析儀器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 紫蘇油凝膠的制備(單因素試驗)

在制備紫蘇油凝膠過程中，分別以凝膠劑制備比例，凝膠劑添加量，攪拌加熱時間、攪拌加熱溫度作為單因素試驗的因素對其制備條件進行探究。稱取50 g紫蘇油，分別加入凝膠劑比例β-谷甾醇：大豆磷脂(g∶g)為5∶5、6∶4、7∶3、8∶2和9∶1；凝膠劑(β-谷甾醇和大豆磷脂)添加量10%、12%、14%、16%和18%；攪拌加熱時間30、35、40、45和50 min；加熱溫度80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃和100 ℃進行單因素試驗，并對紫蘇油凝膠進行質(zhì)構分析(textureprofileanalysis ,TPA)，參考Gandolfo等[31]測定TPA時主要以硬度作為考察指標。詳情見表1。

表1 紫蘇油凝膠制備工藝單因素試驗設計

1.2.2 紫蘇油凝膠的質(zhì)構特性分析(TPA)

參考ISO9665-1998，利用質(zhì)構儀對紫蘇油凝膠進行質(zhì)構分析。質(zhì)構特性包括硬度、粘附性、膠黏性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性。將質(zhì)構儀參數(shù)設置為：P/50探頭，力量源感應量程48 N，檢測高度50 mm，型變百分量45%，檢測速度50 mm/min，起始力2 N。每組平行測定3次，取平均值。

1.2.3 玫瑰茄提取物的制備

以料液比(玫瑰茄∶水)1∶3(g∶mL)浸提玫瑰茄，在25 ℃條件下，超聲提取30 min，而后進行過濾，除去濾渣部分，收集濾液后60 ℃下進行旋蒸，揮發(fā)溶劑后得到膏狀的玫瑰茄提取物，將其凍干后最終得到粉末狀的玫瑰茄提取物。

1.2.4 玫瑰茄提取物抗氧化活性的測定

參考仇宏圖[32]的方法，進行ABTS+清除能力的測定。選取玫瑰茄提取物濃度分別為0.3%、0.6%和0.9%，選取Ve濃度分別為0.02%、0.04%和0.06%，通過測定該濃度條件下的自由基清除率，篩選得到抗氧化性最佳的玫瑰茄提取物濃度和Ve濃度，以便進行后續(xù)實驗。

1.2.5玫瑰茄提取物對紫蘇油凝膠抗氧化效果的影響

1) 過氧化值(peroxidevalue, POV)測定

按 GB5009.227-2016 進行測定。分別以上述選取的玫瑰茄濃度，將其作為復合型抗氧化劑添入紫蘇油凝膠，并同時以單一型抗氧化劑Ve作為對照，分別于加入抗氧化劑后的第1天、第7天、第14天、第21天測定紫蘇油凝膠的POV，以此考察添加0.3%、0.6%和0.9%玫瑰茄提取物的紫蘇油凝膠的抗氧化效果。

2) 硫代巴比妥酸法(TBA)測定

按 GB/T35252-2017 進行測定。分別以上述選取的玫瑰茄濃度，將其作為復合型抗氧化劑添入紫蘇油凝膠，并同時以單一型抗氧化劑Ve作為對照，通過測定紫蘇油凝膠的丙二醛(MDA)，以此考察添加0.3%、0.6%和0.9%玫瑰茄提取物的紫蘇油凝膠的抗氧化效果。

1.2.6 玫瑰茄提取物對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響

質(zhì)構分析(TPA)方法同上述1.2.2。分別以上述選取的玫瑰茄濃度，將其作為抗氧化劑添入紫蘇油凝膠，同時以抗氧化劑Ve做對照，分別于第1天、第7天、第14天、第21天對紫蘇油凝膠進行質(zhì)構分析，以此考察添加0.3%、0.6%和0.9%玫瑰茄提取物對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

該試驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 26.0 進行數(shù)據(jù)處理，對單因素方差分析ANOVA進行鄧肯多重檢驗，以P<0.05表示存在顯著性差異；再采用Pearson相關性分析和PCA對紫蘇油凝膠貯藏效果進行綜合評價；并用origin 2021l進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 凝膠劑不同添加比例對紫蘇油質(zhì)構特性的影響

由圖1可知，在谷甾醇：大豆磷脂比例為5∶5和6∶4時沒有形成凝膠，而在谷甾醇：大豆磷脂比例處于7∶3和8∶2時可形成凝膠，此時的硬度顯著高于比例為9∶1時(P<0.05)，說明該比例條件下形成的凝膠效果較好，因其比例7∶3與8∶2無顯著差異，考慮到谷甾醇的成本問題，選取比例(谷甾醇：大豆磷脂)為7∶3進行后續(xù)試驗。

注：a～c表示不同樣品之間存在組間顯著差異(P<0.05)。

2.2 凝膠劑不同添加量對紫蘇油質(zhì)構特性的影響

由圖2可知，凝膠劑添加量逐漸增大，硬度也隨之增大，添加量為10%和12%時，凝膠硬度均顯著低于凝膠劑添加量為14%和16%(P<0.05)；凝膠劑添加量為14%、16%和18%時，紫蘇油凝膠硬度不存在顯著差異。考慮成本因素，在凝膠劑添加量為14%時，以較少的添加量即可達到最好的膠凝效果，故選取凝膠劑添加量為14%進行后續(xù)試驗。

注：a～c表示不同樣品之間存在組間顯著差異(P<0.05)

2.3 不同加熱溫度對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響

由圖3可知，當攪拌溫度為85 ℃、90 ℃、95 ℃和100 ℃時沒有顯著差異?？紤]到避免過度加熱破壞凝膠內(nèi)部結構，則選取加熱溫度為85 ℃進行后續(xù)試驗。

注：a～d表示不同樣品之間存在組間顯著差異(P<0.05)

2.4 不同加熱時間對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響

由圖4可知，隨著加熱攪拌時間的延長(30～45 min)，紫蘇油凝膠的硬度呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢；攪拌時間達45和50 min時，硬度達到最大?？紤]到45 min更為省時，同時為了防止凝膠因子因長時間加熱而分解，故采用加熱時間45 min進行后續(xù)試驗。

由單因素試驗得出的紫蘇油凝膠制備工藝為：β-谷甾醇∶大豆磷脂為7∶3(g∶g)，凝膠劑添加量為紫蘇油質(zhì)量的14%，加熱攪拌溫度85 ℃，加熱攪拌時間45 min。

注：a～d表示不同樣品之間存在組間顯著差異(P<0.05)

2.5 紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的相關性分析

由表2可知，硬度與粘附性顯著正相關(P<0.05)，粘附性與膠黏性顯著正相關(P<0.05)，內(nèi)聚性與膠黏性呈極顯著正相關(P<0.01)，彈性與咀嚼性呈極顯著正相關(P<0.01)，以上變量均與其他變量呈線性相關，表明這些變量適合做主成分分析[33]。

表2 紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的相關性分析

2.6 玫瑰茄提取物對紫蘇油凝膠抗氧化效果的影響

由圖5A可知，添加抗氧化劑玫瑰茄濃度為0.3%，0.6%和0.9%和Ve濃度為0.06%，均促進了紫蘇油凝膠的一級氧化；由圖5B可知，添加抗氧化劑玫瑰茄濃度為0.3%，0.6%，0.9%和Ve濃度為0.06%，均抑制了紫蘇油凝膠的二級氧化，且0.9%玫瑰茄提取物抑制二級氧化效果最佳。

注：A，過氧化物變化圖；B，硫代巴比妥酸值。

2.7 玫瑰茄提取物對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響

由圖6可知，不同濃度(0.3%、0.6%和0.9%)的玫瑰茄提取物和0.06%的Ve，均低于紫蘇油凝膠空白組，表明抗氧化劑的添加可導致紫蘇油凝膠硬度下降；所有組的硬度呈現(xiàn)先增后降的趨勢；隨著時間的延長，到21 d時，添加0.06%Ve時硬度最低，其次分別為添加0.9%、0.6%、0.3%的玫瑰茄提取物。

2.8 主成分分析

采用PCA(principle component analysis)對紫蘇油凝膠的貯藏效果—質(zhì)構和抗氧化性2方面進行更全面、綜合地分析和評價。

由表3可知，共提取出3個主成分，其中，PC1、PC2、PC3的貢獻率分別為53.875%、18.675%和13.460%，累計貢獻率為86.010%，能夠反映原始數(shù)據(jù)的基本情況。

由表4可知，PC1綜合了硬度、粘附性、膠黏性、TBA等指標，主要反映凝膠的內(nèi)部結構特性和次級氧化特性；PC2綜合了內(nèi)聚性、彈性，主要反映凝膠的口感特性；PC3主要是POV指標，反映了凝膠的初級氧化特性。

圖6 不同貯藏時間對紫蘇油凝膠質(zhì)構特性的影響

表3 主成分的特征值、貢獻率、累計貢獻率

表4 紫蘇油凝膠貯藏指標主成分分析結果

根據(jù)主成分分析的原理，分別求得PC1、PC2、PC3的特征向量(表5)。

表5 紫蘇油凝膠貯藏指標主成分特征向量

定義PC1、PC2、PC3的線性組合為Z1、Z2、Z3，將原始數(shù)據(jù)標準化的數(shù)據(jù)X1,X2...X8帶入式中求解。其中，

Z1=0.449X1+0.473X2+0.109X3+0.089X4+0.465X5+0.384X6-0.044X7+0.436X8;

(1)

Z2=-0.203X1+0.006X2+0.426X3+0.696X4-0.130X5+0.295X6-0.382X7-0.205X8;

(2)

Z3=-0.206X1+0.071X2-0.384X3+0.404X4-0.172X5+0.348X6+0.695X7+0.095X8。

(3)

根據(jù)PCA原理，以Z為綜合品質(zhì)建立綜合評價模型：Z=0.539Z1+0.187Z2+0.135Z3，綜合得分情況見表6。試驗組別1～5，6～10，11～15和15～20分別表示紫蘇油凝膠貯藏天數(shù)為1、7、14、21 d；1～5順序分別表示玫瑰茄提取物濃度為0.3%、0.6%、0.9%和0.06%Ve濃度以及空白組，以此類推。

由表6可知，1～14 d(短期貯藏)，未添加任何抗氧化劑的試驗組別的得分較高，試驗序號分別為5、10、15，得分分別為1.797、12.548和30.396，且得分隨貯藏時間的延長而提高。說明若要短期貯藏，不用添加抗氧化劑即可達到較好的貯藏效果；當貯藏時間達到21 d時(較長期貯藏)，添加0.3%玫瑰茄提取物的綜合得分高于其他，且添加0.06%Ve的得分最低。因此,若需較長時間貯藏紫蘇油凝膠，應該選用0.3%玫瑰茄提取物濃度。

表6 紫蘇油凝膠貯藏指標主成分得分

3 討論

3.1 紫蘇油凝膠的制備—質(zhì)構特性

谷甾醇在大豆磷脂的作用下，改變堆積幾何形貌的同時增大了溶解度，從而形成凝膠[34]。在谷甾醇：大豆磷脂比例為5∶5和6∶4時，沒有形成凝膠，原因可能是谷甾醇的量不足，其堆積幾何形貌改變的程度不大，因此不能夠形成凝膠；凝膠結構的形成，是由于凝膠因子之間或凝膠因子與水之間通過氫鍵結合后形成三維網(wǎng)絡結構[35]，在冷卻的過程中，凝膠因子無序聚合形成了一級結構，通過氫鍵的作用自組裝或以結晶的方式形成二級結構(具有一定形態(tài)的聚集體)，最后再形成三維網(wǎng)狀結構，從而將油脂包裹住[36]。添加量為10%和12%時，凝膠硬度顯著低于處于其他濃度時(P<0.05)，其原因可能是由于凝膠劑的添加量不足(β-谷甾醇含量較小)無法形成較為致密的三維網(wǎng)狀結構[34]而無法包裹住全部的油脂，多余的油脂存在導致凝膠的硬度過小；制備凝膠需對其進行攪拌加熱從而使凝膠劑與紫蘇油充分混勻且溶解充分，該類凝膠制備溫度選取溫度范圍在80 ℃ ～90 ℃[37]，但根據(jù)具體凝膠種類不同略有差異。當攪拌溫度為85 ℃、90 ℃、95 ℃、100 ℃時，沒有顯著差異，原因可能是85 ℃～100 ℃時谷甾醇和大豆磷脂均已完全溶解于油相中；隨著加熱攪拌時間的延長(30～45 min)，紫蘇油凝膠的硬度呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢且存在顯著差異(P<0.05)，表明攪拌時間對凝膠的硬度影響較為顯著，其原因可能是攪拌時間的延長，使凝膠因子谷甾醇和大豆磷脂在紫蘇油油相中的溶解得越來越充分。

3.2 紫蘇油凝膠的貯藏—氧化特性和質(zhì)構特性

添加抗氧化劑玫瑰茄濃度為0.3%、0.6%和0.9%和Ve濃度為0.06%，均促進了紫蘇油凝膠的一級氧化，其原因1) 紫蘇油基底本身含有一定的天然抗氧化成分，且抗氧化劑在濃度高于最優(yōu)濃度時會產(chǎn)生促進氧化的作用；[38]2) 紫蘇油凝膠中的大豆磷脂[39-40]和β-谷甾醇[41]在作為凝膠因子的同時，其本身還具有一定的抗氧化性。因此添加凝膠后，與其余抗氧化劑共同作用，導致抗氧化劑總體濃度過高，產(chǎn)生了促進氧化的作用。添加抗氧化劑玫瑰茄濃度為0.3%、0.6%和0.9%和Ve濃度為0.06%，均抑制了紫蘇油凝膠的二級氧化，且0.9%玫瑰茄提取物抑制二級氧化效果最佳。林志燈等[42]人發(fā)現(xiàn)，大豆磷脂的添加可減少丙二醛(MDA)的含量，即二級氧化產(chǎn)物的抑制還與抗氧化劑和大豆磷脂有關，且在玫瑰茄濃度為0.9%時，抑制效果最佳。不同濃度(0.3%、0.6%和0.9%)的玫瑰茄提取物和0.06% Ve，均導致紫蘇油凝膠的硬度下降，其原因為向凝膠體系中添加多酚類(玫瑰茄提取物)和生育酚類(Ve)，均會導致凝膠硬度下降。其中，多酚含量與凝膠硬度成負相關[43]；而生育酚類物質(zhì)會參與凝膠體系的構建，而使硬度受到影響[44]。

4 結論

綜上所述，該研究通過研究紫蘇油凝膠制備工藝、貯藏條件(主要是抗氧化劑)，可得復合型抗氧化劑玫瑰茄提取物優(yōu)于傳統(tǒng)的單一型抗氧化劑Ve，以期為以植物為基底制備凝膠、貯藏凝膠提供新思路，符合當代飲食營養(yǎng)健康的新風潮。