水酶法油茶籽油的抗氧化劑篩選

馮紅霞, 王文親, 劉 宇, 高梅貴, 馬立志

(貴陽(yáng)學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院1,貴陽(yáng) 550005)

(貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心2,貴陽(yáng) 550005)

油茶籽油是用成熟的油茶種子通過(guò)不同加工方法提取而制備出的高級(jí)食用植物油[1]。油茶籽油不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90%,它的脂肪酸組成和理化性質(zhì)與橄欖油相似,被譽(yù)為“東方橄欖油”[2]。除此之外,油茶籽油中還含有大量的抗氧化活性成分,如生育酚、角鯊烯以及酚類化合物等,有益于預(yù)防心血管疾病、抗過(guò)敏、抗氧化、抗菌等功能[3],因此,它在食品、醫(yī)藥、化妝品領(lǐng)域具有一定的開發(fā)價(jià)值。研究所采用的制油方法為水酶法,水酶法是一種可以同時(shí)從油料中提取油脂和蛋白質(zhì)且油脂提取環(huán)境友好的方法,用水酶法提取的油脂品質(zhì)較好,而且操作安全、反應(yīng)條件環(huán)保、溫和,有利于環(huán)境保護(hù)和提升油脂品質(zhì)。在課題組前期的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),水酶法油茶籽毛油的品質(zhì)已達(dá)到一級(jí)食用油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),但其貨架期較短。

因此,研究針對(duì)水酶法提取的油茶籽油保質(zhì)期較短這一問(wèn)題,以水酶法制備的油茶籽油為原料,分別添加不同劑量、不同種類的抗氧化劑作為實(shí)驗(yàn)油樣,采用Schaal烘箱加速氧化實(shí)驗(yàn)觀察各油樣的氧化穩(wěn)定性,并用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀測(cè)定各油樣的誘導(dǎo)期,評(píng)估油脂的氧化穩(wěn)定性指數(shù),同時(shí)與空白組和市售油茶籽油作對(duì)比,篩選出一種效果較好的抗氧化劑,從而有效延長(zhǎng)水酶法油茶籽油的保質(zhì)期。在此基礎(chǔ)上,設(shè)置2個(gè)對(duì)照組即空白組(未添加抗氧化劑的油茶籽毛油)、市售油茶籽油組,和1個(gè)實(shí)驗(yàn)組即添加所篩選的最佳抗氧化劑組,對(duì)其進(jìn)行高溫連續(xù)加熱實(shí)驗(yàn),測(cè)定其過(guò)氧化值、酸價(jià)、p-茴香胺值,評(píng)價(jià)該抗氧化劑是否能有效延緩油脂的氧化酸敗。從而篩選出一種能有效延長(zhǎng)水酶法油茶籽油保質(zhì)期的抗氧化劑,解決該油脂保質(zhì)期較短這一問(wèn)題,而且能夠在一定程度上減少資源的浪費(fèi),提高油茶籽油的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

有機(jī)山茶籽油:酸價(jià)為(0.34±0.02)g/100 g,過(guò)氧化值為(0.01±0.00)g/100 g;油茶籽、酶制劑Alcalase 2.4 L堿性蛋白酶(標(biāo)準(zhǔn)活力2.4 AU-A/g,最適溫度50 ℃,最適pH 9);維生素E(純度≥98%)、叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)(純度≥98%)、茶多酚棕櫚酸酯(純度≥98%)、迷迭香提取物(純度≥98%),均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

DJ-A500電子天平,UV2700紫外分光光度計(jì),TDZ5-WS高速離心機(jī),202-1AB電熱恒溫干燥箱,FA124萬(wàn)分之一電子天平,KD-800DB高功率數(shù)控超聲波清洗器,JF14112油脂氧化穩(wěn)定性分析儀,DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,CS-2000高速多功能粉碎機(jī)。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 油樣制備

取適量油茶籽,清除雜質(zhì)后,放入90 ℃恒溫干燥箱中干燥10 min,然后用高速多功能粉碎機(jī)粉碎。準(zhǔn)確稱取250 g粉碎后的油茶籽,按照料液比1∶6添加蒸餾水[4],混合均勻后,水浴攪拌加熱至50 ℃,用2 mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至pH 9后,添加為質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%的堿性蛋白酶,在此溫度和pH下酶解3 h,酶解結(jié)束后,在沸水浴條件下滅酶10 min。待混合物冷卻,倒入離心管中在離心轉(zhuǎn)速為5 000 r/min,離心溫度為20 ℃下離心30 min。離心后將游離油和乳狀液收集,放入-18 ℃冰箱冷凍12 h破乳,以提高出油率。解凍后在同等條件下離心即可獲得游離油,將游離油抽濾2次,去除機(jī)械雜質(zhì),從而獲得本實(shí)驗(yàn)所需的油茶籽毛油樣品。

1.3.2 單一抗氧化劑濃度篩選

根據(jù)GB 2760—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》,叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)、迷迭香提取物、茶多酚棕櫚酸酯、維生素E在植物油中的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2、0.7、0.6 g/kg,維生素E遵循適量原則,所以,設(shè)計(jì)4種抗氧化劑在水酶法油茶籽毛油中的添加量如表1所示。

表1 4種抗氧化劑在水酶法油茶籽毛油中的添加量

1.3.3 Schaal烘箱加速氧化實(shí)驗(yàn)

采用Schaal烘箱法,根據(jù)溫度與貨架壽命系數(shù)關(guān)系:(60±1)℃下 1 d 相當(dāng)于常溫(20 ℃)貨架期 16 d,以 GB 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》中過(guò)氧化值≤0.25 g/100 g為指標(biāo),以此來(lái)推出該油脂的預(yù)測(cè)貨架期壽命[5]。

分別稱取適量的抗氧化劑加入適量油茶籽毛油中,強(qiáng)力攪拌10 min,后于20 ℃條件下超聲10 min,后緩慢攪拌,使抗氧化劑完全溶解。稱取30 g油樣于棕色密封油瓶中,貼上標(biāo)簽,將樣品全部置于(60±1)℃的恒溫干燥箱中加速氧化24 d,每隔1 d振蕩1次,并交換油樣在烘箱中的位置,每隔4 d定時(shí)取樣,測(cè)定其過(guò)氧化值。

1.3.4 油脂氧化誘導(dǎo)試驗(yàn)

參照GB/T 21121—2007《動(dòng)植物油脂氧化穩(wěn)定性的測(cè)定》方法,稱取適量油茶籽毛油于250 mL錐形瓶中,按相應(yīng)比例添加抗氧化劑,在25 ℃,60 W條件下超聲10 min,使抗氧化劑完全溶于油脂中;油樣制備好后,準(zhǔn)確稱取3.0 g油樣于油脂氧化穩(wěn)定性分析儀的反應(yīng)管中,測(cè)量池中添加50 mL去離子水,將電極與測(cè)量、記錄儀器連接,調(diào)節(jié)測(cè)定溫度為110 ℃,空氣柱150～200 mL/min,開始測(cè)定;當(dāng)儀表電導(dǎo)率曲線明顯上升至100 μs/cm時(shí)即可結(jié)束測(cè)定,根據(jù)電導(dǎo)率曲線,計(jì)算油脂的誘導(dǎo)時(shí)間,將該誘導(dǎo)時(shí)間作為測(cè)定的氧化穩(wěn)定性值。

1.3.5 高溫連續(xù)加熱實(shí)驗(yàn)

以未添加抗氧化劑的油茶籽毛油和市售油茶籽油為對(duì)照組,添加0.2 g/kg的茶多酚棕櫚酸酯為實(shí)驗(yàn)組,準(zhǔn)確稱取75 g油樣于圓底燒瓶中,分別在180 ℃、攪拌速度20 r/min的電熱套中連續(xù)攪拌加熱2、4、6、8、10 h,冷卻后測(cè)定其過(guò)氧化值、酸價(jià)、p-茴香胺值。酸價(jià)測(cè)定依據(jù)GB 5009.229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價(jià)的測(cè)定》冷溶劑指示劑滴定法;過(guò)氧化值測(cè)定依據(jù)GB/T 5009.227—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》滴定法;p-茴香胺值測(cè)定依據(jù)GB/T 24304—2009《動(dòng)植物油脂茴香胺值的測(cè)定》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)中所有測(cè)定均重復(fù)3次,采用Excel 2010處理數(shù)據(jù),采用Origin2018進(jìn)行繪圖處理,采用IBM SPSS Statistics V21.0進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抗氧化劑對(duì)油茶籽毛油氧化穩(wěn)定性的影響

2.1.1 叔丁基對(duì)苯二酚對(duì)油茶籽毛油氧化穩(wěn)定性的影響

叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)由于含有2個(gè)酚羥基,具有很強(qiáng)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[6]。由圖1可知,油料在(60±1)℃恒溫儲(chǔ)藏的過(guò)程中,隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng),空白組的過(guò)氧化值明顯上升,添加了TBHQ油樣與空白組油樣的過(guò)氧化值差異顯著(P<0.05),且TBHQ的濃度越大,其抗氧化效果越好,TBHQ的3種不同添加量的過(guò)氧化值在24 d內(nèi)的變化趨勢(shì)較為平穩(wěn),僅有輕微波動(dòng)。在加速氧化第24天,該實(shí)驗(yàn)組的過(guò)氧化值為0.05 g/100 g,仍未超出國(guó)家規(guī)定的油脂過(guò)氧化值限量標(biāo)準(zhǔn)0.25 g/100 g,而空白組的過(guò)氧化值為0.65 g/100 g?？瞻捉M在第8天時(shí)已超出國(guó)家規(guī)定限定標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27 g/100 g,由該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20 g/kg的叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)的抗氧化效果最佳。

注:圖中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。余同。圖1 叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

2.1.2 維生素E對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

由圖2可知,添加了維生素E的油樣與空白組油樣的過(guò)氧化值差異顯著(P<0.05),表明了維生素E對(duì)油茶籽毛油有一定的抗氧化效果,其中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05 g/kg的實(shí)驗(yàn)組抗氧化效果最差,在加速氧化第24天的過(guò)氧化值為0.37 g/100 g,已超過(guò)了GB 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》所規(guī)定過(guò)氧化值限定量0.25 g/100 g。質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20 g/kg的維生素E與空白組油樣的過(guò)氧化值差異最顯著(P<0.05),由這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,維生素E在油茶籽毛油中的最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20 g/kg。

圖2 維生素E對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

2.1.3 茶多酚棕櫚酸酯對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

由圖3可知,添加了茶多酚棕櫚酸酯的油樣與空白組油樣的過(guò)氧化值差異顯著(P<0.05),表明了茶多酚棕櫚酸酯對(duì)油茶籽毛油有明顯的抗氧化效果,可能是毛油中本身含有多酚類物質(zhì),3個(gè)濃度的茶多酚棕櫚酸酯在加速氧化第24天的過(guò)氧化值均低于0.11 g/100 g,空白組的過(guò)氧化值為0.65 g/100 g。質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.10、0.20 g/kg實(shí)驗(yàn)組的抗氧化效果差異不顯著(P>0.05),但0.20 g/kg的實(shí)驗(yàn)組抗氧化效果更佳。

圖3 茶多酚棕櫚酸酯對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

2.1.4 迷迭香提取物對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

迷迭香提取物作為一種天然抗氧化劑,抗氧化物質(zhì)主要以脂溶性的鼠尾草酸和鼠尾草酚以及水溶性的迷迭香酸和迷迭香酚為主[7],具有安全性高、高效性、耐高溫性等優(yōu)點(diǎn)[8]。在油脂儲(chǔ)藏過(guò)程中,過(guò)氧化物仍然是油脂氧化初期的主要產(chǎn)物,因此測(cè)定儲(chǔ)藏過(guò)程中油脂過(guò)氧化值的變化,可以直觀看到油脂的劣變情況[9]。由圖4可知,添加了迷迭香提取物的油樣與空白組油樣的過(guò)氧化值差異顯著(P<0.05),表明了迷迭香提取物可以有效抑制油脂在儲(chǔ)藏過(guò)程中過(guò)氧化物的產(chǎn)生,具有較好的抗氧化效果,迷迭香提取物的濃度越大,其抗氧化效果越佳,0.20 g/kg迷迭香提取物的抗氧化效果較好。但實(shí)驗(yàn)組過(guò)氧化值的變化趨勢(shì)波動(dòng)較大,可能是因?yàn)槊缘闾崛∥镏泻胁蝗苄噪s質(zhì),使其抗氧化效果受影響,還有可能是油樣在干燥箱中的位置不同,溫度有波動(dòng)。

圖4 迷迭香提取物對(duì)油茶籽毛油過(guò)氧化值的影響

2.1.5 不同抗氧化劑間的相關(guān)性分析

由表2可以看出, 0.20 g/kg維生素E與0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯、0.20 g/kg迷迭香提取物在油料中的添加對(duì)油料抗氧化效果分別呈顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.859(P<0.01)及0.866(P<0.01),0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯與0.20 g/kg迷迭香提取物在油料中的添加對(duì)油料抗氧化效果呈顯著的正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.949(P<0.01)。

表2 4種抗氧化劑在油樣中抗氧化效果的相關(guān)性

2.2 油脂氧化誘導(dǎo)時(shí)間

以未添加抗氧化劑的空白組和市售油茶籽油為對(duì)照,按1.3.4的方法制備樣品,各實(shí)驗(yàn)組誘導(dǎo)期如圖5所示。

注:1～3分別為0.20、0.10、0.05 g/kg的叔丁基對(duì)苯二酚;4～6分別為0.20、0.10、0.05 g/kg維生素E;7～9分別為0.20、0.10、0.05 g/kg茶多酚棕櫚酸酯;10～12分別為0.20、0.10、0.05 g/kg迷迭香提取物。圖5 110 ℃條件下添加不同抗氧化劑油茶籽毛油的誘導(dǎo)期

Rancimat法是使用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀測(cè)定油脂的氧化誘導(dǎo)時(shí)間,用來(lái)評(píng)價(jià)油的氧化穩(wěn)定性指數(shù),誘導(dǎo)期越長(zhǎng),說(shuō)明油的穩(wěn)定性越好[10]。添加了不同抗氧化劑的油茶籽毛油中,0.20 g/kg 叔丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)的抗氧化效果最佳,誘導(dǎo)期為22.76 h,比空白組的誘導(dǎo)期延長(zhǎng)了5倍左右,其次是0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯,誘導(dǎo)期為15.65 h,氧化誘導(dǎo)時(shí)間明顯高于未添加抗氧化劑的油茶籽毛油和市售油茶籽油,說(shuō)明TBHQ和茶多酚棕櫚酸酯對(duì)油茶籽毛油具有較強(qiáng)的抗氧化性能。而添加維生素E實(shí)驗(yàn)組的誘導(dǎo)期與空白組的誘導(dǎo)期相當(dāng),則認(rèn)為在高溫條件下,維生素E對(duì)油茶籽毛油抗氧化效果不明顯。添加了迷迭香提取物的油樣誘導(dǎo)期高于空白組,表明添加迷迭香提取物能夠起到一定的抗氧化效果,但其效果遠(yuǎn)不如茶多酚棕櫚酸酯。由于TBHQ是化學(xué)合成的抗氧化劑,添加在食品中會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。故選擇抗氧化效果較TBHQ次之的天然抗氧化劑茶多酚棕櫚酸酯為最佳抗氧化劑,其最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20 g/kg。

2.3 高溫連續(xù)加熱實(shí)驗(yàn)

由圖6可知,在180 ℃攪拌加熱過(guò)程中,3種油樣的酸價(jià)均低于GB 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》中限定值5 mg/g,且大致呈上升趨勢(shì),0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯的實(shí)驗(yàn)組油樣的酸價(jià)均低于2個(gè)對(duì)照組,說(shuō)明茶多酚棕櫚酸酯的添加能有效抑制油脂的酸敗程度。

圖6 180 ℃加熱過(guò)程中油樣的酸價(jià)隨加熱時(shí)間的變化

由圖7可知,3種油樣的過(guò)氧化值均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),且均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定量0.25 g/100 g。市售油茶籽油與實(shí)驗(yàn)組油樣的過(guò)氧化值明顯低于空白組毛油,且在加熱4 h后,其過(guò)氧化值相對(duì)穩(wěn)定,說(shuō)明0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯這一抗氧化劑能有效抑制油茶籽毛油的氧化酸敗程度。

圖7 180 ℃加熱過(guò)程中油樣的過(guò)氧化值隨加熱時(shí)間的變化

圖8 180 ℃加熱過(guò)程中油樣的p-茴香胺值隨加熱時(shí)間的變化

在加熱前,3種油樣的p-茴香胺值均小于10,相當(dāng)于基本沒(méi)有次級(jí)氧化產(chǎn)物的存在,但隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng),p-茴香胺值均呈明顯上升的趨勢(shì),這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與王賀等[11]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似,質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯的油茶籽毛油的p-茴香胺值在10 h時(shí)達(dá)到最大值為43.96,均低于2個(gè)對(duì)照組,說(shuō)明茶多酚棕櫚酸酯的添加能在一定程度上減少油茶籽毛油中次級(jí)氧化產(chǎn)物的生成。

3 結(jié)論

TBHQ、茶多酚棕櫚酸酯、迷迭香提取物、維生素E 4種抗氧化劑的抗氧化效果從強(qiáng)到弱依次為:TBHQ>茶多酚棕櫚酸酯>迷迭香提取物>維生素E。按照食品添加劑的安全原則,選擇0.2 g/kg茶多酚棕櫚酸酯為油茶籽毛油的最佳抗氧化劑,在20 ℃條件下存放384 d以上,而未添加抗氧化劑的油茶籽毛油在20 ℃條件下僅能存放100 d以內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該抗氧化劑的添加,有效延長(zhǎng)了油茶籽毛油的貨架期,提高了其經(jīng)濟(jì)效益。油脂氧化誘導(dǎo)分析結(jié)果也表明,0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯具有較好的抗氧化性。180 ℃高溫連續(xù)加熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,0.20 g/kg的茶多酚棕櫚酸酯能有效提高水酶法制備的油茶籽毛油的品質(zhì)。