高粱糠乙醇提取物對4種植物油氧化穩定性的影響

李 歌,張 超,蘇優拉,陳貴林

(內蒙古大學生命科學學院,呼和浩特 010021;內蒙古自治區中蒙藥材規范化生產工程技術研究中心,呼和浩特 010021)

高粱糠乙醇提取物對4種植物油氧化穩定性的影響

李 歌,張 超,蘇優拉,陳貴林*

(內蒙古大學生命科學學院,呼和浩特 010021;內蒙古自治區中蒙藥材規范化生產工程技術研究中心,呼和浩特 010021)

本文研究高粱糠乙醇提取物對葵花籽油、大豆油、花生油、玉米油的抗氧化作用,采用Schaal烘箱法,通過測定過氧化值、茴香胺值和脂肪酸組成的變化全面評價高粱糠提取物的抗氧化能力,并比較了高粱糠提取物與合成抗氧化劑BHA、BHT的抗氧化能力。結果顯示,在加速氧化過程中,高粱糠乙醇提取物能顯著(p<0.05)延緩4種植物油過氧化值與茴香胺值的增加,抑制多不飽和脂肪酸的分解,且隨高粱糠提取物濃度的增加,其抗氧化能力逐漸增強。當高粱糠添加量為0.08%時,其抗氧化能力顯著優于0.02% BHA,當添加量達0.16%時,其抗氧化能力顯著優于0.02% BHT。本研究對高粱糠提取物在油脂抗氧化領域的應用提供了有力的理論依據。

高粱糠提取物,植物油,過氧化值,茴香胺值,脂肪酸組成

植物油是我們飲食的重要組成部分,富含磷脂、甾醇、維生素等營養成分,具有調節人體代謝、降血壓、維持生殖系統功能等多種功效[1-2]。然而植物油中大量的不飽和脂肪酸使其在加工、貯存、運輸中極易發生氧化酸敗[3],油脂氧化不僅會使其感官性狀劣變、營養成分損失,其氧化分解還會產生自由基、活性氧等,導致機體老化損傷,誘發心腦血管等疾病[4]。合成抗氧化劑如BHA、BHT、TBHQ等具有良好的抗氧化效果,廣泛應用于食品工業[5],但研究表明其具有潛在的毒副作用和致癌性[6-7]。天然抗氧化劑因其安全,無毒日益受到人們的重視。

近年來研究表明,高粱中富含酚酸、黃酮、縮合單寧等酚類化合物,具有清除自由基、螯合金屬、降低膽固醇、減少心血管疾病等功效[8-13],且這些酚類化合物主要集中在高粱種子的外殼中。Hyun[11]的研究表明高粱提取物具有抗氧化、抗微生物作用。Sikwese[4]的報道指出,高粱糠中酚類化合物含量和抗氧化活性是高粱全谷物的3倍。因此可以將高粱加工中被廢棄的高粱糠作為潛在的天然抗氧化資源加以研究利用。本文綜合比較高粱糠提取物對4種植物油抗氧化穩定性的影響,并與合成抗氧化劑BHA、BHT進行比較,旨在為高粱糠提取物在油脂抗氧化領域的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魯花壓榨葵花籽油、玉米油、花生油、大豆油(不添加抗氧化劑) 內蒙古魯花有限公司;高粱糠 購于吉林省松原市長嶺縣,品種為吉雜27;BHT、BHA 東京化成株式分社;無水乙醇、甲醇、冰乙酸、p-茴香胺、異辛烷、環己烷、可溶性淀粉、水楊酸、蘆丁、一氯化碘、三氟化硼、碘化鉀等 均為分析純 國藥集團化學試劑有限公司;正己烷 色譜純 天津市風船化學試劑科技有限公司。

7890B-5977A氣相色譜/質譜聯用儀 美國安捷倫公司;Labconco Freezone 冷凍干燥機 芬蘭Thermo Fisher;HeidolphHei-VAP系列旋轉蒸發儀 德國Heidolph公司;UV-2450紫外可見分光光度計 日本Shimadzu;Kudos SK721 OLHC超聲波發生器 上海科導超聲儀器有限公司;遠紅外恒溫干燥箱YHW-1103 天津市華北實驗儀器有限公司;GSP-9160MBE隔水式恒溫培養箱 上海博訊實業有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 高粱糠提取物的制備 參考Rooney等[14-19]的提取方法,取潔凈干燥高粱殼,經粉碎機粉碎,過20目篩,采用超聲波輔助乙醇抽提方法,按固液比1∶8 v/v添加75%乙醇提取溶劑,進行超聲波處理,頻率53 kHz,功率140 W,溫度30 ℃,超聲波處理20 min,后乙醇回流提取,溫度為60 ℃,提取時間1 h,連續提取三次,抽濾,合并提取濃縮液,于30 ℃減壓濃縮,經真空干燥得高粱糠提取物(SBE)粉末,得率為13.35%±1.21%,于4 ℃冷藏備用。

m1:高粱糠提取物質量;m2:高粱糠質量。

1.2.2 含抗氧化劑油樣的配制 將高粱糠提取物用乙醇溶解,分別添加到葵花籽油、花生油、大豆油、玉米油中,使其濃度梯度分別為0(空白對照)、0.04%、0.08%、0.16%,漩渦混合1 min,再將BHA、BHT分別添加到4種油樣中,使其濃度為0.02%,漩渦混合1 min,添加抗氧化劑的油樣澄清度與空白油樣相近,均為無可見雜質的澄清液體。

1.2.3 過氧化值、茴香胺值的測定 采用Schaal烘箱法。將含有抗氧化劑油樣和空白對照油樣的錐形瓶置于(60±1) ℃的隔水式恒溫培養箱內,分別測定其氧化前(第0 d)和氧化后(第14 d)的過氧化值、茴香胺值。過氧化值的測定方法依照GB/T 5538-2005/ISO 3960:2001;茴香胺值測定方法依照 GB/T 24304-2009/ISO 6885:2006。

1.2.4 油脂脂肪酸甲酯化 依照GB/T 17376-2008/ISO 5509:2000方法。取100 mg油樣放入100 mL燒瓶中,加入4 mL NaOH甲醇溶液,水浴回流10 min,期間不斷緩慢搖動燒瓶,加入5 mL三氟化硼甲醇溶液,繼續煮沸3 min,從冷凝器頂部加入3 mL正己烷于沸騰混合溶液中,取下冷凝器,再加入20 mL NaCl飽和水溶液,塞住燒瓶,猛烈搖晃至少15 s,靜置分層。吸取1～2 mL上層正己烷于具塞試管中,加入適量無水硫酸鈉去除痕量的水,備用。

1.2.5 油脂脂肪酸的測定 根據文獻[20-21],采用GC-MS法測定。氣相色譜:HP-5MS UI型彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為高純氦氣(He);進樣口溫度250 ℃;分流比150∶1;流速1.0 mL/min;進樣量1.0 μL;升溫程序為:初溫100 ℃,維持1 min,以10 ℃/min升至160 ℃,維持2 min,以1 ℃/min升至200 ℃,維持2 min,以2 ℃/min升至230 ℃,維持2 min,再以5 ℃/min升至250 ℃,維持5 min;質譜:EI電子源;掃描范圍:50～500;檢索譜庫為NIST譜庫,采用面積歸一化法定量。

1.2.6 數據分析 實驗數據使用SPSS 22.0軟件,Microsoft Excel 2007分析。

2 結果與分析

2.1 高粱糠提取物與BHA、BHT對4種植物油過氧化值的影響

油脂氧化初期的產物是氫過氧化物,過氧化值是評價氫過氧化物的重要指標,常被用來評定油脂的氧化程度[22]。過氧化值越高,油脂的氧化程度越大。如圖1所示,在4種植物油氧化第14 d時,添加高粱糠提取物(SBE)與BHA、BHT油樣的POV顯著低于空白油樣,且隨SBE添加量的增加,4種植物油的POV均逐漸降低,但POV變化幅度表現出明顯不同。在葵花籽油中,SBE油樣POV均顯著低于空白組油樣(p<0.05),且0.16% SBE油樣POV最低。0.04% SBE、0.08% SBE油樣POV值顯著低于0.02% BHA油樣POV,0.16% SBE油樣POV顯著低于0.02%BHT;在大豆油中,隨SBE添加量的增加,POV下降幅度較為均勻,且均表現出顯著性差異,0.16% SBE油樣POV值最低。0.08% SBE油樣POV低于0.02% BHA油樣POV,但差異不顯著,0.16% SBE油樣POV顯著低于0.02% BHT。

圖1 不同濃度高粱糠提取物及合成抗氧化劑對4種植物油過氧化值的影響Fig.1 Effects of different concentrations of SBE and synthetic antioxidants on the peroxide value of four kinds of vegetable oils

在花生油中,0.04% SBE油樣POV較空白油樣下降了52.25%,SBE添加量為0.08%、0.16%時,其POV與0.04% SBE油樣未表現出顯著差異,0.02% BHA、0.02% BHT油樣POV顯著高于0.04% SBE油樣;在玉米油中,當SBE添加量達0.04%與0.08%時,油樣POV降低幅度較大,0.16% SBE油樣POV降低最大,0.02% BHT油樣POV顯著高于0.04% SBE油樣,0.02% BHA油樣POV顯著高于0.08%SBE、0.16%SBE。

從POV的變化可以看出,在氧化初期,SBE對4種植物油均表現出抗氧化能力,隨SBE添加量的增加,其抗氧化能力逐漸增強,但在不同植物油中SBE抗氧化能力變化趨勢表現出明顯不同。葵花籽油中0.16% SBE油樣POV較空白油樣POV下降了70.21%,大豆油、玉米油、花生油分別下降了52.84%、48.19%、56.16%,由此分析SBE對4種植物油氧化前期抗氧化效果依次為:葵花籽油>花生油>大豆油>玉米油;在抑制油脂初級氧化產物形成方面,0.08% SBE抗氧化能力優于0.02% BHA,0.16% SBE抗氧化能力優于0.02% BHT。

2.2 高粱糠提取物與BHA、BHT對4種植物油茴香胺值(AV)的影響

氫過氧化物等初級氧化產物不穩定,高溫下極易分解成次級氧化產物[21-23],如低級脂肪酸、醛、酮等,茴香胺值是評價油脂氧化后期次級氧化產物含量的一個指標。若茴香胺值超過10表明食用油已嚴重變質[22],其數值越大,變質程度越嚴重。

在葵花籽油中,隨SBE添加量的增加,AV值顯著降低,空白油樣與0.16% SBE油樣AV值分別為24.27、7.63,0.02% BHA與0.08% SBE油樣AV值無顯著性差異,0.02% BHT油樣AV值在0.08% SBE與0.16% SBE AV值之間,未表現出顯著性差異;大豆油中次級氧化產物明顯增加,且SBE添加量為0.04%、0.08%與0.16%時AV值雖逐漸降低,但三者之間無顯著差異,但均顯著低于對照;0.04% SBE油樣AV值顯著低于0.02% BHA油樣AV值,0.02% BHT油樣AV值與0.04% SBE、0.08% SBE、0.16% SBE油樣AV值未表現出顯著性差異;在花生油中AV值隨SBE添加量的增加逐漸降低,0.08% SBE油樣AV值較0.04% SBE降低了0.33,未表現出顯著性差異,0.16% SBE與空白油樣AV值分別為2.32、3.76。花生油中0.02% BHA與空白油樣AV值未表現出顯著性差異,0.04% SBE油樣AV值顯著低于0.02% BHA(3.59),0.02% BHT油樣AV值與0.16% SBE油樣AV值差異不顯著;玉米油的氧化趨勢與花生油相似,0.16% SBE與空白油樣AV值分別為5.63、16.56,0.04% SBE油樣AV值顯著低于0.02% BHA,0.02% BHT與0.08% SBE油樣AV值無顯著性差異。

在4種植物油氧化后期,SBE可以不同程度上提高其氧化穩定性,葵花籽油中0.16% SBE油樣茴香胺值較空白油樣(24.27)降低了68.56%,且不同濃度間抗氧化能力差別顯著;大豆油在氧化后期0.16% SBE油樣茴香胺值較空白油樣(25.73)降低了22.85%,不同濃度間抗氧化效果不顯著,說明SBE在氧化后期對大豆油的抗氧化能力較氧化前期減弱;在花生油和玉米油中0.16% SBE油樣茴香胺值較空白油樣分別降低了38.30%、66.00%。由分析可得,SBE在油脂氧化后期對4種植物油抗氧化能力依次為:葵花籽油>玉米油>花生油>大豆油。在不同植物油中,0.04% SBE抗氧化能力優于0.02% BHA(葵花籽油中0.16%SBE抗氧化能力顯著優于0.02% BHA),0.08% SBE與0.02% BHT抗氧化能力相當。

2.3 高粱糠提取物與BHA、BHT對葵花籽油脂肪酸組成的影響

圖2 不同濃度高粱糠提取物及合成抗氧化劑對4種植物油茴香胺值的影響Fig.2 Effects of different concentrations of SBE and synthetic antioxidants on the anisidine value of four kinds of vegetable oils

表1 不同濃度高粱糠提取物與BHA、BHT對葵花籽油脂肪酸組成的影響Table 1 Effects of different concentrations of SBE and BHA,BHT on fatty acid composition of sunflower oil

注:表中數據表示在加速氧化第14 d,SBE添加量為0、0.16%時葵花籽油中各類別脂肪酸含量的變化。表中數據為X±SD,同行不同小寫字母表示各數據在0.05水平上有顯著性差異(p<0.05,n=3)。

在植物油貯存過程中,不飽和脂肪酸(UFA)易發生氧化反應,UFA的氧化將導致飽和脂肪酸(SFA)含量的增加,從而影響其品質。從過氧化值和茴香胺值的測定結果可知,在加速氧化條件下,添加SBE能顯著提高葵花籽油的抗氧化能力。所以,測定了SBE對葵花籽油脂肪酸組成的影響。

由表1可知,葵花籽油中含量較高的5種脂肪酸分別為棕櫚酸(16∶0)、硬脂酸(18∶0)、油酸(18∶1)、亞油酸(18∶2)和山崳酸(22∶0)。比較0 d和14 d的數據可知,在加速氧化過程中,多不飽和脂肪酸(PUFA)含量降低,單不飽和脂肪酸(MUFA)與SFA的含量會不同程度的增加,這與文獻報道的結果一致[23-25]。而添加SBE油樣的PUFA含量逐漸增加,0.16% SBE油樣的PUFA較空白油樣PUFA增加了0.76%,顯著高于0.02% BHA,與0.02% BHT無顯著性差異,MUFA、SFA含量均不同程度的降低,說明SBE能夠有效抑制PUFA的氧化分解。

由此可知,添加SBE能夠延緩葵花籽油氧化,減少不飽和脂肪酸的變化量。當SBE添加量達到0.16%時,葵花籽油的脂肪酸變化與0.02%BHT無顯著性差異。分析得,酚類化合物不僅能阻礙自由基的產生與傳播,還能阻礙不飽和脂肪酸的氧化,從而抑制油脂氧化的進行[21]。

3 結論

本實驗通過對過氧化值、茴香胺值與脂肪酸組成的分析來評價高粱糠提取物的抗氧化能力,并比較了高粱糠提取物與BHA、BHT的抗氧化能力。經研究發現,高粱糠提取物能夠有效延緩4種植物油的氧化進程,隨高粱糠提取物濃度的增加,其抗氧化能力顯著增強。高粱糠提取物對4種植物油過氧化值影響的順序為:葵花籽油>花生油>大豆油>玉米油;對4種植物油茴香胺值影響的順序為:葵花籽油>玉米油>花生油>大豆油。在葵花籽油中,添加SBE能夠減少多不飽和脂肪酸的變化量,0.16% SBE抗氧化能力相當于0.02%BHT。高粱糠作為一種廢棄物,從中提取有效的天然抗氧化成分,安全性高且成本低,將其開發為一種天然抗氧化劑具有實際應用價值。

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Effect of ethanol extracts from sorghum bran on oxidative stability of four kinds of vegetable oils

LI Ge,ZHANG Chao,SU You-la,CHEN Gui-lin*

(College of Life Science,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China；The Good Agriculture Practice Engineering Technology Research Center of Chinese and Mongolian Medicine in Inner Mongolia,Hohhot 010021,China)

The antioxidant effect of ethanol extracts from sorghum bran on sunflower oil,soybean oil,peanut oil and corn oil was studied using Schaal oven test. The changes in antioxidant stability of oils with incorporation of SBE or sythetic antioxidants(BHA,BHT)were measured by peroxide value,anisidine value and fatty acid composition. It was found that in comparison with control oils,the SBE group oils showed lower peroxide and anisidine value,and the degradation of polyunsaturate fatty acids was delayed.The antioxidant capacity of 0.08% sorghum bran extract was significantly better than 0.02% BHA. Moreover,when the amount of sorghum bran extract reached 0.16%,its antioxidant capacity was significantly better than 0.02% BHT. This study provided a strong theoretical basis for the application of sorghum bran extracts in the field of lipid preservation.

sorghum bran extract;vegetable oil;peroxide value;anisidine value;fatty acid composition

2016-06-20

李歌(1993-)，女，本科生，研究方向：藥用植物化學，E-mail:hljlige@163.com。

*通訊作者:陳貴林(1961-)，男，博士，教授，研究方向：藥用植物化學，E-mail:chengl@life.imu.edu.cn。

內蒙古大學2015年引進高層次人才科研啟動金(21400-5165109)。

TS202.3

A

:1002-0306(2017)03-0118-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.014