三種不同產地香莢蘭油理化特性及抗氧化特性研究

徐飛，陳金艷，姚美芹，谷風林，張彥軍*

(1.中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，海南 萬寧 571533；2云南農業大學 熱帶作物學院，云南 普洱 665000)

香莢蘭(VanillaplanifoliaAndrews)，屬蘭科(Orchidaceae)、香莢蘭屬(Vanilla)，又稱香子蘭、香莢蘭、嘩呢拉等，是名貴的多年生熱帶藤本香料植物[1]。香莢蘭豆莢中含有250多種風味成分[2]，主要包括芳香醛、酯類、酸類和樹脂等，香味獨特，留香持久，芳香怡人。香莢蘭豆莢除了直接研磨作為調香料或提取香蘭素外，還可制成酊劑、浸膏、香莢蘭油。其香莢蘭油味道濃郁獨特，約占干重的4%～8%，富含亞油酸及其他不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸具有抗血栓、降三高、預防阿爾茨海默癥等功效，對預防腫瘤、肥胖、糖尿病、防止皮膚老化等有顯著促進作用[3]。香莢蘭油是世界上最受歡迎的油脂之一，可作為食品如冰淇淋、烘焙食品、可樂型飲料、巧克力等的調香劑、防腐劑、抗氧化劑等；同時由于其特殊香味及藥理作用應用于香水等化妝品行業和制藥行業等[4]。因此，香莢蘭油是具有特殊保健功效的高品質芳香精油源，利用前景廣闊。然而，關于不同產地香莢蘭油的理化特性及抗氧化特性差異有待進一步深入研究。

目前，國內外對芳香植物油脂的相關研究較多，主要集中在精油提取方法、揮發性成分、抗菌活性、微膠囊制備、功能活性等方面。李易等[5]以環己烷為溶劑，分別用回流法和超聲法從金鈕扣花中提取揮發油。結果表明，金鈕扣花的環己烷回流提取和超聲提取的揮發油得率分別為2.46%和2.13%，從回流和超聲提取的揮發油中分別檢測出27個和52個化學成分。李飛飛等[6]研究了柏樹殼揮發油對5種供試菌具有較好的抑菌性，尤其對化膿性鏈球菌和金黃色葡萄球菌高度敏感。Calva-Estrada等[7]研究了香莢蘭提取物、香莢蘭油的微膠囊及其粉末特征，發現香莢蘭微膠囊化后具有較高的抗氧化性、香草醛保留率及風味緩慢的釋放特性[8-9]。但在香莢蘭油理化特性及抗氧化特性方面的研究較少。因此，本文對比基于超臨界萃取的不同產地香莢蘭油在人為及電子感官、碘值、過氧化值、色澤及脂肪酸等理化品質方面的差異及抗氧化功效變化，為香莢蘭油的進一步綜合利用提供了理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香莢蘭豆莢：印度尼西亞、湯加、馬達加斯加產地的香莢蘭豆莢由中國熱帶農業科學院香料飲料研究所提供；葡萄籽油：大豆油購于海南省萬寧市興隆市場。

ABTS(2,2′-聯氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽)、DPPH(2,2-聯苯基-1-苦基肼基(含10%～20%苯))：上海阿拉丁實業股份有限公司；抗壞血酸分析標準品：上海阿拉丁生物科技有限公司；色譜級甲醇、其余所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HA640-70-27-C(2)型超臨界CO2萃取裝置 江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；WF32-16MM顏色測量儀 深圳市威福光電科技有限公司；PAL-RI折光計 日本ATGO有限公司；AL104電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；Cascada III.I 10超純水系統 美國PALL公司；GT SONIC-T20超聲波清洗機 廣東固特超聲股份有限公司；Alpha M.O.S電子鼻分析系統 法國Alpha M.O.S公司；MB45奧豪斯快速水分測定儀 奧豪斯儀器(上海)有限公司；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫有限公司；Malvern Mastersizer 3000粒徑分析儀 英國Malvern公司；Synergy H1全波長掃描式多功能讀數儀 美國BioTek公司。

1.3 方法

1.3.1 香莢蘭豆莢預處理及芳香油萃取

樣品處理：將發酵好的香莢蘭豆莢(含水量30%左右)在50～55 ℃下烘干、粉碎，備用，分析粉末粒徑、含水率，重復測定3次，取平均值。

香莢蘭油萃?。翰捎肏A640-70-27-C(2)型超臨界CO2萃取裝置，萃取條件：萃取I加熱溫度38 ℃，CO2流量63.3 L/h，分離I加熱溫度58 ℃，分離II加熱溫度33 ℃，貯罐壓力5.1 MPa，泵出口壓力26.1 MPa，萃取釜I壓力 26.1 MPa，分離I壓力10.9 MPa，分離II壓力5.2 MPa，萃取時間80 min。出油率計算如下：

W(%)=m1/m2×100%。

式中：W為出油率，%；m1為香莢蘭油的質量，g；m2為原料的質量，g。

印度尼西亞、湯加、馬達加斯加產地油分別命名為VO1、VO2、VO3。

1.3.2 香莢蘭油的感官評價

參考植物油的感官分析方法[10],結合植物油的感官特點，分別從透明度、氣味、滋味方面對油脂進行感官評價。選擇10名(5男5女)具備相關專業知識的人員組成感官評定小組，對小組成員進行感官分析培訓。評價過程采取盲評方法，避免主觀效應對實驗結果產生影響，按表1進行感官評定。其中色澤參照徐飛的方法用WF32-16MM顏色測量儀進行測定。

表1 感官評分表Table 1 The sensory evaluation table

1.3.3 香莢蘭油電子感官評價

使用Alpha M.O.S電子鼻分析系統參照文獻[11]的方法進行測定。

1.3.4 香莢蘭油理化指標分析

香莢蘭油的碘值按照GB/T 5532-2008測定，過氧化值按照GB 5009.227-2016測定，折光指數按照GB/T 5527-2010測定，所有指標均測定3次，取平均值。

1.3.5 香莢蘭油脂肪酸分析

香莢蘭油脂肪酸分析按照GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》進行分析，色譜條件：Cpsil88毛細管色譜柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；進樣口溫度：250 ℃；檢測器溫度：280 ℃；載氣：氮氣；流速：1.0 mL/min；進樣體積：1.0 μL；不分流；程序升溫：初始溫度100 ℃，持續8 min；100～180 ℃，升溫速率10 ℃/min，保持27 min；180～200 ℃，升溫速率1 ℃/min，保持20 min；200～230 ℃，升溫速率4 ℃/min，保持5 min。

電離方式：EI；電離能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；MS 四極桿溫度：150 ℃；質量范圍：40～450 amu；溶劑延遲4 min，檢測模式：全掃描。譜圖檢索所得圖譜經計算機譜庫(NIST 14)檢索，用色譜峰面積歸一化法測定各揮發性成分的相對含量。

1.3.6 香莢蘭油抗氧化活性分析

1.3.6.1 香莢蘭油清除DPPH·自由基能力的測定

香莢蘭油清除DPPH·自由基能力參考郭海陽等[12]的方法。精確稱取0.0394 g DPPH于燒杯中，用無水乙醇溶解，將溶液轉移到100 mL棕色容量瓶中，定容，再用無水乙醇稀釋為1×10-4mol/L的DPPH溶液。準確稱取香莢蘭油并加入無水乙醇分別稀釋成濃度為2.5，5，7.5，10，12.5，15，17.5，20 mg/mL。利用溶液的特征紫紅色團在517 nm處的吸收峰，使用酶標儀測定加入香莢蘭后A517，吸收的下降表示香莢蘭油對有機自由基的清除能力。將不同濃度的樣品2 mL與等量DPPH溶液混合均勻，避光反應30 min，用無水乙醇作為參比溶液在517 nm波長處測定吸光值。用相同濃度的抗壞血酸溶液進行以上操作，為陽性對照試驗。

式中：I為DPPH的清除率；A1為香莢蘭油溶液與DPPH避光反應30 min后溶液在517 nm處的吸光度值；A2為香莢蘭油與無水乙醇在517 nm處的吸光度值；A0為DPPH溶液與無水乙醇混合溶液在517 nm處的吸光度值。公式中引入A2是為了消除樣品溶液本身顏色對試驗結果的干擾。

1.3.6.2 香莢蘭油清除ABTS自由基能力

參考郭海陽的方法并稍加改進，將濃度7 mmol/L的ABTS溶液與2.45 mmol/L的(NH4)2S2O8溶液混合均勻，在室溫中避光反應16 h，產生ABTS自由基。使用磷酸緩沖液(5 mmol/L，pH 7.4)稀釋ABTS自由基溶液，使稀釋后的自由基溶液在734 nm下測得的吸光度在0.680～0.720之間。精確稱取香莢蘭油并加入無水乙醇分別稀釋成濃度為0.2，0.5，1，1.5，2，2.5，3，3.5 mg/mL。量取各濃度的油樣15 μL與185 μL ABTS溶液混合均勻，避光反應30 min，測定其在734 nm處的吸光度值(A1)。空白為不加樣品溶液的ABTS自由基溶液，測定其在734 nm處的吸光度值(A0)。用相同濃度的抗壞血酸溶液進行以上操作，為陽性對照試驗。

式中：I為ABTS的清除率；A0為乙醇溶液與ABTS自由基溶液混合后在734 nm處的吸光度；A1為香莢蘭油-乙醇溶液與ABTS自由基溶液混合后在734 nm處的吸光度；A2為乙醇溶液與香莢蘭油溶液混合后在734 nm處的吸光度。

1.4 數據分析

所有試驗數據均為重復試驗3次測定的平均值，數據用“平均值±標準差”表示。利用Origin 8.5進行作圖。相關性分析采用SPSS 17.0 數據處理軟件，p<0.05為顯著相關。

2 結果與分析

2.1 3種不同產地香莢蘭豆莢粉末特性及芳香油得率

物料的粒徑及水分含量對香莢蘭油的萃取得率、呈味性等具有一定的影響，因此不同產地的香莢蘭豆莢經預處理后分析了粉末的粒徑及含水量。印度尼西亞、湯加、馬達加斯加產地香莢蘭豆莢粉末粒徑結果見圖1，含水量依次為9.03%、7.35%、7.06%。

圖1 香莢蘭粉末粒徑分析Fig.1 The analysis of particle size of vanilla powder

由圖1 可知，印度尼西亞產地的香莢蘭豆莢粉末50%以下的平均粒徑為127.03 μm，90%以下粉末平均粒徑為236.51 μm；湯加產地的香莢蘭豆莢粉末50%以下的平均粒徑為112.26 μm，90%以下粉末平均粒徑為220.08 μm；馬達加斯加產地的香莢蘭豆莢粉末粒徑50%以下的平均粒徑為105.24 μm，90%以下粉末平均粒徑為211.10 μm。印度尼西亞產地的香莢蘭豆莢粉末中粒徑值最大，其次是湯加、馬達加斯加。印度尼西亞、湯加、馬達加斯加產地的香莢蘭豆莢粉末干基出油率依次為5.79%、7.87%、6.31%。印度尼西亞豆莢得油率較低，這可能是由于豆莢含水量較高影響了極性物質的析出，且其粉末的粒徑也對出油率有一定的影響，湯加、馬達加斯加豆莢粉末的粒徑較小，得油率高于印度尼西亞豆莢，但太小粒徑在超臨界提取時原料容易板結，不利于香莢蘭油的提取。因此，3種不同產地的香莢蘭豆莢提取香莢蘭油比較分析得到，湯加產地豆莢提取香莢蘭油的效果較好。

2.2 3種不同產地香莢蘭油的感官特性

萃取得到的印度尼西亞、湯加、馬達加斯加3個產地的香莢蘭油見圖2，VO1、VO2、VO3、GO、BO分別為印度尼西亞、湯加、馬達加斯加香莢蘭油及葡萄籽油、大豆油。

圖2 香莢蘭油感官比較Fig.2 The sensory comparison of vanilla oils

由圖2可知，VO1、VO3呈現棕黃色，VO2呈現淡黃色，與GO、BO相比，香莢蘭油的顏色較深，這和發酵好的豆莢顏色具有棕褐色有較大的關系，色素含量較高。色澤分析見表2，其他感官綜合分析見表3和表4。

表2 3種不同產地香莢蘭油色差分析Table 2 The color analysis of vanilla oils from three different places of origin

表3 權重打分結果Table 3 The results of weight scoring

表4 感官評分表Table 4 The sensory evaluation table

由表2可知，以BO為對照，3種香莢蘭油中VO2的香莢蘭油亮度最高，偏黃綠色；VO3的亮度比VO2低，顏色偏紅黃色；VO1的明度最低，偏黃綠色，這與圖2中各產地香莢蘭油的外觀形態對應一致。

通過感官評定對3種香莢蘭油(透明度、氣味、滋味)進行評價。權重的確定：根據3個因素對香莢蘭油整體評價的重要程度而確定，綜合3個因素對香莢蘭油進行打分，10位評委對3個因素的權重打分見表3，加權評分：10位評委以大豆油、葡萄籽油為對照，對5種植物油從透明度、氣味、滋味3個方面進行評分。樣品總得分為各因素所占比重乘以得分的和，再相加得到。

由表4可知，從氣味、透明度、滋味3個因素綜合評價得到3個不同產地的香莢蘭油總體評分結果為VO2(87.4)>VO1(83.9)>VO3(76.2)>BO(75.1)>GO (72.1)。香莢蘭油整體的感官評分均高于BO、GO，表明香莢蘭油的整體香氣、品質較好。

2.3 3種不同產地香莢蘭油的電子感官分析

電子鼻分析是一種通過模擬嗅覺感官代替人類嗅覺進行樣品檢測的一種技術，在食品、化妝品、藥品等領域的檢測分析具有重要作用[13]。

由圖3可知，傳感器PA/2的響應值最大，對VO1響應值分別為459.32，577.15，472.90，490.99；對VO2響應值分別為298.09，197.86，281.74，312.70；對VO3響應值分別為171.51，225.41，211.98，200.23。傳感器 LY2/AA的響應值最小，對VO1響應值分別為2.07，1.31，1.14，1.06；對VO2響應值分別為0.99，1.09，1.08，1.07；對VO3響應值分別為1.08，1.02，1.04，1.00。除傳感器T30/1、P30/2、LY2/gCT外，其余傳感器都對樣品的響應值具有一定的影響。

圖3 傳感器雷達響應圖Fig.3 The diagram of sensor radar response

對3種不同產地的香莢蘭油進行主成分分析，由圖4可知，第一主成分和第二主成分的累積方差貢獻率為99.43%，較好地反映出香莢蘭油的整體香氣。GO和BO風味重疊均位于圖4中的第一象限；VO1、VO3分別在第二、四象限分散；VO1整體分散距離遠于VO3。VO2在第三、四象限分散且距離較VO1、VO3遠，說明VO3香氣最濃郁、VO2香氣次之、VO1香氣最淡。電子鼻傳感器有限，與人類嗅覺神經元細胞數量有一定差距，不能捕獲全部香氣，它僅能反映與對照BO、GO氣味的差異程度，這點與感官評定較為一致。VO3雖然香氣最濃郁，但是感官評價較低，而VO2與感官評價較為一致，因此，結合感官評定得到VO2的風味較好。

圖4 3種不同產地香莢蘭油主成分分析

2.4 3種不同產地香莢蘭油的基本理化性質

3種不同產地香莢蘭油的理化性質結果見表5。

表5 3種不同產地香莢蘭油理化性質Table 5 The physical and chemical indexes of vanilla oils from three different places of origin

過氧化值與油脂的新鮮程度和精煉程度有關，香莢蘭油過氧化值越低，油脂新鮮程度和精煉程度越高，油脂品質越高。VO1、VO2、VO3的過氧化值分別為2.28，1.78，6.61 mmol/kg。與GO及BO的過氧化值2.56，2.50 mmol/kg相比，VO1、VO2的過氧化值比GO及BO的低，VO3的過氧化值較高。說明VO1、VO2的油脂新鮮程度及精煉程度要高于VO3。碘價用來衡量油脂的不飽和脂肪酸程度，碘價越高，油脂中的不飽和雙鍵就越多，油脂越容易酸敗變質。VO1、VO2、VO3的碘值分別為111，110，97 g/100 g，而GO與BO的碘值分別為133，129 g/100 g，說明相對于GO及BO，香莢蘭油的不飽和程度較低。折光指數是判斷油的穩定程度和質量穩定性指標，折光指數越高，油的穩定程度越好，折光指數越低，油的穩定程度越差[14]。VO1、VO2、VO3及GO、BO的折光指數分別為1.48，1.48，1.48，1.47，1.47，香莢蘭油的折光指數均比GO、BO的折光指數高，表明香莢蘭油的穩定程度越高。由表5可知，3種不同產地的香莢蘭油的密度均低于GO、BO。

綜上所述，相比于GO、BO，3種不同產地的香莢蘭油的過氧化值較低，碘值較低，折光指數高，密度低。說明香莢蘭油比GO、BO油脂的精煉程度高，不飽和程度較低，穩定程度較高，且為密度較低的輕油。3種產地的香莢蘭油相比，得到VO2油脂酸敗和被氧化的程度最低，油品質最好，其次是VO1、VO3。

2.5 3種不同產地香莢蘭油的脂肪酸分析

3種不同產地香莢蘭油的脂肪酸分析見表6。脂肪酸廣泛存在于動植物油脂中，對人體的心腦血管系統、中樞系統、胃腸道系統等具有重要作用[15]。

表6 3種不同產地香莢蘭油的脂肪酸分析Table 6 The analysis of fatty acids in vanilla oils from three different places of origin

由表6可知，3種不同產地的香莢蘭油中脂肪酸組成與葡萄籽油及大豆油差異較大，香莢蘭油中的不飽和脂肪酸相對百分含量較高，而葡萄籽油及大豆油中不飽和脂肪酸含量較低。現代研究表明，富含不飽和脂肪酸的食品能保證細胞的正常生理功能，降低血液中的膽固醇和甘油三酯，降低血液黏稠度，改善血液微循環，提高腦細胞活性，增強記憶力等，尤其是富含多不飽和脂肪酸的飲食。VO1、VO2、VO3中主要的脂肪酸種類為亞油酸、油酸、棕櫚酸、硬脂酸等為主。與BO、GO相比，VO1、VO2、VO3中脂肪酸種類較多，以4種主要的脂肪酸分析得到VO3亞油酸、油酸、硬脂酸含量比VO1、VO2高，VO2的亞油酸、硬脂酸次之，而VO1的棕櫚酸含量高于VO2、VO3。綜合分析得到，VO3的主要脂肪酸相對含量高于VO2、VO1。

2.6 3種不同產地香莢蘭油的抗氧化活性分析

2.6.1 3種不同產地香莢蘭油清除DPPH自由基能力

3種不同產地香莢蘭油、GO、BO和維生素C對DPPH自由基的清除能力見圖5[16-17]。

圖5 不同產地香莢蘭油、GO、BO、維生素C對DPPH的清除能力效果Fig.5 The DPPH scavenging effect of vanilla oils, GO, BO and vitamin C in different places of origin

由圖5可知，3種產地的香莢蘭油對DPPH的清除能力與樣品溶液的質量濃度呈正相關，各產地的香莢蘭油質量濃度在17.5 mg/mL以下時對DPPH自由基的清除能力與維生素C溶液的差異較大并隨質量濃度升高而增加。VO1在質量濃度為2.5～20.0 mg/mL范圍內，對DPPH自由基的清除能力隨著質量濃度的增加而增強，當質量濃度20.0 mg/mL時，清除率達到最高值95.99%；VO2、VO3在質量濃度2.5～17.5 mg/mL時，對DPPH自由基的清除能力隨著質量濃度的增加而增強，當質量濃度為17.5 mg/mL時，湯加產地的香莢蘭油清除率達到最高值97.83%，馬達加斯加產地的香莢蘭油清除率達到最高值96.49%，維生素C對DPPH自由基的清除率高于VO1、VO3，而在質量濃度5 mg/mL時，VO2對DPPH自由基的清除率低于維生素C，但質量濃度在7.5～20.0 mg/mL時，VO2對DPPH自由基的清除率高于維生素C。GO和BO在質量濃度2.5～20 mg/mL時，對DPPH自由基的清除率呈上升趨勢，未達到飽和值,但其對DPPH自由基的清除率均低于3種香莢蘭油。

結果顯示在相同濃度范圍內，3種不同產地的香莢蘭油對DPPH自由基的清除率比較得到VO2>VO3>VO1。3種香莢蘭油對DPPH自由基的清除率均高于GO、BO。

2.6.2 3種不同產地香莢蘭油清除ABTS自由基能力

ABTS自由基的清除率是二銨鹽和過硫酸銨反應呈現藍綠色，在734 nm波長處有一處強吸收，在ABTS試劑中加入具有消除作用的自由清除劑時，藍綠色變淡，吸光度值變小，根據吸光度值的大小判斷其清除率[18]。

經分析不同產地香莢蘭油對ABTS自由基的清除能力(見圖6)，3種產地的香莢蘭油對ABTS的清除能力與樣品溶液的質量濃度呈正相關，都表現出較強的清除能力。各產地的香莢蘭油質量濃度在0.2～2.0 mg/mL范圍內對ABTS自由基的清除率與維生素C溶液的差異較大，清除率的差異隨著質量的濃度升高而升高；質量濃度在2.0～3.5 mg/mL時，對ABTS自由基的清除率隨著濃度的增加呈平穩下降趨勢。各產地的香莢蘭油在質量濃度為2.0 mg/mL時，清除率達到最高值，VO3(93.99%)>VO2(93.04%)>VO1(92.62%)。3種不同產地的香莢蘭油對ABTS自由基的清除率與維生素C相比在質量濃度為1.5～3.5 mg/mL時，其清除ABTS自由基的能力較為接近。而GO、BO在質量濃度0.2～3.5 mg/mL時，對ABTS自由基的清除率呈下降趨勢，未達到飽和值。在相同濃度范圍內，VO3、VO2對ABTS自由基的清除率接近且高于VO1；GO、BO對ABTS自由基的清除率低于3種不同產地豆莢，說明各產地的香莢蘭油對ABTS自由基的清除能力比GO和BO高。

圖6 不同產地香莢蘭油、GO、BO、維生素C對ABTS的清除能力效果Fig.6 The ABTS scavenging effect of vanilla oils, GO, BO and vitamin C in different places of origin

綜上所述，通過測定3種不同產地香莢蘭油對DPPH、ABTS自由基的清除能力可知VO2對DPPH自由基的清除能力最好，對ABTS自由基的清除能力與VO3相當，VO1對DPPH自由基的清除能力最低，但3種香莢蘭油對DPPH自由基、ABTS自由基的清除能力均高于GO、BO。3種不同產地香莢蘭油對DPPH、ABTS自由基清除能力的綜合評價得出VO2的抗氧化能力最好。

3 結論與討論

以印度尼西亞、湯加、馬達加斯加香莢蘭豆莢為原料，預處理后分析了豆莢粉末的水分、粒徑，并經超臨界CO2萃取后得到出油率。對不同產地香莢蘭油進行了感官評價(人為感官及電子感官)、基本理化指標(碘值、過氧化值、折光指數、密度)、脂肪酸組成及抗氧化效果分析。結果表明，印度尼西亞、湯加、馬達加斯加香莢蘭豆莢粉末的含水量范圍在7.06%～9.03%；粉末粒徑平均為127.03，112.26，105.24 μm；香莢蘭豆莢粉末干基出油率依次為5.79%、7.87%、6.31%。基于感官分析得到，VO2的明亮度較高，色澤較淺，風味與VO3較為接近，與VO1的味道差別較大。3種產地香莢蘭油的基本理化指標分析得到VO2油脂酸敗和被氧化的程度最低，油品質最好，其次是VO1，VO3。VO1、VO2、VO3中主要的脂肪酸種類為亞油酸、油酸、棕櫚酸、硬脂酸等。VO2、VO3的亞油酸較高，亞油酸的相對含量高于50%，其他的主要脂肪酸油酸、棕櫚酸、硬脂酸較低。在實驗范圍內3種產地的綜合抗氧化能力表明，VO2對DPPH自由基的清除能力最好。綜合分析3種產地香莢蘭油的各項指標，顯示VO2的品質高于VO1、VO3。