4種抗氧化劑對文冠果油氧化穩定性及脂肪酸組成影響

陳江魁，李 靜，殷春燕，連啟蒙，葉 嘉,

（1.邯鄲學院生命科學與工程學院，河北邯鄲 056005；2.河北省高校冀南太行山區野生資源植物應用研發中心，河北邯鄲 056005；3.河北鼎康糧油有限公司，河北邯鄲 056005）

文冠果是我國北方特有的木本油料樹種，被譽為“北方油茶”，廣泛分布在我國的華北、東北、內蒙、甘肅等地，具有適應性強、耐土壤貧瘠、耐干旱、耐寒的特性，文冠果樹生長快、易種植，結實早、產量高，經濟價值大[1-2]。文冠果種子可食用，但多用于榨油，種子去皮后的種仁含油率能達到60%以上，且不飽和脂肪酸含量達到90%以上，尤其是含有的少量神經酸，已被證明具有再生和修復受損神經的功能[3-4]。在榨油工藝選擇上，為保持油脂的營養及生理活性，防止加工過程中過度氧化，文冠果種仁更適宜于冷榨取油[5]。

有關文冠果油的研究現在主要集中在油脂的提取工藝、資源綜合利用以及生物活性探索方面[6-8]。在貯藏階段，文冠果油的高不飽和脂肪酸含量容易使其發生氧化酸敗，影響油脂的質量，添加外源抗氧化劑是一種防止氧化酸敗和延長貯藏期的有效方法，目前，我國允許添加在植物油脂中的抗氧化劑有15種左右，現有的研究主要以油脂氧化后的理化指標為參考，初步篩選出維生素C、β-胡蘿卜素等對文冠果油具有一定的抗氧化作用[9]，更多類型的抗氧化劑對文冠果油氧化穩定性及其脂肪酸組成的影響研究還較少。

圖 1 文冠果油加工工藝流程Fig.1 Processing process flow of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil

本文選用Schaal加速氧化法研究冷榨的文冠果油儲藏期間的過氧化值、酸價和羰基價的變化，選擇2種天然抗氧化劑（單線態氧猝滅劑迷迭香提取物、自由基吸收劑維生素E）、2種化學合成抗氧化劑（自由基吸收劑特丁基對苯二酚、氧清除劑抗壞血酸棕櫚酸酯）[10]，對文冠果油氧化穩定性影響，并以此建立氧化動力學模型，同時研究在高溫條件下，4種抗氧化劑對文冠果油脂肪酸含量變化的影響，以期為文冠果油的后加工及儲藏、使用提供一定參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

文冠果仁 河北首冠農業科技有限公司提供；37種脂肪酸甲酯混合標準品、反式脂肪酸標準品美國Supelco公司；石油醚、乙醚、氫氧化鉀 分析純，天津科密歐；甲醇、乙醇、正庚烷、苯 分析純，德國Merck公司；2,4-二硝基苯肼 分析純，羅恩試劑；維生素E（VE）、特丁基對苯二酚（tertiary-butylhydroquinone，TBHQ）、抗壞血酸棕櫚酸酯（ascorbyl palmitate，AP） 山東中天生物科技；迷迭香提取物（rosemaryextract，RE） 晨光生物科技。

8860氣相色譜儀 美國安捷倫公司； SY-2000旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；KH-55A電熱恒溫干燥箱 康恒儀器有限公司；T2602紫外可見分光光度計 上海佑科；D03S榨油機 韓皇。

1.2 實驗方法

1.2.1 文冠果油加工工藝流程

參考文獻[11]設計文冠果油的加工工藝如圖1：文冠果仁除雜后烘干（60～70 ℃），檢測含水量，調節水分含量為2.4%，螺旋壓榨取油，靜置48 h后使用30目濾網進行粗濾。脫酸條件：根據測定的毛油酸價，添加質量濃度12%的氫氧化鈉溶液，超堿用量0.14%，60 ℃攪拌反應28 min，靜置后放出皂腳。水洗：添加油質量10%的軟化水，65 ℃慢速攪拌，洗滌兩次，放出水液。

按照T/LYCY 018-2020《文冠果油》中的質量要求，測定制備文冠果油的折光指數、相對密度、VE總量、甾醇總量、碘值、皂化值、酸價、過氧化值以及羰基價數值。

1.2.2 抗氧化劑對文冠果油氧化穩定性試驗 參照GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中抗氧化劑及其在油脂中的最大使用劑量規定，選擇VE（0.7 g/kg）、RE（0.7 g/kg）、TBHQ（0.2 g/kg）、AP（0.2 g/kg）作為試驗用抗氧化劑及其添加劑量，超聲100 Hz處理10 min，混合均勻。以不添加抗氧化劑的文冠果油作為空白對照。

采用Schaal烘箱加速氧化試驗研究文冠果油的氧化穩定性[12-13]，取75 g油樣，放入250 mL三角瓶中，按比例加入抗氧化劑。油樣置于60±1 ℃的烘箱內避光保存，每隔4 d取樣1次測定油樣的過氧化值（POV）、酸價（AV）和羰基價（羰基價在前6 d每隔2 d測定1次）。

1.2.3 文冠果油氧化穩動力學分析 以油脂氧化的POV值為動力學研究指標，反應動力學模型擬合方程[14-16]：

式中，t為反應時間，k為比例系數，S=1/[POV]，S0和St分別對應開始和時間t時的S值。測定1.2.2中各試驗組POV值變化規律，分別以lnSt、St對t作圖，若接近一條直線，則說明對應試驗組的氧化符合相應級別的動力學規律，直線的斜率絕對值為其反應速率常數。

1.2.4 熱處理條件下文冠果油脂肪酸組成分析 準確稱取100 g文冠果油，按照1.2.2添加抗氧化劑，并做空白對照。于180 ℃環境下連續加熱，分別在6、18、30、42 h取樣10 mL進行脂肪酸及反式脂肪酸含量檢測[17]，同時分析飽和脂肪酸（SFA）、單不飽和脂肪酸（MUFA）、多不飽和脂肪酸（PUFA）的相互比例及變化。

1.2.5 指標檢測方法 過氧化值按照GB 5009.227-2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》中滴定法進行測定；酸價按照GB 5009.229-2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》中冷溶劑指示劑滴定法進行測定；羰基價GB 5009.230-2016《食品安全國家標準 食品中羰基價的測定》；皂化值：GB/T 5534-2008《動植物油脂 皂化值的測定》；碘值：GB/T 5532-2008《動植物油脂 碘值的測定》；甾醇總量：GB/T 25223-2010《動植物油脂 甾醇組成和甾醇總量的測定 氣相色譜法》；VE總量：GB 5009.82-2016《食品安全國家標準 食品中維生素A、D、E的測定》；折光指數：GB/T 5527-2010《動植物油脂 折光指數的測定》；相對密度：GB/T 5526-1985《植物油脂檢驗 比重測定法》。

脂肪酸參考GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》中歸一法進行測定。GC條件為HP-88型號色譜柱（100 m×250 μm×0.25 μm），程序升溫：初始溫度100 ℃，持續13 min，100～180 ℃，升溫速率10 ℃/min，保持6 min；180～200 ℃，升溫速率1 ℃/min，保持20 min；200～230 ℃，升溫速率4 ℃/min，保持10.5 min，載氣為氮氣，分流比100:1，進樣口溫度270 ℃，檢測器溫度280 ℃。

1.3 數據處理

每個試驗重復三次，結果取平均值，以均值±標準偏差（SD）表示。使用Excel 2016軟件處理數據，OriginPro 8軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 文冠果油的主要指標

如表1所示，本次試驗制備的文冠果油樣品其過氧化值、酸價等均在T/LYCY 018-2020《文冠果油》要求范圍內，且符合一級油的質量要求。

表1 文冠果油的主要指標Table 1 Main indexes of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil

2.2 抗氧化劑對文冠果油氧化穩定性的影響

2.2.1 抗氧化劑對文冠果油過氧化值的影響 POV值是油脂氧化的初級產物指標[18]，在60 ℃加速氧化試驗中POV值的變化如圖2所示，文冠果油無論是否添加抗氧化劑，其POV值都隨著時間的延長呈增長態勢。VE組過氧化值增長迅速，與空白對照無顯著性差異，說明在加速氧化（60 ℃）條件下，VE基本未起到抗氧化的作用，這與劉玉蘭等[19]在研究VE對花生油抗氧化作用時報道一致，這可能是由于文冠果油本身含有一定量的VE，再添加會使過量的VE在高溫條件下促進油脂氧化[20-21]；添加RE、AP、TBHQ后，文冠果油樣品的POV值明顯低于空白組，有效延緩了文冠果油的氧化，且在前12 d內POV值變化不大，分別由原來的0.75 mmol/kg，升至1.47、1.33、1.10 mmol/kg，在12 d后有較為顯著的區分（P＜0.05），對比可知，天然抗氧化劑RE的抗氧化效果低于合成抗氧化劑TBHQ，但強于AP。

圖 2 4種抗氧化劑對文冠果油POV的影響Fig.2 Effects of four antioxidants on POV of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil

2.2.2 抗氧化劑對文冠果油酸價的影響 酸價是油脂中游離脂肪酸的標志，由圖3可以看出，在加速氧化的24 d內，試驗組和對照組的AV值逐漸增加，趨勢相似，但增加不明顯，個別時間還出現下降的現象。分析原因可能是酸價在油脂前期較為穩定，處理時間較短，還未到快速增長期。60 ℃加速氧化24 d后酸價最高值是空白組的0.88 mg/g，還未超過LS/T 3265-2019《文冠果油》中一級文冠果油酸價質量要求（≤1 mg/g），因此在試驗條件下文冠果油的AV值與POV值相比，并不是氧化敏感和變質的評價指標。

2.2.3 抗氧化劑對文冠果油羰基價的影響 油脂氧化初級產物氫過氧化物不穩定，進一步會分解生成醛、酮、酸、酯及短鏈的羰基化合物，羰基價反應了油脂中醛酮類等主要次級氧化產物含量[22]。由圖4可以看出，油脂羰基價整體呈上升趨勢，對比空白組，RE、AP、TBHQ有效抑制了羰基價的增長，尤其是在加速氧化初期（0～6 d）抑制最為明顯，個別時間還出現羰基價下降的情況，這可能是由于有效的抗氧化劑抑制油脂初級氧化產物生成，次級氧化產物增加會相對較少，同時個別次級氧化物具有揮發性[23]，在60 ℃條件下揮發，使得測定值減少。綜合對比，抗氧化劑按抑制羰基價增長的能力排序為：TBHQ＞RE＞AP。VE組在0～4 d表現出對一定的抗氧化性，但隨后與空白組相比差別不大。

圖 3 4種抗氧化劑對文冠果油AV的影響Fig.3 Effects of four antioxidants on AV of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil

圖 4 4種抗氧化劑對文冠果油羰基價的影響Fig.4 Effects of four antioxidants on carbonyl value of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil

2.3 文冠果油加速氧化過程動力學模型

Schaal烘箱加速氧化試驗中，過氧化值的變化較為敏感，選擇過氧化值作為文冠果油質量評價指標，分別以零級、一級氧化動力學模型對文冠果油加速氧化時的過氧化值與時間進行擬合，其方程和回歸系數見表2。

表2 POV值與氧化時間（t）之間擬合方程Table 2 Regression equation between POV value and time

在試驗時間內，空白和添加維生素E組樣品一級反應擬合方程的回歸系數明顯優于零級反應，說明在60 ℃條件下文冠果油的加速氧化過程是一級反應，其氧化速率常數分別為0.1898和0.1721 h-1；添加迷迭現提取物和抗壞血酸棕櫚酸酯的樣品零級和一級擬合方程回歸系數都大于0.9，說明其氧化過程同時具有零級和一級特征，但更符合零級反應，氧化速率常數分別為0.0601和0.0605（POV）-1·h-1；TBHQ組零級反應擬合方程回歸系數優于一級反應，說明添加TBHQ后文冠果油加速氧化過程是零級反應，氧化速率常數為0.0518（POV）-1·h-1。從氧化速率常數上也能看出，TBHQ抗氧化能力最強；RE和AP對文冠果油有一定的抗氧化作用，且抗氧化能力相似；VE則和空白組氧化程度相似，在試驗濃度下對文冠果油幾乎抗氧化作用。添加RE、AP和TBHQ后，文冠果油的反應模型由一級向零級變化，速率常數也明顯減小，說明添加物改變了反應歷程，起到了抗氧化作用。

按照Van’t Hoff方程法[24]，60 ℃下1 d相當于常溫（20 ℃）貨架期16 d，以GB 2716-2018《食品安全國家標準 植物油》中POV≤9.85 mmol/kg為指標，通過擬合方程計算貨架期。結果顯示：空白文冠果油的貨架期為177 d，添加抗氧化劑VE、RE、AP、TBHQ的貨架期分別為178、346、341、425 d。

2.4 熱處理對文冠果油脂肪酸組成的影響

2.4.1 文冠果油脂肪酸含量分析 脂肪酸是食用油的主要成分，占甘油三酯95%左右，脂肪酸的組成配比是油脂的營養價值和保健功能的主要體現[25]。文冠果油脂肪酸主要由8種組成，以油酸和亞油酸含量最高，分別達到31.12%和40.87%。其中飽和脂肪酸含量為7.5%，主要是棕櫚酸、硬脂酸和山崳酸；單不飽和脂肪酸占比44.1%，以油酸、芥酸和神經酸為主；多不飽和脂肪酸占比48.4%，以亞油酸和亞麻酸為主。

2.4.2 脂肪酸含量變化分析 分析油脂中主要脂肪酸變化、低碳脂肪酸含量以及飽和、單不飽和和多不飽和脂肪酸的比例，能夠評價加熱處理對脂肪酸組成的影響[26]。在180 ℃條件下對抗氧化劑文冠果油樣品連續熱處理，間隔一定時間測定脂肪酸組成，結果如表3所示。

表3 加熱條件下不同抗氧化劑對文冠果油脂肪酸組成的影響Table 3 Effects of different antioxidants on fatty acid of Xanthoceras sorbifolia Bunge oil under heating conditions

可以看出，未添加抗氧化劑的空白組隨著加熱時間的延長，低碳脂肪酸的含量、飽和脂肪酸的占比有不同程度的增加，單不飽和脂肪酸占比有先增大后下降的趨勢，多不飽和脂肪酸的占比隨加熱時間逐漸減少，添加VE組的變化趨勢與空白組相似，脂肪酸變化無顯著性差異。添加RE、AP、TBHQ組在熱處理前期（18和30 h）與對照空白組差異顯著（P＜0.05），抑制了低碳鏈脂肪酸和飽和脂肪酸的含量，隨著熱處理時間的延長（30 h后），脂肪酸含量及組成與空白組差異不顯著。

分析原因，可能是在熱處理前期，加熱促進了不飽和脂肪酸（UFA）被氧化為SFA[27]，且文冠果油中PUFA含量占比較高，氧化作用也增加了MUFA的占比，抗氧化劑有效抑制UFA被氧化，從變化趨勢可以看出，抗氧化能力TBHQ＞RE≈AP。隨著加熱時間的延長，油脂容易發生熱解、縮合等，使得低碳鏈及飽和脂肪酸的含量升高，同時高溫也促使反式脂肪酸的生成[28-30]，這一階段抗氧化劑作用幾乎可以忽略。

3 結論

文冠果油不飽和脂肪酸含量較高，易氧化酸敗，通過添加抗氧化劑提高油脂氧化穩定性。試驗選用的迷迭香提取物（RE）、抗壞血酸棕櫚酸酯（AP）、特丁基對苯二酚（TBHQ）表現出對文冠果油有不同程度的抗氧化作用，維生素E作用不顯著。抗氧化作用順序為：TBHQ＞RE＞AP，其中RE作為天然產物，雖然不如化學合成抗氧化劑TBHQ，但優于AP，從生物安全角度考慮可以選為文冠果油較為合理的抗氧化劑。通過對文冠果油有加速氧化過程中過氧化值（POV）、酸價（AV）、羰基價的變化分析，選擇POV作為文冠果油氧化敏感性指標，結合氧化動力學模型預測其貨架期，結果顯示添加0.7 g/kg的RE將文冠果油貨架期從177 d提升至346 d。

文冠果油在高溫受熱（180 ℃）的初期，添加抗氧化劑能夠有效抑制脂肪酸的氧化分解、反式脂肪酸生成、不飽和脂肪酸占比增加等，但隨著加熱時間的延長，其抑制作用消失，最主要的原因可能是油脂長時間處于高溫，發生了熱解及縮合等反應。本文就四種抗氧化劑對文冠果油的穩定性及脂肪酸組成的影響進行了研究，為文冠果油的貯藏及使用提供了一定依據，但隨著貯藏或高溫時間的延長，文冠果油的營養及活性功能變化還有待于進一步研究。