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

(貴陽學院食品與制藥工程學院1,貴陽 550005)

(貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心2,貴陽 550005)

油茶籽油是用成熟的油茶種子通過不同加工方法提取而制備出的高級食用植物油[1]。油茶籽油不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)高達90%,它的脂肪酸組成和理化性質(zhì)與橄欖油相似,被譽為“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)境保護和提升油脂品質(zhì)。在課題組前期的研究過程中發(fā)現(xiàn),水酶法油茶籽毛油的品質(zhì)已達到一級食用油的質(zhì)量標準,但其貨架期較短。

因此,研究針對水酶法提取的油茶籽油保質(zhì)期較短這一問題,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驗油樣,采用Schaal烘箱加速氧化實驗觀察各油樣的氧化穩(wěn)定性,并用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀測定各油樣的誘導期,評估油脂的氧化穩(wěn)定性指數(shù),同時與空白組和市售油茶籽油作對比,篩選出一種效果較好的抗氧化劑,從而有效延長水酶法油茶籽油的保質(zhì)期。在此基礎(chǔ)上,設(shè)置2個對照組即空白組(未添加抗氧化劑的油茶籽毛油)、市售油茶籽油組,和1個實驗組即添加所篩選的最佳抗氧化劑組,對其進行高溫連續(xù)加熱實驗,測定其過氧化值、酸價、p-茴香胺值,評價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)期較短這一問題,而且能夠在一定程度上減少資源的浪費,提高油茶籽油的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

有機山茶籽油:酸價為(0.34±0.02)g/100 g,過氧化值為(0.01±0.00)g/100 g;油茶籽、酶制劑Alcalase 2.4 L堿性蛋白酶(標準活力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,TDZ5-WS高速離心機,202-1AB電熱恒溫干燥箱,FA124萬分之一電子天平,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。

1.3 實驗設(shè)計及指標測定方法

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粉碎。準確稱取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)量分數(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,去除機械雜質(zhì),從而獲得本實驗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《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》,叔丁基對苯二酚(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)量分數(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烘箱加速氧化實驗

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》中過氧化值≤0.25 g/100 g為指標,以此來推出該油脂的預(yù)測貨架期壽命[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定時取樣,測定其過氧化值。

1.3.4 油脂氧化誘導試驗

參照GB/T 21121—2007《動植物油脂氧化穩(wěn)定性的測定》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,測量池中添加50 mL去離子水,將電極與測量、記錄儀器連接,調(diào)節(jié)測定溫度為110 ℃,空氣柱150～200 mL/min,開始測定;當儀表電導率曲線明顯上升至100 μs/cm時即可結(jié)束測定,根據(jù)電導率曲線,計算油脂的誘導時間,將該誘導時間作為測定的氧化穩(wěn)定性值。

1.3.5 高溫連續(xù)加熱實驗

以未添加抗氧化劑的油茶籽毛油和市售油茶籽油為對照組,添加0.2 g/kg的茶多酚棕櫚酸酯為實驗組,準確稱取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,冷卻后測定其過氧化值、酸價、p-茴香胺值。酸價測定依據(jù)GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》冷溶劑指示劑滴定法;過氧化值測定依據(jù)GB/T 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》滴定法;p-茴香胺值測定依據(jù)GB/T 24304—2009《動植物油脂茴香胺值的測定》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗中所有測定均重復3次,采用Excel 2010處理數(shù)據(jù),采用Origin2018進行繪圖處理,采用IBM SPSS Statistics V21.0進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抗氧化劑對油茶籽毛油氧化穩(wěn)定性的影響

2.1.1 叔丁基對苯二酚對油茶籽毛油氧化穩(wěn)定性的影響

叔丁基對苯二酚(TBHQ)由于含有2個酚羥基,具有很強的抗氧化活性,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)℃恒溫儲藏的過程中,隨著儲藏時間的延長,空白組的過氧化值明顯上升,添加了TBHQ油樣與空白組油樣的過氧化值差異顯著(P<0.05),且TBHQ的濃度越大,其抗氧化效果越好,TBHQ的3種不同添加量的過氧化值在24 d內(nèi)的變化趨勢較為平穩(wěn),僅有輕微波動。在加速氧化第24天,該實驗組的過氧化值為0.05 g/100 g,仍未超出國家規(guī)定的油脂過氧化值限量標準0.25 g/100 g,而空白組的過氧化值為0.65 g/100 g。空白組在第8天時已超出國家規(guī)定限定標準,質(zhì)量分數(shù)為0.27 g/100 g,由該實驗結(jié)果可知,質(zhì)量分數(shù)0.20 g/kg的叔丁基對苯二酚(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 叔丁基對苯二酚(TBHQ)對油茶籽毛油過氧化值的影響

2.1.2 維生素E對油茶籽毛油過氧化值的影響

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

圖2 維生素E對油茶籽毛油過氧化值的影響

2.1.3 茶多酚棕櫚酸酯對油茶籽毛油過氧化值的影響

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氧化值差異顯著(P<0.05),表明了茶多酚棕櫚酸酯對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個濃度的茶多酚棕櫚酸酯在加速氧化第24天的過氧化值均低于0.11 g/100 g,空白組的過氧化值為0.65 g/100 g。質(zhì)量分數(shù)分別為0.10、0.20 g/kg實驗組的抗氧化效果差異不顯著(P>0.05),但0.20 g/kg的實驗組抗氧化效果更佳。

圖3 茶多酚棕櫚酸酯對油茶籽毛油過氧化值的影響

2.1.4 迷迭香提取物對油茶籽毛油過氧化值的影響

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[8]。在油脂儲藏過程中,過氧化物仍然是油脂氧化初期的主要產(chǎn)物,因此測定儲藏過程中油脂過氧化值的變化,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藏過程中過氧化物的產(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。但實驗組過氧化值的變化趨勢波動較大,可能是因為迷迭香提取物中含有不溶性雜質(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。

圖4 迷迭香提取物對油茶籽毛油過氧化值的影響

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 油脂氧化誘導時間

以未添加抗氧化劑的空白組和市售油茶籽油為對照,按1.3.4的方法制備樣品,各實驗組誘導期如圖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期

Rancimat法是使用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀測定油脂的氧化誘導時間,用來評價油的氧化穩(wěn)定性指數(shù),誘導期越長,說明油的穩(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 叔丁基對苯二酚(TBHQ)的抗氧化效果最佳,誘導期為22.76 h,比空白組的誘導期延長了5倍左右,其次是0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯,誘導期為15.65 h,氧化誘導時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,說明TBHQ和茶多酚棕櫚酸酯對油茶籽毛油具有較強的抗氧化性能。而添加維生素E實驗組的誘導期與空白組的誘導期相當,則認為在高溫條件下,維生素E對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,但其效果遠不如茶多酚棕櫚酸酯。由于TBHQ是化學合成的抗氧化劑,添加在食品中會發(fā)生一系列化學反應(yīng),從而產(chǎn)生對人體有害的物質(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)量分數(shù)為0.20 g/kg。

2.3 高溫連續(xù)加熱實驗

由圖6可知,在180 ℃攪拌加熱過程中,3種油樣的酸價均低于GB 2716—2018《食品安全國家標準 植物油》中限定值5 mg/g,且大致呈上升趨勢,0.20 g/kg茶多酚棕櫚酸酯的實驗組油樣的酸價均低于2個對照組,說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 ℃加熱過程中油樣的酸價隨加熱時間的變化

由圖7可知,3種油樣的過氧化值均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,且均低于國家標準限定量0.25 g/100 g。市售油茶籽油與實驗組油樣的過氧化值明顯低于空白組毛油,且在加熱4 h后,其過氧化值相對穩(wěn)定,說明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 ℃加熱過程中油樣的過氧化值隨加熱時間的變化

圖8 180 ℃加熱過程中油樣的p-茴香胺值隨加熱時間的變化

在加熱前,3種油樣的p-茴香胺值均小于10,相當于基本沒有次級氧化產(chǎn)物的存在,但隨著加熱時間的延長,p-茴香胺值均呈明顯上升的趨勢,這一實驗結(jié)果與王賀等[11]的實驗結(jié)果相似,質(zhì)量分數(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時達到最大值為43.96,均低于2個對照組,說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),實驗結(jié)果表明,該抗氧化劑的添加,有效延長了油茶籽毛油的貨架期,提高了其經(jīng)濟效益。油脂氧化誘導分析結(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)加熱實驗結(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)。