茶多酚對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響及貨架期預測

朱式業(yè)，熊武國，李加興,，涂 靜，黃 誠，陳雙平

(1.吉首大學 林產(chǎn)化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000； 2.湖南省澧縣中醫(yī)醫(yī)院，湖南 澧縣 415500； 3.吉首大學 化學化工學院，湖南 吉首 416000； 4.湖南省優(yōu)鎰農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，湖南 吉首 416000)

牡丹籽油是以牡丹籽為原料提取而得的一種植物油，其脂肪酸組成中多不飽和脂肪酸比例高達90.19%，其中含量最高的亞麻酸占39.47%，油酸與亞油酸含量分別為24.11%和27.16%[1-2]。亞油酸、亞麻酸是人體自身不能合成、必須從食物中攝取的必需脂肪酸，具有可降低人體膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白水平[3]以及抗皺、保濕、增白等功效[4-5]。2011年3月，牡丹籽油被衛(wèi)生部批準為新資源食品，帶動了各地大規(guī)模栽培油用牡丹和同步建設牡丹籽油加工企業(yè)[6]。

目前，國內對牡丹籽油的研究主要集中在提取及精煉工藝、脂肪酸組成分析、生物活性研究等方面[7-11]，且毒理學試驗與安全性評價結果顯示牡丹籽油無遺傳毒性[12-13]，為其進一步應用提供了理論依據(jù)。由于牡丹籽油含有大量不飽和脂肪酸而極易氧化酸敗，貨架期短，成為阻礙油用牡丹產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的技術瓶頸，因此利用抗氧化劑提高牡丹籽油氧化穩(wěn)定性成為其開發(fā)應用的關鍵。茶多酚是一種高效、低毒的天然抗氧化劑[14]，已有的對相關油脂抗氧化性能的研究結果表明茶多酚對活性氧自由基具有強清除作用[15-18]。本研究以過氧化值為穩(wěn)定性評價指標，探討茶多酚對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響，根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式推導出貨架期模型以科學預測其貨架期，為進一步開發(fā)利用牡丹籽油提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

牡丹籽油，以湘西野生牡丹籽為原料，采用超臨界CO2萃取、物理精煉而得，過氧化值0.12 g/100 g，酸價(KOH)1.48 mg/g，符合GB 2716—2005中過氧化值小于等于0.25 g/100 g、酸價(KOH)小于等于3 mg/g的規(guī)定。硫代硫酸鈉、三氯甲烷、冰醋酸、碘化鉀、淀粉、無水乙醚、無水乙醇、氫氧化鉀、重鉻酸鉀、硫酸等，分析純；茶多酚、特丁基對苯二酚(TBHQ)、二丁基羥基甲苯(BHT)，食品添加劑級。

1.1.2 儀器與設備

JA-5103N高精度電子天平，上海民橋精密科學儀器有限公司；GZX-9246MBE數(shù)顯熱鼓風干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 牡丹籽油氧化穩(wěn)定性實驗

采用Schaal烘箱加速氧化實驗研究牡丹籽油氧化穩(wěn)定性[19]。稱取適量抗氧化劑，用少量無水乙醇溶解，加入牡丹籽油中并攪拌均勻(約20 min)，放入恒溫箱中遮光貯存，每隔24 h交換油樣在恒溫箱中的位置，以不加抗氧化劑的牡丹籽油作為對照，每隔4 d取樣并測定其過氧化值。

1.2.2 牡丹籽油貨架期預測模型的建立

Arrhenius方程可以反映食品腐敗變質的速率與環(huán)境溫度之間的函數(shù)關系[20]，方程如下：

(1)

對式(1)兩邊取對數(shù)可得：

lnk=-(Ea/RT)+lnk0

(2)

式(1)、式(2)中：k0為方程指前因子；Ea為活化能，kJ/mol；R為氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；T為熱力學溫度，K。

由式(2)可知，lnk與熱力學溫度的倒數(shù)(1/T)呈線性關系，斜率為-Ea/R，lnk0為常數(shù)項。求得不同溫度下的反應速率常數(shù)后，用lnk對絕對溫度的倒數(shù)1/T作圖，就可求得活化能和指前因子，再采用式(1)、式(2)即可推導出牡丹籽油的氧化動力學模型。

本研究為反映牡丹籽油樣品的氧化速率與環(huán)境溫度的關系，根據(jù)添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同貯存溫度(25、35、45、55、65℃)下過氧化值隨貯存時間的變化，采用牡丹籽油的氧化動力學模型即可求得不同溫度下的氧化反應速率常數(shù)，再通過動力學方程計算出牡丹籽油的貨架期。

1.2.3 指標測定

過氧化值、酸價：采用GB/T 5009.37—2003中規(guī)定的方法進行測定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Origin8.5對數(shù)據(jù)進行處理并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 茶多酚添加量對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響

按GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中茶多酚作為抗氧化劑的添加量小于等于0.4 g/kg(0.04%)的要求，在牡丹籽油樣品中分別添加0.005%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%(以牡丹籽油質量計，下同)的茶多酚，置于65℃烘箱中貯存，取樣測定牡丹籽油過氧化值隨貯存時間的變化，以探討茶多酚添加量對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響，結果見圖1。

圖1 茶多酚添加量對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，置于65℃下的牡丹籽油無論是否添加抗氧化劑茶多酚，其過氧化值均隨著貯存時間的延長而快速增長，牡丹籽油空白樣增長得尤為迅速，而不同茶多酚添加量的牡丹籽油過氧化值增長速度均低于空白樣，表明茶多酚對牡丹籽油具有抗氧化作用?？瞻讟?5℃下放置50 h，即達到GB 2716—2005規(guī)定的過氧化值上限值0.25 g/100 g；以此為標準，添加0.01%茶多酚的牡丹籽油可放置66.5 h，添加0.04%茶多酚的牡丹籽油可放置100.8 h，表明茶多酚在GB 2760—2014規(guī)定的添加量范圍內對牡丹籽油的抗氧化效果存在量效關系。茶多酚之所以能對包括牡丹籽油、核桃油、橄欖油在內的多種油脂發(fā)揮抗氧化作用[14,16,18]，可能與其存在的沒食子酸酯和C環(huán)上的雙鍵有關，而且茶多酚各成分之間還存在著抗氧化協(xié)同作用[21]。

2.2 茶多酚、TBHQ和BHT對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響

結合國內文獻報道茶多酚對牡丹籽油的抗氧化效果較為理想的添加量[22]，在牡丹籽油中分別添加0.02%的茶多酚、TBHQ、BHT，置于65℃烘箱中貯存，取樣測定牡丹籽油過氧化值隨貯存時間的變化，同時檢測分析其酸價有無變化，以探討茶多酚、TBHQ和BHT對牡丹籽油抗氧化性能的差異，結果見圖2、圖3。

圖2 添加0.02%茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油過氧化值隨貯存時間的變化

圖3 添加0.02%茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油酸價隨貯存時間的變化

由圖2可知，與空白樣相比，不同的抗氧化劑均能明顯延緩牡丹籽油的氧化過程，其中添加TBHQ的牡丹籽油過氧化值增長得最為緩慢，貯存480 h過氧化值僅為0.85 g/100 g，其次為添加BHT的牡丹籽油，過氧化值也增長得較為緩慢，而茶多酚對牡丹籽油的抗氧化效果均明顯弱于TBHQ、BHT，貯存480 h過氧化值增長至1.23 g/100 g，因此這3種抗氧化劑的抗氧化效果依次為TBHQ>BHT>茶多酚。此結果與國內同類研究相一致[23]。

酸價是判斷油脂酸敗程度的依據(jù)之一。由圖3可知，空白樣與添加抗氧化劑茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油的酸價盡管都存在一定波動，但增長幅度很小，均符合GB 2716—2005中規(guī)定的食用植物油酸價(KOH)小于等于3 mg/g的要求，表明不同抗氧化劑對牡丹籽油酸價的影響不大。上述油樣酸價的波動可能與貯存溫度較高而導致油脂水解有關，但由于油中殘留水分較少，因而牡丹籽油的水解程度受限。添加抗氧化劑的牡丹籽油酸價增長幅度要低于空白樣，可能與抗氧化劑抑制了牡丹籽油的氧化速率有關，相應地酸敗反應更為緩慢。

2.3 溫度對添加茶多酚的牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響

牡丹籽油添加0.02%茶多酚后分別置于25、35、45、55℃和65℃的熱風干燥箱中貯存，取樣測定牡丹籽油過氧化值隨貯存時間的變化，以探討不同溫度對添加茶多酚的牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響，結果見圖4。

圖4 溫度對添加茶多酚的牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同溫度條件下，過氧化值隨著貯存時間的延長而逐漸升高， 且過氧化值增幅隨溫度升高而增大，表明溫度是影響牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的主要因素，且溫度越高對與氧化程度直接關聯(lián)的油脂貨架期越為不利。

2.4 牡丹籽油貯存過程中品質變化的動力學模型

為了探究添加茶多酚后牡丹籽油的穩(wěn)定性與溫度之間的關系，根據(jù)化學反應動力學原理[24]和圖4數(shù)據(jù)，分別用零級反應動力學方程(c=c0-kt)和一級反應動力學方程(c=c0e-kt)對牡丹籽油在不同溫度下的過氧化值進行擬合，得到回歸方程和相關系數(shù)，結果如表1所示。

由表1可知，在相同溫度下，零級反應速率方程的回歸系數(shù)小于一級反應，擬合度低，說明牡丹籽油氧化反應屬于一級反應。從方程可看出，過氧化值變化速率隨溫度升高而加快，說明溫度對油脂的氧化有加速作用。

由表1得不同溫度下的k值，用lnk對絕對溫度的倒數(shù)1/T作圖，可得到一條斜率為-Ea/R的直線，求得Ea和k0，如圖5所示。

表1 牡丹籽油在不同溫度下基于過氧化值的回歸方程

圖5牡丹籽油貯存溫度及其對應的反應速率的回歸分析

由圖5可知，Ea/R=4 026.5，lnk0=6.712 3，R2=0.917 9，說明lnk與1/T具有較好的線性相關性。在此基礎上建立添加0.02%茶多酚的牡丹籽油貯存過程中氧化反應速率k與貯存溫度T之間的Arrhenius方程為：

(3)

2.5 貨架壽命的動力學模型預測

把食用植物油衛(wèi)生標準中過氧化值的最高允許限量0.25 g/100 g作為牡丹籽油貨架期的終點，采用牡丹籽油氧化動力學模型可計算出不同溫度下添加0.02%茶多酚的牡丹籽油的氧化反應速率，代入一級動力學方程中即可預測出添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同貯存溫度下貨架期的理論值，結果見表2。

表2 添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同貯存溫度下的貨架期

由表2可知，添加0.02%茶多酚可明顯延長牡丹籽油的貨架期，且隨溫度升高，牡丹籽油的貨架期縮短。在室溫(25℃)下，添加0.02%茶多酚的牡丹籽油的貨架期預計可達645.30 h。

3 結 論

(1)采用Schaal烘箱加速氧化法研究65℃下茶多酚對牡丹籽油氧化穩(wěn)定性的影響，結果表明不同茶多酚添加量的牡丹籽油過氧化值增長速度均低于空白樣，且在GB 2760—2014規(guī)定的添加量范圍內對牡丹籽油的抗氧化作用隨其添加量增加而增大。

(2)不同的抗氧化劑均能明顯延緩牡丹籽油的氧化過程，添加0.02%抗氧化劑對牡丹籽油的抗氧化效果依次為TBHQ>BHT>茶多酚，即合成抗氧化劑的抗氧化性能優(yōu)于茶多酚；添加抗氧化劑的牡丹籽油的酸價增長幅度低于空白樣，但酸價波動范圍均較小。