復(fù)配天然抗氧化劑對(duì)核桃油抗氧化性能及貨架期的影響

楊進(jìn)芳，彭 丹，陳名揚(yáng)，楊嘉盛，畢艷蘭

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

核桃油是一種理想的保健油脂，隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，其越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)，產(chǎn)量和需求量逐年上升[1]。然而，核桃油中含有豐富的多不飽和脂肪酸[2]，在加工、儲(chǔ)藏和銷(xiāo)售過(guò)程中常常出現(xiàn)氧化酸敗現(xiàn)象，使其風(fēng)味劣變、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，甚至產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)[3-5]，給企業(yè)帶來(lái)極大經(jīng)濟(jì)損失。

為延緩油脂氧化，添加抗氧化劑是較有效的手段之一?？寡趸瘎└鶕?jù)來(lái)源不同，分為合成抗氧化劑和天然抗氧化劑[6]。合成抗氧化劑具有價(jià)格低、抗氧化效果好等特點(diǎn)，如特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)、二丁基羥基甲苯(BHT)、丁基羥基茴香醚(BHA)等被廣泛應(yīng)用于油脂領(lǐng)域，但由于其存在一定的安全隱患[7-9]，部分國(guó)家已經(jīng)限制或禁止使用。而天然抗氧化劑無(wú)毒無(wú)害，具有良好抗氧化效果，已成為油脂抗氧化劑發(fā)展的必然趨勢(shì)[10]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)核桃油抗氧化方面的研究主要是對(duì)儲(chǔ)存條件的控制及合成抗氧化劑的使用。Baerle等[11]考察了合成抗氧化劑對(duì)冷榨核桃油氧化穩(wěn)定性的影響。Martínez等[12]研究了TBHQ、迷迭香提取物、抗壞血酸棕櫚酸酯及其復(fù)配對(duì)核桃油的抗氧化效果，結(jié)果顯示避光條件下核桃油中添加0.01%TBHQ+0.02%抗壞血酸棕櫚酸酯的抗氧化效果最佳。趙聲蘭等[13]采用schhal烘箱法研究了不同抗氧化劑及增效劑對(duì)核桃油的抗氧化作用，結(jié)果表明TBHQ的抗氧化效果最佳，抗壞血酸和檸檬酸是TBHQ和BHT良好的增效劑。趙菁等[14-15]分別采用不同方法考察了合成抗氧化劑與天然抗氧化劑復(fù)配使用對(duì)核桃油氧化穩(wěn)定性的影響。近年來(lái)，對(duì)合成抗氧化劑與天然抗氧化劑復(fù)配使用的研究較多[16-18]，而對(duì)天然抗氧化劑復(fù)配使用的探討較少。作者通過(guò)Rancimat法研究天然抗氧化劑VE、迷迭香提取物、茶多酚對(duì)核桃油的抗氧化效果，在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法建立VE、迷迭香提取物、茶多酚添加量與核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的關(guān)系模型，尋求最佳復(fù)配天然抗氧化劑配方，為核桃油的生產(chǎn)和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

核桃油(不含抗氧化劑)：晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司。

茶多酚(兒茶素含量75.29%)：長(zhǎng)興三聚生物科技有限公司；維生素E(90.69%)：豐益生物科技江蘇有限公司；迷迭香提取物(鼠尾草酚、鼠尾草酸10.80%)：海南舒普生物科技有限公司。以上均為食品級(jí)添加劑。

正己烷、異丙醇、三氯甲烷、冰乙酸、乙醇(95%)、碘化鉀、無(wú)水乙醚、可溶性淀粉、硫代硫酸鈉等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

892Rancimat氧化酸敗儀：瑞士Metrohm公司；BP211D電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；WGL-125B電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；Waters 2695高效液相色譜儀：美國(guó)Water公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指標(biāo)測(cè)定

酸價(jià)測(cè)定參照GB 5009.229—2016；過(guò)氧化值測(cè)定參照GB 5009.227—2016。

1.3.2 生育酚含量測(cè)定

生育酚含量測(cè)定參照GB/T 26635—2011。測(cè)定條件：Waters 2475熒光檢測(cè)器，Sun Fire Prep Silica色譜柱 (4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動(dòng)相正己烷與四氫呋喃的體積比為93∶ 7，柱溫30 ℃，發(fā)射波長(zhǎng)330 nm，激發(fā)波長(zhǎng)290 nm，流速 0.8 mL/min，進(jìn)樣量20 μL。

1.3.3 核桃油氧化穩(wěn)定性測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取3.00 g油樣，按照GB/T 21121—2007進(jìn)行試驗(yàn)，在氧氣通量20 L/h和設(shè)定溫度110 ℃條件下，利用892型Rancimat油脂氧化測(cè)定儀對(duì)核桃油及添加天然抗氧化劑核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間(t)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4 油脂貨架期預(yù)測(cè)

采用Rancimat法測(cè)定不同溫度(100、110、120、130 ℃)下未添加及添加天然抗氧化劑(VE、茶多酚、迷迭香提取物)核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間。參考文獻(xiàn)[19-20]繪制目標(biāo)溫度(T)與氧化誘導(dǎo)時(shí)間自然對(duì)數(shù)(lnt)之間的線性擬合曲線，利用外推法推算20 ℃下未添加及添加天然抗氧化劑核桃油的貨架期。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Matlab 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和制圖，采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃油基本理化指標(biāo)

表1和圖1分別為核桃油樣品的理化指標(biāo)和脂肪酸組成。由表1可知，核桃油的色澤和氣味均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 22327—2019)，其酸價(jià)和過(guò)氧化值均在國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)(酸價(jià)≤3 mg/g，過(guò)氧化值≤0.25 g/100 g(≈9.85 mmol/kg))。從圖1可以看出，核桃油中不飽和脂肪酸含量較高，占90%左右，其中多不飽和脂肪酸超過(guò)70%，而且天然抗氧化劑VE含量較低(表1)，僅為238.70 mg/kg，可見(jiàn)核桃油容易發(fā)生氧化酸敗。

表1 核桃油的理化指標(biāo)

圖1 核桃油的脂肪酸組成

2.2 不同天然抗氧化劑對(duì)核桃油氧化穩(wěn)定性的影響

不同天然抗氧化劑對(duì)核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響如圖2所示。核桃油未添加天然抗氧化劑時(shí)，氧化誘導(dǎo)時(shí)間僅為2.83 h，添加VE、迷迭香提取物和茶多酚時(shí)，其氧化誘導(dǎo)時(shí)間均增加，說(shuō)明3種天然抗氧化劑對(duì)核桃油均具有一定的抗氧化能力；隨著天然抗氧化劑添加量增加核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，且兩者具有較好的線性關(guān)系，分別為t=0.001 2CVE+3.388 3(R2=0.860 3)；t=0.005 9C迷+3.059 2(R2=0.982 7)；t=0.005 8C茶+2.802 6(R2=0.997 6)。

3種天然抗氧化劑的抗氧化能力不相同，迷迭香提取物的抗氧化作用較強(qiáng)，當(dāng)添加量為200、400 mg/kg時(shí)，核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間相對(duì)空白油樣分別增加了1.47、2.78 h；而VE的抗氧化作用相對(duì)較弱，同樣添加200、400 mg/kg時(shí)，核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間僅提高了0.66、1.28 h。趙菁等[14]研究了抗氧化劑對(duì)鐵核桃油氧化穩(wěn)定性影響，加入200 mg/kg茶多酚和VE的核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間分別為1.70、1.34 h，這與本研究結(jié)果中茶多酚的抗氧效果好于VE是一致的，但其氧化誘導(dǎo)時(shí)間略短。這可能是由于核桃油的品種、產(chǎn)地和加工條件不同，使得核桃油中不飽和脂肪酸和天然抗氧劑的含量存在差異；另外，天然抗氧化劑如茶多酚純度的不同，也會(huì)影響其抗氧化效果。雖然單一天然抗氧化劑能在一定程度上延緩油脂的氧化酸敗，但延長(zhǎng)時(shí)間難以滿(mǎn)足目前市場(chǎng)需求。因此，后續(xù)將考察復(fù)配天然抗氧化劑對(duì)核桃油氧化穩(wěn)定性的影響。

2.3 復(fù)配天然抗氧化劑對(duì)核桃油的抗氧化作用

2.3.1 復(fù)配天然抗氧化劑的篩選

將VE、迷迭香提取物和茶多酚分別添加到未添加抗氧化劑的核桃油中，按GB 2740—2014限量進(jìn)行添加，同時(shí)以未添加抗氧化劑的核桃油作空白對(duì)照，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2和圖2可知，組合1—4核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均大于空白組，同時(shí)也均大于單個(gè)天然抗氧化劑。這表明VE、茶多酚和迷迭香提取物對(duì)核桃油抗氧化具有協(xié)同增效作用。因此，篩選出天然抗氧化劑VE、茶多酚和迷迭香提取物進(jìn)行復(fù)配。

表2 復(fù)配天然抗氧化劑篩選

2.3.2 響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)配天然抗氧化劑配比

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以VE(A)、迷迭香提取物(B)、茶多酚(C)為自變量，油脂氧化誘導(dǎo)期(Y)為響應(yīng)值，采用Box-Behnken進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表3。

對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可得到各因素與響應(yīng)值之間的回歸方程：Y=7.66+0.17A+1.24B+0.54C-0.22AB-0.28AC-0.14BC-0.37A2-0.22B2-0.31C2。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析及誤差統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)表4和表5。由表4可知，該回歸模型P小于0.000 1，表明模型極顯著；模型失擬項(xiàng)不顯著(P=0.071 9>0.05)，說(shuō)明該方程擬合較好。在因素水平范圍內(nèi)容，對(duì)核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間(Y)的影響依次為B>C>A2>C2>AC>A>B2>AB>BC，其中A、B、C、AC、A2、B2、C2影響極顯著(P<0.01)，AB影響顯著(P<0.05)，BC影響不顯著(P>0.05)，表明3種抗氧化劑對(duì)核桃油的抗氧化作用并不是單純地疊加，具有一定協(xié)同作用。

表4 回歸模型方差分析

由表5可知，判定系數(shù)為0.993 2，表明該模型相關(guān)性較好；變異系數(shù)(1.81%)<10%，說(shuō)明試驗(yàn)的可信度和精確度較高；精密度又為信噪比，其值為36.984，大于4視為合理，可以很好地預(yù)測(cè)復(fù)合抗氧化劑對(duì)核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響。響應(yīng)面優(yōu)化得到天然抗氧化劑復(fù)合配方：VE添加量880 mg/kg、迷迭香提取物添加量690 mg/kg和茶多酚添加量340 mg/kg，此時(shí)核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間為8.82 h，相比于非添加抗氧化劑核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間延長(zhǎng)2.1倍。

表5 回歸方程模型誤差統(tǒng)計(jì)分析

為驗(yàn)證配方的有效性，在相同條件下進(jìn)行3次重復(fù)性平行試驗(yàn)，核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的平均值為9.03 h，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值基本相近，在模型誤差運(yùn)行范圍內(nèi)。采用響應(yīng)面優(yōu)化獲得的核桃油延緩氧化方案準(zhǔn)確可靠，對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

2.4 核桃油貨架期預(yù)測(cè)

對(duì)添加最優(yōu)復(fù)合天然抗氧化劑的核桃油進(jìn)行不同溫度下氧化誘導(dǎo)時(shí)間測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 最優(yōu)復(fù)配天然抗氧化劑對(duì)核桃油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響

由圖3可知，隨加熱溫度升高，空白組和添加最優(yōu)組合天然抗氧化劑核桃油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均迅速縮短，溫度每升高10 ℃，氧化誘導(dǎo)時(shí)間縮短50%，且lnt與T具有較好線性關(guān)系，決定系數(shù)R2均大于0.99；根據(jù)擬合方程，添加最優(yōu)組合天然抗氧化劑的核桃油在常溫20 ℃下理論貨架期為385 d，相比于空白組貨架期延長(zhǎng)5.6倍，這與盧付青等[16]篩選出的核桃油復(fù)配抗氧化劑相比，20 ℃下理論貨架期延長(zhǎng)了97 d。

3 結(jié)論

采用Rancimat法對(duì)添加VE、迷迭香提取物、茶多酚及其復(fù)配組分的核桃油抗氧化能力進(jìn)行研究，抗氧化效果為迷迭香提取物>茶多酚>VE，復(fù)配天然抗氧化劑明顯優(yōu)于單一抗氧化劑，經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化得到復(fù)配天然抗氧化劑配方為VE添加量880 mg/kg、迷迭香提取物添加量690 mg/kg和茶多酚添加量340 mg/kg，此時(shí)氧化誘導(dǎo)時(shí)間8.82 h，添加最優(yōu)復(fù)配天然抗氧化劑的核桃油在20 ℃下的理論貨架期為385 d，有效延長(zhǎng)了易氧化油脂的貨架期，為油脂的加工、貯藏和銷(xiāo)售提供了參考。