李世科 李春陽 曾曉雄

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工所1，南京 210014)(南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院2，南京 210095)(江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工技術(shù)重點實驗室3，南京 210014)

復合抗氧化劑對油茶籽油的氧化穩(wěn)定性研究

李世科1,2,3李春陽1,3曾曉雄2

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工所1，南京 210014)(南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院2，南京 210095)(江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工技術(shù)重點實驗室3，南京 210014)

研究了水酶法油茶籽油的脂肪酸組成以及TBHQ、PG、BHT對其抗氧化作用的影響。用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對油茶籽油進行脂肪酸組成的分析；并采用Schaal烘箱法，以過氧化值(POV)為指標，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，應用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計優(yōu)化抗氧化劑組合，同時比較檸檬酸和VC的協(xié)同增效作用。結(jié)果表明，該油脂主要由油酸(C18∶1)、棕櫚酸(C16∶0)、亞油酸(C18∶2)組成，不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)高達86.84%；使用0.02%TBHQ、0.009%PG和0.012%BHT為油茶籽油的復合抗氧化劑，0.02%VC為增效劑，能使其在20 ℃的預期貯藏時間從2個月延長到16個月，抗氧化效果顯著。

油茶籽油 抗氧化劑 優(yōu)化 二次通用旋轉(zhuǎn)組合

油茶(Camelliaoleifera)又叫茶子樹，是我國特有的木本油料，與油棕、油橄欖、椰子并稱為世界四大木本油料樹種，在我國南方廣泛種植，面積約為400萬hm2。油茶籽油系從油茶種子中提取獲得的油脂，又名茶籽油、茶樹油或山茶油[1]。茶籽油營養(yǎng)豐富，具有降血壓、降血脂和抑制動脈粥樣硬化等保健功效[2]。但是在光、熱、氧、金屬和自由基的影響下，茶籽油極易發(fā)生氧化，導致營養(yǎng)價值降低。此外，水酶法提取油茶籽油屬于浸出油，相對壓榨油等其他制油方法所得油脂穩(wěn)定性差，容易發(fā)生氧化酸敗[3]。因此，對水酶法油茶籽油氧化穩(wěn)定性進行研究，無疑具有重要的意義。目前國內(nèi)外對油茶籽油的研究大多集中在油脂提取、脂肪酸組成等方面[2-4]，對采用添加抗氧化劑提高其抗氧化性能的研究鮮見報道。

常用油脂抗氧化劑如二丁基羥基甲苯(BHT)、沒食子酸丙酯(PG)、特丁基對苯二酚(TBHQ)等酚類物質(zhì)對防止油脂氧化酸敗有一定效果，但是單獨使用時往往不能滿足要求且成本較高，因此需要通過復配發(fā)揮其協(xié)同增效作用[5]。本試驗針對水酶法油茶籽油，選用TBHQ、PG、BHT為抗氧化劑，利用“二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計法”優(yōu)化抗氧化劑組合，并建立相關(guān)數(shù)學模型，旨在為油茶籽油的加工與貯藏提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油茶籽：安徽省六安市，去殼風干粉碎后過60目篩，含水量6.62%、脂肪53.84%。

果膠酶NCB-PE40(最適pH 3.0～5.5，最適溫度45～55 ℃，酶活力30 000 U/g)、纖維素酶AE80(最適pH 4.0～6.5，最適溫度30～70 ℃，酶活力2 000 U/g)：湖南尤特爾生化有限公司；Acalase 2.4L(最適pH 6.5～8.5，最適溫度55～70 ℃，酶活力275 800 U/g)：諾維信公司。

硫代硫酸鈉、三氯甲烷、冰醋酸、碘化鉀、可溶性淀粉、檸檬酸等均為分析純；二丁基羥基甲苯(BHT)、特丁基對苯二酚(TBHQ)、沒食子酸丙酯(PG)、抗壞血酸(VC)均為食用級。

202-0型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海滬南科學儀器聯(lián)營廠；AL-104電子分析天平：梅特勒托利多儀器有限公司；7890A氣相色譜儀：美國Agilent；以及測定油脂過氧化值(POV)所需的玻璃儀器等。

1.2 試驗方法

1.2.1 茶籽油制取方法

油茶籽→破壁酶水解→滅酶→冷卻→離心→乳化油→堿提→蛋白酶水解→滅酶→離心→茶籽清油

破壁酶水解：復合破壁酶(果膠酶∶纖維素=2∶1)，加酶量1.2 %，料液比1∶6，酶解溫度50 ℃，pH 4.5, 酶解時間3 h；

堿提：料液比1∶1，pH 9.0，溫度60 ℃，時間40 min；

蛋白酶水解：Acalase 2.4L，加酶量1.0%，酶解溫度60 ℃，pH 9.0，酶解時間1 h；

滅酶：85 ℃水浴10 min；

離心：10 000 r/min條件下離心15 min。

1.2.2 脂肪酸組成分析

采用氣-質(zhì)聯(lián)用色譜法。氣相色譜條件：PEG-20M彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣為He，流量0.8 mL/min，分流比1∶50，進樣口溫度260 ℃，程序升溫：180 ℃保持1.5 min，然后以3 ℃/min升至230 ℃。質(zhì)譜條件：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度200 ℃，檢測器電壓350 V，質(zhì)量掃描范圍33～450 amu。

1.2.3 過氧化值(POV)的測定

參照GB/T 5538—2005測定。

1.2.4 油脂加速氧化試驗

參照文獻[6]，將100 g油茶籽油分別盛放于棕色廣口瓶中，先將3種抗氧化劑分別溶于乙醇中，再按照二次通用旋轉(zhuǎn)正交試驗設計的各抗氧化劑的量，將其添加于油脂中混勻，同時置于60 ℃的恒溫烘箱中進行強制氧化，6 d后取樣，測定POV值。

1.2.5 不同抗氧化劑對油茶籽油POV值的影響

按照1.2.4方法，以不加抗氧化劑的油樣為對照組，比較0.02% BHT、0.02%PG、0.02%TBHQ及復合抗氧化劑(0.02%TBHQ+0.01%PG+0.02%BHT)對油茶籽油的抗氧化效果。

1.2.6 單因素試驗

1.2.6.1 BHT添加量對油茶籽油POV值的影響

按照1.2.4方法，比較不同添加量0.005%、0.010%、0.015%、0.020% BHT對油茶籽油抗氧化效果。

1.2.6.2 PG添加量對油茶籽油POV值的影響

按照1.2.4方法，比較不同添加量0.002%、0.004%、0.006%、0.008%、0.010% PG對油茶籽油抗氧化效果。

1.2.6.3 TBHQ添加量對油茶籽油POV值的影響

按照1.2.4方法，比較不同添加量0.005%、0.010%、0.015%、0.020% TBHQ對油茶籽油抗氧化效果。

1.2.7 二次通用旋轉(zhuǎn)正交組合設計

二次通用旋轉(zhuǎn)試驗設計能使回歸預測值Y的方差是在球心為原點，半徑為r的球內(nèi)的1個常數(shù)。該設計的一致精度和需要試驗次數(shù)較少等優(yōu)點廣泛應用于科學試驗中[7]。以TBHQ、BHT和PG為試驗因子，以油茶籽油的POV值(Y)為目標，做三因素五水平的二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計，共計20個試驗點，用以確定最佳抗氧化劑組合。每個因素水平值的設計參考文獻資料和GB2760—2007中對各因素在油脂中使用限量的規(guī)定。

表1 因素水平表

1.2.8 增效劑的篩選

參照文獻[8]，采用Schaal烘箱試驗，比較檸檬酸、VC對復合抗氧化劑的協(xié)同增效作用。

1.2.9 油茶籽油貨架壽命的預測

參照文獻[8]，采用Schaal烘箱試驗，得出油茶籽油在60 ℃條件下的貯藏時間，并根據(jù)溫度與油脂貨架壽命系數(shù)的關(guān)系，外推得出20 ℃條件下油茶籽油的預期貯藏時間，作為油茶籽油的預期貨架壽命。

1.2.10 統(tǒng)計分析

二次通用旋轉(zhuǎn)正交組合設計的試驗結(jié)果分析在DPS數(shù)據(jù)處理軟件上運行，響應面分析在Design Expert軟件上運行。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶籽油的脂肪酸組成分析

由表2可知，油茶籽油中脂肪酸由飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸組成，不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)高達86.84%，其中油酸質(zhì)量分數(shù)達到78.00%，因此油茶籽油容易發(fā)生氧化。

表2 油茶籽油的脂肪酸組成

2.2 不同抗氧化劑對油茶籽油POV值的影響

由圖1可知，BHT、PG、TBHQ、復合抗氧化劑試驗組的POV值均低于對照組，尤其是TBHQ組和復合抗氧化劑組的POV值遠低于對照組。結(jié)果表明，BHT、PG、TBHQ均對油茶籽油具有顯著的抗氧化效果，抗氧化作用的大小順序為：復合抗氧化劑>TBHQ>PG>BHT。這可能因為TBHQ與油脂過氧化自由基作用后，產(chǎn)生的半醌式自由基，可通過分子內(nèi)部的共振而重新排列，呈穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這種半醌式自由基不再具備奪取油脂氫原子所需的能量，從而起到保護油脂的作用；BHT與油脂過氧化自由基作用后，不能生成半醌式結(jié)構(gòu)，而是產(chǎn)生具有中等程度的共軛離域自由基中間體，這可能是BHT抗氧化性能不如TBHQ的主要原因；PG的抗氧化性能源于它能自身氧化，降低食品內(nèi)部及環(huán)境的氧含量，還能與蛋白質(zhì)結(jié)合抑制某些氧化酶活性，提供氫原子與脂肪自由基結(jié)合，中止油脂的自動氧化連鎖反應；復合抗氧化劑優(yōu)于單一抗氧化劑，可能因為抗氧化劑在發(fā)揮抗氧化作用的同時，其相互之間產(chǎn)生的游離基生成了新的酚類化合物，可進一步與過氧化自由基結(jié)合而成為相對穩(wěn)定的物質(zhì)，繼續(xù)發(fā)揮抗氧化作用，使其抗氧化性能得以加強[9-10]。

圖1 不同抗氧化劑對油茶籽油POV值的影響

2.3 單因素試驗

2.3.1 BHT添加量對油茶籽油POV值的影響

由圖2可看出，隨著BHT添加量的增加，油茶籽油的POV值在下降。BHT對油茶籽油POV值影響顯著(P<0.05)，相鄰濃度除空白和0.005%2組之間POV值差異顯著(P<0.05)，其余相鄰2組之間POV差異不顯著(P>0.05)。

2.3.2 PG添加量對油茶籽油POV值的影響

由圖3可看出，隨著PG添加量的增加，油茶籽油的POV值在下降，添加量為0.008%時POV下降趨于平緩。PG對油茶籽油POV值影響顯著(P<0.05)，0.008%、0.010% 2組之間POV值差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同添加量BHT對油茶籽油抗氧化效果

圖3 不同添加量PG對油茶籽油抗氧化效果

2.3.3 TBHQ添加量對油茶籽油POV值的影響

由圖4可看出，隨著TBHQ添加量的增加，油茶籽油的POV值在下降。TBHQ對油茶籽油POV值影響顯著(P<0.05)，相鄰2組之間POV值差異顯著(P<0.05)。

圖4 不同添加量TBHQ對油茶籽油抗氧化效果

2.4 二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以TBHQ(X1)、PG(X2)、BHT(X3)為3個試驗因數(shù)，以油茶籽油POV值為目標，設計三因素五水平的二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗設計，用以優(yōu)化抗氧化的復配組合。試驗設計及結(jié)果如表3。由TBHQ、PG、BHT 3個因素對油茶籽油POV值影響相互作用所得結(jié)果見表4，同時根據(jù)多項式回歸方程Y=b0+∑biXi+∑bijXiXj+∑Xii2按試驗結(jié)果計算出擬合方程的各項系數(shù)，從而得到回歸方程：

Y=-6.67+1 303.45X1-430.54X2+2 320.05X3+15 833.33X1X2-114 444X1X3+28 055.55X2X3-30 593.07X12-2 308.80X22-94 480.85X32。

表3 二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計試驗方案及結(jié)果

由表4可知，回歸方程失擬檢驗F1=3.45F0.01(9,10)=4.94，說明回歸是顯著的，即試驗所選的3個因素對油茶籽油POV值有顯著影響。復相關(guān)指數(shù)R2=0.935 4，表明該數(shù)學模型3個因素對POV值的影響約占93.50%，而其他因素的影響和誤差僅占6.5%。對各試驗因子的偏回歸系數(shù)的檢驗結(jié)果表明：X1、X3的偏回歸系數(shù)達到極顯著水平(P<0.01)；X12、X32的偏回歸系數(shù)達到顯著水平(0.010.05)；交互項X1X3達到極顯著水平，而X1X2、X2X3均未達到顯著水平(P>0.05)，但由于二次項系數(shù)之間具有相關(guān)性，因此這些微弱的交互項原則上不能刪除。

表4 試驗結(jié)果方差分析表

2.4.1 主因子效應分析

從所建立的回歸方程的偏回歸系數(shù)絕對值的大小可判明因子的重要程度，系數(shù)的正負表示因子效應作用的方向。因此，各因素在試驗取值范圍內(nèi)對油茶籽油POV值作用大小依次為：X1(TBHQ)>X3(PG)>X2(BHT)，其中X1、X2、X3均為負效應。

2.4.2 單因子效應分析

將三因素中的2個固定在零水平，對數(shù)學模型進行降維分析，得到以其中1個因素為決策變量的偏回歸模型，結(jié)果見表5和圖5。

表5 單因子效應分析

圖5 各因子與油茶籽油POV值關(guān)系圖

由表5和圖5可以看出，TBHQ對油茶籽油POV值影響最大，其次是PG，BHT的影響最小，與2.2中結(jié)果吻合。由于TBHQ是一種二酚類抗氧化劑，可提供2個氫而成醌，而PG、BHT只有1個活性羥基。在相同添加量的情況下，TBHQ能提供更多的氫給油脂中的自由基，延緩油脂的氧化，故TBHQ抗氧化效果優(yōu)于PG和BHT。BHT的抗氧化效果不如PG有效，主要原因是BHT 2個叔丁基的存在，使其空間位阻更大[10]。

2.4.3 影響油茶籽油POV值響應面分析

以油茶籽油POV值為響應值，對TBHQ、PG、BHT 3個因素進行響應面分析，各因素交互作用，其等高線如圖6所示。由圖6可知，TBHQ和PG對油茶籽油POV值影響最顯著，變現(xiàn)為圓弧半徑最大，故TBHQ和PG添加量對油茶籽油POV值影響更大。BHT與其他2個因素的交互作用不如TBHQ和PG的交互作用明顯。

圖6 TBHQ、BHT、PG三因素響應面分析

2.4.4 最佳復合抗氧化劑組合的選擇

由于試驗因素不但存在著單因素效應，而且還存在著各因素之間各種復雜的交互效應，很難從單因素和交互效應分析中找到最佳優(yōu)化組合[11]，因此采用響應面分析法尋找最佳復合抗氧化劑配方。根據(jù)軟件分析，得到油茶籽油復合抗氧化劑最佳組合：0.02%TBHQ+0.009%PG+0.012%BHT，此時油茶籽油POV值預測中的最小值：2.515。

2.5 增效劑篩選

由圖7可知，在試驗范圍內(nèi)，2#和3#的POV值始終低于1#，且3#低于2#。這說明檸檬酸和VC均對復配抗氧化劑均表現(xiàn)出較強的協(xié)同作用，是良好的增效劑，且抗壞血酸的協(xié)同效果優(yōu)于檸檬酸。這是因為VC具有強還原性，可降低油脂中氧的濃度，還可以捕獲過氧化自由基，阻斷自由基鏈式反應，抑制油脂氧化；檸檬酸可將金屬離子螯合，降低金屬離子對油脂氧化的催化活性[12]。

圖7 不同增效劑對復合抗氧化劑的協(xié)同作用效果

2.6 油茶籽油貨架壽命的預測

在60 ℃下，以不加抗氧化劑油樣為對照組，以添加0.02%TBHQ+0.009%PG+0.012%BHT+0.02%VC的油樣為試驗組，進行油茶籽油貯藏試驗，結(jié)果見表6。以油脂的過氧化值6 mmol/kg為上限，根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式計算60 ℃條件下貯藏時間并預測20 ℃條件下預期貯藏時間，計算結(jié)果四舍五入取整。結(jié)果表明，0.02%TBHQ+0.009%PG+0.012%BHT為抗氧化劑，0.02%VC為增效劑，在60 ℃條件下，可使油茶籽油的貯藏時間從4 d延長到30 d；而在20 ℃條件下，可使油茶籽油的預期貯藏時間由2個月延長至16個月。

表6 60 ℃條件下油茶籽油貯藏試驗

3 結(jié)論

3.1 單因素效應分析表明，對油茶籽油抗氧化能力TBHQ>PG>BHT。

3.2 采用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設計試驗方法，建立影響油茶籽油POV值的TBHQ、BHT、PG組合優(yōu)化數(shù)學模型為：Y=-6.67+1 303.45X1-430.54X2+2 320.05X3+15 833.33X1X2-114 444X1X3+28 055.55X2X3-30 593.07X12-2 308.80X22-94 480.85X32。

3.3 使用0.02%TBHQ+0.009%PG+0.012%BHT作為油茶籽油抗氧化劑，0.02%VC為增效劑，使其在60 ℃條件下的貯藏時間由4 d延長到30 d，在20 ℃條件下的預期貯藏時間從2個月延長到16個月，抗氧化效果明顯。

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Lipid Oxidative-Controlling Effects of Multiple Antioxidants on Camellia Oleifera Seed Oil

Li Shike1,2,3Li Chunyang1,3Zeng Xiaoxiong2

(Institute of Agro-Food Science and Technology, Jiangsu Academy of Agriculture Science1, Nanjing 210014)(College of Food Science and Technology, Nanjing Agriculture University2, Nanjing 210095)(Jiangsu Cereals and Oil Quality Control and Processing Technology Important Laboratory3, Nanjing 210014)

Camellia oleifera seed oil fatty acid composition and TBHQ, PG and BHT on anti-oxidative protection of camellia oleifera seed oil have been studied. Fatty acid composition of camellia oleifera seed oil has been detected by gas chromatography-mass spectrometry. The rotary unitized design principles were applied to optimize the combination of antioxidants on the basis of single factor experiments according to the peroxide value of the oil with Schaal experiment; citric acid (CA) and VC have been compared by synergistic effect to the optimized compound antioxidants. The results indicated that the oil was mainly composed of oleic acid (C18∶1), palmitic acid (C16∶0), linoleic acid (C18∶2); the total content of unsaturated fatty acid was up to 86.84%; on condition with addition of compound of 0.02% TBHQ, 0.009% PG and 0.012% BHT as multiple antioxidants, 0.02%VC as synergist could effectively inhibit the oxidation. The assurance period of the camellia oleifera seed oil could be prolonged from 2 months to 16 months at 20 ℃ to display a marked improving effect on anti-oxidation performance．

camellia oleifera seed oil, antioxidant, optimization, quadratic general rotary unitized design

TS225

A

1003-0174(2016)02-0081-06

江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工重點實驗室開放性課題(LYPK2012002)，國家人力資源和社會保障部留學人員科技活動擇優(yōu)資助([2010]412號)

2014-06-19

李世科，女，1989年出生，碩士，食品科學

李春陽，男，1966年出生，研究員，博士，營養(yǎng)與活性物質(zhì)、農(nóng)產(chǎn)品精深加工