(李亞男 王 韌 陳正行 袁汝玲 羅小虎 李 誠
(江南大學(xué)食品學(xué)院;糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室,無錫 214122)
以燕麥麩皮為原料提取燕麥油,不僅可以避免資源的浪費,還可以變廢為寶,大大提高了燕麥的附加值[1-2]。燕麥油中不僅含有優(yōu)質(zhì)的脂肪酸,而且富含多酚、甾醇、生育酚等多種活性成分,使得燕麥麩油在食品行業(yè)、藥用、高級護(hù)膚品中顯示出巨大的應(yīng)用潛力[3]。由于燕麥油在提取和精煉都存在一定局限性,燕麥油的應(yīng)用在某種程度上受到了限制。養(yǎng)膚化妝品是一類在基質(zhì)中添加有各種營養(yǎng)活性物質(zhì),可使人體皮膚直接獲得或補(bǔ)充所需的氨基酸、脂肪酸和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的有某種功效的化妝品[4]。在清除自由基類的化妝品中,常用的抗氧化劑有維生素E、維生素C、超氧化物歧化酶(SOD)、輔酶Q10、多酚類物質(zhì)以及類胡蘿卜素等[5]。將燕麥麩油提取并經(jīng)脫膠、脫酸精制處理后應(yīng)用到面霜中,燕麥麩油中的天然抗氧化活性物質(zhì)可保持面霜的穩(wěn)定性,也可增強(qiáng)面霜的抗氧化能力,燕麥麩油中還含有較為豐富的不飽和脂肪酸和一定量的糖脂和磷脂,對皮膚的滲透性好,可以軟化和增加皮膚的彈性,使皮膚柔軟光滑[6]。燕麥脂質(zhì)中除了非極性脂質(zhì)外,還含有約10%~35%的極性脂質(zhì),主要是磷脂和糖脂,磷脂和糖脂的結(jié)構(gòu)中具有極性和非極性基團(tuán),可以作為乳化劑使用;Forssell等[7]研究結(jié)果表明水化脫膠形成的燕麥極性脂質(zhì)的抗氧化活性是燕麥毛油的2~3倍,加入牛脂中,可以作為有效的抗氧化劑。
本研究對富含抗氧化活性物質(zhì)的燕麥麩油脫膠脫酸精煉,研究精制前后燕麥麩油基本理化性質(zhì)、脂肪酸組成、抗氧化物質(zhì)含量的變化;將精制后燕麥麩油和燕麥極性脂質(zhì)應(yīng)用到面霜中,考察面霜的抗氧化特性。
燕麥麩皮(自制):燕麥(壩莜3號)選自山西朔州,經(jīng)布勒MLU-202型實驗?zāi)シ蹤C(jī)處理后得到試驗用燕麥麩皮原料,其化學(xué)成分組成如表1所示。
表1 燕麥麩皮的化學(xué)成分組成
α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、β-谷甾醇、膽甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、BSTFA+TMCS(99∶1);Novozym 435固定化脂肪酶;福林酚試劑;正己烷、乙醇、乙醚、酚酞、可溶性淀粉、碘化鉀、三氟化硼-乙醚、氯甲烷和冰醋酸(分析純);單硬脂酸甘油酯、橄欖油、十六醇、十八醇(化學(xué)純);礦油、聚氧乙烯月桂醚、尼泊金丙酯。
UV1102型分光光度計,CW-2000微波-超聲協(xié)同萃取儀,Agilent高效液相色譜儀,1260系列帶紫外檢測器(VWD),GC-2010島津氣相色譜儀,Scion SQ 456氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。
1.3.1 微波-超聲輔助提取燕麥麩油
稱取20 g的燕麥麩皮(40目),放入500 mL的反應(yīng)器中,加入提取溶劑240 mL(正己烷∶乙醇=1∶1),浸泡5 min后,放入微波爐中,連接冷凝回流裝置,在300 W功率下間歇加熱(防止提取液暴沸,啟動微波-超聲15 s后,暫停45 s為一個周期)提取60 s,取出冷卻10 min,在4 000 r/min條件下離心30 min,取上清真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),即得到燕麥麩油[8],在此條件下,燕麥麩油的得率為6.88%,提取率為83.4%。
1.3.2 燕麥麩油脫膠
將多次提取所得燕麥麩油加熱至75 ℃,加入5%、10%的同溫去離子水,攪拌10 min,靜置保溫30 min,冷卻至室溫,4 000 r/min離心30 min,離心后用分液漏斗分出下層液體,即燕麥極性脂質(zhì),上層液體真空干燥除去水分,得脫膠燕麥麩油。選取水的添加量為5%和10%,考察其對燕麥麩油磷脂、糖脂和總酚的影響。
1.3.3 燕麥麩油脫酸
取10 g脫膠的燕麥麩油于錐形瓶中,加入一定量的甘油混勻,置于60 ℃的集熱式磁力加熱攪拌器中,加入4%的脂肪酶Novozym 435[9,10]混勻,磁力攪拌開始酯化脫酸反應(yīng)。離心除去酶顆粒和過量甘油,測定燕麥麩油的酸價,考察甘油添加量(1%、2%、4%、6%)和反應(yīng)時間(2、4、6 h)對酸價的影響。
1.3.4 燕麥麩油面霜的制備和抗氧化研究
按照配方[11,12](燕麥麩油10 g,礦油3.6 g,羊毛脂2.8 g,十六醇2 g,十八醇2.6 g,甘油6 g,乳化劑5 g(單硬脂酸甘油酯2.8 g和聚氧乙烯月桂醚2.2 g),尼泊金丙酯0.2 g)將油相原料放入燒杯中,在70 ℃下加熱溶解后,在持續(xù)攪拌下,加入預(yù)熱的水,充分溶解混勻;在70 ℃條件下,800 r/min乳化攪拌40 min;乳化停止后,在低轉(zhuǎn)速300 r/min攪拌5 min,冷卻到50 ℃以下,加入香精和防腐劑,緩慢攪拌一段時間至室溫;均質(zhì)機(jī)均質(zhì)2 min。
在水化脫膠過程中產(chǎn)生的燕麥極性脂質(zhì),含有豐富的磷脂和糖脂,而且其中還含有大量的抗氧化物質(zhì),制備工藝條件不變,配方中的10 g燕麥麩油替換為10 g橄欖油(即以橄欖油為主要的油相基質(zhì)),5 g復(fù)配乳化劑替換為3 g復(fù)配乳化劑和2 g燕麥極性脂質(zhì),即為燕麥極性脂質(zhì)面霜。
1.4.1 燕麥麩油的得率和提取率
燕麥麩油得率和提取率可根據(jù)式(1)和式(2)計算:
(1)
(2)
式中:Y為提取率/%;m2為空瓶和燕麥麩油質(zhì)量/g;m1為空瓶質(zhì)量/g;m0為燕麥麩皮粉末質(zhì)量/g。
1.4.2 理化指標(biāo)測定
脂肪測定,按“GB/T 5512—2008糧油檢驗糧食中粗脂肪含量測定”進(jìn)行,酸價的測定,采用“GB/T 5530—2005動植物油脂酸值和酸度測定”;過氧化值的測定,采用“GB/T 5538—2005動植物油脂過氧化值測定”;皂化值的測定,采用“GB/T 5534—2008動植物油脂皂化值的測定”;碘值的測定,采用“GB/T 5532—2008動植物油脂碘值的測定”;透明度、氣味的測定,采用“GB/T 5525—2008植物油脂透明度、氣味、滋味鑒定法”。
1.4.3 磷脂含量的測定
磷脂含量測定,參見“GB/T 5532—2008糧油檢驗磷脂含量的測定”。稱取油樣1 g,加入氧化鋅炭化,炭化完全后放入馬弗爐中灼燒至完全灰化,約2 h,再用10 mL鹽酸(1∶1)溶解灰分加熱至微沸,冷卻至室溫過濾到100 mL容量瓶中定容。利用鉬藍(lán)比色法測定,用磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液0.01 mg/mL繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,取一定量的待測液于50 mL容量瓶中,加入硫酸聯(lián)氨溶液8 mL,鉬酸鈉溶液2 mL,搖勻,沸水浴10 min,取出,冷卻至室溫,用水稀釋至刻度,靜置10 min,在650 nm的波長處測定吸光度。
1.4.4 糖脂含量的測定
燕麥油中碳水化合物的含量可以用來評估糖脂的含量[13]。由于燕麥油中含有大量的中性脂質(zhì),在測糖脂之前,需要對糖脂進(jìn)行提取。稱取油樣0.5 g加入1 mL乙醇(87%)和1 mL石油醚,渦旋振蕩一段時間,3 000 r/min離心5 min,重復(fù)3次合并上清,氮氣吹干,再用5 mL乙醇復(fù)溶,待測[14]。利用苯酚-硫酸法進(jìn)行測定,以葡萄糖為參照作標(biāo)準(zhǔn)曲線。取一定量的待測液于比色管中,加水至2 mL,加入5%的苯酚溶液1 mL,搖勻,迅速加入硫酸5 mL,搖勻,放置10 min,置 40 ℃水浴中保溫20 min,取出后迅速冷卻至室溫,在490 nm的波長處測定吸光度。
1.4.5 總酚含量測定
稱取0.2 g油樣,加入80%甲醇0.6 mL,渦旋混合4 min,3 000 r/min離心10 min,重復(fù)3次合并上清,氮氣吹干,加入50%乙醇1 mL復(fù)溶,待測[15]。采用福林酚試劑法測定,取0.5 mL多酚待測液加入50 mL容量瓶中,加入30 mL水,再分別加入1 mL福林酚試劑和3 mL NaCO3(1 mol/L),定容至50 mL,室溫避光2 h,765 nm測吸光度。以沒食子酸作標(biāo)準(zhǔn)品,配制0.1 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)液,按一定濃度稀釋后,測其吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,計算燕麥麩油中總酚含量。
1.4.6 燕麥麩油脂肪酸組成分析
甲酯化:稱取200 mg油樣,加入0.5 mol/L NaOH-CH3OH溶液2 mL,混勻后,65 ℃水浴加熱至油珠完全溶解。冷卻后,加入25%的BF3-CH3OH溶液2 mL,65 ℃酯化20 min,冷卻后加入2 mL正己烷,搖勻,加入2 mL飽和NaCl溶液振搖,離心取上層有機(jī)相,加入少量無水NaSO4除去微量的水。
色譜條件:FID檢測器;DB-WAX型毛細(xì)管色譜柱;進(jìn)樣口溫度250 ℃,檢測器溫度250 ℃;載氣為He;柱子升溫程序:初溫170 ℃,保持15 min,以5 ℃的速率升溫到240 ℃。質(zhì)譜條件:離子化模式為EI;電子能量70 eV;傳輸線溫度250 ℃;離子源溫度200 ℃。
1.4.7 生育酚含量的測定
燕麥麩油中生育酚的含量采用HPLC法測定,參照NY/T 1598—2008。色譜條件:流動相為甲醇/水(98∶2,V∶V);柱溫為30 ℃;色譜柱為Agilent ZORBAX SB-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm);流速為1 mL/min;進(jìn)樣量為20 μL;紫外檢測波長為300 nm。
1.4.8 甾醇含量的測定
稱取樣品2 g,加入1 mol/L氫氧化鉀-乙醇皂化處理,乙醚多次提取不皂化物,定容至100 mL,取5 mL吹干。加入250 μL吡啶和250 μL BSTFA+TMCS(99∶1)硅烷化處理[72]。色譜條件:色譜柱為SE-54(30 m×0.32 mm×0.25 μm);柱溫為265 ℃;載氣為He;進(jìn)樣口溫度為280 ℃;檢測溫度為290 ℃;分離比為20∶1/10∶1。
1.4.9 抗氧化活性評價
保持配方其他各組分不變,用橄欖油替代燕麥麩油作為陰性對照組,用橄欖油替代燕麥麩油后再加入0.05 g抗氧化劑維生素C(VC)作為陽性對照組。
本方法采用清除DPPH自由基的方法來評價面霜的抗氧化活性[5]。利用三氯甲烷和冰醋酸(60∶40)混合溶劑溶解面霜,將面霜溶液稀釋成5個不同濃度梯度(5、10、20、40、80 mg/mL),作為待測樣品溶液。加入2 mL待測液和2 mL濃度為0.04mg/mL DPPH暗處反應(yīng)30 min,517 nm測吸光度,以清除率為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo),繪制曲線。
面霜對DPPH自由基的清除率可根據(jù)式(3)計算。
(3)
式中:SA為樣品溶液對DPPH的清除率/%;A1為樣品溶液和DPPH溶液反應(yīng)的吸光度;A2為只加樣品溶液和DPPH溶劑的吸光度;A0為只加樣品溶劑和DPPH溶液的吸光度。
2.1.1 燕麥麩油的水化脫膠
由表2可知,采用水化脫膠,磷脂和糖脂含量降低50%左右,總酚含量降低20%以上,而水的添加量對磷脂和糖脂的含量影響不大,但對總酚的含量影響較大;燕麥麩毛油中溶于水的酚類物質(zhì)在水化脫膠的過程中被帶走[17],為減少酚類等抗氧化活性物質(zhì)損失,綜合考慮,選取5%的水添加量。
表2 燕麥麩油及其各組分中糖脂、磷脂、總酚含量
水化脫膠產(chǎn)生的燕麥極性脂質(zhì)部分富集了大量的磷脂、糖脂和酚類等抗氧化活性物質(zhì),磷脂和糖脂含量分別為(264.05±2.83)mg/g和(142.51±2.46)mg/g,總酚含量為(3 155.81±5.05)mg/kg。ETAZO-CASTREJON等[13]采用正己烷提取的燕麥油,利用水化脫膠,把燕麥油分成非極性脂質(zhì)和極性脂質(zhì)部分,分析了其中磷脂和糖脂的含量,與本試驗結(jié)果一致,并把此燕麥極性脂質(zhì)加入到面包配方中,可以增大面包體積,延緩面包的硬化及淀粉的回生。因此,水化脫膠產(chǎn)生的燕麥極性脂質(zhì)具有較高的利用價值。
2.1.2 燕麥麩油的酶法酯化脫酸
研究表明[9,10],Novozym 435是一種熱穩(wěn)定酶,具有良好的脫酸能力,適合于酯類的合成反應(yīng);本研究選用脂肪酶Novozym 435進(jìn)行脫酸,預(yù)實驗確定反應(yīng)溫度為60 ℃,加酶量為4%。在此條件下考察甘油添加量(1%、2%、4%、6%)和反應(yīng)時間(2、4、6 h)對酸價的影響,結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出,甘油的添加量對脫酸效果影響比較顯著,當(dāng)甘油的添加量為4%時,燕麥麩油的酸價下降較為明顯,因此,選取甘油的添加量為4%。當(dāng)酯化4 h時,酸價降低顯著,此時酸價下降約10 mgKOH/g,酯化超過4 h時,酸價的變化不明顯,然而延長酯化時間可能會對燕麥麩油中的抗氧化活性物質(zhì)有影響,因此,選取燕麥麩油的脫酸時間為4 h。
圖1 甘油添加量和反應(yīng)時間對燕麥麩油中酸價的影響
2.2.1 精制前后燕麥麩油理化性質(zhì)的變化
精制前后燕麥麩油中理化性質(zhì)的測定結(jié)果如表3所示。由表可知,經(jīng)過脫膠和脫酸后,燕麥麩油的品質(zhì)有一定的改善,燕麥麩毛油的酸價較高,游離脂肪酸含量較多,經(jīng)過酶法脫酸后,酸價降低為(2.58±0.08)mg KOH/g,降幅較大。燕麥麩毛油中的過氧化值為0 mmol/kg,經(jīng)過精制后燕麥麩油的過氧化值無變化,雖然精制的過程有高溫條件,但燕麥油脂并沒有發(fā)生氧化反應(yīng),可能與燕麥麩油中含有大量的抗氧化活性物質(zhì)有關(guān)。精制前后燕麥麩油的碘值和皂化值的變化不大,說明精制前后燕麥麩油的飽和度變化不大[18]。精制后的燕麥麩油透明度變亮,顏色變淺,與蔡紅燕等[19]的研究結(jié)果相接近。
表3 精制前后燕麥麩油理化性質(zhì)的變化
2.2.2 精制前后燕麥麩油脂肪酸含量的變化
精制前后燕麥麩油中脂肪酸含量的測定結(jié)果如表4所示。由表可知,燕麥麩油在精制過程中,所含的棕櫚酸、油酸和亞油酸這三種主要的脂肪酸含量雖有波動但變化不大,只有花生酸在精制后沒有檢出,說明在精制過程中燕麥麩油中低含量的脂肪酸有一定的損失[18]。故精制對燕麥麩油的脂肪酸含量影響不大。
表4 精制前后燕麥麩油脂肪酸含量的變化
2.2.3 燕麥麩油精制過程中總酚含量的變化
經(jīng)過水化脫膠和酶法脫酸后,測定脫膠油和脫酸油中總酚的含量,結(jié)果如表5所示。由表可知,燕麥麩毛油中的總酚含量最高,達(dá)(1 531.04±10.28) mg/kg,在脫膠和脫酸工藝過程中,總酚含量均有所減少,水化脫膠后,燕麥麩油中總酚含量為(1 232.35±5.40) mg/kg,相對于燕麥麩粗油,總酚的損失率為19.51%;酶法脫酸后,燕麥麩油中的總酚含量為(1 138.16±8.23) mg/kg,相比于脫膠油,總酚的損失率為7.64%。水化脫膠步驟是總酚含量損失最高的步驟,可能是因為酚類物質(zhì)是極性物質(zhì),而且大部分屬弱酸,易溶于水,因此在水化脫膠時與水接觸,使其容易被從燕麥麩油中帶走[20]。后續(xù)的酶法脫酸工藝可能造成酚類物質(zhì)的氧化,但對總酚含量的影響相對較小。
表5 精制過程中燕麥麩油中總酚含量的變化/mg/kg
2.2.4 燕麥麩油精制過程中生育酚含量的變化
由表6可知,燕麥麩毛油中生育酚的含量最高,為(84.15±2.47) mg/kg,經(jīng)過水化脫膠后降至(68.92±1.51) mg/kg,損失率為18.10%,這可能是由于水化脫膠過程中產(chǎn)生了大量的磷脂和糖脂,會帶走部分的生育酚,這一研究結(jié)果與Forssell等[7]研究相似,其試驗結(jié)果表明水化脫膠產(chǎn)生的極性脂質(zhì)中含有部分的生育酚。酶法脫酸后,生育酚的含量降為(62.28±0.81) mg/kg,損失率為9.63%。脫膠和脫酸過程中主要是α-生育酚的損失,可能與在長時間高溫條件下α-生育酚的自氧化有關(guān)[21]。而蔡紅燕[22]利用水化脫膠和堿煉脫酸對燕麥油進(jìn)行精制,結(jié)果表明燕麥油中的生育酚的損失率較高,為60.50%,可能由于堿煉脫酸過程中,生育酚與堿液的反應(yīng)和皂化物的吸附所造成的損失[23],而本試驗中燕麥麩油中生育酚的損失率相對較小,說明酶法脫酸對燕麥麩油中生育酚含量影響較小。
表6 精制過程中燕麥麩油中生育酚含量的變化/mg/kg
2.2.5 燕麥麩油精制過程中甾醇含量的變化
由表7可知,在脫膠和脫酸過程中,燕麥麩油中甾醇的含量均有所降低。燕麥麩毛油中甾醇含量最高,為(578.23±7.04) mg/100 g,在水化脫膠時,甾醇的損失率為13.73%,可能由于脫膠形成大量的磷脂和糖脂,帶走了部分的甾醇,脫酸過程中甾醇的損失率為7.95%,含量降為(459.21±9.30) mg/100 g,可能由于酶法脫酸過程中燕麥麩油在高溫中甾醇氧化損失。
表7 精制過程中燕麥麩油中甾醇含量的變化/mg/100 g
精制前后燕麥麩油的理化性質(zhì)有一定的改善,酸價大幅降低,但主要脂肪酸的組成無明顯變化;在精制過程中燕麥麩油中的抗氧化物質(zhì)有一定的損失[24],脫膠過程中,總酚、生育酚和甾醇的損失率分別為19.51%、18.10%和13.73%,脫酸過程中,總酚、生育酚和甾醇的損失率分別為7.64%、9.63%和7.95%;在水化脫膠過程中,產(chǎn)生了富含磷脂、糖脂和酚類物質(zhì)的燕麥極性脂質(zhì)。
由于橄欖油具有優(yōu)良的潤膚養(yǎng)膚作用,對皮膚有較強(qiáng)的滲透能力,比礦物油佳,經(jīng)常用于化妝品中。因此,選用橄欖油作為對比分析。燕麥麩油面霜的抗氧化活性分析如圖2所示,三種面霜對DPPH自由基的清除能力均隨濃度的增加而增大,與陰性對照(橄欖油替代燕麥麩油面霜)相比,燕麥麩油面霜對DPPH的清除能力顯著性提高。在80 mg/mL時,燕麥麩油面霜對DPPH的清除能力接近陽性對照(添加了抗氧化劑VC的面霜),DPPH自由基的清除率為84.88%,說明燕麥麩油面霜具有較強(qiáng)的抗氧化能力[25-26]。這與任清等[18]研究結(jié)果相似,其將燕麥油加入到化妝品中,能起到抗過敏及抗衰老等作用。燕麥麩油含有一定量的磷脂和糖脂,也含有酚類、生育酚、甾醇等抗氧化活性物質(zhì),可以形成穩(wěn)定的具有較強(qiáng)抗氧化活性的燕麥麩油面霜。
注:陰性對照:用橄欖油替代燕麥麩油面霜,陽性對照:用橄欖油替代燕麥麩油后再加入0.05 g抗氧化劑VC面霜
燕麥極性脂質(zhì)面霜的抗氧化活性分析如圖3所示,與陰性對照相比,燕麥極性脂質(zhì)面霜對DPPH的清除能力顯著性提高。在80 mg/mL時,燕麥極性脂質(zhì)面霜對DPPH的清除能力與陽性對照(添加了抗氧化劑VC)相當(dāng),且清除率為89.29%,由于燕麥極性脂質(zhì)中富集了大量的糖脂、磷脂和酚類等抗氧化活性物質(zhì),不僅可以作為乳化劑,而且還可以增強(qiáng)面霜的抗氧化能力,使其具有清除自由基、抗衰老等作用。呂程麗[27]研究磷脂作為乳化劑復(fù)配連翹多酚和南瓜子油在潤膚乳中的應(yīng)用,結(jié)果亦表明該潤膚乳有較好的使用效果和較高的抗氧化性能。
注:陰性對照:用橄欖油替代燕麥麩油面霜;陽性對照:用橄欖油替代燕麥麩油后再加入0.05 g抗氧化劑VC面霜;燕麥極性脂質(zhì)面霜:3 g復(fù)配乳化劑+2 g燕麥極性脂質(zhì)+10 g橄欖油。
本研究采用微波-超聲輔助提取燕麥麩油,對燕麥麩油的進(jìn)行水化脫膠和酶法脫酸處理,并將燕麥麩油和脫膠產(chǎn)生的燕麥極性脂質(zhì)添加到面霜中,研究其抗氧化特性。經(jīng)過水化脫膠和酶法脫酸精制后燕麥麩油的品質(zhì)得到有效改善,酸價大幅降低,過氧化值保持不變,燕麥麩油中主要的脂肪酸組成無明顯變化;精制前后燕麥麩油中的抗氧化物質(zhì)有一定的損失;水化脫膠的過程中,產(chǎn)生的燕麥極性脂質(zhì)富含磷脂、糖脂和多酚,可作為乳化劑與商用乳化劑復(fù)配應(yīng)用到化妝品中。在80 mg/mL時,燕麥麩油面霜和燕麥極性脂質(zhì)面霜對DPPH的清除能力較強(qiáng),具有較高的抗氧化能力。本研究將天然的燕麥麩油經(jīng)過精制以后應(yīng)用到面霜中,可提高燕麥麩油的經(jīng)濟(jì)附加值,拓展燕麥的綜合利用。