馬 燕，許銘強(qiáng)，李喜弟，孟新濤，鄒淑萍，張 婷，張 謙

(1.新疆農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所/新疆主要農(nóng)副產(chǎn)品精深加工工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091；2.新疆西爾單食品有限公司，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】共軛亞油酸(conjugatedlinoleicacids, CLA)具有提高免疫力等一系列獨(dú)特的生理功能[1，2]，但天然CLA人體自身不能合成[3]，多以高亞油酸植物油為原料形式轉(zhuǎn)化生成。辣椒(CapsicumannumL.)是新疆“紅色產(chǎn)業(yè)”的重要支柱作物之一[4]，其在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，辣椒籽作為辣椒主要加工副產(chǎn)物，籽油中富含不飽和脂肪酸，其中亞油酸含量72.2%～74.26%[5]，可作為一種制備共軛亞油酸的經(jīng)濟(jì)、廉價(jià)原料新資源。若能利用高效、可行且易于生產(chǎn)的加工技術(shù)開(kāi)發(fā)辣椒籽油CLA新資源功效食品，不僅可為規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，也可大幅度提高辣椒籽的全效利用率和附加值，對(duì)延長(zhǎng)辣椒加工產(chǎn)業(yè)鏈，緩解資源，推進(jìn)果蔬副產(chǎn)物綜合利用和環(huán)境友好型的辣椒加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，我國(guó)對(duì)CLA的研究起步較晚，現(xiàn)主要研究從山核桃油[6]、紅花籽油[7]、茶油[8]、葵花籽油[9]等亞油酸含量較高的油脂中提取共軛亞油酸，但對(duì)辣椒籽油共軛亞油酸方面的研究尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。CLA的制備化方法主要有生物法[10]和化學(xué)法[11]。其中堿異構(gòu)化化學(xué)法得到的產(chǎn)物無(wú)毒、易處理、更適合工業(yè)化生產(chǎn)[12]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】采用堿異構(gòu)化制備共軛亞油酸的主要影響因素(溫度、壓力、堿性催化劑和醇類(lèi)溶劑種類(lèi))及加工工藝條件不同，會(huì)直接影響CLA的得率[13]，需尋找能夠大量廉價(jià)制取CLA的原料資源和可靠的制備方法[14]。需研究充分利用辣椒副產(chǎn)物—辣椒籽作為制備共軛亞油酸的新資源?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以冷榨后的辣椒籽油為試材，分析堿異構(gòu)法制備辣椒籽油共軛亞油酸的各因素對(duì)轉(zhuǎn)化效果的影響，研究堿異構(gòu)法的主要影響因素；探討各試驗(yàn)因素及交互作用對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響；通過(guò)總體優(yōu)化，為獲得辣椒籽油CLA最優(yōu)工藝條件，為新資源產(chǎn)品研發(fā)及辣椒副產(chǎn)物綜合利用提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

辣椒籽，新疆西爾單食品有限公司提供；辣椒籽油(亞油酸含量為72.82%)，自制；CLA標(biāo)準(zhǔn)品，購(gòu)于Sigma-Aldrich上海貿(mào)易有限公司。KOH、聚乙二醇、無(wú)水硫酸鈉、碘化鉀、濃鹽酸、正己烷、三氯乙酸等試劑為分析純，均購(gòu)于北京化學(xué)試劑有限公司。

TP-A1000型電子天平，福州華志科學(xué)儀器有限公司； EMS-18A磁力攪拌器，天津市歐諾儀器儀表有限公司；共軛亞油酸制備裝置(自制)；UV-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器廠(chǎng)；SENCO R-501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海申順生物有限公司。

圖1 自制共軛亞油酸反應(yīng)裝置Fig.1 Reaction diagram of conjugated linoleic acid by self-made device

1.2 方 法

1.2.1 CLA轉(zhuǎn)化率的測(cè)定[8]

CLA標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制: 將 CLA標(biāo)準(zhǔn)品100 mg用石油醚定容至 10 mL，配成標(biāo)準(zhǔn)溶液。從標(biāo)準(zhǔn)溶液中分別吸取20、40、60、80、100 μL CLA 定 容 至 100 mL，以正己烷為參比，采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其在 233 nm 處的吸光度。以 CLA 的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)， 吸光度為縱坐標(biāo)，繪制 CLA 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，得到的回歸 方程為y= 0.009 8x(R2= 0.999 6) 。

共軛亞油酸轉(zhuǎn)化率的測(cè)定: 取一定量的 CLA樣品，用正己烷稀釋?zhuān)袷帯Ｒ哉和闉閰⒈?，?233 nm 處測(cè)其吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品的質(zhì)量濃度，并按下式計(jì)算 CLA 轉(zhuǎn)化率：

1.2.2 堿異構(gòu)化制備辣椒籽油 CLA實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

參考陳麗敏[15]和潘群文[16]等方法。稱(chēng)取一定質(zhì)量的催化劑KOH與溶劑聚乙二醇加入辣椒籽油中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下油浴迅速加熱至一定溫度，充分反應(yīng)一段時(shí)間后終止反應(yīng)，冷卻至 60℃，加入一定溫水?dāng)嚢?0 min，并用 0.5 mol/L的濃鹽酸調(diào)節(jié) pH至2; 待靜置分層后，將上清液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，用蒸餾水洗至中性，再用無(wú)水硫酸鈉脫除多余水分，得辣椒籽油CLA樣品，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

在前期單因素試驗(yàn)得出較優(yōu)的工藝條件(反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間4 h、堿油比0.3、溶油比1.5)的基礎(chǔ)上，以共軛亞油酸轉(zhuǎn)化率為響應(yīng)值，選擇辣椒籽油反應(yīng)溫度(X1)、反應(yīng)時(shí)間(X2)、堿油比(X3)和溶油比(X4)這4個(gè)因素作為對(duì)轉(zhuǎn)化影響較大的試驗(yàn)因子。

1.2.4 辣椒籽油CLA氧化能力穩(wěn)定性測(cè)定

將辣椒籽油和辣椒籽油CLA置于60℃烘箱中進(jìn)行加速氧化，每隔2 d測(cè)定其過(guò)氧化值(POV)和TBA反應(yīng)物。

1.2.4.1 過(guò)氧化值測(cè)定[17]

參照GB 5009.227-2016的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4.2 TBA 反應(yīng)物測(cè)定[18]

稱(chēng)取2 g 樣品分別加入3 mL 蒸餾水、4 mL 20%三氯乙酸和2 mL 0.67%TBA混合均勻,沸水浴加熱15 min后冷卻，在5 000 r/ min條件下離心10 min，取下層清液于532 nm測(cè)定其吸光度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Design-Expert 11.00 進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，采用Origin9.2軟件進(jìn)行圖表繪制，利用Excel、SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面優(yōu)化

2.1.1 數(shù)學(xué)模型的建立

在前期單因素試驗(yàn)中，選擇反應(yīng)溫度(150、160、170、180、190℃)、反應(yīng)時(shí)間(2、3、4、5、6 h)、堿油比(0.9、0.7、0.5、0.3、0.1)和溶油比(0.5、1、1.5、2、2.5)進(jìn)行4因素3水平試驗(yàn)，通過(guò)單因素試驗(yàn)確定辣椒籽共軛亞油酸制備較佳工藝參數(shù)為反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時(shí)間4 h、堿油比0.3、溶油比1.5，并在單因素的基礎(chǔ)上以反應(yīng)溫度(X1)、反應(yīng)時(shí)間(X2)、堿油溶比(X3)和溶油比(X4)為響應(yīng)因子，進(jìn)行辣椒籽油共軛油酸制備工藝優(yōu)化研究，分析各因子對(duì)共軛轉(zhuǎn)化率(Y1)的影響。表1，表2

表1 因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface

表2 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Optimize experimental designs and results

續(xù)表2 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Optimize experimental designs and results

表3 回歸模型系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 3 Regression coefficients and significant test for quadratic polynomial model equation

共軛轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、堿油比和溶油比相互關(guān)系的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)回歸方程：

Y=86.03+1.08X1+4.82X2+2.39X3+3.15X4-4.91X1X2-2.53X1X3+0.73X1X4-4.98X2X3-5.72X2X4-7.01X3X4-0.07X12-4.74X22-2.82X32-6.88X42

模型中P=0.002 0<0.01，回歸模型極顯著，P=0.120 4>0.1，失擬項(xiàng)不顯著，該模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差??；模型中的部分一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和平方項(xiàng)影響顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.838 7，模型方程擬合程度較好。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的CV為0.58%，實(shí)驗(yàn)精確度越高，回歸方程符合模型建立。根據(jù)F值大小確定各因素對(duì)辣椒籽油CLA轉(zhuǎn)化率的影響依次為：反應(yīng)時(shí)間>溶油比>堿油比﹥反應(yīng)溫度。表3

2.1.2 響應(yīng)面圖分析與優(yōu)化

研究表明，響應(yīng)曲面圖較為平緩，反應(yīng)溫度和堿油比、溶油比之間對(duì)共軛轉(zhuǎn)化率交互作用不顯著。響應(yīng)曲面圖較為陡峭，反應(yīng)時(shí)間和堿油比、溶油比，堿油比和溶油比之間對(duì)共軛轉(zhuǎn)化率交互作用顯著。整個(gè)響應(yīng)曲面呈山丘形，共軛轉(zhuǎn)化率隨著各因子量的上升而增大，達(dá)到最高值后逐漸緩慢，每個(gè)影響因子對(duì)共軛轉(zhuǎn)化率都有一個(gè)最佳值。最優(yōu)點(diǎn)：X1=-0.11，X2=-0.35，X3=-0.48，X4=0.31，并得到最佳工藝組合為：反應(yīng)溫度為169℃、反應(yīng)萃取時(shí)間為4.4 h、堿油比為0.2、溶油比為1.7，模型預(yù)測(cè)共軛轉(zhuǎn)化率為84.72%。圖2

圖2 因子交互與共軛轉(zhuǎn)化率的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface diagram of factor interaction and conjugate conversion

2.1.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

研究表明，共軛轉(zhuǎn)化率分別為84.56%、84.13%、85.12%，平均值為84.60%(誤差0.12%)。所得最大預(yù)測(cè)值接近驗(yàn)證值，建立的模型與實(shí)際情況比較吻合。

2.2 CLA的氧化穩(wěn)定性

研究表明，相同天數(shù)的辣椒籽油CLA 過(guò)氧化值明顯高于辣椒籽油過(guò)氧化值。辣椒籽油過(guò)氧化值(0.78～2.71 mmol/kg)和辣椒籽油CLA過(guò)氧化值(0.8～2.13 mmol/kg)在前6 d 的變化較為穩(wěn)定，隨后上升較快，到第14 d辣椒籽油的過(guò)氧化值達(dá)10.95 mmol/kg，約為辣椒籽油CLA 的1.75倍。吸光度值越高，TBA反應(yīng)物的量越大。吸光度值隨著天數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，辣椒籽油吸光度值(0.125～0.3)和辣椒籽油CLA吸光度值(0.12～0.2)在前8 d 變化較為穩(wěn)定，隨后上升較快，到第14 d辣椒籽油的吸光度值達(dá)0.8，約為辣椒籽油CLA 的1.3倍。辣椒籽油CLA 具有較好的氧化穩(wěn)定性。圖3，圖4

3 討 論

在辣椒籽油CLA制備過(guò)程中，單一因素(反應(yīng)時(shí)間、溶油比、堿溶比和反應(yīng)溫度)對(duì)CLA轉(zhuǎn)化率雖有影響，但起主導(dǎo)作用的是不同因子間的交互效應(yīng)，隨著交互效應(yīng)越顯著，CLA轉(zhuǎn)化率越高。堿油比與溶油比交互作用對(duì)CLA轉(zhuǎn)化率影響極顯著，反應(yīng)時(shí)間與堿油比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度之間交互作用對(duì)CLA轉(zhuǎn)化率顯著，因子間的交互作用組合均存在單一最優(yōu)水平，可用于堿異構(gòu)化法制備辣椒籽油CLA工藝優(yōu)化，同時(shí)可根據(jù)顯著性分析結(jié)果，去除模型中不顯著項(xiàng)[19]，進(jìn)一步得到以下簡(jiǎn)化模型：Y=86.03+4.82X2+3.15X4-4.91X1X2-4.98X2X3-5.72X2X4-7.01X3X4-4.74X22-6.88X42，獲得轉(zhuǎn)化率較高的辣椒籽油CLA。在操作過(guò)程中，雖然較高的反應(yīng)溫度有利于提高CLA轉(zhuǎn)化率，但在反應(yīng)過(guò)程中亞油酸易發(fā)生分解、熱聚合及環(huán)化等副反應(yīng)，不利于共軛化和活性成分[20]，在操作過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。

圖3 辣椒籽油和辣椒籽油CLA中過(guò)氧化值比較Fig.3 Comparison of peroxide value between pepper seed oil and pepper seed oil CLA

圖4 辣椒籽油和辣椒籽油CLA中TBA反應(yīng)物比較Fig.4 Comparison of TBA reactant between pepper seed oil and pepper seed oil CLA

過(guò)氧化值和TBA反應(yīng)物分別反映了油脂氧化初產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物生成量，是衡量油脂氧化穩(wěn)定性的主要指標(biāo)[21]，測(cè)定過(guò)氧化值和TBA反應(yīng)物能夠更好地反映過(guò)氧化值穩(wěn)定性。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)辣椒籽油CLA的氧化穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，辣椒籽油CLA較辣椒籽油具有較好的氧化穩(wěn)定性，這可能與共軛不飽和脂肪酸和非共軛不飽和脂肪酸的氧化機(jī)理不同有關(guān)[22]。該結(jié)果與張紅玉等[8，23]研究結(jié)果一致。辣椒籽油和辣椒籽油CLA的TBA反應(yīng)物在前4 d 的吸光度值變化差異不大，這可能是由于CLA在氧化起始階段的過(guò)氧化物積累較少, 并能較快地轉(zhuǎn)變成氧化第二階段產(chǎn)物導(dǎo)致[23]。后期可進(jìn)一步探究其抗氧化機(jī)理，從而尋求提高其抗氧化水平的方法。

4 結(jié) 論

4.1采用響應(yīng)面優(yōu)化法建立了堿異構(gòu)化制備辣椒籽油CLA的二次回歸方程，并通過(guò)顯著性分析得到影響辣椒籽共軛轉(zhuǎn)化率的因素依次為：反應(yīng)時(shí)間>溶油比>堿油比﹥反應(yīng)溫度；辣椒籽油CLA的最佳轉(zhuǎn)化條件為：反應(yīng)溫度為169℃、反應(yīng)萃取時(shí)間為4.4 h、堿油比為0.2、溶油比為1.7，此時(shí)共軛轉(zhuǎn)化率為84.60%，辣椒籽油CLA較辣椒籽油具有更好的氧化穩(wěn)定性。

4.2辣椒籽油CLA可作為一種良好的運(yùn)動(dòng)食品和營(yíng)養(yǎng)輔助保健食品原料或功能性輔料。