李 歌,张 超,苏优拉,陈贵林

(内蒙古大学生命科学学院,呼和浩特 010021;内蒙古自治区中蒙药材规范化生产工程技术研究中心,呼和浩特 010021)

高粱糠乙醇提取物对4种植物油氧化稳定性的影响

李 歌,张 超,苏优拉,陈贵林*

(内蒙古大学生命科学学院,呼和浩特 010021;内蒙古自治区中蒙药材规范化生产工程技术研究中心,呼和浩特 010021)

本文研究高粱糠乙醇提取物对葵花籽油、大豆油、花生油、玉米油的抗氧化作用,采用Schaal烘箱法,通过测定过氧化值、茴香胺值和脂肪酸组成的变化全面评价高粱糠提取物的抗氧化能力,并比较了高粱糠提取物与合成抗氧化剂BHA、BHT的抗氧化能力。结果显示,在加速氧化过程中,高粱糠乙醇提取物能显著(p<0.05)延缓4种植物油过氧化值与茴香胺值的增加,抑制多不饱和脂肪酸的分解,且随高粱糠提取物浓度的增加,其抗氧化能力逐渐增强。当高粱糠添加量为0.08%时,其抗氧化能力显著优于0.02% BHA,当添加量达0.16%时,其抗氧化能力显著优于0.02% BHT。本研究对高粱糠提取物在油脂抗氧化领域的应用提供了有力的理论依据。

高粱糠提取物,植物油,过氧化值,茴香胺值,脂肪酸组成

植物油是我们饮食的重要组成部分,富含磷脂、甾醇、维生素等营养成分,具有调节人体代谢、降血压、维持生殖系统功能等多种功效[1-2]。然而植物油中大量的不饱和脂肪酸使其在加工、贮存、运输中极易发生氧化酸败[3],油脂氧化不仅会使其感官性状劣变、营养成分损失,其氧化分解还会产生自由基、活性氧等,导致机体老化损伤,诱发心脑血管等疾病[4]。合成抗氧化剂如BHA、BHT、TBHQ等具有良好的抗氧化效果,广泛应用于食品工业[5],但研究表明其具有潜在的毒副作用和致癌性[6-7]。天然抗氧化剂因其安全,无毒日益受到人们的重视。

近年来研究表明,高粱中富含酚酸、黄酮、缩合单宁等酚类化合物,具有清除自由基、螯合金属、降低胆固醇、减少心血管疾病等功效[8-13],且这些酚类化合物主要集中在高粱种子的外壳中。Hyun[11]的研究表明高粱提取物具有抗氧化、抗微生物作用。Sikwese[4]的报道指出,高粱糠中酚类化合物含量和抗氧化活性是高粱全谷物的3倍。因此可以将高粱加工中被废弃的高粱糠作为潜在的天然抗氧化资源加以研究利用。本文综合比较高粱糠提取物对4种植物油抗氧化稳定性的影响,并与合成抗氧化剂BHA、BHT进行比较,旨在为高粱糠提取物在油脂抗氧化领域的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲁花压榨葵花籽油、玉米油、花生油、大豆油(不添加抗氧化剂) 内蒙古鲁花有限公司;高粱糠 购于吉林省松原市长岭县,品种为吉杂27;BHT、BHA 东京化成株式分社;无水乙醇、甲醇、冰乙酸、p-茴香胺、异辛烷、环己烷、可溶性淀粉、水杨酸、芦丁、一氯化碘、三氟化硼、碘化钾等 均为分析纯 国药集团化学试剂有限公司;正己烷 色谱纯 天津市风船化学试剂科技有限公司。

7890B-5977A气相色谱/质谱联用仪 美国安捷伦公司;Labconco Freezone 冷冻干燥机 芬兰Thermo Fisher;HeidolphHei-VAP系列旋转蒸发仪 德国Heidolph公司;UV-2450紫外可见分光光度计 日本Shimadzu;Kudos SK721 OLHC超声波发生器 上海科导超声仪器有限公司;远红外恒温干燥箱YHW-1103 天津市华北实验仪器有限公司;GSP-9160MBE隔水式恒温培养箱 上海博讯实业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 高粱糠提取物的制备 参考Rooney等[14-19]的提取方法,取洁净干燥高粱壳,经粉碎机粉碎,过20目筛,采用超声波辅助乙醇抽提方法,按固液比1∶8 v/v添加75%乙醇提取溶剂,进行超声波处理,频率53 kHz,功率140 W,温度30 ℃,超声波处理20 min,后乙醇回流提取,温度为60 ℃,提取时间1 h,连续提取三次,抽滤,合并提取浓缩液,于30 ℃减压浓缩,经真空干燥得高粱糠提取物(SBE)粉末,得率为13.35%±1.21%,于4 ℃冷藏备用。

m1:高粱糠提取物质量;m2:高粱糠质量。

1.2.2 含抗氧化剂油样的配制 将高粱糠提取物用乙醇溶解,分别添加到葵花籽油、花生油、大豆油、玉米油中,使其浓度梯度分别为0(空白对照)、0.04%、0.08%、0.16%,漩涡混合1 min,再将BHA、BHT分别添加到4种油样中,使其浓度为0.02%,漩涡混合1 min,添加抗氧化剂的油样澄清度与空白油样相近,均为无可见杂质的澄清液体。

1.2.3 过氧化值、茴香胺值的测定 采用Schaal烘箱法。将含有抗氧化剂油样和空白对照油样的锥形瓶置于(60±1) ℃的隔水式恒温培养箱内,分别测定其氧化前(第0 d)和氧化后(第14 d)的过氧化值、茴香胺值。过氧化值的测定方法依照GB/T 5538-2005/ISO 3960:2001;茴香胺值测定方法依照 GB/T 24304-2009/ISO 6885:2006。

1.2.4 油脂脂肪酸甲酯化 依照GB/T 17376-2008/ISO 5509:2000方法。取100 mg油样放入100 mL烧瓶中,加入4 mL NaOH甲醇溶液,水浴回流10 min,期间不断缓慢摇动烧瓶,加入5 mL三氟化硼甲醇溶液,继续煮沸3 min,从冷凝器顶部加入3 mL正己烷于沸腾混合溶液中,取下冷凝器,再加入20 mL NaCl饱和水溶液,塞住烧瓶,猛烈摇晃至少15 s,静置分层。吸取1～2 mL上层正己烷于具塞试管中,加入适量无水硫酸钠去除痕量的水,备用。

1.2.5 油脂脂肪酸的测定 根据文献[20-21],采用GC-MS法测定。气相色谱:HP-5MS UI型弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为高纯氦气(He);进样口温度250 ℃;分流比150∶1;流速1.0 mL/min;进样量1.0 μL;升温程序为:初温100 ℃,维持1 min,以10 ℃/min升至160 ℃,维持2 min,以1 ℃/min升至200 ℃,维持2 min,以2 ℃/min升至230 ℃,维持2 min,再以5 ℃/min升至250 ℃,维持5 min;质谱:EI电子源;扫描范围:50～500;检索谱库为NIST谱库,采用面积归一化法定量。

1.2.6 数据分析 实验数据使用SPSS 22.0软件,Microsoft Excel 2007分析。

2 结果与分析

2.1 高粱糠提取物与BHA、BHT对4种植物油过氧化值的影响

油脂氧化初期的产物是氢过氧化物,过氧化值是评价氢过氧化物的重要指标,常被用来评定油脂的氧化程度[22]。过氧化值越高,油脂的氧化程度越大。如图1所示,在4种植物油氧化第14 d时,添加高粱糠提取物(SBE)与BHA、BHT油样的POV显著低于空白油样,且随SBE添加量的增加,4种植物油的POV均逐渐降低,但POV变化幅度表现出明显不同。在葵花籽油中,SBE油样POV均显著低于空白组油样(p<0.05),且0.16% SBE油样POV最低。0.04% SBE、0.08% SBE油样POV值显著低于0.02% BHA油样POV,0.16% SBE油样POV显著低于0.02%BHT;在大豆油中,随SBE添加量的增加,POV下降幅度较为均匀,且均表现出显著性差异,0.16% SBE油样POV值最低。0.08% SBE油样POV低于0.02% BHA油样POV,但差异不显著,0.16% SBE油样POV显著低于0.02% BHT。

图1 不同浓度高粱糠提取物及合成抗氧化剂对4种植物油过氧化值的影响Fig.1 Effects of different concentrations of SBE and synthetic antioxidants on the peroxide value of four kinds of vegetable oils

在花生油中,0.04% SBE油样POV较空白油样下降了52.25%,SBE添加量为0.08%、0.16%时,其POV与0.04% SBE油样未表现出显著差异,0.02% BHA、0.02% BHT油样POV显著高于0.04% SBE油样;在玉米油中,当SBE添加量达0.04%与0.08%时,油样POV降低幅度较大,0.16% SBE油样POV降低最大,0.02% BHT油样POV显著高于0.04% SBE油样,0.02% BHA油样POV显著高于0.08%SBE、0.16%SBE。

从POV的变化可以看出,在氧化初期,SBE对4种植物油均表现出抗氧化能力,随SBE添加量的增加,其抗氧化能力逐渐增强,但在不同植物油中SBE抗氧化能力变化趋势表现出明显不同。葵花籽油中0.16% SBE油样POV较空白油样POV下降了70.21%,大豆油、玉米油、花生油分别下降了52.84%、48.19%、56.16%,由此分析SBE对4种植物油氧化前期抗氧化效果依次为:葵花籽油>花生油>大豆油>玉米油;在抑制油脂初级氧化产物形成方面,0.08% SBE抗氧化能力优于0.02% BHA,0.16% SBE抗氧化能力优于0.02% BHT。

2.2 高粱糠提取物与BHA、BHT对4种植物油茴香胺值(AV)的影响

氢过氧化物等初级氧化产物不稳定,高温下极易分解成次级氧化产物[21-23],如低级脂肪酸、醛、酮等,茴香胺值是评价油脂氧化后期次级氧化产物含量的一个指标。若茴香胺值超过10表明食用油已严重变质[22],其数值越大,变质程度越严重。

在葵花籽油中,随SBE添加量的增加,AV值显著降低,空白油样与0.16% SBE油样AV值分别为24.27、7.63,0.02% BHA与0.08% SBE油样AV值无显著性差异,0.02% BHT油样AV值在0.08% SBE与0.16% SBE AV值之间,未表现出显著性差异;大豆油中次级氧化产物明显增加,且SBE添加量为0.04%、0.08%与0.16%时AV值虽逐渐降低,但三者之间无显著差异,但均显著低于对照;0.04% SBE油样AV值显著低于0.02% BHA油样AV值,0.02% BHT油样AV值与0.04% SBE、0.08% SBE、0.16% SBE油样AV值未表现出显著性差异;在花生油中AV值随SBE添加量的增加逐渐降低,0.08% SBE油样AV值较0.04% SBE降低了0.33,未表现出显著性差异,0.16% SBE与空白油样AV值分别为2.32、3.76。花生油中0.02% BHA与空白油样AV值未表现出显著性差异,0.04% SBE油样AV值显著低于0.02% BHA(3.59),0.02% BHT油样AV值与0.16% SBE油样AV值差异不显著;玉米油的氧化趋势与花生油相似,0.16% SBE与空白油样AV值分别为5.63、16.56,0.04% SBE油样AV值显著低于0.02% BHA,0.02% BHT与0.08% SBE油样AV值无显著性差异。

在4种植物油氧化后期,SBE可以不同程度上提高其氧化稳定性,葵花籽油中0.16% SBE油样茴香胺值较空白油样(24.27)降低了68.56%,且不同浓度间抗氧化能力差别显著;大豆油在氧化后期0.16% SBE油样茴香胺值较空白油样(25.73)降低了22.85%,不同浓度间抗氧化效果不显著,说明SBE在氧化后期对大豆油的抗氧化能力较氧化前期减弱;在花生油和玉米油中0.16% SBE油样茴香胺值较空白油样分别降低了38.30%、66.00%。由分析可得,SBE在油脂氧化后期对4种植物油抗氧化能力依次为:葵花籽油>玉米油>花生油>大豆油。在不同植物油中,0.04% SBE抗氧化能力优于0.02% BHA(葵花籽油中0.16%SBE抗氧化能力显著优于0.02% BHA),0.08% SBE与0.02% BHT抗氧化能力相当。

2.3 高粱糠提取物与BHA、BHT对葵花籽油脂肪酸组成的影响

图2 不同浓度高粱糠提取物及合成抗氧化剂对4种植物油茴香胺值的影响Fig.2 Effects of different concentrations of SBE and synthetic antioxidants on the anisidine value of four kinds of vegetable oils

表1 不同浓度高粱糠提取物与BHA、BHT对葵花籽油脂肪酸组成的影响Table 1 Effects of different concentrations of SBE and BHA,BHT on fatty acid composition of sunflower oil

注:表中数据表示在加速氧化第14 d,SBE添加量为0、0.16%时葵花籽油中各类别脂肪酸含量的变化。表中数据为X±SD,同行不同小写字母表示各数据在0.05水平上有显著性差异(p<0.05,n=3)。

在植物油贮存过程中,不饱和脂肪酸(UFA)易发生氧化反应,UFA的氧化将导致饱和脂肪酸(SFA)含量的增加,从而影响其品质。从过氧化值和茴香胺值的测定结果可知,在加速氧化条件下,添加SBE能显著提高葵花籽油的抗氧化能力。所以,测定了SBE对葵花籽油脂肪酸组成的影响。

由表1可知,葵花籽油中含量较高的5种脂肪酸分别为棕榈酸(16∶0)、硬脂酸(18∶0)、油酸(18∶1)、亚油酸(18∶2)和山嵛酸(22∶0)。比较0 d和14 d的数据可知,在加速氧化过程中,多不饱和脂肪酸(PUFA)含量降低,单不饱和脂肪酸(MUFA)与SFA的含量会不同程度的增加,这与文献报道的结果一致[23-25]。而添加SBE油样的PUFA含量逐渐增加,0.16% SBE油样的PUFA较空白油样PUFA增加了0.76%,显著高于0.02% BHA,与0.02% BHT无显著性差异,MUFA、SFA含量均不同程度的降低,说明SBE能够有效抑制PUFA的氧化分解。

由此可知,添加SBE能够延缓葵花籽油氧化,减少不饱和脂肪酸的变化量。当SBE添加量达到0.16%时,葵花籽油的脂肪酸变化与0.02%BHT无显著性差异。分析得,酚类化合物不仅能阻碍自由基的产生与传播,还能阻碍不饱和脂肪酸的氧化,从而抑制油脂氧化的进行[21]。

3 结论

本实验通过对过氧化值、茴香胺值与脂肪酸组成的分析来评价高粱糠提取物的抗氧化能力,并比较了高粱糠提取物与BHA、BHT的抗氧化能力。经研究发现,高粱糠提取物能够有效延缓4种植物油的氧化进程,随高粱糠提取物浓度的增加,其抗氧化能力显著增强。高粱糠提取物对4种植物油过氧化值影响的顺序为:葵花籽油>花生油>大豆油>玉米油;对4种植物油茴香胺值影响的顺序为:葵花籽油>玉米油>花生油>大豆油。在葵花籽油中,添加SBE能够减少多不饱和脂肪酸的变化量,0.16% SBE抗氧化能力相当于0.02%BHT。高粱糠作为一种废弃物,从中提取有效的天然抗氧化成分,安全性高且成本低,将其开发为一种天然抗氧化剂具有实际应用价值。

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Effect of ethanol extracts from sorghum bran on oxidative stability of four kinds of vegetable oils

LI Ge,ZHANG Chao,SU You-la,CHEN Gui-lin*

(College of Life Science,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China；The Good Agriculture Practice Engineering Technology Research Center of Chinese and Mongolian Medicine in Inner Mongolia,Hohhot 010021,China)

The antioxidant effect of ethanol extracts from sorghum bran on sunflower oil,soybean oil,peanut oil and corn oil was studied using Schaal oven test. The changes in antioxidant stability of oils with incorporation of SBE or sythetic antioxidants(BHA,BHT)were measured by peroxide value,anisidine value and fatty acid composition. It was found that in comparison with control oils,the SBE group oils showed lower peroxide and anisidine value,and the degradation of polyunsaturate fatty acids was delayed.The antioxidant capacity of 0.08% sorghum bran extract was significantly better than 0.02% BHA. Moreover,when the amount of sorghum bran extract reached 0.16%,its antioxidant capacity was significantly better than 0.02% BHT. This study provided a strong theoretical basis for the application of sorghum bran extracts in the field of lipid preservation.

sorghum bran extract;vegetable oil;peroxide value;anisidine value;fatty acid composition

2016-06-20

李歌(1993-)，女，本科生，研究方向：药用植物化学，E-mail:hljlige@163.com。

*通讯作者:陈贵林(1961-)，男，博士，教授，研究方向：药用植物化学，E-mail:chengl@life.imu.edu.cn。

内蒙古大学2015年引进高层次人才科研启动金(21400-5165109)。

TS202.3

A

:1002-0306(2017)03-0118-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.014