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(曲靖師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,云南曲靖 655011)

油脂是人體所需的七大營養(yǎng)素之一,含人體必需脂肪酸,熱能較高,具有重要的生理功能。日光中有365 nm長波紫外光及少量254 nm中波紫外光。企業(yè)使用最多的熒光燈其光譜組成中包含了300～400 nm的紫外光波段[1]。有研究報道,500 nm以下的光對油脂氧化影響極大[2]。油脂或含油脂食品在加工、銷售、貯藏等過程中難免會受到日光和熒光燈所產(chǎn)生的紫外光影響,導(dǎo)致氧化酸敗,降低油脂及其制品的營養(yǎng)價值、感官質(zhì)量和食用安全性。為防止油脂氧化,BHA(丁基羥基茴香醚)、BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚)、TBHQ(特丁基對苯二酚)、PG(沒食子酸丙酯)等合成酚類抗氧化劑被廣泛應(yīng)用到油脂工業(yè)中,但短波光對其抗氧化效果的影響缺乏相關(guān)的研究報道。

因此本實驗選擇天然抗氧化劑含量較低、穩(wěn)定性較差、保質(zhì)期相對較短[3],在餐飲、烘焙、家庭等領(lǐng)域廣泛使用[4-7],而加工使用過程易受短波光照射的豬油(Lard)為對象(豬油中脂肪酸14∶0、16∶0、16∶1、18∶0、18∶1、18∶2、18∶3的含量分別為2.2%、25.9%、1.8%、14.6%、43.6%、8.3%、0.2%),研究不同波長(254、365 nm)紫外光照射時4種常用抗氧化劑的抗氧化效果,旨在探討紫外光對添加抗氧化劑后油脂氧化酸敗的影響,研究油脂及含油脂食品中使用抗氧化劑后,在加工、存儲、銷售、檢測等受紫外光照射情況下相關(guān)指標(biāo)的變化,也為開發(fā)抑制短波光照射油脂引起氧化酸敗的抗氧化劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬肥膘 曲靖某農(nóng)貿(mào)市場購買;BHA 98%,阿拉丁試劑有限公司;BHT(AR) 99%,山東西亞化學(xué)股份有限公司;TBHQ 98%,山東西亞化學(xué)股份有限公司;PG(AR) 99%,山東西亞化學(xué)股份有限公司;1,1,3,3-四乙氧基丙烷 98%,成都貝斯特試劑有限公司;其它試劑 均為AR級。

AL204-IC電子分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TU-1810紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;29SN-DP-501恒溫培養(yǎng)箱 天津試驗儀器廠;365 nm紫外燈、254 nm紫外燈 8 W/T5廣東三雄極光照明股份有限公司;自制紫外光照裝置 實驗室自制。

1.2 實驗方法

1.2.1 油樣的制備 按參考文獻[8-10]的方法適當(dāng)修改。豬肥膘經(jīng)絞肉機絞碎后,裝于不銹鋼鍋中,放置在電爐上熬煉,溫度控制在不超過160 ℃,過濾油渣,靜置沉降,取上層清油備用。取備用豬油加熱熔化后混勻,分別稱取400 g到口徑為9 cm同一批次生產(chǎn)的5個500 mL的燒杯中(確保光照面積和與空氣接觸面積一致)。在3個盛有豬油的燒杯中分別加入濃度為0.04 g/mL的BHA、BHT、TBHQ乙酸乙酯溶液2 mL,1個加入濃度為0.02 g/mL的PG乙酸乙酯溶液2 mL,1個加入2 mL乙酸乙酯作為空白對照樣。加熱并攪拌到溫度為85 ℃除去乙酸乙酯,得到符合GB 2760中規(guī)定的最大使用量(即BHA、BHT、TBHQ為0.2 g/kg,PG為0.1 g/kg)的試驗油樣和對照樣。

1.2.2 紫外光法試驗 為保證每份試驗油樣的光照時間和強度一致,所以設(shè)計光照裝置為,在一個可以旋轉(zhuǎn)的儀器臺上放上直徑約為25 cm的鐵圓盤,再在鐵圓盤中按“梅花狀”放入5個盛有試驗油樣的燒杯,用無級調(diào)速電動攪拌機帶動鐵圓盤旋轉(zhuǎn),控制旋轉(zhuǎn)速度為5～6 s/轉(zhuǎn)。盛有油樣的燒杯上方放置365 nm波長,8 W的紫外燈燈管,燈管到燒杯底部距離約為12 cm,開始光照時燈管與豬油表面距離為5 cm。照射一定時間后取樣檢測。每間隔約20 h取樣一次檢測。更換254 nm波長紫外燈同法進行光照試驗。裝置簡圖見圖1。

圖1 光照試驗裝置Fig.1 Illumination test device

1.2.3 檢測項目及方法

1.2.3.1 過氧化值(POV) 按照GB/T5009.227-2016中第一法進行測定。

1.2.3.2 酸價 按照GB5009.229-2016中第三法進行測定。

1.2.3.3 丙二醛 按照GB5009.181-2016中第二法進行測定。試驗得丙二醛回歸方程Y=1.2217X+0.0028,R2=0.9990。(Y為吸光度,A;X為丙二醛濃度,μg/mL)。

1.2.3.4 共軛二烯類(K232)、共軛三烯類(K270)測定方法[11]準(zhǔn)確稱取 0.05～0.20 g油樣于25 mL容量瓶中,加入正已烷溶解油樣并稀釋至刻度,將制備的溶液用1 cm石英比色皿,正己烷作空白對照,測定波長232、270 nm下的吸光度Ai,并按下式計算Ki值:

式中:Ki為共軛二烯或共軛三烯的相對含量;Ai為吸光度(波長為i=232 nm或270 nm);c為溶液的濃度,以g/100 mL溶液計;d為比色皿的長度,cm。

1.2.3.5 POV抑制率 參考文獻[12-15]進行測定。

注：POVY1是油脂中添加抗氧化劑試驗開始時的過氧化值;POVY2是油脂添加抗氧化劑并進行強制氧化一定時間后的過氧化值;POVK1是未加抗氧化劑油脂開始試驗時的過氧化值,POVK2是未加抗氧化劑油脂進行強制氧化試驗一定時間后的過氧化值。POV抑制率越大,說明抗氧化劑的抗氧化效果越好。

1.3 數(shù)據(jù)處理

過氧化值、酸價、丙二醛精密度按照標(biāo)準(zhǔn)要求,采用在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的絕對差值不超過算術(shù)平均值的10%。計算結(jié)果以重復(fù)性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的算術(shù)平均值表示。

以空白樣的試驗結(jié)果作為對照,考查不同抗氧化劑抗氧化效果與空白樣的組間差異性。采用Excel軟件進行z檢驗,z檢驗所得的單側(cè)p值越小,說明抗氧化劑的抗氧化性能越顯著,即紫外光對抗氧化劑性能影響越小。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫外光條件下4種抗氧化劑對豬油POV的影響

氫過氧化物的含量是評價油脂氧化程度的重要指標(biāo)。光氧化是油脂自動氧化的關(guān)鍵和直接的誘因[16]。光線可以提高自由基的生成速度,引發(fā)自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),加速油脂的氧化,通常光波長越短,油脂氧化速度越快,其中紫外線作用最為強烈[17]。油脂的光氧化機制分為兩類:Ⅰ類是在光的作用下,光敏劑吸收能量被激活,然后直接把油脂中的反應(yīng)物活化成游離基,進而開始鏈氧化反應(yīng)。Ⅱ類是光照后,基態(tài)氧(三重態(tài)氧3O2)在光敏劑的作用下激發(fā)成反應(yīng)性極強的激發(fā)態(tài)氧(單重態(tài)氧1O2),直接進攻不飽和脂肪酸的雙鍵,使雙鍵發(fā)生位移并生成相應(yīng)的氫過氧化物[18-19]。

從表1、表2的POV值及表3的POV抑制率比較可知,在試驗時間范圍內(nèi),254 nm光照下,4種抗氧化劑抑制過氧化物的能力很弱,BHT基本沒有抗氧化作用。并且隨著照射時間的增加,POV抑制率下降,表明抑制過氧化值的能力逐漸減弱;365 nm光照下4種抗氧化劑抑制過氧化物的能力也明顯較低,TBHQ略好于其它3種,194 h時POV抑制率值最大,為86.1%,BHA、BHT、PG的抗氧化效果基本相當(dāng),194 h時POV抑制率值最大,約為72～75%;POV抑制率對比可知,4種抗氧化劑受紫外光照時,254 nm光照射的影響明顯大于365 nm光照射的影響。由此說明,4種抗氧化劑在豬油中抑制過氧化物的效果與受光照射的波長有關(guān),波長越短,抑制過氧化物效果就越差。主要原因是,單重態(tài)(1O2)與酚型抗氧化劑的反應(yīng)速度常數(shù)最高,為1×106m-1s-1,而與油酸酯及亞油酸酯的反應(yīng)速度常數(shù)約為1×105m-1s-1,過氧自由基的傳遞反應(yīng)速度常數(shù)約為1×104m-1s-1[20]。所以試驗研究的4種酚型抗氧化劑能有效抑制自由基的傳遞,但不能淬滅單重態(tài)(1O2),抑制光氧化的進行。只有能有效淬滅單重態(tài)氧分子的淬滅劑,才能有效地抑制油脂的光氧化。有報道表明,維生素E、類胡蘿卜素、酚類雙萜能夠產(chǎn)生酚氧基淬滅單線態(tài)氧,抑制光敏氧化物的生成,還可以釋放活潑氫,與脂氧自由基或脂過氧化自由基結(jié)合,形成較穩(wěn)定的生育酚游離基,使不飽和油脂免受自由基、單重態(tài)氧攻擊,從而起到抗氧化效果[21-22]。

表1 254 nm紫外光照下豬油過氧化值的變化Table 1 The change of peroxidation value of lard under 254 nm UV light

表2 365 nm紫外光照下豬油過氧化值的變化Table 2 The change of peroxidation value of lard under 365 nm UV light

表3 不同紫外光照下過氧化值抑制率的變化(%)Table 3 The change of inhibition rate of peroxidation value under different UV light(%)

2.2 不同紫外光條件下4種抗氧化劑對豬油酸價的影響

油脂氧化的初級氫過氧化物產(chǎn)物非常不穩(wěn)定,易分解為醛、酮、酸等,因此酸價也是評價油脂氧化變質(zhì)程度的一個重要指標(biāo)。由表4、表5可知,在試驗范圍內(nèi),254 nm光照的酸價上升速度明顯大于365 nm光照的速度。有研究發(fā)現(xiàn),大豆油被UV-365照射的酸價比VIS-450照射的酸價高,原因是UV-365光比VIS-450光能量高[23],說明波長越短,越容易導(dǎo)致酸價升高;表4數(shù)據(jù)表明,254 nm光照下4種抗氧化劑都沒有起到抑制酸價的作用。添加BHT的酸價略大于空白對照樣,這是因為,BHT苯環(huán)上4號位碳上有甲基,其結(jié)構(gòu)與丙烯類似,甲基上的α-氫原子受δ,π-超共軛的影響比較活潑,在紫外光照射下,甲基易被氧化為羧酸基，導(dǎo)致酸價上升;表5數(shù)據(jù)表明,365 nm波長光照下,4種抗氧化劑抑制酸價的作用不顯著(p>0.05)，說明沒有起到抑制油脂酸價的作用。

表4 254 nm紫外光照下豬油酸價的變化Table 4 The change of acid value of lard under 254 nm UV light

表5 365 nm紫外光照下豬油酸價的變化Table 5 The change of acid value of lard under 365 nm UV light

2.3 不同紫外光條件下4種抗氧化劑對豬油丙二醛值的影響

油脂中不飽和脂肪酸氧化可以產(chǎn)生大量的短鏈和長鏈的不飽和醛和酮,其中2-烯醛和2,4-二烯醛的生成量較多[24]。二烯醛與兩分子硫代巴比妥酸(TBA)在一定條件下發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)物顯紅色,在532 nm波長下有特征性吸收,吸收強度和丙二醛等的濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系[25]。因此通過測定丙二醛的含量,可判斷油脂氧化酸敗的情況。由表6可知,254 nm波長光照下空白樣與添加4種抗氧化劑的差異不顯著(p>0.05),其中BHT的變化與基本空白一致,表明BHT沒有抑制作用。由表7可知,365 nm波長光照下空白樣與添加4種抗氧化劑的差異極顯著(p<0.01),添加過4種抗氧化劑的丙二醛值隨照射時間的延長,反而呈下降趨勢,所以添加過BHA、BHT、TBHQ、PG的油脂在用丙二醛值評價光照油脂酸敗時,要注意365 nm波長光照的影響。

表6 254 nm紫外光照下豬油丙二醛含量的變化Table 6 The change of content of malondialdehyde of lard under 254 nm UV light

表7 365 nm紫外光照下豬油丙二醛含量的變化Table 7 The change of content of malondialdehyde of lard under 365 nm UV light

2.4 不同紫外光條件下4種抗氧化劑對豬油Ki值的影響

油脂自動氧化會生成十八碳二烯氫過氧化物和共軛二烯產(chǎn)物,在232 nm處會產(chǎn)生明顯的吸收峰,測定油脂K232,就可以衡量油脂初期自動氧化的程度。油脂自動氧化的二級氧化產(chǎn)物二烯酮類和共軛三烯類在270 nm 處有吸收峰,檢測K270可判斷油脂氧化產(chǎn)生二級氧化產(chǎn)物積累的多少。比較表8、表9中的K232、K270可知,254 nm紫外光照條件下,隨時間延長導(dǎo)致的K232、K270增加速度大于365 nm紫外光照。254 nm紫外光照射下抑制共軛二烯類、二烯酮類、共軛三烯類的作用不顯著(p>0.05),其變化趨勢與POV的變化基本一致;365 nm光照射下TBHQ對二烯氫過氧化物和共軛二烯產(chǎn)物的抑制差異顯著(p<0.05),其它的均不顯著(p>0.05)。由此表明,油脂受到254、365 nm波長光照時，4種抗氧化劑抑制酸敗生成共軛二烯、二烯酮類和共軛三烯類的作用很小。

表8 254 nm紫外光照下豬油在波長232、270 nm處的Ki值Table 8 The Ki at λ232 and λ270of lard irradiated by 254 nm UV light

表9 365 nm紫外光照豬油在波長232、270 nm處的Ki值Table 9 The Ki at λ232 and λ270of lard irradiated by 365 nm UV light

油脂的光氧化速度很快,一旦激發(fā)態(tài)氧(1O2)生成,反應(yīng)速度是自動氧化的千倍,且只與油脂的雙鍵數(shù)成正比,而與雙鍵的位置和類型無關(guān)[26]。高能量的短波光還可直接氧化酚類抗氧化劑,使其降低抗氧化的作用。1O2可與烯丙基自由基作用,也可直接與C=C鍵作用，然后進行π鍵轉(zhuǎn)移,生成烯丙基氫過氧化合物,引發(fā)自由基鏈反應(yīng)。由于光氧化的機理不同,與自動氧化的區(qū)別主要在于其氧化速率和氧化產(chǎn)物的不同。BHA、BHT、TBHQ、PG等皆屬于酚類抗氧化劑,易釋放H·,自身在形成自由基后，由于氧原子上的單電子能與苯環(huán)上的大π電子云發(fā)生共軛效應(yīng),從而變的穩(wěn)定,不再引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng),起到了抗氧化作用。也有學(xué)者認為，BHT的抗氧化作用是由于其自身發(fā)生自動氧化而實現(xiàn)的,在一定條件下會發(fā)生轉(zhuǎn)化。PG的抗氧化作用是吸收氧化產(chǎn)生的自由基,阻斷自由基鏈鎖反應(yīng)起到抗氧化作用,同時因為 PG 苯環(huán)上酚羥基多于BHT,所以淬滅清除活性1O2的作用比BHT高[27]，與本實驗結(jié)果一致。

在254、365 nm光照試驗中,TBHQ抑制油脂過氧化物的效果相對另外3種好,但在抑制酸價方面則基本一樣。與有研究報道的TBHQ是由于與油脂過氧化自由基作用,分子共軛大π鍵重新排列形成穩(wěn)定的半醌式自由基結(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[28],從而對油脂過氧化值的升高有一定的抑制作用,但是對于酸價升高具有促進作用[29]的觀點相仿。

有研究表明,多聚不飽和脂肪酸的氧化伴隨著紫外吸收的增加,共軛二稀與共軛三烯分別在232、270 nm處有吸收峰,紫外吸收的增加與氧的吸收和氧化前期階段過氧化物的含量成正比[30],與本文的結(jié)果基本一致。也有報道稱,由于其他物質(zhì)的生成,影響檢測的峰值,使峰值鈍化或偏移，另外由于不同油脂的特性,在光照下，兩值均呈大幅波動上升,且重復(fù)性不高[31]，除了氧化早期階段,吸光度的大小與氧化程度的相關(guān)性不太好[32],所以不建議將這2個值作為油脂氧化程度的評價指標(biāo)。

3 結(jié)論

本實驗結(jié)果表明,照射豬油的紫外光波長越短,導(dǎo)致的氧化酸敗速度越快。254 nm波長紫外光會讓BHA、TBHQ、PG基本失去抗氧化能力,BHT完全沒有抗氧化作用。365 nm波長光線也會導(dǎo)致BHA、BHT、TBHQ、PG抗氧化能力明顯下降。254、365 nm光照豬油時，POV與酸價的變化規(guī)律類似,用POV、酸價評價油脂氧化酸敗程度是合理的。光強度對加入抗氧化劑油脂的影響及二烯醛類在365 nm光照下不穩(wěn)定的原因有待進一步研究。高效、安全的天然抗氧化劑是食用油脂抗氧化研究的新趨勢[33],研究開發(fā)能有效淬滅單重態(tài)氧分子,同時也能有效終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的油脂抗氧化劑是解決光氧化問題的重要途徑。