復配抗氧劑對橄欖油的抗氧化性表現及其研究*

時 憲，楊家慶，王秀娟

(青島科技大學，高分子科學與工程學院，橡塑材料與工程教育部重點實驗室/山東省橡塑材料與工程重點實驗室，山東青島 266042)

添加適宜適量的抗氧劑可以減緩橄欖油儲存與運輸過程中因光照和溫度變化引起的腐敗變質情況，提高其化學穩定性，從而延長橄欖油的保存期限[1]。

油脂在氧化過程中與氧氣發生反應，易發生氧化酸敗，其化學結構會發生變化，產生各種含氧官能團如羰基、醛基等[2]。Jie等[3]為了研究油脂氧化程度，通過紅外全反射光譜計算氧化前、氧化后橄欖油中羰基（C=O）吸收峰與亞甲基（CH2）吸收峰強度之比，證明油脂發生了明顯的氧化。楊國燕[4]通過差示掃描量熱儀（DSC）測定壓榨亞麻籽油和菜籽油在不同氧化溫度下的誘導氧化時間，用于評價油的氧化程度。

隨著人們生活水平的不斷提高，低毒、高效的天然抗氧劑成為當下研究熱點。目前，主要集中在天然抗氧劑之間協同作用的研究上[5-6]。郝曉麗等[7]利用DPPH自由基清除實驗研究TBHQ與維生素E協同抗氧化作用。鐘機等[8]研究了茶多酚與維生素E對魚子油抗氧化作用的影響, 發現聯合使用茶多酚和維生素E時, 顯著提高了魚子油的抗氧化能力, 聯合使用茶多酚和維生素E的效果與使用人工合成抗氧劑TBHQ的效果相當, 且高于單獨使用茶多酚和維生素E的效果，表明二者之間具有協同效應。復配抗氧劑的研究與應用是當今食品工業的發展趨勢，探討抗氧劑之間的協同作用，開發高效的復配抗氧劑，對于抗氧劑的有效利用具有重要意義。

本實驗通過紅外全反射光譜檢測、DPPH自由基清除能力以及DSC氧化誘導期的測定，研究復配抗氧劑對橄欖油抗氧化性表現，探究其協同作用，為橄欖油實際生產和生活應用中開發高效復配抗氧劑提供幫助。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 實驗材料與試劑

迷迭香提取物（RE，純度99%），成都萬象宏潤生物科技有限公司。橄欖油（分析純），1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH，純度96%），特丁基對苯二酚（TBHQ，純度98%），茶多酚提取物（TP，純度99%），無水乙醇（純度95%），均來自上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.2 主要儀器和設備

傅里葉紅外光譜儀，HQL，德國布魯克（bruker）；磁力加熱攪拌器，78-1B，金壇市雙捷實驗儀器廠；熱空氣老化試驗機，D3051511，臺中高鐵科技股份有限公司；差示掃描量熱計，D3061404，臺中高鐵科技股份有限公司；紫外熒光光度計，UV1900，上海睿士科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

準確稱取七組10mL橄欖油，并按照數字序號1～7作為標記，第1組未添加抗氧劑的空白橄欖油樣品作為對照組，2～4組分別單獨加入RE、TP和TBHQ各2mg，5～7為RE、TP和TBHQ各1mg兩兩復配，以上添加量均符合GB/T 2760-2014。將添加抗氧劑的橄欖油樣品于25℃超聲處理并進行磁力攪拌5min，然后裝入棕色廣口瓶中。

1.2.2 烘箱法加速老化實驗

將樣品放入棕色廣口瓶中密封，置于（80±1）℃恒溫烘箱內，分別在氧化0、2、4、6天后取樣，取樣后放置于-20℃冰箱儲藏備用。

1.2.3 DPPH自由基清除能力測定

在2mL油樣中加入2mL DPPH溶液（6×10-5mol/L），常溫條件下于黑暗處靜置2h后，用紫外熒光光度計測定517nm處吸光度。DPPH自由基清除能力計算公式為[9]：

式（1）中，AC為對照組的吸光度，AS為油脂樣品的吸光度。

1.2.4 紅外全反射光譜分析

使用德國Bruker公司的HQL型傅立葉變換紅外-拉曼光譜儀對實驗樣品進行紅外測試，橄欖油樣品采用衰減全反射模式[10]。

1.2.5 差示掃描量熱法（DSC）測定橄欖油氧化誘導期

分別取1～7號樣品2.5mg放入鋁合金制成的一層鋁制板上，并放入敞口的鋁坩堝中。設置升溫速率為10℃/min，溫度由30℃升溫至160℃，空氣的升溫流速控制為30mL/min。誘導氧化期為氧化反應曲線最大斜率的切線和氧化反應前外推時間基線相交點所對應的時間點，實驗測定3次取平均值得到樣品的氧化誘導期[11]。

2 結果與討論

2.1 紫外實驗

DPPH自由基清除能力測定是將抗氧劑自身含有的H原子與DPPH中的自由基相結合，生成沒有顏色的穩定化合物[12]，通過該實驗可得出加入不同抗氧劑的橄欖油自由基清除能力。首先分別對氧化2、4、6天中未加入抗氧劑的樣品進行紫外分光測試，得到空白對照組吸光度，然后測定加入不同抗氧劑樣品的吸光度，按公式（1）計算得出不同樣品的DPPH自由基清除率。單體抗氧劑和復配抗氧劑實際平均值可通過氧化2、4、6天的DPPH自由基清除率計算平均值得出。通過同一濃度下單體抗氧劑DPPH自由基清除率，利用加合取平均方法計算得出1：1兩兩復配時復配抗氧化劑的理論值[13-14]，由此得出氧化2、4、6天時復配抗氧劑理論平均值。

從表1可以看出，通過計算樣品氧化2、4、6天的DPPH自由基清除率平均值，得出單體抗氧劑自由基清除率實際平均值最高為TBHQ的70.1%，其次是復配抗氧劑TP和RE的67.5%，由此可得，TBHQ與TP和RE兩者間的自由基清除率實際平均值差距小于3%，說明兩者自由基清除能力差距不大。通過對比復配抗氧劑TP和RE的實際平均值和理論平均值發現，其自由基清除率實際平均值為67.5%，而理論平均值為54.7%，相比理論值增長12.8%，說明TP和RE復配情況下整體協同作用表現較強，而RE、TP分別與TBHQ復配時，復配抗氧劑的DPPH自由基清除率實際平均值均低于理論平均值，說明整體協同作用表現較弱。

表1 紫外實驗數據Table 1 UV experimental data

由圖1可知，氧化2天的實驗樣品中，單體抗氧劑中TBHQ自由基清除率最高為93.9%，其次TP自由基清除率為63.6%，而RE自由基清除率僅為12.9%，三者差距較大。復配抗氧劑TP和RE自由基清除率為57.6%，為復配抗氧劑中效果最好。通過對比TP、RE、TP與RE復配三組實驗發現，TP對DPPH自由基的清除能力明顯高于RE，略高于TP和RE復配實驗組。這主要是因為DPPH為脂溶性體系[15]，而RE為水溶性抗氧劑，TP比RE具有更好的脂溶性，更易分散到整個體系中，進而發揮好的抗氧化效果。

圖1 氧化2天樣品自由基清除率Fig.1 Free radical scavenging rate after 2 days of aging

由圖2可知，氧化4天的實驗樣品中，單體抗氧劑中RE自由基清除率最高為83.3%，其次TP自由基清除率為71.1%，而TBHQ自由基清除率為57.1%。復配抗氧劑中TP和RE自由基清除率為80.7%，為復配抗氧劑中最高。衡量抗氧劑的優劣標準為自由基清除率達到50%以上，以上實驗組均符合自由基清除率測試實驗標準。

圖2 氧化4天樣品自由基清除率Fig.2 Free radical scavenging rate after 4 days of aging

由圖3可知，氧化6天后的實驗樣品中，單體抗氧劑中TBHQ自由基清除率最高為59.2%，其次TP自由基清除率為52.9%，而RE自由基清除率僅為44.3%，三者差距縮小。復配抗氧劑TP和TBHQ體系的自由基清除率為65.5%，為復配抗氧劑中最高，其次是TP和RE復配體系的自由基清除率為64.2%。綜合三次實驗結果分析來看，復配抗氧劑TP和RE使用效果最為穩定，協同作用效果較好，一定程度上可替代人工合成抗氧劑TBHQ應用于橄欖油實際生產中。

圖3 氧化6天樣品自由基清除率Fig.3 Free radical scavenging rate after 6 days of aging

2.2 紅外全反射光譜分析

由圖4可知，通過對比紅外光譜圖中未被氧化和氧化6天的空白對照組于1800cm-1左右處的吸收峰，發現氧化6天后的空白樣品在該處波峰明顯降低，此處為碳碳雙鍵（-CH2=CH2-），分析原因是由于碳碳雙鍵被氧化導致其波峰值降低。同時，對比發現氧化6天后的空白樣品于2800cm-1左右處波峰升高，此處為油脂氧化產物羰基（-C=O），羰基的出現意味著油脂發生了氧化，而實驗所用橄欖油中主要成分為油酸，油酸分子結構式中含有大量碳碳雙鍵。

圖4 空白對照組紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectrum of blank control group

對7組樣品紅外光譜圖中的碳碳雙鍵吸收峰與亞甲基吸收峰進行積分，其積分之比可得到不同樣品中碳碳雙鍵的變化情況。結果如圖5所示。 由圖5可知，RE與TP復配實驗組碳碳雙鍵含量最高，說明RE與TP復配橄欖油對碳碳雙鍵的保護效果最好，其次是TP與TBHQ復配。

圖5 碳碳雙鍵與亞甲基積分量化比Fig.5 Integral ratio of carbon-carbon double bond to methylene

由圖6可知，對樣品紅外光譜圖中的羰基吸收峰與亞甲基吸收峰進行積分，其積分之比可得到不同樣品中羰基的變化情況。由此可得出結論：RE與TP復配實驗組中羰基含量最低，說明該組實驗對羰基的抑制效果最好，其次是TP與TBHQ復配實驗組。綜合紅外全反射實驗結果分析，得出RE與TP復配抗氧劑對橄欖油結構保護方面最好，性質最穩定，與前文DPPH自由基清除實驗測定結果一致。

圖6 羰基與亞甲基積分比值Fig.6 Integral ratio of carbonyl to methylene

2.3 氧化誘導期實驗分析

氧化誘導期（OIT）是測定樣品在高溫和氧氣條件下開始發生自動催化氧化反應的時間。樣品的氧化誘導期時間越長則代表抗氧劑的抗氧化性效果越好，對油脂的保護性也就越好，反之效果越差[16]。根據圖7可得出當設置溫度由30℃升溫至160℃時，實驗樣品中添加抗氧劑均可延長橄欖油氧化誘導期，其中TBHQ的氧化誘導期時間最長為8.8min，明顯優于其他組數據，說明TBHQ對延長橄欖油氧化誘導期的效果最佳。由于TP中的酯類兒茶素在高溫下易發生差向異構現象[17]，雖然抗氧化活性好，但耐高溫性差，所以DSC測試氧化誘導期效果劣于TBHQ，橄欖油實際生產保存中可根據溫度條件的不同選擇適配的抗氧劑方案。

圖7 DSC氧化誘導期實驗結果Fig.7 DSC oxidation induction experiment result

3 結論

（1）樣品在氧化2、4、6天后，復配抗氧劑TP和RE自由基清除率較為穩定地維持在60%及以上水平，且復配抗氧劑中僅有該組自由基清除率實際平均值高于理論平均值，說明整體協同作用表現穩定，協同作用效果最好。

（2）傅里葉紅外光譜分析特定基團碳碳雙鍵和羰基的比值，得出復配抗氧劑TP與RE對橄欖油結構保護方面為最佳選擇。

（3）DSC測定樣品氧化誘導期結果顯示添加TBHQ體系的氧化誘導期最長，若較高溫度保存橄欖油時可適當加入TBHQ抗氧劑。