4种天然抗氧化剂对纯油和人造奶油氧化稳定性的影响

王 玥，王兴国，张亚飞，孟 宗，张 虹

（1.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122；2.丰益（上海）生物技术研发中 心有限公司，上海 200137）

人造奶油是含有一定水分且具有可塑性的油脂制品，以油包水型较为普遍。在实际应用中，人造奶油比纯油产品更易氧化，因此很多学者都致力于改善人造奶油稳定性的研究。McClements等[1]指出食品的物理状态对于氧化反应有非常显著的影响，不仅油相、水相中的物质组成，油水界面上抗氧化或促氧化物质的组成、分布及活性、界面厚度、电荷强度、渗透压等均对乳液的脂质氧化有影响。添加抗氧化剂往往是改善油脂产品氧化稳定性最直接有效的方法。天然抗氧化剂更符合消费者对于绿色、健康的追求[2]。但天然抗氧化剂种类繁多，结构复杂，因此筛选符合产品体系的天然抗氧化剂则显得尤为重要。Ramalho[3]和Yanishlieva[4]等多位学者，对适用于油脂食品中的天然抗氧化剂进行了对比研究，表明唇形科植物中尤以迷迭香（rosemary，ROS）和茶多酚提取物抗氧化能力强，此外，VE和抗坏血酸棕榈酸酯（ascorbyl palmitate，AP）因其历来普遍有效的抗氧化效果，也受到广泛的关注。Franekel等[5]发现，在水包油乳液中抗氧化剂存在“antioxidant polar paradox”现象，即抗氧化剂会根据极性的不同分布在水相、油相或扦插在油水界面上，因而影响其与氧气、金属离子、氢过氧化物等促氧剂的接触[6-7]，因此对于不同的产品体系，同一种抗氧化剂可能会具有不一致的抗氧化效果。

油包水型人造奶油和纯油产品，虽然主要成分都是油，但人造奶油中含有一定的水分、乳化剂等物质，产品体系更为复杂，产品性质更不稳定，因此油脂的氧化环境有着较大的差异。天然抗氧化剂成分复杂，具备多种抗氧化的协同作用，而目前对于天然抗氧化剂在复杂产品体系与纯油体系的比较研究还不深入[8]，对于不同体系抗氧化剂的选择也缺乏明确的指导。实验选取了常用的4种抗氧化剂，按极性分为两组，其中疏水性抗氧化剂有AP、VE、ROS，易于溶解在油相中，亲水性抗氧化剂有表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG），易于溶解在水相中，分别将两组抗氧化剂添加到纯油及人造奶油体系中。通过研究不同体系间氧化诱导期的差异、脂溶性和水溶性抗氧化剂在这两种体系中抗氧化效果的变化及原因。以期为今后天然抗氧化剂在不同体系中的选择提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

无抗棕榈液油（palm oil，POL）、无抗棕榈硬脂（palm stearin，PST）、无抗大豆油（soybean oil，SBO）、卵磷脂、单甘酯、抗坏血酸棕榈酸酯 丰益（上海）生物技术研发中心有限公司；VE、迷迭香（ROS 201） 丹尼斯克（中国）有限公司；表没食子儿茶素没食子酸酯 太阳化学有限公司。

冰乙酸 上海子钦化工有限公司；硫代硫酸钠、三氯甲烷、异辛烷、对甲氧基苯胺（茴香胺）、氢氧化钾、异丙醇 国药集团化学试剂有限公司；上述试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

KB240恒温箱 德国Binder公司；HH-4数显恒温水浴锅 上海易友仪器有限公司；TAYLOR 104-40冰激凌机 美国泰而勒食品机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 产品的配方

人造奶油产品的配方：基料油83.2%、水16%、乳化剂0.8%（单甘酯、卵磷脂质量比5∶3）。

纯油产品的配方：基料油99.2%、乳化剂0.8%（单甘酯、卵磷脂质量比5∶3）。

4种抗氧化剂成分及纯度如下：VE：混合VE纯度为70%；ROS：鼠尾草酸纯度为3.1%～3.7%，总双酚二萜类物质纯度为4.1%～4.8%；EGCG：纯度为99.11%；AP：纯度为98.3%（以AP计）。

除VE采用常用添加量外，其余3种抗氧化剂均为国标GB 2760—2011《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定的在人造奶油中的最大添加量，即分别以VE（0.04%）、EGCG（0.02%）、AP（0.02%）、ROS（0.07%）添加到一定量的基料油中，每隔一段时间测定其过氧化值（peroxide value，POV）和茴香胺值（p-anisidine value，p-AnV），实验结束时测定其酸值（acid value，AV）的变化。

1.3.2 纯油产品的制备

配制基料油（60℃）→添加乳化剂、抗氧化剂（70℃，300r/min，15min）→急冷捏和（冰激凌机，8～10min）→分装→熟化（25℃，72h）→贮藏实验（35℃）

1.3.3 人造奶油产品的制备

配制基料油（60℃）→添加乳化剂、抗氧化剂（70℃，300 r/min，15 min）→加水乳化（逐滴加入，5min内加完，400r/min，30min)→急冷捏和（8～10min）→分装→熟化（25℃，72 h）→贮藏（35℃）

1.3.4 烘箱实验[9]

将样品敞口放于（35±1）℃烘箱中，避光贮藏18周。间隔测定样品的POV、p-AnV、AV。

1.3.5 指标测定

脂肪酸组成（fatty acid composition，FAC）按照《AOCS Ce 2-66标准方法》测定，固脂含量（solid fat content，SFC）按照《AOCS Cd 16-81标准方法》测定。碘值（iodine value，IV）按照GB/T 5532—2008《动植物油脂 碘值的测定》方法测定。POV按照GB/T 5538—2005《动植物油脂 过氧化值测定》方法测定。p-AnV按照GB/T 24304—2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》方法测定。AV按照GB/T 5009.77—2003《食用氢化油、人造奶油卫生标准的分析方法》方法测定。总氧化值按照式（1）计算[10]。氧化抑制率按照式（2）计算。

式中：POV1为空白样品的过氧化值；POV2为添加了抗氧化剂样品的过氧化值。

1.4 数据分析

利用Origin 8.0软件对实验数据进行方差分析，判断其显著性。

2 结果与分析

2.1 基料油的相关理化性质

表1 基料油的基本理化指标Table 1 Basic physical and chemical properties of the feedstock consisting of palm stearin, palm olein and soybean oil (33:49:18, by weight)

依据棕榈油基起酥油和人造奶油的典型配方设计了产品油基，m（棕榈硬脂）∶m（棕榈液油）∶m（大豆油）=33∶49∶18。由表1可知，复配基料油的基本理化指标均符合相关标准。固体脂肪含量曲线见图1。为满足（35±1）℃烘箱加速氧化实验过程中基料油的固体形态，复配基料油的SFC和滑动熔点略高于通用型人造奶油，35℃条件下SFC可达到11.44%。产品在贮藏期间未发生油水分离，仍能保持一定的硬度和质构。复配基料油主要脂肪酸组成如表2所示，其中棕榈酸（C16∶0）含量最高。由于添加了一定的豆油，油基中不饱和脂肪酸以亚油酸（C18∶1）、亚麻酸（C18∶2）为主，不饱和脂肪酸含量达到总量的50%以上。

图1 基料油的固体脂肪含量曲线Fig.1 Solid fat content of the feedstock

表2 基料油的脂肪酸组成Table 2 Fatty acid composition of the feedstock

2.2 纯油与油包水型人造奶油的烘箱实验

在不添加抗氧化剂的情况下，比较35℃贮存条件下纯油样品和油包水型人造奶油样品的氧化程度，过氧化值和茴香胺值随贮存时间的变化如图2所示。

图2 人造奶油基和纯油样品的过氧化值（a）和茴香胺值（b）在35℃条件下随贮存时间的变化Fig.2 POV (a) and p-AnV (b) of margarine and bulk fat stored at 35 ℃

氧化诱导期（POV-t曲线）是表征过氧化值与时间变化的曲线。油脂氧化初期，不饱和脂肪酸生成以氢过氧化物为主的一级产物，曲线变化平缓，这一时期为诱导期，之后过氧化值明显增加，为氧化期，此转折点即为诱导期的终点[11-12]。综合实验数据，过氧化值在超过3.0 mmol/kg时就开始显著增加，因此将POV值3.0 mmol/kg设定为诱导期的终点。由图2可知，人造奶油的氧化诱导期约为24 d，纯油产品的氧化诱导期约为80 d，人造奶油比纯油产品氧化诱导期缩短了约70%。实验结束时，人造奶油过氧化值（图2a）和酸值（图3）比纯油产品分别增加了3.3倍和2.6倍，茴香胺值（图2b）高于纯油产品。

各检测指标均表明，人造奶油中含有的16%的水分显著增加了产品的氧化程度。这可能是因为：水相中可能含有多种促氧化物质，如金属离子、酶，同时氢过氧化物常常具有表面活性，因此会较多的分布在油水界面上[1]。人造奶油的粒径大多在2～5 μm，较大的油水界面面积为亲脂和亲水性成分的接触提供了较大的反应面积。因此在界面上更容易诱发链式反应，一旦自由基形成，就可以与邻近的脂质分子反应，加速油脂氧化。

2.3 4种抗氧化剂在纯油样品中的抗氧化效果

图4 添加4种抗氧化剂的纯油样品过氧化值（a）和茴香胺值（b）在35℃条件下随贮存时间的变化Fig.4 Variations in POV (a) and p-AnV (b) of bulk fat with and without the addition of natural antioxidants during storage at 35 ℃ for 126 days

由图4可知，茴香胺值的变化不如过氧化值明显，但仍具有一定的显著性，可能的原因是棕榈油饱和脂肪酸含量相对较高，不太容易氧化，此外贮藏温度不够高，贮藏时间不够长，氢过氧化物还没来得及全部分解，但茴香胺值的变化和过氧化值的变化趋势有很明显的一致性。

图5 添加4种抗氧化剂的纯油样品在35℃条件下贮存0 d和126 d的酸值Fig.5 AV of bulk fat without and with the addition of naturalantioxidants after storage at 35 ℃ for 0 and 126 days

由图5可知，126 d后酸值大小为AP＞EGCG≈VE＞ROS≈空白，酸值的变化趋势与过氧化值的变化趋势不统一。18周后，综合图4的结果，以总氧化值为指标，4种天然抗氧化剂对纯油样品的抗氧化效果为ROS＞EGCG＞AP＞VE。以POV为指标，4种天然抗氧化剂对纯油产品的氧化抑制率，见表3。

表3 4种抗氧化剂对纯油产品的氧化抑制率Table 3 Oxidation inhibition rates of bulk fat with the addition of four natural antioxidants

4种天然抗氧化剂均是很好的氢或电子供体，可以切断链式反应，而自身又可以形成较稳定的自由基，不会引发新的游离基或者由于链式反应而被迅速氧化[13]。

综合图4、5，可对各抗氧化剂在纯油样品中的抗氧化效果进行分析并考察原因：AP是L-抗坏血酸酯化后的产物，具有良好的稳定性和油溶性，保留了抗坏血酸的全部生理活性，它可以吸收环境中的氧气，主要作为氧气的清除剂[14]，属于二级抗氧化剂。AP对产品的氧化初期抑制作用明显优于其他抗氧化剂，可以大大延长产品的氧化诱导期至约100 d（表3）。添加AP的产品酸值升高，主要是因为抗坏血酸氧化后会形成脱氢抗坏血酸，进一步不可逆的水解生成古洛糖酸，古洛糖酸再分解成草酸、L-丁糖酸[15]。

ROS的有效成分主要是鼠尾草酸，鼠尾草酚等含有双酚二萜活性成分的物质，属于多羟基酚类，其抗氧化作用是猝 灭氧，清除自由基，螯合金属等多种效应的协同作用[16]。如表3所示，ROS在油脂氧化2周内抗氧化效果不显著，但2周后，抗氧化作用明显增加，并一直保持较高的氧化抑制率。

VE在纯油产品中的抗氧化效果一直不是很明显，并在较长时间表现出促氧化的作用（表3），VE的抗氧化效果随其中同分异构体浓度以及添加的基质等因素的差异变化而变化，它存在一个有效的抗氧化浓度范围，低于这个范围，抗氧化效果不明显，超过这个范围则表现出促氧化作用[17-18]。VE在高浓度时，会被氧化生成一类易氧化的氢过氧化物自由基，因此具有促氧化的作用[19]。这说明，在实验所用的棕榈油基中，0.04%的VE添加量并非其最优的抗氧化效果的范围。

EGCG是酯型儿茶素中含量最多的成分。EGCG属于一级抗氧化剂，以提供氢离子阻断自由基链式反应为主[20]。作为水溶性抗氧化剂，易于溶解在水相中，所以在纯油中的溶解度不高，但仍有较好的抗氧化作用。此外，从表3可看出，在氧化开始初期，EGCG有一定的促氧化作用，这是因为茶多酚类抗氧化剂在浓度较高时本身会被氧化，产生的副产物（邻醌、邻苯醌等）具有强氧化性，同样可以诱发自由基的连锁反应，促使油脂氧化[21]。随着氧化的进行，EGCG浓度降低，氧化抑制率逐渐增加，表现为较好的抗氧化作用。

2.4 4种抗氧化剂在人造奶油样品中的抗氧化效果

图6 添加4种抗氧化剂的人造奶油基样品过氧化值（a）和茴香胺值（b）在35℃条件下随贮存时间的变化Fig.6 Variations in POV (a) and p-AnV (b) of margarines with and without the addition of natural antioxidants during storage at 35 ℃ for 126 days

由图6可知，产品的茴香胺值变化虽不明显，但与过氧化值仍具有较好的对应性。添加了VE的产品p-AnV的变化显著，其过氧化值也较高。此外EGCG产品的茴香胺值最低，其抗氧化效果也最好。

图7 添加4种抗氧化剂的人造奶油基样品在35℃条件下贮存0 d和126 d的酸值Fig.7 AV of margarine with and without the addition of natural antioxidants after storage at 35 ℃ for 0 and 126 days

比较图5和图7，抗氧化剂的加入使酸值都有不同程度的提高，且酸值与过氧化值的对应性不明显。同时还可看出添加了AP的样品酸值均显著高于其他样品，ROS对酸值也有不同程度的促进作用。添加了VE的样品酸值均与空白样品接近，EGCG对样品酸值提高的抑制效果明显，酸值升高可能是因为：抗氧化剂自身的氧化产生酸类物质，如AP；或是因为油脂的氧化和水解有竞争机制，抗氧化剂抑制了油脂的氧化势必增加了发生水解的甘三酯，产生相对较多的脂肪酸，增加了酸值[22]。

18周后，综合图6结果，以总氧化值为指标，4种天然抗氧化剂对人造奶油样品的抗氧化效果为EGCG＞ROS＞AP＞VE。以POV为指标，各天然抗氧化剂对人造奶油产品的氧化抑制率，见表4。

表4 4种抗氧化剂对人造奶油基产品的氧化抑制率Table 4 Oxidation inhibition rates of margarine with the addition of four natural antioxidants

由表4可知，各抗氧化剂氧化抑制率的变化及其对人造奶油基产品氧化稳定性的作用差异：AP对人造奶油的氧化抑制率始终维持在较低的水平，且远远弱于在纯油体系中的效果。可能是因为相比于纯油体系，人造奶油中发生油脂氧化的界面较大，氧化速率更快，加之AP对油相亲和力高，易于溶解在油相中，不能对水相中溶解的氧起到吸收的作用，故抗氧化效果不佳因此，增加浓度可以提高AP的抗氧化作用。

ROS在人造奶油体系中抗氧化效果仅次于EGCG，虽然具有较明显的效果，但也低于其在纯油体系中的氧化抑制率。可能是因为ROS与油相亲和力强，难以对水相中的促氧化物质直接发挥作用。此外，较大的油水氧化界面也加速了体系的氧化速率，因而ROS的抗氧化能力弱于在纯油基中。

VE在人造奶油中的效果好于在纯油中，这与Karin等[23]在乳状液中的研究相似。可能由于人造奶油的氧化较快，底物分解产生较多的氢过氧化物自由基，消耗并降低了VE的浓度，因此不足以产生易氧化的氢过氧化物自由基。因此，0.04%的添加量使VE在人造奶油中处于有效浓度范围。这进一步证明了，在不同体系中，抗氧化剂的有效浓度也不同。

EGCG在人造奶油中的抗氧化效果最好，远远好于其他3种油溶性抗氧化剂，更好于其在纯油体系中的效果，虽然样品含有较多的水会促进脂肪的氧化和酸败，但也为水溶性抗氧化剂提供了较好的溶解性。实验过程中EGCG对氧化的抑制率可以一直稳定保持在较高的水平，实验过程中产品POV值均低于国标要求（国标规定的人造奶油POV最大值[24]为5 mmol/kg）。

综上，抗氧化剂的极性会影响其在体系中的分布，进而影响抗氧化作用的发挥[25]。油溶性抗氧化剂在油包水体系中表现出较弱的抗氧化效果，可能是由于氢过氧化物易于分布在油水界面上，且含水体系中较大的界面面积为氧化反应提供了适宜的位点，因而氧化反应会比纯油中更剧烈，降低了抗氧化剂的效率，此外油溶性抗氧化剂只能溶解在油相中或分布在靠近油相的界面层[1]，不能抑制与水相接触的部分过氧化物的氧化。水溶性抗氧化剂在人造奶油中的效果好于其在纯油中的效果，可能的原因是：EGCG本身具有很好的抗氧化作用，同时，也有一定的表面活性，可能聚集在油水界面上降低界面张力使产品更稳定；较大的水溶性也可使其分散在水相中，为过氧化物自由基供氢，螯合金属离子使其脱离油水表面，从而阻断自动氧化的自由基链式反应。总之，具有较好表面活性的抗氧化剂往往可以在油水体系中获得更好的抗氧化效率。

3 结 论

根据以上实验结果可得到如下结论：1）水分对油脂的氧化促进作用很明显，与纯油相比人造奶油氧化诱导期大大缩短。2）迷迭香、抗坏血酸棕榈酸酯对纯油产品的氧化抑制作用优于人造奶油，其中0.07%的迷迭香抗氧化性最好，可以使样品在较长时间保持稳定。3）油溶性VE在两种体系中的抗氧化作用均较弱，但在人造奶油中的效果优于纯油产品。4）水溶性抗氧化剂表没食子儿茶素没食子酸酯本身即具有较好的抗氧化效果，因而可以使纯油产品和水包油产品都具有较好的抗氧化能力。此外由于它可以溶解在水相中或扦插在油水表面上，因而能够很好地抑制油包水型人造奶油的氧化。0.02%的添加量可以使产品氧化稳定性有很大提高。

人造奶油因其组成成分与纯油体系的差异，影响了抗氧化剂的分布和效果的发挥。天然抗氧化剂结构复杂，具备多种抗氧化的协同作用，也不能仅用一种理论进行推测，因此它们在人造奶油中的抗氧化作用机理和协同效果还需要进一步探讨。

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