棉酚对大豆油的抗氧化活性研究

陈竞男，魏玲玲，柴秀航

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

0 前言

棉酚是棉籽仁中的天然色素，结构中含有多个酚羟基，因此具有抗氧化作用[5].棉酚在塑料、橡胶、石油、聚乙烯、聚丙烯工业中用作防老剂、抗氧化剂、阻聚剂以及作为润滑油、火箭燃料中的抗氧化剂；在机械精加工、防锈、石油钻探、筑路等行业用作稳定剂[2-4，6-7].另外，棉酚是一种新型的聚合物抗氧化添加剂[8]，可应用于以植物油为原料制备生物柴油中，且其抗氧化作用优于BHT 以及γ-生育酚[9].棉酚在聚合物中的抗氧化作用机理与其他酚类抗氧化剂类似[10].作者以大豆油为原料研究了加热过程中棉酚对油脂酸值、过氧化值、茴香胺值以及全氧化值的影响；采用Rancimat 加速氧化法，研究不同温度、不同含量的棉酚对油脂的抗氧化保护作用；对棉酚和BHT 的抗氧化活性进行了对比.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

一级大豆油（外源抗氧化剂含量为0）：河南省阳光油脂集团有限公司；棉酚标准品（纯度≥95%）：Sigma 公司；无水乙醚、95%乙醇、丙酮、三氯甲烷、甲醇、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、p-茴香胺、酚酞、三氟化硼、无水硫酸钠、氢氧化钾、邻苯二甲酸氢钾、重铬酸钾（基准纯）、正己烷（色谱纯）等均购于当地试剂公司，除特殊注明外，均为分析纯；WGL-125B 电热鼓风干燥箱：天津泰斯特仪器有限公司；FW-8BSA224 食用油氧化酸败（Rancimat）仪：北京市永光明医疗仪器厂；TU-1860 紫外可见光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司.

1.2 方法

1.2.1 大豆油基本指标分析

酸价（AV）的测定：GB/T 5530—2008；过氧化值（PV）的测定：GB/T 5538—2005；茴香胺值（p-AnV）的测定：GB/T 24304—2009.

全氧化值（TV）：TV=2PV+p-AnV，

式中：PV 为过氧化值，meq/kg；p-AnV 为茴香胺值.

采用SPSS 17.0统计学软件对数据进行处理，计量资料以“±s”表示，采用t检验，计数资料采用x2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

1.2.2 烘箱加热试验

准确称取0.6、0.3 g 棉酚，分别溶于3 000.0 g大豆油中，配成棉酚浓度分别为200、100 mg/kg的大豆油样品.取空白油样、含100（200）mg/kg 棉酚的大豆油各1 000 g 于2 000 mL 的烧杯中，分别在（60±5）、（120±5）、（180±5）℃的条件下加热，于0、2、4、6、8、12、24、28、32、36、48 h 取样，分别测定油样的酸值、过氧化值、茴香胺值，计算出全氧化值.

1.2.3 动植物油脂氧化稳定性试验

1.2.3.1 油样配制

将棉酚添加到大豆油中，分别配制成棉酚浓度为10、50、100、150、200 mg/kg 的油样.

1.2.3.2 动植物油氧化稳定性测试（Rancimat 加速氧化测试）

AOCS Cd 12b—92[11].Rancimat 分析参数：空气流量9 L/h，反应池温度（100±1.5）、（110±1.5）、（120±1.5）、（130±1.5）℃，样品质量5 g，吸收瓶蒸馏水50 mL.

1.2.3.3 抗氧化保护系数（PI）计算

抗氧化保护系数（PI）用来衡量抗氧化剂对油脂的抗氧化保护效果，PI 越大，则抗氧化保护效果越好.由添加棉酚前后油样的氧化诱导时间的比值，计算出棉酚对油样的抗氧化保护系数.计算公式如下：

式中：IPX为添加抗氧化剂之后油脂的氧化诱导时间，h；IP0为未添加抗氧化剂时油脂的氧化诱导时间，h.

1.3 数据处理方法

采用统计学软件SPSS 19.0 对试验数据进行显著性检验及方差分析，p<0.05 表示结果具有显著性差异.

2 结果与讨论

2.1 加热条件下棉酚对大豆油的抗氧化活性研究

2.1.1 棉酚对大豆油酸值的影响

加热过程中棉酚对大豆油酸值的影响见图1—图3.可以看出，在不同温度下，含棉酚油样的酸值与空白油样的酸值十分接近，说明添加棉酚对油脂酸值几乎没有影响.这和杨会芳[12]得出的在加热条件下抗氧化剂（叔丁基对苯二酚）对油脂酸值的影响极小的结论相一致.另外，随着加热时间的延长，各油样酸值呈现略微上升趋势，这和Telingai 等[13]以及杨会芳[12]研究的在加热条件下，油脂酸值呈上升趋势的结论相一致.但不同温度下酸值上升的幅度并不相同.其机理在于：加热过程中，油脂水解反应产生一定量的游离脂肪酸[14]以及在加热过程中油脂氧化产生少量的有机酸[15]都引起油脂的酸值增加；且油脂在高温加热过程中发生水解以及氧化反应的速率比低温下的速率快[16].

图1 60 ℃下各油样酸值的变化Fig.1 Changes in acid value of oil samples at 60 ℃

图2 120 ℃下各油样酸值的变化Fig.2 Changes in acid value of oil samples at 120 ℃

图3 180 ℃下各油样酸值的变化Fig.3 Changes in acid value of oil samples at 180 ℃

2.1.2 棉酚对大豆油过氧化值的影响

不同加热温度下，添加不同量棉酚的大豆油过氧化值随时间的变化见图4—图6，不同棉酚含量的油样在不同加热条件下的过氧化值变化见图7、图8.

由图4、图5 可以看出，在60 ℃和120 ℃下添加不同量及未添加棉酚的油样过氧化值变化趋势基本一致，均随加热时间的延长呈不断增长的趋势，但加入棉酚的大豆油的过氧化值明显低于空白油样，如图7 所示，120 ℃加热32 h 后，空白油样过氧化值（6.06 meq/kg）明显高于添加100 mg/kg 棉酚的油样的过氧化值（4.19 meq/kg）.说明在低温和较高温条件下棉酚的加入对大豆油过氧化值的增加产生了明显的抑制作用.由图6 可知，180 ℃条件下，添加不同量或不添加棉酚的各油样的过氧化值没有显著变化.如图8 所示，180 ℃加热24 h 后，3 种油样的过氧化值并无显著性差异，即高温条件下棉酚对油脂无明显的抗氧化保护作用.

图4 60 ℃下各油样过氧化值的变化Fig.4 Changes in peroxide value of oil samples at 60 ℃

图5 120 ℃下各油样过氧化值的变化Fig.5 Changes in peroxide value of oil samples at 120 ℃

图6 180 ℃下各油样过氧化值的变化Fig.6 Changes in peroxide value of oil samples at 180 ℃

图7 120 ℃下加热32 h 时不同棉酚含量的油样的过氧化值Fig.7 The peroxide value of oil samples with different contents of gossypol after heated 32 hours at 120 ℃

图8 180 ℃下加热24 h 时不同棉酚含量的油样的过氧化值Fig.8 The peroxide value of oil samples with different contents of gossypol after heated 24 hours at 180 ℃

2.1.3 棉酚对大豆油茴香胺值的影响

油脂初级氧化产物（氢过氧化物）不稳定，在加热情况下极易分解为醛、酮、酸等次级氧化产物.图9—图11 为不同加热温度下大豆油的茴香胺值随时间的变化.图12 为不同棉酚含量的油样在120 ℃下加热48 h 的茴香胺值.

从图9—图11 可以看出：（1）在不同加热温度下，油脂的茴香胺值均随着时间的延长而增大，且温度越高，茴香胺值越大；棉酚对油脂茴香胺值的升高具有很强的抑制作用，且该抑制作用受温度影响，温度高于120 ℃时，棉酚对油脂的茴香胺值升高的抑制作用明显不及温度低于120 ℃下对茴香胺值升高的抑制作用.（2）茴香胺值的大小还与棉酚的添加量有关，含量较多的棉酚对油样茴香胺值的增加起到了更显著的抑制作用.如图12 所示，120 ℃加热48 h 后，不同棉酚含量的油样茴香胺值有显著性差异.另外，由于棉酚中含有醛基，会使试验结果比实际值偏大.若只考虑大豆油次级氧化产物引起的茴香胺值的变化，则加入棉酚的油样的茴香胺值会比空白油样的茴香胺值更小，即棉酚对茴香胺值的抑制作用比试验结果更加显著.

2.1.4 棉酚对大豆油全氧化值的影响

油脂的全氧化值是对油脂在加热情况下的整体氧化程度的表征.图13—图15 为不同加热温度下大豆油的全氧化值随时间的变化.图16 为不同棉酚含量的油样在60 ℃下加热24 h 的全氧化值.

从图13—图15 可以看出：（1）棉酚在60、120 ℃下对油脂的抗氧化保护作用比180 ℃时显著.（2）全氧化值的大小与棉酚的添加量有关，添加较多量的棉酚对油样全氧化值的增加起到了更显著的抑制作用.如图16 所示，60 ℃下加热24 h后，3 种油样的全氧化值之间存在着显著性差异，添加200 mg/kg 棉酚对油脂的抗氧化保护作用明显强于添加100 mg/kg 棉酚的油样.

图9 60 ℃下各油样茴香胺值的变化Fig.9 Changes in p-Anisidine value of oil samples at 60 ℃

图10 120 ℃下各油样茴香胺值的变化Fig.10 Changes in p-Anisidine value of oil samples at 120 ℃

图11 180 ℃下各油样茴香胺值的变化Fig.11 Changes in p-Anisidine value of oil samples at 180 ℃

图12 120 ℃下加热48 h 时不同棉酚含量的油样的茴香胺值Fig.12 The p-Anisidine value of oil samples with different contents of gossypol after heated 48 hours at 120 ℃

2.2 棉酚含量与其抗氧化作用的关系

图13 60 ℃下各油样全氧化值的变化Fig.13 Changes in total-oxidation value of oil samples at 60 ℃

图14 120 ℃下各油样全氧化值的变化Fig.14 Changes in total-oxidation value of oil samples at 120 ℃

图15 180 ℃下各油样全氧化值的变化Fig.15 Changes in total-oxidation value of oil samples at 180 ℃

图16 60 ℃下加热24 h 时不同棉酚含量的油样的全氧化值Fig.16 The total-oxidation value of oil samples with different contents of gossypol after heated 24 hours at 60 ℃

采用Rancimat 法测定不同含量（10、50、100、150、200 mg/kg）棉酚的大豆油在不同温度下（100 ℃、110 ℃、120 ℃、130 ℃）的氧化酸败的诱导时间及抗氧化保护系数，结果见表1.由表1 可以看出：（1）在同一棉酚的添加量下，油脂氧化诱导时间随温度的升高而显著降低，温度每上升10 ℃，氧化诱导时间约减少一倍，这和杨会芳[12]得出的在抗氧化剂（叔丁基对苯二酚）含量相同条件下温度对油脂氧化诱导时间的影响规律相一致.说明了温度对油脂氧化具有极为重要的影响.（2）在相同的氧化诱导温度下，棉酚含量越高，氧化诱导时间越长，对油脂的抗氧化保护作用越强.（3）结合抗氧化保护系数可以发现，当棉酚含量小于50 mg/kg，温度低于130 ℃时，抗氧化保护系数均小于1.2.而温度提高到130 ℃，棉酚含量增加到200 mg/kg 时，抗氧化保护系数高达2.06.说明在适当温度和添加量允许的范围内，通过增加棉酚含量，可以显著增强棉酚对于油脂的抗氧化保护作用.

表1 不同含量棉酚对一级大豆油的IP（h）及PI（h）的比较Table 1 The IP（h）and PI（h）of the grade a Soybean oil samples added in different contents of gossypol

作者还比较了棉酚与BHT 在油脂中的抗氧化活性：在110 ℃条件下，依次向大豆油中添加0、50、100、150、200 mg/kg 的棉酚或 BHT，采用Rancimat 法测定大豆油的氧化酸败诱导时间（图17）.由图17 可以看出，在相同温度下，添加棉酚的油样氧化诱导时间显著高于添加等量BHT 的油样.说明在相同条件下，棉酚的抗氧化活性优于BHT，这和Moser[9]得出的棉酚的抗氧化作用优于γ-生育酚以及BHT 的结论相一致.

图17 在110 ℃下添加不同抗氧化剂的大豆油的氧化诱导时间变化Fig.17 Changes in oxidation induction time of soybean oil samples added in different antioxidants at 110 ℃

3 结论

本研究证明了棉酚具有抗氧化活性，在一定条件下，其抗氧化作用与氧化温度呈负相关，与含量呈正相关.并且棉酚的抗氧化作用优于BHT，当棉酚含量达到50 mg/kg 时，其抗氧化作用和200 mg/kg BHT 相当.然而由于游离棉酚有毒，不能应用到食品工业中，建议用在生物柴油、天然聚合物等工业生产中发挥抗氧化作用.

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