鼠曲草提取物对食用油脂贮藏过程中氧化酸败的抑制及机理研究

高浩祥,薛 凡,何 强,2,孙 群,曾维才,2,*

(1.四川大学轻纺与食品学院,四川成都 610065;2.四川大学食品科学与技术四川省高校重点实验室,四川成都 610065;3.四川大学生命科学学院,四川成都 610064)

鼠曲草提取物对食用油脂贮藏过程中氧化酸败的抑制及机理研究

高浩祥1,薛 凡1,何 强1,2,孙 群3,曾维才1,2,*

(1.四川大学轻纺与食品学院,四川成都 610065;2.四川大学食品科学与技术四川省高校重点实验室,四川成都 610065;3.四川大学生命科学学院,四川成都 610064)

为了研究鼠曲草提取物对油脂贮藏过程中氧化现象的抑制。通过测定油脂在贮藏过程中过氧化值的变化,观察鼠曲草提取物对油脂氧化酸败的抑制;采用分光光度法,进一步测定鼠曲草提取物对ABTS+和DPPH自由基的清除作用及其总酚和总黄酮含量,初步分析和探讨了其对油脂氧化的抑制机理。结果表明,鼠曲草提取物能显著地减弱食用油脂在贮藏过程中过氧化值的增加,对油脂的氧化酸败具有明显的抑制作用;初步分析和推测,鼠曲草提取物显著的自由基清除作用和较强的还原能力,及其较高的总酚((169.9±7.7) mg没食子酸当量/g提取物)和总黄酮((213.9±8.7) mg芦丁当量/g提取物)含量是其有效抑制油脂氧化酸败的重要原因。

鼠曲草,食用油脂,贮藏过程,氧化,抑制机理

油脂氧化是油脂及含油食品品质劣变的主要原因之一,油脂氧化产物不仅影响油脂食品的风味、色泽,降低产品品质,缩短产品的货架期,还会带来潜在的食品安全风险[1-2]。因此,对油脂加工及贮藏过程中氧化现象的抑制一直是油脂加工与生产领域关注的重点科学问题之一。目前,油脂工业中常用于预防油脂氧化的方法主要是添加化学合成的抗氧化剂。但是,随着人们对化学合成类抗氧化剂潜在的安全性隐患的认识,使其在食用油脂的加工与贮藏中被逐渐限制或禁止使用。因此,从食品和食品原料中筛选高效、安全的天然抗氧化剂并将其应用于食用油脂的加工与贮藏已成为相关领域的研究热点[3-4]。

鼠曲草(Gnaphaliumaffine),又名清明草,为菊科(Asteraceae)鼠曲草属(Gnaphalium)的一年生草本植物,是我国一种传统的野菜和药食同源植物,在我国四川、重庆、浙江、湖南等地有着悠久的食用历史[5]。传统中医认为,鼠曲草具有清热解毒、镇咳平喘、益气健肺等功效[6]。现代科学研究表明,鼠曲草富含多种氨基酸、矿物质、维生素等多种营养成分,具有消炎抗菌、护肝益肾、利尿降压、预防心血管疾病等多种临床药理活性和保健作用[7]。随着人们对其营养成分和食用价值的认识,鼠曲草已被陆续开发为复合软饮料、口服含片和保健酒等多种新型食品,在食品行业展现出广阔的应用前景[8-9]。

本文研究鼠曲草提取物对食用油脂贮藏过程中氧化现象的抑制,并进一步对其抑制作用的机理进行分析,为鼠曲草资源在食用油脂的加工与贮藏领域的开发和利用提供实验与理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鼠曲草 采集于四川省成都市,室温风干后于-20 ℃真空低温保藏,备用;样品标本(编号:2015-0523) 保存于四川大学食品科学与技术四川省高校重点实验室;食用大豆油 购于成都当地市场,常温下避光保存,备用;ABTS(2,2′-azinobis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate,2,2′-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐)、DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)和Folin-Ciocalteu试剂 购于美国Sigma-Aldrich公司;没食子酸、芦丁、丁基羟基茴香醚(butylated hydroxyanisole,BHA)、三氯化铝、亚硝酸钠、铁氰化钾、三氯化铁、异辛烷、重铬酸钾、硫代硫酸钠、α-淀粉试剂、甲醇、乙酸等其他化学试剂 均为国产分析纯;实验用水 为蒸馏水。

UV-1800PC型紫外-可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司;XS205型高精确电子分析天平 美国Mettler Toledo公司;PHS-3型酸度计 杭州奥立龙科技仪器有限公司;GL-20G-C型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;LGJ-30F型真空冷冻干燥机 宁波新艺超声设备有限公司;DHP-9082型电热恒温培养箱 上海一恒科技有限公司;Milli-Q Element超低元素型超纯水系统 上海晶仪科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鼠曲草提取物的制备 取鼠曲草样品100 g与2000 mL甲醇溶液(70%,v/v)混合,25 ℃下搅拌提取24 h,提取液减压抽滤,滤液于45 ℃真空浓缩至300 mL,浓缩液在10000 r/min转速下离心10 min,上清液冷冻干燥得鼠曲草提取物(GAE)5.83 g(该条件下提取率为5.83%),所得提取物于-20 ℃真空干燥保存,备用。

1.2.2 抑制食用油脂在贮藏过程中氧化酸败能力的测定 取50 g食用大豆油分别置于不同的棕色试剂瓶中,去盖敞口于60 ℃下水浴反应15 min,向试剂瓶中添加GAE,充分搅拌使其均匀分散在大豆油中,各瓶中GAE的浓度分别为0.01%和0.05%(w/w),将所有的试剂瓶置于105 ℃的恒温箱中敞口孵育,每12 h搅动一次,每24 h从试剂瓶中抽取样品测定过氧化值(Peroxide value,POV),未加入GAE的大豆油作空白对照,BHA作阳性对照。

样品中POV值的测定及计算按照中华人民共和国国家标准《动植物油脂过氧化值测定》(GB/T5538-2005)中所述碘量滴定法进行[10]。称取反应后的油脂样品4 g于锥形瓶中,加入50 mL冰乙酸-异辛烷混合液(冰乙酸∶异辛烷=3∶2,v/v),摇溶,加入0.5 mL饱和碘化钾溶液(1.4 g/mL)反应1 min,摇动至少3次,后立即加入30 mL蒸馏水,用标定好的0.01 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至浅黄色,加入0.5 mL淀粉溶液(10 g/L)作为指示剂,继续滴定至蓝色消失,取等量的反应试剂按同样的方法做空白对照,按照下式计算油脂的POV值:

POV(meq/kg)=N×(V1-V2)×(1000/M)

式中:V1是用于样品测定的硫代硫酸钠溶液的体积(mL),V2是用于空白测定的硫代硫酸钠溶液的体积(mL),N是硫代硫酸钠溶液的浓度(mol/L),M是样品的质量(g)。

1.2.3 ABTS+自由基清除实验 用蒸馏水配制含ABTS(7 mol/L)与过硫酸钾(2.45 mol/L)的混合溶液,置于23 ℃的暗处孵育12～16 h制备ABTS+自由基阳离子基液。用蒸馏水稀释基液至其在波长734 nm处吸光度为0.700±0.005,得ABTS+自由基阳离子工作液。取0.1 mL不同浓度的GAE溶液(0.2～1.0 mg/mL)同3.9 mL工作液混合,23 ℃孵育6 min,测量反应混合物在734 nm处的吸光度[11],蒸馏水作空白对照,BHA作阳性对照,计算提取物对ABTS+自由基清除能力的半数有效浓度(EC50)。

ABTS+自由基清除率(%)=(1-实验组吸光度/空白组吸光度)×100

1.2.4 DPPH自由基清除实验 用95%的乙醇配制浓度为0.1 mmol/L的 DPPH自由基溶液,现配现用。取2.0 mL不同浓度(0.01～0.08 mg/mL)的GAE溶液同2.0 mL的 DPPH溶液混合,25 ℃下避光孵育30 min,测定反应溶液在517 nm处的吸光度[11],95%乙醇作空白对照,BHA作阳性对照,计算提取物对DPPH自由基清除能力的半数有效浓度(EC50)。

DPPH自由基清除率(%)=(1-实验组吸光度/空白组吸光度)× 100

1.2.5 还原能力的测定 取2.5 mL不同浓度(0.1～0.5 mg/mL)的GAE溶液,与2.5 mL磷酸缓冲液(0.2 mmol/L,pH6.6)和2.5 mL铁氰化钾溶液(l%,w/v)混匀,50 ℃下孵育20 min,迅速冷却,加入2.5 mL三氯乙酸溶液(10%,w/v),混合后3000 r/min离心10 min,取上清液2.5 mL,加入2.5 mL蒸馏水和0.5 mL三氯化铁溶液(0.1%,w/v),混匀,测定混合物溶液在700 nm 处的吸光度[11]。

1.2.6 总酚含量的测定 标准曲线的建立:分别吸取0.1 mL不同浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mg/mL)的没食子酸标准溶液与2.0 mL碳酸钠溶液(20 mg/mL)混合,25 ℃孵育2 min后加入已用蒸馏水对倍稀释的Folin-Ciocalteu试剂溶液0.9 mL,混匀,25 ℃反应30 min,于波长750 nm处测定反应溶液的吸光度值,绘制没食子酸标准曲线,通过Origin8.0线性拟合,建立总酚含量(x)与溶液吸光度(y)之间的回归方程:y=1.21411x-0.0173,R2=0.9939。

样品的测定:取浓度为1.0 mg/mL的GAE溶液0.1 mL替代没食子酸标准溶液按上述步骤反应,将所测吸光度值代入回归方程,计算得到鼠曲草提取物的总酚含量[12]。

1.2.7 总黄酮含量的测定 标准曲线的建立:分别吸取0.1 mL不同浓度(0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL)的芦丁标准溶液与0.1 mL亚硝酸钠溶液(5%,w/v)及2.0 mL蒸馏水混合,25 ℃孵育6 min后加入0.2 mL三氯化铝溶液(10%,w/v)及0.6 mL蒸馏水,混匀,25 ℃反应5 min,于波长420 nm处测定反应溶液的吸光度值,绘制芦丁标准曲线,通过Origin8.0线性拟合,建立总黄酮含量(x)与溶液吸光度(y)之间的回归方程:y=0.65632x-0.01428,R2=0.9993。

样品的测定:取浓度为1.0 mg/mL的提取物溶液0.1 mL替代芦丁标准溶液按上述步骤反应,将所测吸光度值代入回归方程,计算得到鼠曲草提取物的总黄酮含量[12]。

1.2.8 数据统计与分析 每组实验重复三次,结果以“平均值±标准差”的形式表示。实验结果用Origin(version 8.0 for Windows,OriginLab Corporation,MA,USA)进行统计分析,显著性差异p<0.05。

2 结果与分析

2.1 鼠曲草提取物对油脂氧化酸败的抑制

鼠曲草提取物对食用油脂在贮藏过程中氧化酸败的抑制作用如图1所示。过氧化值(Peroxide value,POV)是判断油脂氧化酸败程度的一项重要指标。由图1可知,随着贮藏时间的延长,各实验组大豆油样品的POV值都有不同程度的增大，空白组从(35.9±3.02) meq/kg增加到(285.7±9.98) meq/kg;0.05% GAE实验组从(32.4±0.11)meq/kg增加到(171.8±7.42) meq/kg;阳性对照组从(33.2±1.36) meq/kg增加到(188.2±5.85) meq/kg,说明在实验条件下,各组油脂样品均发生了不同程度的氧化酸败。同空白对照组相比,相同贮藏时间内,添加GAE的各组大豆油样品具有较低的POV值,说明其油脂的氧化酸败程度均受到抑制。同时,随受试浓度的增加,GAE对大豆油氧化酸败的抑制作用逐渐增强,呈现明显的剂量-效应关系。

图1 鼠曲草提取物对食用油脂氧化酸败的抑制作用Fig.1 Inhibition of GAE on the oxidation of edible oil

油脂的氧化酸败过程既产生自由基,又需要自由基进一步推动反应的发生。可见,体系中的自由基是促进油脂氧化酸败的重要因素,亦是控制该反应进行的关键点。自由基是引发食品中脂类物质的氧化酸败,加速食用油脂腐败变质的主要原因[13],若能有效地减少反应体系中自由基的产生或及时清除体系中已产生和蓄积的自由基,便能较好地阻碍体系中链式反应的发展,从而有效地抑制油脂的氧化酸败[14]。实验结果(图1)表明,鼠曲草提取物在实验条件下能显著地减弱食用油脂在贮藏过程中POV值的增长,有效抑制油脂的氧化酸败。为了进一步探究鼠曲草提取物抑制油脂氧化酸败的原因与作用机理,实验进一步分析了其对自由基的清除作用。

2.2 鼠曲草提取物对自由基的清除作用

实验选取性质稳定且反应现象明显的ABTS+和DPPH两种自由基为代表[11],测定鼠曲草提取物对自由基的清除作用,结果如图2所示。

图2 鼠曲草提取物对ABTS+(A)和DPPH(B)自由基的清除能力Fig.2 ABTS+(A)and DPPH(B)radical scavenging activities of GAE

由图2(A)可知,鼠曲草提取物能有效清除实验体系中的ABTS+自由基,不同浓度提取物对ABTS+自由基的清除效果不同。受试浓度由0.2 mg/mL变化到1.0 mg/mL,提取物对ABTS+自由基的清除率从24.11%±1.24%增加到71.11%±0.47%,表现出良好的剂量-效应关系,EC50值(0.55±0.03) mg/mL明显低于阳性对照BHA的EC50值(5.18±0.35) mg/mL。此外,在不同的受试浓度下,鼠曲草提取物对实验体系中的DPPH自由基显示出显著的清除效果(图2B)。随受试浓度的增加(0.01～0.08 mg/mL),提取物对DPPH自由基的清除效果显著提高(19.77%±3.66%～86.24%±0.45%),呈现出明显的剂量-效应关系,其EC50值(0.03±0.01) mg/mL较阳性对照BHA的EC50值(4.86±0.49) mg/mL要低,说明其对DPPH自由基的清除作用强于阳性对照BHA。

食用油脂中蓄积的多种自由基进入人体后会攻击体内的生物大分子,引起氧化损伤,导致机体衰老并诱发各种慢性疾病[15]。实验结果(图2)表明,鼠曲草提取物在较低的受试浓度范围内均能有效清除实验体系中存在不同自由基,是一种优良的自由基清除剂,具有良好的抗氧化效果,这也可能是其有效抑制食用油脂在贮藏过程中的氧化酸败(图1)的重要原因。为进一步剖析和解释鼠曲草提取物显著的自由基清除活性及对食用油脂氧化衰败的抑制作用机理,实验对其本身具有的还原能力进行了测定。

2.3 鼠曲草提取物还原能力的测定

物质的还原能力既是其抗氧化活性的重要表现,又能对其清除自由基等抗氧化作用进行合理解释[16]。不同受试浓度下,鼠曲草提取物的还原能力如图3所示。

图3 鼠曲草提取物的还原能力测定Fig.3 Reducing power of GAE

如图3所示,当鼠曲草提取物浓度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL时,反应溶液在700 nm波长处的吸光度值分别为0.404±0.008、0.751±0.009、1.043±0.008、1.309±0.012、1.562±0.009。可见,随受试浓度的增加,反应溶液的吸光度值在逐渐增大,说明体系中普鲁士蓝的生成量在增多。结合测定原理和前述实验结果,分析可知,鼠曲草提取物在实验条件下具有较强的还原能力,能在反应体系中展现出显著的质子给予能力,淬灭体系中不稳定的自由基(如图3所示)并使其性质趋于稳定,从而有效阻断体系中自由基链式反应的发生与发展[13-14],故而其能明显地抑制食用油脂在贮藏过程中的氧化酸败(如图1所示)。为了从物质成分的角度分析和讨论鼠曲草提取物优良的自由基清除作用和还原能力,实验进一步测定了提取物中活性酚类及黄酮类化合物的含量,利于从物质层面揭示其有效地抑制油脂氧化酸败的原因。

2.4 鼠曲草提取物的总酚和总黄酮含量

活性酚类及黄酮类化合物的存在及含量的高低是植物提取物具有多种生物活性及其作用强弱的物质基础[17]。通过分光光度法测定,鼠曲草提取物中以没食子酸计的总酚含量为(169.9±7.7) mg没食子酸当量/g提取物,以芦丁计的总黄酮含量为(213.9±8.7) mg芦丁当量/g提取物。

大量研究表明,酚类和黄酮类化合物的分子结构中均含有数量较多的酚羟基,这使得酚类和黄酮类化合物展现出良好的还原性。因此,活性酚类和黄酮类化合物是一种天然存在的具有自由基清除作用的天然抗氧化剂[18-19]。再者,极性较强的酚类化合物在水相体系中具有明显的抗氧化活性,但在油相体系中由于溶解性的原因使其抗氧化活性的发挥会受到阻碍;而黄酮类化合物因分子结构中天然存在的黄烷骨架而展现出良好的疏水性,使其在油相中具有较好的溶解性,故而能在油相体系中展现出更优越的抗氧化作用[18]。结合前述实验结果分析可知,鼠曲草提取物具有较高的总酚和总黄酮含量,且黄酮类化合物的含量明显高于酚类物质的含量,故而在反应体系中展现出较强的还原能力(如图3所示),从而有效地清除实验体系内产生和蓄积的自由基(如图2所示),进而显著地抑制了食用油脂在贮藏过程中的氧化酸败(如图1所示)。此外,研究进一步发现,活性酚类和黄酮类化合物还能明显地抑制生化反应中各种氧化酶的生物活性,并有效络合对氧化反应起催化作用的多种金属离子,展现出良好的抗氧化作用[17]。

3 结论

鼠曲草提取物含有丰富的活性酚类和黄酮类化合物,具有显著的还原能力,能有效地清除体系中产生和蓄积的自由基,对食用油脂在贮藏过程中氧化酸败现象的发生与发展具有很好的抑制作用。研究工作为鼠曲草资源在食用油脂工业的开发与应用提供了实验基础。

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Inhibition and mechanism ofGnaphaliumaffineextract on the oxidation of edible oil during storage

GAO Hao-xiang1,XUE Fan1,HE Qiang1,2,SUN Qun3,ZENG Wei-cai1,2,*

(1.College of Light Industry,Textile and Food Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China;2.The Key Laboratory of Food Science and Technology of Sichuan Province,Sichuan University,Chengdu 610065,China;3.College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610064,China)

The inhibition ofGnaphaliumaffineextract(GAE)against the oxidation of edible oil during storage was investigated. With the measurement of peroxidation value(POV),the inhibitory effect of GAE on the oxidation of edible oil during storage was determined. Then,the free radical(ABTS and DPPH)scavenging activities,reducing power and total phenolic and flavonoids content of GAE were also determined by using spectrophotometry,which were employed to explore the potential mechanism for its inhibition on oil oxidation. Present results showed that GAE exhibited the excellent capacity to weaken the POV increasing of edible oil during storage,which indicated that GAE possessed the remarkable inhibitory effect on the lipid oxidation. Furthermore,the significant free radical scavenging activity,strong reducing power and higher total phenolic(169.9±7.7 mg gallic acid equivalent/g extract)and flavonoid(213.9±8.7 mg rutin equivalent/g extract)content of GAE were observed,which might be the important reasons responded for its effective inhibition on the oxidation of edible oil.

Gnaphaliumaffine;edible oil;storage process;oxidation;inhibitory mechanism

2016-07-25

高浩祥(1995-)，男，大学本科，研究方向：食品科学与工程，E-mail:gaohaoxiangscu@163.com。

*通讯作者:曾维才(1986-)，男，博士，讲师，研究方向：食品化学，E-mail:weicaizeng@scu.edu.cn。

泸州-川大战略创新合作基金资助项目(2014CDLZ-N08)；四川大学创新创业训练计划资助项目(201610611677)。

TS221

A

:1002-0306(2017)04-0148-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.020