植物甾醇对压缩饼干货架寿命的影响

赵雁武，曾彦豪，牛永洁(.武警后勤学院 军事经济系，天津 300309； .西安海斯夫生物科技有限公司，西安 7006)

植物甾醇几乎存在于所有植物性食品中，主要以游离甾醇、甾醇脂肪酸、甾醇糖苷、脂酰基甾醇糖苷和甾醇羟基芳酸酯5种形式存在。植物体内，种子[1]和花粉中植物甾醇最多，属于植物次生代谢产物。工业中通常以大豆油等植物油馏分或塔罗油为原料，通过皂化、萃取、结晶等工艺得到植物甾醇。植物甾醇具有降脂、抑菌、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等生物活性[2-6]，使其备受医药化工、食品及饲料等行业关注。2004年欧盟常务委员会批准了植物甾醇和植物甾醇酯作为新资源食品或食品原料在欧洲销售和使用。2010年，我国允许植物甾醇和植物甾醇酯作为新资源食品在食品中添加[7-8]。美国FDA通过了其降低胆固醇的健康声称，更促进了植物甾醇的广泛应用。食品中，植物甾醇应用主要集中在油脂、涂抹食品和奶制品。目前，尚未见植物甾醇影响户外和军用食品货架寿命的研究。

目前加速实验是研究食品货架寿命的常用方法[9-11]。杨虎清等[12]研究了山核桃在不同温度下过氧化值、酸值及感官品质随时间的变化，并建立动力学预测模型。本文通过研究不同温度下压缩饼干的酸值变化，推导常温条件下压缩饼干的货架寿命，研究植物甾醇对压缩饼干货架寿命的影响，以期掌握植物甾醇作为新食品原料在压缩饼干[13]类食品中的应用前景，为植物甾醇在军用食品中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

植物甾醇，由西安海斯夫生物科技有限公司提供；甲醇、氢氧化钾、正己烷、丙酸酐等均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

101-1AB型电热鼓风干燥箱；KQ3200型超声波清洗器；TDL-50B型低速台式大容量离心机；Acculab电子天平，德国赛多利斯科学仪器；RE-52AA 型旋转蒸发仪；控温多用高速组织捣碎机。

1.2 实验方法

1.2.1 压缩饼干的制备

无植物甾醇压缩饼干：按照军需装备研究所09式压缩干粮配方实验室自制。

植物甾醇压缩饼干：将植物甾醇添加至植物油中，混合均匀，在09式压缩干粮配方基础上，实验室自制。

1.2.2 酸值测定

采用GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》测定。

1.2.3 货架寿命预测实验

采用加速货架寿命实验法。以添加0.02%的植物甾醇压缩饼干为甾醇组，不添加植物甾醇的压缩饼干为空白组，在60、70℃和80℃进行加速储藏实验。将压缩饼干捣碎后均匀等分，分别置于60、70、80℃烘箱内，定期测定酸值，定为60℃、20 d测定1次样品的酸值，70℃、10 d测定1次样品的酸值，80℃、5 d测定1次样品的酸值。建立不同温度下压缩饼干酸值随储藏时间变化的Arrhenius动力学模型[14]。

2 结果与讨论

2.1 不同储藏温度下压缩饼干酸值的变化

按照1.2.3进行植物甾醇压缩饼干的加速储藏实验。压缩饼干的酸值随储藏时间变化曲线见图1～图3。

由图1～图3可知，不同储藏温度下甾醇组压缩饼干的酸值明显低于空白组，随着储藏温度升高，甾醇组酸值的变化相对较小，说明甾醇的抗氧化效果明显。60℃下空白组压缩饼干40 d后酸值上升较快，甾醇组变化平缓，但120 d后甾醇组的酸值升高显著；70℃下50 d后两组饼干的酸值上升较快；80℃下20 d后两组饼干的酸值升高显著。说明储藏温度对压缩饼干酸值的影响很大。

图1 60℃下压缩饼干酸值随储藏时间变化曲线

图2 70℃下压缩饼干酸值随储藏时间变化曲线

图3 80℃下压缩饼干酸值随储藏时间变化曲线

以酸值(KOH)超过4.00 mg/g作为变质指标。60℃下，空白组饼干在80 d左右变质，酸值(KOH)为4.08 mg/g；甾醇组饼干在120 d左右开始变质，酸值(KOH)为3.99 mg/g。说明60℃条件下，甾醇组的压缩饼干保质期为120 d，空白组为80 d；同理，70℃条件下，甾醇组压缩饼干保质期为40 d左右(酸值(KOH)3.98 mg/g)，空白组为30 d左右(酸值(KOH)4.34 mg/g)；80℃条件下，甾醇组压缩饼干保质期为20～25 d(酸值(KOH)4.98 mg/g)，空白组为15 d左右(酸值(KOH)4.43 mg/g)。

2.2 不同储藏温度下压缩饼干酸值变化动力学模型

不同储藏温度下压缩饼干的酸值随储藏时间的变化规律用一级品质劣变动力学模型拟合，一级动力学模型式可表示为指数函数：A=A0ekt，式中：A为酸值；A0为初始酸值；k为酸值变化速率常数；t为储藏时间。

对数据进行回归分析，得甾醇组与空白组的压缩饼干酸值变化动力学模型，对数据进行回归分析，甾醇组与空白组压缩饼干在不同储藏温度下酸值变化动力学模型和参数见表1。

表1 不同储藏温度下压缩饼干酸值变化动力学模型

根据Arrhenius关系式lnk=lnk0-Ea/RT，可知lnk与1/T呈线性关系，以1 000/T为横坐标对lnk作图，见图4。

图4 压缩饼干酸值变化的Arrhenius曲线

根据图4，得甾醇组lnk与1/T的线性关系式为y=-8.793 5x+22.302 089，由斜率可求得活化能Ea=8.793 5×8.314≈73.109(kJ/moL)，计算求得k0=4.85×109。甾醇组压缩饼干酸值变化的Arrhenius方程为：

k=4.85×109e-73 109/RT

(1)

空白组lnk与1/T呈线性关系式为y=-8.454 4x+21.567 978，由斜率可知活化能Ea=8.454 4×8.314≈70.290(kJ/moL)，计算求得k0=2.33×109。空白组酸值变化的Arrhenius方程为：

k=2.33×109e-70 290/RT

(2)

2.3 货架寿命预测分析

以酸值为货架寿命终点评价指标，将压缩饼干的酸值(KOH)最大值限定为4.00 mg/g，将不同的储藏温度值分别代入式(1)和式(2)得出不同的变化速率k，再将压缩饼干的酸值相对应的初始值和终点值代入一级动力学模型即可得出货架寿命。结果见表2。

表2 压缩饼干货架寿命预测

以货架寿命预测值为指标，绘制货架寿命对数lnts和储藏温度T之间的关系，见图5。

图5 货架寿命对数与贮藏温度的关系

根据一元线性回归分析，可得添加植物甾醇的压缩饼干货架寿命对数与储藏温度之间的关系为：lnts=-0.078 381T+9.333 986，相关系数R=0.999 2，说明此方程与数据的拟合性极高。空白组压缩饼干货架寿命对数与贮藏温度之间的关系为：lnts=-0.080 734T+9.217 156，相关系数R=0.999 5，说明该方程与数据的拟合性极高。

经计算可得，常温下(25℃)，甾醇组的压缩饼干货架寿命为1 594.7 d，空白组压缩饼干货架寿命为1 337.8 d。因此，植物甾醇可以延长压缩饼干的货架寿命，延长了19.2%。

3 结 论

运用加速实验研究植物甾醇对于压缩饼干货架寿命的影响，结果发现甾醇组相对于空白组可以明显延长压缩饼干的货架寿命。甾醇组压缩饼干酸值变化的Arrhenius方程为k=4.85×109e-73 109/RT，空白组压缩饼干酸值变化的Arrhenius方程为k=2.33×109e-70 290/RT。通过压缩饼干酸值动力学模型分析，甾醇组压缩饼干货架寿命为：60℃下 104.5 d，70℃下45.2 d，80℃下21.8 d；空白组压缩饼干货架寿命为：60℃下80.4 d，70℃下34.4 d，80℃下16.0 d。25℃时，甾醇组的压缩饼干货架寿命为1 594.7 d，相比空白组的1 337.8 d，压缩饼干货架寿命延长了19.2%。

[1] 赵雁武，邓红，仇农学. 苹果籽油中脂肪酸及植物甾醇成分分析[J]. 中国油脂，2012，37(4)：81-83.

[2] 张喜春，韩振海，Ходжайова ЛТ，等. 植物体内甾醇的合成和生理作用[J]. 植物生理学通讯，2001，37(5)：452-457.

[3] 荣爽，陈萌，许继取，等. 植物甾醇、维生素E和多酚添加菜籽油对高脂饮食大鼠动脉粥样硬化致病因子的影响[J]. 营养学报，2016，38(3)：252-255.

[4] 胡巧玲，黄丹，萍冯杰. 植物甾醇的生理功能及其在动物生产中的研究与应用[J]. 饲料研究，2014，21：42-45.

[5] 徐雅琴，庞丽萍，齐会娟，等. 南瓜籽植物甾醇的抗氧化性及抑菌性研究[J]. 农产品加工(学刊)，2012(5)：14-16.

[6] 赵雁武，王宪伟，黄滢璋，等. 苹果籽油中植物甾醇抗氧化性研究[J]. 西北农林大学学报，2012，40(9)：221-225.

[7] SUN S，翟鹏贵，彭启辉，等. 新资源食品原料植物甾醇和植物甾醇酯的安全与应用[J]. 2011，18(1)：51-55.

[8] 王恬，周岩民，顾莞婷. 植物甾醇的生物学功能及其在动物生产中的应用[J]. 饲料与畜牧，2009(1)：8-15.

[9] 徐芳，卢立新，许文才. 酥性饼干基于温度变化的氧化货架寿命预测[J]. 包装工程，2008(7)：4-6.

[10] 余晓琴，车晓彦，张丽平. 食品货架寿命预测研究[J]. 食品研究与开发，2007，28(3)：84-87.

[11] 张建，赵武奇，方媛，等. 樱桃仁油的氧化稳定性及货架期预测[J]. 中国油脂，2016，41(4)：78-82.

[12] 杨虎清，吴峰华. 山核桃基于温度变化的储藏寿命预测[J]. 食品科学，2010，31(12)：274-278.

[13] 吴俊，姜敬维，李鹏. 微细化淀粉代脂研究及其在压缩饼干中的应用[J]. 食品科学，2008，29(4)：203-205.

[14] ABUZAYTOUN R，SHAHIDI F. Oxidative stability of flax and hemp oils [J]. J Am Oil Chem Soc，2006，83(10)：855-861.