茶多酚对牡丹籽油氧化稳定性的影响及货架期预测

朱式业，熊武国，李加兴,，涂 静，黄 诚，陈双平

(1.吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室，湖南 张家界 427000； 2.湖南省澧县中医医院，湖南 澧县 415500； 3.吉首大学 化学化工学院，湖南 吉首 416000； 4.湖南省优镒农业开发有限公司，湖南 吉首 416000)

牡丹籽油是以牡丹籽为原料提取而得的一种植物油，其脂肪酸组成中多不饱和脂肪酸比例高达90.19%，其中含量最高的亚麻酸占39.47%，油酸与亚油酸含量分别为24.11%和27.16%[1-2]。亚油酸、亚麻酸是人体自身不能合成、必须从食物中摄取的必需脂肪酸，具有可降低人体胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白水平[3]以及抗皱、保湿、增白等功效[4-5]。2011年3月，牡丹籽油被卫生部批准为新资源食品，带动了各地大规模栽培油用牡丹和同步建设牡丹籽油加工企业[6]。

目前，国内对牡丹籽油的研究主要集中在提取及精炼工艺、脂肪酸组成分析、生物活性研究等方面[7-11]，且毒理学试验与安全性评价结果显示牡丹籽油无遗传毒性[12-13]，为其进一步应用提供了理论依据。由于牡丹籽油含有大量不饱和脂肪酸而极易氧化酸败，货架期短，成为阻碍油用牡丹产业持续稳定发展的技术瓶颈，因此利用抗氧化剂提高牡丹籽油氧化稳定性成为其开发应用的关键。茶多酚是一种高效、低毒的天然抗氧化剂[14]，已有的对相关油脂抗氧化性能的研究结果表明茶多酚对活性氧自由基具有强清除作用[15-18]。本研究以过氧化值为稳定性评价指标，探讨茶多酚对牡丹籽油氧化稳定性的影响，根据Arrhenius经验公式推导出货架期模型以科学预测其货架期，为进一步开发利用牡丹籽油提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

牡丹籽油，以湘西野生牡丹籽为原料，采用超临界CO2萃取、物理精炼而得，过氧化值0.12 g/100 g，酸价(KOH)1.48 mg/g，符合GB 2716—2005中过氧化值小于等于0.25 g/100 g、酸价(KOH)小于等于3 mg/g的规定。硫代硫酸钠、三氯甲烷、冰醋酸、碘化钾、淀粉、无水乙醚、无水乙醇、氢氧化钾、重铬酸钾、硫酸等，分析纯；茶多酚、特丁基对苯二酚(TBHQ)、二丁基羟基甲苯(BHT)，食品添加剂级。

1.1.2 仪器与设备

JA-5103N高精度电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司；GZX-9246MBE数显热鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 牡丹籽油氧化稳定性实验

采用Schaal烘箱加速氧化实验研究牡丹籽油氧化稳定性[19]。称取适量抗氧化剂，用少量无水乙醇溶解，加入牡丹籽油中并搅拌均匀(约20 min)，放入恒温箱中遮光贮存，每隔24 h交换油样在恒温箱中的位置，以不加抗氧化剂的牡丹籽油作为对照，每隔4 d取样并测定其过氧化值。

1.2.2 牡丹籽油货架期预测模型的建立

Arrhenius方程可以反映食品腐败变质的速率与环境温度之间的函数关系[20]，方程如下：

(1)

对式(1)两边取对数可得：

lnk=-(Ea/RT)+lnk0

(2)

式(1)、式(2)中：k0为方程指前因子；Ea为活化能，kJ/mol；R为气体常数，8.314 J/(mol·K)；T为热力学温度，K。

由式(2)可知，lnk与热力学温度的倒数(1/T)呈线性关系，斜率为-Ea/R，lnk0为常数项。求得不同温度下的反应速率常数后，用lnk对绝对温度的倒数1/T作图，就可求得活化能和指前因子，再采用式(1)、式(2)即可推导出牡丹籽油的氧化动力学模型。

本研究为反映牡丹籽油样品的氧化速率与环境温度的关系，根据添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同贮存温度(25、35、45、55、65℃)下过氧化值随贮存时间的变化，采用牡丹籽油的氧化动力学模型即可求得不同温度下的氧化反应速率常数，再通过动力学方程计算出牡丹籽油的货架期。

1.2.3 指标测定

过氧化值、酸价：采用GB/T 5009.37—2003中规定的方法进行测定。

1.2.4 数据处理

利用Origin8.5对数据进行处理并绘制图表。

2 结果与分析

2.1 茶多酚添加量对牡丹籽油氧化稳定性的影响

按GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》中茶多酚作为抗氧化剂的添加量小于等于0.4 g/kg(0.04%)的要求，在牡丹籽油样品中分别添加0.005%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%(以牡丹籽油质量计，下同)的茶多酚，置于65℃烘箱中贮存，取样测定牡丹籽油过氧化值随贮存时间的变化，以探讨茶多酚添加量对牡丹籽油氧化稳定性的影响，结果见图1。

图1 茶多酚添加量对牡丹籽油氧化稳定性的影响

由图1可知，置于65℃下的牡丹籽油无论是否添加抗氧化剂茶多酚，其过氧化值均随着贮存时间的延长而快速增长，牡丹籽油空白样增长得尤为迅速，而不同茶多酚添加量的牡丹籽油过氧化值增长速度均低于空白样，表明茶多酚对牡丹籽油具有抗氧化作用。空白样65℃下放置50 h，即达到GB 2716—2005规定的过氧化值上限值0.25 g/100 g；以此为标准，添加0.01%茶多酚的牡丹籽油可放置66.5 h，添加0.04%茶多酚的牡丹籽油可放置100.8 h，表明茶多酚在GB 2760—2014规定的添加量范围内对牡丹籽油的抗氧化效果存在量效关系。茶多酚之所以能对包括牡丹籽油、核桃油、橄榄油在内的多种油脂发挥抗氧化作用[14,16,18]，可能与其存在的没食子酸酯和C环上的双键有关，而且茶多酚各成分之间还存在着抗氧化协同作用[21]。

2.2 茶多酚、TBHQ和BHT对牡丹籽油氧化稳定性的影响

结合国内文献报道茶多酚对牡丹籽油的抗氧化效果较为理想的添加量[22]，在牡丹籽油中分别添加0.02%的茶多酚、TBHQ、BHT，置于65℃烘箱中贮存，取样测定牡丹籽油过氧化值随贮存时间的变化，同时检测分析其酸价有无变化，以探讨茶多酚、TBHQ和BHT对牡丹籽油抗氧化性能的差异，结果见图2、图3。

图2 添加0.02%茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油过氧化值随贮存时间的变化

图3 添加0.02%茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油酸价随贮存时间的变化

由图2可知，与空白样相比，不同的抗氧化剂均能明显延缓牡丹籽油的氧化过程，其中添加TBHQ的牡丹籽油过氧化值增长得最为缓慢，贮存480 h过氧化值仅为0.85 g/100 g，其次为添加BHT的牡丹籽油，过氧化值也增长得较为缓慢，而茶多酚对牡丹籽油的抗氧化效果均明显弱于TBHQ、BHT，贮存480 h过氧化值增长至1.23 g/100 g，因此这3种抗氧化剂的抗氧化效果依次为TBHQ>BHT>茶多酚。此结果与国内同类研究相一致[23]。

酸价是判断油脂酸败程度的依据之一。由图3可知，空白样与添加抗氧化剂茶多酚、TBHQ和BHT的牡丹籽油的酸价尽管都存在一定波动，但增长幅度很小，均符合GB 2716—2005中规定的食用植物油酸价(KOH)小于等于3 mg/g的要求，表明不同抗氧化剂对牡丹籽油酸价的影响不大。上述油样酸价的波动可能与贮存温度较高而导致油脂水解有关，但由于油中残留水分较少，因而牡丹籽油的水解程度受限。添加抗氧化剂的牡丹籽油酸价增长幅度要低于空白样，可能与抗氧化剂抑制了牡丹籽油的氧化速率有关，相应地酸败反应更为缓慢。

2.3 温度对添加茶多酚的牡丹籽油氧化稳定性的影响

牡丹籽油添加0.02%茶多酚后分别置于25、35、45、55℃和65℃的热风干燥箱中贮存，取样测定牡丹籽油过氧化值随贮存时间的变化，以探讨不同温度对添加茶多酚的牡丹籽油氧化稳定性的影响，结果见图4。

图4 温度对添加茶多酚的牡丹籽油氧化稳定性的影响

由图4可知，添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同温度条件下，过氧化值随着贮存时间的延长而逐渐升高， 且过氧化值增幅随温度升高而增大，表明温度是影响牡丹籽油氧化稳定性的主要因素，且温度越高对与氧化程度直接关联的油脂货架期越为不利。

2.4 牡丹籽油贮存过程中品质变化的动力学模型

为了探究添加茶多酚后牡丹籽油的稳定性与温度之间的关系，根据化学反应动力学原理[24]和图4数据，分别用零级反应动力学方程(c=c0-kt)和一级反应动力学方程(c=c0e-kt)对牡丹籽油在不同温度下的过氧化值进行拟合，得到回归方程和相关系数，结果如表1所示。

由表1可知，在相同温度下，零级反应速率方程的回归系数小于一级反应，拟合度低，说明牡丹籽油氧化反应属于一级反应。从方程可看出，过氧化值变化速率随温度升高而加快，说明温度对油脂的氧化有加速作用。

由表1得不同温度下的k值，用lnk对绝对温度的倒数1/T作图，可得到一条斜率为-Ea/R的直线，求得Ea和k0，如图5所示。

表1 牡丹籽油在不同温度下基于过氧化值的回归方程

图5牡丹籽油贮存温度及其对应的反应速率的回归分析

由图5可知，Ea/R=4 026.5，lnk0=6.712 3，R2=0.917 9，说明lnk与1/T具有较好的线性相关性。在此基础上建立添加0.02%茶多酚的牡丹籽油贮存过程中氧化反应速率k与贮存温度T之间的Arrhenius方程为：

(3)

2.5 货架寿命的动力学模型预测

把食用植物油卫生标准中过氧化值的最高允许限量0.25 g/100 g作为牡丹籽油货架期的终点，采用牡丹籽油氧化动力学模型可计算出不同温度下添加0.02%茶多酚的牡丹籽油的氧化反应速率，代入一级动力学方程中即可预测出添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同贮存温度下货架期的理论值，结果见表2。

表2 添加0.02%茶多酚的牡丹籽油在不同贮存温度下的货架期

由表2可知，添加0.02%茶多酚可明显延长牡丹籽油的货架期，且随温度升高，牡丹籽油的货架期缩短。在室温(25℃)下，添加0.02%茶多酚的牡丹籽油的货架期预计可达645.30 h。

3 结 论

(1)采用Schaal烘箱加速氧化法研究65℃下茶多酚对牡丹籽油氧化稳定性的影响，结果表明不同茶多酚添加量的牡丹籽油过氧化值增长速度均低于空白样，且在GB 2760—2014规定的添加量范围内对牡丹籽油的抗氧化作用随其添加量增加而增大。

(2)不同的抗氧化剂均能明显延缓牡丹籽油的氧化过程，添加0.02%抗氧化剂对牡丹籽油的抗氧化效果依次为TBHQ>BHT>茶多酚，即合成抗氧化剂的抗氧化性能优于茶多酚；添加抗氧化剂的牡丹籽油的酸价增长幅度低于空白样，但酸价波动范围均较小。