马泡瓜籽油理化特性、组成分析及氧化稳定性

纪佳璐，吴 莹，徐斐然，鞠兴荣，王立峰,*

（1.南京财经大学食品科学与工程学院，现代粮食流通与安全协同创新中心，粮油质量控制与加工重点实验室，江苏 南京 210023；2.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122）

马泡瓜（Cucumis bisexualis），俗称马包、马蓬瓜，是葫芦科甜瓜属的一年生草本植物[1]。马宗新[2]经考证后认为马泡瓜可划入甜瓜种下的野甜瓜亚种，并提出淮北地区的马泡瓜是东方甜瓜的野生祖先。马泡瓜具有耐旱、耐涝、适应性强、易栽培的特性，主要分布于中国、印度等国家，在我国的东北、淮北地区广泛生长，多见于山坡、田埂和路边。马泡瓜是茎蔓生，贴地拖秧生长，每株可结瓜20～40 个，果实直径2～6 cm，果皮极薄[2]，味微苦，泛瓜果清香。单果种子量为100～120 粒，出油率约36%[3]。按270～340 株/hm2的种植规模计算，马泡瓜产量可达到21 994 kg/hm2[2]。安徽省太和县县志中有旧时农民用马泡籽做油、“味香似麻油”的记载，张正中等[4]也于1961年介绍了阜阳行流公社将马泡瓜与高杆作物套种增收并进行综合利用的经验。

目前对于甜瓜属植物油料的研究日益增多，甜瓜籽油可以作为原料制备生物柴油，在非洲和中东部分国家还被用作食用油[5]。Mallek-Ayadi等[6]对Maazoun甜瓜籽进行了较为细致的研究，发现其瓜籽中主要含蛋白质（27.41%）、碳水化合物（29.96%）和大量酚类化合物，含油率达30.65%，瓜籽油的不饱和脂肪酸相对含量为85.39%，其中亚油酸相对含量为68.98%，且富含黄酮、β-甾醇和生育酚等抗氧化物质。Maddaan等[7]研究了包括美国、法国、日本、澳大利亚、印度等地产的91 个品种的甜瓜籽，经过提取，各种甜瓜籽油出油率介于12.5%～39.1%，油中主要脂肪酸为亚油酸、油酸、棕榈酸等，不饱和脂肪酸相对含量介于64.6%～88.2%。而关于马泡瓜的报道则主要是聚焦于其杂草“身份”[8]或甜瓜属植物遗传特性，对于其组分及功能方面的研究尚少。Mariod等[9]对苏丹境内沙土地和黏土地种植的变种马泡瓜籽油进行了分析，发现二者的脂肪酸组成无明显差异，且亚油酸相对含量均达到61%，γ-生育酚占总生育酚的77%～80%，且富含酚类物质，使两种油都具有良好的氧化稳定性。李昌其等[10]报道了马泡瓜提取物可以显著降低II型糖尿病小鼠的血糖并提高其抗氧化能力，Ma Qinge等[11]从马泡瓜果实中提取了21 种香豆素的衍生物，其中9 种为首次被发现，并对这些提取物的生物活性进行了评估，发现一部分提取物具有镇痛和肝保护的作用。综上，马泡瓜及其功能成分具有较大的开发潜力。对泡瓜的开发利用一方面能减少资源浪费，从而“变废为宝”；另一方面可以带来良好的经济效益，推动皖北、鲁南等经济欠发达地区的特色产业开发。目前马泡瓜的规模化种植及相关的调查研究正在陆续开展，对于马泡瓜籽油的研究则鲜有报道，本实验研究压榨得到的马泡瓜籽油理化性质、营养组分及抗氧化性，并利用热分析技术（差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）和热重（thermogravimetric，TG）分析）对其氧化稳定性及热特性进行了评估，以期为马泡瓜这一自然资源的开发利用提供一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马泡瓜（Cucumis bisexualis）采集于安徽省利辛县，收集后将果实破碎，将种子分离，同时去除空籽、坏籽。之后将种子淘洗干净，并在50 ℃下烘烤24 h，得到马泡瓜籽，于干燥阴凉处保存。鲁花三级菜籽油为市售。

正己烷、硫氰酸钾、硫酸亚铁、氯化钡 南京化学试剂有限公司；氢氧化钾、酚酞、无水硫酸钠 国药化学试剂有限公司；邻苯二甲酸氢钾 上海凌峰化学试剂有限公司；二丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，B H T）、咖啡酸（纯度9 9.9%）、V C（食品级）北京索莱宝科技有限公司；34 种脂肪酸甲酯标准品上海源叶生物科技有限公司；β-胡萝卜素（标准品）、β-谷甾醇标准品（标准品）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、α-生育酚（标准品）、γ-生育酚（标准品） 美国Sigma公司；甲醇（纯度99.9%）、正己烷（纯度99.9%）（均为色谱纯）德国默克公司。以上未特别标注的试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

C Z R 1 0 9 型榨油机 广州德海威工业设备有限公司；CR-400色差仪 日本柯尼卡美能达传感公司；U-3900紫外-可见分光光度计 日本日立公司；SpectraMax M2e多功能酶标仪 美国分子仪器公司；6890气相色谱仪、1260高效液相色谱仪、7890-7000C气相色谱-质谱连用仪 美国安捷伦公司；TAQ2000 DSC仪美国TA仪器公司；STA 449 F3 TG仪 德国耐驰公司。

1.3 方法

1.3.1 马泡瓜籽油制取

将马泡瓜籽在110 ℃下烘烤10 min，使油脂富集，之后使用榨油机进行压榨得到毛油，6 000 r/min离心10 min后分离上清液，静置。油脂制取后称量并在-20 ℃下贮存备用。并按下式进行出油率的计算。

1.3.2 马泡瓜籽油理化特性分析

酸值测定参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》；过氧化值测定参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》；碘值测定参照GB/T 5532—2008《动植物油脂碘值的测定》。

使用色差仪对马泡瓜籽油色泽进行测定，结果以L*值（亮度/暗度）、a*值（红色/绿色）、b*值（蓝色/黄色）表示。

马泡瓜籽千粒质量的测定参照GB/T 5519—2018《谷物与豆类 千粒重的测定》；马泡瓜籽油透明度及气、滋味的观察、记录和说明参照GB/T 5525—2008《植物油脂透明度、气味、滋味鉴定法》。

1.3.3 马泡瓜籽油脂肪酸组成测定

利用气相色谱法对马泡瓜籽油和菜籽油的脂肪酸组成进行测定。

样品脂肪酸甲酯化：取50 mg油样，加入1.5 mL、1 mol/L氢氧化钾-甲醇溶液，置于10 mL离心管，于50 ℃水浴中振荡30 min后加入3 mL正己烷，漩涡振荡2 min后静置片刻。取上清液2 mL，加入少许无水硫酸钠，过0.22 μm滤膜，准备进样。

气相色谱条件： 采用S P - 2 5 6 0 色谱柱（100 m×0.25 mm，0.2 μm），进样口温度260 ℃，载气为氦气，流速2 mL/min，分流比10∶1，进样量1.0 μL。升温程序：初始温度140 ℃，保持5 min，以4 ℃/min的速率升至240 ℃，保持3 min。通过比对34 种脂肪酸甲酯标准品在相同条件下的保留时间以定性，利用峰面积归一法定量。

1.3.4 活性物质含量的测定

1.3.4.1 总酚、β-胡萝卜素含量测定

总酚及β-胡萝卜素含量的测定参考Nkengurutse等[12]的方法。

1.3.4.2 甾醇含量测定

甾醇提取及含量的测定参考周润松等[13]的方法。

气相色谱条件：HP-5MS色谱柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），进样口温度270 ℃，分流比30∶1，进样量1 μL，流速1 mL/min，程序升温：初始温度180 ℃，10 ℃/min升至280 ℃，保持15 min。

质谱条件：离子源温度230 ℃、四极杆温度150 ℃、传输线温度280 ℃，质量扫描范围m/z 45～550，溶剂延迟8 min。使用β-谷甾醇标准品作标准曲线以定量。

1.3.4.3 生育酚含量的测定

前处理方法：取0.2 g油样于10 mL离心管中，加入3 mL甲醇，漩涡振荡2 min，超声（功率300 W）提取25 min，超声结束后，4 000 r/min离心5 min取上清液。以上方法重复提取两次，合并上清液。氮吹至干，加入1 mL甲醇溶解，过0.22 μm滤膜，进入进样瓶，用高效液相色谱法检测。

流动相：V（甲醇）∶V（水）＝98∶2，等度洗脱，洗脱时间45 min，色谱柱：ZORBAX SB-C18色谱柱（150 mm×4.6 mm，5 μm），荧光检测波长：激发波长295 nm、发射波长330 nm。进样量20 μL。使用α-、γ-生育酚标准品作标准曲线以定量。

1.3.5 挥发性成分相对含量测定

挥发性成分相对含量参考王茜茜等[14]的方法进行测定。

1.3.6 DPPH自由基清除能力测定

参考Zheng Lianhe等[15]的方法测定马泡瓜籽油的DPPH自由基清除能力，同时对不同质量浓度的VC和BHT进行同样的操作，以比较三者的DPPH自由基清除能力。

1.3.7 DSC法测定马泡瓜籽油和菜籽油的氧化稳定性

氧化诱导时间的测定：称取（2.5±0.5）mg样品置于敞口的铝坩埚中，放入实验炉内。设置条件如下：氧化温度分别设为110、120 ℃和140 ℃，氧气流速30 mL/min。氧化诱导时间在DSC曲线图上表现为氧化反应前外推基线与反应时最大斜率切线相交点对应的时间。

油脂起始氧化温度测定参考Rudnik等[16]的方法，并略作修改。升温速率10 ℃/min，温度从120 ℃升至300 ℃，氧气流速30 mL/min。起始氧化温度在DSC曲线图上表现为氧化反应前外推基线与反应时最大斜率切线相交点对应的温度。

1.3.8 马泡瓜籽油的热重分析

将2～5 mg 马泡瓜籽油装入40 mL铂盘中，温度范围30～600 ℃，升温速率10 ℃/min。氮气流速20 mL/s。记录质量变化与温度的关系曲线。

1.4 数据统计与分析

使用统计软件SPSS 21和Excel 2016软件分析统计数据，使用Origin 2018软件作图。

2 结果与分析

2.1 马泡瓜籽油的理化性质

如表1所示，马泡瓜籽的千粒质量为6 g。油料出油率主要受种子（包括品种、环境、种子成熟度及干燥程度等）和提取工艺（如溶剂、温度、时间、料液比、提取次数等）的影响。油菜籽、大豆、橄榄出油率分别为28%～43%、16.8%～17.0%、10.94%～48.17%[17]，马泡瓜籽相对上述几种油料出油率较高（25%），有潜力被开发为新兴油料作物。马泡瓜籽油酸值为0.37 mg/g，过氧化值为0.17 g/100 g，符合GB 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》对食用油品质的要求，同时低于其他常见植物油，说明该油中游离脂肪酸和氢过氧化物含量较低，氧化程度低。碘值较高（141.27 g/100 g），属于干性油，表明其不饱和脂肪酸含量可能较高。马泡瓜籽油在室温下为浅黄色、澄清透明的液体，具有独特的油脂香气，无异味。经测定，其L*值较高，符合透明的外观要求，表明油中杂质含量很低；b*值偏高，表明类胡萝卜素含量较高；a*值较低，油色偏浅，表明其含有少量的叶绿素[18]。

表1 马泡瓜籽油的出油率及理化性质Table 1 Yield and physicochemical characteristics of Cucumis bisexualis seed oil

2.2 马泡瓜籽油的脂肪酸组成

表2 马泡瓜籽油及菜籽油脂肪酸组成及相对含量比较Table 2 Fatty acid composition of Cucumis bisexualis seed oil and rapeseed oil

如表2所示，马泡瓜籽油的主要脂肪酸为棕榈酸、十七烯酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和γ-亚麻酸。在所有脂肪酸中，饱和脂肪酸占13.73%，不饱和脂肪酸占86.27%，略低于菜籽油（94.69%），而其中多不饱和脂肪酸相对含量（73.50%）则高于菜籽油（21.32%）。亚油酸为马泡瓜籽油中最主要的脂肪酸，相对含量高达67.10%，远高于菜籽油，也高于芝麻油（49.15%）和花生油（32.8%），但略低于红花籽油（83%）[19-20]。亚油酸属于n-6多不饱和脂肪酸，其衍生物共轭亚油酸可预防和抑制癌症、糖尿病和心脑血管疾病等慢性代谢疾病[20]。不同于以油酸为主的菜籽油，马泡瓜籽油中油酸相对含量仅为12.70%，还含有少量的γ-亚麻酸（6.40%），其相对含量低于月见草油（10%左右[21]）。

2.3 马泡瓜籽油活性成分

马泡瓜籽油中各种活性成分含量丰富，总酚含量为146.69 mg/kg，与棕榈油（64～131 mg/kg）和橄榄油（108～567 mg/kg）含量相当[22]。β-胡萝卜素含量为72.4 mg/kg，高于棕榈籽油（55.1 mg/kg）。β-谷甾醇含量达到186.18 mg/100 g，高于南瓜籽油（81.4 mg/100 g）[23]，丰富的β-谷甾醇有利于预防心脑血管疾病，还可用于护肤品的开发。

α-生育酚可以提高油脂的稳定性和抗氧化性，其在马泡瓜籽油中含量为113.07 μg/g，低于其他植物油（大豆油、菜籽油、葵花籽油中含量分别约为117、277、465 μg/g[24]）。γ-生育酚含量为1 614.21 μg/g，高于上述植物油。据报道，γ-生育酚不仅是一种抗氧化剂，还具有抗炎、抗肿瘤和利尿的功能，在缓解某些类型的癌症和心肌梗塞方面优于α-生育酚[25]。此外，日常生活中γ-生育酚可以通过膳食进行补充。

2.4 马泡瓜籽油中的挥发性物质

表3 压榨马泡瓜籽油中的挥发性物质Table 3 Composition of volatile compounds of Cucumis bisexualis seed oil

续表3

马泡瓜籽油中共鉴定出31 种挥发性物质，表3列出了各类挥发性化合物的名称和相对含量。可以看出马泡瓜籽油的风味是由各种不同种类的挥发性物质共同作用的结果。杂环类化合物起主要作用，其中2,5-二甲基吡嗪的相对含量最高，为21.71%，具有泥土味和豌豆味。吡嗪是美拉德反应的中间体，具有强烈的香气和良好的香气扩散性，它们具有极低的气味阈值和类似于坚果风味、油脂气味和烧烤风味。醛类是相对含量仅次于杂环类的成分，其贡献了油脂香、奶油香气，其中苯甲醛相对含量最高（14.29%），具有香甜、油脂和坚果味。

2.5 马泡瓜籽油的DPPH自由基清除能力

图1 马泡瓜籽油的DPPH自由基清除率Fig. 1 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging capacity of Cucumis bisexualis seed oil

如图1所示，当质量浓度在0.02～0.06 mg/mL范围内逐渐增加时，马泡瓜籽油、VC和BHT的DPPH自由基清除率迅速增加，且VC和BHT的DPPH自由基清除能力高于马泡瓜籽油。当质量浓度为0.08 mg/mL时，马泡瓜籽油的DPPH自由基清除率（65.7%）高于BHT（60.3%）。当油质量浓度为0.10 mg/mL时，马泡瓜籽油、VC和BHT的DPPH自由基清除率均达到最高，此时马泡瓜油DPPH自由基清除率为68.9%。

2.6 马泡瓜籽油的氧化稳定性

油脂的氧化稳定性是衡量油脂品质的重要指标，传统的油脂稳定性测定方法有Schaal烘箱法、Rancimat法、活性氧法等。近些年，随着DSC在食品领域的应用日益广泛，越来越多的学者将DSC应用于油脂研究领域，包括油脂的掺伪检测、油脂加热过程中氧化程度的监测、油脂抗氧化性的评估、油脂的氧化稳定性及氧化动力学分析等[26]。相较于传统方法，DSC技术样品用量少、耗时短、灵敏度高、易于实时监控，有利于油脂的快速检测、质量监控和货架期预测。Tan等[27]使用DSC和Rancimat法测定了12 种植物油的氧化稳定性并进行了比较研究，结果表明DSC测得的氧化诱导时间和氧化稳定指数具有良好的相关性，且不饱和脂肪酸的含量越高，油就越容易氧化，油的氧化稳定性越低。

图2 马泡瓜籽油（A）及菜籽油（B）的氧化诱导时间Fig. 2 Oxidative induction time of Cucumis bisexualis seed oil (A) and rapeseed oil (B)

图2 为马泡瓜籽油和菜籽油在3 种不同等温条件下DSC曲线及氧化诱导时间的确定方法。在110、120 ℃和140 ℃下，马泡瓜籽油的氧化诱导时间分别为263.91、133.64 min和26.50 min，菜籽油则分别为144.53、117.22 min和26.29 min，油脂氧化诱导时间受温度的影响较大，且与温度成反比。较高的温度大幅加快了油样在空气中的氧化速率，使测得的氧化诱导时间相对缩短[28]。此外，同一温度下马泡瓜籽油的氧化诱导时间较菜籽油更长，说明马泡瓜籽油具有更好的氧化稳定性。

如图3所示，马泡瓜籽油的放热峰比较尖锐，且热氧化的温度范围较宽，说明油中甘油三酯的脂肪酸组成较复杂。随着加热温度的升高，不同热稳定性的甘油三酯逐步氧化，使氧化的温度范围变宽。

马泡瓜籽油的初始氧化温度为221.6 ℃，同样条件下测得的菜籽油的初始氧化温度为210.3 ℃，可见马泡瓜籽油的初始氧化温度略高于菜籽油，这与上文中氧化诱导时间的分析结果吻合。通过前文对马泡瓜籽油和菜籽油脂肪酸组成及含量的比较，推测初始氧化温度与不饱和脂肪酸含量有关，而理论上马泡瓜籽油中高含量的多不饱和脂肪酸会使油更容易氧化，推测是其中的生育酚等抗氧化物质提高了油的氧化稳定性。

图3 马泡瓜籽油（A）和菜籽油（B）的DSC氧化曲线Fig. 3 DSC curves showing oxidation of Cucumis bisexualis seed oil (A)and rapeseed oil (B)

油脂氧化过程中会涉及一系列的反应，引起油脂质量的变化，可通过TG分析仪精确记录油脂在升温过程中重量的变化，得到油脂质量随温度或时间的变化图，即TG曲线，来实现对油脂氧化及其动力学的研究[29]。微商热重（derivative thermogravimetry，DTG）曲线是对样品质量取一阶导数后，描述质量变化速率与温度关系的曲线[30]。样品热分解过程中不仅涉及质量的变化，还涉及能量的变化，通过DSC记录样品热分解过程中的能量变化，可以得到样品DSC曲线，结合TG和DTG曲线进行分析，有助于更全面地了解样品热分解过程。

图4 马泡瓜籽油TG/DTG/DSC曲线Fig. 4 TG/derivative thermogravimetry/DSC curves of Cucumis bisexualis seed oil

图4 为5 m g 马泡瓜籽油在氮气气氛中以10 ℃/min加热时的TG/DTG/DSC动力学曲线。通过DTG曲线可知，马泡瓜籽油的质量开始损失时的温度为300 ℃，这与TG曲线的变化趋势吻合，之后在300～350 ℃范围内持续反应，产生挥发性物质，这是油样热分解的开始，同时该温度范围也称为食用油的“烟点”[31]。氧化开始之后，质量急剧降低，第二阶段发生在350～519 ℃之间，质量损失率达99.77%，即无碳质残留，该阶段主要涉及甘油三酯结构中脂肪酸链的热氧化降解和不饱和脂肪酸的分解反应。食用油的烟点与其热稳定性密切相关，加热超过烟点温度会引起油脂降解[32]；因此，烟点较高的油更适合于烹饪，尤其是对于高温加热处理。与菜籽油（190～232 ℃）、精制花生油（232 ℃）、棕榈油（235 ℃）和鳄梨油（271 ℃）烟点[33]相比，马泡瓜籽油的热稳定性良好，有望应用于烹饪领域。

3 结 论

通过压榨法对马泡瓜籽的油进行提取，出油率达到了25%，该油在室温下为浅黄色、透明的液体，具有独特的油脂清香。马泡瓜籽油的理化特性符合GB 2716—2018，碘值较常见植物油偏高，属于干性油脂，这种现象主要是由于其不饱和脂肪酸的相对含量较高（86.3%）。亚油酸是马泡瓜籽油中最主要的脂肪酸，相对含量达到67.10%，还含有少量γ-亚麻酸（6.40%）。此外，马泡瓜籽油中γ-生育酚的含量高达1 614.21 μg/g，远高于一般植物油。高含量的不饱和脂肪酸和生育酚等活性物质使马泡瓜籽油具有较强的抗氧化性和氧化稳定性，0.1 mg/mL的马泡瓜籽油DPPH自由基清除率达到68.9%。通过DSC法对马泡瓜籽油和菜籽油的氧化诱导时间和初始氧化温度进行了比较，测得其初始氧化温度为221.6 ℃，在110 ℃下的氧化诱导时间达到263.91 min，氧化稳定性优于菜籽油，TG分析表明马泡瓜籽油具有良好的热稳定性，且烟点较高，可用于烹饪。因此，马泡瓜籽油不仅可作为新型功能性油脂，也有潜力成为γ-生育酚和亚油酸的良好来源。在今后的研究中也可以就马泡瓜的性状与组分间的关系、马泡瓜不同部位的组分、活性成分提取及功能性产品研发等方面进行进一步的探究，以提高这一新兴野生资源物的利用率。