植物源天然抗氧化物质基本特征及其在食用油中的应用研究进展

王 欣，徐宝成,2,3，罗登林,2,3，余 慧，刘茜茜 ，陈晓冬，刘丽莉,2,3

(1河南科技大学 食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023；2食品加工与安全国家级实验教学示范中心，河南 洛阳 471023；3河南省食品原料工程技术研究中心，河南 洛阳 471023)

油脂特别是不饱和脂肪酸含量较高的油脂，在经过热处理(如油炸)时会发生剧烈的氧化反应，生成种类繁多的次级氧化产物，存在较高的食用安全风险[1-2]。为了提高油脂的氧化稳定性，通常在加工和储存过程中采用避光、隔氧、降低环境温度及添加抗氧化剂等措施，或者改变油脂的提取和加工方法以提高天然生物活性化合物的含量，增强其自身抗氧化能力[3]。目前，食用油加工企业主要通过添加抗氧化剂(如二丁基羟基甲苯(butylated hydroxytoluene，BHT)、丁羟基茴香醚(butyl hydroxyanisole，BHA)和叔丁基对苯二酚(tertiary butylhydroquinone，TBHQ))来提高油脂的氧化稳定性，延长产品货架期[4-5]。然而，随着研究不断深入，有关BHT、BHA和TBHQ等人工合成抗氧化剂的生理毒害作用也逐渐被报道[6-8]，鉴于此，国际食品安全监管机构对食品中允许添加的合成抗氧化剂含量作了严格限制[9]。

近年来，随着人们对食品安全和自身健康的重视，各国科学家对天然植物化学物质的研究日趋深入，目前该领域已经成为全球的研究热点。就抗氧化剂而言，消费者普遍认为天然抗氧化剂较人工合成的抗氧化剂具有更高的安全性[10]。茶多酚、维生素E(vitamin E，VE)、迷迭香提取物等具有抗氧化活性的天然物质在我国已通过安全性评估，并被列入GB 2760-2014中食品添加剂的抗氧化剂使用目录[11]。本研究重点梳理了2016年以来国内外研究者在植物源天然抗氧化物质方面的研究成果，从植物天然抗氧化活性物质的来源、种类、提取工艺和实际应用等方面进行了详细总结，旨在为植物天然提取物在食品抗氧化领域的应用提供新的思路与理论指导。

1 植物源天然抗氧化物质来源及其活性成分

植物源抗氧化剂因具有绿色、纯天然、安全性高等优点而备受消费者青睐，其研究、开发和利用呈逐年增加趋势。天然植物抗氧化物质的来源主要分为两大类：一是传统的农副产品如水果和蔬菜，占比较大[12-15]；二是新兴的食品资源如中草药、香料以及海洋植物等，这类来源物质极具研究潜力[16-19]。

在水果和蔬菜加工过程中，每年大约会产生相当于原材料用量50%的副产物，如果皮、果仁、果渣和种子等[20-21]。这些副产物通常被当作废料丢弃，不仅会造成资源浪费，而且会对环境造成严重污染。研究表明，这些果蔬加工副产物含有丰富的抗氧化活性成分(如酚酸、类胡萝卜素、黄酮类物质等)，是提取天然抗氧化剂的重要资源[22-25]。近年来，国内外学者对从石榴皮中提取安石榴苷、鞣花酸等多酚类化合物[26]，从芒果皮中提取全反式β-胡萝卜素和其他类胡萝卜素(9-顺式-β-胡萝卜素和13-顺式-β-胡萝卜素[27]，从番茄中提取番茄红素和类胡萝卜素(六氢番茄红素、顺式番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素、顺式-ζ-胡萝卜素、ζ-胡萝卜素和γ-胡萝卜素)[28]，以及从洋葱表皮中提取槲皮素等黄酮类物质[29]开展了深入研究，建立了相关提取工艺，所得提取物均具有出色的抗氧化活性，对提高植物油的氧化稳定性具有重要作用。此外，有研究表明，从橄榄果渣中提取的酚类物质的抗氧化活性远大于合成抗氧化剂BHT，对保护食用油中天然活性组分及抑制油脂的氧化具有显著作用[30]。上述研究表明，传统农副产品加工副产物中包含有大量具有抗氧化活性的化合物，且均对提高食用油的氧化稳定性具有积极作用，但由于可研究的种类较多、突出性不强，目前仍未实现工业化的生产与利用。

一些可供食用或观赏的中草药、香料以及海洋植物等，也是抗氧化活性成分(如类胡萝卜素、酚酸、酚类三萜、二萜和黄酮类等)的优质来源[31-33]。例如，从中草药枸杞中提取的类胡萝卜素主要含玉米黄质二棕榈酸酯，可以有效抑制特级初榨橄榄油(extra virgin olive oil，EVOO)的氧化降解[34-35]。从香料牛至、百里香和罗勒中提取的迷迭香酸和咖啡酸等酚类化合物，具有良好的清除自由基和螯合金属离子的作用，可显著提高食用油的热稳定性，从而延长其煎炸寿命，且抗氧化效果优于合成抗氧化剂BHA[31,36]。从海洋植物叉尾草(Bifurcariabifurcata)水提物中提取的多酚，可使菜籽油储藏期间生成的初级和次级氧化产物显著减少，且在高浓度条件下，其抗氧化活性远大于合成抗氧化剂BHT[37]。总之，从食品安全和抗氧化效果综合考虑，植物源天然抗氧化物质具有广阔的市场应用前景，可逐步替代食品工业中常用的化学合成抗氧化剂。

植物源天然抗氧化物质的活性成分主要有酚酸类、黄酮类、维生素类、皂苷类、生物碱类、多糖类、多肽类等物质。其中，酚酸类、黄酮类和维生素类化合物对提高食用油的氧化稳定性具有重要作用。图1-3为常见酚酸类、黄酮类和维生素类化合物的分子结构，一般认为，苯环上的相邻酚性羟基对酚酸类和黄酮类物质的抗氧化活性起重要作用，主要通过还原反应降低氧气浓度，或作为氢供体中和自由基，从而达到抑制氧化的目的。维生素类物质分子中有很长的共轭双键，极易捕获自由基，可有效终止因自由基引发的链式反应，具有很好的抗氧化能力。

图1 常见酚酸类化合物的分子结构

图2 常见黄酮类化合物的分子结构

图3 常见维生素类化合物的分子结构

2 植物源天然抗氧化物质的提取及分析方法

2.1 抗氧化物质的提取

植物中天然抗氧化剂的提取技术可分为传统提取和新兴提取两大类。其中，传统提取方法即常规固-液萃取，简单易行，可辅助加热处理，但需消耗大量的有机溶剂，对环境不利。新兴提取技术则是通过使用萃取助剂或超声波辅助(ultrasound assisted extraction，UAE)、微波辅助(microwave assisted extraction，MAE)、超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)等，可以显著提高萃取效率或萃取目标物的选择性，且溶剂使用量少，对环境友好。无论是传统提取方法还是新兴提取技术，影响提取效率的重要变量有固液比例、溶剂组成、萃取温度和时间等。

2.1.1 传统提取技术 在利用传统固-液萃取技术从植物原料中提取酚类化合物时，最常用的溶剂是乙醇[38-39]，但也有用一定比例甲醇-水混合溶液来提取酚类物质的研究报道[30,40]。在室温条件下，利用传统的固-液萃取技术，以甲醇为溶剂可从新鲜橄榄叶[41]，或以甲醇-水混合物为溶剂从橄榄果渣[30]和橄榄叶粉[40]中提取酚类化合物。Sordini等[30]用体积分数80%甲醇-水溶液与橄榄果渣充分混匀、浸提，再将所得初提液去除甲醇后用C18固相萃取柱(solid phase extraction，SPE)分提，以甲醇洗脱，可获得纯度较高的酚类化合物。虽然在多酚的提取率上甲醇效果优于乙醇，但其毒性也较大，需要更为繁杂的去除工序以保证安全性，耗时费力，因此在食品工业中的应用受到极大限制。而乙醇属于一般公认安全的物质，因此对于食品加工中酚类物质的提取，建议优先使用乙醇为提取溶剂。如对于类胡萝卜素的提取，通常要先对原料进行预处理，以除去所有极性化合物[28]。如Blasi等[34]在提取枸杞中的类胡萝卜素时，先将干燥的破碎枸杞样品与蒸馏水以质量比1∶10的比例充分混匀、浸提，经离心、弃上清液后，所得残渣用无水甲醇浸提，再经真空过滤回收残渣，最后用正己烷-丙酮溶液(体积比3∶2)提取，即可获得类胡萝卜素。总之，在提取类胡萝卜素等脂溶性天然抗氧化物质时，应先使用水/甲醇/乙醇或三者的混合溶液浸提样品以除去极性化合物，然后再用一定比例的正己烷-丙酮(体积比5∶5或3∶2)混合溶液提取。

2.1.2 新兴提取技术 随着人们对环境问题的重视，新兴的绿色提取技术成为植物源天然抗氧化物质提取研究的热点，人们也更倾向于使用环境友好型的新技术从药草、水果和蔬菜中提取生物活性物质[13,42]，以克服传统提取技术中的一些不足。在这些新兴提取技术中，UAE常被用于从蔬菜基质，如浆果[34-35]和植物叶子[12,43]中提取生物活性物质。Nour等[25]研究了UAE、MAE及浸渍作用对干番茄废料中类胡萝卜素提取效率的影响，结果表明，浸渍可以显著提高类胡萝卜素的提取率，而UAE和MAE则可大大缩减提取时间。另外，还可联合使用MAE与甲醇从橄榄[41]和桃金娘[44]叶中提取酚类化合物。在绿色提取技术中，SFE显示出更广阔的应用前景，已被成功用于多种基质材料中天然抗氧化物质的提取。如Sanchez-Camargo等[27]考察了SFE压力、温度和溶剂浓度对芒果皮中类胡萝卜素萃取的影响，通过优化得到了类胡萝卜素的最佳提取条件。由于超临界流体特殊的物理和化学性质，SFE的应用领域不断扩大，将来可通过优化萃取工艺参数和选择适宜的夹带剂来实现多种天然活性物质的提取。总之，随着新兴绿色提取技术的逐渐成熟，可进一步实现天然植物及农副产品加工副产物中抗氧化活性成分的提取及工业化生产。

2.2 抗氧化物质的组分分析

植物中生物活性物质组分的分析主要是通过高效液相色谱(high-performance liquid chromatography，HPLC)配备合适的检测系统，如光电二极管阵列检测器(PDA、DAD、PDAD)或紫外可见检测器(UV-Vis)来进行分析和检测。其中，DAD已被广泛用于分析红毛丹[45]、菠菜[46]和桃金娘[40]中的酚类物质，以及枸杞[34-35]、番茄[38]和芒果[37]中的类胡萝卜素。研究者发现，HPLC与更精密检测器(如质谱仪或核磁共振波谱仪)之间的串接，可显著提高其检测和表征复杂样品基质中天然活性物质的能力。因此，将HPLC-PDA/UV-Vis与质谱(MS)检测器进行串接已经成为分析植物样品中生物活性物质的主流检测方法[34-35,39]。表1列举了不同植物原料中天然抗氧化物质的分析方法及关键工艺参数。

表1 植物源天然抗氧化物质的分析方法

3 植物源天然抗氧化物质的应用

植物油加工、储藏、销售和烹饪过程中，在高温、光照和氧气等因素的影响下，容易发生自动氧化、热氧化和光氧化，导致油脂酸败劣变，进而影响食用安全[47-48]。有研究表明，从植物中提取的抗氧化物质,如酚酸类、类胡萝卜素类与黄酮类物质等，已被广泛应用于大豆油(soybean oil，SBO)、葵花籽油(sunflower oil，SFO)和特级初榨橄榄油(EVOO)等油脂的抗氧化处理。表2是2016年以来植物天然抗氧化物在提高食用油氧化稳定性方面的典型研究成果。

表2 植物源天然抗氧化物质对食用油热氧化稳定性的影响

3.1 在大豆油中的应用

大豆油(SBO)是世界第一大食用油，占全世界植物油产量的50%以上[50]。SBO富含亚油酸(C18:2ω6)和油酸(C18:1ω9)，营养价值高，是我国居民的主要食用油来源[51]。由于SBO不饱和程度高，在加工和贮藏过程中很容易发生氧化变质，因此保持大豆油稳定性、减少其氧化酸败是一项十分重要的工作。为了选取更安全、高效的抗氧化剂，Afshari等[52]采用乙醇浸泡法从松香草(Cressacretica)叶中提取酚类物质，并用过氧化值(peroxide value，PV)和硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)值作为评价指标，发现对于提高SBO的氧化稳定性，1 000 μg/mL松香草叶醇提物((68.512±0.36) mg/g)对抑制热氧化分解产物的积累要优于合成抗氧化剂BHT，是BHT的良好替代品。此外，橄榄叶也是天然抗氧化剂的良好来源[38-39]。将从橄榄叶中提取的酚类化合物(olive leaves extract，OLE)添加到SBO中进行加速氧化处理，含OLE油样中的初级氧化产物和次级氧化产物均显著低于不含OLE的对照组(P<0.05)[39]，因此，OLE可作为一种安全、高效的天然抗氧化剂用于食用油中。将从可可中提取的多酚(质量分数0%，0.02%和0.04%)添加到SBO中发现，油炸20次后，0.04%多酚处理不仅会延迟SBO中游离脂肪酸的产生和PV升高，而且不会影响油样色泽，具有广泛的应用前景[53]。

3.2 在葵花籽油中的应用

葵花籽油(SFO)中富含亚油酸(61.53%)等人体必需的不饱和脂肪酸，且维生素含量丰富，是一种优质的食用油[54]。研究表明，菠菜提取物中的酚类成分(对羟基苯甲酸、对香豆酸、芹菜素等)可有效提高SFO在高温下的煎炸稳定性，抑制油中极性组分的生成[46]。Hussain等[55]发现，芝麻籽中富含酚类化合物，10 μL/mL的芝麻籽醇提物对抑制SFO氧化的效果可与添加200 μg/mL(法定限值)的BHT相媲美。这主要是因为芝麻醇提物中的芝麻明、芝麻酚林能通过给电子和供氢机制清除油中的自由基，并能阻止或减缓自由基介导的连锁反应，从而抑制SFO的氧化，特别是对SFO中多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFA)的氧化降解和水解酸败具有显著抑制作用。该研究在评价食品(松饼)中SFO的氧化稳定性的同时，还分析了芝麻提取物对松饼感官特性(颜色、味道、质地、风味和可接受性)的影响。在SFO中添加从橄榄果渣(olive pomace extract，OPE)和橄榄厂废水中(olive mill waste-water，OMWW)提取的酚类物质后，不仅均能显著抑制SFO在油炸(180 ℃)期间的氧化和聚合作用，还可以延缓SFO在高温过程中内源性生育酚的降解和不良风味挥发性化合物的生成[56]。

3.3 在橄榄油中的应用

特级初榨橄榄油(EVOO)是地中海国家民众主要的食用油[57]。由于EVOO油酸含量高，因而较其他食用油(如SBO、SFO)具有更高的抗氧化性和热稳定性[58]。将从枸杞浆果中提取的类胡萝卜素(叶黄素和玉米黄质二棕榈酸酯等)添加到EVOO中，180 ℃下油炸180 min后，能有效减少煎炸EVOO中氢过氧化物的积累，这主要归因于提取物中叶黄素和玉米黄质二棕榈酸酯等在高温、复杂煎炸条件下所具有的对油脂氧化的持续抑制能力[34]。从桃金娘叶中提取的酚类物质(没食子酰基奎宁酸、没食子酸、鞣花酸等)不仅对EVOO的氧化降解有显著抑制作用，且较BHT表现出更好的抗油脂聚合作用[40]。另外，在生产EVOO时，有研究人员尝试将橄榄厂加工废水(OMWW)再次回收，提取其中的多酚并应用于EVOO的抗氧化。如Galanakis等[59]研究发现，在加入乳化剂的情况下，从OMWW中提取的多酚化合物可有效抑制EVOO的热氧化降解。用DPPH自由基法测定OMWW多酚提取物与其他抗氧化剂(VC、α-生育酚、生育酚混合物)的抗氧化活性，结果表明，不同抗氧化剂的活性从高到低依次表现为OMWW多酚提取物>VC>α-生育酚≈生育酚混合物。Francesca等[60]研究并评估了一种富含OMWW酚类提取物的橄榄油，发现其中2种主要的橄榄油酚(酪醇和羟基酪醇)在体外内皮细胞模型中均表现出较强的抗氧化活性。上述研究证实,油脂加工过程中的工业废水可以作为抗氧化活性成分的来源，这对于资源合理利用以及环境有效保护都具有重要意义。

4 展 望

本研究综述了植物源天然抗氧化提取物的来源及提取方法等基本特征，并概括了近5年来植物提取物在食用油抗氧化方面的研究进展。目前，利用新兴、绿色的提取方法，从农产品加工副产物中获得天然抗氧化物质已成为研究热点。与添加合成抗氧化剂相比，富含天然抗氧化提取物的食用油显示出相当或更出色的抗氧化活性和热稳定性。然而，在复杂的食品基质中，抗氧化剂与食品组分以及不同种类抗氧化剂之间均可能发生各种相互作用，导致抗氧化活性降低或者增强，因此未来应该深入研究天然抗氧剂与食品组分之间的互作关系及其对抗氧化活性的影响。并以此为基础，从抗氧化机理出发，探讨不同天然抗氧化剂的协同效应，建立不同食品体系中天然抗氧化剂的添加标准，为食用油和脂类食品的抗氧化提供安全、有效的解决方案。