不同品种柚子籽油组成及抗氧化性差异研究

肖新生, 张佳蒙, 刘千千, 张 洞, 蒋黎艳

(湖南科技学院化学与生物工程学院,永州 425199)

柚[Citrusgrandis(L.)Osbeck]为芸香科柑橘属植物,是我国柑橘栽培种类中最古老的种类之一,在我国的广西、湖南、福建、广东、台湾、浙江、四川、云南等省广泛种植[1,2]。柚子籽是柚的加工副产物,质量约为柚子整果的10.3%[3]。柚子籽中一般含有质量分数38. 86%～42.59%的油脂,还含有质量分数28.56%～36.20%的蛋白质以及其他矿物元素[4,5]。柚子籽通过压榨法[6]、有机溶剂萃取法[7]、超临界CO2萃取法[8]、水酶法[9]、索氏抽提法[10]等均可制备柚子籽油,且柚子籽油中不饱和脂肪酸含量丰富,还含有人体无法合成的必需脂肪酸,对人体的脂类代谢有特别重要作用;同时还含有大量的生物活性物质(植物甾醇和生育酚等),具有增强免疫力、降血压、为机体提供能量等功能[11-13]。叶茂等[14]研究发现当柚子籽油质量浓度为120 μg/mL及以上时,柚子籽油对羟自由基的清除能力高于维生素C和白藜芦醇,且柚子籽油与常见的抗氧化剂一样对超氧阴离子自由基具有较强的清除作用。因此,柚子籽具有广阔的开发应用前景。

根据果形、果肉的色泽、品种来源遗传关系,可以将我国的柚子分为沙田柚品种群、文旦柚品种群、杂种柚品种群三大种群[15]。其中,沙田柚作为我国的传统名柚,具有悠久的栽培历史,种植面积最为广泛;常山胡柚、马家柚、金兰柚、重庆梁平柚等种植面积较小或分散种植,主要为地方特色品种,因其栽培条件的优越,口感品质佳,知名度高。然而,目前柚子籽的研究主要集中在制油工艺和脂肪酸组成上,对不同品种柚子籽油的组成及抗氧化性的研究较少。因此,研究通过收集11种不同品种柚子籽,采用索氏提取法制得柚子籽油,对不同品种柚子籽油的的理化性质、脂肪酸、总甾醇和抗氧化性进行差异性分析,结合聚类分析和主成分分析对样品综合评价,旨在为柚子籽的开发利用及提高柚子产业的附加值提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验原料:选择具有品种代表性且含有柚子籽的不同柚子品种,并进行编号标记,如表1所示。

表1 不同品种的柚子名称

1.2 实验试剂

DPPH、邻苯三酚、抗坏血酸、豆甾醇分析标准品(HPLC≥95%),均为分析纯试剂;甲醇、正庚烷,为优级纯试剂;三羟甲基氨基甲烷,生物试剂。

1.3 实验仪器与设备

ME104E电子分析天平,FW135多功能粉碎机,WGL-30B电热恒温鼓风干燥箱,GC-2010 Plus气相色谱仪,UV-1800双束紫外可见分光光度计,SHT-A4水浴恒温磁力搅拌器,R-1001VN旋转蒸发仪。

1.4 实验方法

1.4.1 原材料预处理

挑选大小均匀、无机械伤、无病虫害、无腐烂的柚子,沿十字方向纵切,去掉外皮、果肉,取其柚子籽,并在55 ℃烘箱中烘10 h,使用粉碎机将柚子籽粉碎,进行标记,密封保存于冰箱备用。

1.4.2 不同品种柚子籽油的提取工艺

参考GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[16]标准中的索氏抽提法进行。

1.4.3 不同品种柚子籽油理化性质的差异比较

1.4.3.1 过氧化值的测定

采用GB 5009.227—2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》[17]中的滴定法来测定不同品种柚子籽油的过氧化值。

1.4.3.2 酸价的测定

采用GB 5009.229—2016《食品安全国家标准食品中酸价的测定》[18]中的冷溶剂指示剂滴定法来测定不同品种柚子籽油的酸价。

1.4.3.3 碘值的测定

采用GB/T 5532—2008《动植物油脂碘值的测定》[19]中的分析方法即韦氏滴定法测定不同品种柚子籽油的碘值。

1.4.4 不同品种柚子籽油脂肪酸组成含量测定

参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》[20]中的内标法进行,气相色谱检测的条件为:色谱柱Rtx-WAX,(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管色谱柱;升温程序100 ℃,保持3 min,以20 ℃/min升温至210 ℃,保持11.5 min;检测器温度230 ℃;载气(N2),进样方式:分流,色谱柱流量1.00 mL/min,进样量:2.0 μL,分流比:50.0∶1。

1.4.5 不同品种柚子籽油总甾醇含量测定

参考曹子伦等[21]甾醇含量测定的方法对不同品种柚子籽油总甾醇含量进行测定,豆甾醇浓度与吸光度的标准曲线方程为:y=0.834 9x+0.002 5,R2=0.999 4,线性良好。

1.4.6 不同品种柚子籽油抗氧化性能差异性比较

1.4.6.1 DPPH自由基清除能力

参考郭海阳等[22]对山柚油清除DPPH自由基能力的测定方法进行并稍微改进:准确称取4.0 mg DPPH,用质量分数95%乙醇完全溶解并定容至10 mL棕色容量瓶中,溶液呈深紫色,4 ℃黑暗保存,备用。准确移取200 μLDPPH乙醇溶液于试管中,加入19.8 mL质量分数95%乙醇溶液将其稀释100倍,测定其在517 nm处的吸光度,记为Amax。分别在试管中加入3 mL稀释后的DPPH乙醇溶液和200 μL待测样品液,混匀,黑暗中反应一段时间后,在517 nm处测定其吸光度,记为A1。再加入质量分数95%乙醇溶液代替DPPH乙醇溶液作为空白在517 nm处测定其吸光度,记为A0,以维生素C溶液作为阳性对照。按公式计算DPPH自由基清除率。

DPPH自由基清除率=(1-A-A0Amax)×100%

式中:Amax为未加样品液时DPPH乙醇溶液的吸光度;A1为加样品液后DPPH乙醇溶液的吸光度;A0为空白样品液的吸光度。

1.4.6.2 清除超氧阴离子自由基的能力

根据程德竹等[23]不同物质对邻苯三酚自氧化生成超氧阴离子自由基清除的方法进行并稍微改进:准确量取3 mL浓度为0.05 mol/L pH为8.2的Tris-HCl缓冲液,于25 ℃水浴中预热20 min,加入1 mL试样,再加入25 mmol/L的邻苯三酚溶液0.4 mL,混匀,于25 ℃水浴中反应5 min,加入2.0 mL浓度为2 mol/L HCl溶液终止反应,在320 nm波长处测定吸光度,以维生素C溶液作为阳性对照,避光保存备用。记录数据,计算清除率。

超氧阴离子自由基清除率=(A0-A1A0)×100%

式中:A0为以等体积的去离子水代替样品和邻苯三酚溶液在320 nm波长处测定的吸光度;A1为以Tris-HCl缓冲液作参比,在320 nm波长处测定的吸光度。

1.5 数据处理

所有的数据均重复测定3次,结果取平均值,使用Excel 2010、SPSS 19.0、Origin Pro 2021软件进行画图及数据分析,并进行聚类分析和主成分分析。

2 结果与讨论

2.1 不同品种柚子籽中脂肪的含量比较

由表2可知,11种柚子籽中脂肪的质量分数在19～41 g/100 g之间,从高到低分别为重庆梁平柚籽、白市柚籽、马家柚籽、糯米柚籽、江永香柚籽晚期、金兰柚籽、江永香柚籽早期、梅州沙田柚籽、容县沙田柚籽、黄金贡柚籽、胡柚籽。

表2 不同品种柚子籽中脂肪的含量

不同品种柚子籽中脂肪的含量有显著性差异(P<0.05),种属为梁平柚的重庆梁平柚籽中脂肪的质量分数最高,为(40.17±0.07)g/100 g,种间杂种柚群的胡柚籽中脂肪质量分数最低,为(19.89±0.14)g/100 g。此外,种属均为文旦柚的金兰柚和白市柚以及种属均为沙田柚的江永香柚籽早期、江永香柚籽晚期、糯米柚籽、容县沙田柚籽和梅州沙田柚籽,也有显著性差异(P<0.05),这可能与地域气候、栽培技术以及成熟时期等因素有关。

2.2 不同品种柚子籽油的理化性质差异性比较

由表3可知,11种柚子籽油过氧化值在1.85～2.17 mmol/kg之间,酸价在0.66～1.67 mg/g,碘值在101～114 g/100 g。与GB 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》[24]中植物原油的理化指标进行对照发现,柚子籽油的酸价和过氧化值均在标准范围内,碘值与花生油(80～120 g/100 g)相近,符合食用植物油的理化指标。

表3 不同品种柚子籽油的理化性质差异比较

不同品种柚子籽油的理化指标(过氧化值、酸价和碘值)存在显著性差异(P<0.05)。种属为杂交柚的黄金贡柚籽油的酸价和碘值均最高,过氧化值为(1.86±0.03)mmol/kg、酸价为(1.67±0.05)mg/g、碘值为(114.09±0.01)g/100 g,不饱和脂肪酸质量分数为72.27%;种属为红心柚的马家柚籽油过氧化值为(1.85±0.02)mmol/kg、酸价为(0.66±0.01)mg/g、碘值为(111.26±0.04)g/100 g,不饱和脂肪酸质量分数为73.58%;种属为梁平柚的重庆梁平柚籽油过氧化值为(2.17±0.05)mmol/kg、酸价为(1.28±0.08)mg/g、碘值为(107.20±0.02) g/100 g,含有不饱和脂肪酸70.38%;种属为种间杂种柚群的胡柚籽油过氧化值为(2.17±0.08)mmol/kg、酸价为(1.57±0.04)mg/g、碘值为(103.62±0.01)g/100 g,不饱和脂肪酸质量分数为66.74%。

此外,种属均为文旦柚的金兰柚籽和白市柚籽,理化指标(过氧化值、酸价和碘值)存在显著性差异;种属均为沙田柚的江永香柚籽早期、江永香柚籽晚期、糯米柚籽、容县沙田柚籽和梅州沙田柚籽,理化指标(过氧化值、酸价和碘值)也有显著性差异,这些差异可能与柚子的栽培条件和产地气候等条件有关[25]。不同品种的柚子籽油酸价越高,油脂中含有游离脂肪酸就越多,油脂的氧化速率也越快,从而过氧化值、碘值也相应增加,但其值均符合国家标准。

2.3 不同品种柚子籽油脂肪酸含量差异性比较

由表4可知,柚子籽油脂肪酸的组成主要为亚油酸、棕榈酸、油酸,其次为亚麻酸、硬脂酸,还含有其他少量的脂肪酸,如花生酸。11种柚子籽油的不饱和脂肪酸质量分数从高到低分别为马家柚籽油(73.58%)、黄金贡柚籽油(72.27%)、江永香柚籽油晚期(70.97%)、江永香柚籽油早期(70.76%)、重庆梁庆柚籽油(70.38%)、容县沙田柚籽油(70.22%)、糯米柚籽油(69.94%)、梅州沙田柚籽油(69.86%)、白市柚籽油(69.62%)、胡柚籽油(66.74%)、金兰柚籽油(66.27%)。结果显示:马家柚籽油的不饱和脂肪酸质量分数最高,达73.58%,其中油酸质量分数28.27%、亚油酸质量分数41.16%、亚麻酸质量分数4.15%,金兰柚籽油的不饱和脂肪酸质量分数最低,为66.27%,其中油酸质量分数24.81%、亚油酸质量分数37.05%、亚麻酸质量分数4.41%,马家柚籽油和金兰柚籽油的不饱和脂肪酸质量分数相差7.31%。

表4 不同品种柚子籽油脂肪酸组成/%

实验的大部分柚子籽油样品与丘苑新等[26]研究的柚子籽油中不饱和脂肪酸质量分数为68.12%比较接近;研究还发现马家柚籽油具有一定量的花生酸(质量分数0.23%),Pu等[27]采用3种不同方法制备马家柚籽油,研究发现马家柚籽油的不饱和脂肪酸为亚油酸(质量分数40.16%～40.79%)、油酸(质量分数19.20%～20.24%)和亚麻酸质量分数(4.62%～4.72%),也含有少量的花生酸(质量分数0.24%～0.26%)。不同品种柚子籽油的不饱和程度均较高,脂肪酸组成合理,且柚子籽油符合食用植物油的理化指标,如果合理精制柚子籽油,并达到国家食用植物油脂相关标准后,预计可以成为一种富含不饱和脂肪酸的植物油脂来源。

2.4 不同品种柚子籽油总甾醇含量差异性比较

由图1可知,在11种柚子籽油中,测定样品的总甾醇质量分数在1 300～1 535 mg/kg之间。不同品种柚子籽油总甾醇含量大小顺序为:黄金贡柚籽油>江永香柚籽油晚期>糯米柚籽油>重庆梁庆柚籽油>江永香柚籽油早期>马家柚籽油>容县沙田柚籽油>金兰柚籽油>胡柚籽油>白市柚籽油>梅州沙田柚籽油。不同品种柚子籽油的总甾醇含量有显著性差异(P<0.05),黄金贡柚籽油的总甾醇含量最高,江永香柚籽油早期、江永香柚籽油晚期、胡柚籽油较高,梅州沙田柚籽油的总甾醇含量最低。分析出现这种结果可能是因为黄金贡柚栽植在湖南省洪江市属于亚热带季风湿润气候,年均气温17.3 ℃,拥有温和湿润、四季温和、雨量充沛、光照充足等特点,且黄金贡柚抗病能力特强、抗寒。

注:1为马家柚籽油,2为金兰柚籽油,3为江永香柚籽油早期,4为江永香柚籽油晚期,5为重庆梁平柚籽油,6为黄金贡柚籽油,7为糯米柚籽油,8为白市柚籽油,9为容县沙田柚籽油,10为梅州沙田柚籽油,11为胡柚籽油,余同。

实验的研究结果与熊小平等[28]对13种植物甾醇含量测定的结果相似,植物油的甾醇质量分数处于145～1 781 mg/kg之间。甾醇是植物中天然的活性营养成分,植物性甾醇最主要的来源是植物油类,其中玉米油的植物甾醇含量最丰富,其次是坚果类,水果和蔬菜中含量较少,常见的植物甾醇有β-谷甾醇、豆甾醇、菜籽甾醇和菜油甾醇[29]。柚子籽油与一些传统食用油相比较,是比较好的植物甾醇来源,含有丰富的植物甾醇天然活性成分,对油脂的氧化稳定性具有重要作用。

2.5 不同品种柚子籽油的抗氧化性能差异性比较

由图2可知,不同品种柚子籽油对DPPH自由基、超氧阴离子自由基的清除能力不同。DPPH自由基清除率在80.23%～81.68%之间,超氧阴离子自由基的清除率在73.12%～76.49%之间。11种柚子籽油的DPPH自由基清除能力大小依次为:黄金贡柚籽油>江永香柚籽油晚期>糯米柚籽油>重庆梁庆柚籽油>江永香柚籽油早期>马家柚籽油>容县沙田柚籽油>金兰柚籽油>胡柚籽油>白市柚籽油>梅州沙田柚籽油;11种柚子籽油的超氧阴离子自由基清除能力大小依次为:黄金贡柚籽油>江永香柚籽油晚期>糯米柚籽油>重庆梁庆柚籽油>江永香柚籽油早期>马家柚籽油>容县沙田柚籽油>金兰柚籽油>胡柚籽油>白市柚籽油>梅州沙田柚籽油。总体分析,清除自由基效果最好的均为样品6黄金贡柚籽油。

图2 不同品种柚子籽油自由基清除能力

图3 不同品种柚子籽油SCA分析

结合不同品种柚子籽油总甾醇含量测定的结果(图1)可以发现,11种柚子籽油的自由基清除能力大小与其总甾醇含量结果一致,甾醇类物质能够使自由基还原,形成稳定的产物,从而阻断自由基链反应,延缓油脂的氧化。其中,黄金贡柚籽油含有最多的甾醇类物质,其清除自由基的效果也最好,进一步说明了总甾醇在柚子籽油的抗氧化中起着重要的作用。柚子籽油与维生素C进行对比发现,其对自由基具有较强的清除作用,推测原因可能是因为柚子籽油中除了含有甾醇物质外,还含有其他的有效抗氧化成分,如类黄酮、柠檬苦素、维生素E、生育酚、角鲨烯以及多酚化合物等,而在多种抗氧化物质的协同作用下,各种抗氧化功效因子在体系中产生了游离基,相互作用生成新的抗氧化物质,从而增强抗氧化活性[30]。

2.6 不同品种柚子籽油的主成分分析

主成分分析(PCA)可以用来考察多个变量间相关性的统计方法,利用降维的思想,将多个指标变量转化为少数几个综合指标变量,从而在所收集的众多数据中,找出一些主要成分,以便有效地进行评估分析。实验采用Origin Pro 2021软件对柚子籽油的5种主要脂肪酸、总甾醇含量和柚子籽中脂肪的含量等9个指标进行主成分分析。

由表5可知,4个主成分分析累计的方差贡献率为94.6%,故选取前4个主成分反映柚子籽油的特征物质。PC1的贡献率为48.2%,贡献最大的是棕榈酸和饱和脂肪酸,对应的特征值为0.831和0.985。PC2的贡献率为20.6%,贡献最大的为油酸和柚子籽中脂肪的含量,对应的特征值为0.916和0.730。PC3的贡献率为13.2%,贡献最大的为总甾醇和亚麻酸,对应的特征值为0.576和0.468。PC4的贡献率为12.3%,贡献最大的为棕榈酸和亚麻酸,对应的特征值为0.358和0.783。

表5 PCA特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

以4个主成分F1、F2、F3、F4与其方差贡献率构建不同品种柚子籽油品质指标综合得分模型F,F为因变量,F1、F2、F3、F4为自变量,得到方程:

F=48.2%F1+20.6%F2+13.5%F3+12.3%F4

根据方程计算出不同品种柚子籽油主成分得分和综合得分如表5所示,综合得分越高就代表柚子籽油的质量越好。结果表明,不同品种柚子籽油样品的理化性质、总甾醇含量以及柚子籽中脂肪的含量均存在一定的差异,这与前面的分析结果相一致。由表6可知,样品6黄金贡柚籽油排名第一,综合得分为1.13。

表6 不同品种柚子籽油主成分得分和综合得分

2.7 不同品种柚子籽油的SCA分析

通过对不同品种柚子籽油的9项指标进行聚类分析,根据欧式平方距离进行分类,在刻度距离为1～25时,将样品分为3类,第一类为黄金贡柚籽油;第二类聚集了江永香柚籽油晚期、糯米柚籽油、马家柚籽油、江永香柚籽油早期、重庆梁平柚籽油;第三类聚集了金兰柚籽油、白市柚籽油、容县沙田柚籽油、胡柚籽油、梅州沙田柚籽油。黄金贡柚籽油具有较好的综合品质。结合前面的结果分析还可以发现,第一类所含有的甾醇类物质最多,高于其他两类样品;并且清除自由基的能力也优于其他2类样品;说明该方法可以对柚子籽油样品进行分类并进行综合评价,可为今后柚子籽油品种的选择提供一定的数据参考。

3 结论

实验测定了11种不同品种柚子籽中脂肪的含量、理化指标、脂肪酸含量以及油脂的抗氧化性。结果表明:柚子籽中脂肪质量分数在19.89%～40.17%之间;柚子籽油过氧化值范围为1.85～2.17 mmol/kg,酸价为0.66～1.67 mg/g,碘值为101～114 g/100 g;柚子籽油中主要含有油酸、棕榈酸、亚油酸、硬脂酸和亚麻酸5种脂肪酸,其中不饱和脂肪酸质量分数均超过66%;柚子籽油中总甾醇含量为1 300～1 535 mg/kg;不同品种柚子籽油的DPPH自由基清除率范围为80.23%～81.68%;超氧阴离子自由基的清除率范围为73.12%～76.49%。经分析总甾醇对不同品种柚子籽油的自由基清除能力具有重要作用,并发挥了一定的抗氧化作用。不同品种柚子籽中脂肪的含量、理化性质(过氧化值、酸价和碘值)、总甾醇含量、自由基清除率,有差异性显著(P<0.05)。主成分分析及聚类分析表明杂交柚中的黄金贡柚籽油样品得分相对较高。实验所测的11种柚子籽油的品质良好,柚子籽中脂肪的含量较高、不饱和程度高,且具有一定的抗氧化能力,可为柚子籽的综合开发利用提供参考。