高浩祥,薛 凡,何 強,2,孫 群,曾維才,2,*
(1.四川大學輕紡與食品學院,四川成都 610065;2.四川大學食品科學與技術四川省高校重點實驗室,四川成都 610065;3.四川大學生命科學學院,四川成都 610064)
鼠曲草提取物對食用油脂貯藏過程中氧化酸敗的抑制及機理研究
高浩祥1,薛 凡1,何 強1,2,孫 群3,曾維才1,2,*
(1.四川大學輕紡與食品學院,四川成都 610065;2.四川大學食品科學與技術四川省高校重點實驗室,四川成都 610065;3.四川大學生命科學學院,四川成都 610064)
為了研究鼠曲草提取物對油脂貯藏過程中氧化現(xiàn)象的抑制。通過測定油脂在貯藏過程中過氧化值的變化,觀察鼠曲草提取物對油脂氧化酸敗的抑制;采用分光光度法,進一步測定鼠曲草提取物對ABTS+和DPPH自由基的清除作用及其總酚和總黃酮含量,初步分析和探討了其對油脂氧化的抑制機理。結果表明,鼠曲草提取物能顯著地減弱食用油脂在貯藏過程中過氧化值的增加,對油脂的氧化酸敗具有明顯的抑制作用;初步分析和推測,鼠曲草提取物顯著的自由基清除作用和較強的還原能力,及其較高的總酚((169.9±7.7) mg沒食子酸當量/g提取物)和總黃酮((213.9±8.7) mg蘆丁當量/g提取物)含量是其有效抑制油脂氧化酸敗的重要原因。
鼠曲草,食用油脂,貯藏過程,氧化,抑制機理
油脂氧化是油脂及含油食品品質劣變的主要原因之一,油脂氧化產(chǎn)物不僅影響油脂食品的風味、色澤,降低產(chǎn)品品質,縮短產(chǎn)品的貨架期,還會帶來潛在的食品安全風險[1-2]。因此,對油脂加工及貯藏過程中氧化現(xiàn)象的抑制一直是油脂加工與生產(chǎn)領域關注的重點科學問題之一。目前,油脂工業(yè)中常用于預防油脂氧化的方法主要是添加化學合成的抗氧化劑。但是,隨著人們對化學合成類抗氧化劑潛在的安全性隱患的認識,使其在食用油脂的加工與貯藏中被逐漸限制或禁止使用。因此,從食品和食品原料中篩選高效、安全的天然抗氧化劑并將其應用于食用油脂的加工與貯藏已成為相關領域的研究熱點[3-4]。
鼠曲草(Gnaphaliumaffine),又名清明草,為菊科(Asteraceae)鼠曲草屬(Gnaphalium)的一年生草本植物,是我國一種傳統(tǒng)的野菜和藥食同源植物,在我國四川、重慶、浙江、湖南等地有著悠久的食用歷史[5]。傳統(tǒng)中醫(yī)認為,鼠曲草具有清熱解毒、鎮(zhèn)咳平喘、益氣健肺等功效[6]?,F(xiàn)代科學研究表明,鼠曲草富含多種氨基酸、礦物質、維生素等多種營養(yǎng)成分,具有消炎抗菌、護肝益腎、利尿降壓、預防心血管疾病等多種臨床藥理活性和保健作用[7]。隨著人們對其營養(yǎng)成分和食用價值的認識,鼠曲草已被陸續(xù)開發(fā)為復合軟飲料、口服含片和保健酒等多種新型食品,在食品行業(yè)展現(xiàn)出廣闊的應用前景[8-9]。
本文研究鼠曲草提取物對食用油脂貯藏過程中氧化現(xiàn)象的抑制,并進一步對其抑制作用的機理進行分析,為鼠曲草資源在食用油脂的加工與貯藏領域的開發(fā)和利用提供實驗與理論基礎。
1.1 材料與儀器
鼠曲草 采集于四川省成都市,室溫風干后于-20 ℃真空低溫保藏,備用;樣品標本(編號:2015-0523) 保存于四川大學食品科學與技術四川省高校重點實驗室;食用大豆油 購于成都當?shù)厥袌?常溫下避光保存,備用;ABTS(2,2′-azinobis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate,2,2′-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽)、DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine,1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)和Folin-Ciocalteu試劑 購于美國Sigma-Aldrich公司;沒食子酸、蘆丁、丁基羥基茴香醚(butylated hydroxyanisole,BHA)、三氯化鋁、亞硝酸鈉、鐵氰化鉀、三氯化鐵、異辛烷、重鉻酸鉀、硫代硫酸鈉、α-淀粉試劑、甲醇、乙酸等其他化學試劑 均為國產(chǎn)分析純;實驗用水 為蒸餾水。
UV-1800PC型紫外-可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;XS205型高精確電子分析天平 美國Mettler Toledo公司;PHS-3型酸度計 杭州奧立龍科技儀器有限公司;GL-20G-C型高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠;LGJ-30F型真空冷凍干燥機 寧波新藝超聲設備有限公司;DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司;Milli-Q Element超低元素型超純水系統(tǒng) 上海晶儀科學儀器有限公司。
1.2 實驗方法
1.2.1 鼠曲草提取物的制備 取鼠曲草樣品100 g與2000 mL甲醇溶液(70%,v/v)混合,25 ℃下攪拌提取24 h,提取液減壓抽濾,濾液于45 ℃真空濃縮至300 mL,濃縮液在10000 r/min轉速下離心10 min,上清液冷凍干燥得鼠曲草提取物(GAE)5.83 g(該條件下提取率為5.83%),所得提取物于-20 ℃真空干燥保存,備用。
1.2.2 抑制食用油脂在貯藏過程中氧化酸敗能力的測定 取50 g食用大豆油分別置于不同的棕色試劑瓶中,去蓋敞口于60 ℃下水浴反應15 min,向試劑瓶中添加GAE,充分攪拌使其均勻分散在大豆油中,各瓶中GAE的濃度分別為0.01%和0.05%(w/w),將所有的試劑瓶置于105 ℃的恒溫箱中敞口孵育,每12 h攪動一次,每24 h從試劑瓶中抽取樣品測定過氧化值(Peroxide value,POV),未加入GAE的大豆油作空白對照,BHA作陽性對照。
樣品中POV值的測定及計算按照中華人民共和國國家標準《動植物油脂過氧化值測定》(GB/T5538-2005)中所述碘量滴定法進行[10]。稱取反應后的油脂樣品4 g于錐形瓶中,加入50 mL冰乙酸-異辛烷混合液(冰乙酸∶異辛烷=3∶2,v/v),搖溶,加入0.5 mL飽和碘化鉀溶液(1.4 g/mL)反應1 min,搖動至少3次,后立即加入30 mL蒸餾水,用標定好的0.01 mol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定至淺黃色,加入0.5 mL淀粉溶液(10 g/L)作為指示劑,繼續(xù)滴定至藍色消失,取等量的反應試劑按同樣的方法做空白對照,按照下式計算油脂的POV值:
POV(meq/kg)=N×(V1-V2)×(1000/M)
式中:V1是用于樣品測定的硫代硫酸鈉溶液的體積(mL),V2是用于空白測定的硫代硫酸鈉溶液的體積(mL),N是硫代硫酸鈉溶液的濃度(mol/L),M是樣品的質量(g)。
1.2.3 ABTS+自由基清除實驗 用蒸餾水配制含ABTS(7 mol/L)與過硫酸鉀(2.45 mol/L)的混合溶液,置于23 ℃的暗處孵育12~16 h制備ABTS+自由基陽離子基液。用蒸餾水稀釋基液至其在波長734 nm處吸光度為0.700±0.005,得ABTS+自由基陽離子工作液。取0.1 mL不同濃度的GAE溶液(0.2~1.0 mg/mL)同3.9 mL工作液混合,23 ℃孵育6 min,測量反應混合物在734 nm處的吸光度[11],蒸餾水作空白對照,BHA作陽性對照,計算提取物對ABTS+自由基清除能力的半數(shù)有效濃度(EC50)。
ABTS+自由基清除率(%)=(1-實驗組吸光度/空白組吸光度)×100
1.2.4 DPPH自由基清除實驗 用95%的乙醇配制濃度為0.1 mmol/L的 DPPH自由基溶液,現(xiàn)配現(xiàn)用。取2.0 mL不同濃度(0.01~0.08 mg/mL)的GAE溶液同2.0 mL的 DPPH溶液混合,25 ℃下避光孵育30 min,測定反應溶液在517 nm處的吸光度[11],95%乙醇作空白對照,BHA作陽性對照,計算提取物對DPPH自由基清除能力的半數(shù)有效濃度(EC50)。
DPPH自由基清除率(%)=(1-實驗組吸光度/空白組吸光度)× 100
1.2.5 還原能力的測定 取2.5 mL不同濃度(0.1~0.5 mg/mL)的GAE溶液,與2.5 mL磷酸緩沖液(0.2 mmol/L,pH6.6)和2.5 mL鐵氰化鉀溶液(l%,w/v)混勻,50 ℃下孵育20 min,迅速冷卻,加入2.5 mL三氯乙酸溶液(10%,w/v),混合后3000 r/min離心10 min,取上清液2.5 mL,加入2.5 mL蒸餾水和0.5 mL三氯化鐵溶液(0.1%,w/v),混勻,測定混合物溶液在700 nm 處的吸光度[11]。
1.2.6 總酚含量的測定 標準曲線的建立:分別吸取0.1 mL不同濃度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mg/mL)的沒食子酸標準溶液與2.0 mL碳酸鈉溶液(20 mg/mL)混合,25 ℃孵育2 min后加入已用蒸餾水對倍稀釋的Folin-Ciocalteu試劑溶液0.9 mL,混勻,25 ℃反應30 min,于波長750 nm處測定反應溶液的吸光度值,繪制沒食子酸標準曲線,通過Origin8.0線性擬合,建立總酚含量(x)與溶液吸光度(y)之間的回歸方程:y=1.21411x-0.0173,R2=0.9939。
樣品的測定:取濃度為1.0 mg/mL的GAE溶液0.1 mL替代沒食子酸標準溶液按上述步驟反應,將所測吸光度值代入回歸方程,計算得到鼠曲草提取物的總酚含量[12]。
1.2.7 總黃酮含量的測定 標準曲線的建立:分別吸取0.1 mL不同濃度(0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL)的蘆丁標準溶液與0.1 mL亞硝酸鈉溶液(5%,w/v)及2.0 mL蒸餾水混合,25 ℃孵育6 min后加入0.2 mL三氯化鋁溶液(10%,w/v)及0.6 mL蒸餾水,混勻,25 ℃反應5 min,于波長420 nm處測定反應溶液的吸光度值,繪制蘆丁標準曲線,通過Origin8.0線性擬合,建立總黃酮含量(x)與溶液吸光度(y)之間的回歸方程:y=0.65632x-0.01428,R2=0.9993。
樣品的測定:取濃度為1.0 mg/mL的提取物溶液0.1 mL替代蘆丁標準溶液按上述步驟反應,將所測吸光度值代入回歸方程,計算得到鼠曲草提取物的總黃酮含量[12]。
1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 每組實驗重復三次,結果以“平均值±標準差”的形式表示。實驗結果用Origin(version 8.0 for Windows,OriginLab Corporation,MA,USA)進行統(tǒng)計分析,顯著性差異p<0.05。
2.1 鼠曲草提取物對油脂氧化酸敗的抑制
鼠曲草提取物對食用油脂在貯藏過程中氧化酸敗的抑制作用如圖1所示。過氧化值(Peroxide value,POV)是判斷油脂氧化酸敗程度的一項重要指標。由圖1可知,隨著貯藏時間的延長,各實驗組大豆油樣品的POV值都有不同程度的增大,空白組從(35.9±3.02) meq/kg增加到(285.7±9.98) meq/kg;0.05% GAE實驗組從(32.4±0.11)meq/kg增加到(171.8±7.42) meq/kg;陽性對照組從(33.2±1.36) meq/kg增加到(188.2±5.85) meq/kg,說明在實驗條件下,各組油脂樣品均發(fā)生了不同程度的氧化酸敗。同空白對照組相比,相同貯藏時間內,添加GAE的各組大豆油樣品具有較低的POV值,說明其油脂的氧化酸敗程度均受到抑制。同時,隨受試濃度的增加,GAE對大豆油氧化酸敗的抑制作用逐漸增強,呈現(xiàn)明顯的劑量-效應關系。
圖1 鼠曲草提取物對食用油脂氧化酸敗的抑制作用Fig.1 Inhibition of GAE on the oxidation of edible oil
油脂的氧化酸敗過程既產(chǎn)生自由基,又需要自由基進一步推動反應的發(fā)生。可見,體系中的自由基是促進油脂氧化酸敗的重要因素,亦是控制該反應進行的關鍵點。自由基是引發(fā)食品中脂類物質的氧化酸敗,加速食用油脂腐敗變質的主要原因[13],若能有效地減少反應體系中自由基的產(chǎn)生或及時清除體系中已產(chǎn)生和蓄積的自由基,便能較好地阻礙體系中鏈式反應的發(fā)展,從而有效地抑制油脂的氧化酸敗[14]。實驗結果(圖1)表明,鼠曲草提取物在實驗條件下能顯著地減弱食用油脂在貯藏過程中POV值的增長,有效抑制油脂的氧化酸敗。為了進一步探究鼠曲草提取物抑制油脂氧化酸敗的原因與作用機理,實驗進一步分析了其對自由基的清除作用。
2.2 鼠曲草提取物對自由基的清除作用
實驗選取性質穩(wěn)定且反應現(xiàn)象明顯的ABTS+和DPPH兩種自由基為代表[11],測定鼠曲草提取物對自由基的清除作用,結果如圖2所示。
圖2 鼠曲草提取物對ABTS+(A)和DPPH(B)自由基的清除能力Fig.2 ABTS+(A)and DPPH(B)radical scavenging activities of GAE
由圖2(A)可知,鼠曲草提取物能有效清除實驗體系中的ABTS+自由基,不同濃度提取物對ABTS+自由基的清除效果不同。受試濃度由0.2 mg/mL變化到1.0 mg/mL,提取物對ABTS+自由基的清除率從24.11%±1.24%增加到71.11%±0.47%,表現(xiàn)出良好的劑量-效應關系,EC50值(0.55±0.03) mg/mL明顯低于陽性對照BHA的EC50值(5.18±0.35) mg/mL。此外,在不同的受試濃度下,鼠曲草提取物對實驗體系中的DPPH自由基顯示出顯著的清除效果(圖2B)。隨受試濃度的增加(0.01~0.08 mg/mL),提取物對DPPH自由基的清除效果顯著提高(19.77%±3.66%~86.24%±0.45%),呈現(xiàn)出明顯的劑量-效應關系,其EC50值(0.03±0.01) mg/mL較陽性對照BHA的EC50值(4.86±0.49) mg/mL要低,說明其對DPPH自由基的清除作用強于陽性對照BHA。
食用油脂中蓄積的多種自由基進入人體后會攻擊體內的生物大分子,引起氧化損傷,導致機體衰老并誘發(fā)各種慢性疾病[15]。實驗結果(圖2)表明,鼠曲草提取物在較低的受試濃度范圍內均能有效清除實驗體系中存在不同自由基,是一種優(yōu)良的自由基清除劑,具有良好的抗氧化效果,這也可能是其有效抑制食用油脂在貯藏過程中的氧化酸敗(圖1)的重要原因。為進一步剖析和解釋鼠曲草提取物顯著的自由基清除活性及對食用油脂氧化衰敗的抑制作用機理,實驗對其本身具有的還原能力進行了測定。
2.3 鼠曲草提取物還原能力的測定
物質的還原能力既是其抗氧化活性的重要表現(xiàn),又能對其清除自由基等抗氧化作用進行合理解釋[16]。不同受試濃度下,鼠曲草提取物的還原能力如圖3所示。
圖3 鼠曲草提取物的還原能力測定Fig.3 Reducing power of GAE
如圖3所示,當鼠曲草提取物濃度為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL時,反應溶液在700 nm波長處的吸光度值分別為0.404±0.008、0.751±0.009、1.043±0.008、1.309±0.012、1.562±0.009??梢?隨受試濃度的增加,反應溶液的吸光度值在逐漸增大,說明體系中普魯士藍的生成量在增多。結合測定原理和前述實驗結果,分析可知,鼠曲草提取物在實驗條件下具有較強的還原能力,能在反應體系中展現(xiàn)出顯著的質子給予能力,淬滅體系中不穩(wěn)定的自由基(如圖3所示)并使其性質趨于穩(wěn)定,從而有效阻斷體系中自由基鏈式反應的發(fā)生與發(fā)展[13-14],故而其能明顯地抑制食用油脂在貯藏過程中的氧化酸敗(如圖1所示)。為了從物質成分的角度分析和討論鼠曲草提取物優(yōu)良的自由基清除作用和還原能力,實驗進一步測定了提取物中活性酚類及黃酮類化合物的含量,利于從物質層面揭示其有效地抑制油脂氧化酸敗的原因。
2.4 鼠曲草提取物的總酚和總黃酮含量
活性酚類及黃酮類化合物的存在及含量的高低是植物提取物具有多種生物活性及其作用強弱的物質基礎[17]。通過分光光度法測定,鼠曲草提取物中以沒食子酸計的總酚含量為(169.9±7.7) mg沒食子酸當量/g提取物,以蘆丁計的總黃酮含量為(213.9±8.7) mg蘆丁當量/g提取物。
大量研究表明,酚類和黃酮類化合物的分子結構中均含有數(shù)量較多的酚羥基,這使得酚類和黃酮類化合物展現(xiàn)出良好的還原性。因此,活性酚類和黃酮類化合物是一種天然存在的具有自由基清除作用的天然抗氧化劑[18-19]。再者,極性較強的酚類化合物在水相體系中具有明顯的抗氧化活性,但在油相體系中由于溶解性的原因使其抗氧化活性的發(fā)揮會受到阻礙;而黃酮類化合物因分子結構中天然存在的黃烷骨架而展現(xiàn)出良好的疏水性,使其在油相中具有較好的溶解性,故而能在油相體系中展現(xiàn)出更優(yōu)越的抗氧化作用[18]。結合前述實驗結果分析可知,鼠曲草提取物具有較高的總酚和總黃酮含量,且黃酮類化合物的含量明顯高于酚類物質的含量,故而在反應體系中展現(xiàn)出較強的還原能力(如圖3所示),從而有效地清除實驗體系內產(chǎn)生和蓄積的自由基(如圖2所示),進而顯著地抑制了食用油脂在貯藏過程中的氧化酸敗(如圖1所示)。此外,研究進一步發(fā)現(xiàn),活性酚類和黃酮類化合物還能明顯地抑制生化反應中各種氧化酶的生物活性,并有效絡合對氧化反應起催化作用的多種金屬離子,展現(xiàn)出良好的抗氧化作用[17]。
鼠曲草提取物含有豐富的活性酚類和黃酮類化合物,具有顯著的還原能力,能有效地清除體系中產(chǎn)生和蓄積的自由基,對食用油脂在貯藏過程中氧化酸敗現(xiàn)象的發(fā)生與發(fā)展具有很好的抑制作用。研究工作為鼠曲草資源在食用油脂工業(yè)的開發(fā)與應用提供了實驗基礎。
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Inhibition and mechanism ofGnaphaliumaffineextract on the oxidation of edible oil during storage
GAO Hao-xiang1,XUE Fan1,HE Qiang1,2,SUN Qun3,ZENG Wei-cai1,2,*
(1.College of Light Industry,Textile and Food Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China;2.The Key Laboratory of Food Science and Technology of Sichuan Province,Sichuan University,Chengdu 610065,China;3.College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610064,China)
The inhibition ofGnaphaliumaffineextract(GAE)against the oxidation of edible oil during storage was investigated. With the measurement of peroxidation value(POV),the inhibitory effect of GAE on the oxidation of edible oil during storage was determined. Then,the free radical(ABTS and DPPH)scavenging activities,reducing power and total phenolic and flavonoids content of GAE were also determined by using spectrophotometry,which were employed to explore the potential mechanism for its inhibition on oil oxidation. Present results showed that GAE exhibited the excellent capacity to weaken the POV increasing of edible oil during storage,which indicated that GAE possessed the remarkable inhibitory effect on the lipid oxidation. Furthermore,the significant free radical scavenging activity,strong reducing power and higher total phenolic(169.9±7.7 mg gallic acid equivalent/g extract)and flavonoid(213.9±8.7 mg rutin equivalent/g extract)content of GAE were observed,which might be the important reasons responded for its effective inhibition on the oxidation of edible oil.
Gnaphaliumaffine;edible oil;storage process;oxidation;inhibitory mechanism
2016-07-25
高浩祥(1995-),男,大學本科,研究方向:食品科學與工程,E-mail:gaohaoxiangscu@163.com。
*通訊作者:曾維才(1986-),男,博士,講師,研究方向:食品化學,E-mail:weicaizeng@scu.edu.cn。
瀘州-川大戰(zhàn)略創(chuàng)新合作基金資助項目(2014CDLZ-N08);四川大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃資助項目(201610611677)。
TS221
A
:1002-0306(2017)04-0148-05
10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.020