CN103589512A - 一种油脂抗氧化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种油脂抗氧化剂的制备方法属于食品添加剂制备技术，该方法包括以下步骤：（1）将葡萄皮渣经水洗除杂后冷冻干燥，然后进行研磨、超微粉碎改性处理得到葡萄皮渣粉；（2）将葡萄皮渣粉先后用α-淀粉酶和蛋白酶进行酶解处理，酶解后经离心分离得上清液；（3）将上清液透析得透析液，再将透析液冷冻干燥后进行脱色处理，脱色后进行酯化改性处理，然后中和、离心分离得上清液；（4）将上清液透析、醇沉后离心分离得沉淀，将沉淀冷冻干燥得到改性后的抗氧化膳食纤维，即为一种新型的抗氧化剂；本发明方法所需要的设备简单、操作安全，获得的抗氧化剂可单独或与其他抗氧化剂或助剂复配，广泛应用于油脂、脂肪食品、水产品以及煎炸食品等。
Description
技术领域
本发明属于食品添加剂制备技术领域，主要涉及一种油脂抗氧化剂的制备方法。
背景技术
油脂或富含油脂的食品由于受到空气中的氧气、光照、酶、金属离子等的作用，易发生自动氧化反应而导致品质劣化，失去其原有的营养价值及风味，甚至产生有害物质。在油脂的保存方法中，添加抗氧化剂是一种简便又有效的方法。它可以延缓油脂自动氧化过程，从而提高其保存期。目前我国批准使用的抗氧化剂主要为供氢型酚型抗氧化剂，有丁基轻基茵香醚(BHA)、二丁基轻基甲苯(BHT)、没食子酸丙醋(PG)、特丁基对苯二酚(TBHQ)等。随着生活水平的提高，人类对食品添加剂的要求是高效、低毒或无毒。BHA被报道有致癌作用而被一些国家禁止使用，其它几种抗氧化剂也因安全性或效能方面存在缺陷而在使用上受到限制。因此，发展高效低毒的天然抗氧化剂已成为许多食品科研人员努力的方向。
葡萄皮渣(grape pomace，GP)是在葡萄酒酿制或葡萄榨汁过程中产生的一种以葡萄果皮、籽粒和果梗为主要成分的废弃物，约占葡萄加工质量的20%左右，最初这些皮渣大多被当作肥料、饲料甚至当作垃圾处理，附加值很低。根据国际葡萄与葡萄酒组织(OIV)统计，截止2011年世界葡萄种植面积已达772.9万hm2，葡萄酒总产量约2482亿升，每年因酿制葡萄酒而产生的葡萄皮渣废弃物达数以万吨。大量研究显示葡萄皮渣中富含膳食纤维、多酚类和天然色素等植物营养成分，这些物质具有较好的医疗保健作用，是一种优质的抗氧化膳食纤维资源，如能对其进行精深加工和综合利用，则可大大提升其附加值，并能避免因堆弃造成的环境污染。
抗氧化膳食纤维(antioxidant dietary fiber，ADF)是一类从植物中提取的、含生物抗氧化成分的膳食纤维。抗氧化膳食纤维(ADF)是因其中所含的植物原料中的抗氧化活性物质具有抗氧化活性而得名。这些抗氧化活性物质多为多酚类化合物，如黄酮类(黄酮、黄铜醇、花色苷、芦丁、槲皮素、黄烷、黄烷醇类化合物、儿茶素等)、酚酸(阿魏酸、没食子酸等)和缩合单宁(聚合的原花色素和高分子量水解鞣质)，以及类胡萝卜素等。在许多食品中ADF已有应用，能够部分取代合成抗氧化剂的作用，因为合成的抗氧化剂如BHA或多或少具有一些安全性问题，所以ADF作为一种有潜力的抗氧化剂，对其进行研究也是相当有意义的。
目前研究表明，红葡萄皮抗氧化膳食纤维中多酚类物质含量为2.93%，总抗氧化性为233.5μmolTE/g干基；红葡萄籽抗氧化膳食纤维中多酚类物质含量为2.81%，总抗氧化性为263.6μmolTE/g干基；白葡萄渣抗氧化膳食纤维中多酚类物质含量为7.85%，总抗氧化性为466μmolTE/g干基。1 g 葡萄皮渣抗氧化膳食纤维分别具有与400 mg天然抗氧化剂α-生育酚相当的抗脂肪氧化活性和与100mg α-生育酚相当的清除自由基的能力。葡萄皮渣抗氧化膳食纤维中可提取多酚占总多酚含量的21%，主要由儿茶素(46.8%)、安息香酸(16%)、类黄酮(14%)、花色素(16.2%)组成。
膳食纤维的生理活性和功能性质归根结底是由膳食纤维的结构决定的，用不同的方法对膳食纤维进行改性，改变其网状结构，能够使其具有更好的生理作用，因此如何对膳食纤维进行改性，从而使其具有更好的功能作用成为人们研究的热点。普通粉碎后的葡萄皮渣纤维粉颗粒较大、口感粗糙，不利于在食品生产过程中加以利用。因此，对葡萄皮渣纤维进行物理或化学改性，使其在满足食品加工需要的前提下提高功能特性，具有重要的研究意义。
目前膳食纤维的改性的方法主要有3种（物理方法、化学方法、生物技术方法），超微粉碎在改性方法中被广泛的使用，超微粉碎有利于植物细胞壁破碎并能使纤维部分降解。因此，改性后的膳食纤维表面积和结构将发生变化，使功能特性得到改善，加工性能得以提高，更有利于在食品中发挥其保水、增稠和抗氧化等功能特性；研究表明，经酯化处理的膳食纤维，可以抑制并清除活性氧自由基的生成，表现出抗氧化活性。同时通过酯化改性，以提高抗氧化膳食纤维的油溶性。
目前为止，没有将抗氧化膳食纤维作为油脂的抗氧剂，而且首次采用物理-化学两种改性方式相结合，采用超微粉碎改性处理，增强抗氧化剂的抗氧化活性，采用酯化改性处理，提高抗氧化剂的油溶性，以葡萄皮渣为原料制备油脂天然抗氧化剂这方面仍未有研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种油脂抗氧化剂的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种油脂抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将葡萄皮渣经水洗除杂后在温度-55℃和真空度17.33Pa下进行冷冻干燥处理，将冻干后的葡萄皮渣研磨至颗粒尺寸小于0.5mm，然后在-10℃下超微粉碎15min进行改性处理得到葡萄皮渣粉；（2）首先用热稳定性α-淀粉酶A-3306对葡萄皮渣粉进行酶解，所述的酶解温度为50-70℃，酶解时间为20-40min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，然后再用蛋白酶P-3910进行酶解，所述的酶解温度为70℃，酶解时间为40min，蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，酶解后在离心力3000g下离心15min得上清液；（3）将上清液用蒸馏水透析48h得透析液，其截留分子量为12000-14000Da，然后将透析液冷冻干燥后在pH 7.0，H2O2浓度为0.6%条件下进行脱色60min，脱色后进行酯化改性处理，所述的酯化改性条件为氯磺酸与吡啶体积比1:3，反应温度60℃，反应时间4h，酯化改性后用2.5mol/LNaOH溶液进行中和，然后离心分离得上清液；（4）将上清液透析24h后用95%乙醇溶液进行醇沉，然后离心分离得沉淀，将沉淀冷冻干燥得到改性后的抗氧化膳食纤维，即为一种新型的抗氧化剂。
所述的α-淀粉酶酶解优选参数为：酶解温度62.27℃，酶解时间29.36min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.39%。
所述的优选蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.41%。
本发明属于植物油脂的提取加工技术，利用物理和化学及生物技术相结合，制备一种高效的天然的抗氧化剂，采用超微粉碎改性处理，改变膳食纤维表面积和结构，改善功能特性，提高加工性能，提高抗氧化活性；采用α-淀粉酶和蛋白酶酶解，除去膳食纤维中蛋白质和淀粉杂质，提高膳食纤维的纯度；酶解离心后采用透析处理代替醇沉处理，避免可溶性膳食纤维的损失；采用酯化改性处理，可以抑制并清除活性氧自由基的生成，表现出抗氧化活性，同时提高油溶性。
本发明采用两次改性，以制备高抗氧化活性、高油溶性的抗氧化膳食纤维，一种新型的天然抗氧化剂。经过验证与对比试验，在本发明两次改性条件下，制备的抗氧化剂对大豆油有较好的抗氧化作用。
附图说明
图1 本发明的工艺路线图；
图2 Y =f(x1,x2) 的响应面；
图3 Y=f(x1,x3)的响应面；
图4 Y=f(x1,x4)的响应面；
图5 Y=f(x2,x3) 的响应面；
图6 Y=f(x3,x4)的响应面；
图7 大豆油抗氧化性试验；
图8 本发明抗氧化剂与BHA、BHT、TBHQ对大豆油抗氧化性试验；
图9 本发明抗氧化剂对O2 -清除作用；
图10 本发明抗氧化剂对DPPH自由基清除作用。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述：
一种油脂抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将葡萄皮渣经水洗除杂后在温度-55℃和真空度17.33Pa下进行冷冻干燥处理，将冻干后的葡萄皮渣研磨至颗粒尺寸小于0.5mm，然后在-10℃下超微粉碎15min进行改性处理得到葡萄皮渣粉；（2）首先用热稳定性α-淀粉酶A-3306对葡萄皮渣粉进行酶解，所述的酶解温度为50-70℃，酶解时间为20-40min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，然后再用蛋白酶P-3910进行酶解，所述的酶解温度为70℃，酶解时间为40min，蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，酶解后在离心力3000g下离心15min得上清液；（3）将上清液用蒸馏水透析48h得透析液，其截留分子量为12000-14000Da，然后将透析液冷冻干燥后在pH 7.0，H2O2浓度为0.6%条件下进行脱色60min，脱色后进行酯化改性处理，所述的酯化改性条件为氯磺酸与吡啶体积比1:3，反应温度60℃，反应时间4h，酯化改性后用2.5mol/LNaOH溶液进行中和，然后离心分离得上清液；（4）将上清液透析24h后用95%乙醇溶液进行醇沉，然后离心分离得沉淀，将沉淀冷冻干燥得到改性后的抗氧化膳食纤维，即为一种新型的抗氧化剂。
所述的α-淀粉酶酶解优选参数为：酶解温度62.27℃，酶解时间29.36min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.39%。
所述的优选蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.41%。
实施例1天然抗氧化剂提取的研究
1 材料与方法
1.1 材料、试剂
1.2主要仪器设备
1.3 实验方法
1.3.1葡萄皮渣成分的测定
水分的测定：GB304—87进行测定；粗脂肪的测定：GB5512—85中索氏抽提法进行测定；粗蛋白的测定：GB6432—94标准方法进行；灰分测定：GB5009.4-85；淀粉含量的测定：GB5009.9-85；单宁含量的测定：分光光度法NY/T1600-2008；总糖含量测定：GB/T15038-2006；花色素测定方法：分光光度法；总膳食纤维的测定：AACC32-07。
1.3.2工艺流程（见图1）
1.3.3计算公式
2结果与讨论
2.1 葡萄皮渣的基本成分分析
表1-1 葡萄皮渣的主要成分
2.2抗氧化膳食纤维提取工艺的相应面优化试验
2.2.1实验因素水平编码表见表1-2
在单因素研究的基础上，选取α-淀粉酶添加量、α-淀粉酶酶解温度、α-淀粉酶酶解时间、蛋白酶添加量4个因素为自变量，以抗氧化膳食纤维提取率为响应值，根据中心组合设计原理，设计响应面分析实验，其因素水平编码表见表1-2。
表1-2 因素水平编码表
2.2.2 响应面试验安排及试验结果
本试验应用响应面优化法进行过程优化。以x1 、x2 、x3、 x4为自变量，以抗氧化膳食纤维提取率为响应值Y，响应面试验方案及结果见表1-3。试验号1-24为分析试验25-30为6个中心试验，用以评估实验误差。
表1-3响应面试验方案及试验结果
2.2.3酶解工艺参数对抗氧化膳食纤维提取率的响应面结果分析
通过统计分析软件DesignExpert7.1.1进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下：
Y=85.47-0.42x1+1.64x2+0.47x3+2.11x4-2.71x1x2-1.12x1x3+2.76x1x4-1.26x2x3+0.072x2 x4-2.80 x3 x4-3.17 x1 2-2.49 x2 2-1.55 x3 2-6.01 x4 2
回归分析与方差分析结果见表1-4，交互相显著的响应面分析见图2-图6。
表1-4回归与方差分析结果
| 变异来源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | F值 | P值 | |
| 模型 | 1784.59 | 14 | 127.47 | 30.85 | < 0.0001 | 极显著 |
| x1 | 4.33 | 1 | 4.33 | 1.05 | 0.3224 | |
| x2 | 64.85 | 1 | 64.85 | 15.70 | 0.0013 | |
| x3 | 5.33 | 1 | 5.33 | 1.29 | 0.2739 | |
| x4 | 107.32 | 1 | 107.32 | 25.97 | 0.0001 | |
| x1x2 | 117.56 | 1 | 117.56 | 28.45 | < 0.0001 | |
| x1x3 | 20.00 | 1 | 20.00 | 4.84 | 0.0439 | |
| x1x4 | 122.05 | 1 | 122.05 | 29.54 | < 0.0001 | |
| x2x3 | 25.53 | 1 | 25.53 | 6.18 | 0.0252 | |
| x2x4 | 0.08 | 1 | 0.08 | 0.02 | 0.8894 | |
| x3x4 | 125.27 | 1 | 125.27 | 30.32 | < 0.0001 | |
| x1 2 | 275.14 | 1 | 275.14 | 66.59 | < 0.0001 | |
| x2 2 | 170.70 | 1 | 170.70 | 41.32 | < 0.0001 | |
| x3 2 | 66.19 | 1 | 66.19 | 16.02 | 0.0012 | |
| x4 2 | 989.38 | 1 | 989.38 | 239.47 | < 0.0001 | |
| 残差 | 61.97 | 15 | 4.13 | |||
| 失拟误差 | 51.38 | 10 | 5.14 | 2.42 | 0.1701 | 不显著 |
| 纯误差 | 10.59 | 5 | 2.12 | |||
| 总和 | 1846.57 | 29 |
注：经分析，总回归的相关性系数（R2）为96.64%，决定系数（R2 Adj）为93.51%
由表1-4可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归极显著（p<0.0001），失拟项不显著，并且该模型R2= 96.64%，R2 Adj= 93.51%，说明该模型与试验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为：x4>x2>x3>x1，即蛋白酶添加量>α-淀粉酶酶解温度 >α-淀粉酶酶解时间>α-淀粉酶添加量。
应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，当α-淀粉酶添加量为0.39%，α-淀粉酶酶解温度为62.27℃，α-淀粉酶酶解时间为29.36min，蛋白酶添加量为0.41%，响应面有最优值在86.0245±0.975%。
2.2.4 验证试验与对比试验
在响应面分析在响应面分析法求得的最佳条件：即α-淀粉酶添加量为0.39%，α-淀粉酶酶解温度为62.27℃，α-淀粉酶酶解时间为29.36min，蛋白酶添加量为0.41%条件下，进行3次平行试验，得到3次平行试验抗氧化膳食纤维提取率的平均值为85.56%，分离蛋白的预测值为86.0245±0.975%，说明响应值的实验值与回归方程预测值吻合良好。
2.3 试验小结
利用响应面分析方法从葡萄皮渣中提取抗氧化膳食纤维酶解处理工艺参数进行了优化。建立了相应的数学模型为以后的中试以及工业化生产提供理论基础，并且得到了最优酶解处理工艺参数：α-淀粉酶添加量为0.39%，α-淀粉酶酶解温度为62.27℃，α-淀粉酶酶解时间为29.36min，蛋白酶添加量为0.41%。经过验证与对比试验可知在最优酶解处理工艺参数条件下抗氧化膳食纤维提取率可达86.02%左右。
实施例2 本发明抗氧化剂的抗氧化性研究
1 材料与方法
1.1 材料、试剂
1.2主要仪器设备
| 仪器设备 | 厂家 |
| UV-2000紫外分光光度计 | 上海菁华科技仪器有限公司 |
| 电子分析天平 | 梅勒特-托利多仪器(上海)有限公司 |
| 电热恒温烘箱 | 华东标准烘箱有限公司 |
1.3 实验方法
1.3.1油脂过氧化值的测定：参照GB5538-85。
1.3.2 清除DPPH自由基的测定
取一定浓度的样品溶液4 mL，加入1 mL用甲醇配制的DPPH溶液，并使DPPH最终浓度为0.2 mmol/L，用力振摇混匀后置暗室中静置30 min，于517 nm下测定吸光度。按下式计算DPPH清除率。
DPPH清除率=[1-(Ax-Ax0)/A0]×100%
式中：Ax为加入样品溶液后的吸光度，Ax0为样品溶液本底的吸光度，A0为空白对照液的吸光度
1.3.3 超氧自由基清除率测定：邻苯三酚自氧化法测定。
2结果与讨论
2.1 抗氧化剂对大豆油的抗氧化试验
称取10g大豆油放入一个50mL三角瓶中，将0.01%（油质量）本发明制备的抗氧化剂加入大豆油中，充分溶解，再放入25℃的恒温烘箱中，定期取样测其油脂过氧化值，共做3个平行值取平均值。结果如图7所示，从图7中可知，没有加入抗氧化剂的大豆油，在25℃下易发生自动氧化反应，且随着存放时间的延长，过氧化值增加的幅度越大；而加入本发明的抗氧化剂的大豆油，随着存放时间的增加，其氧化幅度增加的很小，因此说明本发明制备的抗氧化剂对大豆油有较好的抗氧化作用。
2.2 本发明与其他抗氧化剂（BHA、BHT、TBHQ）对大豆油抗氧化效果的比较
称取10g大豆油放入一个50mL三角瓶中，将0.01%（油质量）的本发明抗氧化剂、BHA、BHT、TBHQ分别加入大豆油中，充分溶解，再放入63±1℃的恒温烘箱中，定期取样测其油脂过氧化值，共做3个平行值取平均值。结果如图8所示，本发明的抗氧化剂的抗氧化能力高于其他抗氧化剂（BHA、BHT、TBHQ），且随着存放时间的延长，它们之间的抗氧化效果差距越来越明显。
2.3 本发明抗氧化剂对O2 -的清除作用
从图9中可以看出，在低质量范围内，随着质量浓度的增大，本发明抗氧化剂对O2 -清除率呈线性增加，对O2 -清除率最大值为44.47%，说明本发明抗氧化剂对O2 -有一定的清除能力。
2.4 本发明抗氧化剂对DPPH的清除作用
由图10中可以看出，在低浓度范围内，随着质量浓度的增大，膳食纤维对DPPH清除率呈线性增加，对DPPH清除率最大值为73.75%，说明本发明抗氧化剂对DPPH有一定的清除能力。
2.5 试验小结
本发明抗氧化剂对大豆油有较好的抗氧化作用；与其他抗氧化剂（BHA、BHT、TBHQ）抗氧化效果相比，其抗氧化能力高于其他抗氧化剂，且对O2 -和DPPH自由基有一定的清除能力，是一种高效的抗氧化剂。
Claims (3)
1.一种油脂抗氧化剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：（1）将葡萄皮渣经水洗除杂后在温度-55℃和真空度17.33Pa下进行冷冻干燥处理，将冻干后的葡萄皮渣研磨至颗粒尺寸小于0.5mm，然后在-10℃下超微粉碎15min进行改性处理得到葡萄皮渣粉；（2）首先用热稳定性α-淀粉酶A-3306对葡萄皮渣粉进行酶解，所述的酶解温度为50-70℃，酶解时间为20-40min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，然后再用蛋白酶P-3910进行酶解，所述的酶解温度为70℃，酶解时间为40min，蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.3-0.5%，酶解pH为4.3，酶解后在离心力3000g下离心15min得上清液；（3）将上清液用蒸馏水透析48h得透析液，其截留分子量为12000-14000Da，然后将透析液冷冻干燥后在pH 7.0，H2O2浓度为0.6%条件下进行脱色60min，脱色后进行酯化改性处理，所述的酯化改性条件为氯磺酸与吡啶体积比1:3，反应温度60℃，反应时间4h，酯化改性后用2.5mol/LNaOH溶液进行中和，然后离心分离得上清液；（4）将上清液透析24h后用95%乙醇溶液进行醇沉，然后离心分离得沉淀，将沉淀冷冻干燥得到改性后的抗氧化膳食纤维，即为一种新型的抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的一种油脂抗氧化剂的制备方法，其特征在于所述的α-淀粉酶酶解优选参数为：酶解温度62.27℃，酶解时间29.36min，α-淀粉酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.39%。
3.根据权利要求1所述的一种油脂抗氧化剂的制备方法，其特征在于所述的优选蛋白酶添加量为葡萄皮渣粉质量的0.41%。
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