基于铜催化加速氧化协议的葡萄籽亲水与亲脂提取物强化蛋黄酱氧化稳定性评价

《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Development of a copper-based accelerated oxidation protocol for evaluating the oxidative stability of mayonnaise enriched with hydrophilic and lipophilic grape seed extracts

　　

脂质氧化限制了水包油型乳液（如蛋黄酱）的货架期，而传统基于高温的加速试验可能破坏乳液结构并扭曲氧化动力学。本研究提出了一种在温和热条件（40 °C）下开发的CuSO4辅助加速氧化协议，通过系统筛选催化剂浓度，建立了在96小时实验窗口内产生清晰诱导期和可量化传播期、同时在整个氧化实验中维持蛋黄酱基质无可见相分离的操作条件。研究人员将蛋黄酱分别强化了亲水性葡萄籽提取物（HE50–150 ppm）、亲脂性葡萄籽油浸渍物（OM，2.5%）或双相组合（LHE50–150）。利用DPPH自由基清除实验和铁还原抗氧化能力（FRAP）实验对葡萄籽提取物的总酚、生育酚、原花青素含量及抗氧化活性进行了表征。采用过氧化值（PV）动力学、紫外指数（K232、K270）、可滴定酸度（TA）、延迟时间分析和动力学建模评估氧化稳定性。从拟合动力学模型外推至实验观测周期之外所预测的达到共同PV阈值（10 meq O2/kg）所需时间被用作不同配方间氧化稳定性的比较指标。该参数与紫外延迟时间共同提供了各配方间最大的区分度。基于这些模型预测的阈值时间，双相配方（LHE100–150）和HE150达到选定PV阈值的时间比对照组延长了2.3–2.6倍。总体而言，所提出的协议为高温加速测试提供了一种现实可行且具实际应用价值的替代方案，双相抗氧化剂分布代表了一种有前景的清洁标签策略用于稳定蛋黄酱，值得在其他乳液基食品体系中进一步评估。

研究背景与目的

脂质氧化是影响水包油型乳液（如蛋黄酱）品质劣化的关键因素，会改变食品的风味、色泽、质地和营养价值。蛋黄酱因其高油含量和巨大的油-水界面面积，极易发生脂质氧化，从而缩短货架期并降低感官品质。传统上，合成抗氧化剂（如BHA、BHT、TBHQ）被广泛用于抑制氧化，但其潜在健康风险引发争议，促使市场对清洁标签天然替代品的需求日益增长。葡萄籽作为果汁和葡萄酒工业的主要副产物，富含亲水性和亲脂性抗氧化物质，包括酚类化合物（如黄烷-3-醇、儿茶素、原花青素）和生育酚，因此被视为极具潜力的天然抗氧化剂来源。

然而，传统的加速氧化测试方法（如Schaal烘箱法60–70 °C、Rancimat法100–120 °C）依赖高温，这可能导致蛋黄酱乳液结构破坏和相分离，从而人为扭曲氧化动力学。若将温度降至约40 °C虽能保持乳液完整性，但在此温和条件下氧化速率极慢，难以在短实验窗口内获得可测量的氧化数据。因此，亟需开发一种既能在温和热条件下加速氧化、又能保持乳液基质完整性的新型加速氧化协议。本研究旨在：（i）建立一种基于CuSO₄催化的加速氧化协议，在可控催化和温和热条件下评估蛋黄酱的氧化稳定性；（ii）表征亲水性葡萄籽提取物和亲脂性葡萄籽油浸渍物的总酚、生育酚含量及抗氧化活性；（iii）通过过氧化值（PV）动力学、可滴定酸度（TA）动力学建模以及分光光度监测（K₂₃₂、K₂₇₀），评估两种提取物单独及联合使用对蛋黄酱氧化稳定性的影响。

主要关键技术方法

研究人员首先制备了亲水性葡萄籽乙醇提取物和亲脂性葡萄籽大豆油浸渍物（OM），并对其总酚含量（TPC）、原花青素（PA）、总生育酚（TTP）以及DPPH自由基清除能力和铁还原抗氧化能力（FRAP）进行表征。随后，通过预实验筛选CuSO₄浓度（5–2000 μM），确定5 μM为最佳操作浓度，该浓度可在40 °C下于96小时内产生清晰的诱导期和传播期，同时维持蛋黄酱基质无可见相分离。在此基础上，制备了八种蛋黄酱样品：空白对照（CTRL）、含2.5% OM的亲脂性样品（LE）、含50/100/150 ppm亲水提取物的样品（HE50/HE100/HE150）以及同时含2.5% OM和相应亲水提取物的双相样品（LHE50/LHE100/LHE150）。氧化稳定性通过PV碘量法滴定、TA滴定以及紫外分光光度法测定共轭二烯（K₂₃₂）和共轭三烯（K₂₇₀）的吸光度变化进行评估，并使用Minitab 18进行线性回归建模，预测各配方达到PV阈值（10 meq O₂/kg）和TA阈值（4.5%）所需的时间。

研究结果

生物活性成分组成与抗氧化潜力

亲水性提取物表现出较高的TPC（1479 mg GAE/100 g DW）和PA含量（2216 mg C3GE/100 g DW），而OM中TPC较低（117 mg GAE/kg OM），未检测到PA。OM的TTP含量为1620 mg α-TE/kg OM，高于纯大豆油和葡萄籽油的典型范围，表明浸渍过程显著富集了生育酚，尤其是提高了α-生育酚的比例。抗氧化活性方面，亲水提取物的DPPH和FRAP值远高于OM，反映出其高酚类物质含量。

CuSO₄加速氧化协议的操作条件筛选

在40 °C下未经CuSO₄处理的蛋黄酱在前40天内未检测到可测量的PV，证实单纯热应力不足以在短时间内诱导氧化。CuSO₄浓度筛选实验显示，2000 μM导致即时氧化且无诱导期；100–20 μM虽避免了即时氧化，但诱导期过短；而5 μM CuSO₄能够产生明确的诱导期（PV在24小时内未检出）和后续可控的传播期，同时保持乳液结构完整，因此被选为操作浓度。

基于PV动力学的氧化稳定性评估

在40 °C下孵育45天后加入5 μM CuSO₄，所有配方的脂质过氧化均在约48小时内启动。CTRL的PV上升最快，168小时后超过5.77 meq O₂/kg；而LE、HE系列和LHE系列均表现出不同程度的抑制作用。线性回归模型（R2 = 90.87%）显示，时间和时间×配方交互作用是影响PV形成的主要因素。模型预测的达到PV=10 meq O₂/kg阈值时间显示，CTRL最短（286.58小时），LE延长至593.34小时，HE150最长（735.50小时），而LHE100和LHE150分别为670.45小时和722.01小时，较CTRL延长2.3–2.6倍。氧化速率也呈现一致趋势，HE150最低（0.01073 μEq g^-1 h^-1）。

基于TA建模的氧化稳定性评估

在CuSO₄添加前，所有配方的TA均维持在约0.22%。添加后TA逐渐增加，但各配方间无显著差异（p > 0.05），时间×配方交互作用不显著（p = 0.050），所有配方共享相同的酸化速率（0.000654%·h^-1，R2 = 0.63），表明TA在本实验条件下缺乏区分抗氧化效果的判别力。

紫外吸收监测（K₂₃₂和K₂₇₀）

CTRL^–（无CuSO₄）的K₂₃₂和K₂₇₀延迟时间最长（分别为233.33分钟和240分钟），CTRL最短（16.66分钟和10分钟）。LHE100表现出最强的抗初级和次级氧化能力，K₂₃₂延迟时间达230分钟，K₂₇₀达170分钟。LE对次级氧化的抑制尤为突出，K₂₇₀延迟时间达到240分钟，与CTRL^–相当。HE150的K₂₃₂和K₂₇₀延迟时间约为87分钟，而HE50仅30分钟，接近CTRL。

综合氧化稳定性比较

综合PV动力学、TA建模和UV延迟时间等多维指标，各配方的抗氧化效果排序为：LHE100 ≈ LHE150 > HE150 > LE > HE100 > LHE50 > HE50 > CTRL。双相配方（LHE100、LHE150）提供了最全面的保护，兼具长诱导期、低PV积累和延迟的氧化阈值。亲水提取物（HE150）在初级氧化阶段最为有效，而亲脂系统（LE）在次级氧化阶段表现突出。这种互补效应源于抗氧化剂在不同相的分布优化，亲水性多酚在水相和界面区域捕获自由基，而脂溶性生育酚则在油相内部和界面层发挥持续保护作用。此外，葡萄籽多酚还可能通过螯合Cu²⁺离子降低其促氧化催化活性，进一步延长诱导期。

结论

本研究成功建立了一种CuSO₄辅助的加速氧化协议，结合温和热条件（40 °C）和可控催化Cu²⁺浓度（5 μM），能够在保持乳液完整性的前提下，在可行的实验时间内生成清晰一致的氧化动力学曲线。与传统高温加速测试相比，该方法避免了乳液结构破坏和氧化机制扭曲的问题。研究表明，亲水和亲脂葡萄籽提取物的双相组合（LHE100–LHE150）以及高剂量亲水提取物（HE150）可将蛋黄酱达到选定PV阈值的时间延长2.3–2.6倍，其中双相配方表现出最优的综合抗氧化性能。这一发现表明，将抗氧化剂同时分布于油相和水相是一种有前景的清洁标签策略，可有效提升蛋黄酱等水包油型乳液的氧化稳定性，值得在其他乳液基食品体系中进一步验证。