脂溶性抗氧化剂组合增强核桃仁氧化稳定性：从单一筛选到三元配方

《Foods》：Enhanced Oxidative Stability of Walnut Kernels by Lipid-Soluble Antioxidant Combinations: From Individual Screening to Ternary Formulation

　　

核桃仁因其高含量不饱和脂肪酸而极易发生脂质氧化。本研究筛选了五种脂溶性抗氧化剂——叔丁基对苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）、丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）、没食子酸丙酯（propyl gallate，PG）、硫代二丙酸二月桂酯（dilauryl thiodipropionate，DLTP）和抗坏血酸棕榈酸酯（ascorbyl palmitate，AP），并进一步评估了以BHT为基础的二元和三元配方。经处理的核桃仁进行了加速氧化试验，采用过氧化值、硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid-reactive substances，TBARS）、DPPH自由基清除活性、电子自旋共振（electron spin resonance，ESR）、脂肪酸组成、热重分析（thermogravimetric analysis，TGA）和感官评价评估氧化稳定性。在各自最大允许浓度下评估的单一抗氧化剂中，BHT表现出最一致的保护效果，具有最低的氧化指标、最强的DPPH自由基清除活性和最弱的热诱导自由基信号。BHT+TBHQ配方在若干氧化指标上显著优于单独BHT（p < 0.05）。三元BHT+TBHQ+DLTP配方表现出最佳综合性能，其抗氧化活性与商业抗氧化剂混合物相当，且TBARS值显著低于BHT+TBHQ组（p < 0.05）。亚油酸、油酸和α-亚麻酸分别保持在58.78%–62.54%、17.62%–21.33%和10.64%–11.31%。各处理组在香气和风味方面未观察到显著差异（p > 0.05）。这些发现表明，BHT+TBHQ+DLTP在加速储存期间有效改善了核桃仁的氧化稳定性。

核桃仁（walnut kernel）以其丰富的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）、蛋白质、维生素E和多酚类化合物而著称，具有降低心血管风险、抗炎和促进神经发育等健康益处。然而，高含量的不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAs）使其在加工和储存中极易发生脂质氧化，导致酸败、营养退化及潜在有害化合物生成，最终缩短货架期并损害感官品质。添加抗氧化剂是食品工业延缓脂质氧化的常用策略，目前主要包含丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）、叔丁基对苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）等合成抗氧化剂，以及迷迭香提取物等天然抗氧化剂。但单一抗氧化剂往往因作用机制单一，在复杂食品基质中保护效果有限；同时消费者对“清洁标签”的偏好及法规对合成抗氧化剂用量的严格限制，使得开发高效、安全的抗氧化组合策略尤为重要。已有研究多集中于通用脂质模型或个别坚果，针对核桃仁这一高不饱和脂肪酸体系中的脂溶性抗氧化剂，尤其是其二元与三元组合的系统研究仍不充分。为此，研究人员在《Foods》发表了此项研究，旨在从单一筛选到三元配方，系统开发适用于核桃仁的定制化抗氧化组合。

研究人员以新疆阿克苏薄壳核桃仁为原料，该原料购自汾阳元康土特产有限公司。研究首先对五种脂溶性抗氧化剂——TBHQ、BHT、没食子酸丙酯（propyl gallate，PG）、硫代二丙酸二月桂酯（dilauryl thiodipropionate，DLTP）和抗坏血酸棕榈酸酯（ascorbyl palmitate，AP）进行单一筛选，每种抗氧化剂按其在中国国家标准GB 2760-2014中的最大允许使用浓度配制浸泡液，以95%乙醇为溶剂，核桃仁与溶液按1:3（w/v）比例在60 °C浸泡10 min。随后进行60 °C加速氧化试验，分别在第5天和第8天取样。通过过氧化值（peroxide value，POV）评估初级氧化产物，硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid-reactive substances，TBARS）评估次级氧化产物，DPPH自由基清除率反映剩余供氢能力，电子自旋共振（electron spin resonance，ESR）直接检测热诱导碳中心自由基信号，脂肪酸组成分析采用气相色谱法，热重分析（thermogravimetric analysis，TGA）评估油基热稳定性，并进行了感官评价。在单一筛选基础上，选择综合表现最优的BHT作为核心，构建二元和三元组合，其中二元配方中各抗氧化剂用量为其单一处理时浓度的一半，三元配方中各抗氧化剂用量为其单一处理时浓度的三分之一，并与含BHT、TBHQ和柠檬酸的商品化抗氧化剂混合物（0.06%，w/v，基于脂肪重量）进行对比。

**单一脂溶性抗氧化剂的效果**
POV结果表明，加速氧化过程中各处理组POV均随时间增加，但BHT组始终最低，第5天时抗氧化效果顺序为BHT > TBHQ > DLTP > AP > PG，第8天BHT与TBHQ仍表现最优。TBARS结果显示BHT在第5天与TBHQ、DLTP相当，且显著优于AP和PG（p < 0.05）；第8天BHT与TBHQ活性相近，均显著优于其他组。DPPH清除率方面，BHT在5天和8天均显著高于其他四种抗氧化剂（p < 0.05）。ESR谱显示，经8天加速氧化后，空白对照信号最强，而BHT处理组信号最弱，表明其能最有效保持油基抵抗后续热应力的能力。TGA分析显示，初始核桃油起始分解温度为403.898 °C，氧化8天后各处理组均下降，其中BHT组起始分解温度最高（401.709 °C），对照组最低（395.006 °C）。感官评价虽未检测到香气和风味的显著差异，但数值上BHT和TBHQ组平均分最高。综合各指标，BHT因其在POV、TBARS和ESR等关键指标上的均衡高效表现，被选为组合研究的核心抗氧化剂。

**二元脂溶性抗氧化剂组合的抗氧化效果**
POV显示，BHT+TBHQ组合在5天和8天均显著优于BHT单独处理，第8天顺序为BHT+TBHQ > BHT+PG > BHT+DLTP > BHT+AP > BHT。TBARS结果同样表明BHT+TBHQ的抗氧化能力显著高于BHT单独处理（p < 0.05）。DPPH清除率方面，5天时BHT+TBHQ与BHT+DLTP相当且均显著高于BHT（p < 0.05），8天时BHT+TBHQ仍显著优于BHT。ESR中BHT+TBHQ组的信号强度低于BHT组，进一步支持其更强的残余保护效应。脂肪酸组成分析显示，亚油酸（C18:2）、油酸（C18:1）和α-亚麻酸（C18:3）仍为主要脂肪酸，占比分别为59.13%–63.75%、17.15%–21.65%和10.42%–11.48%，整体谱图处于核桃油典型范围内，表明5天内未发生广泛的不饱和脂肪酸降解。

**三元脂溶性抗氧化剂组合的抗氧化效果**
POV结果显示，三元组合BHT+TBHQ+DLTP在两个时间点均表现最佳，其效果与商品化抗氧化剂相当。TBARS值方面，8天后BHT+TBHQ+DLTP组显著低于BHT+TBHQ组（p < 0.05），并与商品化组相当。DPPH清除率中，BHT+TBHQ+DLTP组在5天和8天均显著高于BHT+TBHQ组（p < 0.05）。ESR谱显示，商品化、BHT+TBHQ+AP和BHT+TBHQ+DLTP组的信号强度最低，表明三者具有最强的抵抗热诱导氧化的残余能力。脂肪酸组成方面，8天后亚油酸、油酸和α-亚麻酸分别保持在58.78%–62.54%、17.62%–21.33%和10.64%–11.31%，虽然部分脂肪酸存在统计学差异，但整体变化幅度小，且相对百分比数据受总和100%约束，不能直接解释为特定脂肪酸的绝对保留。这些结果证实BHT+TBHQ+DLTP三元配方的优异氧化稳定性来源于其互补机制：BHT与TBHQ作为酚类主抗氧化剂，通过供氢终止脂质过氧化链式反应；DLTP作为硫代二丙酸酯类仲抗氧化剂，可分解氢过氧化物为稳定醇类，从而减少次级氧化产物并可能再生部分主抗氧化剂，形成时空互补的保护网络。

讨论部分指出，BHT的优异表现源于其两个叔丁基产生的空间位阻效应，稳定了供氢后的苯氧自由基，延长了自由基清除活性。组合抗氧化剂之间可能发生相互作用，一种抗氧化剂产生的自由基可促进另一种形成新的酚类活性物质，从而延长整体保护时间。脂肪酸组成变化有限与POV和TBARS的中度增加相一致，说明加速氧化仍主要停留在氢过氧化物形成和次级氧化产物阶段，未造成主要不饱和脂肪酸的大量降解。感官评价未发现组间香气和风味的显著差异，表明抗氧化处理未对感官品质产生不良影响。研究结论表明，BHT+TBHQ+DLTP三元组合能有效抑制核桃仁中初级和次级氧化产物的形成，维持脂肪酸组成在典型范围内，提供与商业抗氧化剂混合物等效的保护效果。该研究为抑制核桃仁脂质氧化、延长货架期提供了高效技术方案，并为核桃基产品抗氧化剂应用提供了理论基础。未来结合Arrhenius或Q10外推等动力学模型，将有助于建立加速氧化条件与常温储存货架期之间的定量关系。