达能营养中心第九届学术研讨会论文集

摘要：为开发利用芝麻素天然食品抗氧化剂，以过氧化值(POV)为指标，系统研究了高温下芝麻素在油脂中的抗氧化性能，结果表明：在高温下，芝麻素具有良好的抗氧化性，且随添加量的增加而增强；芝麻素在菜籽油中的抗氧化活性优于在猪油中的抗氧化活性，且芝麻素对猪油的抗氧化效果高于同浓度的EEPH，与同浓度的BHT相近。
关键词：芝麻素；热稳定性；抗氧化性；天然食品抗氧化剂

Study on Thermal Stability of the Antioxidative activity
of Sesamin in lard
Xiao Mei1 Zhen Yichun 2Guo Xue shan2
(1Engineering College， Nanjing Agricultural Universituy, Nanjing  210031， China;
2Food Science And Engineering College，Nanjing Universituy of Finance
And Economics，Nanjing 210003，China；)

Abstract：To exploit sesamin as a natural food antioxidant, the antioxidative activity of sesamin in high temperature was studied by measuring the peroxide value (POV). The results showed that sesamin had effective thermal stability for antioxidation which is concentration dependent. The antioxidative activity of sesamin in rap oil is better than that in lard. Furthermore, the antioxidative activity of sesamin in lard is better than that of EEPH, but similar to that of BHT at the same level.
Keywords：sesamin; thermal stability; antioxidative activity; the natural food antioxidant

1 前言
油脂和含油脂食品在贮存过程中会缓慢氧化，生成各种氧化物，不但损坏了食品的风味，降低了食用价值，甚至可引起食物中毒。所以大多数食用油及含油脂的食品，往往需要加入一定量的抗氧化剂预防其自动氧化。近年来随着医学科学的发展，对一些合成抗氧化剂的安全性提出了质疑，目前常用的人工合成抗氧化剂BHA、BHT、TBHQ等被动物实验发现有毒，尤其是BHT它会增高肝颗粒系统体系的活性，因此，有的国家已经禁止使用,有的抗氧化剂在低于食品热加工温度下便分解或挥发，降低了抗氧化性能［1］。在天然、营养、回归大自然的热潮中，人们越来越趋向于使用天然抗氧化剂［2］，目前国内外正致力于寻找热稳定、高效、安全的天然抗氧化剂［1］。
从植物中提取的抗氧化剂毒副作用小，具有很好的抗氧化作用，目前比较普遍认同的天然抗氧化剂有维生素E(生育酚)、甘草抗氧化物、茶多酚、鼠尾草提取物等，其毒性远小于合成抗氧化剂。此外，在食品中添加天然抗氧化剂，有的还可以当香料。由于它们本身具有较好的消除人体过多自由基的作用，食用后既能够给人体补充抗氧化剂，又可以减缓人体衰老和某些疾病的发生，起到一定的医疗保健作用。然而，商业化开发和利用天然抗氧化剂的研究并不多［4］。
芝麻（sesame）可能是迄今所知被人类用作食品资源的最古老的油籽，也是最早使用的调味品。其作为重要的一年生的油籽作物已种植了很多世纪,在亚洲和非洲的发展中国家广泛种植［5］。我国是世界上最大的芝麻生产国，2001 年产量达81万吨，约为世界总产量的40%［6］。遗憾的是芝麻在我国仅仅作为油料，根本没有深加工；在其含有的生理活性物质芝麻素，芝麻酚林的制备研究方面国内几乎为空白，远远落后于日本等发达国家［6］。
芝麻的化学组成主要为脂质、蛋白质、碳水化合物、矿物质、维生素等，别外还有木脂素类物质，如芝麻素（sesamin）、芝麻酚林(sesamolin)、芝麻素酚(sesaminol)、芝麻酚(sesamol)及芝麻酚林酚(sesamolinol)。
芝麻中微量成分芝麻素等木脂素类物质含量的高低主要与品种、生长地、收割时间、霜冻等因素有关，其中品种和生长地影响因子最大。Tashiro［7］等调查研究了从中国、哥伦比亚、墨西哥、阿富汗和越南得到42 种栽培的开裂芝麻中的微量成分，采集的芝麻中共有15种白色的，12种棕色的，11种黑色的和2种黄色的芝麻品种，研究结果表明油中芝麻素的含量在007%到061%之间变化，平均值为036%，研究发现芝麻素含量最高的是含油率高达55%的白籽样品，最低的为含油率仅是446%的黑籽样品。
Toru、Fukud［8］等人经过研究发现，不仅不同品种的芝麻籽中芝麻素含量差异较大，就连同一株上的芝麻籽也有差异，生长在主杆中上部的芝麻籽所含芝麻素含量最高，接近底部的最低。研究最后表明，芝麻素和芝麻酚林在芝麻籽完全成熟之前转变成了其他物质。
芝麻素是两个亚甲基二氧基苯基基团与中央的四氢康基呋喃核相连，分子式为C20H18O6，具体结构如下图 ［9］。它的英文系统命名为 Sesamin ( tetrahydro-1,4-bis(3,4-(methylenedioxy)pHenyl) -1H,3H—furo(3,4-c)furan),中文命名为2,6－二（3,4-二次甲氧基苯基）-3,7二氧杂双环（3，3，0）辛烷。

芝麻素（Sesamol）的结构
芝麻素通常为片状或粉末状白色固体，经有机溶剂结晶处理的芝麻素一般为白色针状晶体，分子量为35436，熔点120－121℃，具有旋光性，［ a］20D＝－56°（CHCL3）。芝麻素为脂溶性物质，不溶于水、酸和碱，溶于甲醇和各种油脂［10］ 。
1955 年 Haslam［11］等发现芝麻油具有特征的紫外吸收，两个最大的吸收峰在 287 nm 和236nm；芝麻油的这一吸收特性主要是因其含有芝麻素，芝麻酚林及芝麻酚。未精炼的芝麻油显著的稳定性在很大程度上归因于内源性苯酚类抗氧化剂即芝麻素、芝麻酚林和芝麻酚的存在。
芝麻素在酸性条件下容易水解，转化为松脂酚(Pinoresinol),松脂酚具有较强的抗氧化性。芝麻素的同分异构体为表芝麻素(episesamin)，芝麻油在脱色精炼的过程中有一部分芝麻素会转变为表芝麻素。
芝麻素（sesamin）是一种脂溶性苯酚类有机物。木脂素类化合物(lignan)具有 2，6－二芳基－3,7－二氧杂二环辛烷的结构。这类化合物有数十个之多，苯环上常见的取代基多为羟基或甲氧基等醚化基团［12］。
我国自古就有饮食芝麻和芝麻油的习惯，这不仅是因为其独特的芳香风味，更因其具有很强的保健功能，中药大辞典记载：“补肝肾，润五脏；增气力、活力和筋力；消炎，止痛，生发”等。芝麻油之所以具有独特的生理功能就是因为其含有木脂素类脂溶性苯酚类抗氧化剂芝麻素、芝麻酚林、芝麻酚和芝麻素酚等。随着科学技术的发展，对芝麻素研究的深入，高纯度的芝麻素逐渐应用在保健品和医药上。研究表明芝麻素在生物体内具有多种生理活性功能：
(1)具有解毒、保护肝脏的功效
芝麻素对肝脏有保护功能，这也是芝麻素引起人们关注的主要原因之—。芝麻素具有促进乙醇代谢以及促进脂肪酸β氧化的效果，故能起到抑制乙醇障害的作用。这对过度饮酒而引起肝功能障碍的患者是个福音。
(2)调节胆固醇代谢
Hirose 等［14］(1991)采用 wistar 系白鼠(雄，5周龄)，连续4周喂食添加有01－05％芝麻素的高胆固醇饲料、结果发现白鼠的血清以及肝脏中的胆固醇浓度都得到一定的抑制。另外，对胆固醇值没什么影响的VE(α－生育酚)，如果与芝麻素相混合使用时，白鼠血清中的胆固醇抑制效果就得到了增强、有关芝麻素与VE 之间的增效协同效果机制还不是很明确，还在进一步的深入研究之中。Hirose等还证实芝麻素具有降低胆固醇在胆汁酸胶束中的溶解性、从而起到阻碍从肠管中吸收胆固醇的效果。另外芝麻素还能降低合成胆固醇的相关酶(H M GC OAReductase)的活性。从白鼠动物实验可知，芝麻素具有抑制肠管吸收以及肝脏合成胆固醇的双重效果，但尚未确知在人体中能否显出同样的效果。
此后，Takahashi等（2001）［15］以20 只白老鼠(A型12名，B型8名)作为实验对象，其血清胆固醇值都在220mg／dl以上，分芝麻素摄取组和非摄取组二组，研究芝麻素对降低血清胆固醇的效果。芝麻素摄取组摄食含有36mg芝麻素以及18mgα生育酚当量的小麦胚芽油180mg，另一组摄食不含芝麻素的P1acebo胶囊，最初4周1日摄取9粒，之后4周摄取18粒。8周过后，芝麻素摄取组的血清总胆固醇(TCH0)以及LDL胆固醇(LDLC)含量明显下降。
从以上结果可以看出，芝麻素具有降低作为动脉硬化的危险因子LDL胆固醇效果，而且与VE具有协同效果，从而抑制泡沫细胞的形成，因此可期待其在动脉硬化中发挥出良好的预防效果。
（3）抗氧化作用
Nakai和Harada等(2003)［16］研究了芝麻素在动物肝脏清除羟自由基的效果。以Wistar系雄性门鼠（10 周龄）为对象、一次性投与悬浮于橄榄油的芝麻素（250mg／kg），3小时后麻醉，再通过静脉5次注射02MTEMPOL(4hydroxy2,2,6,6tetrmethylpiperidine1oxyl)经电子自旋共振(ESR)法测量结果表明，芝麻素摄食组的肝脏部位TEMPOL消失速度显著加快，而且半衰期也变短，可见芝麻素在肝脏部位显出很强的抗氧化作用。
Kagaya等(2000)［17］也研究了芝麻素在人体内对脂质过氧化的影响，以健康成年男子8名(平均年龄253岁)作为实验对象，通过交叉统计评估芝麻素对血浆中的过氧化脂质(LPO)的影响，发现摄食芝麻素组人群血浆中的过氧化脂质的上升能被明显抑制。Sirato等(2001)［18］进一步进行动物实验研究，研究结果表明芝麻素能促进增加肝脏的总谷胱甘肽过氧化物酶(total—GPX)以及谷胱甘肽—S—转移酶(GST)的活性，并推测芝麻素抑制血浆中的LPO上升主要是通过诱导增加肝脏脱毒酶活性而起作用的。
（4）抑制Δ5去饱和酶
SakayuShimizu等［19］人在真菌和老鼠的肝脏中的研究证明sesamin是Δ5去饱和酶的抑制剂,在很低浓度下就可以抑制Δ5去饱和酶的活性,但是却不抑制Δ6、Δ9、Δ12去饱和酶的活性"其动力学实验表明(+)sesamin是一种非竞争性抑制剂,在老鼠肝脏中对Δ5去饱和酶的抑制常数Ki为155mol／L。此外他们发现其他木脂素sesamolin、sesaminol和episesamin也只能抑制Δ5去饱和酶,抑制强弱顺序是:sesamin＞sesamolin＞sesaminol＞episesamin。但是sesamol对Δ5去饱和酶却不具有抑制性,其原因是由于sesamol在化学结构上不具有3,7dioxabicyc ［330］的辛环。
（5）其他生理功能作用
除以上的生理功能之外，研究显示芝麻素还有较多其它的生理功能作用如抗高血压、调节脂质代谢、抗癌以及调节免疫功能效果等。有关芝麻素降低血压效果的具体机理尚未清楚有研究显示这与芝麻素抑制自由基依存性相关的血管收缩有关，另外也可能与钙桔抗作用有—定的关系。可见,芝麻素的抗高血压效果也与其抗氧化作用相关。
有研究表明芝麻素具有抑制肝脏中总脂肪酸量增加的效果，这主要是由于芝麻素诱导肝脏氧化酶活性增加的缘故［20］。此外还有研究表明在生物水平上木脂素对抗植物真菌和植物害虫也有作用［21］,比如:sesamin就可以作为杀虫剂或杀虫剂的增效剂;而在分子水平上木脂素可以干涉核酸的传输和核酸(DNA)的合成而成为某些酶的专一性抑制剂［21］。总之，有关芝麻素的生理功能研究还在进一步深入研究之中。
孙明等［22］的大豆色拉油、猪油（70±1℃）诱导氧化试验表明，芝麻素具有良好的抗油脂氧化活性，004%芝麻素的抗氧化活性与002%BHT相当。油脂及富含油脂的食品在热加工过程中极易酸败，产生有毒有害物质，添加抗氧化剂是防止酸败的重要措施。但探讨芝麻素在高温下抗氧化活性的研究未见报道。本文系统地研究了高温下，芝麻素在猪油中的抗氧化性，并与在菜籽油中的抗氧化性进行了比较，旨在芝麻素开发为具有热稳定性的天然食品抗氧化剂提供依据。
2 实验材料与方法
21 主要实验材料
芝麻素：白色粉末固体，成分芝麻素685%，芝麻林素315%，由南京财经大学食品科学与工程学院江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室提供。
花生壳乙醇提取物(EEPH)：由南京财经大学食品科学与工程学院江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室提供。
猪油：新鲜猪板油，熬制过滤后备用。
BHT(2,6二特丁基对甲酚)化学纯南京化学试剂有限公司
冰醋酸化学纯南京化学试剂厂
三氯甲烷化学纯南京化学试剂厂
碘化钾化学纯南京化学试剂厂
硫代硫酸钠化学纯南京化学试剂厂
可溶性淀粉化学纯南京化学试剂厂
22 主要实验仪器与设备
HG753型号电子恒温两用箱南京实验仪器厂
METTLERAE240电子分析天平梅特勒托利多仪器(上海)有限公司
METTLERAE PB6024N 电子天平梅特勒托利多仪器(上海)有限公司
TB25M磁力加热搅拌器材江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司
HG1012型号电热鼓风干燥箱南京实验仪器厂
酸碱滴定装置等。
23 实验方法
231 高温下不同浓度芝麻素对油脂过氧化值影响
称取50g猪油若干份于烧杯中，1份作空白，其余分别加入不同质量分数的芝麻素，用磁力加热搅拌器充分搅拌，置于(120±1)℃和(180±1)℃干燥箱中模拟储藏，每隔12h取双份平行油样测定油品的过氧化值(POV值)。
232 高温下芝麻素与其它抗氧化剂抗氧化性比较
称50g猪油若干份于烧杯中，分别加入002%芝麻素、002%EEPH和002%BHT等抗氧化物质，120±1℃和180±1℃模拟储藏，每隔12h测定POV，以比较其抗氧化性。
233 高温下芝麻素对不同油脂的抗氧化性比较
分别称取50g猪油和菜籽油各两份于烧杯中，各一份作为空白，另两份都加入006%芝麻素，用磁力加热搅拌器充分搅拌，置于(120±1)℃干燥箱中摸拟储藏，每隔12h取双份平行油样测定油品的过氧化值。
234高温煎炸条件下不同抗氧化剂的抗氧化作用
称取菜籽油100g两份,分别加入004%芝麻素和002%BHT，然后在高温下煎炸鸡翅30min，取双份平行油样测定油品的过氧化值（POV值）,以不添加抗氧化的油样做对照。
24 油脂过氧化值的测定： GB500937－1996［23］
241 试剂的制备
(1)饱和KI溶液：取18gKI，加入5mL水，储存于棕色瓶中。(颜色发黄立刻更换)
(2)01moL／LNa2S2O3溶液的配制：称取25g Na2S2O3 ·5H2OmL烧杯中，加入300mL新煮沸已冷却的蒸馏水，待完全溶解后，加入02g Na2CO3, 然后用新煮沸的蒸馏水稀释至1L，贮于棕色瓶中，在暗处放置7~14d后标定。（标定浓度为01046）;
(3)5g／L 淀粉溶液配制：称取1g淀粉用水微溶解，倒入烧开的200mL蒸馏水中，再继续烧开，待冷却后，置于冰箱中贮存。
242 过氧化值（POV）的测定
称取 100g 混匀的样品，置于 250mL 锥形瓶中，加 30mL 三氯甲烷－冰乙酸混合液（三氯甲烷与冰乙酸体积比为2∶3），使样品完全溶解。加入 05mL 饱和碘化钾溶液，塞好瓶盖，并轻轻振摇05min，然后在暗处放置 3min。取出加50mL 水，摇匀，立即用硫代硫酸钠溶液滴定，至淡黄色时，加 05mL 淀粉指示剂，滴定至蓝色消失为终点。另做试剂空白试验。根据下面的公式计算过氧化值。
公式：X1 = (V1 ／V2)×C×01269〖〗M
X2=X1×788
式中：X1－样品的过氧化值,g／100g;
X2－样品的过氧化值,meq／kg;
V1－样品消耗硫代硫酸钠溶液体积,mL;
V2－试剂空白消耗硫代硫酸钠溶液体积,mL;
C－硫代硫酸钠溶液的浓度,mol／L;
M－样品质量, g;
01269－与 1mL 硫代硫酸钠标准滴定溶液［C(Na2S2O3)=1000mol／L］相当的碘的质量，g;
788－换算因子
双试验允许误差符合要求时，求其平均值，即为测定结果。
3 实验结果与分析
油脂发生过氧化反应从化学本质来讲，主要因为油脂中含有不饱和脂肪酸，尤其是亚麻酸和亚油酸。又由于光、热、氧分压、金属离子等因素，均可促进或催化油氧化，为避免多种因素对实验造成的误差，如每天的光照强度，温度不一致，所以本实验用(120±1)℃或(180±1)℃干燥箱中黑暗诱导其氧化。

31 120℃下芝麻素在猪油中的抗氧化活性研究
311 120℃下不同添加量芝麻素在猪油中抗氧化效果
120℃下不同浓度芝麻素对猪油的抗氧化效果如图1所示。从图1可见，在120℃高温下，随着储存时间的延长，各样品的过氧化值都在增加，空白对照组尤其明显，而添加有芝麻素的油样，其过氧化值显著低于空白对照组，而且随着芝麻素添加量的增加，过氧化值越低，说明其抗氧化作用显著增强。表明芝麻素的抗氧化作用具有良好的热稳定性，并且与芝麻素具有剂量关系。

图1120℃下不同浓度芝麻素对猪油过氧化值的影响
312 120℃下芝麻素与其它抗氧化剂对猪油的抗氧化效果的比较
120℃下芝麻素与其它抗氧化剂对猪油的抗氧化效果的比较如图2所示。图2的结果表明，猪油在120℃的高温下，芝麻素的过氧化值与相同添加量的BHT相近，但低于相同添加量的EEPH。因此在120℃下，相同浓度的芝麻素优于EEPH的抗氧化性，可望在热敏性抗氧化剂不起作用的食品加工中广泛应用。

图2120℃下芝麻素与其它抗氧化剂对猪油的抗氧化效果的比较
32 180℃下芝麻素在猪油中的抗氧化性研究
321 180℃下不同添加量的芝麻素对猪油的过氧化值的影响
如图3所示，随着时间的推移，002%,004%,006%芝麻素添加量的曲线开始减缓，说明芝麻素在猪油中具有较好的抗氧化活性，且有剂量关系，即随着芝麻素添加量的增加，猪油的过氧化值的升高越趋缓慢，亦即其抗氧效果也增强。其中006%芝麻素的曲线最为平缓，亦即006%芝麻素的抗氧化效果最好。因此，180℃下不同添加量的芝麻素对猪油的过氧化值的影响和120℃下相似，只是变化值没有在120℃时大。

图3180℃下不同浓度芝麻素对猪油过氧化值的影响
322 180℃下芝麻素与其它抗氧化剂对油脂的抗氧化效果的比较
图4的结果表明，在180℃下，相同浓度的芝麻素优于EEPH的抗氧化性但不如于BHT的抗氧化性，且在60小时内芝麻素，EEPH 和BHT 的过氧化值倍数分别为22,23和20, 而在120℃时，它们的过氧化值增长倍数分别为544,632和292。这表明了这三种抗氧化剂对猪油的过氧化值的影响没有120℃时那么大。

图4180℃下芝麻素与其它抗氧化剂对
油脂的抗氧化效果的比较
323 高温下，芝麻素对不同油脂的抗氧化性的比较
120℃下，相同浓度的芝麻素对猪油和菜籽油的抗氧化性的影响如图5所示。从图5中可以看出，猪油经高温120℃处理60小时后，其过氧化值是菜籽油的55倍。芝麻素在菜籽油中的抗氧化效果要明显好于在猪油中的抗氧化效果。

图5120℃下006%芝麻素对猪油和
菜籽油的抗氧化效果比较
324 高温煎炸条件下不同抗氧化剂的抗氧化作用
如表1所示，当油在高温下煎炸鸡翅半小时后过氧化值显著升高，同时，在加入抗氧化剂的试样中，过氧化值明显低。并且004%的芝麻素与002%的BHT的菜籽油的过氧化值接近。