殺酵方式對油棕果中微營養(yǎng)成分及揮發(fā)性香氣物質(zhì)的影響

張玉鋒 王 揮 沈曉君 石 鵬 宋 菲 雷新濤 陳衛(wèi)軍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所；國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心；海南省椰子深加工工程技術(shù)研究中心1，文昌 571339)(海南大學(xué)食品學(xué)院2，?？?570228 )

油棕(ElaeisguineensisJacq.)，棕櫚科、油棕屬、多年生熱帶木本油料作物，2015年全球油棕種植面積為1.732×107萬ha，棕櫚油產(chǎn)量達5.57×107萬t，平均單產(chǎn)3.214 t/ha[1]。成熟油棕果肉的含油量56%～70%，是單位面積中產(chǎn)油量最高的油料，以其為原料加工而成的毛棕櫚油(CPO)具有發(fā)煙點高、穩(wěn)定性好、活性成分含量高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品、日化和醫(yī)藥等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，2014年世界棕櫚油消費量達6070萬t，占植物油消費總量的35%，是全球第一大食用植物油[2]。另外，CPO還是一種飽和脂肪酸和與不飽和脂肪酸含量接近1∶1的植物油脂，并因顏色呈橘紅色，富含類胡蘿卜、維生素E、輔酶Q10和甾醇等生物活性成分而多被稱作紅棕油(Red Palm Oil)[3]。并且紅棕油中類胡蘿卜素的強抗氧化能力以及利用紅棕油通過膳食補充和營養(yǎng)強化以改善維生素A缺乏癥患者的臨床癥狀的顯著功效也已被廣大消費者所認可[4]。

殺酵作為棕櫚油加工過程中的重要步驟，具有使果實軟化松動脫落、滅活脂肪酶以及使果肉中部分載油細胞破裂的重要作用。目前棕櫚油加工業(yè)中普遍使用40 psi(140 ℃)的飽和熱蒸汽進行75～90 min的殺酵預(yù)處理[5-7]。但該方法也存在人力需求大、熱損嚴(yán)重、大批量處理時效率降低、廢水量大，易污染環(huán)境等缺點[7]，不符合當(dāng)下構(gòu)建綠色節(jié)能、環(huán)境友好型工業(yè)的要求。因此，近年來研制連續(xù)化殺酵設(shè)備、應(yīng)用微波、熱風(fēng)和超臨界CO2殺酵以提高殺酵效率的研究報道層出不窮，最早的可追溯到Mongana等1955年在剛果的一次實驗，但是到目前為止鮮有重要的技術(shù)或配合油脂提取的現(xiàn)代化工藝被證實是行之有效的[2, 7]。在前人的研究基礎(chǔ)上，從探討殺酵對油棕果中維生素E和類胡蘿卜素以及揮發(fā)性成分的視角出發(fā)，重點研究熱風(fēng)、微波、蒸煮、蒸汽和超聲波等方式對棕櫚果中微營養(yǎng)成分的影響，篩選出能最大程度保持或提高微營養(yǎng)成分的處理方式后進行復(fù)合殺酵，最后對比分析新鮮和最優(yōu)復(fù)合處理后油棕果中的揮發(fā)性組分差異，以期能為富含維生素E和類胡蘿卜素的棕櫚油制備技術(shù)的突破提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

油棕果采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所科研實驗基地;維生素E標(biāo)準(zhǔn)品:上海源葉生物科技有限公司，質(zhì)量分數(shù)≥95%(以α-生育酚計)；無水乙醇、氯化鐵、1,10-菲羅啉、磷酸均為分析純。上海精科752N紫外可見分光光度計，梅特勒AL204-IC電子天平；HP 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜儀(GC-MS)，格蘭仕P70D20P-N9微波爐，深圳超藝達PS-40超聲波清洗機、美的MY-12CS505A電壓力鍋，日本HIRAYAMA HVA-85滅菌器，上海一恒DHG9240A鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 油棕果預(yù)處理

新鮮油棕果整串采摘后，立即脫除果粒，清洗后分別進行微波(中火微波120 s)、超聲波80 ℃處理30 min)、蒸煮(電壓力鍋內(nèi)12 min，壓力為30～50 kPa)、熱風(fēng)(140 ℃，50 min)與蒸汽(121 ℃，20 min，壓力約500 kPa)5種預(yù)處理。冷卻后將果肉與果核分離，收集果肉粉碎后備用。

1.2.2 維生素E含量的測定

參考劉云等[8]的方法，并稍作修改，簡要過程如下：分別取5、10、20、40、60 μg/mL和80 μg/mL的維生素E標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0 mL；依次加入2.0 mmol/L的FeCl3和10 mmol/L的1, 10-菲啰啉各1.0 mL；震蕩反應(yīng)30 s后立即加入20 mmol/L的H3PO4溶液1.0 mL終止反應(yīng)，以相應(yīng)的試劑空白做參比，于510 nm處測定吸光值，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

取預(yù)處理并粉碎后的油棕果肉2.0 g，加入20 mL無水乙醇，50 ℃超聲波輔助提取30 min后定容至50 mL，3 000 r/min離心10 min，取上清液，稀釋至合適濃度后按上述步驟測定。

1.2.3 類胡蘿卜素含量的測定

利用類胡蘿卜素主峰吸收光譜一般在(440±10) nm的特點，參考楊萬政等[9]的方法，并稍作修改：取1.2.2所得的上清液，稀釋至合適濃度后于445 nm測吸光值, 并以無水乙醇作空白, 按公式計算類胡蘿卜素含量：

式中：X為類胡蘿卜素含量；A為樣品在445 nm處吸光值；V為測定樣品的總體積(mL)；A0為類胡蘿卜素的平均吸收系數(shù)2500；m為樣品質(zhì)量/g。

1.2.4 油棕果中揮發(fā)性香氣物質(zhì)測定

1.2.4.1 樣品制備

采用同時蒸餾萃取法。稱取300 g樣品放入同時蒸餾萃取器中，加入400 mL蒸餾水；同時蒸餾萃取器的另一邊加入30 mL二氯甲烷，提取3 h，提取液脫水后，濃縮至1.0 mL，用GC-MS分析。

1.2.4.2 GC-MS分析條件

GC條件：色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣(純度>99.999%)，柱溫：保持50 ℃初始溫度3 min后，以4 ℃/min的速率升溫到250 ℃并保持5 min：分流比為30∶1，進樣量1.0 mL。

MS條件：離子源：EI；氣質(zhì)接口溫度為280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四級桿溫度:150 ℃；電子倍增器電壓：1894 V；電子能量：70 eV。

1.2.4.3 揮發(fā)性香氣物質(zhì)相對含量的計算

將GC-MS得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)計算機在標(biāo)準(zhǔn)譜庫中進行檢索，按其匹配度確認其化學(xué)成分。并采用峰面積歸一化法，以各香氣組分的峰面積占總峰面積之比值表示組分相對含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同殺酵方式對油棕果中微營養(yǎng)成分的影響

毛棕櫚油(CPO)是自然界中維生素E(0.6～1.2 mg/g)和類胡蘿卜素(0.5～0.7 mg/g)含量較高的資源之一，可通過誘捕自由基，中和硫基自由基，螯合過氧自由基，淬滅單線態(tài)氧等途徑有效防止棕櫚油的熱氧化劣變，維系其營養(yǎng)品質(zhì)和外觀特征[7]。但是在棕櫚油加工過程中會造成維生素E和類胡蘿卜素等微營養(yǎng)成分的損失，尤其是物理精煉中使用低壓高溫蒸汽進行脫臭時維生素E的損失量非常高，當(dāng)蒸汽發(fā)生泄漏時則損失會更高；另外化學(xué)精煉生產(chǎn)精煉棕櫚油時，類胡蘿卜素首先會在脫色過程中損失大部分，剩余部分還會被脫臭步驟的高溫蒸汽進一步脫除[7, 10]。另外，各種殺酵處理也會對維生素E和類胡蘿卜素的含量產(chǎn)生一定影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著微波殺酵時間的延長(0～60 s)，棕櫚油中類胡蘿卜素的含量由0.61 mg/g增加到了0.70 mg/g，且以微波殺酵40 s時含量最高，達0.88 mg/g；并且殺酵時間應(yīng)保持在3 min內(nèi)以保持果仁的色澤[6]。而Hadi 等[11]油棕果103 ℃熱風(fēng)殺酵18 h后，提取的棕櫚油中類胡蘿卜素的含量為0.44 mg/g。

因此，在前人的研究報道和預(yù)實驗的基礎(chǔ)上研究了熱風(fēng)、蒸煮、蒸汽、微波和超聲波5種殺酵方式對油棕鮮果中的維生素E和類胡蘿卜素含量的影響，結(jié)果如下圖所示?？梢钥闯觯号c空白組相比，蒸煮對提高鮮果乙醇提取物中的維生素E的含量的效果最為顯著(約為空白組的3.37倍)，蒸汽和熱風(fēng)次之，且處理間差異極顯著(P<0.01)(表1)。這可能因為熱蒸汽的穿透力較強，能顯著破壞鮮果的細胞壁或維生素E交聯(lián)物質(zhì)，從而有利于維生素E的釋放。但是隨著壓力的增加，維生素E含量反而從4.62 mg/g(蒸煮)降低至3.61 mg/g(蒸汽)，說明過高的壓力可能會使生素E的結(jié)構(gòu)破壞而損失。

圖1 不同殺酵方式對油棕果中維生素E(a)和類胡蘿卜素(b)含量的影響

對類胡蘿卜素而言，5種殺酵處理間也表現(xiàn)出了極顯著性的差異(P<0.01)，熱風(fēng)、蒸煮和微波殺酵均能提高其含量，且以熱風(fēng)最為顯著(可提升至0.48 mg/g)。而超聲波和蒸汽殺酵后類胡蘿卜素的含量損失較嚴(yán)重(分別損失近80%和70%)，這可能是因為具有獨特的機械效應(yīng)、熱效應(yīng)及空化效應(yīng)的超聲波處理和強力穿透性能的高壓蒸汽處理的作用較為強烈，容易導(dǎo)致類胡蘿卜素降解；而熱風(fēng)處理多作用于果實外層，具有顯著的加熱不均勻性[11]，因此對果實中類胡蘿卜素含量的破壞作用最低。

表1 不同殺酵方式處理結(jié)果間的方差分析表

2.2 復(fù)合殺酵對油棕果中微營養(yǎng)成分的影響

本實驗選擇了蒸煮、熱風(fēng)和微波3種方式兩兩結(jié)合進行先后殺酵處理，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?種復(fù)合殺酵方式均能提高油棕果提取物中的微營養(yǎng)成分含量，且以蒸煮+微波組的提升作用最大，其維生素E和類胡蘿卜素含量分別達到了4.20 mg/g和0.55 mg/g，分別為空白組的3.07倍和1.74倍。而處理順序相反的微波+蒸煮組的類胡蘿卜素含量則出現(xiàn)了一定的損失，其具體原因尚待進一步研究。

注：橫坐標(biāo)數(shù)字分別表示1為微波+熱風(fēng)；2為微波+蒸煮；3為熱風(fēng)+微波；4為熱風(fēng)+蒸煮；5為蒸煮+熱風(fēng)；6為蒸煮+微波；處理順序均為依次先后殺酵。圖2 不同復(fù)合殺酵處理對油棕果中維生素E(a)和類胡蘿卜素含量(b)的影響

2.3 最適殺酵處理對油棕果中揮發(fā)性組分的影響

按照蒸煮+微波的方式對新鮮油棕果進行處理后，利用GC-MS對果肉粉末進行揮發(fā)性成分分析，并以未處理的空白組為對照，結(jié)果見于表2和表3?？梢钥闯觯盒迈r油棕果中(空白組)的揮發(fā)性香氣物質(zhì)共46種，其中棕櫚酸的含量最高，達45.748%，甲基環(huán)戊烷/正己醇和反,反-2,4-癸二烯醛次之，分別為16.607%和8.081%。而經(jīng)過蒸煮+微波處理后其揮發(fā)性物質(zhì)種類也減少至38種；其中苯酚的含量最高，達26.471%，其次為苯乙烯(14.716%)。

從物質(zhì)種類來看(表2)，新鮮油棕果中含有12種酯類，其次為醛類(9種)、酸類(6種)；處理后的油棕果中則以烴類(10種)為主，其中芳香烴和烷烴各4種，烯烴2種，新鮮果中的烴類則以芳香烴為主；其次為醇類(7種)和酯類(7種)。

表2 處理前后油棕果中揮發(fā)性香氣物質(zhì)種類及含量變化

從物質(zhì)相對含量角度分析，新鮮油棕果的揮發(fā)性香氣物質(zhì)以酸類為主，占47.392%，其中棕櫚酸又約占酸類物質(zhì)總量的96.53%。處理后的油棕果香氣物質(zhì)則以酚類為主，達38.597%，其中又以苯酚含量最高，約占酚類總量的68.58%。

另外，在檢測出的香氣物質(zhì)中，油棕果處理前后的共有物質(zhì)種類為21種，其中酯類6種、酚類5種、醇類2種、醛類3種、芳香烴3種，其他物質(zhì)2種；分別占新鮮果肉和處理后果肉揮發(fā)性香氣物質(zhì)總量的36.98%和77.20%。處理前后香氣物質(zhì)相對含量有所提高的共計14種，其中5種酚類物質(zhì)的相對含量均有增加，且以苯酚最為顯著，由0.321%增加至了26.471%；其他類物質(zhì)中糠醛的含量則由0.376%增加至了4.619%。而6種酯類物質(zhì)中有5種均呈降低趨勢，如處理后油酸乙酯的含量由7.252%降低至2.304；其他物質(zhì)中以甲基環(huán)戊烷/正己醇的含量損失最為嚴(yán)重(由16.607%降低至了6.936%)。就揮發(fā)性香氣物質(zhì)的絕對含量而言而言，新鮮果肉中的總含量為0.031%，而處理后的果肉則僅為0.003%，殺酵預(yù)處理前后揮發(fā)性香氣物質(zhì)損失了約10倍。因此若要最大程度的保留油棕果中的香氣物質(zhì)，就有必要對現(xiàn)有工藝進行再優(yōu)化或者尋求新的預(yù)處理方式。

3 結(jié)論

殺酵作為棕櫚油加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，其處理的好壞程度對后續(xù)油脂品質(zhì)的影響很大[12]。而目前棕櫚油加工業(yè)中最常見的殺酵方式(140 ℃的飽和蒸汽處理75～90 min)雖然具有投資少、滅酶和軟化效果好等優(yōu)點；但也暴露了人力需求大、熱損耗嚴(yán)重、大批量時效率低、尤其是廢水排放量大的突出問題。因此，尋求替代的殺酵處理方式成為了各國學(xué)者研究的熱點：微波、熱風(fēng)、超臨界和連續(xù)殺酵等方式已有所突破[2-3, 7]。但對各種處理方式進行復(fù)合殺酵及處理前后對類胡蘿卜素、維生素E和揮發(fā)性物質(zhì)的影響鮮見報道。本研究結(jié)果表明：微波、蒸煮和熱風(fēng)3種殺酵預(yù)處理能顯著提高油棕果中的微營養(yǎng)成分(維生素E和類胡蘿卜素)的含量，且以蒸煮處理對維生素E的含量提升效果最為顯著(約為空白組的3.37倍)，熱風(fēng)處理可將類胡蘿卜素含量可提升至0.48 mg/g。而超聲波處理則會造成維生素E和類胡蘿卜素的損失。蒸煮+微波復(fù)合處理能同步提高油棕果中的維生素E和類胡蘿卜素含量至4.20 mg/g和0.55 mg/g，可作為富含維生素E和類胡蘿卜素的高端棕櫚油制備技術(shù)的殺酵工藝加以優(yōu)化和推廣。另外，在新鮮油棕果中共檢測出揮發(fā)性香氣物質(zhì)46種，其中棕櫚酸的含量最高，達45.748%；殺酵后的油棕果仍保持著原有的21種香氣物質(zhì)，但相對含量差異卻很大，如苯酚由0.321%增加至26.471%、糠醛由0.376%增加至4.619%、油酸乙酯含量則由7.252%降低至2.304%。

表3 預(yù)處理對油棕果揮發(fā)性香氣物質(zhì)的影響

注：—表示未檢出。

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