收割方式與微波預處理對壓榨菜籽油品質(zhì)的影響

黃 穎,鄭 暢,劉昌盛

(中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所,油料油脂加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室, 農(nóng)業(yè)部油料加工重點實驗室,油料脂質(zhì)化學與營養(yǎng)湖北省重點實驗室,湖北武漢 430062)

油菜是我國主要油料作物之一,2017年其種植面積高達6653.01千公頃,總產(chǎn)量超過1300萬噸,菜籽油產(chǎn)量占國產(chǎn)植物油的50%以上[1]。油菜在維護國家食用油供給安全、促進農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革、增加農(nóng)民收入和提升人民健康水平,滿足人民多元化需求以及生態(tài)保護等方面具有十分重要的作用。當前,我國油菜產(chǎn)業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級關(guān)鍵時期,提高菜籽油產(chǎn)量及改善菜籽油品質(zhì)刻不容緩。其中涉及到兩大技術(shù)問題,即油菜的耕、種、收環(huán)節(jié)實現(xiàn)機械化作業(yè)和油菜籽加工技術(shù)的高效開發(fā)。

油菜機械化收割是加快發(fā)展油菜生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié),其生產(chǎn)水平的高低對種植面積、總產(chǎn)量、菜籽品質(zhì)優(yōu)劣等有顯著影響;分段收割是指對油菜進行田間收獲時,先對油菜進行割倒、晾曬,待籽粒后熟時,再進行脫粒清選作業(yè)。一次收割是在油菜的角果成熟后期,一次性對田間油菜完成切割、脫粒、清選等作業(yè)的聯(lián)合收獲方式[2]。

目前,冷榨工藝被廣泛應用于食用植物油的生產(chǎn)中。其低溫壓榨過程避免了反式脂肪酸及苯并芘等危害物質(zhì)的生成,同時維持菜籽油色淺、味清等良好特性,盡可能多地保留菜籽多酚、植物甾醇、維生素等活性成分;但它本身也存在不足,例如氧化穩(wěn)定性差、出油率低等問題,但通過適當?shù)奈⒉A處理可有效解決以上技術(shù)缺陷;適當?shù)奈⒉A處理能提高種子出油率,增加油中功能組分含量,延長油脂貨架期[3-5]。

關(guān)于提高油菜籽的收獲效率、節(jié)約收獲時間、減輕勞動強度等方面的報道較多,而對于發(fā)揮微波優(yōu)勢,探討由不同收割方式引起油脂品質(zhì)差異的研究還鮮有涉及。因此,本文從收獲方式的具體應用出發(fā),對分段收割和一次收割兩種方式進行比較分析,試圖利用微波技術(shù)對不同收割方式下收集的油菜籽進行預處理,探討其對菜籽油基礎(chǔ)理化性質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及抗氧化性的影響,以期為我國菜籽油的實踐生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菜籽(中油雜28) 采自湖北省荊州市農(nóng)科院試驗田;福林酚、六水合三氯化鐵、TPTZ、5-α膽甾烷、生育酚標品、植物甾醇標品 美國Sigma-Aldrich公司;異丙醇、正己烷、甲醇 色譜純,德國Merck公司;DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼) 日本和光純藥工業(yè)株式會社;正己烷、無水乙醇、無水乙醚、三氯甲烷、冰乙酸、石油醚(30～60 ℃)、異丙醇、無水硫酸鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;氫氧化鉀、氫氧化鈉 分析純,天津市科密歐化學試劑有限公司。

密閉式微波消解儀(最大功率4800 W,頻率2450 MHz) 美國CEM公司;CA59G冷榨機 德國Komet公司;6890N氣相色譜儀、7890A氣相色譜儀 美國Agilent公司;DU800紫外-可見分光光度計 德國Beckman Coulter公司;ACQUITY超高效液相色譜儀 美國Waters公司;LC-6AD高效液相色譜儀 日本shimadzu公司;743氧化穩(wěn)定性測定儀 瑞士Metrohm公司;Multifuge高速冷凍離心機 美國Thermo Fisher公司;ME104型分析天平 METTLER TOLEDO儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 菜籽油樣品的制備 在田間收獲時,首先于2018年5月7日對油菜進行人工放倒,晾曬幾日后,于5月15日機械收割,完成對油菜的分段收割;而一次收割則是于5月15日直接對油菜進行機械切割。為控制單一變量,更好地比較兩種收割方式對于低溫壓榨菜籽油品質(zhì)的影響,實驗中保持油菜籽的最終收割時間一致。清理兩種收割方式下收集的油菜籽,調(diào)節(jié)其初始水分至12%,密封保存在4 ℃冰箱中充分溶脹12 h。隨后取出,分裝于8個直徑為90 mm的平皿中(每盤定量50 g),置于微波爐轉(zhuǎn)盤上,在功率800 W下處理7 min。設(shè)置自動降溫程序,使其快速冷卻至室溫。采用螺旋壓榨機收集油樣(出油溫度<60 ℃),以8000 r/min離心15 min。將得到的菜籽油注入到具有良好密封性的干凈油壺中,置于4 ℃下冷藏,并盡快完成油脂品質(zhì)的相關(guān)檢測。其中對照組為清理后的菜籽不經(jīng)過微波預處理的菜籽,直接入冷榨機壓榨,離心(8000 r/min,15 min),獲得菜籽油。

1.2.2 脂肪酸組成的測定 甲酯制備,參考GB/T 5009.168-2016[6]:稱取60.0 mg(精確到0.1 mg)油樣于10 mL離心管中,加入4 mL異辛烷,溶解后繼續(xù)加入200 μL氫氧化鉀甲醇溶液(2 mol/L),震蕩30 s,靜置至澄清。最后加入約1 g硫酸氫鈉,劇烈搖晃,中和氫氧化鉀。待鹽沉淀后,將上層溶液轉(zhuǎn)移至樣品瓶中,待測。氣相色譜條件參考歐洲標準EN14103方法,色譜柱為HP-INNOWAX(30 m×0.32 mm,0.25 μm)載氣為氮氣,流速為1.5 mL/min,進樣口溫度為260 ℃,分流比為80∶1,升溫程序:210 ℃,保持9 min,20 ℃/min 升至250 ℃,保持10 min。采用峰面積歸一化法作為定量分析方法,結(jié)果以各組分的質(zhì)量分數(shù)表示。

1.2.3 酸價、過氧化值的測定 分別參照采用GB/T 5009.229-2016[7]、GB/T 5009.227-2016[8]測定。

1.2.4 維生素E的測定 采用高效液相色譜法,參考AOCS Official Method Ce 8-89。稱取2.0000 g(精確至0.0001 g)油樣于25 mL棕色容量瓶中。加入一定量的正己烷(色譜級),充分溶解樣品,隨后定容。配制好流動相(正己烷/異丙醇=99.5∶0.5,V/V),注入20 μL試樣,分離后比照標準色譜圖,鑒定樣品中各生育酚類型,記錄峰面積,并采用外標法定量分析。色譜條件:硅膠柱(Inertsil HPLC色譜柱,4.8 mm×250 mm×5 μm);采用二極管陣列檢測器,檢測波長為292 nm(α-生育酚)和298 nm(γ-生育酚),檢測溫度為30 ℃,流速為1 mL/min。

生育酚標曲的繪制:根據(jù)樣品中α-生育酚及γ-生育酚的含量范圍,配制α-生育酚標準溶液的濃度為2.3、4.6、11.5、23.0、46.0、69.0 μg/mL,γ-生育酚標準溶液的濃度為2.64、5.28、13.20、26.40、52.80、79.20 μg/mL。用上述液相條件,在對應波長下分別測定它們的色譜峰面積,并用濃度與其對應的峰面積作圖,得到α-生育酚的標準曲線為Y=9862.2X-15127,R2=0.998;γ-生育酚的標準曲線為Y=10866X-9006.6,R2=0.999;其中Y為峰面積,X為濃度。

1.2.5 植物甾醇的測定 適當調(diào)整Damirchi等[9]的實驗方法,對植物甾醇進行皂化分析。向0.20 g油樣中加入0.5 mL配置好的5-α膽甾醇溶液(0.5 mg/mL),再與10 mL 2 mol/L KOH(95%乙醇,V/V)充分混合,并在60 ℃水浴中振蕩60 min。取出,冰水冷卻。隨后量取4 mL水和10 mL正己烷,用正己烷萃取3次。利用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器去除溶劑,將干燥的不皂化物溶于1 mL正己烷,進行進一步分析。根據(jù)色譜中標樣的保留時間,對油樣中的每一種植物甾醇進行鑒定,以5-α膽甾醇為內(nèi)標進行定量。

本研究表明，索拉非尼對于轉(zhuǎn)移性腎癌患者是一種有效的治療藥物。雖然本研究中沒有出現(xiàn)完全緩解病例，但腫瘤控制率和PFS均較好。對于低ECOG評分或預后較差患者而言，該治療方案耐受性好，安全性亦可接受。盡管新型分子靶向藥物如貝伐珠單抗、帕唑帕尼、依維莫司、阿昔替尼已逐漸應用于臨床，但至少目前索拉非尼仍是不可替代的轉(zhuǎn)移性腎癌治療藥物。腎癌分子靶向治療藥物的未來發(fā)展趨勢，將是依據(jù)預測因子(如HRSF、血壓升高)或生物標志物(如血清VEGF水平)選擇對索拉非尼有良好反應的患者進行精準醫(yī)療，或序貫使用針對VEGF主要信號通路和針對mTORC1、MET、IL-8次要信號通路的抑制劑或抗體藥物進行聯(lián)合治療。

式中:Xδ表示單一甾醇組分的含量,mg/kg;0.25表示5-α膽甾醇的質(zhì)量,0.5 mg/mL×0.5 mL,mg;Aδ表示單一甾醇峰面積;Aγ表示5-α膽甾醇峰面積;M表示油樣質(zhì)量,g。

GC測試條件:DB-5HT色譜柱(30 mm×0.22 mm,填料粒度為0.1 μm);檢測器溫度為320 ℃;載氣為氮氣,流速2 mL/min,分流比為25∶1;程序升溫條件:60 ℃保持1 min,40 ℃/min升溫至310 ℃,保持10 min;進樣量1 μL。

1.2.6 總酚含量的測定 參照采用Folin-Ciocalteu比色法,并稍加改動[10-11]。準確稱取1.2500 g(精確至0.0001 g)油樣于10 mL離心管中,依次加入1.5 mL正己烷和1.5 mL 80%的甲醇水(V/V)溶液。在2500 r/min下振蕩5 min,離心(2500 r/min,10 min),取下層清液。在相同條件下重復萃取3次,合并得到提取液。取0.5 mL提取液于10 mL比色管中,向其加入5 mL去離子水和0.5 mL福林酚試劑,均勻混合3 min。隨后加入1 mL 澄清的飽和碳酸鈉溶液,加水定容。在避光環(huán)境下靜置60 min,于λ=765 nm處測定樣品的吸光度。結(jié)果以芥子酸當量(SA)表示,單位為mg/100 g。

1.2.7 抗氧化性的測定 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力(DPPH·)、鐵離子還原抗氧化劑能力(FRAP)評價參照文獻[12]。氧化誘導期(IP)的測定參照文獻[13]。

1.2.7.1 DPPH自由基清除活力的測定 將0.5 mL多酚提取液與2.5 mL DPPH試劑(濃度為0.0964 mol/L)渦旋混合30 s,避光反應30 min后于λ=515 nm 處進行紫外測定。以甲醇調(diào)零,結(jié)果以μmol TE/100 g表示(注:TE即水溶性維生素,也表示為Trolox),計算公式如下:

DPPH清除率:Y(%)=[(Acontrol-Asample)/Acontrol)]×100

式(1)

式中:XDPPH表示樣品油中DPPH活力,μmol/mL;V表示提取液的體積,4.5 mL;X1表示標準液濃度,μg/mL;MTE表示TE的質(zhì)量分數(shù),250.3 g/mol;moil表示油樣質(zhì)量,g。

1.2.7.2 FRAP總抗氧化能力的測定 取0.5 mL上述提取液于比色管中,加入2 mL配制好的FRAP 溶液,用去離子水定容至10 mL,漩渦30 s,靜置20 min,最后于λ=593 nm處測定其吸光值,結(jié)果用μmol TE/100 g表示。標準曲線為Y=0.0093X-0.0185(R2=0.996)。式中各字母代表含義同式1。

1.2.7.3 IP值測定 采用Rancimat 743型油脂氧化穩(wěn)定性測定儀測定菜籽油的氧化誘導時間。稱取3.0 g油樣于玻璃反應容器中,在110 ℃下加熱,空氣流量為20 L/h,此氧化過程中釋放的揮發(fā)性產(chǎn)物被收集在裝有去離子水的燒瓶中。通過測量去離子水中的電導率變化,記錄氧化過程。結(jié)果以時間(h)表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0進行顯著性分析,有關(guān)數(shù)據(jù)重復3次;所有顯著性分析均在P=0.05水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜籽油的脂肪酸組成

表1反映了微波預處理前后兩種收割方式下制取的低溫壓榨菜籽油的脂肪酸變化。結(jié)果表明,一次和分段收割菜籽油的脂肪酸組成一致,而部分脂肪酸含量(硬脂酸、油酸、亞麻酸、花生酸、花生一烯酸、芥酸)具有顯著性差異(P<0.05)。一次收割菜籽油中油酸含量為63.48%,比分段收割高3.96%;亞麻酸含量為9.21%,比分段收割高0.79%;亞油酸含量為18.76%,比分段收割低0.98%。這是由種子形成期差異造成的[14-15]。就這三類必需脂肪酸而言,在一次收割菜籽油中含量更高,為脂肪酸總量的91.45%;而分段收割菜籽油中含量相對較低,為87.86%。此外,微波預處理油菜籽對其脂肪酸組成及含量無顯著影響(P>0.05),Oomah等[16]曾對大麻籽進行過相關(guān)處理和分析,發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波后制取的油脂中脂肪酸無明顯變化。吳雨等[17]也利用此手段加工米糠,并得出相同結(jié)論。

表1 收割方式和微波預處理對菜籽油脂肪酸組成及含量的影響(%)Table 1 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on fatty acid composition and content of rapeseed oil(%)

注:同行字母不同表示差異顯著(P<0.05),表2～表4同。

表2 收割方式和微波預處理對菜籽油酸價和過氧化值的影響Table 2 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on acid value and peroxidation value of rapeseed oil

2.2 菜籽油的酸價和過氧化值

由表2可知,樣品油的酸價小于1.0 mg/g,過氧化值小于6.0 mmol/kg,均符合國家三級菜籽油標準[18],且微波前后差異顯著(P<0.05)。一次收割的低溫壓榨菜籽油,測得其兩項指標為0.37 mg KOH/g和0.94 mmol/kg,分別高于分段收割(0.19 mg KOH/g和0.84 mmol/kg)。由于油脂的氧化速度與所含脂肪酸的不飽和程度相關(guān),這意味著一次收割菜籽油的氧化速度將更快,從而使酸價和過氧化值更高,這與2.1脂肪酸結(jié)果一致。經(jīng)過微波預處理后兩個指標均有所增加,一次收割分別增加了0.46 mg KOH/g和0.21 mmol/kg,分段收割分別增加了0.58 mg KOH/g和0.29 mmol/kg。Anjum等[19]認為微波會引起水解從而產(chǎn)生游離脂肪酸,使酸價增加。Parag等[20]曾報道微波過程中產(chǎn)生的活性自由基會加速脂質(zhì)氧化。Uquiche等[4]也比較了微波預處理前后榛子油的品質(zhì)變化,發(fā)現(xiàn)油脂的酸價、過氧化值均有一定程度的升高。

表3 收割方式和微波預處理對菜籽油中維生素E和植物甾醇的影響Table 3 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on vitamin E and phytosterols of rapeseed oil

注:“-”表示無檢出；表4同。

2.3 菜籽油的主要營養(yǎng)成分

維生素E是一類天然抗氧化劑,可以通過改變自動氧化反應鏈來抑制脂肪和油脂中的脂質(zhì)氧化,近年來在油料作物種子中作為一種附加值化合物而備受關(guān)注。研究表明,菜籽中維生素E的含量范圍約為210～1200 mg/kg,主要以α-生育酚、γ-生育酚形式存在,且兩者之比在0.54～1.70之間[5]。植物甾醇作為關(guān)鍵營養(yǎng)組分,可以降低人體內(nèi)血清膽固醇水平,防止動脈粥樣硬化,抗炎、抗細菌和抗過敏等[21-23],尤其在提高植物油穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用[5]。

對一次及分段收割的菜籽進行微波預處理后榨油,并測得其生育酚及甾醇總量及單量變化,結(jié)果如表3所示。菜籽油中的維生素E主要以α-生育酚和γ-生育酚形式存在,且α-生育酚含量低于γ-生育酚,這與前期報道一致[24]。一次收割菜籽的低溫壓榨油中維生素E總含量為788.39 mg/kg,比同等加工工藝下的分段收割菜籽油高出6.56%。而植物甾醇也表現(xiàn)出相同趨勢,整體高出16.31%。這說明提前將油菜放倒會使光能利用率降低,造成維生素E、甾醇合成量減少[25-27];此外,微波預處理能不同程度地提高菜籽油中的營養(yǎng)成分含量,維生素E的增長范圍在2.38%～2.69%,植物甾醇的增長范圍在6.17%～10.40%。這主要是由于微波有效破壞了菜籽結(jié)構(gòu),使細胞膜破裂,促進了生育酚及植物甾醇等活性物質(zhì)的釋放[3]。

2.4 菜籽油的抗氧化性

為了進一步研究收割方式和微波工藝對菜籽油中多酚含量及其抗氧化能力的影響,本文對菜籽油樣品進行了抗氧活性測定。Canolol作為新型菜籽多酚,表4中顯示一次收割和分段收割的原料油中含量極低(0～2.21 μg/g),而微波后顯著增加(595.16～837.98 μg/g),這是由于微波能產(chǎn)生熱效應,使菜籽中天然存在的芥子酸脫羧轉(zhuǎn)化為Canolol[28]。一次收割菜籽油中總酚濃度為7.97 mg/100 g,比分段收割(12.63 mg/100 g)少36.90%。這可能是由于分段收割降低了生長菜籽的新陳代謝,使其酶降解速率減慢,盡可能多地保留了酚類物質(zhì)。微波后油樣的總酚含量顯著增加,提升了10～15倍(P<0.05),這說明微波預處理能一定程度地破壞植物細胞結(jié)構(gòu)和酚酸酯,使更多的酚類化合物隨油脂溶出[29]。Yang等[30]曾報道,當菜籽原料在初始水分為 9%,800 W功率下微波處理7 min時,油中總酚含量從未經(jīng)處理的34.42增加至96.91 mg/100 g(單寧酸當量)。Wataniyakul等[31]也對微波預處理后的脫脂米糠油進行了總酚含量測定,結(jié)果表明相比于原料油增加了55%。

表4 收割方式和微波預處理對菜籽油抗氧化性的影響Table 4 Effects of harvesting methods and microwave pretreatment on antioxidant activity of rapeseed oil

DPPH法和FRAP法被廣泛應用于評價植物油的抗氧化性能。由表4可知,一次收割低溫壓榨菜籽油中DPPH自由基清除活力、FRAP總抗氧化能力分別為11.05、16.20 μmol TE/100 g,相比于分段收割,減少了46.98%、42.65%。兩種收割方式下獲取的菜籽在經(jīng)過微波加工后榨油,其DPPH自由基清除活力和FRAP總抗氧化能力均顯著提高,增長幅度高達20倍以上(P<0.05)。這與微波預處理有效提高了油中的總酚含量有關(guān),酚類物質(zhì)可以通過捕獲自由基及鰲合金屬離子造成自由基能力下降,增加油脂體外抗氧化活性,從而有效延遲油脂的自動氧化[32]。

油脂的氧化穩(wěn)定性是衡量油脂品質(zhì)的重要指標之一。氧化酸敗會使油的營養(yǎng)價值降低,改變油脂的色澤及粘度,減少貨架期。采用743型Rancimat油脂氧化酸敗儀可測定樣品的氧化穩(wěn)定性[3,33]。如表4所示,原料油的氧化誘導期維持在9～10 h,說明菜籽油本身就具備良好的氧化穩(wěn)定性。微波顯著提高了兩種收割方式下低溫壓榨菜籽油的氧化穩(wěn)定性(P<0.05),這是多種因素共同作用的結(jié)果?？赡芘c酚類抗氧化劑[34]及維生素E、甾醇類活性成分的增加有關(guān);微波加熱能有效鈍化油菜籽中的過氧化物酶、脂肪氧化酶的活性[35-36]。黃穎等[37]對芝麻作出類似報道,結(jié)果顯示在一定功率下隨著微波預處理時間的延長,芝麻油的氧化穩(wěn)定性逐漸增強。

3 結(jié)論

不同收割方式的壓榨菜籽油中部分脂肪酸存在顯著性差異,特別是油酸、亞麻酸類不飽和脂肪酸。一次收割原料菜籽油中維生素E、甾醇類微量成分含量高出分段收割原料油6.56%、16.31%;而總酚、DPPH、FRAP類抗氧化指標則呈現(xiàn)相反趨勢,分別低于分段收割原料油36.90%、46.98%、42.65%。微波預處理不影響脂肪酸組成及含量,并能有效改善菜籽油的營養(yǎng)品質(zhì)和氧化穩(wěn)定性。相比于對照組,微波菜籽油的酸價和過氧化值發(fā)生了不同程度的升高。在營養(yǎng)指標的測定上,一次收割微波菜籽油中維生素E和植物甾醇含量分別增加了18.76和378.25 mg/kg,二次收割微波菜籽油中增量更為突出,為19.90和548.81 mg/kg;兩種微波油的酚類物質(zhì)含量顯著上升,其中一次收割和分段收割微波菜籽油中Canolol分別增至595.16 μg/g和837.98 mg/100 g;此外,一次和分段收割微波菜籽油的抗氧化活性分別提高了20倍和30倍以上,氧化誘導期也分別延長了22.25和20.48 h。

綜上所述,兩種收割方式各有長短:一次收割使菜籽油擁有更多的微量活性成分,分段收割則在抗氧化性上表現(xiàn)更佳,而微波預處理的技術(shù)優(yōu)勢適用于各類油菜籽。