熱處理提高核桃油氧化穩(wěn)定性的機(jī)理研究

羅 凡 費(fèi)學(xué)謙 胡立松 郭少海 杜孟浩

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，杭州 311400)

核桃(JuglansregiaL.)又被稱為羌桃或胡桃，屬胡桃科(Juglandaceae)胡桃屬(Juglans L.)植物，是世界重要堅(jiān)果樹(shù)種[1]，位列核桃、扁桃、腰果、榛子等四大干果之首[2]。2010年中央一號(hào)文件指出：大力發(fā)展油料生產(chǎn)，加快優(yōu)質(zhì)油菜、花生生產(chǎn)基地縣建設(shè)，積極發(fā)展油茶、核桃等木本油料[3]，為核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展吹響了進(jìn)軍號(hào)。核桃仁含油量在60%～70%之間，位居所有木本油料之首，是重要的食用油料資源。核桃中含有人體不能合成的多不飽和脂肪酸-亞油酸和亞麻酸，兩者約占核桃油脂總量的68.9%，且比值較好(4∶1)，具有顯著降低血脂，預(yù)防心腦血管疾病的作用[4]；此外核桃中還含有豐富的蛋白質(zhì)、鉀、鈣、鎂、鋅、鐵等礦物質(zhì)、維生素 A、D、E、K、P等脂溶性維生素、多酚、類黃酮、磷脂、褪黑激素等多種功能成分[5]。核桃油在制取過(guò)程中帶入了核桃仁中的功能性脂肪酸、維生素E、多酚等多種生理活性物質(zhì)，有很好的營(yíng)養(yǎng)保健功效[6-7]，有研究表明，與其他食用植物油相比，核桃油的抗氧化性和清除自由基的能力位居第一[8]。基于核桃的營(yíng)養(yǎng)成分和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，核桃油作為核桃加工的主要產(chǎn)品之一，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和加工工藝的研究日益受到關(guān)注[9]。

目前核桃油加工過(guò)程中油脂氧化機(jī)理、蛋白質(zhì)變性、營(yíng)養(yǎng)成分流失、產(chǎn)品褐變、保健機(jī)理等問(wèn)題的研究還不夠深入，生產(chǎn)中存在的許多問(wèn)題還未能解決。在核桃干燥、壓榨和精煉制油過(guò)程中，溫度不可避免地對(duì)核桃的內(nèi)部形態(tài)及營(yíng)養(yǎng)成分起著關(guān)鍵作用[10]。熱處理對(duì)核桃的影響包括導(dǎo)致其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的物理改變和化學(xué)變化，例如水分的降低、脂質(zhì)修飾、顏色的變化和經(jīng)美拉德反應(yīng)產(chǎn)生新的香味物質(zhì)等，而微結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)修飾也可能導(dǎo)致敏感脂類的氧化以及抗氧化劑等代謝物含量的變化[10]。本研究組在前期對(duì)壓榨條件影響核桃品質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)，在壓榨前對(duì)核桃進(jìn)行不同溫度炒制處理，壓榨后核桃油中總酚，維生素E(VE)，β-谷甾醇，角鯊烯等營(yíng)養(yǎng)成分的含量或升高或降低呈現(xiàn)不同程度變化，而氧化穩(wěn)定時(shí)間均有所延長(zhǎng)。類似的結(jié)果在其他油料種子的研究中也有報(bào)道[11]。

本實(shí)驗(yàn)旨在摸清核桃在烘制過(guò)程中溫度對(duì)核桃油氧化穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并通過(guò)探討其他營(yíng)養(yǎng)和理化指標(biāo)的變化研究影響其氧化穩(wěn)定性的主要因素，為探索核桃理化變化機(jī)理提供借鑒，為核桃油加工工藝提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

實(shí)驗(yàn)中所用核桃樣品“香玲”核桃，由山東費(fèi)縣綠緣專業(yè)合作社提供，并采自山東省費(fèi)縣費(fèi)城街道辦事處十里鋪村核桃林，經(jīng)測(cè)定加熱前核桃仁的含水率和含油率分別為4.58%和56.8%。

福林酚試劑；乙腈(HPLC級(jí))，其他試劑均為AR級(jí)；實(shí)驗(yàn)用水為超純水；二醇基固相萃取小柱(Diol-SPE，500 mg，3 mL)。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2550紫外分光光度計(jì)；ASE-12固相萃取儀；MTN-2800D氮吹儀； LC-10AT型液相色譜儀，SPD-10A型紫外檢測(cè)器；6YY-190自動(dòng)液壓榨油機(jī)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 加熱處理及制油

稱取5份核桃各2.0 kg，平鋪于瓷盤中并分別在30、60、90、120、150 ℃烘箱中加熱0、20、40、60 min，自然冷卻至室溫，去殼液壓得壓榨油，冷藏備用。

在公共英語(yǔ)課教師潛移默化地讓學(xué)生接觸專業(yè)英語(yǔ)的同時(shí)，學(xué)校可以在低年級(jí)開(kāi)設(shè)專業(yè)英語(yǔ)方面的選修課，讓學(xué)生盡早接觸專業(yè)英語(yǔ)，待開(kāi)設(shè)專業(yè)英語(yǔ)課時(shí)，學(xué)生對(duì)此已不陌生，也不會(huì)將課程視為負(fù)擔(dān)，從而消除畏難情緒，降低教學(xué)難度。在教學(xué)形式上，教師應(yīng)考慮到課程既要教授專業(yè)英語(yǔ)知識(shí)，又要重視英語(yǔ)知識(shí)的專業(yè)性，要讓學(xué)生在專業(yè)英語(yǔ)課上也能鞏固平時(shí)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，使專業(yè)課成績(jī)不好的學(xué)生也能在課上獲益，消除兩頭都學(xué)不好的顧慮。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定方法

VE測(cè)定參考GB/T5009.82—2003，角鯊烯測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]，β-谷甾醇測(cè)定參考文獻(xiàn)[16]，總酚測(cè)定采用福林酚比色法[17]。

1.3.3 理化指標(biāo)測(cè)定

氧化誘導(dǎo)時(shí)間根據(jù)GB/T 21121—2007方法測(cè)定；水分測(cè)定參考GB 5009.236—2016方法；還原糖測(cè)定參考NY/T1278—2007方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 加熱條件對(duì)核桃油氧化穩(wěn)定性的影響

圖1 熱處理后壓榨核桃油氧化穩(wěn)定時(shí)間的變化

核桃經(jīng)過(guò)不同熱處理后其壓榨油的氧化穩(wěn)定時(shí)間如圖1所示。從圖1可以看出，壓榨核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間呈現(xiàn)先延長(zhǎng)后縮短的變化規(guī)律，在加熱前期(20 min)，氧化穩(wěn)定時(shí)間上升最顯著，分別比加熱前增加1.6、2.3、3.1、3.6、3.4倍；加熱中期(20～40 min)是氧化穩(wěn)定時(shí)間緩慢變化期，加熱40 min后，氧化穩(wěn)定時(shí)間分別比20 min前增加0.4、0.0、0.1、-0.1、0.1倍；加熱后期(40～60 min)是氧化穩(wěn)定時(shí)間減少期，加熱60 min后，氧化穩(wěn)定時(shí)間分別比20 min前減少79.0%、78.6%、52.9%、15.7%和21.6%；不同加熱溫度下，加熱40 min后核桃油的氧化穩(wěn)定性最好，其中30、60、90、120、150 ℃加熱40 min后分別比加熱前提高了2.5、2.3、3.4、2.9、3.9倍；在所考察的加熱溫度范圍內(nèi)，隨加熱溫度的增加核桃油的氧化穩(wěn)定性增強(qiáng)，其中150 ℃加熱20、40和60 min時(shí)，核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間分別比加熱30 ℃時(shí)增加69.0%、38.9%、419.1%。研究結(jié)果表明適當(dāng)加熱處理能明顯提高核桃油的氧化穩(wěn)定性，與Schlormann等[18]和Vaidya等[19]的研究結(jié)果類似。

2.2 核桃油中酸價(jià)和過(guò)氧化值的變化

過(guò)氧化值是反映油脂初期氧化反應(yīng)的指標(biāo)，本研究測(cè)定了不同溫度加熱后壓榨核桃油的酸價(jià)和過(guò)氧化值，結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油的酸價(jià)

圖3 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油的過(guò)氧化值

從圖2可以看出，核桃經(jīng)不同溫度加熱后，其壓榨毛油的酸價(jià)隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。其中酸價(jià)的最高值分別出現(xiàn)在加熱20 min或40 min時(shí)，酸價(jià)最高比對(duì)照分別增加了4.4、3.9、3.6、4.4、3.4倍；當(dāng)加熱60 min時(shí)，隨加熱溫度的升高，核桃油的酸價(jià)分別為0.14、0.16、0.11、0.092、0.093 mg/g，與對(duì)照相比分別增加了50.5%、72.0%、18.3%，減少了1.1%和不變。酸價(jià)的波動(dòng)可能源于溫度和水分等因素變化對(duì)游離脂肪酸含量的相互作用。

從圖3可以看出，經(jīng)過(guò)不同溫度的加熱后，核桃所榨毛油的過(guò)氧化值變化呈現(xiàn)不同規(guī)律，其中加熱30和90 ℃時(shí)，過(guò)氧化值隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)先增大后減?。?0 ℃加熱時(shí)，過(guò)氧化值隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)持續(xù)增加；120 ℃加熱時(shí)，過(guò)氧化值隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)先減少又略微增加；150 ℃加熱時(shí)，過(guò)氧化值隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)先增加后減少而后又略微增加。當(dāng)加熱溫度不高(30～90 ℃)時(shí)，加熱初期(20 min)過(guò)氧化值有所上升，且加熱溫度越低，過(guò)氧化值上升越快，其中30、60、90 ℃加熱20 min后，過(guò)氧化值分別上升了100.6%、40.0%、23.4%，這可能是因?yàn)樵诔跗谒州^高的情況下低溫加熱增加了核桃油氧化生成氫過(guò)氧化物的進(jìn)程；在加熱中期(20～40 min)，核桃內(nèi)部水分、溫度、抗氧化油脂伴隨物等因素交替影響核桃油氧化產(chǎn)物含量的變化，導(dǎo)致不同溫度下過(guò)氧化值的波動(dòng)；加熱60 min后，核桃油過(guò)氧化值隨加熱溫度的升高呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)(60 ℃除外)，其中加熱30、90、120、150 ℃后，過(guò)氧化值分別為0.130、0.100、0.086、0.066 g/100 g，分別比對(duì)照增加8.3%、減少16.7%、28.3%、45.0%。

油脂氧化過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，在油脂氧化生成氫過(guò)氧化物的同時(shí)，還存在著氫過(guò)氧化物分解和聚合，油脂的過(guò)氧化值主要評(píng)價(jià)油脂中氫過(guò)氧化物的含量，因此本研究結(jié)果表明不同加熱條件下核桃內(nèi)部水分、溫度、抗氧化油脂伴隨物等因素交替影響核桃油的氧化過(guò)程。

2.3 核桃油中含水量的變化

水分是油脂的主要雜質(zhì)之一，往往通過(guò)加速甘三酯的水解影響油脂品質(zhì)。核桃經(jīng)過(guò)不同溫度加熱后其壓榨油中水分的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油中含水量

從圖4可以看出，經(jīng)過(guò)加熱核桃油中的水分均有下降趨勢(shì)，不同溫度加熱核桃油中水分的變化趨勢(shì)略有不同，加熱60 min時(shí)，5種溫度下核桃油的含水量分別為0.070%、0.070%、0.063%、0.052%、0.046%，分別比初始降低了22.22%、22.22%、30.00%、42.22%、48.89%?？梢?jiàn)加熱可顯著降低核桃油中的含水量，且隨溫度升高下降更快。

2.4 加熱條件對(duì)核桃油中營(yíng)養(yǎng)成分的影響

2.4.1 核桃油中VE含量的變化

核桃經(jīng)過(guò)不同溫度加熱后測(cè)定其壓榨油中VE的含量，結(jié)果如圖6所示。

圖5 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油中VE含量

從圖5可以看出，核桃經(jīng)過(guò)不同溫度加熱VE含量顯著下降，且隨加熱溫度的升高VE損失更大，這與Bada等[20]和Lee等[21]的研究結(jié)果相似。在加熱初期(20 min)，加熱30、60、90、120、150 ℃后VE含量分別下降15.9%、19.2%、30.3%、51.3%、54.4%，下降速度分別為9.0、10.9、16.4、21.3和30.8 μg/h，即溫度越高，下降速度越快；隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，VE含量下降速度略有減緩，加熱1h后VE含量分別下降28.2%、41.1%、56.1%、59.5%、57.5%，平均下降速度分別為5.3、7.8、10.6、11.2、10.9 μg/h。Vaidya等[22]對(duì)核桃進(jìn)行160 ℃，15 min加熱處理，在暗處60 ℃儲(chǔ)藏期間觀察油脂氧化穩(wěn)定性和生育酚含量變化，發(fā)現(xiàn)加熱提取的油總生育酚含量低于未加熱提取的油，但在儲(chǔ)藏期間，前者的氧化誘導(dǎo)期明顯長(zhǎng)于后者，這與本研究結(jié)果相似。

2.4.2 核桃油中β-谷甾醇含量的變化

核桃經(jīng)過(guò)不同溫度加熱后測(cè)定其壓榨油中β-谷甾醇的含量，結(jié)果如圖6所示。

圖6 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油中β-谷甾醇的含量

從圖6可以看出，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，核桃油中β-谷甾醇的含量在不同的加熱溫度下均呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，加熱20 min時(shí)，含量降至最低分別比加熱初期降低了26.8%、18.1%、17.3%、20.6%、22.3%，隨后含量逐漸上升，并在60 min加熱結(jié)束時(shí)超過(guò)了初始含量，5個(gè)溫度加熱后含量分別比初始提高了1.0%、8.6%、7.8%、10.7%、16.9%。植物甾醇作為類固醇的一族具有高溫下仍不易被破壞的較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但是，加熱可能破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜從而增加植物甾醇的釋放[23]。

2.4.3 核桃油中總酚含量的變化

圖7 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油中總酚含量

核桃經(jīng)不同時(shí)間和溫度加熱后壓榨油中總酚的含量，如圖7所示。由圖7可以看出，經(jīng)30、60、90、120、150 ℃加熱后壓榨核桃油中總酚含量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)，其中在加熱前期(20 min)是核桃油中總酚含量的上升期，可能是加熱促進(jìn)了多酚的溶出[24]，加熱20 min后核桃油中總酚含量分別增加了3.3、4.1、3.8、3.5、5.4倍；加熱中期(20～40 min)，核桃油中總酚含量緩慢下降，加熱40 min時(shí)核桃油中總酚含量分別比20 min前減少了9.7%、1.8%、12.3%、8.6%、38.0%；加熱后期(40～60 min)是核桃油中總酚含量快速下降期，加熱60 min時(shí)核桃油中總酚含量分別比20 min前減少了77.8%、80.7%、84.0%、72.1%、54.0%。這與核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間的變化規(guī)律相近。由此，推斷在考察的水分、活性成分(VE、角鯊烯、β-谷甾醇、多酚等)中，多酚含量的升高對(duì)提高加熱后核桃油氧化穩(wěn)定性的可能性最大，具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

2.5 不同加熱條件美拉德反應(yīng)的影響

美拉德反應(yīng)的底物為氨基酸和糖類，其中最易在美拉德反應(yīng)中損失的是賴氨酸[25]，選擇還原糖和賴氨酸含量的變化作為美拉德反應(yīng)發(fā)生的指標(biāo)物。圖8分別為核桃經(jīng)不同時(shí)間和溫度加熱后壓榨核桃餅粕中還原糖和賴氨酸的含量變化。

從圖8可以看出，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，高溫(90～150 ℃)加熱后的核桃餅粕中還原糖的含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，低溫(30～60 ℃)加熱后還原糖的含量先下降后上升，還原糖含量降低可能是因?yàn)榘l(fā)生了美拉德反應(yīng)，還原糖含量升高可能是因?yàn)樵诿览路磻?yīng)過(guò)程中有一部分蔗糖分解成了還原糖[26]。

在美拉德反應(yīng)過(guò)程中，游離氨基含量的變化在一定程度上反映了美拉德反應(yīng)的進(jìn)程，反應(yīng)越徹底，消耗的游離氨基酸越多[27]。從圖8可知，30～90 ℃條件下加熱后核桃中游離賴氨酸的含量變化不大，120 ℃加熱40 min后，以及150 ℃加熱，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，核桃餅粕中賴氨酸的含量程下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)楦邷貤l件下游離氨基酸參與了美拉德反應(yīng)導(dǎo)致含量下降。

表1 各參數(shù)隨氧化穩(wěn)定時(shí)間變化的相關(guān)性

注：-表示負(fù)相關(guān)。

圖8 核桃經(jīng)不同溫度加熱后核桃餅粕中還原糖和賴氨酸的含量

2.6 加熱提高核桃油氧化穩(wěn)定性原因探索

根據(jù)不同加熱條件下，核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、總酚、還原糖等含量與氧化穩(wěn)定性變化規(guī)律推斷，水分、總酚以及美拉德反應(yīng)產(chǎn)物是影響核桃油氧化穩(wěn)定性主要因素，對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果列于表1。從表1可以看出，水分、過(guò)氧化值、VE和β-谷甾醇等的含量分別和核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間的變化呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；說(shuō)明水分和過(guò)氧化值低的核桃油可能具有更強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性；總酚的含量和核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間變化呈現(xiàn)正相關(guān)，說(shuō)明總酚是氧化穩(wěn)定性變化的主要影響因素之一；還原糖和賴氨酸的含量和氧化穩(wěn)定時(shí)間程負(fù)相關(guān)，說(shuō)明美拉德反應(yīng)及其產(chǎn)物可能是影響油脂氧化穩(wěn)定時(shí)間變化的另一個(gè)主要因素；酸價(jià)的變化比較復(fù)雜，當(dāng)加熱時(shí)間相同時(shí)，隨加熱溫度的升高酸價(jià)和油脂氧化穩(wěn)定時(shí)間的變化呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，加熱溫度相同時(shí)，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)核桃油的酸價(jià)和氧化穩(wěn)定性的變化呈現(xiàn)正相關(guān)，原因有待進(jìn)一步研究。在加熱的過(guò)程中，核桃內(nèi)部的各種成分一定是相互作用或者相互影響，各種因素不可能相互孤立，因此，核桃油氧化穩(wěn)定性提高的原因仍有待于進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

對(duì)不同加熱條件處理后的核桃樣品進(jìn)行壓榨制油，揭示了適當(dāng)加熱提高核桃油氧化穩(wěn)定性的規(guī)律，通過(guò)分析核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、總酚、油酸、還原糖等含量與氧化穩(wěn)定性變化規(guī)律分析核桃油氧化穩(wěn)定性的影響因素。研究結(jié)果表明在加熱前期(20 min)，氧化穩(wěn)定時(shí)間上升最顯著，分別比加熱前增加1.6、2.3、3.1、3.6和3.4倍；加熱中后期(20～60 min)是氧化穩(wěn)定時(shí)間緩慢變化期；在所考察的加熱溫度范圍內(nèi)，隨加熱溫度的增加核桃油的氧化穩(wěn)定性增強(qiáng)，其中150 ℃加熱20、40和60 min時(shí)，核桃油的氧化穩(wěn)定時(shí)間分別比加熱30℃時(shí)增加69.0%、38.9%和419.1%；水分和過(guò)氧化值低的核桃油可能具有跟強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性，總酚是氧化穩(wěn)定性變化的主要影響因素之一，美拉德反應(yīng)及其產(chǎn)物可能是影響油脂氧化穩(wěn)定時(shí)間變化的另一個(gè)主要因素。