不同制取方法對亞麻籽油和亞麻籽粕品質影響研究

王興瑞，韓玉澤，王淑珍，李應霞，王進英,2

(青海大學農牧學院1，西寧 810016) (青海大學三江源生態(tài)與高原農牧業(yè)國家重點實驗室2，西寧 810016)

亞麻籽油是以亞麻籽為原料提取的食用植物油，其α-亞麻酸質量分數可達50%[1]，α-亞麻酸是維持機體正常生理功能和生長發(fā)育的必需脂肪酸[2]，具有提高免疫力、降血壓、降血脂等功能[3-6]。此外，亞麻籽油中還含有生育酚、甾醇等微量組分，這些微量組分在預防人體自身免疫性疾病、心血管疾病中也發(fā)揮著重要作用[7]。

亞麻籽粕是亞麻籽典型的加工副產物，富含脂肪、蛋白質、膳食纖維和亞麻木脂素[8]，研究表明亞麻木脂素可明顯提高小鼠體內超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活力，并且可以延緩脂質氧化反應[9]。

制油前油料預處理是植物油加工的重要環(huán)節(jié)，對植物油品質有顯著影響。預處理主要包括高溫焙炒、冷凍干燥、擠壓膨化、濕熱處理、烘烤處理和微波處理等，而高溫焙炒是植物油實際生產過程中最常用的預處理方式。高溫焙炒處理，即將油料在150～180 ℃高溫條件下焙炒，所得植物油具有濃郁的烤香味，壓榨餅粕殘油率較低[10]，但油的色澤較深、酸價與過氧化值較高[11]、α-亞麻酸損失較大、餅粕蛋白變性嚴重[12]。若不經焙炒前處理直接制油，餅粕殘油率較高，但可減少油中的反式脂肪酸和油脂聚合體等有害成分的產生，能更多地保留油中的活性成分，同時可以降低餅粕蛋白的變性程度，使成品油和餅粕的質量相應提高[13]。陳琳等[14]在研究冷、熱榨對紫蘇油品質的影響時表明了熱榨紫蘇油的酸價顯著高于冷榨紫蘇油，亞麻酸、亞油酸含量顯著低于冷榨紫蘇油。但周靖等[15]表明熱榨工藝雖使番茄籽油的酸價和過氧化值有一定程度的升高，但熱榨可增加番茄籽油中總甾醇和總酚的含量，其產生的揮發(fā)性成分種類(42種)也高于冷榨工藝(38種)。

常見的植物油制取方法主要有溶劑浸出法和壓榨法[16]。溶劑浸出法出油率高，但提取過程有機溶劑的使用會影響植物油的安全性[17,18]，同時可能導致油和餅粕品質發(fā)生劣變，熱敏性功效成分損失[19]。壓榨法主要分為螺旋壓榨和液壓壓榨，是最傳統的制油方式，操作簡單且能較好的保留植物油中天然的香味、口感及營養(yǎng)成分[20]。郭剛軍等[21]表明液壓壓榨澳洲堅果油的酸價、過氧化值、棕櫚酸、油酸和亞油酸含量均低于螺旋壓榨澳洲堅果油。但張亮等[22]在研究螺旋壓榨、水酶法、浸出法對菜籽油品質的影響時表明：制油工藝對菜籽油中的脂肪酸、甘三酯組成無顯著影響。

目前，對于不同制油方法對亞麻籽油和亞麻籽粕綜合品質分析的研究較少，且對于亞麻籽粕品質分析大多數僅停留在理化指標方面。本研究探討了油料預處理(高溫焙炒)和植物油提取方法(溶劑浸提、液壓壓榨和螺旋壓榨)對亞麻籽油出油率、理化指標、脂肪酸、揮發(fā)性組分、微量組分(總酚、VE)和氧化穩(wěn)定性的影響，同時研究不同制取工藝對亞麻籽粕理化指標、木脂素含量及抗氧化活性的影響，以期為亞麻籽的開發(fā)利用及其粕的高值化加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽：定亞18號，產自青海省貴德縣。

石油醚、冰乙酸、三氯甲烷、鹽酸、硫酸、無水乙醇、過硫酸鉀、95%乙醇(分析純)；氫氧化鈉、氫氧化鉀、無水碳酸鈉、無水硫酸鈉、可溶性淀粉、福林酚、沒食子酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硼酸、無水硫酸銅、硫酸鉀、溴甲酚綠、甲基紅(分析純)；甲醇、正庚烷、乙腈(色譜純)。DPPH、ABTS、維生素E標準品(純度>98%)、十一酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯和亞麻酸甲酯對照品(純度≥99%)。

1.2 儀器與設備

SOX406脂肪測定儀，K9840自動凱氏定氮儀，XZ-YZ200液壓榨油機，XZ-Z505W臥式榨油機，HH-6數顯恒溫水浴鍋，FA2004B電子天平，NDJ-8S數字黏度計，WSL-2比較測色儀，XW-80A旋渦混合器，PC-420D磁力加熱攪拌器，PDMS/DVB/CAR 50/30 μm PK3 固相微萃取頭，UV-1780紫外可見分光光度計，GC-2030氣相色譜儀，GCMS-QP2020 NX氣相色譜質譜聯用儀，1100-VWD HPLC高效液相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽油及亞麻籽粕的制備

亞麻籽焙炒預處理：以未處理亞麻籽為對照，將亞麻籽除雜分揀后，置于恒溫電炒鍋中于180 ℃條件下焙炒20 min[23]。

溶劑浸提法：參照本課題組建立的方法[24]，利用脂肪測定儀在料液比0.06 g/mL(石油醚)、浸提溫度70 ℃、浸提時間4 h條件下提取亞麻籽油，低溫旋轉蒸發(fā)以除去亞麻籽油中的石油醚，亞麻籽粕置于60 ℃烘箱內揮干至無溶劑殘留，過40目篩備用。

液壓壓榨法：在溫度80 ℃、壓力55 MPa條件下壓榨20 min，制得亞麻籽油，亞麻籽粕粉碎后過40目篩備用。

螺旋壓榨法：150 ℃條件下螺旋壓榨制油，亞麻籽粕粉碎后過40目篩備用。

亞麻籽油出油率按照公式計算。

式中：w為亞麻籽出油率/%；m0為亞麻籽油質量/g；m1為亞麻籽質量/g。

1.3.2 亞麻籽油品質指標測定

1.3.2.1 理化指標測定

過氧化值參照GB 5009.227—2016中滴定法測定；酸價參照GB 5009.229—2016中熱乙醇指示劑滴定法測定；皂化值參照GB/T 5534—2008中鹽酸滴定法測定；水分及揮發(fā)性物參照GB 5009.236—2016中電熱干烘箱法測定；色度用比較測色儀測定；黏度用數字黏度計測定。

1.3.2.2 脂肪酸測定

采用氫氧化鉀-甲醇法進行甲酯化[25]：酯化時間為60 min、酯化溫度為50 ℃、催化劑添加量為1 mL。GC-FID分析：色譜柱(Wonda Cap WAX，60 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度250 ℃；檢測器溫度250 ℃；分流比46:1；色譜柱流速1 mL/min；進樣量1 μL；升溫程序：100 ℃保持13 min，以10℃/min速率升至180 ℃保持6min，再以1 ℃/min速率升至200 ℃并保持20 min，再以4 ℃/min速率升至230 ℃保持10.5 min。采用脂肪酸甲酯標準品定性，內標法定量。

1.3.2.3 揮發(fā)性組分測定

參照本實驗室建立的方法[26]，采用固相微萃取(SPME)富集亞麻籽油中的揮發(fā)性組分，將亞麻籽油置于80 ℃磁力加熱攪拌器上以400 r/min速率攪拌20 min，之后頂空萃取40 min，利用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)在250 ℃條件下解吸5 min進行分析，由NIST 14標準譜庫檢索各化合物，與標準譜圖對照進行定性，峰面積歸一化法進行定量。

1.3.2.4 微量組分測定

總酚含量測定：采用福林酚法測定亞麻籽油中總酚含量[27]。稱取0.50 g亞麻籽油，用2.5 mL 70%甲醇溶液提取，渦旋5 min、超聲5 min、4 ℃冷藏5 min、4 000 r/min離心5 min后取上清液，重復提取3次，用70%甲醇溶液將上清液定容至10 mL。取另一10 mL容量瓶，加入1 mL提取液、1 mL稀釋后的福林酚試劑、3 mL 10%碳酸鈉溶液，最后加純水定容，室溫下避光放置2 h后于765 nm測定吸光值，根據標準曲線計算總酚含量。沒食子酸標準曲線為：y=0.079 9x+0.036 8，R2=0.998 1。

維生素E含量測定：精確稱取1.5 g油樣，加入0.2 mL 50%氫氧化鉀，0.6 mL脫醛無水乙醇，0.2 mL 16 g/L焦性沒食子酸溶液，充分振蕩混勻1 min。80 ℃水浴中避光皂化30 min，反應結束后用冷水浴冷卻至室溫。向皂化好的反應液中加入5 mL石油醚，充分振蕩混合1 min，靜置15 min，再依次用5、3 mL 石油醚重復萃取步驟各1次，合并萃取液，室溫氮氣吹干。加入0.2 mL甲醇復溶，過0.45 μm濾膜上機測定。HPLC條件為：色譜柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)；預柱(3.9 mm×20 mm×5 μm)；檢測器：可變波長掃描紫外檢測器(VWD)；檢測波長：300 nm；柱溫：30 ℃；進樣量：10 μL；流動相：甲醇∶水(92∶8)；洗脫方式：等度洗脫。采用外標法對VE進行定性定量分析。VE標準曲線：y=1.390 1x+0.164 4，R2=0.999 9。

1.3.2.5 氧化穩(wěn)定性測定

采用Schaal烘箱法[28]，分別稱取80 g亞麻籽油于棕色磨口瓶中，在60 ℃的條件下放置10 d，每隔1 d測定一次過氧化值。

1.3.3 亞麻籽粕品質指標測定

1.3.3.1 理化指標測定

水分及揮發(fā)物參照GB/T 10358—2008中電熱烘箱法測定；灰分參照GB/T 6438—2007中馬弗爐法測定；粗蛋白含量參照GB/T 6432—2018中凱氏定氮法測定；粗脂肪含量參照GB 5009.6—2016中索氏抽提法測定；氮溶解指數(NSI)的測定參照 AOCS Official Method Ba 11-65[29]、NY/T 1205—2006。

1.3.3.2 亞麻木脂素聚合物含量測定

參照本課題組前期優(yōu)化的提取方法[30]：精確稱取4 g亞麻籽粕，以60%乙醇為提取液，在固液比1∶15，超聲功率400 W，超聲時間15 min的條件下，提取木脂素聚合物，重復提取2次，合并提取液。提取液3 000 r/min離心15 min，減壓濃縮后經真空冷凍干燥，得到亞麻木脂素聚合物。亞麻籽粕中亞麻木脂素聚合物含量按公式計算：

亞麻木脂素聚合物質量分數=

1.3.3.3 木脂素聚合物體外抗氧化能力評定

DPPH自由基清除能力測定：配制質量濃度為0.01～1.00 mg/mL的木脂素聚合物，各取2 mL，加入2 mL DPPH-乙醇溶液(0.2 mmol/L)，旋渦混勻，避光放置30 min后在517 nm 處測定吸光度[31]。以無水乙醇為空白，VC為陽性對照，計算見公式。

式中:A1為樣品吸光度；A2為樣品溶液+乙醇溶液的吸光度；A3為DPPH溶液+乙醇溶液的吸光度。

ABTS自由基清除能力測定：參考羅凡等[32]的方法并略作修改：分別移取0.1 mL不同質量濃度樣品溶液于10 mL試管中，加入4 mL ABTS工作液，振蕩30 s后室溫避光靜置10 min，734 nm處測定吸光度。計算公式為：

式中：Ai為樣品吸光度；A0為ABTS工作液與水溶液混合后的吸光度；Aj為水溶液與樣品溶液的吸光度。

1.4 數據處理及統計

所有數據平行測定3次，結果取平均值，采用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析，Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 不同制取方法對出油率的影響

如圖1所示，出油率最高的為焙炒溶劑浸提法(34.50%)，最低的為未處理液壓壓榨法(22.54%)，3種制油工藝出油率高低依次為溶劑浸提法>螺旋壓榨法>液壓壓榨法。這可能是因為溶劑浸提法抽提時間較長，提取相對完全[33]，而液壓壓榨法對亞麻籽破壞程度相對較小，導致出油率較低。3種制取工藝中，焙炒處理分別使亞麻籽出油率提高了2.62%、0.30%、5.64%，其中溶劑浸提法和螺旋壓榨法出油率顯著升高(P<0.05)，這可能是高溫焙炒破壞了亞麻籽種皮和油料細胞，使其更容易釋放油脂。

圖1 不同制取方法下亞麻籽油出油率

2.2 不同制取方法對亞麻籽油品質的影響

2.2.1 對亞麻籽油理化指標的影響

由表1可知，焙炒浸提油的過氧化值最大(2.00 mmol/kg)，這可能與亞麻籽油中含有大量不飽和脂肪酸有關，而溶劑浸提法受熱時間最長，不飽和脂肪酸的不穩(wěn)定性導致其過氧化值最高[34]。焙炒處理后制取的亞麻籽油過氧化值、酸價均高于未處理組，這與任我行等[35]研究結論相同，這可能是亞麻籽在高溫焙炒時會導致三酰甘油的分解和氧化，從而進一步導致游離脂肪酸、過氧化物和氫過氧化物含量的增加[36]。另外，3種制油工藝對亞麻籽油水分及揮發(fā)物的含量影響不顯著(P>0.05)，而同種工藝下焙炒前處理會對其產生顯著影響(P<0.05)；焙炒處理后制取的油黏度顯著高于未處理組(P<0.05)，且色度較深，可能是高溫焙炒過程有助于植物油料中脂溶性色素的溶出[37]。其中螺旋壓榨油黏度和色度均處于較高水平，這可能與螺旋壓榨工藝本身有關。

2.2.2 對亞麻籽油脂肪酸組成的影響。

由表2可得，6種亞麻籽油脂肪酸主要以亞麻酸、油酸、亞油酸為主，其中亞麻酸含量最高，含量可達48.14～51.01 g/100 g，螺旋壓榨制得的亞麻籽油亞麻酸含量處于較高水品；6種亞麻籽油不飽和脂肪酸含量可達86.57～91.05 g/100 g，其中未處理浸提法制得的亞麻籽油含量最高。但無論是焙炒處理和制取工藝對于亞麻籽油的特征脂肪酸亞麻酸含量均沒有顯著影響(P>0.05)，對不飽和脂肪酸的含量也沒有顯著影響(P>0.05)，這表明180 ℃焙炒處理和制取工藝間的差別未使穩(wěn)定性較差的不飽和脂肪酸發(fā)生氧化降解或結構變化。Sun等[38]在研究液壓壓榨、超臨界CO2萃取和溶劑浸提3種制取工藝對菜籽油脂肪酸含量變化時也表明了制取工藝對菜籽油中脂肪酸含量沒有顯著影響。

表1 不同制取方法所得亞麻籽油的理化指標

表2 不同制取方法所得亞麻籽油脂肪酸定量分析結果/g/100 g

2.2.3 對亞麻籽油揮發(fā)性組分的影響

以醛類、酸類、醇類、雜環(huán)類、烷烴類、酯類、酮類、烯類為分類標準，采用峰面積歸一化法對其定量，作出如圖2所示的堆積圖。不同制取方法所得亞麻籽油中，揮發(fā)性物質含量較高的為醛類和酸類，壬醛是醛類的主要揮發(fā)性組分，其具有玫瑰、柑橘及青草味等氣味，有強的油脂氣味[39]。雜環(huán)類物質質量分數最高的是焙炒液壓油(29.88%)，萘、2,5-二甲基吡嗪、4-甲基嘧啶、呋喃酮等雜環(huán)化合物可能是亞麻籽在焙炒或壓榨過程中美拉德反應產生的風味物質，其中吡嗪類化合物是美拉德反應的中間產物，具有強烈的香氣，而且其香氣透散性好，呈現一種烤香[40]。3種制油工藝中，焙炒處理組吡嗪、吡咯物質分別比未處理組高5.1%、15.8%、9.3%，未處理組中的醇類物質分別比焙炒處理組高6.1%、11.8%、3.7%，吡嗪、吡咯是構成植物油中烤香味的主要風味物質，醇類物質賦予了未處理組亞麻籽油更多的清香氣味，這與楊金娥等[41]的研究結論一致。

圖2 不同制取方法所得亞麻籽油揮發(fā)性組分堆積圖

2.2.4 對亞麻籽油微量組分含量的影響

圖3a為不同制取方法所得亞麻籽油中總酚含量的測定結果，不同制油工藝間，螺旋壓榨法所得亞麻籽油的總酚含量顯著高于其他方法(P<0.05)，其中以焙炒處理后螺旋壓榨亞麻籽油總酚含量最高(86.02 μg/g)，這與He等[42]對油茶籽油的研究結果相符。同時，經焙炒前處理后制取的亞麻籽油總酚含量高于未處理組，其中溶劑浸提法和液壓壓榨法差異顯著(P<0.05)，這可能是亞麻籽中多酚類化合物主要以多聚體的形式存在于種皮細胞壁中[43]，焙炒過程破壞了細胞壁，誘導多聚體的解聚效應，促進了酚類化合物的釋放和油相遷移[44]。

圖3b為不同制取方法所得亞麻籽油中VE含量的測定結果，焙炒浸提油中維生素E含量最高(424.01 mg/kg)，其次是焙炒螺旋油(414.72 mg/kg)。同時，在浸提和螺旋工藝中焙炒處理可以顯著增加VE含量，一方面高溫有助于脂肪伴隨物的溶出，另一方面可能是油料在焙炒過程中發(fā)生美拉德反應，其反應產物具有一定的抗氧化性，從而在一定程度上減少VE與自由基反應時造成的損失[45]。但葉志青等[46]在研究不同方法制備薏苡種皮油時得出相反的結論，其數據表明了VE損失率隨著前處理溫度的升高而升高，這可能是由于生育酚對光/熱敏感，易發(fā)生氧化分解和聚合[23]。

圖3 不同制取方法所得亞麻籽油的微量組分含量

2.2.5 對亞麻籽油氧化穩(wěn)定性的影響

由圖4所示，隨著氧化時間的延長，過氧化值呈現逐步上升的趨勢，第10天的過氧化值為：未處理液壓油(76.00 mmol/kg)>焙炒液壓油(65.00 mmol/kg)>未處理浸提油(38.13 mmol/kg)>焙炒浸提油(11.45 mmol/kg)>未處理螺旋油(9.63 mmol/kg)>焙炒螺旋油(7.90 mmol/kg)。這可能是因為螺旋榨油過程受熱時間最短，更好地保護了亞麻籽油中的抗氧化物質，從而延緩氧化速率。同種制取工藝間，焙炒前處理可以增強亞麻籽油的氧化穩(wěn)定性，此結果與總酚含量的結果相對應，其原因主要是亞麻籽焙炒過程中美拉德反應的發(fā)生，產生了類黑精等具有抗氧化活性的物質，進一步延緩了油脂氧化[47]。

圖4 不同制取方法所得亞麻籽油的氧化穩(wěn)定性

2.3 不同制取方法對亞麻籽粕品質的影響

2.3.1 對亞麻籽粕理化指標的影響

分析表3可得，未處理組制取的亞麻籽粕水分及揮發(fā)物的含量顯著高于焙炒處理組(P<0.05)，這表明高溫焙炒使得亞麻籽中的水分得到了很好的去除，但焙炒處理組的亞麻籽粕灰分含量顯著高于未處理組(P<0.05)；未處理液壓工藝下得到的粕粗脂肪質量分數最高(15.99%)，各個工藝間粗脂肪含量與出油率呈反比；未處理液壓粕粗蛋白質質量分數最高(22.04%)，且氮溶解系數NSI也處于較高水平(39.79%)；焙炒處理組NSI值顯著低于未處理組(P<0.05)，而NSI是反映蛋白質的變性程度的指標，這間接表明了焙炒處理加重了亞麻籽粕蛋白變性程度。

2.3.2 對亞麻籽粕木脂素聚合物含量的影響

圖5為不同制取方法制得的亞麻籽粕中木脂素聚合物含量。螺旋壓榨亞麻籽粕木脂素聚合物含量最高，且焙炒處理后可顯著增加木脂素聚合物含量(P<0.05)。這可能是因為適當的焙炒處理可促進亞麻木脂素高聚物的形成，但制油過程中持續(xù)的加熱又會損失一部分亞麻木脂素。螺旋壓榨制油受熱時間最短，故木脂素聚合物質量分數最高，可達16.70%。故后續(xù)抗氧化活性評價選用焙炒處理后螺旋壓榨制取的亞麻籽粕。

表3 不同制取方法所得亞麻籽粕的理化指標

圖5 不同制取方法制得的亞麻籽粕中木脂素聚合物含量

2.3.3 焙炒螺旋亞麻籽粕木脂素聚合物體外抗氧化能力評定

圖6為焙炒螺旋亞麻籽粕木脂素聚合物對DPPH自由基和ABTS自由基清除率的測定結果，木脂素聚合物在0.01～1.00 mg/mL水平內抗氧化效果均不如VC。但清除率均隨木脂素聚合物濃度的升高而增強。木脂素聚合物對DPPH自由基清除率的擬合線性方程為：y=88.937x+5.988 2，R2=0.968 4，由此得出木脂素聚合物對DPPH自由基的半數清除率(IC50)為0.49 mg/mL；對于ABTS自由基清除率的擬合線性方程為：y=56.462x+0.538 3，R2=0.954 1，可得木脂素聚合物對ABTS自由基的半數清除率(IC50)為0.88 mg/mL。

圖6 焙炒螺旋亞麻籽粕木脂素聚合物對DPPH、ABTS自由基的清除率

3 結論

制取工藝和焙炒前處理影響出油率，焙炒溶劑浸提法樣品的出油率最高(34.50%)；焙炒處理后制取的亞麻籽油過氧化值和酸價均高于未處理組，且焙炒處理會加深亞麻籽油的色澤。但焙炒前處理可使亞麻籽油中總酚和VE含量增加，可增強亞麻籽油的氧化穩(wěn)定性。焙炒處理后螺旋壓榨制取的亞麻籽油總酚含量最高(86.02 μg/g)，VE含量也處于較高水平(414.72 mg/kg)，氧化穩(wěn)定性最好；焙炒處理和制取工藝對亞麻籽油中亞麻酸和不飽和脂肪酸含量無顯著影響，但對于揮發(fā)性組分：焙炒預處理賦予了亞麻籽油更多地烤香味風味成分，未處理組亞麻籽油更多的則是清香味風味成分。

不同制取方法對亞麻籽粕品質具有特異性影響，其中未處理液壓粕粗脂肪、粗蛋白和NSI最高，焙炒螺旋壓榨粕木脂素聚合物質量分數(16.70%)最高，且NSI也處于較高水平(33.13%)。焙炒螺旋粕木脂素聚合物對DPPH、ABTS自由基的清除率均表現出較好水平，對DPPH、ABTS自由基的IC50分別為0.49 mg/mL和0.88 mg/mL。

本研究基于多指標綜合分析了不同制油方法對亞麻籽油和亞麻籽粕品質的影響，可為亞麻籽油的實際生產和亞麻籽粕高值化利用提供參考。