核桃油提取復(fù)配及功效研究進(jìn)展

鄧新宇 黃敏茹 黃達(dá)榮 杜 冰 黎 攀

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642)

核桃(JuglansregiaL.)是胡桃科胡桃屬植物，與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”[1]，在中國新疆、云南、山西、河北、陜西、山東等省份均有大面積的栽培[2]。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織最新發(fā)布的2019年全球核桃產(chǎn)量表中，中國為252.2萬t、美國為59.2萬t、伊朗為32.1萬t、土耳其為22.5萬t、墨西哥為17.1萬t、法國為3.5萬t，其中中國核桃產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的40%，居于全球50多個培育核桃的國家之首[3]。核桃仁中的含油量是目前已知木本油料作物中最高的，其含油量高達(dá)65%～70%，被譽(yù)為“樹上的油庫”[4]。

核桃油是從核桃仁中提取的一種高價值的植物油，被廣泛應(yīng)用于食品和保健中生產(chǎn)。近年來，中國對核桃油的開發(fā)利用已初有成效，但整個產(chǎn)業(yè)還存在很多問題。近10年中國核桃產(chǎn)量和出口量以及國內(nèi)的消費(fèi)量都保持總體上升的趨勢，為發(fā)展完善核桃油產(chǎn)業(yè)提供了契機(jī)。文章擬從營養(yǎng)成分、提取方法、功效作用、加工復(fù)配四方面對核桃油的研究及其存在的問題進(jìn)行綜述和探討，以期為核桃油產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展提供參考。

1 營養(yǎng)成分

1.1 脂肪酸

脂肪酸是由碳、氫、氧3種元素組成的一類化合物，是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。核桃油含有豐富的不飽和脂肪酸，以α-亞麻酸(49%～63%)和亞油酸(8%～15.5%)為主[5]。α-亞麻酸是核桃油主要的功效成分，屬于n-3多不飽和脂肪酸，是人體的必需脂肪酸。其具有調(diào)節(jié)血脂、防止動脈粥樣硬化，緩解糖尿病癥狀，抑制過敏反應(yīng)，保護(hù)視力，增強(qiáng)記憶力等作用[6-7]，在食品保健行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因此，食用核桃油是補(bǔ)充該類脂肪酸的有效方式。核桃油中的脂肪酸由于品種不同會造成成分與含量有所差異，但大致都含有棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等(如表1所示)。不同產(chǎn)地的核桃油脂肪酸組成大體相同，含量少許有差異。這可能由于不同地區(qū)的氣候、濕度和土壤等影響。核桃油較其他植物油含有較豐富的不飽和脂肪酸，且α-亞麻酸含量較多，因此深入研究核桃油的功效機(jī)制是未來方向之一。

表1 核桃油與常見食用油脂肪酸含量的比較

1.2 微量元素

核桃油是K、Na和Zn等礦質(zhì)元素的優(yōu)質(zhì)來源[15]。核桃油中K(654.450 μg/g)含量最高，其次是P(254.468 μg/g)、Ca(138.500 μg/g)、Na(123.538 μg/g)、Zn(25.317 μg/g)、Fe(15.327 μg/g)；重金屬Cu(2.365 μg/g)、Mn(3.265 μg/g)及有害元素Ni(0.976 μg/g)、Cr(1.130 μg/g)含量較低[16]。其微量元素對細(xì)胞修復(fù)、消炎、抗病毒、抗血栓等方面有好的作用[17]。

1.3 生育酚

核桃油是生育酚的極好來源，并含有α-、β-、γ-和δ- 4種形式的生育酚[18]。生育酚可以抑制植物油中的脂質(zhì)氧化。除了作為天然的抗氧化劑外，生育酚在人類癌癥中的抗炎和抗增殖作用也很顯著，同時也可以增強(qiáng)人體免疫力、減少心血管疾病的發(fā)病率[19-21]。Abdallah等[22]對6個品種核桃油的研究結(jié)果表明，其生育酚的總含量從186.5 mg/kg到436.2 mg/kg不等。有研究[23-24]認(rèn)為，地理位置是影響核桃生育酚含量的主要因素。徐飛等[25-26]通過分析發(fā)現(xiàn)，核桃油中的生育酚含量：γ-生育酚>δ-生育酚>α-生育酚>β-生育酚。

2 核桃油的提取

2.1 冷榨法

冷榨法是利用物理機(jī)械作用在低溫下進(jìn)行制油，無需使用化工原料對油脂進(jìn)行精煉即可達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)[27-28]，是提取核桃油常見的方法之一。采用冷榨法可以防止高溫導(dǎo)致核桃油中的不飽和脂肪酸氧化或變性，但冷榨餅殘油量一般為熱榨餅的2～3倍，而且能耗高[29]，因此成本較高。

2.2 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法具有低臨界溫度(31.1 ℃[30])、低臨界壓力、高溶解性、提取迅速、提取產(chǎn)品質(zhì)量高、安全環(huán)保[31]等優(yōu)點(diǎn)，同時克服了溶劑提取法有機(jī)溶劑殘留、提取加熱造成氧化酸敗等缺點(diǎn)，也克服了壓榨法工藝復(fù)雜、提取率低等問題[32]。閆師杰等[33]在萃取溫度45 ℃，萃取壓力30 MPa，分離溫度50 ℃，分離壓力8 MPa，CO2流量40 L/min的條件下得到的提取率高達(dá)93.98%，且核桃油清澈透明，風(fēng)味良好。然而當(dāng)化合物的相對分子質(zhì)量很高或極性很強(qiáng)時該萃取方法也存在局限性，并且存在成本高的問題，所以該提取方法多于活性物質(zhì)的萃取，實(shí)際生產(chǎn)目前應(yīng)用不普及[34]。

2.3 有機(jī)溶劑浸出法

有機(jī)溶劑浸出法是提取食用油的常用方法之一，根據(jù)各種物質(zhì)的溶解度存在差異然后通過溶解和揮發(fā)等方式將樣品中物質(zhì)分離出來。該提取法的優(yōu)點(diǎn)是提取效率高，現(xiàn)在的大部分植物油廠實(shí)行大規(guī)模生產(chǎn)普遍使用該種提取方式，其中核桃油一般采用6號溶劑和正己烷提取時出油率和出油效率最高[35]。但該法存在重金屬殘留、后續(xù)需要精煉操作、對環(huán)境污染大等缺點(diǎn)[36]。

2.4 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)對樣品的細(xì)胞進(jìn)行破壞，使溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)加速提取效率[37]。空化作用同時會引發(fā)湍動效應(yīng)、聚能效應(yīng)、微擾效應(yīng)及界面效應(yīng)，使提取效率大大提高，提取時間大大減少，提取時間較傳統(tǒng)機(jī)械壓榨方法縮短2/3以上[38]。超聲波輔助法的優(yōu)點(diǎn)還有減少溶劑劑量使用、減少提取雜質(zhì)、降低提取溫度和有效降低提取工藝成本等[39]，但此法對設(shè)備要求高，且受超聲波衰減的制約，超聲波的有效區(qū)域呈環(huán)形，很有可能形成超聲的空白區(qū)域，造成提取率低。因其沒有配套成熟的工業(yè)化超聲波提取設(shè)備，所以中國未廣泛地工業(yè)化推廣。

2.5 水酶法

水酶法提取技術(shù)是一種比較新興的技術(shù)，在機(jī)械破壞油料的基礎(chǔ)上利用生物酶(蛋白酶、維生素酶等)使其降解釋放[40]。水酶法目前已經(jīng)被應(yīng)用到多種油料作物的提取，核桃油的水酶法提取也有開始應(yīng)用，但是相關(guān)研究比較少，仍然處于起步階段[41]。水酶法的主要工藝流程有調(diào)溫、酶解、乳化和離心等步驟，因此酶的選擇以及成本、酶解的時長和乳化液的分離往往是制約水酶法的因素。但是與傳統(tǒng)工藝相比，水酶法有更多的優(yōu)點(diǎn)，其簡化了提取工藝、保證了生產(chǎn)的安全性、提高了提取效率、提高了得油率、對環(huán)境污染較小，符合“綠色、環(huán)保、高效”的制取要求[42-43]。

2.6 索氏提取法

索氏提取法是利用油脂能溶解脂溶性溶液的特點(diǎn)，再通過溶劑回流和虹吸原理將油脂提取出來[44]。索氏提取法擁有選擇性好、造價低、體積小、能耗低、設(shè)備簡單以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)，且劉雪芳等[45]對索氏提取核桃油工藝進(jìn)行優(yōu)化，在提取溫度60 ℃、時間5 h、料液比(m核桃∶V石油醚)=1∶30 (g/mL)的條件下使提油率高達(dá)99.19%。但由于沒有工業(yè)化相關(guān)設(shè)備、耗時長且對設(shè)備要求高，目前只在試驗(yàn)研究中使用。

2.7 其他

核桃油的提取方法還有水代法、機(jī)械壓榨法等。水代法就是不添加酶進(jìn)行直接水提油，其優(yōu)點(diǎn)主要是反應(yīng)條件溫和，生產(chǎn)設(shè)備成本較低，對環(huán)境影響較小[46]。機(jī)械壓榨法是借助機(jī)械外力把油脂從核桃中擠壓出來的過程。

2.8 提取方法對核桃油脂肪酸組成及理化性質(zhì)的影響

不同提取方式所得核桃油脂肪酸組成及理化性質(zhì)如表2和表3所示。

由表2和表3可知，各種提取方法的理化性質(zhì)和提取率有所差異，根據(jù)GB/T 22327—2019《核桃油》中給出的參考價值，碘值(以I2計)的范圍為140～174 mg/g，皂化值(以KOH計)范圍為183～197 mg/g，一級核桃油的酸價(以KOH計)≤1.0 mg/g，二級核桃油的酸價≤3.0 mg/g，上述提取方法除索氏提取法和超聲波輔助提取法的碘值略低于國標(biāo)，其余均符合國標(biāo)要求，原因可能是索氏提取的有機(jī)溶劑和超聲波對不飽和脂肪酸的雙鍵產(chǎn)生了破壞。不同提取法采用的溫度、pH和提取試劑等條件不同，造成了所提取的核桃油的理化性質(zhì)不同。其中機(jī)械壓榨法的酸價和過氧化值均最高，造成該情況的原因可能是因?yàn)闄C(jī)械壓榨時采用的溫度較高并且提取的時間也較長，前文提到核桃油具有豐富的不飽和脂肪酸，長時間保持高溫會發(fā)生氧化反應(yīng)；其中提取質(zhì)量最好的是超臨界CO2萃取法，因?yàn)樵撎崛》ň哂械团R界壓力、高溶解性、提取迅速、提取溫度低等特性，但目前存在成本過高和相對分子質(zhì)量很高的化合物萃取較難等問題在工業(yè)上并沒有普及運(yùn)用。目前，工業(yè)上仍常使用壓榨法和溶液浸出法兩種方式，雖然不同的提取方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，但是筆者認(rèn)為其他提取方法的不飽和脂肪酸含量以及理化性質(zhì)均高于傳統(tǒng)的壓榨法和溶液浸出方法，因此超聲波輔助提取法、超臨界CO2萃取法、水酶法擁有很大的發(fā)展空間。以超臨界CO2萃取法為例，有文獻(xiàn)[58-59]指出添加夾帶劑可以增強(qiáng)萃取物在萃取過程中的溶解度，可有效減少萃取過程中的壓力，但相對分子質(zhì)量很高的化合物萃取較難的問題目前研究得較少，因此克服其缺點(diǎn)后該方法將可能在植物油提取領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

表2 不同提取方法所得核桃油脂肪酸主要組成成分及含量

表3 不同提取方法所得核桃油理化性質(zhì)

3 功效作用

3.1 降血脂、預(yù)防動脈粥樣硬化

核桃油中因?yàn)楦缓嗖伙柡椭舅?PUFAs)，包括亞麻酸和亞油酸，在預(yù)防冠心病中起著重要作用[60]。戚登斐等[61]以冷榨核桃油為原料，通過雄性昆明小鼠進(jìn)行動物干預(yù)試驗(yàn)，證明核桃油含有的亞油酸能夠降低患有高血脂癥老鼠的體重、血清總膽固醇(TC)以及甘油三酯(TG)水平，并且可以提高血液高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平、降低低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平及動脈硬化指數(shù)(AI)的能力。因此核桃油很適合患有三高的人群食用，具有良好的保健作用。劉皓涵等[62-63]也通過小鼠試驗(yàn)得到了相同的結(jié)果，并且發(fā)現(xiàn)核桃油以質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～10%添加至小鼠每日食糧中抑制效果最佳。目前，對核桃油降血脂的相關(guān)研究和論文還很少，深入研究將會在食品、保健品和生物醫(yī)藥方面有很大的前景。

3.2 改善記憶

核桃油中具有改善記憶的成分有不飽和脂肪酸、多酚、維生素E以及黃酮等化合物[64-65]，這些物質(zhì)屬于神經(jīng)保護(hù)化合物，有研究表明這些有效物質(zhì)可以增強(qiáng)年輕人對工作學(xué)習(xí)的記憶甚至推理能力、減緩老年人因衰老而帶來的記憶力下降與癡呆問題[66]，以及改善認(rèn)知能力和運(yùn)動障礙[67]。張清安等[68]以不同劑量核桃油給小鼠灌胃，每天1次連續(xù)2周，在被動回避裝置上測定小鼠的跳臺潛伏期(SDL)和逃避潛伏期(EL)，在復(fù)雜迷宮上測定小鼠的覓食時間結(jié)果顯示，核桃油可使SDL延長30.4%～102.5%，使EL縮短35.3%～58.9%，使迷宮覓食時間減少3.3%～37.0%，并能明顯改善NaNO2和乙醇引起的記憶損害，表明核桃油可明顯改善小鼠學(xué)習(xí)記憶能力。

3.3 抗氧化、抗衰老、清除體內(nèi)過多自由基

范學(xué)輝等[69]將40只5周齡的雄性小鼠分為4組，分別以低、中、高3個劑量組的核桃油連續(xù)灌喂3周后測定小鼠肝、腦組織中總抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)以及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)的活性。研究結(jié)果表明高劑量組核桃油提高酶的抗氧化作用效果最好。高盼[70]通過建立了DPPH模型、FRAP模型、ABTS模型和ORAC模型證明了核桃油的抗氧化能力，并且進(jìn)一步證明核桃油的抗氧化能力隨多酚、α-生育酚、豆甾醇物質(zhì)的增加而增強(qiáng)，隨δ-生育酚、β-谷甾醇、△5-燕麥甾醇物質(zhì)的增加而減弱。還發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)通過捕獲羥基自由基(HO·)、烷氧自由基(RO·)和過氧自由基(ROO·)，從而起到抗氧化的作用，δ-生育酚經(jīng)過生育酚介導(dǎo)的過氧化反應(yīng)，產(chǎn)生促氧化作用。

3.4 防癌抗癌

核桃油中富含的n-3脂肪酸可以與n-6脂肪酸爭奪癌細(xì)胞代謝所需要的酶，破壞癌細(xì)胞的細(xì)胞膜從而抑制其生長，達(dá)到防癌抗癌的作用[71]。Batirel等[72]研究表明核桃油以劑量依賴性方式降低食管癌細(xì)胞的細(xì)胞活力，與對照相比，20 mg/mL核桃油可將細(xì)胞活力降低約50%。在高劑量核桃油處理的細(xì)胞中，核桃油處理可以通過在G0/G1階段促進(jìn)細(xì)胞阻滯來減緩細(xì)胞的生長，原因可能是核桃油抑制了NFκB的蛋白質(zhì)水平。因此短期大劑量食用核桃油會降低食管癌細(xì)胞的細(xì)胞活力和轉(zhuǎn)移能力，同時通過誘導(dǎo)壞死G0/G1期細(xì)胞周期停滯而表現(xiàn)出抗癌作用。

4 核桃油的復(fù)配

4.1 核桃油與維生素E復(fù)配

維生素E能夠阻斷細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化物的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而減少自由基含量達(dá)到抗氧化的效果[73]。王志平等[74]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)灌喂高劑量的核桃油復(fù)合維生素E藥物的小鼠腦缺血存活時間、耐缺氧時間以及負(fù)荷游泳時間最長，表明核桃油復(fù)合維生素E藥物比單純核桃油能夠延長小鼠存活的時間。而且核桃油復(fù)合維生素E還可以大幅改善小鼠的睡眠質(zhì)量以及大幅提高小鼠的記憶力。楊栓平等[75]研究表明，核桃油復(fù)合維生素E較核桃油能顯著降低大鼠血中的TC、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)，升高血漿中的高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、提高動物的抗動脈粥樣硬化指數(shù)(AAI)。對于雌性大鼠，還能額外降低血液中TG和Apo-B含量。朱振寶[56]44對核桃油與維生素E復(fù)合微膠囊的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明采用包埋技術(shù)可以提高核桃油油脂的穩(wěn)定性，而且核桃油中添加維生素E不僅可以增添營養(yǎng)，還可以充當(dāng)天然的抗氧化劑。

4.2 核桃油與美藤果油復(fù)配

美藤果油含有豐富的不飽和脂肪酸、維生素E、植物甾醇、黃酮等物質(zhì)，特別是維生素E高于其他常見植物油[76]，李清清等[77]研究發(fā)現(xiàn)將核桃油和美藤果油復(fù)配能夠提高抗氧化效果，將美藤果油以質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%添加至核桃油中，能提高核桃油生育酚和總酚含量，增強(qiáng)其清除自由基清除能力、還原能力以及Fe2+螯合能力。雖然機(jī)理尚不明確，但是該結(jié)論為核桃油復(fù)配的發(fā)展與應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

4.3 核桃油與橄欖油復(fù)配

橄欖油常以初榨橄欖油(VOO)的形式出售，因其獨(dú)特的香氣、味道和營養(yǎng)特征而受到消費(fèi)者的高度贊賞。VOO最重要的特征之一是含有高達(dá)53%的油酸。這一事實(shí)加上具有強(qiáng)抗氧化特性的酚類化合物，使VOO對氧化降解特別穩(wěn)定[78-79]。Torres等[80]將初榨橄欖油(VOO)和核桃油(WO)進(jìn)行復(fù)配，研究不同比例混合油中脂肪酸成分(FAC)、生育酚和總酚含量(TPC)變化對氧化穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明與純WO相比，純VOO的FAC和內(nèi)源性抗氧化成分含量在DPPH等體外抗氧化性試驗(yàn)中表現(xiàn)最佳，因此核桃油與橄欖油復(fù)配可以提高其抗氧化性。

4.4 核桃油與棕櫚硬脂復(fù)配

目前市面上的涂抹脂的基料油常用含反式脂肪酸較多的氫化植物油和成本較高的酯交換油脂。有文獻(xiàn)[81]指出核桃油與棕櫚硬脂以不同的比例混合可以改變兩者的結(jié)晶性和相容性，因此可以應(yīng)用到涂抹脂基料油中。毛琳璐等[82]將核桃油與棕櫚硬脂以不同比例混合，測定其相容性、硬度、屈服值和流變性等指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者復(fù)配時核桃油比例大于20%時最適于涂抹脂的基料，溫度大于33.3 ℃時不同比例混合的核桃油與棕櫚硬脂均能相容。

5 結(jié)論與展望

核桃油含有豐富的不飽和脂肪酸，α-亞麻酸和亞麻酸尤為豐富；除此之外還富含微量元素和生育酚等。正是由于這些成分，而使核桃油具有抗癌、抗氧化、降血脂等功效，被應(yīng)用于醫(yī)藥與保健行業(yè)。核桃油現(xiàn)有提取技術(shù)較多，目前應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的提取方式是壓榨法與溶液浸出法，但存在提取率低和溶劑殘留等問題，其余方法大部分仍然只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，目前關(guān)于核桃油與其他產(chǎn)品復(fù)配的研究報道還比較少，在這一領(lǐng)域有較大的探究與進(jìn)步的空間。

為了促使中國核桃油的蓬勃發(fā)展，提出以下建議：① 深化核桃油提取工藝方面的研究，優(yōu)化并完善工業(yè)生產(chǎn)的提取工藝條件，推動核桃油的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如縮短水酶法的酶解時長和優(yōu)化乳化液的分離等問題，將大大提高核桃油的提取效率及產(chǎn)品質(zhì)量；② 對核桃油的營養(yǎng)功效進(jìn)行更深入的研究，針對α-亞麻酸的純化分離投入更多的技術(shù)支持，為核桃油的食用保健領(lǐng)域謀求更大的發(fā)展；③ 對核桃油復(fù)配功效開展更多的研究，如抗氧化、降血脂等，并對各種復(fù)配方案進(jìn)行探索，以謀求核桃油的高值化利用。