熱處理對(duì)辣木籽油穩(wěn)定性的影響

羅國(guó)柳,孫燕,鐘金鋒,劉雄,覃小麗

(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715)

辣木別名鼓槌樹,是一種原產(chǎn)于印度的喜光照、喜溫?zé)岬臒釒ё魑?在我國(guó)云南、四川、福建等地已大規(guī)模種植。辣木的葉、莖、皮、花、籽和根等均可食用,其中辣木籽內(nèi)含有35.0%～40.0%的油脂[1],該油脂在室溫下呈現(xiàn)金黃色,能散發(fā)出類似于花生的宜人堅(jiān)果味,具有良好的感官品質(zhì)[2]。同時(shí)該油脂中含50.2%～56.5%的油酸[3],還含有生育酚、多酚等活性成分,具有良好的氧化穩(wěn)定性[4]。目前,辣木籽油的研究主要集中在油脂提取工藝的優(yōu)化[5-8]、功能性成分的分析[9]和氧化穩(wěn)定[10]方面,關(guān)于辣木籽油在食品加工應(yīng)用方面的報(bào)道還較少。因此,不斷探索和積累加工處理對(duì)辣木籽油理化性質(zhì)的影響,對(duì)充分認(rèn)識(shí)和開發(fā)該新資源油脂具有重要意義。

在熱處理過(guò)程中,食用油會(huì)發(fā)生氧化、水解和聚合等反應(yīng),其營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)發(fā)生改變甚至產(chǎn)生對(duì)人體危害的物質(zhì)。因此,在典型的食品熱加工過(guò)程中選擇穩(wěn)定性強(qiáng)的油脂,對(duì)維持該食品的良好品質(zhì)尤其重要。ANWAR等[11]分別將辣木籽油與葵花籽油和大豆油混合后置于180 ℃下加熱6 h,持續(xù)7 d,混合油的總極性組分含量降低,這說(shuō)明辣木籽油在加熱過(guò)程中的穩(wěn)定性高于對(duì)照組(葵花籽油、大豆油)。OGUNSINA等[12]比較了冷榨辣木籽油與精制花生油在煎炸中的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)煎炸后辣木籽油的游離脂肪酸(28%)和過(guò)氧化值(10 meq O2/kg)的增加值均低于精制花生油(48%,22 meq O2/kg),表明辣木籽油具有良好的熱穩(wěn)定性。然而,上述研究中熱處理對(duì)辣木籽油穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)較單一,缺乏對(duì)其熱加工中主要抗氧化成分變化的探索。目前,棕櫚油因其熱穩(wěn)定性好和價(jià)格合適等特點(diǎn),已作為食品煎炸油得到較好的推廣應(yīng)用,開展辣木籽油與棕櫚油熱穩(wěn)定性的比較研究,有利于綜合評(píng)價(jià)辣木籽油的熱穩(wěn)定性。

因此,本文以棕櫚油作為參照,以水酶法提取的辣木籽油為原料,研究不同加熱溫度(150、180、200 ℃)和加熱時(shí)間(30、60、90、120 min)下這2種油脂氧化產(chǎn)物、酸價(jià)和生育酚含量的變化情況,以及利用紅外光譜、差示掃描量熱(differential scanning calorimetry, DSC)分析和熱重分析探究2種油脂的官能團(tuán)、結(jié)晶和熔融以及質(zhì)量損失變化情況。此外,通過(guò)色澤測(cè)定觀察其外觀特性的變化情況,以此為拓展辣木籽油在食品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍提供一定借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣木籽,云滇養(yǎng)生堂;棕櫚油,重慶市北碚區(qū)天生路永輝超市;37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(47885-U),中國(guó)Sigma-Aldrich公司;中性蛋白酶Neutrase 0.8 L,丹麥諾維信公司;乙醚、正己烷、甲醇、氫氧化鉀、氫氧化鈉、鹽酸等試劑(均屬于分析純),成都市科龍化工試劑廠。

1.2 設(shè)備與儀器

LC-20A型高效液相色譜儀,日本島津科技有限公司;Spectrun 100型傅里葉紅外光譜儀,美國(guó)PerkinElmer公司;DSC 4000型差示掃描量熱儀,上海鉑金埃爾默儀器有限公司;TGA 550型熱重分析儀,美國(guó)TA公司;UltraScan PRO型測(cè)色儀,美國(guó)Hunter Lab公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 辣木籽油的提取方法

辣木籽油提取方法參照孫燕等[13]超聲預(yù)處理提取辣木籽油的方法。取辣木籽脫殼,粉碎后過(guò)60～80目篩,按液料質(zhì)量比6∶1加入超純水。96 ℃水浴加熱10 min,冷卻至室溫。經(jīng)超聲預(yù)處理(40 W,20 min)后用1.00 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至6.0。樣品中加入中性蛋白酶(1.5×105μg/100 g辣木籽粉),在45 ℃下進(jìn)行酶解反應(yīng)。酶解后于95 ℃水浴滅酶30 min,高速離心(6 211×g,20 min)后分離并收集上層清油,即得到辣木籽油。

1.3.2 油脂熱處理實(shí)驗(yàn)

以室溫下的辣木籽油和棕櫚油為對(duì)照,分別將等量的辣木籽油和棕櫚油在不同的溫度(150、180、200 ℃)下加熱30 min,研究加熱溫度對(duì)油脂穩(wěn)定性的影響;此外,將等量的辣木籽油和棕櫚油在180 ℃下加熱不同的時(shí)間(30、60、90、120 min),考察加熱時(shí)間對(duì)油脂穩(wěn)定性的影響。所有樣品均充入氮?dú)赓A存于-80 ℃冰箱,待檢測(cè)分析。

1.3.3 過(guò)氧化值測(cè)定

采用過(guò)氧化值評(píng)價(jià)油脂的初級(jí)氧化產(chǎn)物(主要為氫過(guò)氧化物),具體方法參照GB 5009.227—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》進(jìn)行。

1.3.4 茴香胺值測(cè)定

采用茴香胺值評(píng)價(jià)油脂的次級(jí)氧化產(chǎn)物,具體操作參照GB/T 24304—2009《動(dòng)植物油脂 茴香胺值的測(cè)定》,根據(jù)公式(1)計(jì)算辣木籽油和棕櫚油的茴香胺(anisidine value,AV)值:

(1)

式中:V,溶解試樣的體積,mL;m,樣品的質(zhì)量,g;Q,測(cè)定溶液中樣品質(zhì)量濃度,g/mL;A0,空白溶液吸光度;A1,反應(yīng)溶液吸光度;A2,未反應(yīng)溶液吸光度。

1.3.5 總氧化值測(cè)定

總氧化值(total oxidation, TOTOX)的測(cè)定按照公式(2)計(jì)算[14]:

TOTOX=2×PV+AV

(2)

式中:PV,油脂的過(guò)氧化值,meq/kg;AV,油脂的茴香胺值。

1.3.6 酸價(jià)測(cè)定

酸價(jià)的測(cè)定參考GB 5009.229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價(jià)的測(cè)定》的方法進(jìn)行操作。

1.3.7 生育酚含量測(cè)定

樣品前處理:稱取0.3 g油樣(精度0.001 g)于10 mL棕色容量瓶中,加入流動(dòng)相漩渦振蕩溶解后,用流動(dòng)相定容至刻度,搖勻。過(guò)孔徑為0.45 μm的有機(jī)系濾頭于棕色進(jìn)樣瓶中,待進(jìn)樣。

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:參照GB 5009.82—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中維生素A、D、E的測(cè)定》配制不同濃度的生育酚標(biāo)準(zhǔn)溶液。置于-18 ℃下避光保存,待進(jìn)樣。

色譜條件:色譜柱為Si 60硅膠柱(250 mm×4.6 mm×5 μm);流動(dòng)相為正己烷+1,4-二氧六環(huán)(95∶5,體積比);柱溫30 ℃;流速1.0 mL/min;進(jìn)樣量10 μL;熒光檢測(cè)波長(zhǎng)為激發(fā)波長(zhǎng)294 nm,發(fā)射波長(zhǎng)328 nm。

1.3.8 紅外光吸收頻率測(cè)定

使用Spectrun 100型傅里葉紅外光譜儀對(duì)辣木籽油和棕櫚油進(jìn)行分析。取適量干燥KBr于瑪瑙研缽中研磨后置于固體壓片磨具,以此制備均勻透明錠片。在其表面滴一滴油樣并涂抹均勻,裝進(jìn)測(cè)試架后放入紅外檢測(cè)儀中測(cè)定。儀器設(shè)定波數(shù)范圍在4 000～400 cm-1內(nèi),分辨率4 cm-1下掃描16次獲得。

1.3.9 DCS熔化結(jié)晶曲線測(cè)定

使用DSC 4000型DSC對(duì)熱處理前的辣木籽油和棕櫚油進(jìn)行熱性能分析。放置10 mg樣品于封閉鋁坩堝中,空鋁坩堝為空白對(duì)照,設(shè)置程序?yàn)?將樣品加熱到60 ℃并保持5 min,以5 ℃/min速率依次測(cè)定60～-50 ℃的結(jié)晶曲線和-50～60 ℃的熔化曲線,期間平衡5 min。環(huán)境氛圍為N2。

1.3.10 熱重分析曲線測(cè)定

使用TGA 550型熱重分析儀對(duì)熱處理前的辣木籽油和棕櫚油進(jìn)行測(cè)定。分別稱取10 mg樣品于坩堝中,設(shè)定加熱速率為10 ℃/min,N2氣流為20 mL/min,600 ℃內(nèi)測(cè)定[15]。

1.3.11 色澤測(cè)定

使用UltraScan PRO型測(cè)色儀對(duì)裝入1 cm石英比色皿中的樣品進(jìn)行顏色測(cè)定,以白板為色差測(cè)定參比,依次讀取a*值和b*值,平行測(cè)量8次,取平均值。a*值表示從負(fù)到正(綠色到紅色)的變化,b*值表示從負(fù)到正(從藍(lán)色到黃色)的變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各試驗(yàn)重復(fù)2次,各樣品的指標(biāo)至少進(jìn)行3次平行測(cè)定,以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示結(jié)果。使用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(P<0.05時(shí)判斷組間存在差異),之后采用S-N-K檢驗(yàn)(假設(shè)方差相等)或DunnettT3檢驗(yàn)(變量論證后不假設(shè)方差相等)。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣木籽油和棕櫚油DSC分析結(jié)晶和熔融曲線

如圖1-A所示,辣木籽油和棕櫚油的DSC分析結(jié)晶曲線均主要表現(xiàn)為2個(gè)峰,但峰的位置和強(qiáng)度存在差異。辣木籽油和棕櫚油的第一個(gè)峰分別出現(xiàn)在1.6 ℃和-11.3 ℃,該處峰代表飽和甘油三酯結(jié)晶。兩種油脂分別在-43.5 ℃和-27.9 ℃時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)峰,該峰的出現(xiàn)是因?yàn)橛椭写罅坎伙柡透视腿ソY(jié)晶[8]。肖新生等[16]報(bào)道,DSC分析結(jié)晶曲線的峰高度正比于結(jié)晶速率。因此,由圖1-A可知,辣木籽油中不飽和甘油三酯的結(jié)晶速率快于棕櫚油。圖1-B是辣木籽油和棕櫚油的DSC分析熔融曲線。由圖1-B 可知,與棕櫚油(-1.0 ℃)相比,辣木籽油(-1.8 ℃)在較低溫度下呈現(xiàn)一個(gè)較深的峰,在該峰辣木籽油中大多數(shù)甘油三酯呈液態(tài)。此外,辣木籽油還有3個(gè)吸熱變化不明顯的肩峰,溫度從低到高依次為-14.5、9.5、18.5 ℃,肩峰的出現(xiàn)可能是由于辣木籽油中不穩(wěn)定的甘油三酯熔融-重結(jié)晶所導(dǎo)致的[17]。

A-DSC分析結(jié)晶曲線;B-熔融曲線圖1 辣木籽油和棕櫚油的DSC分析結(jié)晶和熔融曲線Fig.1 DSC crystallization and melting curves of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.2 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油過(guò)氧化值、茴香胺值和總氧化值的影響

過(guò)氧化值、茴香胺值和總氧化值都是衡量油脂氧化穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。辣木籽油和棕櫚油的過(guò)氧化值、茴香胺值和總氧化值隨加熱溫度和加熱時(shí)間的變化如圖2所示。隨著加熱溫度的升高,辣木籽油的過(guò)氧化值和茴香胺值均呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì)(圖2-A和圖2-C)。當(dāng)加熱溫度從150 ℃升高到200 ℃時(shí),辣木籽油的過(guò)氧化值和茴香胺值分別增加了73.3%和82.9%;棕櫚油的過(guò)氧化值降低了61.4%,而茴香胺值增加了1.8倍。這是由于高溫使棕櫚油生成的氫過(guò)氧化物進(jìn)一步氧化而生成了醛類和酮類等羰基化合物[18]。此外,200 ℃時(shí),辣木籽油的總氧化值較未加熱時(shí)升高了2.1 meq/kg,顯著低于棕櫚油的(12.0 meq/kg),這可能是因?yàn)槔蹦咀延椭杏退岷惋柡椭舅嵴伎傊舅岬谋壤遊8]以及生育酚含量更高且在熱處理過(guò)程中損失較少。

A-加熱溫度-過(guò)氧化值;B-加熱時(shí)間-過(guò)氧化值;C-加熱溫度-茴香胺值、總氧化值;D-加熱時(shí)間-茴香胺值、總氧化值圖2 加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)辣木籽油和棕櫚油氧化穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of heating temperature and heating time on peroxide value of Moringa oleifera seed oil and palm oil注:小寫字母不同表示差異顯著(P< 0.05)(下同)

辣木籽油和棕櫚油的茴香胺值和總氧化值隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)的總體變化趨勢(shì)(圖2-D)與升溫處理(圖2-C)相似。當(dāng)加熱時(shí)間從30 min延長(zhǎng)至120 min時(shí),辣木籽油的過(guò)氧化值由0.4 meq/kg下降至0.1 meq/kg(圖2-B),說(shuō)明加熱時(shí)間對(duì)辣木籽油中氫過(guò)氧化物生成次級(jí)氧化產(chǎn)物的作用效果強(qiáng)于加熱溫度[19]。由上述分析可知,與棕櫚油比較,辣木籽油在熱處理過(guò)程中具有更高的穩(wěn)定性。

2.3 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油酸價(jià)的影響

酸價(jià)反映油脂中游離脂肪酸含量,也是評(píng)價(jià)油脂變質(zhì)情況的一個(gè)重要指標(biāo)。如圖3-A和3-B所示,辣木籽油的初始酸價(jià)明顯高于棕櫚酸,這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)用的棕櫚油是經(jīng)過(guò)精煉處理的商品化油,而辣木籽油是經(jīng)水酶法提取后未作精煉處理的油,從而殘留了更多的游離脂肪酸。但辣木籽油的酸價(jià)仍低于5 mg/g,符合國(guó)家食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》的限定范圍。辣木籽油和棕櫚油的酸價(jià)隨加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)均呈逐步上升趨勢(shì)。200 ℃時(shí),辣木籽油和棕櫚油的酸價(jià)分別為各自初始酸價(jià)的1.1倍和1.3倍(圖3-A)。由圖3-B可知,當(dāng)加熱時(shí)間從0 min延長(zhǎng)至120 min時(shí),辣木籽油的酸價(jià)增加了23.8%,顯著低于棕櫚油的(52.6%),表明辣木籽油在熱處理過(guò)程中更不易發(fā)生水解反應(yīng),具有更高的穩(wěn)定性。

A-加熱溫度;B-加熱時(shí)間圖3 加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)辣木籽油和棕櫚油酸價(jià)的影響Fig.3 Effect of heating temperature and heating time on acid value of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.4 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油紅外光譜圖的影響

A-棕櫚油在不同溫度下加熱30 min;B-棕櫚油在180 ℃下加熱不同時(shí)間;C-辣木籽油在不同溫度下加熱30 min;D-辣木籽油在180 ℃下加熱不同時(shí)間圖4 不同加熱溫度和加熱時(shí)間辣木籽油和棕櫚油的紅外光譜圖Fig.4 Fourier infrared spectrum of Moringa oleifera seed oil and palm oil with heating temperature and heating time

2.5 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油成分熱降解損失率的影響

加熱過(guò)程中辣木籽油和棕櫚油的熱重分析曲線如圖5所示。辣木籽油和棕櫚油的質(zhì)量損失分為3個(gè)階段,第一階段分別是30.0～195.5 ℃和30.0～221.9 ℃,該階段辣木籽油和棕櫚油的失重均低于1.0%,這可能與油脂中游離水分的蒸發(fā)有關(guān)[15];第二階段的質(zhì)量損失分別發(fā)生在195.5～342.5 ℃和221.9～326.6 ℃,辣木籽油和棕櫚油的失重分別為7.7%和4.9%,這可能是由于高溫導(dǎo)致了部分穩(wěn)定性較差的脂肪酸緩慢分解[22];辣木籽油和棕櫚油第三階段的質(zhì)量損失可能與油脂中甘油三酯的氧化分解有關(guān)[23]。由圖5可知,第三階段辣木籽油質(zhì)量損失的起始溫度為342.5 ℃,比棕櫚油(326.6 ℃)高15.9 ℃,且該階段內(nèi)的質(zhì)量損失(91.5%)比棕櫚油(94.6%)低3.1%,這可能是因?yàn)槔蹦咀延椭猩雍扛?辣木籽油生育酚含量263.6 μg/g,棕櫚油生育酚含量254.1 μg/g),從而延緩了甘油三酯的氧化分解[24]。綜上所述,辣木籽油較棕櫚油在高溫下的穩(wěn)定性更加良好,但在熱加工應(yīng)用中應(yīng)控制溫度在195.5 ℃內(nèi)。

圖5 辣木籽油和棕櫚油的熱重分析曲線Fig.5 Thermo gravimetric analysis curves of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.6 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油生育酚含量的影響

生育酚作為自由基清除劑,其含量對(duì)于植物油的氧化穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此,本環(huán)節(jié)研究辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚和γ-生育酚的含量在熱處理下的變化規(guī)律。由圖6-A和圖6-C可知,加熱前,辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚含量沒(méi)有顯著差異,但辣木籽油中γ-生育酚的含量為14.5 μg/g,約為棕櫚油(7.2 μg/g)的2.0倍。隨著加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng),辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚和γ-生育酚的含量均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。200 ℃時(shí),辣木籽油α-生育酚和γ-生育酚的保留率分別為棕櫚油相對(duì)應(yīng)生育酚保留率的1.2倍和1.1倍(圖6-A和圖6-C)。圖6-B顯示,120 min時(shí),辣木籽油中α-生育酚的保留率(70.0%)比棕櫚油(57.6%)高12.4%。由此可見,熱處理過(guò)程中辣木籽油生育酚的保留率高于棕櫚油,這可能更有利于延緩高溫下辣木籽油的氧化變質(zhì)(圖2)和降解(圖5)。

A-加熱溫度-α-生育酚含量;B-加熱時(shí)間-α-生育酚含量;C-加熱溫度-γ-生育酚含量;D-加熱時(shí)間-γ-生育酚含量圖6 加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)辣木籽油和棕櫚油α-生育酚含量和γ-生育酚含量的影響Fig.6 Effect of heating temperature and heating time on the content of α-tocopherol and γ-tocopherol of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.7 熱處理對(duì)辣木籽油和棕櫚油色澤的影響

不同加熱溫度和加熱時(shí)間下的辣木籽油和棕櫚油色澤變化如圖7所示。由圖7-A和圖7-B可知,隨著加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng),辣木籽油和棕櫚油的a*值均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。180 ℃時(shí),辣木籽油和棕櫚油的a*值分別降低了21.8%和2.0%;200 ℃時(shí),辣木籽油和棕櫚油的a*值分別升高了8.4%和7.3%(圖7-A),說(shuō)明辣木籽油和棕櫚油的綠色先變深后變淺,且前者的變化程度大于后者。當(dāng)加熱時(shí)間由0 min增加至120 min時(shí),辣木籽油a*值的變化量是棕櫚油的1.1倍(圖7-B)。圖7-C和圖7-D顯示,熱處理過(guò)程中辣木籽油的b*值逐漸降低,而棕櫚油的b*值始終維持在21.1左右,說(shuō)明辣木籽油的黃色逐漸變淺,而棕櫚油的黃色無(wú)顯著變化。綜上所述,辣木籽油色澤受熱處理的影響大于棕櫚油。

A-a*-加熱溫度;B-a*-加熱時(shí)間;C-b*-加熱溫度;D-b*-加熱時(shí)間圖7 不同加熱溫度和加熱時(shí)間辣木籽油和棕櫚油色澤a*和b*的變化Fig.7 Effect of heating temperature and heating time on a* and b* of Moringa oleifera seed oil and palm oil

3 結(jié)論

本文對(duì)比考察了辣木籽油和棕櫚油的熱穩(wěn)定性及其變化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在考察溫度(150～200 ℃)和考察時(shí)間(30～120 min)范圍內(nèi),辣木籽油和棕櫚油的過(guò)氧化值、茴香胺值和總氧化值總體均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。辣木籽油中γ-生育酚的含量(14.5 μg/g)為棕櫚油(7.2 μg/g)的2.1倍,200 ℃時(shí),該生育酚的保留率為棕櫚油的1.1倍。辣木籽油a*值和b*值受熱處理的影響大于棕櫚油。本結(jié)果可為辣木籽油高溫下穩(wěn)定性變化的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù),并為辣木籽油在食品加工中的應(yīng)用提供理論參考。