加熱溫度對核桃油理化品質的影響規律研究

羅 凡 費學謙 戚雨婷 王 超 胡立松

(中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所1，杭州 311400) (浙江農林大學2，臨安 311300)

核桃(JuglansregiaL.)又被稱為羌桃或胡桃，屬胡桃科(Juglandaceae)胡桃屬(Juglans L.)植物，是世界重要堅果樹種[1]，位列核桃、扁桃、腰果、榛子四大干果之首[2]。中國有200余個核桃品種，2 000多年的栽培歷史，除黑龍江、上海、廣東、海南、臺灣外，其他省(市)均有種植[3]。在中國主要堅果類果樹中核桃的種植面積位居第一，總產量在板栗之后位居第二。2008年11月，國務院發布的《國家糧食安全中長期規劃綱要(2008—2020年)》中提出：合理利用山區資源，大力發展木本糧油產業，加快提高油茶、油橄欖、核桃、板栗等木本糧油品種的品質和單產水平，增加木本糧油供給；尤其是2010 年中央一號文件指出：積極發展油茶、核桃等木本油料[4]，為核桃產業發展吹響了進軍號。據FAO統計，2013年我國核桃栽培總面積為42.5公頃，帶殼干果產量170萬t，分別是美國的3.76、4.05倍，居世界首位[5]，其后中國核桃種植面積每年在以 10%的速度增長，目前正處在前所未有的發展階段，發展核桃加工業刻不容緩。

核桃中含有人體中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，預防心腦血管疾病的作用[6]；此外核桃中還含有豐富的蛋白質、鉀、鈣、鎂、鋅、鐵等礦物質、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[7]。核桃仁含油量在60%～70%之間，核桃油制取過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，有很好的營養保健功效[8,9]。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[10]?；诤颂业臓I養成分和經濟價值，核桃油作為核桃加工的主要產品之一，其營養價值和加工工藝的研究日益受到關注[11]。

目前核桃油加工過程中的許多問題還未能解決，油脂氧化機理、營養成分流失、產品褐變、保健機理等問題的研究還不夠深入。在核桃干燥、壓榨和精煉制油過程中，溫度不可避免地對核桃的內部形態及營養成分起著關鍵作用[12]。前期有學者對不同熱處理引起核桃油中過氧化值及功能成分改變的規律做了研究[13]，王晗琦等[14]發現對云南核桃仁進行煎炸、加熱、水煮等熱加工處理可提高核桃油過氧化值、黃酮和總酚的含量，同時降低VE、油酸、亞油酸和亞麻酸的含量；彭祺等[15]研究發現炒制工藝相比煮制工藝，對山核桃中不飽和脂肪酸的破壞更大等。但是目前熱加工處理對核桃營養功能成分影響的研究報道仍不甚祥盡，而研究核桃油加工過程中品質變化的規律，是核桃加工工藝的理論基礎和高品質核桃油產品生產的基本保障。

本研究旨在探討溫度對核桃油氧化穩定性、營養品質及理化指標的影響規律，為研究核桃內部水分、營養成分、氧化過程等理化指標的變化機理提供參考，為核桃油加工工藝的改進提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

核桃樣品分別為希耳，香玲和老樹核桃，產自山東省費縣核桃林。

福林酚試劑(BR)；乙腈(HPLC級)，其他試劑均為AR級。

二醇基固相萃取小柱(Diol-SPE，500 mg，3 mL)。

1.2 儀器與設備

DGG-9140電熱恒溫鼓風干燥箱；6YY-190自動液壓榨油機；UV-2550紫外分光光度計；LC-10AT型液相色譜儀及SPD-10A型紫外檢測器；PEN3電子鼻。

1.3 實驗方法

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60 min，自然冷卻至室溫，去殼后液壓榨油，冷藏備用。

1.3.2 營養成分測定方法

維生素E測定參考GΒ/T5009.82—2003，角鯊烯測定參考文獻[16]，β-谷甾醇測定參考文獻[17]，總酚測定采用福林酚比色法[18]測定。

1.3.3 理化指標測定

氧化誘導時間根據GBT 21121—2007方法測定；水分測定參考GB 5009.236—2016 方法。

1.3.4 氣味成分測定

核桃油中的揮發性成分采用氣質聯用法測定[19]。

電子鼻判別：稱取1.0 g核桃油樣品置于20 mL頂空瓶，蓋緊密封后常溫條件下平衡10 min。利用PEN3電子鼻進行測定，具體參數為：樣品測定間隔時間1 s；樣品準備時間5 s；樣品測試時間60 s；測量計數時間1 s；清洗時間110 s；自動調零時間10 s；內部流量和進樣流量300 mL/min。數據選取時間段55～58 s，每個處理重復測定2次。利用WinMuster軟件進行主成分分析(PCA)及區分度(DP)計算。

1.3.5 數據處理和分析

各項指標重復測定3 次，運用Origin 8.0 和SPSS 12.0 進行數據處理和分析。

2 結果與討論

2.1 核桃加熱前理化指標和營養成分

經測定加熱前希爾、香玲和老樹3個品種核桃仁樣品的含水率分別為3.76%、4.58%、4.26%，含油率分別為59.2%、56.8%、64.4%，壓榨后核桃油中理化指標如表1所示(核桃油中角鯊烯含量較少，未列出)。

表1 核桃加熱前壓榨毛油的理化指標

從表1可以看出，3個品種核桃油的酸價均低于《GB/T 22327—2008核桃油》中壓榨核桃油酸價的質量標準(3.0 mgKOH/g)，3個品種中只有老樹核桃所榨油的過氧化值超出了該標準中0.152 g/100 g(6.0 mmol/kg)的限值；香玲核桃油的氧化穩定時間最長(P<0.01)，所測定4個營養指標中香玲核桃油的VE(P<0.01)和β-谷甾醇的含量也最高(P<0.01)，希爾核桃油中角鯊烯含量最高(P<0.01)。結果表明未經加熱處理的核桃壓榨后所得核桃油不穩定，不同品種核桃油中的VE、β-谷甾醇和角鯊烯等營養成分的含量存在顯著差異。

表2 核桃加熱前壓榨毛油中脂肪酸含量/%

注：脂肪酸甲酯的檢出限為0.05%。

加熱前核桃油中主要脂肪酸組成如表2所示，3個核桃品種主要測到6種脂肪酸，總不飽和脂肪酸含量分別為90.0%、90.0%、90.3%，主要由油酸、亞油酸和亞麻酸組成；3個品種核桃油中棕櫚酸、硬脂酸和順-11-二十碳烯酸的含量沒有顯著差異(P>0.05)；油酸和亞油酸的含量分別在希爾、香玲品種的核桃油中最高，與其他2個品種差異極顯著(P<0.01)。

2.2 不同加熱溫度對核桃油氧化穩定性的影響

3個品種核桃分別經過不同溫度加熱后測定其壓榨油的氧化穩定時間，結果如圖1所示。

圖1 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油的氧化穩定時間

從圖1可以看出，3個品種的核桃經過不同溫度的加熱后，其壓榨核桃油的氧化穩定時間均有不同程度延長，尤其是當加熱時間超過90 ℃，隨加熱溫度的增加氧化穩定時間增加更為顯著；經過150 ℃加熱后3個品種核桃油的氧化穩定時間分別達到4.2、4.62、4.68 h，比加熱前的0.57、0.85、0.56 h分別延長6.4、4.4、7.4倍。研究結果表明適當加熱處理能明顯提高核桃油的氧化穩定性，與Schlormann等[20]的研究結果類似。核桃加熱后其壓榨核桃油氧化穩定性提高的原因可能來自于水分的降低、抗氧化油脂伴隨物的溶出、形態改變、生成等(美拉德反應產物)。

2.3 核桃油中酸價和過氧化值的變化

過氧化值是反映油脂初期氧化反應的指標，本研究測定了不同溫度加熱后壓榨核桃油的酸價和過氧化值，結果如圖2所示。

圖2 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油酸價和過氧化值

從圖2可以看出，3個品種的核桃經不同溫度加熱后，其壓榨核桃毛油的酸價隨加熱溫度的升高呈現不同的變化趨勢，但最終趨于穩定。經150 ℃加熱1 h后酸價分別為0.11、0.093、0.085 mg/g，比對照分別減少33.6%、0.0%、29.2%；經過不同溫度加熱后，3個品種核桃所榨毛油的過氧化值呈現隨加熱溫度升高呈現不同的變化規律，但是當加熱溫度高于90 ℃后3個品種核桃油的過氧化值變化規律相似，均隨加熱溫度的增加而減少，其中3個品種在150 ℃加熱1 h后，其過氧化值分別為0.063、0.066、0.071 g/100g，比加熱前的0.18、0.12和0.22g/100 g分別減少65.0%、45.0%、67.7%，且均低于《GB/T 22327—2008核桃油》中壓榨核桃油過氧化值0.152 g/100 g(6.0 mmol/kg)的限值。油脂氧化過程是一個動態平衡過程，在油脂氧化生成氫過氧化物的同時，還存在著氫過氧化物分解和聚合，油脂的過氧化值主要評價油脂中氫過氧化物的含量，因此本研究的結果表明加熱可以促進核桃中氫過氧化物的分解和聚合，從而降低核桃油的過氧化值。本研究經過120～150 ℃加熱一定時間后壓榨核桃油的酸價和過氧化值略有降低的研究結果與王晗琦[14]將核桃仁在130 ℃烘箱中加熱38 min后核桃油的過氧化值升高的結果不同，本人認為原因可能和提油方式和核桃內種皮有關，本實驗中帶外種皮加熱核桃，加熱后帶內種皮液壓榨油，內種皮中含有豐富的多酚和黃酮等抗氧化物質[21]，且烘后其含量和抗氧化能力可能更高[22]，將對核桃油的氧化起到明顯的遏制作用。

2.4 核桃油中含水量的變化

水分是油脂的主要雜質之一，往往通過加速甘三酯的水解影響油脂品質。核桃經過不同溫度加熱后其壓榨油中水分的變化如圖3所示。

圖3 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中水分含量

從圖3可以看出，核桃加熱后油中的水分均降至0.10%及以下，滿足GB/T 22327—2008《核桃油》中壓榨核桃油水分的質量標準(≤0.10%)，可見適當加熱可顯著降低核桃油中的水分含量。不同溫度加熱1 h處理后核桃油中水分均有所下降，3個品種水分最低點分別出現在加熱溫度為120、150、120 ℃時，最低含水量分別為0.05%、0.05%、0.06%。

2.5 加熱對核桃油中營養成分的影響

2.5.1 核桃油中VE含量的變化

核桃經過不同條件加熱后測定其壓榨油中VE的含量，結果如圖4所示。

圖4 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中VE含量

從圖4可以看出，核桃經加熱后，其壓榨油中VE含量幾乎都隨著加熱溫度的升高呈現下降的趨勢，這與Bada等[23]和Lee等[24]的研究結果相似。當150 ℃加熱1 h后，3品種VE含量分別從13.73、18.90、12.84 μg/g降至6.62、8.03、9.02 μg/g，分別下降了51.8%、57.5%、29.7%。Vaidya等[25]對核桃進行160 ℃，15 min加熱處理，在暗處60 ℃貯藏期間觀察油脂氧化穩定性和生育酚含量變化，發現加熱提取的油總生育酚含量低于未加熱提取的油。但在貯藏期間，前者的氧化誘導期明顯長于后者，與本實驗的研究結果相似。

2.5.2 核桃油中β-谷甾醇含量的變化

核桃經不同條件加熱后測定壓榨油中β-谷甾醇的含量，結果如圖5所示。

圖5 不同溫度加熱后所榨核桃油中β-谷甾醇的含量

從圖5可以看出，隨加熱溫度的增加香玲和老樹核桃油中β-谷甾醇的含量呈現先減少后增加的變化規律，150 ℃加熱1 h后含量分別達到1 566.8、1 675.8、1 772.3 mg/kg，比對照升高了18.5%、16.9%、19.5%，β-谷甾醇含量總體上呈升高趨勢，說明其受短時(≤1 h)高溫氧化破壞的影響較小[26]。

2.5.3 核桃油中總酚含量的變化

核桃經不同條件加熱后壓榨油中總酚的含量的變化如圖6所示。

圖6 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中總酚含量

從圖6可以看出，3個品種核桃在低溫加熱(30～90 ℃)1 h后壓榨核桃油中總酚含量隨加熱溫度的升高呈下降趨勢，其中總酚最低分別出現在60、90、60 ℃左右，分別比對照降低了28.6%、32.9%、37.7%；但經高溫(150 ℃)加熱后總酚含量相比對照明顯升高，分別達到17.63、11.31、9.37 μg/g，比對照增加了161.1%、82.4%、21.3%。結合2.2中150 ℃溫度下加熱1 h后核桃油的氧化穩定時間最長的結果，推斷在本實驗考察的水分和活性成分(VE、角鯊烯、β-谷甾醇、總酚等)等指標中，總酚含量的升高對提高高溫加熱后核桃油氧化穩定性的可能性最大；與總酚含量在低溫加熱時隨溫度增加含量降低的規律不同，氧化穩定時間在考察的溫度范圍內均隨溫度的升高而延長，因此推斷，低溫加熱過程核桃油氧化穩定時間的延長可能由其他抗氧化物質的生成(如美拉德反應產物)或含量的增加引起，具體機理有待進一步研究。

2.6 加熱溫度對核桃油中氣味成分的影響

2.6.1 氣質色譜測定揮發性成分

3個品種核桃經過不同溫度加熱后所榨取核桃油中主要揮發性成分列于表3。從表3可以看出，核桃油中揮發性成分豐富，且隨著加熱溫度的增加己醛、庚醛、庚稀醛、己酸、辛醛、辛稀醛的含量隨加熱溫度的升高在核桃油中呈現上升的趨勢，其中150 ℃加熱1 h后希爾、香玲和老樹核桃油中己醛的含量分別比對照增加17.5、35.1、6.4倍，己酸的含量分別增加4.7、1.1、3.9倍；在對照核桃油中測不到的庚稀醛和辛稀醛，在加熱30 ℃后分別可測，其含量隨加熱溫度的升高呈上升趨勢；正己醇、2-庚酮、1-庚醇、甲基乙基甲酮、正辛醇、壬醇和癸酮的含量隨加熱溫度的升高呈現下降的趨勢；其中150 ℃加熱1 h后希爾、香玲和老樹核桃油中正己醇的含量分別比對照減少91.2%、87.8%、57.2%，甲基乙基甲酮含量分別減少63.2%、62.4%、60.3%；辛醛含量分別下降100.0%、60.9%、50.2%；正辛醇含量分別下降59.3%、49.3%、65.5%；壬醇含量分別下降40.7%、41.7%、78.4%；癸酮含量分別下降45.9%、55.0%、72.3%。

2.6.2 電子鼻測定

運用電子鼻對3個品種核桃油的氣味輪廓進行采集，依據傳感器響應值進行主成分分析和區分度計算，結果如圖7所示。

注：1～3分別代表希爾、香玲和老樹核桃油的氣味成分。
圖7 3個品種核桃油風味PCA主成分分析結果

由圖7可以看出利用電子鼻能夠對不同核桃油的整體風味進行有效判別效果。對測定傳感器的響應值分析得出，核桃油氣味中主要由乙醇、對硫化物、氮氧化合物以及芳香成分、有機硫化物等組成。計算得出希爾和香玲、老樹核桃油間的區分度分別為0.678、0.789，后兩者的區分度為0.671，可見利用電子鼻能夠對不同核桃油樣品間的區分度較高，相較于GC-MS分析，電子鼻判別更為簡單、快速，并且便于實行在線監控[27]。3個品種的區分度為93.587%，其中第一主成份和第二主成分的累計貢獻率分別為80.585%、12.992%，兩者之和為93.577%，接近100%，說明結果很接近原始信息。

表3 不同溫度加熱后核桃油中揮發性成分組成(%)

電子鼻傳感器對不同氣味的相應靈敏度不同，對3個品種核桃經過不同溫度加熱后所榨核桃油電子鼻測定的“傳感器貢獻率分析”發現，核桃油中芳香成分、氨水、氫氣、烷烴芳香成分等含量較少(傳感器1、3、4、5、10)，且隨著加熱溫度的升高變化不大，而其中氮氧化合物、甲烷、硫化物、乙醇、芳香成分、有機硫化物等含量較大且隨著加熱溫度的升高變化明顯(傳感器2、6、7、8、9)。

利用PEN3.0軟件WinMuster對3個品種的核桃在加熱后所榨核桃油的氣味成分進行“主成份分析”，發現不同品種經過5個溫度的加熱后其氣味區分度良好，說明氣味成分發生了顯著變化，溫度間的區分度大部分接近1，說明樣品間的區分度越好，且香玲核桃加熱后其不同溫度間氣味區分度(0.985～1.000)比其他2個品種更好。

3 結論

本實驗對不同加熱溫度處理后希爾、香玲和老樹3個品種的核桃所榨核桃油的物化和營養指標變化進行了分析研究。研究結果表明適當加熱處理能明顯提高核桃油的氧化穩定性，其中經過150 ℃加熱后3個品種核桃油的氧化穩定時間分別達到4.2、4.62、4.68 h，比加熱前的0.57、0.85、0.56 h分別延長6.4、4.4、7.4倍；過氧化值分別為0.063、0.066、0.071g/100 g，比加熱前的0.18、0.12和0.22 g/100 g分別減少65.0%、45.0%、67.7%；加熱處理可顯著降低核桃油中的水分，3個品種水分最低點分別出現在120、150、120 ℃加熱1 h時，水分含量分別為0.05%、0.05%、0.06%；隨加熱溫度的升高核桃油中營養成分的變化呈現升高(總酚、β-谷甾醇)、下降(VE)、變化不明顯(角鯊烯)等不同規律：反應了不同油脂伴隨營養物隨溫度升高的穩定性或溶出性能。本實驗考察的水分、活性成分(VE、角鯊烯、β-谷甾醇、多酚等)中水分、多酚和β-谷甾醇含量的變化對提高核桃油氧化穩定性的可能性最大，但不排除有美拉德反應產物等的影響，具體機理有待進一步研究。

利用電子鼻能夠對不同核桃油的整體風味進行有效判別效果，對測定傳感器的響應值分析得出，核桃油氣味中主要由乙醇、對硫化物、氮氧化合物以及芳香成分、有機硫化物等組成，種間差異可區分；核桃油中芳香成分、氨水、氫氣、烷烴方香成分等含量較少，且隨著加熱溫度的升高變化不大，而其中氮氧化合物、甲烷、硫化物、乙醇、芳香成分、有機硫化物等含量較大且隨著加熱溫度的升高變化明顯。