熱處理提高核桃油氧化穩定性的機理研究

羅 凡 費學謙 胡立松 郭少海 杜孟浩

(中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所，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，是世界重要堅果樹種[1]，位列核桃、扁桃、腰果、榛子等四大干果之首[2]。2010年中央一號文件指出：大力發展油料生產，加快優質油菜、花生生產基地縣建設，積極發展油茶、核桃等木本油料[3]，為核桃產業發展吹響了進軍號。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、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[5]。核桃油在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[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]?；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[9]。

目前核桃油加工過程中油脂氧化機理、蛋白質變性、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，生產中存在的許多問題還未能解決。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[10]。熱處理對核桃的影響包括導致其內部微結構的物理改變和化學變化，例如水分的降低、脂質修飾、顏色的變化和經美拉德反應產生新的香味物質等，而微結構和脂質修飾也可能導致敏感脂類的氧化以及抗氧化劑等代謝物含量的變化[10]。本研究組在前期對壓榨條件影響核桃品質的研究中發現，在壓榨前對核桃進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，角鯊烯等營養成分的含量或升高或降低呈現不同程度變化，而氧化穩定時間均有所延長。類似的結果在其他油料種子的研究中也有報道[11]。

本實驗旨在摸清核桃在烘制過程中溫度對核桃油氧化穩定性的影響規律，并通過探討其他營養和理化指標的變化研究影響其氧化穩定性的主要因素，為探索核桃理化變化機理提供借鑒，為核桃油加工工藝提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

實驗中所用核桃樣品“香玲”核桃，由山東費縣綠緣專業合作社提供，并采自山東省費縣費城街道辦事處十里鋪村核桃林，經測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)，其他試劑均為AR級；實驗用水為超純水；二醇基固相萃取小柱(Diol-SPE，500 mg，3 mL)。

1.2 儀器與設備

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

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0、20、40、60 min，自然冷卻至室溫，去殼液壓得壓榨油，冷藏備用。

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1.3.2 營養成分測定方法

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

1.3.3 理化指標測定

氧化誘導時間根據GB/T 21121—2007方法測定；水分測定參考GB 5009.236—2016方法；還原糖測定參考NY/T1278—2007方法。

2 結果與討論

2.1 加熱條件對核桃油氧化穩定性的影響

圖1 熱處理后壓榨核桃油氧化穩定時間的變化

核桃經過不同熱處理后其壓榨油的氧化穩定時間如圖1所示。從圖1可以看出，壓榨核桃油的氧化穩定時間呈現先延長后縮短的變化規律，在加熱前期(20 min)，氧化穩定時間上升最顯著，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)是氧化穩定時間緩慢變化期，加熱40 min后，氧化穩定時間分別比20 min前增加0.4、0.0、0.1、-0.1、0.1倍；加熱后期(40～60 min)是氧化穩定時間減少期，加熱60 min后，氧化穩定時間分別比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，隨加熱溫度的增加核桃油的氧化穩定性增強，其中150 ℃加熱20、40和60 min時，核桃油的氧化穩定時間分別比加熱30 ℃時增加69.0%、38.9%、419.1%。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[18]和Vaidya等[19]的研究結果類似。

2.2 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和圖3所示。

圖2 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油的酸價

圖3 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油的過氧化值

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

從圖3可以看出，經過不同溫度的加熱后，核桃所榨毛油的過氧化值變化呈現不同規律，其中加熱30和90 ℃時，過氧化值隨加熱時間延長先增大后減??；60 ℃加熱時，過氧化值隨加熱時間延長持續增加；120 ℃加熱時，過氧化值隨加熱時間延長先減少又略微增加；150 ℃加熱時，過氧化值隨加熱時間延長先增加后減少而后又略微增加。當加熱溫度不高(30～90 ℃)時，加熱初期(20 min)過氧化值有所上升，且加熱溫度越低，過氧化值上升越快，其中30、60、90 ℃加熱20 min后，過氧化值分別上升了100.6%、40.0%、23.4%，這可能是因為在初期水分較高的情況下低溫加熱增加了核桃油氧化生成氫過氧化物的進程；在加熱中期(20～40 min)，核桃內部水分、溫度、抗氧化油脂伴隨物等因素交替影響核桃油氧化產物含量的變化，導致不同溫度下過氧化值的波動；加熱60 min后，核桃油過氧化值隨加熱溫度的升高呈現下降的趨勢(60 ℃除外)，其中加熱30、90、120、150 ℃后，過氧化值分別為0.130、0.100、0.086、0.066 g/100 g，分別比對照增加8.3%、減少16.7%、28.3%、45.0%。

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，因此本研究結果表明不同加熱條件下核桃內部水分、溫度、抗氧化油脂伴隨物等因素交替影響核桃油的氧化過程。

2.3 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規律如圖4所示。

圖4 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中含水量

從圖4可以看出，經過加熱核桃油中的水分均有下降趨勢，不同溫度加熱核桃油中水分的變化趨勢略有不同，加熱60 min時，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%?？梢娂訜峥娠@著降低核桃油中的含水量，且隨溫度升高下降更快。

2.4 加熱條件對核桃油中營養成分的影響

2.4.1 核桃油中VE含量的變化

核桃經過不同溫度加熱后測定其壓榨油中VE的含量，結果如圖6所示。

圖5 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中VE含量

從圖5可以看出，核桃經過不同溫度加熱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；隨加熱時間的延長，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]對核桃進行160 ℃，15 min加熱處理，在暗處60 ℃儲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，但在儲藏期間，前者的氧化誘導期明顯長于后者，這與本研究結果相似。

2.4.2 核桃油中β-谷甾醇含量的變化

核桃經過不同溫度加熱后測定其壓榨油中β-谷甾醇的含量，結果如圖6所示。

圖6 核桃經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，隨加熱時間的延長，核桃油中β-谷甾醇的含量在不同的加熱溫度下均呈現先減少后增加的趨勢，加熱20 min時，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加熱結束時超過了初始含量，5個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定的化學結構，但是，加熱可能破壞細胞壁和細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 核桃經不同溫度加熱后所榨核桃油中總酚含量

核桃經不同時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30、60、90、120、150 ℃加熱后壓榨核桃油中總酚含量呈現先增加后下降的趨勢，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定時間的變化規律相近。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，多酚含量的升高對提高加熱后核桃油氧化穩定性的可能性最大，具體機理有待進一步研究。

2.5 不同加熱條件美拉德反應的影響

美拉德反應的底物為氨基酸和糖類，其中最易在美拉德反應中損失的是賴氨酸[25]，選擇還原糖和賴氨酸含量的變化作為美拉德反應發生的指標物。圖8分別為核桃經不同時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，隨加熱時間的延長，高溫(90～150 ℃)加熱后的核桃餅粕中還原糖的含量呈現下降趨勢，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為發生了美拉德反應，還原糖含量升高可能是因為在美拉德反應過程中有一部分蔗糖分解成了還原糖[26]。

在美拉德反應過程中，游離氨基含量的變化在一定程度上反映了美拉德反應的進程，反應越徹底，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，隨加熱時間的延長，核桃餅粕中賴氨酸的含量程下降趨勢。這可能是因為高溫條件下游離氨基酸參與了美拉德反應導致含量下降。

表1 各參數隨氧化穩定時間變化的相關性

注：-表示負相關。

圖8 核桃經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定性原因探索

根據不同加熱條件下，核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、總酚、還原糖等含量與氧化穩定性變化規律推斷，水分、總酚以及美拉德反應產物是影響核桃油氧化穩定性主要因素，對其變化規律進行分析，結果列于表1。從表1可以看出，水分、過氧化值、VE和β-谷甾醇等的含量分別和核桃油的氧化穩定時間的變化呈現負相關；說明水分和過氧化值低的核桃油可能具有更強的氧化穩定性；總酚的含量和核桃油的氧化穩定時間變化呈現正相關，說明總酚是氧化穩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定時間程負相關，說明美拉德反應及其產物可能是影響油脂氧化穩定時間變化的另一個主要因素；酸價的變化比較復雜，當加熱時間相同時，隨加熱溫度的升高酸價和油脂氧化穩定時間的變化呈現負相關，加熱溫度相同時，隨加熱時間的延長核桃油的酸價和氧化穩定性的變化呈現正相關，原因有待進一步研究。在加熱的過程中，核桃內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，核桃油氧化穩定性提高的原因仍有待于進一步研究。

3 結論

對不同加熱條件處理后的核桃樣品進行壓榨制油，揭示了適當加熱提高核桃油氧化穩定性的規律，通過分析核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、總酚、油酸、還原糖等含量與氧化穩定性變化規律分析核桃油氧化穩定性的影響因素。研究結果表明在加熱前期(20 min)，氧化穩定時間上升最顯著，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)是氧化穩定時間緩慢變化期；在所考察的加熱溫度范圍內，隨加熱溫度的增加核桃油的氧化穩定性增強，其中150 ℃加熱20、40和60 min時，核桃油的氧化穩定時間分別比加熱30℃時增加69.0%、38.9%和419.1%；水分和過氧化值低的核桃油可能具有跟強的氧化穩定性，總酚是氧化穩定性變化的主要影響因素之一，美拉德反應及其產物可能是影響油脂氧化穩定時間變化的另一個主要因素。