榨油溫度對核桃餅粕的色澤、香氣、味道及基礎營養成分的影響研究

付超,白冰瑤,王輝,時春輝,楊陽,菅田田

(1 塔里木大學食品科學與工程學院,新疆 阿拉爾 843300)(2 南疆特色農產品深加工兵團重點實驗室,新疆 阿拉爾 843300)(3 塔里木大學化學化工學院,新疆 阿拉爾 843300)(4 塔里木大學分析測試中心,新疆 阿拉爾 843300)

熱榨核桃餅粕是核桃仁高溫榨油后的副產物,含有蛋白質、膳食纖維、維生素和礦物質等。榨油后的核桃餅粕常被用作動物飼料或燃料,而在食品領域中應用很少,造成很大的資源浪費[1]。若能在熱榨核桃餅粕的精深加工方面取得技術突破,將對熱榨核桃油工藝整體經濟效益的增加產生巨大的影響[2]。有研究表明,熱榨核桃餅粕中蛋白質高度變性,功能性變差,成分復雜,但溫度對榨油過程中成分的影響仍不清楚[3]。本研究擬在探索榨油溫度對熱榨核桃餅粕顏色、香氣、味道和營養等成分的影響,為提高熱榨核桃餅粕的利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用核桃為新疆阿克蘇地區溫宿縣種植的‘溫185’紙皮核桃(J.regia‘Wen185’)。

硫酸銅(天津市鑫鉑特化工有限公司),石油醚(天津市致遠化學試劑有限公司),95%乙醇(天津市永大化學試劑有限公司),硫酸(四川西隴化工有限公司),硼酸(天津致遠化學試劑有限公司),硫酸鉀(天津市鑫鉑特化工有限公司),氫氧化鈉(天津致遠化學試劑有限公司),甲基紅(上海山浦化工有限公司),溴甲酚綠(天津市化學試劑研究所),乙酸鋅(天津市鑫鉑特化工有限公司),六氰合鐵酸鉀(天津市鑫鉑特化工有限公司),草酸(天津市永大化學試劑有限公司),甲醇(國藥集團化學試劑有限公司)。

1.2 試驗儀器

電熱鼓風干燥箱(GZX-9240 MBE,上海博迅實業有限公司醫療設備廠),電子天平(LE203E,梅特勒-托利多儀器上海有限公司),箱式電阻爐(SX-4-107,北京市永光明醫療儀器有限公司),全自動凱氏定氮儀(K1100,濟南海能儀器股份有限公司),石墨消解儀(SH220 N,山東海能科學儀器有限公司),全二維氣相色譜三重四級桿質譜聯用儀(7890B-7000 D,美國安捷倫科技有限公司),紫外可見分光光度計(J6,上海菁華科技儀器有限公司),高速冷凍離心機(TGL-20bR,上海安亭科學儀器廠),水浴氮吹儀(JOYN-DCY-24Y,上海喬躍電子科技有限公司),高效液相色譜儀(Water 2695,江蘇艾康生物醫藥研發有限公司),色彩色差計(CR-400,柯尼卡美能達投資有限公司),調溫電熱套(KDM,山東鄄城賽科儀器設備廠),榨油機(X5S,東莞香聚智能有限公司),固相萃取頭(85 μm PA,上海安譜實驗科技股份有限公司),超聲波清洗機(JP-060 S,深圳市潔盟清洗設備有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 核桃餅粕出油率測定

由于預試驗中榨油溫度超過160 ℃核桃餅粕易被燒糊,且低于40 ℃榨油溫度易受到室溫波動影響,所以本試驗的榨油溫度范圍選定為40～160 ℃。為簡化贅述,將榨油溫度分為5組,40 ℃榨取的核桃餅粕樣品設為A、70 ℃榨取的核桃餅粕樣品設為B、100 ℃榨取的核桃餅粕樣品設為C,130 ℃榨取的核桃餅粕設樣品為D,160 ℃榨取的核桃餅粕樣品設為E。

將帶種皮的核桃仁均分成25組,每組60 g,置于電熱鼓風干燥箱中35 ℃烘干12 h,使用螺旋榨油機在5種溫度下榨取核桃餅粕,每種溫度重復榨油5次。將榨油后的核桃油進行稱重,并通過公式計算出油率,5次試驗取平均值,出油率計算式如下:

(1)

式(1)中,核桃油質量和核桃質量,g。

1.3.2 核桃餅粕色澤測定

將出油率測定中剩下的25組核桃餅粕用載玻片壓碎,將碎片放在色彩色差計中測定餅粕的L*(明暗度)、a*(紅綠值)、b*(黃綠值),同一榨油溫度下的5組試驗取平均值,并記錄結果。

使用張巧等[4]研究中的吸光度法測核桃餅粕的褐變度。將5種溫度下榨取的核桃餅粕各取5 g,分別放在5個研缽中研磨,各倒入75 mL的蒸餾水攪拌均勻,裝入離心管于離心機中4 000 r/min離心20 min,取上清液2 mL裝入試管并加入2 mL體積分數為95%的乙醇搖勻,將混合液裝入玻璃比色皿,根據文獻調研,褐色物質在波長420 nm處有較好的吸光度,所以使用分光光度計在420 nm處讀取吸光度,做5次重復試驗取平均值,并記錄結果。

1.3.3 核桃餅粕香氣成分測定

香氣成分測定參照徐效圣等[5]的研究方法。樣品處理:取5種溫度下榨取的核桃餅粕各15 g,分別放入5個研缽中,加入蒸餾水,研磨后過濾,取溶液備用。采用氣相色譜柱為VF-WAXms的氣質聯用儀(GC-MS)分析香氣成分。前處理方法:使用固相微萃取法,將萃取頭在250 ℃下老化40 min,并將樣品瓶于40 ℃水浴鍋加熱10 min,然后將萃取頭插入樣品瓶在40 ℃萃取40 min后進樣,解析3 min。色譜條件:進樣口溫度250 ℃,不分流進樣,0.75 min后打開分流20 mL/min。程序升溫:45 ℃保持1 min,然后以10 ℃/min的速率升至100 ℃,不保留,再以5 ℃/min的速率升至230 ℃,保留10 min。質譜條件:溶劑延遲2 min,離子源溫度 230 ℃,傳輸線溫度240 ℃。通過氣質聯用儀控制軟件(Chromeleon 7)使用NIST譜庫檢索匹配所測物質種類,使用歸一化法分析每種物質的含量占比。重復測定3次取平均值,并記錄結果。

1.3.4 核桃餅粕呈味物質測定

氨基酸含量的測定參照李世亮等[6]水解氨基酸測定法。取40 ℃、100 ℃和160 ℃的核桃餅粕樣品各0.1 g,分別移入3支水解管內,并向水解管中分別加入10 mL的6 mol/L鹽酸,蓋子輕扣在水解管上,放入冰箱冷凍5 min后取出,再使用水浴氮吹儀連接出氮氣的氣管從上往下螺旋向管內充入高純度的氮氣,2 min后,快速擰緊瓶蓋,將烘箱溫度調至110 ℃,將水解管放入烘箱中,水解23 h后,取出冷卻,打開水解管,將3個樣品過濾至25 mL容量瓶內,用去離子水少量多次沖洗水解管,將水解液全部移入容量瓶內,再抽取2 mL的濾液至水解管中,利用水浴氮吹儀往管內充入氮氣,直至水解管內液體緊貼水解管底部(勿吹干),取出后用0.01 mol/L的鹽酸定容至5 mL的容量瓶內,過針式濾頭。取過濾液20 μL、硼酸緩沖液70 μL和10 μL衍生劑在混合器上充分混勻,于55 ℃的烘箱中烘干10 min,準備檢測。并根據公式計算氨基酸占比。重復測定3次取平均值,并記錄結果。氨基酸含量計算式如下:

(2)

式(2)中,w:氨基酸含量,%;C:從標準曲線中得到樣品試樣溶劑中被測組分濃度,μg/mL;m:樣品質量,g;f為稀釋因子,值為25;106為換算系數;25為定容體積,mL。

5-羥甲基糠醛測定參考吳榕等[7]的研究方法。樣品處理:分別稱取40 ℃、100 ℃和160 ℃處理后的核桃餅粕0.5 g,放入3個研缽中研磨均勻,然后分別轉移至3個100 mL錐形瓶中,每個錐形瓶中加入50 mL蒸餾水常溫超聲20 min,再以10 000 r/min離心5 min后吸取10 mL上清液,依次加入5 mL草酸溶液、3 mL六氰合鐵酸鉀溶液、3 mL乙酸鋅溶液振蕩混勻并靜置10 min,用甲醇定容至50 mL混勻后10 000 r/min離心5 min,過0.45 μm濾膜待測。標準品制備:稱取0.02 g 5-羥甲基糠醛,加入10 mL甲醇溶解后,用水定容至100 mL,得到0.2 mg/mL 5-羥甲基糠醛對照品溶液,并用水稀釋成0.02 μg/mL、0.04 μg/mL、0.10 μg/mL、0.20 μg/mL、0.50 μg/mL、1.00 μg/mL、1.50 μg/mL和2.00 μg/mL標準溶液。色譜條件:色譜柱Kormasil-C18;柱溫30 ℃;流速0.1 mL/min;流動相為甲醇-水(體積比15∶85);檢測波長280 nm。并計算5-羥甲基糠醛含量。重復測定3次取平均值,并記錄結果。5-羥甲基糠醛含量計算式如下:

(3)

式(3)中,X5:樣品中5-羥甲基糠醛含量,mg/kg;A1:樣品中5-羥甲基糠醛峰面積;AS:標準品中5-羥甲基糠醛峰面積;CS:標準品5-羥甲基糠醛濃度,μg/mL;V:樣品最后定容體積,mL;m:樣品取樣量,g。

1.3.5 核桃餅粕基礎營養成分測定

含水量測定,參照GB/T 5009.3—2016[8],直接干燥法測定?；曳趾繙y定,參照GB/T 5009.4—2016[9],灼燒法測定。脂肪含量測定,參照GB/T 5009.6—2016[10],酸水解法測定。蛋白質含量測定,參照GB/T 5009.5—2016[11],凱氏定氮法測定。每個成分重復測定3次取平均值,并記錄結果。

1.3.6 核桃餅粕數據分析

使用SPSS 24軟件中的ANOVA-Duncan法對色澤、香氣、氨基酸含量數據進行顯著性分析。使用Origin 2016軟件畫圖。

2 結果與分析

2.1 核桃餅粕出油率分析

榨油溫度(40 ℃、70 ℃、100 ℃、130 ℃、160 ℃)對核桃出油率的影響如圖1所示。不同榨油溫度下核桃出油率在32.51%～65.28%,隨著溫度升高,出油率也逐漸升高,當溫度達到100 ℃時出油率為59.85%,繼續升溫,出油率上升緩慢,考慮到經濟效益,生產中熱榨溫度通常設置在100～130 ℃。此外,根據文獻調研可知,核桃最適冷榨溫度為43.43～53.23 ℃,可將40 ℃榨油近似看成冷榨[12]。

圖1 榨油溫度對核桃出油率的影響

2.2 核桃餅粕色澤分析

榨油溫度對核桃餅粕色澤的影響如表1所示。L*值越大表示所測樣品的表面越亮,反之越暗;a*值(紅綠值)正值為紅色,負值為綠色,它的絕對值越大表示紅色或綠色越深;b*值(黃藍值)正值為黃色,負值為藍色,其絕對值越大表示黃色或藍色越深。隨著溫度的升高,核桃餅粕的L*逐漸下降,從81.57降低至62.51,表明核桃餅粕表面越來越暗;a*值逐漸上升,表明核桃餅粕紅色逐漸加深;b*值逐漸下降,表明核桃餅粕黃色逐漸變淺。核桃餅粕的總體顏色隨著溫度的上升由黃色逐漸向棕褐色轉變。

表1 榨油溫度對核桃餅粕色澤的影響

榨油溫度對核桃餅粕褐變度的影響如圖2所示,吸光度值能反應核桃餅粕的褐變度,數值越低說明褐變度越高,隨著榨油溫度的升高核桃餅粕OD值呈下降趨勢,40 ℃核桃餅粕OD值為0.121,160 ℃核桃餅粕吸光度為0.094,褐變程度增加。熱榨核桃餅粕褐變度比冷榨核桃餅粕更高,該現象可能與高溫高壓下核桃餅粕內發生美拉德反應產生褐變或有機物碳化導致深色物質累積有關。

圖2 榨油溫度對核桃餅粕褐變度的影響

2.3 核桃餅粕香氣成分分析

榨油溫度對核桃餅粕主要香氣成分含量的影響如表2所示。使用氣質聯用色譜儀從核桃餅粕中檢出15種主要香氣化合物,以醛類、醇類為主。隨著溫度的上升各香氣成分含量均逐漸升高,熱榨核桃餅粕的香氣含量比冷榨核桃餅粕多。當溫度達到160 ℃時,正己醇含量占總香氣物質的14.102%,是含量最多的香氣成分,此時核桃餅粕的果香和蠟香味變強。壬醛是含量排第二的化合物,隨著溫度的上升,其含量由4.236%升至7.044%,此時餅粕的玫瑰和柑橘香氣逐漸提高;庚醛是排第三的化合物,隨著溫度的上升,其含量由4.241%升至7.038%,此時餅粕的不愉快油脂氣味增強;異戊醇是含量排第四的化合物,隨著溫度的上升,其含量由4.171%升至6.112%,餅粕的辛辣味增強。苯甲醛是含量排第五的化合物,其含量隨著溫度的上升變化不明顯,160 ℃時香氣成分含量僅為2.634%,其具有苦杏仁味。其余香氣化合物含量均低于1.00%,對核桃餅粕氣味影響不大。以上幾種香氣成分較多的原因可能是其在核桃餅粕中含量較高,且這幾類物質分子量相對較小,受到高溫后更易揮發到空氣中。

表2 榨油溫度對核桃餅粕主要香氣化合物含量的影響 %

2.4 核桃餅粕呈味物質分析

核桃餅粕中水解氨基酸含量如表3所示。氨基酸含量變化隨榨油溫度增減不一,其含量的增加可能與肽鏈的熱分解有關,含量的減少可能與美拉德反應消耗有關[13-14]。本實驗中所測核桃餅粕的必需氨基酸與非必需氨基酸之比在0.30～0.33之間,低于聯合國農糧組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)提出的必需氨基酸模式標準的0.6[15]。此外,必需氨基酸占總氨基酸在23.40%～25.13%之間,低于WHO和FAO規定的40%,表明熱榨核桃氨基酸營養供給水平有限[16]。

表3 核桃餅粕水解氨基酸量 %

核桃餅粕中氨基酸種類豐富,具有特殊醫療保健功效的9種氨基酸:天門冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、蛋氨酸(Met)、亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)占核桃餅粕中水解氨基酸總含量的75.43%～78.26%[17]。此外,3種具有參與肌肉合成、促進激素產生、增強運動耐力、修復肌肉疲勞、提高肝功能、保護心肌等功效的纈氨酸(Val)、亮氨酸(Lev)和異亮氨酸(Ile)占核桃餅粕中水解氨基酸總含量的12.21%～12.83%[18-19]。

風味氨基酸分為鮮味氨基酸:天冬氨酸(Asn);甜味氨基酸:絲氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、蘇氨酸(Thr)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro);苦味氨基酸:組氨酸(His)、酪氨酸(Tyr)、纈氨酸(Val)、異亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys)和咸味氨基酸:甲硫氨酸(Met)、半胱氨酸(Cys)[20]。核桃餅粕中檢測出的風味水解氨基酸占水解氨基酸總量的比例如表4所示,隨著溫度的上升,鮮味氨基酸含量先下降后上升,甜味和咸味氨基酸先上升后下降,苦味氨基酸含量逐漸降低。無論是熱榨還是冷榨核桃餅粕中苦味氨基酸占比都較高(均在19%以上)且苦味的閾值較低,所以核桃餅粕的味道總體呈現出苦味。

表4 核桃餅粕中風味氨基酸占比 %

核桃在榨油過程中發生美拉德反應導致褐變,其中間產物5-羥甲基糠醛是具有苦味的呋喃化合物[21]。研究5-羥甲基糠醛的含量有利于了解核桃餅粕中苦味的變化情況。不同溫度下榨油核桃餅粕中5-羥甲基糠醛含量如表5所示。經檢測僅在70 ℃和160 ℃核桃餅粕中可以檢測出5-羥甲基糠醛,含量分別為0.76 mg/kg和1.45 mg/kg。5-羥甲基糠醛含量隨溫度升高而增加,進一步加重了核桃餅粕的苦味,熱榨核桃餅粕相對冷榨核桃餅粕苦味更強。根據文獻調研可知,5-羥甲基糠醛具有致癌作用,每天攝入30 mg以下 5-羥甲基糠醛,不會對人體健康造成危害[22]。但核桃餅粕中的5-羥甲基糠醛含量很低,每天食用超過1.5 kg核桃餅粕才可能對人體健康產生危害。

表5 不同榨油溫度下核桃餅粕中5-羥甲基糠醛含量

2.5 核桃餅粕基礎營養成分分析

核桃餅粕中水分、灰分、粗脂肪和粗蛋白含量如表6所示。隨著榨油溫度升高,核桃餅粕中水分含量逐漸降低,熱榨核桃餅粕水分含量低于冷榨核桃餅粕,該現象可能與高溫高壓下榨油核桃餅粕失水有關,溫度越高餅粕失去水越多,其含水量越低。為避免環境濕度影響核桃原料含水量而引入試驗誤差,榨油前會對核桃進行低溫烘干處理,再加上高溫高壓下核桃中的水分會被擠出,所以餅粕含水量一般不高,其含水量均在7.20 g/100 g以下,不易發生霉變。核桃餅粕中灰分含量隨著榨油溫度的升高逐漸提高,熱榨核桃餅粕灰分含量高于冷榨核桃餅粕,該現象可能與高溫高壓下餅粕失水失油后單位體積內固形物含量提高有關,固形物含量增多導致其單位體積內包含更多金屬離子,從而灰分含量提高。核桃餅粕中粗脂肪含量隨著榨油溫度的升高逐漸降低,熱榨核桃餅粕粗脂肪含量低于冷榨核桃餅粕,該現象可能與榨油溫度越高餅粕出油率越高有關,出油率越高從而餅粕中含油量減少,其粗脂肪含量也相應減少。核桃餅粕中粗蛋白含量隨著榨油溫度的升高逐漸升高,熱榨核桃餅粕粗蛋白含量高于冷榨核桃餅粕,該現象可能與餅粕高溫高壓失水失油后,單位體積內固形物含量提高有關(密度變大),從而使單位體積的餅粕包含更多粗蛋白,其粗蛋白含量提高。

表6 不同榨油溫度下核桃餅粕中水分、灰分、粗脂肪、粗蛋白含量 g/100 g

3 討論

榨油過程中發生美拉德反應導致核桃餅粕褐變,其中間產物5-羥甲基糠醛的積累與褐變速度密切相關[13]。本試驗中5-羥甲基糠醛含量較低且并未在所有溫度下測得,可能的原因:核桃餅粕中能與氨基化合物(氨基酸和蛋白質)發生美拉德反應的羰基化合物(還原糖類)含量較少,導致美拉德反應在熱榨的過程中發生較少。此外,螺旋榨油機榨油時間較短,美拉德反應在短時間內反應不充分。美拉德反應底物較少且反應不充分,導致該反應的中間產物(5-羥甲基糠醛)含量較低或無。

榨油過程中核桃餅粕顏色、香氣、味道及基礎營養成分的變化除了與美拉德反應有關還可能與其他因素有關,如核桃餅粕顏色的變化可能還與高溫高壓下核桃餅粕中有機物碳化有關。香氣的變化可能與高溫導致油脂揮發有關。氨基酸含量的變化可能與肽鏈的熱解有關?；A營養成分的變化可能與高溫高壓下單位體積固形物含量變化有關?！疁?85’紙皮核桃餅粕中粗蛋白含量約占核桃餅粕的46.17%～70.21%,與國內其他地區產的核桃餅粕相比粗蛋白含量相對較高[23]。熱榨核桃餅粕(100～130 ℃)中粗蛋白含量約65%,優于芝麻餅粕粗蛋白含量為48.2%,菜籽餅粕粗蛋白含量為41.08%,豆餅粕粗蛋白含量為44.13%,棉籽餅粕粗蛋白含量為45.60%,說明熱榨核桃餅粕有較好的蛋白開發潛力[24-25]。

熱榨核桃餅粕相對冷榨核桃餅粕,顏色更深,香氣更濃,味道更苦,若直接用于開發食品并不合適,但其粗蛋白含量較高,且氨基酸種類豐富,可用作制作高蛋白食品的原料,也可以作為微生物發酵的原料。此外,還可以通過一些酶解或化學改性技術對蛋白進行處理制作功能性食品原料,如通過酶解的方法研究制備具有良好抗氧化活性的核桃多肽和功能性蛋白液,添加磷酸化試劑使核桃蛋白磷酸化提高蛋白的溶解性和乳化性等。此外,由于其含有豐富的蛋白質和氨基酸(氨基化合物)還可作為美拉德反應的原料與其他羰基化合物發生反應,為油脂增香或制作特殊風味的調味品。

4 結論

本實驗研究榨油溫度對核桃餅粕的色澤、香氣、味道及基礎營養成分的影響,溫度升高,會導致核桃餅粕表面由黃色轉變為棕褐色;15種主要香氣成分含量均提高;餅粕的鮮味氨基酸含量呈先下降后上升趨勢,甜味和咸味氨基酸含量均呈先上升后下降趨勢,苦味氨基酸略有下降;僅在70 ℃和160 ℃熱榨餅粕中檢測出少量呈苦味的5-羥甲基糠醛,分別為0.016 ug/mL和0.023 ug/mL,較少的5-羧甲基糠醛可能意味著美拉德反應在榨油過程中發生的較少。隨著榨油溫度由40 ℃升至160 ℃,每100 g核桃餅粕中水分含量由7.190 g降至6.810 g,灰分含量由4.170 g升至4.310 g,粗脂肪含量由6.450 g降至5.380 g,粗蛋白含量由46.174 g升至70.205 g。熱榨核桃餅粕中苦味氨基酸高達19%以上,且含有少量5-羧甲基糠醛導致其整體呈現出苦味,但餅粕中粗蛋白質含量較高且氨基酸種類豐富,是開發高蛋白食品、微生物發酵、制備功能性食品和參與美拉德反應的較好原料。