加熱溫度對核桃油理化品質(zhì)的影響規(guī)律研究

羅 凡 費學(xué)謙 戚雨婷 王 超 胡立松

(中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所1，杭州 311400) (浙江農(nóng)林大學(xué)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(chǎn)量在板栗之后位居第二。2008年11月，國務(wù)院發(fā)布的《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要(2008—2020年)》中提出：合理利用山區(qū)資源，大力發(fā)展木本糧油產(chǎn)業(yè)，加快提高油茶、油橄欖、核桃、板栗等木本糧油品種的品質(zhì)和單產(chǎn)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(fā)展油茶、核桃等木本油料[4]，為核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展吹響了進軍號。據(jù)FAO統(tǒng)計，2013年我國核桃栽培總面積為42.5公頃，帶殼干果產(chǎn)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(fā)展階段，發(fā)展核桃加工業(yè)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(yù)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(zhì)、鉀、鈣、鎂、鋅、鐵等礦物質(zhì)、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(zhì)，有很好的營養(yǎng)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]。基于核桃的營養(yǎng)成分和經(jīng)濟價值，核桃油作為核桃加工的主要產(chǎn)品之一，其營養(yǎng)價值和加工工藝的研究日益受到關(guān)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(yǎng)成分流失、產(chǎn)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(nèi)部形態(tài)及營養(yǎng)成分起著關(guān)鍵作用[12]。前期有學(xué)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(guī)律做了研究[13]，王晗琦等[14]發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(yǎng)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(zhì)變化的規(guī)律，是核桃加工工藝的理論基礎(chǔ)和高品質(zhì)核桃油產(chǎn)品生產(chǎn)的基本保障。

本研究旨在探討溫度對核桃油氧化穩(wěn)定性、營養(yǎng)品質(zhì)及理化指標的影響規(guī)律，為研究核桃內(nèi)部水分、營養(yǎng)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(shù)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(chǎn)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(shè)備

DGG-9140電熱恒溫鼓風(fēng)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(yǎng)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(dǎo)時間根據(jù)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(fā)性成分采用氣質(zhì)聯(lián)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(shù)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(shù)時間1 s；清洗時間110 s；自動調(diào)零時間10 s；內(nèi)部流量和進樣流量300 mL/min。數(shù)據(jù)選取時間段55～58 s，每個處理重復(fù)測定2次。利用WinMuster軟件進行主成分分析(PCA)及區(qū)分度(DP)計算。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理和分析

各項指標重復(fù)測定3 次，運用Origin 8.0 和SPSS 12.0 進行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 核桃加熱前理化指標和營養(yǎng)成分

經(jīng)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(zhì)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(wěn)定時間最長(P<0.01)，所測定4個營養(yǎng)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(jié)果表明未經(jīng)加熱處理的核桃壓榨后所得核桃油不穩(wěn)定，不同品種核桃油中的VE、β-谷甾醇和角鯊烯等營養(yǎng)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(wěn)定性的影響

3個品種核桃分別經(jīng)過不同溫度加熱后測定其壓榨油的氧化穩(wěn)定時間，結(jié)果如圖1所示。

圖1 核桃經(jīng)不同溫度加熱后所榨核桃油的氧化穩(wěn)定時間

從圖1可以看出，3個品種的核桃經(jīng)過不同溫度的加熱后，其壓榨核桃油的氧化穩(wěn)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(wěn)定時間增加更為顯著；經(jīng)過150 ℃加熱后3個品種核桃油的氧化穩(wěn)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(jié)果表明適當加熱處理能明顯提高核桃油的氧化穩(wěn)定性，與Schlormann等[20]的研究結(jié)果類似。核桃加熱后其壓榨核桃油氧化穩(wěn)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(tài)改變、生成等(美拉德反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)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(jié)果如圖2所示。

圖2 核桃經(jīng)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(jīng)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(xiàn)不同的變化趨勢，但最終趨于穩(wěn)定。經(jīng)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(jīng)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(xiàn)隨加熱溫度升高呈現(xiàn)不同的變化規(guī)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(guī)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(tài)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(jié)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(jīng)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(jié)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(jié)果不同，本人認為原因可能和提油方式和核桃內(nèi)種皮有關(guān)，本實驗中帶外種皮加熱核桃，加熱后帶內(nèi)種皮液壓榨油，內(nèi)種皮中含有豐富的多酚和黃酮等抗氧化物質(zhì)[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(zhì)之一，往往通過加速甘三酯的水解影響油脂品質(zhì)。核桃經(jīng)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(jīng)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(zhì)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(xiàn)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(yǎng)成分的影響

2.5.1 核桃油中VE含量的變化

核桃經(jīng)過不同條件加熱后測定其壓榨油中VE的含量，結(jié)果如圖4所示。

圖4 核桃經(jīng)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(jīng)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(xiàn)下降的趨勢，這與Bada等[23]和Lee等[24]的研究結(jié)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(wěn)定性和生育酚含量變化，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)期明顯長于后者，與本實驗的研究結(jié)果相似。

2.5.2 核桃油中β-谷甾醇含量的變化

核桃經(jīng)不同條件加熱后測定壓榨油中β-谷甾醇的含量，結(jié)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(xiàn)先減少后增加的變化規(guī)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)在60、90、60 ℃左右，分別比對照降低了28.6%、32.9%、37.7%；但經(jīng)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(jié)合2.2中150 ℃溫度下加熱1 h后核桃油的氧化穩(wěn)定時間最長的結(jié)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(wěn)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(guī)律不同，氧化穩(wěn)定時間在考察的溫度范圍內(nèi)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(wěn)定時間的延長可能由其他抗氧化物質(zhì)的生成(如美拉德反應(yīng)產(chǎn)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(zhì)色譜測定揮發(fā)性成分

3個品種核桃經(jīng)過不同溫度加熱后所榨取核桃油中主要揮發(fā)性成分列于表3。從表3可以看出，核桃油中揮發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)傳感器響應(yīng)值進行主成分分析和區(qū)分度計算，結(jié)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(fēng)味PCA主成分分析結(jié)果

由圖7可以看出利用電子鼻能夠?qū)Σ煌颂矣偷恼w風(fēng)味進行有效判別效果。對測定傳感器的響應(yīng)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(qū)分度分別為0.678、0.789，后兩者的區(qū)分度為0.671，可見利用電子鼻能夠?qū)Σ煌颂矣蜆悠烽g的區(qū)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(jiān)控[27]。3個品種的區(qū)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(jié)果很接近原始信息。

表3 不同溫度加熱后核桃油中揮發(fā)性成分組成(%)

電子鼻傳感器對不同氣味的相應(yīng)靈敏度不同，對3個品種核桃經(jīng)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(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)不同品種經(jīng)過5個溫度的加熱后其氣味區(qū)分度良好，說明氣味成分發(fā)生了顯著變化，溫度間的區(qū)分度大部分接近1，說明樣品間的區(qū)分度越好，且香玲核桃加熱后其不同溫度間氣味區(qū)分度(0.985～1.000)比其他2個品種更好。

3 結(jié)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(yǎng)指標變化進行了分析研究。研究結(jié)果表明適當加熱處理能明顯提高核桃油的氧化穩(wěn)定性，其中經(jīng)過150 ℃加熱后3個品種核桃油的氧化穩(wěn)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(xiàn)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(yǎng)成分的變化呈現(xiàn)升高(總酚、β-谷甾醇)、下降(VE)、變化不明顯(角鯊烯)等不同規(guī)律：反應(yīng)了不同油脂伴隨營養(yǎng)物隨溫度升高的穩(wěn)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(wěn)定性的可能性最大，但不排除有美拉德反應(yīng)產(chǎn)物等的影響，具體機理有待進一步研究。

利用電子鼻能夠?qū)Σ煌颂矣偷恼w風(fēng)味進行有效判別效果，對測定傳感器的響應(yīng)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(qū)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。