微波和紅外處理對油茶仁油組成和穩定性影響規律

羅 凡 王龍祥, 郭少海 姚小華 鐘海雁

(中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所1，杭州 311400) (中南林業科技大學林學院2，長沙 410004)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)是世界四大木本油料樹種之一[1]，也是我國重要的木本食用油料[2]。油茶仁中含有40%～60%脂肪，8%～9%蛋白質，22%～25%糖類，25%～30%粗纖維和2.3%～2.6%灰分。油茶籽油是油茶籽在成熟過程中由糖轉化而成的一種復雜的混合物，是油茶籽中的主要化學成分，其組成中除含有95%以上的脂肪酸甘油三酯外，還含有極少成分復雜的脂溶性或脂不溶性非甘油三酯成分[3]，前者包括甘油二酯、甘油一酯、游離脂肪酸、色素、甾醇、脂溶性維生素，后者包括水、固體雜質、蛋白質和和膠體物質等。

壓榨油茶籽油的制取方法是：油茶果采收后經過晾曬[4]，脫蒲，干燥，榨前處理，壓榨等工藝獲得壓榨毛油，毛油經過適當精煉得到成品油茶籽油[5]。其中油茶籽干燥的主要目的是降低水分便于貯藏，運輸，壓榨等后續工藝，干燥處理溫度一般在40-100 ℃左右，處理方式包括紅外，熱風[6，7]，微波[8，9]，熱風-微波耦合[10，11]等。榨前處理的作用主要是進一步調節水分、破壞茶籽內部細胞結構，提高油脂及部分微量營養成分的溶出、提供香味成分(美拉德反應產物)等。榨前處理溫度與處理方式和產品的工藝要求有關，一般在90～150 ℃，甚至更高，傳統處理方式包括微波、焙炒、烘烤和濕蒸等[12]，新方法包括輻照[13]，蒸汽爆破[14]等。壓榨溫度由壓榨設備決定，液壓榨油[15]溫度在40 ℃左右，雙螺桿榨機的榨膛溫度在80～100 ℃，單螺桿榨機榨堂溫度可達120 ℃。在干燥、榨前處理和壓榨過程中，溫度不可避免地會對油茶籽的內部形態及油茶籽油的風味品質產生重要影響。適度熱處理提高油脂的抗氧化能力和氧化穩定性的現象近年來引起學者的廣泛興趣[16-18]。由于熱處理方式的多樣性、茶籽中活性成分的豐富性以及熱處理條件下反應體系的復雜性，使得油脂氧化穩定性和抗氧化能力受熱提高的機理仍不明確。

為了探討熱處理提高油脂抗氧化能力的原因，先要了解受熱后油茶內成分組成的變化規律，摸清活性成分是茶籽本身還是反應生成的[19]。凝膠滲透色譜法(GPC)是基于分子在溶液中的相對尺寸差異分離聚合物樣品分子，洗脫的樣品色譜峰反映了樣品的相對分子質量分布趨勢。色譜峰的強度與對應的出峰時間范圍表示聚合物不同相對分子質量的相對含量，可用來計算聚合物試樣的平均相對分子質量參數及聚合物的分散指數(PDI=Mw/Mn)。由于GPC既可在較短時間內測定各種平均相對分子質量分布參數，又可提供試樣的相對分子質量分布曲線色譜圖做定性對比，因而成為一種被廣泛認可且有效的聚合物表征方法[20]。

本研究主要討論紅外，微波兩種加熱條件對油茶籽水分，含油率，以及油茶籽油營養成分，氧化穩定性等內部理化的變化，采用GPC研究熱處理后茶油中活性物質的組成及其對油脂氧化穩定性的影響，為進一步闡明熱處理油茶籽提高油脂氧化穩定性的作用機理提供理論依據，為油茶籽油加工工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

油茶籽樣品于2018年12月底采自浙江康能食品有限公司油茶基地，在原料清理時除去未成熟粒、破損粒和霉變粒，油茶仁含水率為8.81%，含油率為37.14%。

1.2 儀器與設備

微波爐，烤箱，自動液壓榨油機，Waters 1525/2414型凝膠滲透色譜儀，液相-質譜測定儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 加熱條件及制油

分別稱取一定量油茶籽，平鋪于托盤中，在一定溫度條件下加熱不同時間，然后自然冷卻至室溫。茶籽剝殼測定仁的含水率和含油率后液壓榨油，油樣冷藏備用。表1所示為兩種加熱方式的不同加熱條件。

表1 實驗所用加熱方式及條件

1.3.2 油茶仁理化指標測定

油茶仁的水分測定參考GB 5009.3—2010方法，含油率測定參考GB 5009.6—2016方法。

1.3.3 油茶籽油理化指標測定

油茶籽油的含水率測定參考GB 5009.236—2016，油茶籽油的氧化誘導時間根據GB/T 21121—2007方法測定。

1.3.4 油茶籽油分子質量的測定

分子質量與組成測定采用凝膠滲透色譜儀，分子質量范圍：162～1 000 000，測量溫度：室溫～50 ℃，操作系統：Empower 軟件，標樣：聚苯乙烯。

1.3.5 油茶籽油全掃描質譜測定

取100 μL樣本于1.5 mL離心管中，加300 μL甲醇，內標(2.8 mg/mL二氯苯丙氨酸)，10 μL，渦旋30 s混勻；于-20 ℃靜置1h；于4 ℃，12 000 r/min下離心15min；移取200 μL上清，轉入進樣小瓶中待檢。色譜柱：Hyper gold，C18(100 mm×2.1 mm，1.9 μm)，柱溫40 ℃；流速0.35 mL/min；流動相組成A：水+5%乙腈+0.1%甲酸，B：乙腈+0.1%甲酸；進樣量為10 μL，自動進樣器溫度4 ℃。

質譜檢測參數：正模式：加熱器溫度300 ℃；鞘氣流速：45 arb；輔助氣流速：15 arb；尾氣流速：1 arb；電噴霧電壓：3.0 kV；毛細管溫度：350 ℃；S-LensRF Level，30%。負模式：加熱器溫度300 ℃；鞘氣流速：45 arb；輔助氣流速：15 arb；尾氣流速：1arb；電噴霧電壓：3.2 kV；毛細管溫度：350 ℃；S-LensRF Level，60%。掃描模式：一級全掃描(FullScan, m/z 70～1 050)與數據依賴性二級質譜掃描(dd-MS2, TopN=10)；分辨率：70 000(一級質譜)&17 500(二級質譜)。碰撞模式：高能量碰撞解離(HCD)。

1.3.6 數據處理

各項指標重復測定3次，采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進行數據處理和分析，采用Origin 8.0進行數據繪圖。

2 結果與討論

2.1 油茶籽仁理化指標的變化

2.1.1 油茶仁水分的變化

圖1 不同方式加熱后油茶仁水分變化

從圖1可以看出，經過微波和紅外加熱后，油茶仁中的水分都明顯下降，且隨加熱時間的延長和加熱強度的增加水分下降更加顯著。700 W微波處理后在初始的10 min內油茶仁中水分下降最快，下降了58.0%，隨后水分下降速度減慢，加熱結束時，4種功率處理后水分分別比初始下降了53.15%、68.85%、79.05%、87.63%；紅外處理的油茶籽在前30 min水分下降最快，6個溫度處理下分別比初始下降了19.30%、15.67%、17.21%、21.38%、23.01%、32.24%，之后隨加熱時間延長水分下降速率減緩，到120 min加熱結束時，水分分別比加熱前下降了45.24%、47.69%、64.98%、58.81%、62.05%、85.98%。從水分降低的速率來看，微波加熱功率由小到大分別為14.05%、18.20%、20.89%、23.16%，紅外加熱溫度由小到大分別為1.14%、1.41%、2.11%、1.65%、1.72%、2.37%，前者熱效率明顯高于后者，由于物料的入榨水分并不是越低越好，因此部分工藝在榨前需要進行水分調節。

2.1.2 油茶仁含油率的變化

經過不同條件加熱后油茶仁含油率的變化如圖2所示。

圖2 不同方式加熱后油茶仁含油率變化

從圖2可以看出，經過加熱，部分油茶仁中測到的含油率提高，比如微波245 W和700 W加熱10和20 min時，含油率分別最高比初始提高了11.25%和5.58%，90～140 ℃不同溫度紅外加熱后油茶籽仁中含油率分別最高上升了2.50%(加熱90 min)，4.89%(加熱30 min)，6.16%(加熱90 min)，9.45%(加熱60 min)，0.76%(加熱60 min)和3.22%(加熱30 min)。類似的現象在其他研究中也有報告，比如Jau-Tien Lin等[21]發現烘烤后杏仁樣品的出油率顯著高于未烘烤樣品，且烘烤時間越長，杏仁出油率越高；Fahad等[22]也發現對照組4種杏仁的油質量分數為53.47%和56.44%，而720 W烘烤后的杏仁含油率提高到56.18%～58.17%。這種現象可能是由于含水率降低，或者因為熱處理使種子中的油細胞分解，蛋白質凝固，水分調節至最佳提取值，油粘度降低等，使油容易流動[23]。從含油率增加的效率比較，兩種加熱方式微波略高于紅外，這與水分含量變化的結論相似。

2.2 油茶仁油理化指標的測定

2.2.1 油茶仁油水分的變化

經過不同條件加熱后油茶仁壓榨毛油中水分變化如圖3所示。

從圖3可以看出，短時加熱后油茶仁油中的水分呈下降趨勢，后下降趨勢趨于緩慢，至加熱結束前水分又有部分上升。245、420、560、700 W微波下加熱5 min后油茶仁油中的水分分別比初始下降了6.88%、20.00%、22.85%、40.00%，下降速率分別為每小時0.12%、0.36%、0.41%、0.72%，加熱15 min后，560、700 W微波處理后的油茶仁油水分略有上升，至20 min加熱結束4種功率的微波處理后油茶仁油水分差別不大，分別為0.11%、0.10%、0.14%、0.12%；紅外加熱后油茶仁油中水分的變化規律與微波處理相似，加熱初期的30 min內水分下降速度最快，分別比初始下降了26.67%、30.18%、22.16%、40.00%，21.66%、20.66%，下降速率分別為每小時0.08%、0.09%、0.07%、0.12%、0.06%、0.06%，加熱60～90 min，110～140 ℃處理后的油茶籽油水分略有上升，至120 min加熱結束6種溫度處理后油茶籽油水分分別為0.11%、0.10%、0.14%、0.15%、0.14%、0.16%。加熱后期水分略有上升的現象在其他學者的研究中也有發生[24]，可能是加熱后期茶籽中的結合水釋放，也可能是其他物質熱分解釋放了部分水分，具體原因有待進一步研究。

圖3 不同方式加熱后油茶仁油水分的變化

2.2.2 油茶仁油氧化穩定時間的變化

經過微波加熱后油茶仁壓榨毛油氧化誘導時間的變化如圖4所示。

4.制定資金計劃管理制度。成立收入資金管理機制，保障資金收入的安全性，保證資金能夠完整的收入企業銀行賬戶。成立支出資金管理機制，保障資金在支出時能夠按照嚴格的規定、合法的支出，建立企業賬戶管理制度，對賬戶的開戶和運用進行嚴格的規定，并及時解決出現的問題，構建資金支出管理制度，包括大額資金的運作方式，按照明文規定合理安排資金的支出情況，降低資金支出風險。

從圖4可以看出，油茶仁油的初始氧化穩定性為8.59 h，油茶籽經過微波加熱后油茶仁油的氧化穩定時間基本是隨處理時間的延長而逐漸延長的，到加熱20 min時，245、420、560、700 W處理后的氧化穩定時間分別達到10.76、12.74、20.58、18.13 h，比初始提高了25.2%、48.2%，、139.5%、111.0%，

圖4 微波和紅外加熱后油茶仁油氧化穩定時間的變化

可能是由于微波破壞了細胞壁，增加了多酚等抗氧化活性物質的溶出。處理10 min之前700 W比另外3個功率處理的氧化穩定時間長，例如10 min時，700 W處理后的油茶籽，其壓榨油茶仁油的氧化穩定時間分別比245、420、560 W處理高8.1%、7.4%、6.7%，但是10 min后700 W處理后的油茶籽壓榨的油茶仁油的氧化穩定時間升高逐漸低于560 W微波功率，可能是由于強微波條件破壞了部分熱不穩抗氧化物質，降低了其抗氧化能力。

經過紅外加熱的油茶籽，其油茶仁油的氧化穩定時間變化呈現三種不同的規律：經過90～100 ℃紅外處理的油茶籽，油茶仁油的氧化穩定時間隨紅外處理時間的延長呈現先增加后降低的過程，拐點在加熱30 min后；經過110～120 ℃紅外處理的油茶籽，仁油的氧化穩定時間隨微波處理時間的延長經歷了先上升后下降又上升的3個階段；經過130～140 ℃紅外處理的油茶籽，仁油的氧化穩定時間隨微波處理時間的延長逐漸上升的規律。加熱120 min結束時，油茶仁油的氧化穩定時間和加熱溫度正相關，相關系數為0.776 1。

2.2.3 油茶仁油分子組成的變化

經過不同條件加熱后油茶仁壓榨毛油中分子組成的變化如圖5所示。

圖5 加熱后油茶仁油中分子組成的變化

由于GPC所測油樣的結構和標樣PS有差距，因此測定結果僅用于比較加熱前后分子質量的變化。分別選擇了處理功率最小和最大以及處理溫度最低和最高的兩個條件進行了GPC測定。從圖5可以看出，經過不同方式加熱后油茶仁油的分子質量都有上升趨勢，比較實驗中微波最低(245 W)和最高功率(700 W)處理后油茶仁油分子質量的變化趨勢發現，高功率微波處理后油茶仁油的分子質量上升更快，低功率處理后的油茶仁油分子質量在加熱5 min前有略微下降，后持續上升。兩種功率處理下，油茶仁油中分子的分布趨勢隨加熱時間的延長越來越窄，可能源于一些小分子的分解釋放，但到700 W加熱15 min之后，分子質量分布越來越分散，可能是因為美拉德反應后產生了大量新物質；采用90～140 ℃紅外加熱60 min內油茶籽油的分子質量顯著上升，溫度間差異不明顯，之后加熱溫度高的分子質量上升，溫度低的略微下降。分子質量的升高可能是高溫下發生了分子的聚合反應，經過90、140 ℃加熱后油茶籽油中分子質量的分布基本具有越來越集中的趨勢，但是90 ℃處理60 min內有一次降低又升高的過程，140 ℃處理90 min后分子質量分別有相對分散的趨勢，可能與高溫下的美拉德反應有關。

2.2.4 油茶籽油中物質組成的變化-負模式

經過不同條件加熱后采用液相色譜-質譜負模式全掃描模式檢測油茶仁壓榨毛油中成分的變化。結果發現，油茶仁油中含有酸、酮、酯等多種成分，其中濃度大于0.01 mg/mL的有28個，包括脂肪酸及其共軛物有13個，亞油酸及其衍生物3個，花生酸類1個，羥基肉桂酸及其衍生物1個，苯甲酸及其衍生物1個，三羧酸及其衍生物1個，四氫異喹啉類1個，氨基酸類1個，三羧酸及其衍生物1個，羥基肉桂酸及其衍生物1個，羥基香豆素1個，Isoflav-2-enes類1個，黃酮類1個，甲氧基苯酚1個。經過一定條件微波加熱后，油茶仁油中各種成分隨加熱時間的變化多數成分呈現先降低后平穩再升高的過程，這也解釋了圖5加熱前期油中分子質量分布更集中的現象。其中變化最明顯的是壬二酸，辛二酸，15,16-二羥基亞油酸，9,12,13-三羥基-反10,順15-十八碳二烯酸，姜辣素(Gingerol)和油酸等；經過一定條件紅外加熱后，油茶籽油中各種成分隨加熱時間的變化呈現先降低后平穩的過程，其中變化最顯著的是壬二酸，辛二酸，15,16-二羥基亞油酸，9,12,13-三羥基-反10，順15-十八碳二烯酸等。兩種處理條件下壬二酸都是含量最高的成分，其中處理前含量為18.200 0 mg/mL，微波560 W處理15 min紅外120 ℃處理30 min時含量最低，分別為0.624 5 mg/mL和0.492 2 mg/mL，經過微波560 W處理20 min后油茶籽油中含量最大達到30.703 3 mg/mL。

不同功率微波處理油茶籽15 min后，油茶仁油中壬二酸，辛二酸，蓖麻油酸等含量較高的成分呈現隨微波功率增加先降低后又升高的趨勢，這也解釋了圖5中不同熱強度之間的差異性。經過245 W處理后油茶籽油中含量相對較高(>0.01 mg/mL)的成分分別為壬二酸，辛二酸，8,9-二羥基-花生三烯酸，8-過氧羥基-9,12-十八二烯酸，Persin，反式阿魏酸，16-羥基十六酸，十六烷二酸，十四碳二酸，15,16-二羥基亞油酸和十八烷二酸，經過700 W處理后含量>0.01 mg/mL的成分增加了蓖麻油酸(Ricinoleic acid)，茉莉酸(Jasmonic acid)，姜辣素，9,12,13-三羥基-反10,順15-十八碳二烯酸，染料木黃酮(Genistein)，9-十六碳烯酸，羥甲香豆素，豬毛菜酚(Salsolinol)和十二烷二酸等9種物質；加熱60 min時， 90 ℃紅外條件下油茶仁油中含量相對較高(>0.01 mg/mL)的分別為壬二酸，十八烷二酸，辛二酸，油酸，馬尿酸(Hippuric acid)，9,12,13-三羥基-反10，順15-十八碳二烯酸，主要成分隨加熱溫度的升高呈現逐漸增加的趨勢，其中140 ℃處理后壬二酸和辛二酸含量分別從初始的0.278 9、0.071 5 mg/mL增加到6.924 6、2.079 2 mg/mL，此外十二烷二酸，染料木黃酮，檸檬酸(Citricacid)，9,12,13-三羥基-反10,順15-十八碳二烯酸，豬毛菜酚，毛地黃黃酮(Luteolin)，16-羥基-10氯代十六碳酸，創傷性酸(Traumatic acid)，Persin，茉莉酸，15,16-二羥基亞油酸，十六烷二酸，9-十六碳烯酸，海藻糖(Trehalose)，8,9-二羥基-花生三烯酸，羥甲香豆素，3-羥基十四烷二酸，2-羥基肉豆蔻酸，姜辣素，8-過氧羥基-9,12-十八二烯酸，蓖麻油酸，反式阿魏酸等23種物質的含量也超過了0.01 mg/mL。

2.2.5 油茶籽油中物質組成的變化-正模式

經過不同條件加熱后采用液相色譜-質譜負模式全掃描模式檢測油茶仁壓榨毛油中成分的變化。結果發現：油茶仁油中含有酸、酮、酯等多種成分，其中濃度大于0.01 mg/mL的有33個，脂肪酸及其衍生物8個，包括氨基酸類4個，脂肪胺類4個，單萜類3個，脂肪酸脂類2個，亞油酸及其衍生物1個，一癸酸甘油酯類1個，甲基異黃酮類1個，吡喃酮和衍生物1個，吡啶甲酸及其衍生物1個，吡咯烷基吡啶1個，醌和對苯二酚脂類1個，三萜類1個，酮酸及其衍生物1個，吲哚類1個，胺類1個，芳香質1個。經過微波560 W和紅外120 ℃處理后的油茶籽，其壓榨油茶仁油中部分成分的含量呈現先升高后下降又升高再下降的變化趨勢，其中變化最顯著的是蓖麻油酸，棕櫚油酸和油酸酰胺(Palmitic amide)等，加熱5 min后分別從初始的0.053 0、0.020 6、0.013 2mg/mL升高到0.378 0、0.370 6、0.151 7 mg/mL，至20 min加熱結束油酸酰胺為0.083 7 mg/m，仍高于初始以及其他物質。紅外120 ℃加熱不同時間時，壓榨油茶仁油中部分成分的含量與微波處理類似，呈現先升高后下降又升高再下降的變化趨勢，其中含量變化較大的是棕櫚油酸，油酸酰胺，蓖麻油酸，棕櫚酰胺(Palmitic amide)分別從初始的0.020 6、0.013 2、0.053 0、0.002 8 mg/mL升高到0.496 4、0.410 9、0.284 6、0.165 9 mg/mL，至120 min加熱結束時，含量基本降低到初始水平。

微波245、700 W處理15 min后，油茶仁油中各種成分含量增高，其中含量大于0.01 mg/mL的分別有20種和27種，均多于初始的3種，初始油茶仁油中含量最高的蓖麻油酸，棕櫚油酸和油酸酰胺，分別在245、700、700 W處理后含量達到最大，420 W處理后的油茶籽，其油茶仁油中油酸酰胺含量較初始有上升。

3 結論

本研究通過分析油茶籽經不同加熱處理后的壓榨油茶仁油的成分組成和氧化穩定時間，揭示了加熱對茶油仁及茶油理化品質的影響規律。結果表明，微波和紅外均能有效降低油茶仁水分，前者效率大于后者；加熱后部分油茶仁含油率提高，增加效率微波大于紅外。短時加熱后油茶仁油的水分下降；油茶仁油的氧化穩定時間隨微波加熱時間的延長而延長。加熱后油茶仁油的分子質量上升，分子質量分布變窄，但高功率或高溫處理一定時間后又趨于分散。油茶仁油中壬二酸，辛二酸，15,16-二羥基亞油酸，9,12,13-三羥基-反10，順15-十八碳二烯酸和姜辣素等成分含量變化可能是后期茶油氧化穩定性提高的主要因素之一。