焙烤時間對椰子油品質(zhì)及氧化穩(wěn)定性的影響

陳 陽, 魏 靜,, 梁 倩, 郭毓昕, 李 備, 張偉敏,,3

(海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，海口 570228) (海南省食品檢驗檢測中心2，海口 570228) (國家市場監(jiān)管重點實驗室熱帶果蔬質(zhì)量與安全3，海口 570228)

油脂與人類營養(yǎng)和健康息息相關(guān)，不僅可以提供必須脂肪酸，而且可以促進(jìn)脂溶性維生素的利用和吸收。油脂的品質(zhì)決定了其利用價值，其中影響油脂品質(zhì)最大的因素是在加工和儲運(yùn)過程中發(fā)生的氧化反應(yīng)，尤其是光照、高溫、金屬離子等因素共同作用下，油脂的氧化速率進(jìn)一步加劇。目前，減緩油脂氧化速率的方法主要是隔絕氧氣、低溫儲藏、避光、避免接觸金屬離子以及添加抗氧化劑等。其中添加抗氧化劑是一種經(jīng)濟(jì)實惠且效果顯著的方法，但化學(xué)合成的抗氧化劑存在一定的健康風(fēng)險。有研究發(fā)現(xiàn)，油脂原料在焙烤后生成的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物能夠有效提高油脂的抗氧化能力，為延緩油脂的氧化提供了綠色且便捷的解決途徑[1]。

椰子油是從椰子中提取一種植物性油脂，是椰子加工的主要產(chǎn)品，其含有較多的中鏈脂肪酸和月桂酸等成分賦予它良好的抗氧化性和抑菌性[2]。但由于椰子油中不飽和脂肪酸的存在，椰子油在加工、貯藏、消費等環(huán)節(jié)中的氧化問題仍然是影響其品質(zhì)的重要因素。椰子中富含蛋白質(zhì)和糖類，通過適度的焙烤可以產(chǎn)生美拉德反應(yīng)，從而提高油脂的抗氧化能力，但目前焙烤對椰子油組成、結(jié)構(gòu)和油脂氧化的影響還未完全闡明。

本研究以椰子片為原料，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、紅外光譜、Rancimat氧化酸敗儀等方法探究焙烤時間對椰子片中提取椰子油理化性質(zhì)、脂肪酸組成、結(jié)構(gòu)及氧化動力學(xué)的影響，以期為提高椰子油氧化穩(wěn)定性提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

椰子片：食品級。無水硫酸鈉和正己烷：分析純。異辛烷：色譜純。

1.2 儀器

Rancimat 892型氧化酸敗儀，HP6890/5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，PerkinEIer Frontier型紅外光譜儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

稱取椰子片50 g，放至200 ℃烘箱里分別焙烤200、210、220 s，冷卻至室溫后粉碎。采用正己烷浸泡提取油樣，60 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至無正己烷，得到粗椰子油。

1.3.2 理化指標(biāo)的測定

1.3.2.1 出油率的測定

將粗椰子油在10 000 r/min離心15 min，取上層油樣稱質(zhì)量，出油率通過式(1)計算。

(1)

式中：m1為離心后的質(zhì)量/g；m0為椰子片的質(zhì)量/g。

1.3.2.2 水分的測定

水分的測定參考GB 5009.236—2016[3]。

1.3.2.3 酸價的測定

酸價測定參考GB 5009.229—2016[4]。

1.3.2.4 過氧化值的測定

過氧化值的測定參考GB 5009.227—2016[5]。

1.3.2.5 褐變指數(shù)(BI)的測定

將1 g椰子油溶解于20 mL氯仿中，在420 nm波長下測定溶液的吸光值。

1.3.3 脂肪酸組成的測定

椰子油的脂肪酸成分按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.168—2016[6]測定，按照面積歸一化法進(jìn)行計算。

1.3.4 傅里葉變換紅外光譜測定

干燥的溴化鉀混合，研磨均勻，壓成均勻透明錠片。在錠片表面滴一滴油樣并涂抹均勻，以空氣作為背景，測定溫度為25 ℃，掃描400～4 000 cm-1波數(shù)范圍下樣品的紅外光譜，分辨率設(shè)為4 cm-1。

1.3.5 熱氧化動力學(xué)分析(Rancimat法)

1.3.5.1 測定條件

采用Rancimat 892氧化酸敗儀測定椰子油的氧化誘導(dǎo)時間，分別在不同溫度條件(140、150、160、170 ℃)和飽和空氣(20 L/h)下測定不同焙烤時間的椰子油的氧化誘導(dǎo)期(IP)。

1.3.5.2 氧化動力學(xué)

油脂氧化動力學(xué)速率常數(shù)(K)按照誘導(dǎo)期(IP，h)倒數(shù)計算(K=1/IP)，按照Arrhenius方程采用式(2)計算活化能(Ea, kJ/mol)。

(2)

式中：K為動力學(xué)速率常數(shù)/h-1；R為理想氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；以lnK為縱坐標(biāo)，以1/T為橫坐標(biāo)作圖，對方程進(jìn)行擬合，根據(jù)直線斜率即可計算出氧化反應(yīng)的活化能Ea。

根據(jù)活化絡(luò)合物理論，采用式(3)的斜率和截距計算油脂氧化的活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)。

(3)

式中：KB為玻爾茲曼常數(shù)，1.380×10-23J/K；h為普朗克常數(shù)，6.63×10-34J·s。

2 結(jié)果與討論

2.1 椰子油理化指標(biāo)的分析

表1顯示了不同焙烤時間所得椰子油的理化指標(biāo)變化規(guī)律。焙烤處理后椰子樣品的出油率明顯升高，并且隨著焙烤時間的增加，出油率也逐漸上升。未處理椰子樣品的出油率為60.27%，經(jīng)200 ℃烘焙220 s后出油率增加了7.03%，這可能是因為高溫引起細(xì)胞壁中產(chǎn)生了永久性孔洞和細(xì)胞壁破裂，孔隙的變化導(dǎo)致了油從細(xì)胞壁中溢出，從而增加了出油率。

表1 焙烤時間對椰子油理化指標(biāo)的影響

水分含量是影響脂肪氧化酸敗的重要指標(biāo)。油脂中水分含量較高容易導(dǎo)致油脂酸敗的發(fā)生，進(jìn)而會影響其品質(zhì)。隨著焙烤時間的增加，椰子油的含水量逐漸下降，這是因為高溫除去了原料中的部分水分，在花生油中也有類似的現(xiàn)象[7]。李瑞等[8]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)椰子油含水量≤0.1%時，椰子油在常溫下可以穩(wěn)定儲存。當(dāng)烘焙處理后，椰子油的含水量可以低至0.1%，因此可提高椰子油的氧化穩(wěn)定性。

酸價是通過油中甘油三酸酯水解產(chǎn)生的游離脂肪酸的量來測定。未處理椰子油和焙烤200、210、220 s的椰子油的酸價分別是0.23、0.34、0.40、0.46 mg KOH/g。隨著焙烤時間的增加，椰子油的酸價逐漸增加，這說明經(jīng)焙烤處理的椰子油中甘油三酸酯在較高溫度下迅速水解，導(dǎo)致游離脂肪酸的積累。所有處理均符合NY/T 230—2006《椰子油》中原油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(酸價≤8.0 mg/g)，說明200～220 s的焙烤處理對椰子油的品質(zhì)影響不大。

過氧化值可以反映油脂被氧化的程度。隨著焙烤時間的增加，椰子油的過氧化值呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。焙烤預(yù)處理200 s時椰子油的過氧化值達(dá)到最大值，隨后在焙烤處理時間增加至210、220 s時，過氧化值值均顯著下降，但均高于未經(jīng)焙烤處理椰子油的過氧化值。在高溫下椰子油中的不飽和脂肪酸發(fā)生自動氧化，在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中首先生成初級氧化產(chǎn)物氫過氧化物，使得油脂過氧化值的上升，由于氫過氧化物不穩(wěn)定隨后會被氧化成小分子的次級氧化產(chǎn)物，因而在長時間焙烤時出現(xiàn)過氧化值下降的情況。

椰子中同時存在氨基酸、蛋白質(zhì)以及還原性糖，因此在熱處理過程中很容易發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成褐色大分子產(chǎn)物，最終造成椰子油色澤加深。類黑精是美拉德反應(yīng)的主要產(chǎn)物，在420 nm處下有吸光值，因此在420 nm處測得的吸光值可以反映椰子油的褐變程度。隨著焙烤時間的增加，椰子油的褐變程度逐漸增加，與花生油、小麥胚芽油、松子油中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象類似[9-11]。此外，油脂褐變程度的加深可能還與油脂加熱過程中的氧化有關(guān)，氧化后生成了部分醛、酮、酸和醇等化合物，部分化合物增加了椰子油的褐變程度。

2.2 焙烤時間對椰子油脂肪酸組成的影響

油脂的脂肪酸組成不僅在一定程度上決定了油脂品質(zhì)的高低，而且是影響油脂氧化穩(wěn)定性的重要因素之一，油脂的氧化是由不飽和脂肪酸引起的，不飽和脂肪酸含量越多油脂越容易氧化[12，13]。由表2可知，不同焙烤時間所得椰子油中共檢測出十種脂肪酸，分別是己酸(C6∶0)、辛酸(C8∶0)、葵酸(C10∶0)、月桂酸(C12∶0)、豆蔻酸(C14∶0)、棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)以及亞麻酸(C18∶3)。所得脂肪酸以飽和脂肪酸為主，不飽和脂肪酸含量比較少，飽和脂肪酸中月桂酸含量最高，約占脂肪酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%，其次是豆蔻酸。其中，中鏈脂肪酸(C8-C12)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占椰子油總脂肪酸的60%，這與Ogbolu等[14]的報道一致。此外，焙烤處理對椰子油脂肪酸組成和含量影響不大，飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量均未發(fā)生顯著變化，這可能是由于焙烤的溫度較低以及焙烤時間較短[1,15]。

表2 不同焙烤時間對所得椰子油脂肪酸組成的影響/%

2.3 焙烤時間對椰子油傅里葉變換紅外光譜變化的影響

紅外光譜是評價油脂的熱氧化變化的快速方法[16]，可以通過紅外吸收峰的變化來說明椰子油分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)變化的信息。如圖1所示，在2 924、2 852 cm-1處可以觀察到有2個峰，分別歸屬于CH2脂肪族CH鍵的不對稱和對稱伸縮振動，與脂肪酸的組成有關(guān)。此外，在1 742 cm-1也觀察到甘油三酯羰基的伸縮振動峰。在不同時間焙烤后，這2個峰的位置和強(qiáng)度未發(fā)現(xiàn)顯著變化，再次說明脂肪酸組成未發(fā)生明顯變化。在1 156、1 118 cm-1觀測到的峰歸屬于—C—O—基團(tuán)的伸縮和彎曲振動。不同時間焙烤后，這兩個峰都向大波數(shù)方向移動，可能椰子油的初級氧化產(chǎn)物有關(guān)，在亞麻籽油和花生中也觀察到類似現(xiàn)象[9, 17]。椰子油在1 465、1 377 cm-1處的峰歸屬于—C—H鍵的彎曲振動，焙烤后這2個峰雖然強(qiáng)度略有改變但峰的位置未發(fā)生明顯偏移，說明焙烤處理未明顯改變油脂的結(jié)構(gòu)。總的來說，焙烤處理對椰子油的脂肪酸組成和結(jié)構(gòu)影響不大，但加熱后會加速油脂的氧化使少量氧化產(chǎn)物生成。

圖1 焙烤前后椰子油的傅里葉變換紅外光譜

2.4 焙烤時間對椰子油氧化誘導(dǎo)期的影響

不同焙烤時間對椰子油氧化誘導(dǎo)期(IP)的影響如表3所示，油脂的IP受到誘導(dǎo)溫度的影響，溫度越高，IP明顯變短。焙烤處理后，椰子油的IP顯著低于未經(jīng)焙烤后得到的椰子油，說明焙烤處理能夠延長椰子油的IP，提高其抗氧化效果。這一現(xiàn)象可能與焙烤過程中美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抗氧化活性有關(guān)[18]。隨著焙烤時間的延長，椰子油的IP顯著變長，說明長時間焙烤處理有助于抑制椰子油的氧化。

表3 不同焙烤時間對椰子油IP的影響/h

2.5 焙烤時間對熱氧化反應(yīng)動力學(xué)和活化能分析

在誘導(dǎo)溫度為140～170 ℃范圍內(nèi)，椰子油的氧化反應(yīng)符合Arrhenius方程，根據(jù)方程擬合后可計算不同焙烤時間椰子油的活化能。未經(jīng)焙烤和經(jīng)過焙烤200、210、220 s椰子油的氧化反應(yīng)表觀活化能Ea分別為114.92，123.05，124.89、125.43 kJ/mol(表4)。Ea與油脂的氧化速率有關(guān)，Ea越高，脂質(zhì)氧化速率越慢，表明油脂的熱穩(wěn)定越好[19]。因此焙烤處理可以顯著提高椰子油的氧化穩(wěn)定性，且焙烤時間延長有助于進(jìn)一步提高椰子油的氧化穩(wěn)定性。

根據(jù)活化絡(luò)合物理論，活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)的值與脂質(zhì)熱氧化反應(yīng)速率成反比，ΔH與ΔS越高，油脂氧化速率越慢。不同焙烤時間油脂氧化的ΔH和ΔS如表4所示。未經(jīng)焙烤處理椰子油的ΔH和ΔS較低，分別為111.37 kJ/mol和18.36J/(mol·K)。經(jīng)過焙烤處理后，ΔH和ΔS明顯增加，且與焙烤時間正相關(guān)，在焙烤220 s后，ΔH和ΔS最大，分別為121.88 kJ/mol和39.57 J/(mol·K)。因此，熱氧化反應(yīng)動力學(xué)和活化能分析進(jìn)一步表明焙烤處理可以降低熱反應(yīng)速率，提高椰子油熱氧化穩(wěn)定性。

表4 椰子油氧化表觀活化能(Ea)、活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)

3 結(jié)論

本研究對比分析了不同焙烤時間對椰子油理化指標(biāo)、脂肪酸組成、紅外光譜、氧化誘導(dǎo)期及熱氧化反應(yīng)動力學(xué)和活化能的影響。結(jié)果表明，焙烤使椰子油的出油率、酸價和BI指數(shù)升高，使水分含量降低，其中焙烤220 s后變化最顯著。脂肪酸組成的測定和紅外光譜結(jié)果表明，焙烤對椰子油的脂肪酸組成和含量未產(chǎn)生明顯影響，但在焙烤過程中存在少量氧化產(chǎn)物的生成。熱力學(xué)分析表明，焙烤處理能夠提高椰子油的Ea、ΔH和ΔS，且與焙烤時間呈正相關(guān)。本研究說明焙烤處理是一種能夠提高椰子油氧化穩(wěn)定性的有效方法，且對椰子油的品質(zhì)影響不大。