烘烤和微波預處理對植物油品質特性影響的研究

楊芙蓉, 王進英, 雷 風, 陳 霞, 甘生睿, 李應霞, 蘇學民, 白 琴

(青海大學農牧學院1,西寧 810016)

(青海通達油脂加工有限責任公司2,海東 810500)

近年來,隨著我國生活水平的提升,高品質、營養健康的植物油成為了消費者的新需求[1]。與動物油脂相比,植物油含有更高含量的不飽和脂肪酸含量更高。不飽和脂肪酸有益于降脂[2]、降低動脈粥樣硬化性心血管疾病、癌癥發生的風險[3,4]、免疫調節[5]等。同時植物油中還含有各種具有生物活性的親脂性伴生物,例如,促進機體代謝和氧化應激能力的角鯊烯;可降低低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)改善血脂水平的植物甾醇[6];通過清除自由基達到抗氧化作用的生育酚[7];促進脂肪代謝、預防心血管疾病的磷脂等[8]。這些親脂性伴生物的存在提升植物油的營養品質,與脂肪酸協同作用提高植物油生物活性功能[9]。

研究發現,不同的油料預處理工藝會對植物油品質產生影響,例如,可以提升油中親脂性伴生物、風味物質含量等[10]。目前,傳統的油料預處理包括干燥、焙炒、烘烤、蒸煮和酶解等[11]。隨著預處理技術的不斷發展,微波處理、蒸汽爆破處理等技術[12]也被運用到油料預處理。微波預處理是一種簡單、適宜、高效的預處理技術,處理時能量立即被均勻分散在整個油籽中[13]。Suri等[10]研究微波預處理對黑種草籽油品質和穩定性影響,結果表明,微波焙燒的黑種草籽油可以延長貨架期,還具有高OSI和抗氧化活性等特點。Suri等[14]還以亞麻籽為原料,發現微波焙燒預處理亞麻籽后提高亞麻籽油的得油率、TPC、OSI、RSA、a*值、類胡蘿卜素和葉綠素含量,同時降低亞麻籽油的L*和b*值。研究發現對油料進行烘烤預處理后其自身含有的蛋白質、油脂等在高溫有氧條件下會發生一系列化學反應,對植物油的風味、理化指標及品質有顯著影響[15]。烘烤預處理后亞麻籽后可以提升亞麻籽油中多酚含量,延緩亞麻籽油氧化,從而提高亞麻籽油的儲藏穩定性[16]。榨油前對油籽進行預熱處理,得以凝固蛋白、滅活酶,并使油品具有香氣和風味[17]。因此,烘烤和微波預處理對植物油品質影響效果也有差異,但是較少研究將烘烤和微波這2種熱處理工藝進行對比,研究這2種預處理后對植物油品質各方面的差異。

本研究選用油菜籽、亞麻籽、花生、葵花籽、芝麻5種油料,對油料進行微波和烘烤預處理,然后系統、仔細分析2種預處理后對油脂的感官指標、理化指標、主體組分、揮發性組分和微量營養組分的影響效果及差異,為熱處理技術對植物油品質特性影響研究理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料:油菜籽(青雜12號),產自青海西寧;亞麻籽(定亞18號),產自青海貴德;花生(豫花),產自河南省;葵花籽(油葵562號),產自內蒙古巴彥淖爾市;芝麻(小顆粒油麻),產自河南省。

主要試劑:正庚烷:分析純;異丙醇、乙腈:色譜純;十一酸甲酯、棕櫚酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯對照品:≥99.0%(GC)。

1.2 儀器與設備

VH-33 遠紅外線食品烘爐,G90F25CN3L-C2微波爐,UV-1780 紫外可見分光光度計,WSL-2 比較測色儀,GC-2030氣相色譜儀,SFC/U HPLC高效液相色譜儀,SOX406 脂肪測定儀,GCMS-QP2020NX氣相色譜質譜聯用儀,PDMS/DVB/CAR 50/30μmPK3固相微萃取頭,1100-VWD HPIC 高效液相色譜儀。

1.3 油料預處理及植物油提取

1.3.1 烘烤預處理

參考李應霞等[18]的方法。油料清洗除雜,在遠紅外線食品烘爐100 ℃烘烤30 min,空白對照無此處理。

1.3.2 微波預處理

參考呂俊麗等[19]的方法,稍有修改。油料清洗除雜,調節油料水質量分數到6%,在900 W的功率條件下依次處理2～3 min,待樣品冷卻至室溫后進行油脂提取。

1.3.3 螺旋壓榨制油

壓榨溫度設定150～170 ℃,溫度達到后先進行預榨,正常出渣后開始壓榨。壓榨完成后,空轉2～3 min。

1.3.4 過濾離心

毛油經3～4層醫用脫脂紗布過濾,在臺式離心機中4 000 r/min離心15 min。

1.4 植物油感官指標測定

參考郭海洋等[20]利用定量描述分析法(QDA)評價5種植物油感官品質,從色澤、氣味、透明度、黏度和滋味5方面對植物油進行感官評價。選擇16 人組成感官評定小組,對組員進行評分規則及方法講解。評分人員依次對不同植物油進行打分,同時避免各評分員之間相互交流。不同植物油感官評分標準詳見表1。

表1 不同植物油感官評分表

1.5 植物油理化指標測定

酸價測定參照GB 5009.229—2016中冷溶劑指示劑滴定法測定;過氧化值測定參照 GB 5009.227—2016中滴定法測定;水分及揮發物的測定參照 GB 5009.236—2016中電熱干燥箱法測定。

1.6 植物油營養指標測定

1.6.1 脂肪酸測定

甲酯化:參照Wang等[21]的方法,測定5種植物油脂肪酸組成和含量。精確稱取(100.0±0.1)mg油樣置于圓底燒瓶中,加入40 mL甲醇、1 mL KOH-甲醇溶液(1 mol/L)和0.5 mL內標溶液。50 ℃條件下冷凝回流60 min,用正庚烷進行分液萃取分離出酯層并加入適量無水碳酸鈉吸水、過濾收集濾液至25 mL棕色容量瓶中,用正庚烷準確定容至刻度待用。

GC-GID條件:檢測器:氫離子火焰檢測器(FID),溫度250 ℃;色譜柱(Wonda Cap WAX,60 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;載氣:氮氣;流速1 mL/min;分流比46∶1;進樣量1 μL;升溫程序:100 ℃保持13 min,以10 ℃/min速率升至180 ℃保持6 min,再以1 ℃/min速率升至200 ℃并保持20 min,再以4 ℃/min速率升至230 ℃保持10.5 min。

定性與定量:根據標品的保留時間進行定性分析和采用內標法進行定量分析。

1.6.2 甘油三酯測定

樣品預處理:參照王興瑞等[22]測定亞麻籽油甘油三酯的方法。稱取(50.0±0.1)mg油樣置于10 mL容量瓶中,用異丙醇充分渦旋混勻溶解后,定容于10 mL容量瓶中。樣品經0.45 μm濾膜過濾后,進樣分析。

HPLC條件:色譜柱:C18(4.6 mm×250 mm×5.0 μm);柱溫:40 ℃;流動相∶乙腈-異丙醇(體積比30∶70);洗脫時間:30 min;流速:0.5 mL/min;進樣量:5 μL;檢測器溫度:30 ℃;檢測器:示差檢測器(RID)。

定性與定量:結合色譜圖中的出峰時間、順序和峰面積占比進行定性,并采用面積歸一化法進行定量分析。

1.6.3 總酚測定

參照黃麗等[23]紫外分光光度法、Filin-Ciocalteu顯色法測定油樣中總酚含量,有改動。稱取(0.5±0.1)g油樣于10 mL離心管中,加入2.5 mL 70%(體積分數)甲醇溶液5 min渦旋、5 min超聲、5 min冷藏、4 000 r/min離心5 min,吸取上清液用70%(體積分數)甲醇溶液定容。取1 mL提取液于10 mL試管加1 mL稀釋的福林酚試劑、3 mL 10%(質量分數)碳酸鈉溶液,加純凈水定容,室溫避光放置2 h,765 nm測吸光度,根據標準曲線方程計算植物油中總酚含量。

1.6.4 維生素E測定

皂化:精確稱取樣品 1.500 g,置于 50 mL 棕色離心管內。加入50%(質量分數)氫氧化鉀 0.2 mL、無水乙醇0.6 mL、16 g/L的焦性沒食子酸溶液 0.2 mL,振蕩混勻 1 min。置于 80 ℃水浴中避光皂化 30 min。反應結束取出冷卻至室溫后加入 5 mL 石油醚,振蕩1 min,靜置15 min萃取,再石油醚重復萃取并合并萃取液。室溫氮氣吹干,加入0.2 mL 色譜級甲醇復溶,過 0.22 μm濾膜。

HPLC條件:檢測器:紫外檢測器;色譜柱:C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);預柱:(3.9 mm×20 mm×5 μm);波長:300 nm;柱溫:30 ℃;進樣量:10 μL;流動相∶甲醇∶水(體積比為92∶8);洗脫方式:等度洗脫。

定性與定量:根據標準溶液的保留時間進行定性,采用外標法進行定量分析。

1.7 揮發性組分測定

參照韓玉澤等[24]SPME-GC-MS法測定植物油中揮發性組分,具體條件如下。

SPME條件:取(6.0±0.1)g油樣于15 mL采樣瓶中,80 ℃磁力攪拌20 min,轉速400 r/min,進纖維頭頂空萃取40 min后手動進樣,250 ℃解吸5 min。

GC條件:InertCap pure-wax 色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:初始溫度40 ℃,保留2 min,以5 ℃/min升至220 ℃,保留10 min。載氣為高純氦氣(99.99%),色譜柱流速1.0 mL/min,分流比50.0,進樣口溫度250 ℃。

MC條件:電子電離源;離子源溫度150 ℃;燈絲發射電流200 μA;電子能量70 eV;傳輸線溫度為260 ℃;掃描質量范圍m/z35～350 u。

定性與定量:采用面積歸一化法進行定量分析,以各組分峰面積與色譜圖中總峰面積之比表示其相對含量。

1.8 數據處理

各指標平行測定3次,取平均值。采用SPSS 26.0進行數據處理、顯著性分析和相關性分析,以Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 5種植物油感官品質分析

如圖1所示,5種植物油感官評定總分烘烤預處理組>對照組>微波預處理組。其中,烘烤預處理后亞麻籽油、菜籽油、花生油、葵花籽油的氣味評分提高0.2～0.3分,可能在烘烤過程中油料的生胚變成熟胚產生一些風味物質,不飽和脂肪酸被氧化變成飽和脂肪酸與氧結合后生成醛類、酸類和醇類等物質,最終使植物油的風味增強;滋味評分提升0.2～0.4分。微波預處理后5種植物油的色澤、透明度評分降低0.4～1.9分,此結果與楊湄等[25]研究微波預處理提升感官評分的結果相反,可能是900 W的超高微波頻率導致油料中大量色素溶出而造成;除亞麻籽油、葵花籽油其余植物油滋味評分增加了0.2～0.3分。因此,在該實驗條件下烘烤預處理對這5種植物油感官品質影響更小,是一種較為理想的油料預處理工藝。

注:數字表示不同前處理,0、1、2分別代表未處理組、烘烤處理、微波處理;小寫字母表示油種類,fo、ro、po、so、sfo分別代表亞麻籽油、菜籽油、花生油、芝麻油、葵花籽油。

2.2 5種植物油理化指標分析

5種植物油理化指標結果如表2所示。5種植物油酸價值在0.14～1.45 mg/g之間,過氧化值在0.13～1.17 mmol/kg。與未處理組相比,微波和烘烤預處理組、菜籽油、芝麻油、葵花籽油的酸價、過氧化值都增加,尤其亞麻籽油的過氧化值增加2.4倍最為顯著(P<0.05)。酸價增加可能是由于高溫致使甘油三酯發生水解產生游離脂肪酸,促使酸價值升高[26];過氧化值的提高可能是2種預處理產生的高溫加速自由基的生成,從而加速油脂的自氧化。微波預處理后亞麻籽油的過氧化值降低了1.7倍;烘烤預處理后花生油的過氧化值降低了2倍。過氧化值降低可能是因為隨物料溫度升高,過氧化物發生分解所導致。總體比較5種植物油理化指標變化趨勢,微波預處理對這5種植物油的酸值和過氧化值影響更小。

表2 5種植物油理化指標

2.3 5種植物油的主體組分分析

2.3.1 脂肪酸

從表3中可以看出,5種植物油中飽和脂肪酸質量分數在2～15 g/100 g之間,花生油飽和脂肪酸質量分數最大,為14.71 g/100 g;菜籽油飽和脂肪酸質量分數最低6.30 g/100 g。不飽和脂肪酸質量分數均在70 g/100 g以上,其中葵花籽油不飽和脂肪酸質量分數最高為82.71 g/100 g。亞麻籽油中多不飽和脂肪酸亞麻酸質量分數為40.03 g/100 g占比最大;菜籽油、葵花籽油中主要脂肪酸是單不飽和脂肪酸油酸油酸,分別為55.09、49.77 g/100 g;而花生油和芝麻油中亞油酸質量分數最高,分別為42.39、45.85 g/100 g。微波預處理后亞麻籽油、菜籽油、花生油、葵花籽油中UFA/SFA比值增加0.45～1.02 g/100 g,可能是由于微波預處理后,少量飽和脂肪酸損失引起UFA/SFA比值出現少量增加;也有可能是引起多不飽和脂肪酸向單不飽和脂肪酸轉變,最終導致UFA/SFA比值出現少量增加。烘烤處理后5種植物油的UFA/SFA比值都降低了,其中,菜籽油UFA/SFA比值降低了0.55。5種植物油的UFA/SFA比值在5.50～12.53 g/100 g之間,遠高于中國營養學會植物油UFA/SFA推薦值(2∶1)[1],表明這5種油料是適宜食用的優質植物油原料。

表3 5種植物油脂肪酸組成及質量分數/g/100 g

2.3.2 甘油三酯

5種植物油中甘油三酯組成定量結果如表4所示。菜籽油、花生油、芝麻油和葵花籽油的甘油三酯主要以油酸和亞油酸為主,組成為OOO、OOL和OLL;亞麻籽油的甘油三酯主要以亞麻酸和油酸為主,組成為OLnLn、OLnO和LnLnLn。在亞麻籽油中OLnLn質量分數最高,為22.17%,OLL質量分數次之,為17.54%;菜籽油和葵花籽油中不飽和甘油三酯OOO含量最高,質量分數達44%和42%;花生油和芝麻油中OOL質量分數最高,達33%和30%。烘烤預處理對不同植物油中甘油三酯組成及含量影響不顯著。微波預處理后,芝麻油中LnLnLn、LLnLn、OLnLn含量;菜籽油中OLnLn、SOO含量降低未被檢測出來,可能是微波處理后這幾種甘油三酯受熱后發生分解導致含量降低。花生油中LLnLn;菜籽油、芝麻油、葵花籽油中POO含量有所增加,可能是微波處理后一些被分解的游離脂肪酸發生化學反應生成新的甘油三酯。

表4 5種植物油甘油三酯組成及質量分數/%

2.4 5種植物油的揮發性組分

5種植物油中揮發性組分結果如圖2所示。5種植物油中主要的揮發性物質為醛類、酸類、醇類、雜環類、酯類、酮類。亞麻籽油中醛類物質最多,(E,E)-2,4-庚二烯醛(質量分數為9.61%)、(E,E)-2,4-癸二烯醛(質量分數為4.85%)是亞麻籽油代表性揮發性物質,烘烤和微波預處理后醛類物質提高。菜籽經預處理后油中雜環類物質都有增加,使油脂呈現焙烤香氣特征。花生通過微波預處理后雜環類物質增加,雜環類物質以吡嗪類(質量分數為10.25%)和呋喃類(質量分數為18.54%)為主,與喬澤茹等[27]研究微波預處理增加花生油中雜環類物質結果一致。研究發現吡嗪類物質一般在高溫壓榨花生油中被檢出,使烘烤后的花生呈現烘烤風味[28],吡嗪類化合物是美拉德反應的產物,可呈現出堅果香味和焙烤香味[29,30]。芝麻油中酚類物質主要是4-乙烯基-2-甲氧基苯酚(質量分數為5.85%),微波預處理后酚類物質顯著增加了20.33%。葵花籽油中檢測到主要的揮發性物質是烯烴類物質(質量分數41.05%),其中α-蒎烯占到26.47%。微波處理后,烯烴類物質含量有所降低,可能是微波傳遞的能量導致一些易分解烯烴類物質發生分解。微波預處理是制備濃香型菜籽油和花生油重要工藝之一。

注:橫坐標中0、1、2分別為未處理、烘烤處理、微波處理;fo、ro、po、so、sfo分別為亞麻籽油、菜籽油、花生油、芝麻油、葵花籽油。

2.5 5種植物油的微量組分

5種植物油VE和總酚含量結果如圖3所示。烘烤和微波預處理后,葵花籽油中VE含量有所增加,這與鄭暢等[31]研究微波預處理對葵花籽油中VE含量的研究相反。可能是由于這2種方式處理后,有助于油脂中脂肪伴隨物的溶出,同時美拉德反應的產物可以保護生育酚不被氧化,減少油脂中VE的損失[32]。而菜籽油中VE的含量降低,與黃穎等[33]利用微波技術對油菜籽進行預處理提高菜籽油中VE含量相反,這可能是實驗溫度過高導致菜籽油中VE被分解破壞導致含量降低。微波和烘烤預處理后,5種植物油中總酚含量增加了13.50%～81.95%,可能是由于熱處理后,細胞壁破裂有利于大量酚類物質的釋放[13,34]。說明對油料通過適當的烘烤和微波預處理,有利提升油脂自身抗氧化能力。

圖3 5種植物油VE和總酚含量

3 結論

通過烘烤和微波預處理亞麻籽、菜籽、花生、芝麻、葵花籽5種油料,研究對這5種植物油品質影響。試驗結果表明,烘烤預處理有利提升這5種植物油的感官品質,在本實驗研究條件下微波預處理會降低這5種植物油的感官品質。2種預處理對這5種植物油的脂肪酸組成和含量影響不顯著,但微波預處理有利于增加這5種植物油UFA/SFA比例。烘烤預處理對5種植物油甘油三酯組成及含量影響不顯著,但微波預處理后,會降低芝麻油中LnLnLn、LLnLn、OLnLn和菜籽油中OLnLn、SOO含量。微波和烘烤熱處理后有利于油料中醛類物質、雜環類物質、烯烴類物質等香味物質的釋放。2種預處理后5種植物油中總酚含量增加了13.50%～81.95%,有利于提升植物油自身氧化穩定性。因此通過本實驗微波和烘烤2種預處理對植物油品質研究發現,烘烤預處理能夠提升植物油的感官品質,微波預處理對植物油中微量組分影響更小,有利提升植物油的營養品質。但是有關微波預處理功率、時間控制對植物油品質影響情況有待進一步研究。