核桃油營養特性及其制備方法研究進展

徐夢婷，郝艷賓，齊建勛，張赟齊，丁保淼，陳永浩,*

（1.長江大學生命科學學院，湖北荊州 434025；2.北京市農林科學院林業果樹研究所，北京 100093）

目前，我國食用油對外依存度高達70%，食用油安全面臨嚴峻挑戰[1]。2022 年2 月國家林草局發布《林草產業發展規劃（2021～2025 年）》指出到2025年木本油料種植面積達2.7 億畝左右，木本食用油年產量達250 萬噸。據初步統計，木本食用油產量占國產植物食用油生產總量的8%左右，占全國植物食用油消費量的近3%。核桃是重要的木本油料，也是世界上含油量最高的堅果之一，核桃仁含油量高達60%～70%[2]，是大豆的3～4 倍，花生的1.5 倍。因此發展以核桃為代表的木本油料，對于緩解我國糧油供需矛盾和進口壓力、實施國家糧油安全戰略具有重要意義。核桃油具有良好的脂肪酸組成和豐富的植物化學物質，對人體健康有益。目前研究表明，核桃油中多酚類化合物具有抗炎和清除自由基的作用，對心血管疾病、動脈粥樣硬化和代謝綜合征具有積極的影響[3]。核桃油中磷脂可維護細胞正常代謝，增強細胞活力，防止腦細胞的衰退[4]。因此，核桃油是一種保健價值很高的特種油脂，也是人們日常生活中理想的高級食用油[5]。

核桃油的原料主要包括核桃或泡核桃。目前研究報道了許多提取核桃油的方法，如超臨界二氧化碳萃取、溶劑浸提、超聲輔助提取、酶輔助提取、索氏提取、液壓冷榨等方法[6]。國內外研究表明，核桃油中生物活性成分的類型和含量取決于提取方法。例如，Ahmed 等[7]研究發現冷榨和索氏提取法獲得的核桃油的化學組成含量略有不同，冷榨的油樣中脂肪酸和生育酚含量較高。此外，許多研究報告了核桃油的抗氧化作用，并證實核桃油中的多酚類物質發揮了主要作用[8-9]。本文系統總結了核桃油化學組成、生物活性、制備方法、氧化穩定性等方面的最新研究進展，以期為進一步提高核桃油作為功能性食品和醫藥產品領域的應用價值提供理論參考。

1 核桃油化學組成

核桃油的主要化學組成包括脂肪酸、多酚類、植物甾醇、角鯊烯、維生素和礦物質等物質（表1）。這些生物活性物質具有潛在的保健價值，如抗氧化、抗腫瘤和降低膽固醇等作用。

表1 核桃油化學組成及其功能作用Table 1 Chemical compositions and functional properties of walnut oil

1.1 脂肪酸

核桃油最重要的特征之一是它們的脂質組成。脂肪酸是脂類的重要組成部分，是人體重要的能量來源。目前研究報道核桃油中共檢測到525 種脂類，其中甘油三酯和甘油二酯是主要的甘油脂類。而必需脂肪酸，如亞油酸和α-亞麻酸是甘油三酯和甘油二酯脂肪酸鏈的主要組成部分[10]。此外，核桃油中含有5 種常見的脂肪酸組分，包括了棕櫚酸、硬脂酸這類飽和脂肪酸以及油酸、亞麻酸和亞油酸這類不飽和脂肪酸，其中不飽和脂肪酸中的多不飽和脂肪酸在碳鏈上包含兩個或多個雙鍵，占總脂肪酸的66.00%～76.46%[11]。在核桃油中，亞油酸占總脂肪酸的含量最高（51.21%～68.97%）[12]，其次是油酸和亞麻酸，分別占總脂肪含量的12.56%～26.03%、6.83%～15.01%。此外，核桃油中亞油酸和α-亞麻酸（ALA）的比例約為4:1～6:1，對心腦血管疾病具有一定的預防作用，能有效降低II 型糖尿病患者并發癥的發生[13]。此外，國內外研究表明，α-亞麻酸可通過降低機體的血脂、膽固醇、低密度蛋白膽固醇等含量，抑制血小板凝聚和血栓形成，從而防止動脈粥樣硬化及其并發癥發生[14]。同時，α-亞麻酸和油酸協同作用可降低食管腺癌細胞的增殖、黏附和遷移能力，對食管癌細胞起到抗癌作用[15]。除此之外，油酸作為典型的單不飽和脂肪酸，可降低體內膽固醇含量，加速新陳代謝，還可通過抑制內質網應激和炎癥程序性細胞死亡來預防肝細胞脂毒性。

1.2 酚類化合物

酚類化合物是植物在正常發育過程中合成的次級代謝物，根據其酚基和結構元素的數量可分為四類，分別為黃酮類、芪類、木脂素類和酚酸。其中生育酚、酚酸和類黃酮是酚類化合物的主要類型[16]。核桃油中主要的酚類化合物是生育酚，存在四種形式的生育酚：α、β、γ和δ-生育酚。γ-生育酚是核桃油中的主要生育酚形式，含量為138.98～603.70 mg/kg，占生育酚含量55%以上[12]。此外，核桃油中還存在八種酚酸、九種黃酮類化合物和一種二苯乙烯。核桃油中的生育酚含量主要取決于核桃品種，例如，Gao等[11]研究發現，鐵核桃油中α-生育酚的含量（36.94～92.40 mg/kg）低于普通核桃油（115.48～144.21 mg/kg），而δ-生育酚（75.59～88.46 mg/kg）的含量是普通核桃油（20.68～28.22 mg/kg）的3～4 倍。除此之外生育酚含量還與來源[17]、收獲期[18]和提取方式有關。目前研究表明，提取方式對生育酚含量有直接影響，通過冷榨獲得油的總生育酚含量最高，為851.64 mg/kg，其次是索氏提取法和超聲輔助提取法，總生育酚含量分別為454.97 和146.31 mg/kg[6]。生育酚作為親脂性抗氧化劑，具有良好的抗氧化活性和清除自由基的功能，是抑制植物油中脂質氧化的天然抗氧化劑[19]。其中δ-生育酚的抗氧化能力最強，γ-生育酚的抗氧化能力次之，α-生育酚的抗氧化能力最弱[20]。

1.3 植物甾醇

植物甾醇是具有生理活性的化合物，構成了大部分不可皂化的化學物質。核桃油中總植物甾醇的含量范圍為540.00～1594.07 mg/kg，β-谷甾醇、菜油甾醇和?5-燕麥甾醇是核桃油中主要的植物甾醇。其中β-谷甾醇含量最高，占總植物甾醇含量的85%以上[21]。此外，核桃油中還檢測到其它少量甾醇，如豆甾醇、膽甾醇、Δ7-燕麥甾醇等（表1）。國內外研究表明，核桃收獲期和提取方式均會對核桃油中植物甾醇含量產生影響。例如，Matthaus 等[18]研究發現，β-谷甾醇含量隨采收期不同產生較大波動，β-谷甾醇含量從第1 次采收期4426.4 mg/kg 降至第5 次采收期1801 mg/kg。Gao 等[22]發現，亞臨界丁烷萃取獲得的植物甾醇含量最高（106.51 mg/100 g），其次是冷榨和己烷萃取獲得的植物甾醇含量，分別為97.34 mg/100 g 和94.16 mg/100 g。植物甾醇作為植物細胞膜的重要組成成分，可用于治療炎癥性疾病，如類風濕性關節炎、炎癥性腸病、多發性硬化癥、哮喘和心血管疾病[23]。其中，β-谷甾醇作為一種有效的細胞凋亡促進劑，可成為緩解某些癌癥如結腸癌、乳腺癌和前列腺癌的良好候選藥物[24]。

1.4 其它化合物

角鯊烯是人體生物合成維生素D、類固醇激素和膽固醇的三萜前體[38]，存在于許多食用植物油的不皂化物中，對皮膚有很好的親和力，可用作皮膚潤膚劑。核桃油中角鯊烯含量范圍為2.89～5.21 mg/kg，可與多不飽和脂肪酸協同作用，保持皮膚彈性。目前研究表明，角鯊烯具有多種生理功能，可降低患各種癌癥的風險、降低血清膽固醇水平和增強免疫反應[28]。類胡蘿卜素是存在于植物和其它光合生物葉綠體中的有機色素，有助于預防慢性病、癌癥、糖尿病和心血管疾病。其中β-胡蘿卜素可作為抗氧化劑清除自由基，防止脂質氧化[39]。核桃油中類胡蘿卜素的含量為0.52～7.30 mg/kg，可與生育酚協同作用增強抗氧化能力。除此之外，核桃油還含有多種必需礦物質，磷、鋅和鎂是核桃油中的主要礦物質，這些礦物質對心血管和神經系統健康具有積極作用。

2 核桃油生物活性

核桃油具有顯著的生物活性，如抗炎、抗氧化、抗腫瘤、免疫調節、神經保護和心臟保護活性。大量研究證實核桃油具有顯著的抗炎作用，主要通過抑制炎癥途徑的活化，調節炎癥相關基因和蛋白質的表達水平來提高抗炎活性。例如，Miao 等[40]研究發現，核桃油通過降低血清腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）、白細胞介素-1β（IL-1β）的表達水平，抑制過度凋亡和激活脂多糖，緩解脂多糖誘導的小鼠腸道上皮細胞損傷。Miao 等[41]進一步研究發現，核桃油可通過降低酒精性肝病小鼠肝臟中的庫普弗細胞標記蛋白（F4/80）的表達水平，抑制酒精性肝病小鼠toll 樣受體4（TLR4）/核轉錄因子（NF-κB）信號通路中關鍵基因的表達水平來對抗肝臟炎癥損傷。

此外，核桃油還可抑制促炎因子的釋放，例如，核桃油可通過抑制NLRP3 炎癥小體的激活和相關的促炎細胞因子的產生，從而對葡聚糖硫酸鈉誘導的小鼠結腸炎發揮抗炎作用[42]。進一步的研究表明，核桃油還可以通過調節核轉錄因子NF-κB 和表皮生長因子（EGF）途徑減少炎癥細胞的數量[43]。

核桃油富含酚類等活性抗氧化成分，可通過調節抗氧化指數、酶活性和相關基因表達來減少氧化應激損傷，提高抗氧化能力。此外，核桃油在各種人類癌細胞中顯示出顯著的抗腫瘤活性，例如乳腺癌細胞MCF-7、食管癌細胞OE19、前列腺腫瘤PC3 細胞、腎癌和口腔癌細胞等[44]。研究表明，核桃油通過調節癌細胞相關通路基因，抑制癌細胞的粘附、遷移和克隆增生的能力發揮抗腫瘤作用。例如，Batirel等[15]發現，短期高劑量服用核桃油可降低食管癌細胞的細胞活力和轉移能力，同時通過抑制核轉錄因子NF-κB 表達，誘導G0/G1 期細胞壞死和細胞周期停滯而表現出抗癌作用。Kim 等[45]發現，核桃油通過抑制聚集在AKT 上的轉錄激活因子3（STAT3）和血漿胰島素樣生長因子1（IGF-1）信號通路來抑制前列腺腫瘤細胞的生長。

另外，核桃油還具有神經保護活性，可以抑制大腦中的氧化應激，防止東莨菪堿誘導的海馬CA1 和CA3 神經元的組織學變化，并通過抑制乙酰膽堿酯酶增強膽堿乙酰轉移酶來預防腦膽堿能功能損害[46]。除了上述生物活性外，核桃油在調節腸道菌群方面具有潛在作用。目前研究發現，核桃油對腸道顯示出很強的益生菌作用，可使腸黏膜中絨毛高度和隱窩深度比值顯著增加，腸道菌群中益生菌-乳酸菌相對豐度增加，致病菌幽門螺桿菌相對豐度降低[47]。因此，核桃油在醫藥和功能食品領域均具有良好的應用前景。

3 核桃油制備方法

機械壓榨和溶劑浸提是傳統制備核桃油的方法。由于目前油脂工業中存在使用機械壓榨副產物殘油率高，以及使用溶劑浸提有毒有機溶劑殘留等問題，促使水酶法提取、超臨界流體萃取、亞臨界流體萃取、微波輔助和超聲波輔助提取等新技術逐步應用于核桃油的提取過程中[48]。在保持核桃油品質安全、提高核桃油氧化穩定性的同時，降低能源消耗、提高制備效率是核桃油制備方法不斷改進提升的方向。

3.1 機械壓榨

冷榨和熱榨是兩種常見類型的機械壓榨方法。冷榨是一種比其它榨油方法能耗更低、對環境更有利的制備方法，一般是在不烘烤核桃仁的情況下，在低于60 ℃的溫度下通過液壓機械壓榨方式制備核桃油。但是目前冷榨技術存在連續性低、餅粕殘油率高的缺點。而熱榨是指將核桃仁先進行焙炒再采用螺旋壓榨的方法，焙炒可以提高核桃油出油率、增加核桃油香氣。冷榨優點在于不需要加熱，使許多對溫度敏感的酚類物質保留下來，保證了核桃油的質量和營養價值[49]，核桃蛋白在低溫下未發生變性，可以再利用。與之相比，熱榨由于焙炒和壓榨過程中榨膛的高溫使得油餅中蛋白質發生變性，餅粕的綜合利用率降低。目前，為了實現效益最大化，一些企業通常以冷榨制備核桃油為主線，通過對核桃餅粕的再利用降低生產成本，實現核桃油制備加工的增值利用。

3.2 溶劑浸提

溶劑浸提是將油料中的油脂溶解在溶劑中，然后通過蒸餾從溶劑中回收油脂的方法。由于溶劑浸提具有低能源成本的優勢，廣泛應用于工業上從植物原料中提取油脂。溶劑浸提中常用溶劑有正己烷、乙醚、石油醚和乙醇。而溶劑的選擇一般基于溶解度、溶劑-溶質比、油粘度和溶劑極性以及成本和市場可行性等[50]。乙醇一般被認為是安全的食品油萃取劑，但其浸提效率低于常規的正己烷溶劑。而正己烷是一種石油衍生的易燃有毒溶劑，對人類健康和環境有害。目前研究表明，用乙酸乙酯作溶劑浸提的核桃油有更高的脂質得率（68.32%），而用丙酮作溶劑浸提的核桃油比乙酸乙酯提取的核桃油具有更高的氧化穩定性指數和自由基清除能力[51]。

3.3 水酶法提取

水酶法提取基于機械粉碎，利用酶降解由脂蛋白、脂多糖和細胞壁組成的復合物，釋放油脂。水酶法提取具有操作簡單、條件溫和等優點，是一種安全無污染的榨油方法，能較好地保證油品質量[52]。在水酶法提取植物油的過程中，纖維素酶、半纖維素酶、葡萄糖苷酶、果膠酶和中性蛋白酶等適當酶的存在會破壞細胞壁，從而增強油脂的釋放[53]。然而由于酶的成本較高，同時受酶的類型、pH、溫度和時間等因素的共同影響，水酶法提取的大規模工業應用仍然受到限制[54]。為了克服水酶法提取的局限性，通常結合超聲波協同作用提高油的可萃取性。例如，陳煉紅等[55]采用超聲波協同水酶法提取巴塘核桃油發現，在pH 為7，酶解溫度45 ℃，酶解時間3.5 h，加酶量1.4%條件下，巴塘核桃油提取率高達78.91%。汪錦等[56]采用超聲預處理協同水酶法從薄殼山核桃提取油，發現提取率高達73.90%，油中總酚和油酸含量顯著高于超臨界流體萃取和冷榨提取的油。因此，結合超聲波可有效改善水酶法提取的局限性。

3.4 超臨界和亞臨界流體萃取

超臨界流體萃取是利用溫度和壓力高于臨界點的流體作為溶劑在超臨界狀態下分離非極性物質的萃取方法。與有機溶劑相比，超臨界流體具有更優越的輸運性能和更高的基質穿透能力，因此可以更快、更有效地提取油脂[57]。二氧化碳、乙醇、丙烷、乙烷、丁烷和水一般可用作超臨界流體溶劑，其中二氧化碳是最常用的流體溶劑。研究發現，超臨界二氧化碳萃取得到的核桃油比正己烷萃取得到的核桃油清澈，表明超臨界二氧化碳萃取具有一定的精煉效果。此外，還發現超臨界二氧化碳萃取獲得的核桃油與提取過程中的壓力、溫度、顆粒大小密切相關，表現為核桃油的產量與提取過程中的壓力成正比，與溫度成反比，并隨著粒徑的增加逐漸達到最佳值。

亞臨界流體萃取是一種使用中等溫度和高壓將溶劑保持在高于大氣沸點的新型萃取技術。與傳統制備方法相比，亞臨界流體萃取具有提取時間更短、效率和安全性更高、提取溫度更低、實用性和總投資成本更低等優點。正丙烷、正丁烷等溶劑可在較低的臨界壓力和溫度下使用，并對親脂性化合物具有極好的溶解性常被用作亞臨界流體。例如，馬燕等[58]使用亞臨界正丁烷流體萃取新疆薄皮核桃溫185，在萃取壓力0.5 MPa、溫度45 °C、時間40 min 的條件下，提取率高達65.11%。張慶等[59]利用亞臨界正丁烷流體萃取核桃油，發現在萃取時間40 min、溫度50 ℃、料液比0.2 g/mL 條件下，核桃油提取率達到64.01%。

3.5 超聲波和微波輔助提取

超聲波是一種超越人類聽覺的特殊聲波，頻率范圍為20～100 MHz。超聲波產生的高頻振動以及空化作用，破壞了細胞壁，有利于溶質向溶劑的傳質機制，促進油釋放到溶劑中[60]。與傳統方法相比，超聲波輔助提取可促進親脂性抗氧化劑和色素的提取，具有提取率高、溶劑用量少、提取時間短等優點[61]。目前研究表明，超聲波輔助提取油的效率與所使用的溶劑選擇有關。Ghasemi 等[53]在超聲時間47.37 min，纖維素酶濃度2.00%，孵育時間110.91 min條件下使用不同溶劑（水和正己烷）超聲波輔助提取核桃油，發現使用正己烷溶劑比使用水溶劑的提取率提高了132.66%。此外，超聲波輔助提取核桃油能明顯提高提取率，如在以正己烷為溶劑浸提巴塘核桃油的過程中應用超聲波，發現提取率提高到58.90%[62]。

微波輔助提取是一種將微波輻照與有機溶劑萃取相結合的強化萃取的方法。微波頻率范圍為300 MHz～300 GHz，通過微波輻射使油籽的細胞膜破裂，形成永久性孔隙，造成溶劑擴散到油籽中，從而將油脂從油籽釋放到溶劑中，使得提取效率提高[63]。微波輔助提取技術具有提高產量和酚類化合物含量的優點，但是也容易引起不均勻的加熱。為了克服微波輔助提取的局限性，通常結合超聲波協同作用提高油的提取效率。Liu 等[64]采用超聲波和微波輔助提取相結合的方法提取滿洲核桃油，發現提取率高達59.30%，分別是超聲波輔助提取和索氏提取的1.85倍和1.24 倍。

4 核桃油的氧化穩定性

由于核桃油的脂肪酸組成中多不飽和脂肪酸含量高，易哈敗變質，因而核桃油的氧化穩定性成為核桃油生產中關注的熱點。核桃油氧化穩定性作為評價油脂質量的重要參數，主要取決于油中多酚和生育酚含量。目前研究發現多酚主要通過抑制核桃油的次級氧化提高核桃油的氧化穩定性[65]。而生育酚主要通過有效清除脂質過氧化基，并產生更穩定的生育酚自由基，從而增加核桃油的氧化穩定性。核桃油的一些次要成分如類胡蘿卜素則通過捕獲自由基來防止氧化。

此外，目前研究發現，不同溶劑萃取方法主要通過影響核桃油中抗氧化物質含量進而影響核桃油的氧化穩定性，如丙酮提取制備的核桃油中植物甾醇含量相對較低，但多酚含量較高，與正己烷、乙酸乙酯、石油醚或氯仿/甲醇萃取的核桃油相比具有更好的抗氧化能力[51]。此外，氯仿/甲醇萃取的油在加速自氧化和光氧化研究中都比己烷萃取的油更穩定[66]。同時一些研究表明，制備方法也會對核桃油的氧化穩定性產生影響。例如，與冷壓萃取、熱壓萃取、亞臨界丁烷萃取和超臨界二氧化碳萃取相比，正己烷萃取的核桃油氧化穩定性更好[67]。

另外，核桃油的氧化穩定性主要通過過氧化值、酸價和茴香胺值等來體現。過氧化值代表核桃油和脂肪酸的氧化程度，可用于判斷油的質量和變質程度，通常用來評估核桃油的不同氧化階段，且過氧化值越高，油的氧化程度越大。如Nosenko 等[68]通過測定過氧化值確定了核桃油氧化的誘導期（定義為過氧化物指數增加的開始）和自壽命（過氧化值達到10 mequiv O/kg 油的時期），分別為56 d 和90 d。此外，由于油脂氧化是一個動態過程，為了更加直接評估油脂酸敗，可通過加速氧化法來確定脂質的相對氧化穩定性。其中Rancimat 方法作為一種加速氧化法廣泛用于食用油，主要通過定義誘導期（二次氧化產物出現的時間）來測定油的抗氧化性。

5 結論與展望

本文綜述了核桃油的化學組成、生物活性、制備方法和氧化穩定性。核桃油中主要化學組成包括脂肪酸、生育酚、植物甾醇、角鯊烯、類胡蘿卜素和礦物質，對核桃油發揮抗炎、抗氧化、抗腫瘤、神經保護和調節腸道菌群等方面起著至關的重要作用。同時在核桃油加工過程中，制油方法的選擇是最關鍵的步驟之一，適宜的制油方法可以最大限度地減少生物活性物質的損失，提高油的品質和氧化穩定性。同時氧化穩定性是反映核桃油品質的重要指標，關系到核桃油的品質和貨架期。通過對提取油脂的常規方法（溶劑浸提和機械壓榨）和改進方法（水酶法提取、超臨界和亞臨界流體萃取、超聲波、微波輔助提取）的進展進行了綜述，以期為提高出油率、縮短出油時間，并最大限度地減少油脂的劣變，保證油品品質提供參考。

在食用植物油短缺，核桃油作為重要木本糧油的大背景下，核桃油的研究方向將進一步擴大：a.對核桃油化學組分的功能活性開展進一步研究，并為開發相關功能活性的核桃油產品奠定理論基礎；b.研發智能、高效制油工藝技術，如在液壓冷榨萃取工藝中，如何提高其生產連續化水平已成為生產制備核桃油重點關注的方向；c.核桃油的高品質離不開原料的高品質和專用品種的選用，開展核桃油加工適宜性評價、篩選適宜加工核桃油的專用品種，也是未來核桃油加工重點關注的研究方向。

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