热处理提高核桃油氧化稳定性的机理研究

罗 凡 费学谦 胡立松 郭少海 杜孟浩

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所，杭州 311400)

核桃(JuglansregiaL.)又被称为羌桃或胡桃，属胡桃科(Juglandaceae)胡桃属(Juglans L.)植物，是世界重要坚果树种[1]，位列核桃、扁桃、腰果、榛子等四大干果之首[2]。2010年中央一号文件指出：大力发展油料生产，加快优质油菜、花生生产基地县建设，积极发展油茶、核桃等木本油料[3]，为核桃产业发展吹响了进军号。核桃仁含油量在60%～70%之间，位居所有木本油料之首，是重要的食用油料资源。核桃中含有人体不能合成的多不饱和脂肪酸-亚油酸和亚麻酸，两者约占核桃油脂总量的68.9%，且比值较好(4∶1)，具有显著降低血脂，预防心脑血管疾病的作用[4]；此外核桃中还含有丰富的蛋白质、钾、钙、镁、锌、铁等矿物质、维生素 A、D、E、K、P等脂溶性维生素、多酚、类黄酮、磷脂、褪黑激素等多种功能成分[5]。核桃油在制取过程中带入了核桃仁中的功能性脂肪酸、维生素E、多酚等多种生理活性物质，有很好的营养保健功效[6-7]，有研究表明，与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[8]。基于核桃的营养成分和经济价值，核桃油作为核桃加工的主要产品之一，其营养价值和加工工艺的研究日益受到关注[9]。

目前核桃油加工过程中油脂氧化机理、蛋白质变性、营养成分流失、产品褐变、保健机理等问题的研究还不够深入，生产中存在的许多问题还未能解决。在核桃干燥、压榨和精炼制油过程中，温度不可避免地对核桃的内部形态及营养成分起着关键作用[10]。热处理对核桃的影响包括导致其内部微结构的物理改变和化学变化，例如水分的降低、脂质修饰、颜色的变化和经美拉德反应产生新的香味物质等，而微结构和脂质修饰也可能导致敏感脂类的氧化以及抗氧化剂等代谢物含量的变化[10]。本研究组在前期对压榨条件影响核桃品质的研究中发现，在压榨前对核桃进行不同温度炒制处理，压榨后核桃油中总酚，维生素E(VE)，β-谷甾醇，角鲨烯等营养成分的含量或升高或降低呈现不同程度变化，而氧化稳定时间均有所延长。类似的结果在其他油料种子的研究中也有报道[11]。

本实验旨在摸清核桃在烘制过程中温度对核桃油氧化稳定性的影响规律，并通过探讨其他营养和理化指标的变化研究影响其氧化稳定性的主要因素，为探索核桃理化变化机理提供借鉴，为核桃油加工工艺提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

实验中所用核桃样品“香玲”核桃，由山东费县绿缘专业合作社提供，并采自山东省费县费城街道办事处十里铺村核桃林，经测定加热前核桃仁的含水率和含油率分别为4.58%和56.8%。

福林酚试剂；乙腈(HPLC级)，其他试剂均为AR级；实验用水为超纯水；二醇基固相萃取小柱(Diol-SPE，500 mg，3 mL)。

1.2 仪器与设备

UV-2550紫外分光光度计；ASE-12固相萃取仪；MTN-2800D氮吹仪； LC-10AT型液相色谱仪，SPD-10A型紫外检测器；6YY-190自动液压榨油机。

1.3 实验方法

1.3.1 加热处理及制油

称取5份核桃各2.0 kg，平铺于瓷盘中并分别在30、60、90、120、150 ℃烘箱中加热0、20、40、60 min，自然冷却至室温，去壳液压得压榨油，冷藏备用。

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1.3.2 营养成分测定方法

VE测定参考GB/T5009.82—2003，角鲨烯测定参考文献[15]，β-谷甾醇测定参考文献[16]，总酚测定采用福林酚比色法[17]。

1.3.3 理化指标测定

氧化诱导时间根据GB/T 21121—2007方法测定；水分测定参考GB 5009.236—2016方法；还原糖测定参考NY/T1278—2007方法。

2 结果与讨论

2.1 加热条件对核桃油氧化稳定性的影响

图1 热处理后压榨核桃油氧化稳定时间的变化

核桃经过不同热处理后其压榨油的氧化稳定时间如图1所示。从图1可以看出，压榨核桃油的氧化稳定时间呈现先延长后缩短的变化规律，在加热前期(20 min)，氧化稳定时间上升最显著，分别比加热前增加1.6、2.3、3.1、3.6、3.4倍；加热中期(20～40 min)是氧化稳定时间缓慢变化期，加热40 min后，氧化稳定时间分别比20 min前增加0.4、0.0、0.1、-0.1、0.1倍；加热后期(40～60 min)是氧化稳定时间减少期，加热60 min后，氧化稳定时间分别比20 min前减少79.0%、78.6%、52.9%、15.7%和21.6%；不同加热温度下，加热40 min后核桃油的氧化稳定性最好，其中30、60、90、120、150 ℃加热40 min后分别比加热前提高了2.5、2.3、3.4、2.9、3.9倍；在所考察的加热温度范围内，随加热温度的增加核桃油的氧化稳定性增强，其中150 ℃加热20、40和60 min时，核桃油的氧化稳定时间分别比加热30 ℃时增加69.0%、38.9%、419.1%。研究结果表明适当加热处理能明显提高核桃油的氧化稳定性，与Schlormann等[18]和Vaidya等[19]的研究结果类似。

2.2 核桃油中酸价和过氧化值的变化

过氧化值是反映油脂初期氧化反应的指标，本研究测定了不同温度加热后压榨核桃油的酸价和过氧化值，结果如图2和图3所示。

图2 核桃经不同温度加热后所榨核桃油的酸价

图3 核桃经不同温度加热后所榨核桃油的过氧化值

从图2可以看出，核桃经不同温度加热后，其压榨毛油的酸价随加热时间的延长呈现先升高后降低的变化趋势。其中酸价的最高值分别出现在加热20 min或40 min时，酸价最高比对照分别增加了4.4、3.9、3.6、4.4、3.4倍；当加热60 min时，随加热温度的升高，核桃油的酸价分别为0.14、0.16、0.11、0.092、0.093 mg/g，与对照相比分别增加了50.5%、72.0%、18.3%，减少了1.1%和不变。酸价的波动可能源于温度和水分等因素变化对游离脂肪酸含量的相互作用。

从图3可以看出，经过不同温度的加热后，核桃所榨毛油的过氧化值变化呈现不同规律，其中加热30和90 ℃时，过氧化值随加热时间延长先增大后减小；60 ℃加热时，过氧化值随加热时间延长持续增加；120 ℃加热时，过氧化值随加热时间延长先减少又略微增加；150 ℃加热时，过氧化值随加热时间延长先增加后减少而后又略微增加。当加热温度不高(30～90 ℃)时，加热初期(20 min)过氧化值有所上升，且加热温度越低，过氧化值上升越快，其中30、60、90 ℃加热20 min后，过氧化值分别上升了100.6%、40.0%、23.4%，这可能是因为在初期水分较高的情况下低温加热增加了核桃油氧化生成氢过氧化物的进程；在加热中期(20～40 min)，核桃内部水分、温度、抗氧化油脂伴随物等因素交替影响核桃油氧化产物含量的变化，导致不同温度下过氧化值的波动；加热60 min后，核桃油过氧化值随加热温度的升高呈现下降的趋势(60 ℃除外)，其中加热30、90、120、150 ℃后，过氧化值分别为0.130、0.100、0.086、0.066 g/100 g，分别比对照增加8.3%、减少16.7%、28.3%、45.0%。

油脂氧化过程是一个动态平衡过程，在油脂氧化生成氢过氧化物的同时，还存在着氢过氧化物分解和聚合，油脂的过氧化值主要评价油脂中氢过氧化物的含量，因此本研究结果表明不同加热条件下核桃内部水分、温度、抗氧化油脂伴随物等因素交替影响核桃油的氧化过程。

2.3 核桃油中含水量的变化

水分是油脂的主要杂质之一，往往通过加速甘三酯的水解影响油脂品质。核桃经过不同温度加热后其压榨油中水分的变化规律如图4所示。

图4 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中含水量

从图4可以看出，经过加热核桃油中的水分均有下降趋势，不同温度加热核桃油中水分的变化趋势略有不同，加热60 min时，5种温度下核桃油的含水量分别为0.070%、0.070%、0.063%、0.052%、0.046%，分别比初始降低了22.22%、22.22%、30.00%、42.22%、48.89%。可见加热可显著降低核桃油中的含水量，且随温度升高下降更快。

2.4 加热条件对核桃油中营养成分的影响

2.4.1 核桃油中VE含量的变化

核桃经过不同温度加热后测定其压榨油中VE的含量，结果如图6所示。

图5 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中VE含量

从图5可以看出，核桃经过不同温度加热VE含量显著下降，且随加热温度的升高VE损失更大，这与Bada等[20]和Lee等[21]的研究结果相似。在加热初期(20 min)，加热30、60、90、120、150 ℃后VE含量分别下降15.9%、19.2%、30.3%、51.3%、54.4%，下降速度分别为9.0、10.9、16.4、21.3和30.8 μg/h，即温度越高，下降速度越快；随加热时间的延长，VE含量下降速度略有减缓，加热1h后VE含量分别下降28.2%、41.1%、56.1%、59.5%、57.5%，平均下降速度分别为5.3、7.8、10.6、11.2、10.9 μg/h。Vaidya等[22]对核桃进行160 ℃，15 min加热处理，在暗处60 ℃储藏期间观察油脂氧化稳定性和生育酚含量变化，发现加热提取的油总生育酚含量低于未加热提取的油，但在储藏期间，前者的氧化诱导期明显长于后者，这与本研究结果相似。

2.4.2 核桃油中β-谷甾醇含量的变化

核桃经过不同温度加热后测定其压榨油中β-谷甾醇的含量，结果如图6所示。

图6 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中β-谷甾醇的含量

从图6可以看出，随加热时间的延长，核桃油中β-谷甾醇的含量在不同的加热温度下均呈现先减少后增加的趋势，加热20 min时，含量降至最低分别比加热初期降低了26.8%、18.1%、17.3%、20.6%、22.3%，随后含量逐渐上升，并在60 min加热结束时超过了初始含量，5个温度加热后含量分别比初始提高了1.0%、8.6%、7.8%、10.7%、16.9%。植物甾醇作为类固醇的一族具有高温下仍不易被破坏的较稳定的化学结构，但是，加热可能破坏细胞壁和细胞膜从而增加植物甾醇的释放[23]。

2.4.3 核桃油中总酚含量的变化

图7 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中总酚含量

核桃经不同时间和温度加热后压榨油中总酚的含量，如图7所示。由图7可以看出，经30、60、90、120、150 ℃加热后压榨核桃油中总酚含量呈现先增加后下降的趋势，其中在加热前期(20 min)是核桃油中总酚含量的上升期，可能是加热促进了多酚的溶出[24]，加热20 min后核桃油中总酚含量分别增加了3.3、4.1、3.8、3.5、5.4倍；加热中期(20～40 min)，核桃油中总酚含量缓慢下降，加热40 min时核桃油中总酚含量分别比20 min前减少了9.7%、1.8%、12.3%、8.6%、38.0%；加热后期(40～60 min)是核桃油中总酚含量快速下降期，加热60 min时核桃油中总酚含量分别比20 min前减少了77.8%、80.7%、84.0%、72.1%、54.0%。这与核桃油的氧化稳定时间的变化规律相近。由此，推断在考察的水分、活性成分(VE、角鲨烯、β-谷甾醇、多酚等)中，多酚含量的升高对提高加热后核桃油氧化稳定性的可能性最大，具体机理有待进一步研究。

2.5 不同加热条件美拉德反应的影响

美拉德反应的底物为氨基酸和糖类，其中最易在美拉德反应中损失的是赖氨酸[25]，选择还原糖和赖氨酸含量的变化作为美拉德反应发生的指标物。图8分别为核桃经不同时间和温度加热后压榨核桃饼粕中还原糖和赖氨酸的含量变化。

从图8可以看出，随加热时间的延长，高温(90～150 ℃)加热后的核桃饼粕中还原糖的含量呈现下降趋势，低温(30～60 ℃)加热后还原糖的含量先下降后上升，还原糖含量降低可能是因为发生了美拉德反应，还原糖含量升高可能是因为在美拉德反应过程中有一部分蔗糖分解成了还原糖[26]。

在美拉德反应过程中，游离氨基含量的变化在一定程度上反映了美拉德反应的进程，反应越彻底，消耗的游离氨基酸越多[27]。从图8可知，30～90 ℃条件下加热后核桃中游离赖氨酸的含量变化不大，120 ℃加热40 min后，以及150 ℃加热，随加热时间的延长，核桃饼粕中赖氨酸的含量程下降趋势。这可能是因为高温条件下游离氨基酸参与了美拉德反应导致含量下降。

表1 各参数随氧化稳定时间变化的相关性

注：-表示负相关。

图8 核桃经不同温度加热后核桃饼粕中还原糖和赖氨酸的含量

2.6 加热提高核桃油氧化稳定性原因探索

根据不同加热条件下，核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、总酚、还原糖等含量与氧化稳定性变化规律推断，水分、总酚以及美拉德反应产物是影响核桃油氧化稳定性主要因素，对其变化规律进行分析，结果列于表1。从表1可以看出，水分、过氧化值、VE和β-谷甾醇等的含量分别和核桃油的氧化稳定时间的变化呈现负相关；说明水分和过氧化值低的核桃油可能具有更强的氧化稳定性；总酚的含量和核桃油的氧化稳定时间变化呈现正相关，说明总酚是氧化稳定性变化的主要影响因素之一；还原糖和赖氨酸的含量和氧化稳定时间程负相关，说明美拉德反应及其产物可能是影响油脂氧化稳定时间变化的另一个主要因素；酸价的变化比较复杂，当加热时间相同时，随加热温度的升高酸价和油脂氧化稳定时间的变化呈现负相关，加热温度相同时，随加热时间的延长核桃油的酸价和氧化稳定性的变化呈现正相关，原因有待进一步研究。在加热的过程中，核桃内部的各种成分一定是相互作用或者相互影响，各种因素不可能相互孤立，因此，核桃油氧化稳定性提高的原因仍有待于进一步研究。

3 结论

对不同加热条件处理后的核桃样品进行压榨制油，揭示了适当加热提高核桃油氧化稳定性的规律，通过分析核桃油中水分、VE、β-谷甾醇、总酚、油酸、还原糖等含量与氧化稳定性变化规律分析核桃油氧化稳定性的影响因素。研究结果表明在加热前期(20 min)，氧化稳定时间上升最显著，分别比加热前增加1.6、2.3、3.1、3.6和3.4倍；加热中后期(20～60 min)是氧化稳定时间缓慢变化期；在所考察的加热温度范围内，随加热温度的增加核桃油的氧化稳定性增强，其中150 ℃加热20、40和60 min时，核桃油的氧化稳定时间分别比加热30℃时增加69.0%、38.9%和419.1%；水分和过氧化值低的核桃油可能具有跟强的氧化稳定性，总酚是氧化稳定性变化的主要影响因素之一，美拉德反应及其产物可能是影响油脂氧化稳定时间变化的另一个主要因素。