焙炒对压榨芝麻油品质及抗氧化活性的影响研究

王楠楠，汪学德，刘宏伟，王雪雅

(1.河南工业大学 粮油食品学院，郑州450001； 2.驻马店顶志食品有限公司，河南 驻马店 463000)

焙炒是芝麻制油过程中常见的前处理方式之一，焙炒过程对芝麻油的风味、色泽、氧化稳定性以及内源性抗氧化物质的含量均有较大的影响。焙炒会破坏油料细胞结构，提高出油率，提升内源性生物活性成分的溶出率[1]；但也有研究表明，焙炒产生的高温会破坏内源性生物活性成分，降低其在油中的含量[2-4]。此外，芝麻中含有的糖和氨基酸在焙炒过程中会发生美拉德反应，生成抗氧化活性物质，提升芝麻油的氧化稳定性。目前，已有研究表明焙炒会对芝麻油品质造成影响，但对芝麻油中抗氧化物质的变化情况研究较少。本文以焙炒温度和焙炒时间为变量，采用压榨法制取芝麻油，着重对芝麻油中的抗氧化物质的含量进行测定，探索焙炒程度对芝麻油品质和抗氧化活性的影响，以期为后期探索造成冷、热榨芝麻油氧化稳定性差异的原因提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

白芝麻，赣芝10号，由河南省农科院提供；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，美国Sigma公司；正己烷、甲醇为色谱纯；95%乙醇、冰乙酸、无水乙醚等均为分析纯。

2695高效液相色谱仪，美国Waters公司；7890B气相色谱仪，美国Agilent公司；UV-6000PC紫外可见分光光度计；ISQ气相色谱质谱联用仪，Thermo Fisher Scientific公司；743 Rancimat氧化酸败仪，瑞士万通公司；SC-02 低速离心机；电加热搅拌炒锅。

1.2 实验方法

1.2.1 芝麻油样的制备

采用电加热搅拌炒锅焙炒芝麻，每次称取芝麻样品约1 kg，在160、180、200℃条件下，分别焙炒20、40、60 min，扬烟降温后，采用压榨法制取油样，油样经离心、过滤后备用。

1.2.2 芝麻油非酶褐变指数的测定

参照Cai等[5]的方法对不同焙炒条件下制得的芝麻油的非酶褐变指数进行测定。将1 g芝麻油溶于20 mL氯仿，在420 nm条件下测定吸光度，吸光度越大，表明芝麻油褐变程度越深。

1.2.3 芝麻油酸价及过氧化值的测定

酸价测定参照GB 5009.229—2016，过氧化值测定参照GB 5009.227—2016。

1.2.4 芝麻油中VE含量的测定

称取约0.5 g油样于10 mL容量瓶内，使用正己烷定容至刻度线，经0.22 μm滤膜过滤后进样。

采用高效液相色谱仪与荧光检测器串联检测VE含量。色谱条件：大连依利特氨基柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱温40℃；流动相为甲醇-异丙醇(体积比99∶1)；流速0.8 mL/min；进样量10 μL；激发波长298 nm，发射波长325 nm。

1.2.5 芝麻油中芝麻木酚素的测定

芝麻油中芝麻木酚素的提取参照卢跃鹏等[6]的方法，采用高效液相色谱仪与2489型紫外检测器串联检测芝麻木酚素含量。色谱条件： Sunfire C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱温30℃；流动相为甲醇-水(体积比70∶30)；流速0.8 mL/min；进样量10 μL；检测波长287 nm(芝麻素、芝麻林素)和293 nm(芝麻酚)。

1.2.6 芝麻油中甾醇含量的测定

采用薄层色谱法对芝麻油中植物甾醇进行分离，然后经气相色谱对甾醇含量进行测定[7]。

1.2.7 芝麻油中多酚含量的测定

参照LS/T 6119—2017，采用分光光度计法测定芝麻油样中多酚含量。

1.2.8 芝麻油DPPH自由基清除活性测定

芝麻油的DPPH自由基清除活性测定参照Chan等[8]的方法。

1.2.9 芝麻油氧化诱导时间的测定

采用743Rancimat氧化酸败仪测定芝麻油的氧化诱导时间。测定条件：油样5 g，空气流速20 L/h，温度120℃。

2 结果与讨论

2.1 不同焙炒条件对芝麻油褐变程度的影响

芝麻中含有的羰基化合物和羧基化合物在焙炒过程中会发生美拉德反应(又称非酶褐变反应)生成褐色大分子物质类黑精，造成芝麻油色泽加深。芝麻油的褐变程度可用420 nm处吸光度表示，吸光度越大，表明褐变程度越深[9]。不同焙炒条件下芝麻油褐变程度如图1所示。

图1 焙炒条件对芝麻油褐变程度的影响

由图1可以看出，焙炒温度较低(160℃)时，芝麻中发生的美拉德反应尚处于初始阶段，类黑精生成量较少，与原样相比，芝麻油褐变程度不大。焙炒温度较高(180、200℃)时，美拉德反应发生较为迅速，类黑精迅速积累，芝麻油褐变程度加深，在420 nm下吸光度显著增加(P<0.05)。美拉德反应产物具有较好的抗氧化活性，其抗氧化能力可与某些常见的食品抗氧化剂相媲美。美拉德反应产物大量生成，在某些程度上可的氧化稳定性。黄纪念等[10]认为，美拉德反应过程中生成的褐色物质、γ-生育酚、芝麻素、芝麻酚4种物质的协同作用可以很好地解释为何焙炒芝麻油较冷榨芝麻油具有较高的抗氧化活性。

2.2 不同焙炒条件对芝麻油酸价及过氧化值的影响(见图2、图3)

图2 焙炒条件对芝麻油酸价的影响

图3 焙炒条件对芝麻油过氧化值的影响

由图2可以看出，焙炒温度较低(160℃)时，随着焙炒时间的延长，芝麻油的酸价先降低后升高，在焙炒20 min时酸价最低。焙炒温度较高时(180、200℃)，随着焙炒程度加深，芝麻油的酸价呈上升趋势，但总的来说变化不大。原因可能是芝麻在前期焙炒过程中，由于焙炒程度较轻，芝麻中所含有的游离脂肪酸氧化，生成氢过氧化物以及小分子的醛、酮等物质，酸价降低，随着焙炒程度的加深，甘三酯水解生成游离脂肪酸(FFA)，酸价升高。

由图3可以看出：在160℃焙炒条件下，芝麻油的过氧化值随着焙炒时间的延长而升高；焙炒温度较高时(180℃)，芝麻油的过氧化值随着焙炒时间的延长先升高后降低；当焙炒温度达到200℃时，芝麻油的过氧化值逐渐降低；焙炒时间相同，芝麻油的过氧化值随着焙炒温度的升高而降低。这是因为芝麻油中含有大量的不饱和脂肪酸，在焙炒前期，易氧化生成氢过氧化物，造成过氧化值升高，随着焙炒程度的加深，芝麻油发生二级氧化，氢过氧化物分解，生成醛、酮、酸等小分子物质[11]，过氧化值降低。油脂氧化初期，氢过氧化物生成速率大于其分解速率，油脂过氧化值升高，氧化后期，氢过氧化物分解速率加快，生成速率低于分解速率，过氧化值降低。虽然高温焙炒条件下制备的芝麻油过氧化值较低，但氧化程度较深，油脂品质较低。另外，不饱和脂肪酸因参与美拉德反应，只有部分被氧化生成氢过氧化物，导致芝麻油的过氧化值降低[12]。

2.3 不同焙炒条件对芝麻油中木酚素含量的影响(见图4～图6)

由图4可以看出，随着焙炒程度的加深，芝麻素含量基本保持不变，约为800 mg/100 g。芝麻素是一个四氢呋喃核通过碳碳双键和两个亚甲基二氧基苯基相连接组成，具有热稳定性，在高温条件下不易发生裂解，含量几乎不变。

由图5可以看出，随着焙炒程度的加深，芝麻林素含量逐渐降低，特别是在200℃焙炒60 min条件下，芝麻林素损失11.4%。芝麻林素和芝麻素结构相近，芝麻林素是由一个四氢呋喃核通过碳碳双键和一个亚甲基二氧基苯基相连接，另一个亚甲基二氧基苯基是通过乙缩醛氧桥键相连接，这一主要区别导致芝麻林素具有热不稳定性，易在高温条件下发生裂解，生成芝麻酚和芝麻素酚。

由图6可以看出，在160℃焙炒条件下，由于温度较低，芝麻酚生成量较少，未检出。焙炒温度较高(180、200℃)时，随着焙炒时间延长，芝麻酚含量逐渐增加。特别是在200℃条件下焙炒时，芝麻酚增加量比较明显，当焙炒时间达60 min时，芝麻酚含量为20.28 mg/100 g。

图4 不同焙炒条件对芝麻素含量的影响

图5 不同焙炒条件对芝麻林素含量的影响

图6 不同焙炒条件对芝麻酚含量的影响

2.4 不同焙炒条件对芝麻油中生育酚、多酚、甾醇含量及抗氧化活性的影响(见表1)

生育酚是芝麻油中重要的抗氧化活性物质之一，可以有效阻断油脂氧化过程中自由基链式反应，提升油脂的氧化稳定性。由表1可以看出，随着焙炒温度升高和焙炒时间延长，芝麻油中生育酚含量逐渐减少。当焙炒条件达到200℃、60 min时，生育酚含量为32.04 mg/100 g，与原样相比，损失29.5%。原因是生育酚具有热不稳定性，高温易破坏其结构，造成生育酚含量下降。

由表1可以看出，菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇是芝麻油中含量最丰富的植物甾醇，其含量分别为477.16、303.72、1 636.33 mg/kg。在芝麻焙炒过程中，芝麻油中总甾醇含量呈现出先上升后下降的趋势。160、200℃分别焙炒60 min时，芝麻油中总甾醇含量分别为2 802.49、2 045.02 mg/kg。与原样相比，分别上升15.9%和下降15.4%。原因是在焙炒初期，高温破坏芝麻籽粒细胞壁及细胞膜结构，甾醇溶出率增加，芝麻油中甾醇含量升高。焙炒后期，随着焙炒程度的加深，高温破坏甾醇结构，造成芝麻油中甾醇含量下降。这与杨佳佳[13]焙炒山核桃所得结果相一致。

由表1可以看出，随着焙炒程度加深，芝麻油中多酚含量增加显著。焙炒程度较深(200℃，60 min)时，芝麻油中多酚含量为59.44 mgGAE/kg,约为原样的3.38倍。原因可能是焙炒会破坏芝麻粒细胞结构，多酚溶出率增加。此外，焙炒时产生的高温也会使结合态酚类裂解生成游离态酚类，造成芝麻油中多酚含量升高[14]。

由表1可以看出，随着焙炒程度的加深，芝麻油的DPPH清除能力逐渐增大。在200℃、60 min焙炒条件下制备的芝麻油，其质量浓度达4.42 mg/mL时，就可对 DPPH自由基清除率达到50%。原因可能是芝麻油中多酚含量增加，芝麻油抗氧化能力增强。黄建花等[15]的研究也表明植物油多酚含量与DPPH自由基清除活性有较好的相关性(P<0.05)。此外，芝麻在焙炒过程中会发生美拉德反应生成类黑精，此类产物具有较好的抗氧化活性，能抗氧化能力。

表1 不同焙炒条件对芝麻油中生育酚、多酚、甾醇含量及抗氧化活性的影响

注：多酚含量以没食子酸当量计。

2.5 不同焙炒条件对芝麻油氧化稳定性的影响(见图7)

由图7可以看出，焙炒可以的氧化稳定性，延长货架期。200℃、60 min焙炒条件下制备的芝麻油氧化稳定性最强，其氧化诱导时间为23.45 h，与原样相比提升至4.86倍，但是此时芝麻油色泽较深，且有明显的焦糊味，从焙炒对芝麻油品质的影响考虑，180℃焙炒20～40 min为宜。此外，180℃、60 min和200℃、20 min焙炒条件下制备的芝麻油氧化诱导时间相差无几，这表明较高温度、焙炒较短时间可以与较低温度、焙炒较长时间获得相似的结果。虽然高温导致具有抗氧化活性的γ-生育酚含量降低，但焙炒时产生的高温会使芝麻林素裂解生成芝麻酚，多酚含量增多，钝化脂肪氧合酶，水分大量散失，芝麻中含有的糖和氨基酸也会在高温作用下发生美拉德反应生成类黑精及一系列含氮、硫的非挥发性物质。在共同作用下，芝麻油的氧化稳定性随焙炒程度的加深而逐渐增强，但是具体哪种因素的变化起主导作用，还需在后续的实验中加以验证。

注：A.原样；B.160℃,20 min;C.160℃,40 min;D.160℃,60 min;E.180℃,20 min;F.180℃,40 min;G.180℃,60 min;H.200℃,20 min;I.200℃,40 min;J.200℃,60 min。

图7 不同焙炒条件对芝麻油氧化诱导时间的影响

3 结 论

随着焙炒温度的升高和焙炒时间的延长，芝麻油色泽逐渐加深，在420 nm处吸光度增加，褐变程度显著增加。高温对芝麻油酸价的影响不大，随着焙炒程度的加深，芝麻油过氧化值呈现出先升高后降低的趋势；焙炒并未对芝麻油中芝麻素含量造成影响，芝麻素含量基本保持不变，约为800 mg/100 g(200℃，60 min)，芝麻林素发生裂解，生成芝麻酚和芝麻素酚，最大损失率达11.4%；随着焙炒时间的延长和焙炒温度的升高，芝麻油中γ-生育酚含量逐渐降低，由原样的45.42 mg/100 g降为32.04 mg/100 g(200℃，60 min)，总甾醇含量先升高后降低，多酚含量显著升高(P<0.05)，200℃、60 min焙炒条件下制备的芝麻油中多酚含量达59.44 mgGAE/kg，芝麻油的体外抗氧化活性也随焙炒程度的加深呈现逐渐升高的趋势，清除DPPH自由基的IC50由原样的16.88 mg/mL降为4.42 mg/mL；芝麻油的氧化诱导时间随着焙炒程度的加深逐渐延长，芝麻油的氧化稳定性增强。

综上所述，芝麻焙炒后制备的芝麻油中抗氧化物质种类和含量均有较大变化，其中芝麻酚、美拉德反应产物、多酚等物质均随焙炒程度的加深而增多，在共同作用下，芝麻油的氧化稳定性显著增强。