芝麻油品质评价体系的构建

邵家威,王明辉,李青,张桂香,张炳文*,鲁佩杰

1(济南大学 生物科学与技术学院,山东 济南,250002) 2(山东省农业科学院作物研宄所,山东 济南,250000)

芝麻(SesamumindicumLinn.),有“油麻”、“脂麻”、“胡麻”和“巨胜”等别名[1]。中华民族是最会利用芝麻生产各种美味食品的民族,其产品品种之多之佳属全球之最[2]。中国是全球芝麻进口量最大的国家,也是消费量最多的国家[3]。

芝麻籽粒中含有0.5%～1.0%的木酚素类物质,是一种天然活性物质,其中脂溶性木酚素含量最高[4-5]。在芝麻油加工过程中,芝麻中特有的脂溶性木酚素会随之溶出,木酚素具有保护肝脏、降低胆固醇、调节脂质代谢、稳定血压和抗肿瘤等功效[6-9]。随着加工技术的发展,芝麻油产品的种类也呈多样化,例如“小磨香油”、“芝麻原油”、“精炼芝麻油”等[10-11]。然而不同加工方式会造成芝麻木酚素含量发生变化,并改变其他的质量指标。

通过市场调研发现,大多数消费者在选购芝麻油产品时关注的最主要因素是香味、口味以及品牌等,对营养功能组分缺乏认识,芝麻油被人们贴上了“调味油”的标签。GB/T 8233—2018《芝麻油》标准中未规定芝麻油中的独特的功能组分,如木酚素,不能科学、全面地评价芝麻油的营养品质品质。

本文综述了不同原料芝麻、不同加工方式等对于芝麻油中的特征组分以及相关的质量指标的影响,进而对GB/T 8233—2018《芝麻油》提出建议,增加相关质量指标,建立更为科学、全面的芝麻油评价标准,为引领大众科学选择消费芝麻油,以及企业产品研发提供参考,提升芝麻产业的发展。

1 芝麻油的分类与加工工艺

随着人民生活水平提高,芝麻的消费量逐年增加,截至2017年我国芝麻的消费量为141.2万t,占全球芝麻产量的23.9%。芝麻籽粒中脂肪含量达半数以上,芝麻油是芝麻的主要加工产品。

1.1 芝麻油的定义与分类

根据2018年12月1日由国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会发布实施的GB/T 8233—2018《芝麻油》国家标准,芝麻油(sesame seed oil)被定义为“以芝麻籽为原料制取的油脂”,并作出了分类及定义,如表1所示[10]。

表1 芝麻油的分类及定义Table 1 Classification and definition of sesame oil

1.2 芝麻油的加工工艺

芝麻油因含有独特风味而被人们喜爱,然而制取工艺以及所用芝麻种类的不同等因素,导致各种芝麻油的产品品质存在一定的差异与区别[12]。根据GB/T 8233—2018《芝麻油》对芝麻油的分类与各自的定义,对应的加工方法主要有压榨法、水代法和浸出法。

1.2.1 压榨法制取芝麻油

压榨法是制油工艺中最常见的方法之一,其主要原理是借助物理压力,将物料中的油脂挤压溶出。压榨法还可分为热榨与冷榨。热榨法是芝麻经焙炒后采用液压榨油机或螺旋榨油压榨提取的芝麻香油；冷榨法是芝麻或脱皮芝麻经低温(不超过80 ℃)压榨制取的芝麻油,因芝麻没有进行高温焙炒,所以这种芝麻油的香味清淡,适合做高端色拉油和烹调油。

刘玉兰等[13]分别对冷榨法与热榨法加工制取的芝麻油进行检测,结果如表2所示。在同品种芝麻下冷榨芝麻油的色泽明显浅于热榨芝麻油,胶体杂质(磷脂)含量、酸价、过氧化值也都优于热榨芝麻油。随后,钟雪玲[14]对冷榨加工芝麻油进行研究,得到最佳条件为入榨水分9%、压榨温度65 ℃、压榨次数5次、榨轴转速30 r/min,此条件下芝麻饼残油率为14.73%。

表2 热榨芝麻油与冷榨芝麻油分析对比表Table 2 Comparison of hot-pressed sesame oil and cold-pressed sesame oil

赵丹[15]研究了不同工艺芝麻油提取物对2BS细胞衰老以及对SD大鼠降血脂的影响,发现在同等剂量条件下,冷榨芝麻油提取物的抗衰老能力最强,对SD大鼠降血脂作用更显著。

由此对比,可明显看出冷榨的加工方式对芝麻中的功能活性物质的影响是最低的,而热榨加工对芝麻进行高温焙炒可能会对活性物质产生一定的影响,从而降低其生物活性。

1.2.2 水代法制取芝麻油

用水代法加工小磨香油,是我国特有、成熟的传统加工方法,深受消费者欢迎。主要是利用油料中非油成分对油和水的亲和力差异,并利用油水比重不同将油脂与蛋白质、糖类、纤维素、磷脂等亲水成分分离[16]。其工艺特点是所制取的芝麻油香味浓郁,含磷量、酸价、色泽及过氧化值相比压榨法均要低[17]。同时该工艺下的油脂得率低,劳动强度大,油脂含水量较高,副产物芝麻渣水分含量过高,其中蛋白质不仅品质差、难分离利用,而且实用价值很低,造成蛋白质资源的浪费[18]。

尚小磊[19]分别研究了传统水代法、酶法和超声波辅助水代法3种不同提取方法对芝麻油的工艺参数,优化后得到了最佳工艺参数,如表3所示。对比3种兑浆工艺,超声波和酶辅助都提高了提油率,超声波辅助提油率最高。

表3 3种水代法制取芝麻油参数对比Table 3 Comparison of parameters of sesame oil preparation by three water substitution methods

张朝阳[16]研究发现在传统水代法中加入酶制剂可以提高提油率,降低残油率。其最佳加酶量为纤维素酶200 U/g、碱性蛋白酶2 000 U/g、木瓜蛋白酶3 500 U/g、中性蛋白酶3 000 U/g,在pH 6.0、温度50 ℃、时间3 h下芝麻的提油率高达89.55%,残油率为6.73%。

1.2.3 浸出法制取芝麻油

目前浸出法制油是以压榨芝麻饼或干燥芝麻渣为原料,利用溶剂萃取将其中油脂提取出来,再将浸出毛油经脱酸、脱色、脱酸、脱臭等精炼工艺得到的成品芝麻油。该工艺最大的特点是出油率高、生产水平高,适合规模化作业[20-27]。浸出法的工艺成本也较低,不过采用浸出法提取精炼后的芝麻油,香味很淡,加之大量有机溶剂存在火灾爆炸、溶剂残留等问题[27]。肖苏尧等[22]以茶籽油为研究对象,发现在溶剂浸出法中,毛油2次蒸发脱溶是形成苯并芘主要原因,最高达2.54 μg/kg,相比于焙炒过程中26.55 μg/kg的增加量,其影响是不明显的。

2 芝麻油中的脂肪酸指标

通过油脂中必需脂肪酸含量的丰富程度,以及油脂中脂肪酸是否具有恰当的构成比例,可以科学评价油脂营养全面性,也是油脂掺假鉴定的重要指标。

2.1 GB/T 8233—2018《芝麻油》中的脂肪酸指标

芝麻油国家标准中关于脂肪酸指标的规定如表4所示[10]。虽然国家标准中对芝麻油中含有的主要脂肪酸含量进行了明确规定,但未对其中的反式脂肪酸进行明确规定。人体摄入反式脂肪酸后,在体内代谢途径和正常的脂肪酸相同,因此反式脂肪酸在人体内的代谢和转化势必会对其他必需脂肪酸等营养物质的吸收代谢产生一定的干扰,从而对人体的健康构成威胁。相关研究表明,反式脂肪酸可能会成为动脉粥样硬化、儿童肥胖、抑郁症、糖尿病等疾病的诱发因子[23-25]。

表4 国标中对芝麻油中脂肪酸的规定Table 4 Regulations on fatty acids in national standard for sesame oil

2.2 芝麻油中脂肪酸的相关研究

任小娜等[26]对不同种类芝麻、不同加工工艺所制取的芝麻油中脂肪酸的含量进行测定,如表5所示。

表5 不同品种芝麻以及不同加工工艺芝麻油脂肪酸含量对比Table 5 Comparison of fatty acid content in sesame oil prepared by different varieties of sesame and different processing techniques

还有研究者对热榨芝麻油、冷榨芝麻油、精炼芝麻油、水代法芝麻油中的组成及含量进行检测分析,其结果如表6所示。

由此可看出,针对不同品种芝麻或者不同加工工艺所制取的芝麻油中,脂肪酸的含量基本没有差异,并且冷榨芝麻油中并未检测到有反式脂肪酸的存在。黄颖等[27]在低温压榨芝麻油、微波冷榨芝麻油、传统热榨芝麻油3种样品中均检测出反式脂肪酸,且传统热榨油中反式脂肪酸含量最高,分别比低温压榨油高6倍,比微波冷榨油高2倍。相关研究表明在不同加工工艺生产的芝麻油产品中是存在反式脂肪酸的,所以关于芝麻油的国家标准中应当对反式脂肪酸含量进行规定。

表6 不同工艺所得芝麻油的脂肪酸组成及含量Table 6 Fatty acid composition and content of sesame oil prepared by different processes

在热榨过程中,芝麻中的脂肪酸可能发生热聚合反应产生异构化,生成反式脂肪酸。但总体上芝麻油中脂肪酸性质较为稳定,不会因加工方式的不同而改变,因此检测芝麻油中脂肪酸含量是验证芝麻油掺假的一项重要标准。还有学者提出纯芝麻油具有最好的氧化稳定性,利用氧化稳定性的差异可以大致判断芝麻油的掺伪情况,但此法不能单独使用的观点[28],进而证实了脂肪酸检测对芝麻油掺假鉴定的重要性。

3 芝麻油相关质量指标

GB/T 8233—2018《芝麻油》规定了酸价、过氧化值等油脂的通用指标。酸价又名酸值,是脂肪中游离脂肪酸含量的标准,而酸值也是衡量油脂质量的标准之一,通常酸值越小,表明油脂质量越好,油脂新鲜度和精炼度越好。过氧化值是指油脂氧化程度的一个指标,油脂在氧化后生成氧化物、醛、酮等,一般来说油脂的过氧化值越高,酸败越厉害。

3.1 GB/T 8233—2018《芝麻油》常见质量指标

芝麻油国家标准中一般质量指标的规定如表7所示[10]。国家标准中对芝麻油的过氧化值、酸价等做了明确规定,并且对芝麻香油(包括小磨香油)、精炼芝麻油做出等级划分,并且一级油的酸价及过氧化值的限定值较低；但对于精炼芝麻油未作出过氧化值指标的限定,这有可能与加工工艺有关,但在相关研究报道中,精炼芝麻油的过氧化值比其他加工方式制取的芝麻油过氧化值都高。

表7 国标中对芝麻油相关质量指标规定Table 7 Regulations on quality indicators related to sesame oil in national standard

3.2 芝麻油中酸价、过氧化值的相关研究

陈刘杨[29]研究发现,螺旋榨芝麻油的酸价和过氧化值最高；水代法芝麻油的酸价、过氧化值低,并且指出随焙炒温度升高和焙炒时间延长,芝麻油色泽加深,酸价、生育酚和芝麻素均降低,而过氧化值、芝麻酚含量则升高,氧化稳定性变好。赵丹等[30]在实验探究中发现,不同工艺制取的芝麻油的酸值和过氧化值有较大差异,其酸值排列顺序为：热榨芝麻油>精炼芝麻油>水代法芝麻油>冷榨芝麻油；过氧化值排列顺序为精炼芝麻油>热榨芝麻油>水代法芝麻油>冷榨芝麻油。出现酸值和过氧化值过高的主要是因为制取芝麻油前,芝麻籽经过高温焙炒所导致,与其他研究观点一致。

3.3 芝麻油中挥发性成分差异

尹文婷等[31]分析了小磨芝麻香油、螺旋压榨芝麻油(成品油及其毛油)、冷榨芝麻油、芝麻原油和精炼芝麻油共6种不同加工工艺芝麻油中的挥发性物质,其结果如表8所示。

表8 不同工艺芝麻油中挥发性成分的数量和相对含量Table 8 Quantity and relative content of volatile components in sesame oil prepared by different processes

由此可知,加工工艺对芝麻油的挥发性物质组成有重要影响。冷榨芝麻油未经炒籽,其挥发性物质以醛类和酸类为主,具有较强的生芝麻味、土腥味、木屑味和青草味。精炼芝麻油中挥发性成分含量最少,只检测到3种物质。通过感官评定后发现加工工艺也是重要的影响因素,发现芝麻原油中由于含有大量正己烷溶剂,表现出较强的机油味和刺激感。芝麻压榨成品油、压榨毛油和小磨芝麻香油中检测到了丰富的吡嗪类、酚类、醛类和酮类等物质,具有较强的炒芝麻味、焦香味、留香较久且风味浓郁。相比于其他芝麻油,小磨芝麻香油风味最纯正、醇厚,口感最绵柔。

4 芝麻油中的特征组分-芝麻木酚素类成分

芝麻中的木酚素类物质(木脂素类物质)是芝麻籽粒中存在的独特功能组分,是芝麻中特有的一类内源性抗氧化物质,分为脂溶性木酚素与水溶性木酚素。脂溶性木酚素是芝麻中的主要生理活性物质,主要包括芝麻素和芝麻林素,存在于芝麻籽中；水溶性木酚素是葡萄糖苷化的木酚素,该物质和1～3个葡萄糖相连,形成极性较强的糖苷而易溶于水,主要存在于脱脂的芝麻粕中。芝麻在加工制油过程中,其中的脂溶性木酚素(芝麻素、芝麻林素)会随芝麻油的溶出而溶出,因而芝麻中大量的芝麻素和芝麻林素都存在于芝麻油中。

4.1 芝麻木酚素的生理活性研究

研究人员发现芝麻木酚素具有强抗氧化能力,可以显著增强猪油的氧化稳定性；有研究者将芝麻木酚素加入到葵花籽油、大豆油中,发现加入此物质后,葵花籽油、大豆油变得更加稳定。刘玉兰等[13]分别对芝麻油进行氧化诱导实验,均发现需要较长的时间才能使芝麻油氧化酸败,也可说明芝麻油的稳定性较好,货架期以及保质时间长。

汪学德[4]利用D-半乳糖导致衰老小鼠模型,用芝麻木酚素提取物进行人工灌胃干预,然后测定小鼠的MDA、SOD、GSH-Px酶活力的变化来体现提取物在小鼠体内的抗氧化功效。结果发现,芝麻木酚素提取物对小鼠中的MDA、SOD、GSH-Px酶活力具有显著降低且抑制的作用,不同的酶对于芝麻木酚素的剂量需求有所不同,但总体上均呈现剂量效应。

胡晓恒等[33]发现芝麻木酚素能够通过抑制氧化应激反应、减轻血管内皮损伤的机制来降低肾型高血压大鼠的血压水平。王宇等[34]随机选取肾型高血压大鼠模型,利用芝麻木酚素提取物对其进行干预,发现NO含量、SOD活性显著上升,大鼠血压和心率得到改善,并给出可能是通过升高血清NO,继而降低内皮素含量,增强抗氧化作用的结论。

4.2 芝麻油中木酚素(芝麻素、芝麻林素)的差异性相关研究

TASHIRO等[34]研究发现芝麻油中的芝麻素含量在0.07%～0.61%之间,平均值为0.36%。芝麻素含量最低的是含油率44.5%的黑籽样品,而芝麻素含量最高的为含油率高达55.1%的白籽样品。不仅不同品种芝麻粒中的芝麻素含量具有较大差异,就连同一株上芝麻粒也存在差异,生长在底部的芝麻粒中所含的芝麻素含量最低,与其相反,接近于上部的芝麻素含量最高。

赵丹等[32]对不同加工工艺所得芝麻油的芝麻素和芝麻林素含量进行研究,发现冷榨芝麻油中芝麻素、芝麻林素含量分别是热榨芝麻油的1.45和1.54倍,是水代法芝麻油的1.46和1.71倍,是精炼芝麻油的1.20和1.68倍。黄颖等[27]也发现低温压榨芝麻油中芝麻素、芝麻林素含量分别是热榨油的1.91和1.77倍,是微波油的1.50和1.35倍。

彭金砖[20]对冷榨法、热榨法、水代法3种方法制取的芝麻油中的芝麻木酚素进行了研究,发现3种样品中芝麻素和芝麻林素质量分数分别为52.66%,22.13%(水代)；52.87%,23.02%(热榨)；54.46%,25.62%(冷榨)。同时利用衰老小鼠模型研究发现,在以芝麻素为标准的相同剂量下,冷榨芝麻油中提取的木酚素表现出最好的体内抗氧化性,热榨油中提取的木酚素其次,水代法芝麻油中提取的木酚素抗氧化性能最差。

由此可看出,冷榨法制取的芝麻油中芝麻素、芝麻林素的含量以及体内抗氧化活性都较高于热榨和水代法制取的芝麻油,可能是由于水代法和热榨法加工方式一定程度上破坏了芝麻中活性成分木酚素,降低了体内抗氧化活性,可见冷榨法能较好的保留芝麻油的功能价值。

5 芝麻油中相关潜在的有害物质

苯并芘是一种常见的高活性间接致癌物和突变原[36-39]。在芝麻油制取过程中,往往会因为工艺问题会在芝麻油中产生苯并芘。

赵丹等[32]研究发现,热榨芝麻油、水代法芝麻油、精炼芝麻油、冷榨芝麻油中的苯并芘质量分数分别为1.76、1.18、1.74和0.60 μg/g。因此芝麻油中的苯并芘大多数是在高温被炒过程中产生。王广会[36]研究发现在压榨法生产工艺中,苯并芘含量均较低,且在整个生产过程中无明显变化；在浸出法生产工艺中,苯并芘含量较高,主要来自于芝麻饼中；在精炼工艺过程中,虽然经过了脱酸、脱色、脱胶、脱臭等工序,但苯并芘含量几乎没有降低,致使成品芝麻油中苯并芘含量依然较高。

刘兵戈[40]对23个市售芝麻油样品苯并芘含量的进行调查,发现4.4%的样品超出我国国家标准规定,56.5%的样品超出欧盟要求,产品整体质量较差。但从中发现冷榨法制得的芝麻油中苯并芘含量较水代法、热榨法和浸出法低,且大企业制得的芝麻油中苯并芘含量普遍较中小企业低。由此可看出采用先进生产工艺和精细设备对苯并芘的产生有一定影响,低温、规模化、精细化生产能得到更为安全的芝麻油产品。

6 芝麻油品质评价体系的构建设想

随着生活水平的提高,人们对油脂的功能和营养的认知不断加深,已经从过去脂肪酸营养转变到更多关注一些功能性物质的存在。因此,在芝麻油评价体系中,除常规油脂质量指标外,在国家标准中增添更多的营养性、安全性指标,进而提高消费者对芝麻油产品的了解和选择。

6.1 品质评价中增加芝麻油特征组分的要求

芝麻素和芝麻林素是芝麻中典型的特征性脂溶性木酚素,在制油加工过程中,大量的芝麻素和芝麻林素都随着油脂一起溶出。通过大量的研究报道,发现不同芝麻品种、不同加工工艺所制得的芝麻油产品中芝麻素和芝麻林素的含量存在较大的差异。高温焙炒是芝麻香油(包括小磨香油)中一道重要加工工序,虽然会使芝麻中的蛋白质发生美拉德反应,使芝麻油具有浓郁的香味,但过高的温度会对芝麻素和芝麻林素造成破坏大量减少,进而芝麻油的功能价值就大大降低。另外芝麻油比一般食用油脂的货架期长,也与芝麻素和芝麻林素有关。因此在芝麻油的品质评价体系中应增加芝麻素和芝麻林素的含量限定,通过芝麻油中功能组分的含量并结合其他质量指标,对芝麻油进行等级划分,进一步提高消费者对功能物质的认知度,规范芝麻油市场。

6.2 不同类别的芝麻油增加关于苯并芘组分的限量要求

针对现存GB/T 8233—2018《芝麻油》中,芝麻油的主要为芝麻香油和精炼芝麻油,两者在生产过程中都会存在高温焙炒工序,同时浸出法还会利用化学有机试剂对芝麻中油脂进行浸出。大量研究表明,在不同工艺对芝麻进行制油过程中,都会产生一定量的苯并芘；通过高温焙炒后生产的芝麻油中苯并芘的含量相比未高温焙炒芝麻油中的苯并芘高出一倍有余；另外在浸出法加工工艺中,除芝麻饼自身产生的苯并芘之外,频繁与化学试剂接触,也会导致化学残留,并且在后续脱胶、脱酸、脱臭等工序中,苯并芘的含量也不会降低。因此在芝麻油的品质评价体系中应增加对间接致癌物苯并芘的含量限定,通过大量研究可将其综合上限量定为1.8 μg/g,并对所有等级芝麻油中苯并芘的上限量进行限定,进而规范芝麻油生产加工,提高消费者安全意识。

6.3 芝麻油标准中增加冷榨芝麻油类别的要求

精准适度加工是一种先进合理的加工方式[41]。在芝麻油生产中,类似于热榨、浸出加工方式不仅会对芝麻中特征组分造成破坏,并且还会产生有害成分,降低芝麻油的品质,这种“过度加工”的方式是不可取的。

冷榨工艺是目前芝麻油生产中新兴加工工艺,其不仅不会对其中的芝麻素和芝麻林素等特征组分造成破坏,同时其有害成分的产生也较其他加工工艺减少较多,因此冷榨芝麻油可以作为一种高端食用烹调油投入市场。

在芝麻油现存国家标准中增加“冷榨芝麻油”这一种类,可以丰富芝麻油市场,转换消费者对芝麻油只可用于“调味”的传统概念,提升芝麻油的竞争力。