不同热处理葵花籽方式对葵花籽油品质的影响

张岩，纪俊敏，侯利霞，汪学德，苗红梅

(1.河南工业大学 粮油食品学院，郑州 450001；2.河南省农业科学院 芝麻研究中心，郑州 450002)

葵花籽油作为一种优质的食用油，油酸、亚油酸含量均衡，富含维生素E、甾醇、胡萝卜素等多种营养成分，这些成分可以抗癌、抗氧化并可预防多种疾病[1]。例如葵花籽油可以用于治疗烧伤患者，可能是因为富含的亚油酸作为过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPAR-α)的激动剂发挥作用，促进角质形成、细胞增殖和脂质合成[2]。还有报告称，葵花籽油中富含的α-生育酚可以增强肺部功能[3]。此外，葵花籽油还有烟点高、易吸收的优点。

压榨法是传统的油脂生产方法，操作简便，无溶剂污染，还能保留葵花籽油的独特风味[4]。压榨前的热处理可以改善葵花籽油的感官特性，使其具有良好的口感和风味。常见的热处理手段包括焙炒、微波加热等，焙炒传热均匀但耗时长；而微波加热具有加热速度快、时间短等优势。

油籽的热处理过程涉及广泛的物理化学变化，消费者喜欢美拉德反应产生的香气，但过度热处理可能会导致葵花籽油营养成分减少或香气变差[5]。热处理有利于一些抗氧化物质的生成，但也会导致包括丙烯酰胺、多环芳烃等物质在内的一些热诱导污染物的形成，热处理还可能促使双键异构化，从而导致反式脂肪酸、脂肪过度氧化，同时增加初级(过氧化氢)和次级(酮/醛)脂肪氧化产物。这些可能发生的化学反应途径是相互关联的，与原料种子的成分和热处理条件高度相关[6]。因此，控制好葵花籽的热处理条件对于生产高品质的葵花籽油至关重要。本研究采用焙炒和微波加热两种方式，采用不同的加热温度、功率和时间条件对葵花籽进行热处理，对压榨得到的葵花籽油进行分析，研究不同加热方式、条件对其出油率、酸价、过氧化值、色泽、色素、生育酚含量、美拉德反应产物、挥发性成分和感官评价的影响。

1 材料和方法

1.1 材料

油葵：产地保加利亚。

1.2 试剂

甲醇、正己烷(色谱纯)：上海麦克林生化科技有限公司；其他试剂(均为分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.3 主要仪器与设备

6YZ-180型液压榨油机 郑州德源机械有限公司；HN002型电加热炒籽锅 河南英安机械设备有限公司；家用微波炉 广东格兰仕集团；Lovibond PFXi 880型全自动分光色度仪 英国罗维朋公司；Cary 60型紫外可见分光光度计、安捷伦7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司；Vertex-70型红外光谱仪 德国布鲁克公司；同时蒸馏萃取装置 天长市康鹏实验设备有限公司；Waters e2695型高效液相色谱仪 美国沃特世公司。

1.4 方法

1.4.1 热处理和榨油

焙炒时每次取500 g葵花籽仁在设定的炒籽温度(160，180，200 ℃)、炒籽时间(5，10，15，20，25 min)下焙炒；微波加热时每次取250 g葵花籽在设定的微波功率(360，540，720 W)、微波加热时间(2，4，6，8，10 min)下加热。焙炒和微波加热后的葵花籽仁经扬烟机扬烟后快速冷却至室温，然后使用液压榨油机榨取葵花籽油，最后将提取出的油以4500 r/min离心10 min以去除杂质并储存在4 ℃条件下备用。

1.4.2 油的化学和物理参数

参照GB 5009.229-2016测定葵花籽油的酸价；GB 5009.227-2016测定过氧化值；GB/T 22460-2008测定色泽，以(R+Y/10)/2 表示。

1.4.3 生育酚含量

将0.5 g葵花籽油用正己烷溶解并定容至10 mL，过0.22 μm有机滤膜后进高效液相色谱仪进行分析。根据保留时间定性后带入8种生育酚标曲定量计算[7]。

HPLC条件：Waters 2475荧光检测器，采用Sunfire C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，以正己烷∶异丙醇(99∶1，V/V)作为流动相，流速为1 mL/min。

1.4.4 色素含量

根据Suri等[8]的方法测定油中类胡萝卜素和叶绿素的含量。将7.5 g葵花籽油用环己烷溶解并定容至25 mL。充分混合后，使用紫外分光光度计测量叶绿素和类胡萝卜素在670 nm和470 nm处的吸光度值，并使用以下公式计算结果：

叶绿素(mg/kg)=(Abs670×106)/(613×100×密度)；

类胡萝卜素(mg/kg)=(Abs470×106)/(2000×100×密度)。

1.4.5 美拉德反应产物

褐变指数(BI)采用Suri等的方法。将1 g葵花籽油溶于20 mL氯仿充分混匀后用紫外分光光度计测量溶液在420 nm处的吸光度，以A420 nm表示褐变指数。

5-羟甲基糠醛(HMF)采用Suri等的方法。将0.5 g葵花籽油与1 mL甲醇溶液(70%)涡旋混合1 min后以10000 r/min 离心5 min，收集上清液。重复3次涡旋离心的步骤，将3次上清液合并用甲醇(70%)溶液稀释至5 mL，过0.22 μm有机滤膜后进高效液相色谱仪分析。获取在285 nm处检测到的峰，带入标曲后定量计算。

HPLC条件：Waters 2489紫外可见光检测器，采用Sunfire C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，以甲醇和水作为流动相，梯度洗脱，流速为1 mL/min。

1.4.6 挥发性成分

采取同时蒸馏萃取(SDE)装置提取葵花籽油中的挥发性组分。将30 g葵花籽油、150 g蒸馏水、9 g NaCl和150 μL 4-壬醇内标物添加到500 mL烧瓶中，将烧瓶连接到装置一侧，同时将50 mL二氯甲烷倒入连接装置另一侧的250 mL烧瓶中。采用油(甲基硅油)浴法和水浴法将样品瓶和溶剂瓶的温度分别保持在145 ℃和60 ℃。提取3 h后停止加热，待装置冷却，收集提取物，然后用无水硫酸钠干燥过夜。将提取物浓缩氮吹至1.5 mL，过滤膜进气相色谱-质谱联用仪分析。

GC条件：以氦气为载气，流速为1 mL/min；进样口温度250 ℃，不分流模式进样，升温程序从40 ℃开始，保持2 min，然后以5 ℃/min增加到120 ℃，最后以3 ℃/min升高到250 ℃并保持20 min。

MS条件：电子电离(EI)模式为70 eV，传输线、离子源和四极杆的温度分别为280，230，150 ℃；质量扫描范围为30～450 m/z。将得到的质谱与质谱库(NIST05.L、Wiley7n.L和W8N08.L)进行分析比较，鉴定挥发物并定量计算。

1.4.7 葵花籽油感官品质的测定

由10名经过培训的专业感官评价人员对葵花籽油进行评定，评分细则见表1。

1.4.8 傅里叶红外光谱

实验配备衰减全反射(ATR)组件的Vertex-70光谱仪系统在500～3500 cm-1的吸光度范围内对葵花籽油进行了红外扫描(32次扫描/样品)，光谱分辨率为4 cm-1。分析在室温下进行，并根据空气校正空白。

1.4.9 统计分析

所有的分析测试和实验分别进行3次平行实验，数据报告为3份的平均值±标准差(SD)。使用SPSS软件进行数据分析，使用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 出油率

经过不同方式和条件热处理后的葵花籽，压榨时的出油率会有所变化。焙炒和微波加热后葵花籽的出油率见图1。

图1 焙炒和微波加热对葵花籽油出油率的影响Fig.1 Effect of roasting and microwave heating on the yield of sunflower seed oil

由图1可知，焙炒和微波加热显著影响了葵花籽的出油率。未经加热的葵花籽的出油率为30.05%，经过焙炒和微波加热后显著提升，最高分别达到了45.16%和47.48%。焙炒和微波处理后可能会导致葵花籽细胞壁发生变化，增加细胞孔隙率并促进油通过细胞壁[9]。在先前研究报道的焙烤奶蓟种子和油菜籽后出油率也有所提高[10]。然而，当加热超过一定时间后，出油率增长趋于平缓，这可能是由于葵花籽在较高的加热时间下水分进一步流失，从而使它们的脆性增加，塑性和弹性变差，较大的脆性可能会阻碍葵花籽油的提取[11]。

2.2 酸价

酸价表示油中甘油三酯水解产生的游离脂肪酸的数量，这是油质量退化的指标。酸价越高，说明油中游离脂肪酸含量越高[12]。焙炒和微波处理后葵花籽油的酸价变化情况见图2。

图2 焙炒和微波加热对葵花籽油酸价的影响Fig.2 Effect of roasting and microwave heating on the acid value of sunflower seed oil

由图2可知，未经处理的葵花籽油的酸价为0.46 mg KOH/g，而经过焙炒和微波加热后葵花籽油的酸价略有增加，说明高温热处理促进了甘油三酯的水解和游离脂肪酸的形成。经焙炒和微波加热预处理得到的葵花籽油的酸价最大，分别为0.84，0.90 mg KOH/g，均低于食用油国标1.5 mg KOH/g的建议值。

2.3 过氧化值

过氧化值代表油脂抗氧化降解的稳定性，也是反映油脂氧化程度的重要指标。过氧化值越高，油脂的氧化程度也就越大。焙炒和微波处理后葵花籽油的酸价变化情况见图3。

图3 焙炒和微波加热对葵花籽油过氧化值的影响Fig.3 Effect of roasting and microwave heating on the peroxide value of sunflower seed oil

由图3可知，未加热的葵花籽油的过氧化值为2.47 mmol/kg，过氧化值随着焙炒和微波加热程度的提升先升高后降低。这可能是由于热处理的最开始阶段，自由基攻击不饱和脂肪酸，形成过氧化物，导致了葵花籽油中过氧化值的增加。然而，随着加热的进行，不稳定的过氧化物可能分解为次级氧化产物(酮、醛等)，导致了葵花籽油中过氧化值的降低。先前的研究报道了微波加热榛子、大豆、橄榄油和葵花籽油的过氧化值有类似趋势[13]。焙炒和微波加热后的葵花籽油的过氧化值均低于食用油的建议值7.5 mmol/kg。

2.4 色泽

色泽作为评价葵花籽油最直观的指标，对于消费者的接受程度和喜爱度有重要影响。焙炒和微波加热后制取的葵花籽油的外观和色泽见图4和图5。

图4 焙炒和微波加热对葵花籽油外观的影响Fig.4 Effect of roasting and microwave heating on the appearance of sunflower seed oil

图5 焙炒和微波加热对葵花籽油色泽的影响 Fig.5 Effect of roasting and microwave heating on the color of sunflower seed oil

由图4可以观察到未经加热制取的葵花籽油颜色较浅。随着焙炒温度和时间、微波加热功率和时间的增加，葵花籽油的颜色逐渐加深，相应的色泽值也逐渐增加，经过200 ℃ 25 min焙炒后的葵花籽油色泽值为2.47，微波加热720 W 10 min的葵花籽油色泽值为3.90。油中所含色素的种类和浓度在很大程度上决定了油的颜色。因此，色素(叶绿素和类胡萝卜素)释放的增加将导致油的颜色发生变化[14]。油籽加热过程中的美拉德反应和某些褐变反应的副产物也可能导致油颜色的变化，所以葵花籽在200 ℃加热条件下制取的油的色泽值增加较为明显，可能是因为在此温度下美拉德反应更剧烈。

2.5 色素

油中色素的种类和含量对葵花籽油的外观和色泽起重要作用。经焙炒和微波加热后的葵花籽油中叶绿素和类胡萝卜素含量见图6和图7。

图6 焙炒和微波加热对葵花籽油中叶绿素含量的影响Fig.6 Effect of roasting and microwave heating on the chlorophyll content in sunflower seed oil

由图6和图7可知，未经焙炒的葵花籽油中叶绿素和类胡萝卜素含量分别为0.04，0.21 mg/kg。随着加热程度的提升，油中叶绿素和类胡萝卜素的含量整体都呈增加趋势。叶绿素经焙炒和微波加热后最大值分别为0.68，0.70 mg/kg，而类胡萝卜素经焙炒和微波加热后最大值分别为1.16，2.15 mg/kg。可以看到类胡萝卜素含量的变化趋势和色泽的变化趋势很相似，在200 ℃的条件下类胡萝卜素的增加趋势尤为明显。蛋白质和色素复合物在加热过程中可能会被降解，这大大增加了脂溶性色素进入油中的可能性。先前有研究发现经过微波和烤箱烘烤后，菜籽油中的类胡萝卜素和叶绿素含量显著增加[15]。

图7 焙炒和微波加热对葵花籽油中类胡萝卜素含量的影响Fig.7 Effect of roasting and microwave heating on the carotenoid content in sunflower seed oil

2.6 生育酚

生育酚作为植物油中的一种天然亲脂性抗氧化剂，可以通过影响自由基链的自动氧化过程，从而保护油脂免受氧化。生育酚有α-、β-、γ-、δ-生育酚及生育三烯酚8种构型，葵花籽油中的生育酚以α-生育酚为主[16]。经焙炒和微波加热处理后的压榨葵花籽油中的生育酚含量见图8。

由图8可知，未经热处理的葵花籽油中生育酚含量为454.71 mg/kg，在高功率微波加热后葵花籽油中生育酚含量有小幅度的增加，在720 W 6 min时有最大值526.59 mg/kg。这可能是因为部分生育酚与蛋白质或磷脂结合，高频率的微波可以更好地破坏这些结合，从而增加油中生育酚的含量[17]。先前的研究发现，从焙炒后的南瓜籽和核桃仁中提取的油中生育酚含量也有所增加[18-19]。

图 8 焙炒和微波加热对葵花籽油中生育酚含量的影响Fig.8 Effect of roasting and microwave heating on tocopherol content in sunflower seed oil

2.7 美拉德反应产物

热处理促进了葵花油籽中美拉德反应的发生和褐变产物的形成。类黑素作为美拉德反应的中间产物，对油脂颜色的加深有重要作用。褐变指数反映了类黑素的含量，褐变指数越大，类黑素含量越高。而5-羟甲基糠醛作为美拉德反应的特征中间产物，也可以反映美拉德反应进行的程度。经焙炒和微波加热后压榨葵花籽油的褐变指数和5-羟甲基糠醛含量的变化见图9和图10。

图9 焙炒和微波加热对葵花籽油褐变指数的影响Fig.9 Effect of roasting and microwave heating on the browning indexes of sunflower seed oil

图10 焙炒和微波加热对葵花籽油中5-羟甲糠醛含量的影响Fig.10 The effect of roasting and microwave heating on 5-HMF content in sunflower seed oil

由图9可知，葵花籽油的褐变指数随着焙炒温度和时间或微波功率和辐射时间的增加而增加。冷榨得到的葵花籽油的褐变指数只有0.010，而在200 ℃时随着焙炒时间的增加增幅较大，在焙炒25 min后达到了0.101。这可能是由于非酶促褐变反应速率的增加导致了类黑素的积累。由图10可知，葵花籽在160 ℃(25 min)、180 ℃(15，20，25 min)和200 ℃(10，15，20，25 min)条件下焙炒后提取的油中检测出了HMF，最大值为200 ℃ 25 min条件下的0.65 mg/kg；葵花籽在360 W(10 min)、540 W(8，10 min)和720 W (6，8，10 min)条件下微波加热后提取的油中检测出了HMF，最大值为720 W 10 min条件下的0.73 mg/kg。在油脂加热过程中，还原糖与脂质氧化产物或氨基酸的相互作用导致美拉德反应产物的产生，从而导致油脂褐变，随着加热程度的提升，美拉德反应变得频发剧烈，导致了美拉德反应产物的积累[20]。油脂色素和褐变指数的增加也体现了油脂色泽的变化。

2.8 挥发性成分

葵花籽油中的挥发性成分会极大地影响葵花籽油的风味品质和感官评价。而热处理过程中发生的一系列化学反应会导致挥发性成分的变化，经焙炒和微波加热后葵花籽油中挥发性成分含量的变化见图11。

图11 焙炒和微波加热对葵花籽油中挥发性成分的影响Fig.11 Effect of roasting and microwave heating on volatile components in sunflower seed oil

由图11可知，未经热处理压榨葵花籽油中挥发性成分含量为40.59 mg/kg，明显低于热处理后葵花籽油中挥发性成分的含量。热处理油籽是通过一系列复杂反应，包括脂质氧化、美拉德反应、氨基酸降解和硫代葡萄糖苷降解等产生了芳香风味[21]。经过热处理后的压榨葵花中挥发性成分的含量显著增加，尤其在200 ℃和720 W的条件下，最大值分别达到了121.78，106.79 mg/kg。具体而言，萜烯类、烷烃类和醛类物质是未加热和低温焙炒葵花籽油的主要挥发性成分，可能主要来自油脂分解[22]。随着焙炒温度和微波加热功率的升高，吡嗪类物质增多，这来源于美拉德反应的发生。在高温下，以吡嗪类物质为主的N-杂环化合物占据主导地位，其含量显著增加，这类物质表现出烘烤、坚果、烧焦和泥土的香气[23]。但是，从高温焙炒和微波加热的压榨葵花籽油中检测到更高水平的O-杂环化合物，主要是呋喃类物质，这类物质可引起头痛、头晕、恶心、呼吸衰竭并且致癌[24]。

2.9 感官评价

葵花籽油中挥发性成分的变化导致了感官评价的变化，对不同焙炒和微波加热后得到的压榨葵花籽油进行了感官评价打分，结果见图12。

图12 焙炒和微波加热对葵花籽油感官评价的影响Fig.12 Effect of roasting and microwave heating on the sensory evaluation of sunflower seed oil

由图12可知，在低温条件下，葵花籽油的评分较低，可能此时的葵花籽油中小分子酮醛类物质较多，特征香味不明显。而在高温、高功率、加热时间较长的条件下，葵花籽油的评分较高，两种方式最高得分分别为200 ℃ 15 min的6.6分和720 W 8 min的7.9分。此时，葵花籽油结合了新鲜、绿色、果香的醛类香气和吡嗪的烘烤和坚果味，气味最为理想。然而当加热时间进一步加长，感官评分降低，可能是因为过大的焦糊味使人感到不愉快。

2.10 傅里叶变换红外光谱分析

FTIR是一种简单快速评价葵花籽油热氧化变化的方法，冷榨葵花籽油和经过焙炒和微波加热后压榨葵花籽油的红外光谱图分别见图13和图14，在3500～500 cm-1的光谱范围内获得了葵花籽油的光谱信息。

图13 葵花籽油室温(25 ℃)下的FTIR光谱 Fig.13 FTIR spectrum of sunflower seed oil at room temperature (25 ℃)

图14 焙炒和微波加热后葵花籽油的FTIR光谱Fig.14 FTIR spectrum of sunflower seed oil after roasting and microwave heating注：a为未处理;b为160 ℃ 25 min;c为180 ℃ 25 min;d为200 ℃ 25 min;e为360 W 10 min;f为540 W 10 min;g为720 W 10 min。

不同条件下焙炒和微波加热后压榨葵花籽油的傅里叶变换红外光谱见图14。可以观察到不同热处理条件下葵花籽油的总体信号模式相似，但在某些光谱区域观察到峰值强度有轻微变化。葵花籽经200 ℃烘烤和720 W微波加热后，得到的油在3008 cm-1处的峰值强度较未烘烤的葵花籽油略有下降，而在2929，2854 cm-1处的峰值强度略有增强。这可能是由于葵花籽油中不饱和脂肪酸中顺式烯烃C-H双键在高温下消失所致。在2929，2854 cm-1处观察到峰值强度略有增加，表明由于高度氧化，在热处理过的葵花籽油中发生了一些化学变化。先前有研究表明，3008 cm-1处的峰高与不饱和脂肪酸的含量有关，而2929，2854 cm-1处的峰值取决于油中饱和脂肪酸含量。随着温度的升高，葵花籽油中饱和脂肪酸含量(棕榈酸和硬脂酸)略有增加，不饱和脂肪酸含量(油酸和亚油酸)有所下降。早期的研究也将食用油的饱和与不饱和程度和3008，2929，2854 cm-1处的峰值强度联系起来。 随着热处理程度的提升，在1745，1161 cm-1处的峰值强度略有增加，这可能与葵花籽油中共轭二烯含量的变化有关。过氧化氢和过氧化物生成的次级氧化产物导致葵花籽油在1745，1161 cm-1处的峰值强度变化[26]。与未加热的葵花籽油相比，725，1095，1237，1371，1651 cm-1处的峰值强度没有显著变化。

3 结论

本实验研究了焙炒和微波加热葵花籽对压榨葵花籽油品质的影响。随着加热程度增加，出油率和氧化程度增加，因为色素和类黑精含量的积累增加，油脂颜色加深；在高频率微波加热的条件下生育酚含量有小幅度提升；在高温条件下葵花籽油中吡嗪类物质明显增加，这使得葵花籽油的感官评分提升；葵花籽油红外光谱特征峰强度变化不大。为了提高葵花籽油的品质，在获得较好风味的同时避免颜色过深，建议在200 ℃ 15 min和720 W 6 min的条件下对葵花籽进行预处理，这为工厂制备优质葵花籽油提供了一定的参考。