膨爆预处理对三种菜籽油品质及挥发性风味成分的影响

王未君，郑畅，杨博，周琦，刘昌盛*，李黄祥

（1.中国农业科学院油料作物研究所，农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室，油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，湖北 武汉，430062；2.湖南湘山生物科技有限公司，湖南 娄底，417000）

油菜籽是我国重要的油料资源，可分为甘蓝型、芥菜型和白菜型三大类型。菜籽油是我国主要的食用油之一，据美国农业部的最新统计数据报道，我国菜籽油消费量在各种食用油中排名第二，仅次于大豆油。在工业生产中，为了提高菜籽压榨油的得率和营养品质，常常会在压榨前对菜籽进行一定的预处理。目前，应用于油菜籽的预处理技术主要包括微波[1]、脉冲电场[2]、烘烤[3]、超声波[4]和膨爆[5]等，其中微波、烘烤和膨爆都属于热处理技术。陈萌[6]等认为热处理能钝化菜籽中酶的活性，加速细胞壁的渗透性，在压榨时能促进菜籽中微量成分的释放，增加油中的多酚含量，从而显著改善菜籽油的氧化稳定性。据文献报道，对油菜籽进行烘烤预处理能显著提高菜籽油中的多酚、生育酚和植物甾醇含量[7]；对油菜籽进行微波预处理能提高菜籽油的产量和品质、降低能耗、缩短加工时间[8]，还能促进菜籽中硫甙的热降解，提高菜粕的品质以及改善菜籽油的风味[9]，其中预处理时间对菜籽油的酸价、过氧化值和茴香胺值均有显著影响[10]。

膨爆预处理是指将物料装入密闭耐压容器中，外界提供一定的能量使原料处于高温高压的状态下，然后瞬间突然减压[11]。膨爆预处理的主要特点是瞬时高温高压，具有更巨大的能量，研究表明它可破坏油菜籽的细胞结构, 促进油脂聚集，提高出油率，还可增加油中生育酚和植物甾醇含量,显著提高油菜籽中的多酚含量，提高菜籽油的体外抗氧化活性等[5,12]。在用于亚麻籽时，膨爆预处理也可明显改善成品油的品质和风味[13]。目前不同种类油菜籽经过膨爆预处理后菜籽油的品质及挥发性风味成分研究还未见报道。因此，本文以甘蓝型、芥菜型和白菜型三种油菜籽为原料，探究油菜籽经过膨爆预处理后，菜籽油的酸值、过氧化值、氧化诱导时间、脂肪酸组成及挥发性风味成分的变化，以期为油菜籽高值化加工技术的发展和高附加值菜籽油产品的开发提供一定的数据支撑和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

甘蓝型油菜籽和芥菜型油菜籽，分别由中国农业科学院油料作物研究所和贵州油料作物研究所提供；白菜型油菜籽，购于陕西杨凌市场；氢氧化钾、氢氧化钠、酚酞、无水乙醚、冰乙酸、三氯甲烷、无水甲醇、异丙醇等，均为分析纯,购买于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要实验仪器

磁力搅拌水浴锅（浙江金坛市鸿科仪器厂），Avanti J-26XP 高效离心机（美国Beckman 公司），旋涡混合仪（上海沪西分析仪器厂），电子精密天平（瑞士梅特勒-托利多公司），Tensor-27 纯水制备机（美国Millipore 公司）；XSS-QPD 多功能气流膨化机（武汉新食尚食品机械有限公司），LTP 205 靓太家用榨油机（东莞香聚智能有限公司），743 型Racimat 仪（瑞士万通公司），7890 气相色谱仪（美国Agilent 公司），气相色谱-质谱联用仪（GC/MS，Agilent 7890A/5975C，美国Agilent 公司）。

1.3 油菜籽膨爆预处理及菜籽油的制备

称取400 g 油菜籽（水分8%），在压力1.0 MPa下完成膨爆预处理。待样品冷却至室温，冷榨制油，将冷榨菜籽油在10 000 r/min 下离心15 min，取上层油样密封保存于4 ℃冰箱中，并在两周内测定完所有指标。

1.4 酸值的测定

参照GB5009.229-2016《食品中酸价的测定》。

1.5 过氧化值的测定

参照GB5009.227-2016《食品中过氧化值的测定》。

1.6 氧化诱导时间的测定

精确称取3.00 g 油样于玻璃管中，设置743 Rancimat油脂氧化稳定性测定仪测定温度为110oC，空气流速为20 L/h。

1.7 脂肪酸组成的测定

采用EN14103的方法。塑料滴管取3滴待测油样于10 mL 离心管中，加入4 mL 正己烷和800 µL 0.5 mol/L 甲醇钠溶液，旋涡混合5 min，在5 000 r/min 条件下离心10 min，取上清液待测。气相色谱分析条件：色谱柱为HP-INNOWAX 毛细管柱（30.0 m × 0.32 mm × 0.25 µm），进样器温度为250oC，柱温为210oC，保持9 min，然后以20oC/min 升温到250oC，保留10 min，载气为氮气，流速为1.5 mL/min，分流比为80∶1，分流流量为120 mL/min。

1.8 挥发性风味成分的测定

参考周琦[14]等的方法并稍作修改。称取4 g 样品置于20 mL顶空瓶中，在50oC水浴中平衡20 min，将萃取头插入顶空瓶，推出纤维头，顶空萃取40 min后抽回纤维头并拔出萃取头。将萃取头插入GC/MS 仪进样口，推出纤维头，在250oC 条件下解析5 min，抽回纤维头后拔出萃取头，同时启动仪器采集数据。气相色谱条件：进样口温度250oC；程序升温条件为起始温度35oC，保持2 min，以5oC/min 的速率升温至180oC，保持5 min；载气为氦气，流速1.0 mL/min。质谱条件：离子源温度230oC，四级杆温度150oC，辅助通道温度280oC；电离方式为电子轰击，电压1141 V，电子能量70 eV；扫描质量范围为50～240 amu。化合物经计算机检索同时与NIST谱库相匹配，并分析可能属于菜籽油特有风味成分但匹配度低于80%的成分。采用峰面积归一化法计算各成分的相对百分含量。

1.9 数据分析和处理

采用Origin 8.1 软件画图，采用SPSS 20.0 软件分析处理数据，每个实验重复3次并取平均值。

2 结果与分析

2.1 膨爆预处理对三种菜籽油酸值的影响

由图1可知，三种菜籽油的酸值各不相同，其中白菜型菜籽油的酸值最高（2.57 mg KOH/g），显著高于甘蓝型（1.02 mg KOH/g）和芥菜型（0.89 mg KOH/g），后两者之间无显著性差异。膨爆预处理后，三种菜籽油的酸值均显著增加（P＜0.05），分别增加了0.25、0.49 和0.39 mg KOH/g，这可能是因为膨爆预处理促进部分甘油三酯发生水解，从而使得游离脂肪酸含量增高[15]。

图1 膨爆预处理对三种菜籽油酸值的影响Fig.1 Effects of popping pretreatment on acid value of three types of rapeseed oil

2.2 膨爆预处理对三种菜籽油过氧化值的影响

由图2可知，三种菜籽油的过氧化值各不相同，其中白菜型菜籽油的过氧化值最低（0.31 mmol/kg），显著低于甘蓝型（0.64 mmol/kg）和芥菜型（0.66 mmol/kg），后两者之间无显著性差异。膨爆预处理后，三种菜籽油的过氧化值均显著增加（P＜0.05），分别增加了0.20、0.18 和0.18 mmol/kg，这可能是因为膨爆预处理过程中油脂的脂肪酸氧化作用所致[16]。

图2 膨爆预处理对三种菜籽油过氧化值的影响Fig.2 Effects of popping pretreatment on peroxide value of three types of rapeseed oil

2.3 膨爆预处理对三种菜籽油的氧化诱导时间的影响

由图3 可知，三种菜籽油的氧化诱导时间存在显著性差异，从长到短依次为甘蓝型（9.66 h）、白菜型（8.04 h）和芥菜型（6.93 h）。膨爆预处理后，三种菜籽油的氧化诱导时间均显著增加（P＜0.05），分别增加了17.32、10.06 和13.99 h，这可能是因为膨爆预处理使得菜籽油中的canolol 等抗氧化组分含量增加，从而增加了菜籽油的抗氧化性能。而三种菜籽油的氧化诱导时间增加的幅度各不相同，这可能是由于三种菜籽中的芥子酸及衍生物的含量不同，从而在膨爆预处理后产生canolol 的量不同所致[12]。

图3 膨爆预处理对三种菜籽油氧化诱导时间的影响Fig.3 Effects of popping pretreatment on oxidation induction time of three types of rapeseed oil

2.4 膨爆预处理对三种菜籽油脂肪酸组成的影响

由表1可知，三种菜籽油中，甘蓝型菜籽油的脂肪酸种类最少，主要包括棕榈酸C16:0（3.84%）、硬脂酸C18:0（1.65%）、油酸C18:1（65.78%）、亚油酸C18:2（18.55%）、亚麻酸C18:3（7.71%），花生一烯酸C20:1（1.83 %）和芥酸C22:1（0.64 %）。白菜型菜籽油除了含这些脂肪酸，还含有二十二碳二烯酸C22:2（0.44%）和木焦油酸C24:0（0.79%），芥菜型菜籽油还含有花生二烯酸C20:2（0.55 %）、二十二碳二烯酸C22:2（1.15 %）和木焦油酸C24:0（1.42%），且后两种菜籽油芥酸含量较高而油酸含量较低。膨爆预处理后，三种菜籽油的各脂肪酸含量与对照组相比，大部分都没有显著差异，且饱和脂肪酸含量总和与不饱和脂肪酸含量总和均无明显差异，因此膨爆预处理对菜籽油的脂肪酸组成无显著影响（P＜0.05）。

表1 膨爆预处理对三种菜籽油脂肪酸组成的影响Table 1 Effects of popping pretreatment on fatty acid composition of three types of rapeseed oil

2.5 膨爆预处理对三种菜籽油挥发性风味成分的影响

菜籽油中挥发性风味成分主要包括含硫化合物、杂环类物质和氧化挥发物三大类。膨爆预处理对三种菜籽油含硫化合物、杂环类物质和氧化挥发物的影响分别如表2、3和表4所示。

由表2可知，就硫化物而言，膨爆预处理后三种菜籽油中的二甲基二硫和二甲基三硫均显著增加，而二甲基亚砜和二甲基砜均显著降低。就硫苷降解产物而言，三种菜籽油均含有苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈、3-苯基丙腈、5-甲硫基戊腈和6-甲硫基己腈，膨爆预处理后，三种菜籽油中的苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈均增加甚至显著增加，甘蓝型和白菜型菜籽油中的3-苯基丙腈、5-甲硫基戊腈和6-甲硫基己腈也均显著增加，而芥菜型菜籽油中这三种成分没有显著变化。膨爆预处理后，三种菜籽油中均检测出正庚腈，白菜型和芥菜型菜籽油中还检测出3-戊烯腈。芥菜型菜籽油膨爆预处理前后均检测出异硫氰酸烯丙酯，且膨爆预处理后其含量显著降低，但产生了3-丁烯基异硫氰酸酯。白菜型菜籽油膨爆预处理前后均检测出3-丁烯基异硫氰酸酯，且膨爆预处理后其含量显著升高。

表2 膨爆预处理对三种菜籽油含硫化合物的影响Table 2 Effects of popping pretreatment on sulfur compounds of three types of rapeseed oil

由表3可知，膨爆预处理前，三种菜籽油中杂环类物质的种类和含量均较少，只检测出少量的吡嗪类、呋喃类和吡咯类。膨爆预处理后，三种菜籽油中杂环类物质的种类和含量均显著增加。就吡嗪类而言，甘蓝型菜籽油中新增了吡嗪、2-甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙酰基吡嗪，另外三种吡嗪类物质含量也比膨爆预处理前显著增加；白菜型菜籽油中新增了吡嗪、2-甲基吡嗪、乙基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙酰基吡嗪，另外两种吡嗪类物质含量也比膨爆预处理前显著增加；芥菜型菜籽油中新增了吡嗪、乙基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙基-5-甲基吡嗪，另外三种吡嗪类物质含量也比膨爆预处理前显著增加。就呋喃类而言，三种菜籽油均新增了呋喃酮、5-甲基-2-呋喃甲醇和5-甲基呋喃醛，甘蓝型和白菜型菜籽油还新增了2-乙酰基呋喃，芥菜型菜籽油中该物质含量增加了约10倍。此外，三种菜籽油均新增了4-甲基-5-羟乙基噻唑、2-乙酰基噻唑、噻吩、2-噻吩甲醇、吲哚和2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮；白菜型和芥菜型菜籽油还新增了4-甲基噻唑；甘蓝型和白菜型菜籽油还新增了吡咯类物质，芥菜型菜籽油中该类物质含量也显著增加。

表3 膨爆预处理对三种菜籽油杂环类物质的影响Table 3 Effects of popping pretreatment on heterocyclic substances of three types of rapeseed oil

由表4 可知，醛类和醇类是三种菜籽油中主要的氧化挥发物，此外还有酮类、酚类、烯类、酸类和酯类。膨爆预处理后，就醛类而言，三种菜籽油中己醛和壬醛含量均显著降低，而苯甲醛含量均显著升高；三种菜籽油均新增了糠醛和5-羟甲基糠醛，且芥菜型菜籽油中含量最高；甘蓝型和芥菜型菜籽油还新增了苯乙醛。就醇类而言，三种菜籽油中1-戊醇和4-萜烯醇含量均降低，苯乙醇含量无明显变化，白菜型和芥菜型菜籽油中2-甲基-6-庚烯-1-醇含量也降低，而三种菜籽油中均新增了糠醇。就酮类而言，三种菜籽油中新增了甲基环戊烯醇酮和4-环戊烯-1,3-二酮，而没有了甲基庚烯酮。就酚类而言，三种菜籽油中2-甲氧基-4-乙烯苯酚和4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚均显著增加。此外，三种菜籽油中乙酸和丁内酯含量也有所增加，而D-柠檬烯含量均无显著变化。

表4 膨爆预处理对三种菜籽油氧化挥发物的影响Table 4 Effects of popping pretreatment on oxidative volatiles of three types of rapeseed oil

3 讨论与结论

酸值和过氧化值是菜籽油最基本的理化品质指标，国际食品法典规定[17]，冷榨菜籽油的酸值不能超过4 mg KOH/g，过氧化值不能超过7.5 mmol/kg。本研究发现膨爆预处理后甘蓝型、白菜型和芥菜型三种菜籽油的酸值和过氧化值均显著增加，分别增加 了0.25、0.49、0.39 mg KOH/g 和0.20、0.18、0.18 mmol/kg，但均在国际食品法典规定的范围内。脂肪酸组成及含量是菜籽油品质的主要影响因素，本研究发现膨爆预处理对甘蓝型、白菜型和芥菜型三种菜籽油的脂肪酸组成均无显著影响。

油脂氧化过程中，从诱导期到氧化期的时间长短可以表明油脂抵抗自动氧化能力的大小，即油脂的氧化稳定性。因此，通过测定氧化诱导时间的长短，便能了解油脂的氧化稳定性。氧化诱导时间越长，表示油脂氧化稳定性越大，越不容易劣变；反之，氧化稳定性越小，越容易劣变。本研究发现膨爆预处理后，甘蓝型、白菜型和芥菜型三种菜籽油的氧化诱导时间均显著增加，分别增加了17.32、10.06和13.99 h。

挥发性风味物质是菜籽油中的次生特异性物质，如异硫氰酸酯具有硫味、辛辣味和青草味[18]，醇、醛、酮、酸、酯等氧化挥发物也对风味起着重要作用[19]。现有的研究表明，加工工艺对菜籽油挥发性风味成分影响显著。周琦等[14]研究发现微波压榨菜籽油中共鉴定出13种具有焙烤风味的挥发性成分，其中有9 种是吡嗪类物质。张欢欢等[20]研究发现微波和烘烤预处理技术对菜籽油的挥发性风味成分有显著影响，预处理后菜籽油挥发性特征风味物质以吡嗪类物质为主导；杨湄等[21]研究发现经高温蒸炒和压榨获得的菜籽油中杂环类成分、腈类化合物、醇类、醛类等相对含量都明显高于未经预处理的菜籽油，这是因为经过高温蒸炒、高温压榨而发生了更多的美拉德反应和油脂氧化反应，产生了更多的风味物质，其中氧化挥发物中醛类占主要地位。本研究中，膨爆预处理后，甘蓝型、白菜型和芥菜型菜籽油的苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈均显著增加，杂环类物质和氧化挥发物的种类和含量也均显著增加，其中分别以吡嗪类和醛类物质占主要地位，这与前人报道具有一致性。

综上，膨爆预处理对甘蓝型、白菜型和芥菜型三种菜籽油品质及挥发性风味成分的影响显著，虽然增加了菜籽油的酸值和过氧化值，但均在标准范围之内，因此在不影响菜籽油理化品质的基础上，膨爆提高了菜籽油的氧化稳定性，并赋予菜籽油更丰富的挥发性风味。因此，膨爆预处理技术是一种十分有效和有潜力的油菜籽预处理技术。