蒸汽爆破预处理油菜籽的多酚得率及抗氧化活性

丰程凤，崔文玉，夏智慧，罗凯云，程安玮

蒸汽爆破预处理油菜籽的多酚得率及抗氧化活性

丰程凤，崔文玉，夏智慧，罗凯云，程安玮*

(湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128)

油菜籽经0.4、0.7、1.0 MPa等3种压力及维压1、3 min的蒸汽爆破预处理后，采用低温压榨法分离菜籽饼及油，分别测定其多酚得率、组成及抗氧化活性，探究蒸汽爆破预处理对其的影响。结果表明：相同维压时间下提高爆破压力或相同的压力下延长维压时间，制备的菜籽油颜色逐渐加深；经蒸汽爆破处理后菜籽饼多酚得率为7.12～8.42 g/(100 g)，菜籽油多酚得率显著提高，1.0 MPa下维压3 min时，菜籽油多酚得率最高，为0.56 g/(100 g)；菜籽饼中生成了2,6–二甲氧基–4–乙烯基苯酚(canolol)、儿茶素、咖啡酸等物质，其中canolol的转化生成量最大，且一部分迁移到菜籽油中，0.7 MPa下维压3 min时，菜籽饼和油中canolol含量达到最大，分别为12 120.00、4680.00 mg/kg；DPPH、ABTS和FRAP法测定的菜籽油提取物的抗氧化能力显著提升，但菜籽饼的抗氧化能力变化幅度较小；多酚得率与提取物的抗氧化能力之间存在显著或极显著的正相关。可见，蒸汽爆破可作为提高菜籽油中多酚含量及抗氧化活性的一种有效预处理技术，蒸汽压力0.7 MPa、维压3 min可作为一个较优的汽爆条件用于油菜籽的加工处理。

油菜籽；菜籽饼；菜籽油；蒸汽爆破；多酚；抗氧化活性

油菜籽中富含多酚，其多酚含量是其他油料种子的10～30倍[1]。菜籽多酚主要为酚酸类，以酯化态、游离态的形式为主。酯化酚酸中最主要的是芥子碱(芥子碱胆碱酯)，游离态最主要的是芥子酸，另外还含有少量的–羟基苯甲酸、香草酸、儿茶酸、丁香酸、–香豆酸和咖啡酸[1–2]。菜籽含油量约为38%～45%，剩余的为饼粕，通常情况下多酚主要分布在饼粕中，菜籽油中含量较少。

蒸汽爆破是一种高效的热处理技术，逐渐被应用到植物及加工副产物的活性成分提取中，表现出极好的效果[3–5]。蒸汽爆破处理植物原料后能形成较大的孔洞和细胞间隙，有利于多酚类物质的释放，从而提高提取物的抗氧化活性[6–8]。与其他预处理方法相比，蒸汽爆破具有能耗低、无有害化学物质的产生以及适合工业化等优点[9]。

在菜籽油的生产过程中，菜籽需经过焙烤加热预处理以钝化种子中的酶活性，加大细胞壁的通透性。蒸汽爆破具有高温和高压的双重作用，对油菜籽的处理效果比单一的加热处理效果更明显，对菜籽中多酚在菜籽饼和油中的迁移和分布也具有一定的影响。笔者通过不同强度的蒸汽爆破预处理油菜籽，采用低温压榨分离出菜籽饼和菜籽油，探究蒸汽爆破预处理对菜籽饼及油中酚类物质组成、迁移转化及其抗氧化活性的影响，并进行相关性分析，旨在为油菜籽高值化加工技术的发展和高品质、高附加值菜籽油产品的开发和应用提供依据。

1　材料与方法

1.1　供试材料与试剂及主要设备

供试双低油菜籽，产自江苏高邮。没食子酸(纯度99%)，Trolox(水溶性V–E，纯度97%)，2,4,6–三(2'–吡啶基)–1,3,5–三嗪(TPTZ，99%)，均为标准品(麦克林生化科技有限公司)；DPPH(1,1–二苯基–2–三硝基苯肼)和ABTS(2,2'–联氮–双–3–乙基苯并噻唑啉–6–磺酸)试剂盒(南京建成生物工程研究所)；乙腈、甲酸均为色谱纯，福林酚、正己烷、甲醇、三氯化铁、冰乙酸等试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。

QB–300型间歇蒸汽爆破仪(鹤壁Gentle生物能源有限公司产品)；家庭榨油机(乐清市韩皇电器科技有限公司产品)；UV–5200紫外可见分光光度计(上海元析仪器有限公司产品)；离心机H1850(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司产品)；粉碎机FW100(天津市泰斯特仪器有限公司产品)；旋转蒸发器RE–52AA(上海亚荣生化仪器厂产品)；数控超声波清洗器KQ–800 DE(昆山市超声仪器有限公司产品)；液质联用仪：LC–MS/MS(安捷伦1100；三重四级杆质谱API 4000)。

1.2　原料蒸汽爆破预处理及菜籽饼和油的分离

选取0.4、0.7、1.0 MPa等3种压力，相应的温度分别为143.64、164.98、179.92 ℃，维压时间分别设为1、3 min，共6个蒸汽爆破处理组，分别记为SE1(0.4 MPa，1 min)，SE2(0.4 MPa，3 min)，SE3(0.7 MPa，1 min)，SE4(0.7 MPa，3 min)、SE5(1.0 MPa，1 min)、SE6(1.0 MPa，3 min)。取大约500 g的油菜籽样品置于QB–300型间歇蒸汽爆破仪的物料仓中，通入饱和水蒸气，分别设置压力和维压时间，进行爆破处理，完成爆破后瞬时释压(0.008 75 s)。以未进行爆破的油菜籽为对照(CK)。

采用低温压榨法，在50 ℃下采用榨油机压榨获得菜籽油和菜籽饼；油过滤后和菜籽饼置于4 ℃贮藏、备用。

1.3　菜籽饼和油中多酚得率与组成及抗氧化活性的测定

参照王未君等[10]的方法萃取菜籽饼及油中的多酚。采用福林酚法[11]测定菜籽饼及油提取液中的多酚总量，计算多酚得率。采用LC–MS/MS[12]定量测定菜籽饼及油提取液中的多酚组分，其中，色谱柱为Agilent Poroshell 120 EC–C18 2.7 μm(3 mm×50 mm)，流动相A为体积分数0.5%甲酸水溶液，流动相B为乙腈溶液，流速0.6 mL/min，进样量10 μL，柱温35 ℃，PDA检测于200～360 nm连续扫描。参照THAIPONG等[13]的方法及试剂盒说明书，采用DPPH、ABTS和FRAP(铁离子还原能力)法分别测定菜籽饼及油提取液的DPPH自由基清除力、ABTS自由基清除力及铁离子还原力。

1.4　统计分析

每组试验重复3次，结果以平均数±标准差表示。运用SPSS 25.0对数据进行ANOVA方差分析；采用Person相关分析法对菜籽饼及油提取液的抗氧化能力与多酚得率之间的相关性进行分析。

2　结果与分析

2.1　蒸汽爆破对油菜籽外观及油色泽的影响

油菜籽在不同蒸汽爆破条件下的外观如图1所示。未爆破油菜籽的颗粒完整光滑；在相同维压时间下随着爆破压力的增加，油菜籽的颜色由青黑色逐渐变黄，继而变为黑褐色，油菜籽出现爆裂现象，且数量逐渐增加，这是在高温和高压的双重作用下，汽爆处理破坏了细胞壁结构；相同压力下，维压时间延长，油菜籽爆裂数量增加，且爆裂后的油菜籽颜色加深。由图2可知，菜籽油颜色在相同维压时间下随着蒸汽爆破压力的增加而加深，在相同压力下随维压时间的延长而加深。

图1　不同蒸汽爆破条件下油菜籽的外观

图2　不同蒸汽爆破条件下低温压榨菜籽油的外观

2.2　蒸汽爆破对菜籽饼和油中多酚得率的影响

从表1可知：不同爆破条件下菜籽饼中多酚得率为7.12～8.42 g/(100 g)，CK、SE1、SE3和SE6的菜籽饼中多酚的得率较高，分别为8.13、8.33、8.18、8.42 g/(100 g)；爆破后菜籽油中多酚的得率较未处理显著提高，且相同维压时间下随爆破压力的增加或相同压力下随维压时间的延长，多酚得率均显著增加，当爆破压力为0.7 MPa时，维压时间从1 min延长到3 min，菜籽油中多酚得率的增幅较大，SE6的菜籽油中多酚得率最高，为0.56 g/(100 g)，比CK的增加了6倍。对比来看，蒸汽爆破对菜籽油中多酚得率的影响比对菜籽饼的更大。

表1　不同蒸汽爆破条件下菜籽饼和油的多酚得率

同列不同字母示处理间的差异有统计学意义(<0.05)。

2.3　蒸汽爆破对菜籽饼和油中多酚组成及含量的影响

从表2可知：CK菜籽饼中的多酚以芥子碱为主，其次是芥子酸，有少量的水杨酸、肉桂酸、阿魏酸、香叶木素、原儿茶酸、丁香酸、对香豆酸等成分；蒸汽爆破处理后，原儿茶酸、肉桂酸(SE1除外)、水杨酸、丁香酸的含量显著增加，但阿魏酸、香叶木素(SE1除外)的含量显著降低，且菜籽饼中新出现了2,6–二甲氧基–4–乙烯基苯酚(canolol)、儿茶素、咖啡酸等3种成分，且canolol的含量较高，SE4的最高，达12 120 mg/kg。同样的维压时间，随压力增加，菜籽饼中芥子碱含量下降。同样的压力，随维压时间延长，菜籽饼中芥子碱含量下降。SE6菜籽饼中芥子碱的含量最低，且显著低于其他处理的。维压1 min时，菜籽饼中儿茶素含量随压力增加逐渐增加；维压3 min时，压力从0.4 MPa上升到0.7 MPa，菜籽饼中儿茶素含量显著增加，但压力增加到1.0 MPa时，儿茶素含量又显著降低，SE6的儿茶素含量最低，仅为175.60 mg/kg。蒸汽爆破产生了咖啡酸，但在高强度(SE4、SE6)时又降解消失。维压3 min时提高爆破压力芥子酸含量显著降低，特别是SE6的仅为768.00 mg/kg。与CK相比，SE4的芹菜素含量显著降低，SE6的则完全降解。合计来看，蒸汽爆破处理后，除SE1外，菜籽饼中多酚的总含量显著上升；维压1 min时，随爆破压力的增加，多酚的总含量显著增加；维压3 min时，随爆破压力的增加，多酚总含量先呈现出上升的趋势，SE4的最高，为41 988.76 mg/kg，随后继续增加爆破压力，多酚的总含量又显著降低。

表2　不同蒸汽爆破条件下菜籽饼和油中多酚的组成及含量

同列不同字母示同一来源不同处理间的差异有统计学意义(<0.05)。

菜籽油中含有的酚类成分种类及含量均比菜籽饼中的少。CK中主要有canolol，达131.60 mg/kg，还含有少量的肉桂酸、芥子酸、香叶木素、丁香酸等。蒸汽爆破处理后，canolol的含量大幅提高，在各处理中均是含量最高的成分，特别是SE4的含量，达4680.00 mg/kg；其次为芹菜素，其中SE3的含量最高，为64.40 mg/kg；另外，爆破处理后菜籽油中含有少量的芥子碱、水杨酸。合计来看，蒸汽爆破处理后菜籽油中多酚的总含量显著提高，SE4的含量最高，达4748.45 mg/kg；维压3 min时，爆破压力由0.7 MPa提高到1.0 MPa，总含量显著下降，同菜籽饼中多酚总量的变化规律基本一致。

2.4　蒸汽爆破对菜籽饼和油提取物的抗氧化活性的影响

从表3可知：菜籽饼提取物的DPPH自由基清除力较高，能达到80%左右，SE6的DPPH自由基清除力较CK的显著提升，维压3 min时，菜籽饼提取物的DPPH自由基清除力随汽爆压力的提高而显著提升；铁离子还原力为32.53～44.09 mg/g，SE2的铁离子还原力最低，而SE1的最高；维压1 min时，随汽爆压力的提高，ABTS自由基清除力逐渐降低，维压3 min时，随汽爆压力的提高，ABTS自由基清除力显著增加，其中SE2的最低，为42.74%。

表3　蒸汽爆破后菜籽饼和油提取物的抗氧化能力

同列不同字母示同一来源不同处理间的差异有统计学意义(<0.05)。

从表3还可知：蒸汽爆破处理显著增加了菜籽油提取物的抗氧化能力，且随爆破压力和维压时间的增加，DPPH自由基清除力、铁离子还原力、ABTS自由基清除力均逐渐提高；CK菜籽油的DPPH清除自由基能力仅为13.15%，而SE6的达61.81%；当爆破压力为0.7 MPa时，维压时间从1 min延长到3 min，DPPH自由基清除力、铁离子还原力、ABTS自由基清除力分别从33.60%、0.81 mg/g、25.76%提高到56.07%、1.36 mg/g、37.43%，增加幅度较大。菜籽油提取物的DPPH自由基清除力、铁离子还原力、ABTS自由基清除力的变化趋势与采用福林酚测定的多酚得率的变化基本一致，呈正相关性。

2.5　菜籽饼和油中多酚得率与抗氧化活性之间的相关性

从表4可以看出，菜籽饼和油的多酚得率与抗氧化能力均呈现出显著或极显著的正相关性，菜籽油多酚得率与抗氧化能力之间的相关性明显高于菜籽饼的。

表4　菜籽饼和油多酚得率与抗氧化能力间的相关系数

“*”“**”分别示显著相关(<0.05)、极显著相关(<0.01)。

3　结论与讨论

本研究中，油菜籽经蒸汽爆破后出现爆裂现象，相同维压时间下提高爆破压力或相同压力下延长维压时间，菜籽爆裂的数量越多，且籽粒颜色及制备的菜籽油的颜色都逐渐加深。YU等[14]研究表明，油菜籽会因蒸汽爆破产生的极高能量密度而破裂。蒸汽爆破技术可使油菜籽结构变得疏松多孔，增加孔隙的连通性，改善溶质的传质途径，有利于萃取溶剂的可触及性，高孔隙率会提高渗透率，降低机械强度，这有利于蒸汽的有效穿透，在萃取过程中多酚等活性成分更容易在蒸汽爆破过程中被溶出[8]。另外，适当的蒸汽爆破处理可水解样品中半纤维素或纤维素中的糖苷键和木质素中的β—O—4醚键，还可有效地水解酚类物质、木质素和碳水化合物之间的酯键和醚键，从而提高酚类物质的释放率[15]。油菜籽的变暗可能与高温引起的羟基化合物(如还原糖)和氨基酸类化合物(如蛋白质、氨基酸)产生美拉德反应有关，也可能与木质素在颗粒表面的迁移有关[16]。

本研究中，采用蒸汽爆破预处理后油菜籽中转化生成大量的canolol，压榨分离得到的菜籽饼和菜籽油中含有大量的canolol，且维压1 min时，随着爆破压力的增加，canolol的转化量也明显增加；维压3 min时，爆破压力0.7 MPa下，菜籽饼和油中canolol的含量达到最大，再增加爆破压力，canolol含量又有所降低。油菜籽经过烘烤、微波等热处理，也可提高细胞壁的渗透性，在压榨时能促进菜籽中多酚类活性成分的释放，增加籽和油中多酚含量，特别是canolol的含量大幅提升[17–18]。但过高的温度(>170 ℃)会导致其含量降低[19]，canolol具有热不稳定性可发生热解，还可能与蛋白生成复合物[20]。本研究结果也证实，维压3 min时，当压力从0.7 MPa上升为1.0 MPa(179.92 ℃)，canolol的含量显著降低。

适宜的蒸汽爆破预处理有助于提高多酚的得率。张善英[21]研究表明，油茶籽经1.6 MPa、60 s蒸汽爆破处理后较未处理组多酚质量浓度显著提高了279.20%。蒸汽膨胀过程造成的瞬时高能环境也加速了脂肪积累过程，并促进了一些脂溶性成分的溶解，这也会导致多酚含量的增加[22]。蒸汽爆破也可使麦麸中游离酚酸的含量增加50%以上[23]，还能明显提升大麦中总可溶性酚和总抗氧化物的含量[24]，相似的效果也在大豆种皮[25]、荞麦麸皮[5]等原料中得到证实。本研究结果也证实，蒸汽爆破增加菜籽多酚的释放量，特别是对菜籽油中多酚的含量增加更加明显。

植物多酚的一个重要功效是具有很强的抗氧化活性，蒸汽爆破对菜籽饼及油中多酚的组成及含量具有明显的影响，相应的抗氧化活性也会产生变化。本研究中，通过DPPH、FRAP和ABTS试验证实，蒸汽爆破显著增加了菜籽油提取物的抗氧化活性，且多酚得率与抗氧化活性之间的相关性显著。在0.5～2.5 MPa压力下对大豆皮爆破处理30～150 s，其酚类提取物的抗氧化活性明显提升，对DPPH、ABTS的自由基清除能力明显增加[25]。GONG等[3]报道，大麦麸中总抗氧化能力随蒸汽爆破强度的增加而增加，与总可溶性酚含量呈高度正相关，表明蒸汽爆破后大麦麸皮提取物总抗氧化能力的增加至少部分是由于可溶性酚含量的增加所致。刘琴等[26]研究表明，总酚含量与DPPH自由基清除能力和FRAP值显著相关，分别为0.997和0.965。CHEN等[25]研究也表明，大豆种皮总酚含量与DPPH值(=0.883)和ABTS值(=0.946)呈极显著正相关。

可见，蒸汽爆破可作为在制备菜籽油过程中油菜籽的加热预处理技术，能有效提高油菜籽多酚得率及抗氧化活性，且蒸汽压力为0.7 MPa、维压3 min(SE4)可作为一个较优的汽爆条件用于对油菜籽的加工处理。

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Polyphenols yield and antioxidant capacity of rapeseed pretreated by steam explosion

FENG Chengfeng，CUI Wenyu，XIA Zhihui，LUO Kaiyun，CHENG Anwei*

(School of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)

Rapeseed were pretreated by steam explosion at 0.4, 0.7 and 1.0 MPa and at maintenance pressure for 1 and 3 min. The low temperature pressing method was used to separate rapeseed cake and oil, and their polyphenol yield, composition and antioxidant capacity were determined respectively to investigate the effects of steam explosion pretreatment on them. The results showed that the color of the prepared rapeseed oil was gradually deepened by either increasing the bursting pressure at the same dimensional pressure time or increasing the dimensional pressure time at the same pressure. After the steam explosion treatment, the polyphenol yields of rapeseed cake were 7.12-8.42 g/(100 g). The polyphenol yields of rapeseed oil were significantly increased with the highest polyphenol yield 0.56 g/(100 g) at the time of dimensional pressure for 3 min at 1.0 Mpa. 2,6-dimethoxy-4-vinylphenol(canolol), catechins, caffeic acid etc were generated in rapeseed cake, of which canolol had the largest amount of conversion generation and part of it migrated to rapeseed oil, and the contents of canolol in rapeseed cake and oil reached the maximum when the dimensional pressure was maintained for 3 min at 0.7 MPa, which was 12 120.00 and 4680.00 mg/kg. The antioxidant capacity of rapeseed oil extracts determined by DPPH, ABTS and FRAP methods was significantly increased, while the antioxidant capacity of rapeseed cake showed a smaller change. A significant or highly significant positive correlation between polyphenol yield and antioxidant capacity of the extracts were observed. It can be seen that steam explosion can be used as an effective technology for pretreatment to improve the polyphenol content and antioxidant capacity in rapeseed oil, and steam pressure of 0.7 MPa, dimensional pressure of 3 min can be used as an optimal steam explosion conditions for the processing of rapeseed.

rapeseed; rapeseed cake; rapeseed oil; steam explosion; polyphenols; antioxidant capacity

TS201.1；S565.4

A

1007–1032(2023)05–0609–07

丰程凤，崔文玉，夏智慧，罗凯云，程安玮．蒸汽爆破预处理油菜籽的多酚得率及抗氧化活性[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2023，49(5)：609–615．

FENG C F，CUI W Y，XIA Z H，LUO K Y，CHENG A W．Polyphenols yield and antioxidant capacity of rapeseed pretreated by steam explosion[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2023，49(5)：609–615．

http://xb.hunau.edu.cn

2022–04–14

2023–09–21

湖南省教育厅项目(19A236)；山东省自然科学基金面上项目(ZR2019MC072)

丰程凤(1999—)，女，贵州清镇人，硕士研究生，主要从事农产品精深加工研究，2502730800@qq.com；*通信作者，程安玮，博士，教授，主要从事生物活性物质与功能食品研究，anweich@126.com

10.13331/j.cnki.jhau.2023.05.016

责任编辑：邹慧玲

英文编辑：柳正