烘烤和微波预处理对植物油品质特性影响的研究

杨芙蓉, 王进英, 雷 风, 陈 霞, 甘生睿, 李应霞, 苏学民, 白 琴

(青海大学农牧学院1,西宁 810016)

(青海通达油脂加工有限责任公司2,海东 810500)

近年来,随着我国生活水平的提升,高品质、营养健康的植物油成为了消费者的新需求[1]。与动物油脂相比,植物油含有更高含量的不饱和脂肪酸含量更高。不饱和脂肪酸有益于降脂[2]、降低动脉粥样硬化性心血管疾病、癌症发生的风险[3,4]、免疫调节[5]等。同时植物油中还含有各种具有生物活性的亲脂性伴生物,例如,促进机体代谢和氧化应激能力的角鲨烯;可降低低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)改善血脂水平的植物甾醇[6];通过清除自由基达到抗氧化作用的生育酚[7];促进脂肪代谢、预防心血管疾病的磷脂等[8]。这些亲脂性伴生物的存在提升植物油的营养品质,与脂肪酸协同作用提高植物油生物活性功能[9]。

研究发现,不同的油料预处理工艺会对植物油品质产生影响,例如,可以提升油中亲脂性伴生物、风味物质含量等[10]。目前,传统的油料预处理包括干燥、焙炒、烘烤、蒸煮和酶解等[11]。随着预处理技术的不断发展,微波处理、蒸汽爆破处理等技术[12]也被运用到油料预处理。微波预处理是一种简单、适宜、高效的预处理技术,处理时能量立即被均匀分散在整个油籽中[13]。Suri等[10]研究微波预处理对黑种草籽油品质和稳定性影响,结果表明,微波焙烧的黑种草籽油可以延长货架期,还具有高OSI和抗氧化活性等特点。Suri等[14]还以亚麻籽为原料,发现微波焙烧预处理亚麻籽后提高亚麻籽油的得油率、TPC、OSI、RSA、a*值、类胡萝卜素和叶绿素含量,同时降低亚麻籽油的L*和b*值。研究发现对油料进行烘烤预处理后其自身含有的蛋白质、油脂等在高温有氧条件下会发生一系列化学反应,对植物油的风味、理化指标及品质有显著影响[15]。烘烤预处理后亚麻籽后可以提升亚麻籽油中多酚含量,延缓亚麻籽油氧化,从而提高亚麻籽油的储藏稳定性[16]。榨油前对油籽进行预热处理,得以凝固蛋白、灭活酶,并使油品具有香气和风味[17]。因此,烘烤和微波预处理对植物油品质影响效果也有差异,但是较少研究将烘烤和微波这2种热处理工艺进行对比,研究这2种预处理后对植物油品质各方面的差异。

本研究选用油菜籽、亚麻籽、花生、葵花籽、芝麻5种油料,对油料进行微波和烘烤预处理,然后系统、仔细分析2种预处理后对油脂的感官指标、理化指标、主体组分、挥发性组分和微量营养组分的影响效果及差异,为热处理技术对植物油品质特性影响研究理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料:油菜籽(青杂12号),产自青海西宁;亚麻籽(定亚18号),产自青海贵德;花生(豫花),产自河南省;葵花籽(油葵562号),产自内蒙古巴彦淖尔市;芝麻(小颗粒油麻),产自河南省。

主要试剂:正庚烷:分析纯;异丙醇、乙腈:色谱纯;十一酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯对照品:≥99.0%(GC)。

1.2 仪器与设备

VH-33 远红外线食品烘炉,G90F25CN3L-C2微波炉,UV-1780 紫外可见分光光度计,WSL-2 比较测色仪,GC-2030气相色谱仪,SFC/U HPLC高效液相色谱仪,SOX406 脂肪测定仪,GCMS-QP2020NX气相色谱质谱联用仪,PDMS/DVB/CAR 50/30μmPK3固相微萃取头,1100-VWD HPIC 高效液相色谱仪。

1.3 油料预处理及植物油提取

1.3.1 烘烤预处理

参考李应霞等[18]的方法。油料清洗除杂,在远红外线食品烘炉100 ℃烘烤30 min,空白对照无此处理。

1.3.2 微波预处理

参考吕俊丽等[19]的方法,稍有修改。油料清洗除杂,调节油料水质量分数到6%,在900 W的功率条件下依次处理2～3 min,待样品冷却至室温后进行油脂提取。

1.3.3 螺旋压榨制油

压榨温度设定150～170 ℃,温度达到后先进行预榨,正常出渣后开始压榨。压榨完成后,空转2～3 min。

1.3.4 过滤离心

毛油经3～4层医用脱脂纱布过滤,在台式离心机中4 000 r/min离心15 min。

1.4 植物油感官指标测定

参考郭海洋等[20]利用定量描述分析法(QDA)评价5种植物油感官品质,从色泽、气味、透明度、黏度和滋味5方面对植物油进行感官评价。选择16 人组成感官评定小组,对组员进行评分规则及方法讲解。评分人员依次对不同植物油进行打分,同时避免各评分员之间相互交流。不同植物油感官评分标准详见表1。

表1 不同植物油感官评分表

1.5 植物油理化指标测定

酸价测定参照GB 5009.229—2016中冷溶剂指示剂滴定法测定;过氧化值测定参照 GB 5009.227—2016中滴定法测定;水分及挥发物的测定参照 GB 5009.236—2016中电热干燥箱法测定。

1.6 植物油营养指标测定

1.6.1 脂肪酸测定

甲酯化:参照Wang等[21]的方法,测定5种植物油脂肪酸组成和含量。精确称取(100.0±0.1)mg油样置于圆底烧瓶中,加入40 mL甲醇、1 mL KOH-甲醇溶液(1 mol/L)和0.5 mL内标溶液。50 ℃条件下冷凝回流60 min,用正庚烷进行分液萃取分离出酯层并加入适量无水碳酸钠吸水、过滤收集滤液至25 mL棕色容量瓶中,用正庚烷准确定容至刻度待用。

GC-GID条件:检测器:氢离子火焰检测器(FID),温度250 ℃;色谱柱(Wonda Cap WAX,60 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃;载气:氮气;流速1 mL/min;分流比46∶1;进样量1 μL;升温程序:100 ℃保持13 min,以10 ℃/min速率升至180 ℃保持6 min,再以1 ℃/min速率升至200 ℃并保持20 min,再以4 ℃/min速率升至230 ℃保持10.5 min。

定性与定量:根据标品的保留时间进行定性分析和采用内标法进行定量分析。

1.6.2 甘油三酯测定

样品预处理:参照王兴瑞等[22]测定亚麻籽油甘油三酯的方法。称取(50.0±0.1)mg油样置于10 mL容量瓶中,用异丙醇充分涡旋混匀溶解后,定容于10 mL容量瓶中。样品经0.45 μm滤膜过滤后,进样分析。

HPLC条件:色谱柱:C18(4.6 mm×250 mm×5.0 μm);柱温:40 ℃;流动相∶乙腈-异丙醇(体积比30∶70);洗脱时间:30 min;流速:0.5 mL/min;进样量:5 μL;检测器温度:30 ℃;检测器:示差检测器(RID)。

定性与定量:结合色谱图中的出峰时间、顺序和峰面积占比进行定性,并采用面积归一化法进行定量分析。

1.6.3 总酚测定

参照黄丽等[23]紫外分光光度法、Filin-Ciocalteu显色法测定油样中总酚含量,有改动。称取(0.5±0.1)g油样于10 mL离心管中,加入2.5 mL 70%(体积分数)甲醇溶液5 min涡旋、5 min超声、5 min冷藏、4 000 r/min离心5 min,吸取上清液用70%(体积分数)甲醇溶液定容。取1 mL提取液于10 mL试管加1 mL稀释的福林酚试剂、3 mL 10%(质量分数)碳酸钠溶液,加纯净水定容,室温避光放置2 h,765 nm测吸光度,根据标准曲线方程计算植物油中总酚含量。

1.6.4 维生素E测定

皂化:精确称取样品 1.500 g,置于 50 mL 棕色离心管内。加入50%(质量分数)氢氧化钾 0.2 mL、无水乙醇0.6 mL、16 g/L的焦性没食子酸溶液 0.2 mL,振荡混匀 1 min。置于 80 ℃水浴中避光皂化 30 min。反应结束取出冷却至室温后加入 5 mL 石油醚,振荡1 min,静置15 min萃取,再石油醚重复萃取并合并萃取液。室温氮气吹干,加入0.2 mL 色谱级甲醇复溶,过 0.22 μm滤膜。

HPLC条件:检测器:紫外检测器;色谱柱:C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);预柱:(3.9 mm×20 mm×5 μm);波长:300 nm;柱温:30 ℃;进样量:10 μL;流动相∶甲醇∶水(体积比为92∶8);洗脱方式:等度洗脱。

定性与定量:根据标准溶液的保留时间进行定性,采用外标法进行定量分析。

1.7 挥发性组分测定

参照韩玉泽等[24]SPME-GC-MS法测定植物油中挥发性组分,具体条件如下。

SPME条件:取(6.0±0.1)g油样于15 mL采样瓶中,80 ℃磁力搅拌20 min,转速400 r/min,进纤维头顶空萃取40 min后手动进样,250 ℃解吸5 min。

GC条件:InertCap pure-wax 色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:初始温度40 ℃,保留2 min,以5 ℃/min升至220 ℃,保留10 min。载气为高纯氦气(99.99%),色谱柱流速1.0 mL/min,分流比50.0,进样口温度250 ℃。

MC条件:电子电离源;离子源温度150 ℃;灯丝发射电流200 μA;电子能量70 eV;传输线温度为260 ℃;扫描质量范围m/z35～350 u。

定性与定量:采用面积归一化法进行定量分析,以各组分峰面积与色谱图中总峰面积之比表示其相对含量。

1.8 数据处理

各指标平行测定3次,取平均值。采用SPSS 26.0进行数据处理、显著性分析和相关性分析,以Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 5种植物油感官品质分析

如图1所示,5种植物油感官评定总分烘烤预处理组>对照组>微波预处理组。其中,烘烤预处理后亚麻籽油、菜籽油、花生油、葵花籽油的气味评分提高0.2～0.3分,可能在烘烤过程中油料的生胚变成熟胚产生一些风味物质,不饱和脂肪酸被氧化变成饱和脂肪酸与氧结合后生成醛类、酸类和醇类等物质,最终使植物油的风味增强;滋味评分提升0.2～0.4分。微波预处理后5种植物油的色泽、透明度评分降低0.4～1.9分,此结果与杨湄等[25]研究微波预处理提升感官评分的结果相反,可能是900 W的超高微波频率导致油料中大量色素溶出而造成;除亚麻籽油、葵花籽油其余植物油滋味评分增加了0.2～0.3分。因此,在该实验条件下烘烤预处理对这5种植物油感官品质影响更小,是一种较为理想的油料预处理工艺。

注:数字表示不同前处理,0、1、2分别代表未处理组、烘烤处理、微波处理;小写字母表示油种类,fo、ro、po、so、sfo分别代表亚麻籽油、菜籽油、花生油、芝麻油、葵花籽油。

2.2 5种植物油理化指标分析

5种植物油理化指标结果如表2所示。5种植物油酸价值在0.14～1.45 mg/g之间,过氧化值在0.13～1.17 mmol/kg。与未处理组相比,微波和烘烤预处理组、菜籽油、芝麻油、葵花籽油的酸价、过氧化值都增加,尤其亚麻籽油的过氧化值增加2.4倍最为显著(P<0.05)。酸价增加可能是由于高温致使甘油三酯发生水解产生游离脂肪酸,促使酸价值升高[26];过氧化值的提高可能是2种预处理产生的高温加速自由基的生成,从而加速油脂的自氧化。微波预处理后亚麻籽油的过氧化值降低了1.7倍;烘烤预处理后花生油的过氧化值降低了2倍。过氧化值降低可能是因为随物料温度升高,过氧化物发生分解所导致。总体比较5种植物油理化指标变化趋势,微波预处理对这5种植物油的酸值和过氧化值影响更小。

表2 5种植物油理化指标

2.3 5种植物油的主体组分分析

2.3.1 脂肪酸

从表3中可以看出,5种植物油中饱和脂肪酸质量分数在2～15 g/100 g之间,花生油饱和脂肪酸质量分数最大,为14.71 g/100 g;菜籽油饱和脂肪酸质量分数最低6.30 g/100 g。不饱和脂肪酸质量分数均在70 g/100 g以上,其中葵花籽油不饱和脂肪酸质量分数最高为82.71 g/100 g。亚麻籽油中多不饱和脂肪酸亚麻酸质量分数为40.03 g/100 g占比最大;菜籽油、葵花籽油中主要脂肪酸是单不饱和脂肪酸油酸油酸,分别为55.09、49.77 g/100 g;而花生油和芝麻油中亚油酸质量分数最高,分别为42.39、45.85 g/100 g。微波预处理后亚麻籽油、菜籽油、花生油、葵花籽油中UFA/SFA比值增加0.45～1.02 g/100 g,可能是由于微波预处理后,少量饱和脂肪酸损失引起UFA/SFA比值出现少量增加;也有可能是引起多不饱和脂肪酸向单不饱和脂肪酸转变,最终导致UFA/SFA比值出现少量增加。烘烤处理后5种植物油的UFA/SFA比值都降低了,其中,菜籽油UFA/SFA比值降低了0.55。5种植物油的UFA/SFA比值在5.50～12.53 g/100 g之间,远高于中国营养学会植物油UFA/SFA推荐值(2∶1)[1],表明这5种油料是适宜食用的优质植物油原料。

表3 5种植物油脂肪酸组成及质量分数/g/100 g

2.3.2 甘油三酯

5种植物油中甘油三酯组成定量结果如表4所示。菜籽油、花生油、芝麻油和葵花籽油的甘油三酯主要以油酸和亚油酸为主,组成为OOO、OOL和OLL;亚麻籽油的甘油三酯主要以亚麻酸和油酸为主,组成为OLnLn、OLnO和LnLnLn。在亚麻籽油中OLnLn质量分数最高,为22.17%,OLL质量分数次之,为17.54%;菜籽油和葵花籽油中不饱和甘油三酯OOO含量最高,质量分数达44%和42%;花生油和芝麻油中OOL质量分数最高,达33%和30%。烘烤预处理对不同植物油中甘油三酯组成及含量影响不显著。微波预处理后,芝麻油中LnLnLn、LLnLn、OLnLn含量;菜籽油中OLnLn、SOO含量降低未被检测出来,可能是微波处理后这几种甘油三酯受热后发生分解导致含量降低。花生油中LLnLn;菜籽油、芝麻油、葵花籽油中POO含量有所增加,可能是微波处理后一些被分解的游离脂肪酸发生化学反应生成新的甘油三酯。

表4 5种植物油甘油三酯组成及质量分数/%

2.4 5种植物油的挥发性组分

5种植物油中挥发性组分结果如图2所示。5种植物油中主要的挥发性物质为醛类、酸类、醇类、杂环类、酯类、酮类。亚麻籽油中醛类物质最多,(E,E)-2,4-庚二烯醛(质量分数为9.61%)、(E,E)-2,4-癸二烯醛(质量分数为4.85%)是亚麻籽油代表性挥发性物质,烘烤和微波预处理后醛类物质提高。菜籽经预处理后油中杂环类物质都有增加,使油脂呈现焙烤香气特征。花生通过微波预处理后杂环类物质增加,杂环类物质以吡嗪类(质量分数为10.25%)和呋喃类(质量分数为18.54%)为主,与乔泽茹等[27]研究微波预处理增加花生油中杂环类物质结果一致。研究发现吡嗪类物质一般在高温压榨花生油中被检出,使烘烤后的花生呈现烘烤风味[28],吡嗪类化合物是美拉德反应的产物,可呈现出坚果香味和焙烤香味[29,30]。芝麻油中酚类物质主要是4-乙烯基-2-甲氧基苯酚(质量分数为5.85%),微波预处理后酚类物质显著增加了20.33%。葵花籽油中检测到主要的挥发性物质是烯烃类物质(质量分数41.05%),其中α-蒎烯占到26.47%。微波处理后,烯烃类物质含量有所降低,可能是微波传递的能量导致一些易分解烯烃类物质发生分解。微波预处理是制备浓香型菜籽油和花生油重要工艺之一。

注:横坐标中0、1、2分别为未处理、烘烤处理、微波处理;fo、ro、po、so、sfo分别为亚麻籽油、菜籽油、花生油、芝麻油、葵花籽油。

2.5 5种植物油的微量组分

5种植物油VE和总酚含量结果如图3所示。烘烤和微波预处理后,葵花籽油中VE含量有所增加,这与郑畅等[31]研究微波预处理对葵花籽油中VE含量的研究相反。可能是由于这2种方式处理后,有助于油脂中脂肪伴随物的溶出,同时美拉德反应的产物可以保护生育酚不被氧化,减少油脂中VE的损失[32]。而菜籽油中VE的含量降低,与黄颖等[33]利用微波技术对油菜籽进行预处理提高菜籽油中VE含量相反,这可能是实验温度过高导致菜籽油中VE被分解破坏导致含量降低。微波和烘烤预处理后,5种植物油中总酚含量增加了13.50%～81.95%,可能是由于热处理后,细胞壁破裂有利于大量酚类物质的释放[13,34]。说明对油料通过适当的烘烤和微波预处理,有利提升油脂自身抗氧化能力。

图3 5种植物油VE和总酚含量

3 结论

通过烘烤和微波预处理亚麻籽、菜籽、花生、芝麻、葵花籽5种油料,研究对这5种植物油品质影响。试验结果表明,烘烤预处理有利提升这5种植物油的感官品质,在本实验研究条件下微波预处理会降低这5种植物油的感官品质。2种预处理对这5种植物油的脂肪酸组成和含量影响不显著,但微波预处理有利于增加这5种植物油UFA/SFA比例。烘烤预处理对5种植物油甘油三酯组成及含量影响不显著,但微波预处理后,会降低芝麻油中LnLnLn、LLnLn、OLnLn和菜籽油中OLnLn、SOO含量。微波和烘烤热处理后有利于油料中醛类物质、杂环类物质、烯烃类物质等香味物质的释放。2种预处理后5种植物油中总酚含量增加了13.50%～81.95%,有利于提升植物油自身氧化稳定性。因此通过本实验微波和烘烤2种预处理对植物油品质研究发现,烘烤预处理能够提升植物油的感官品质,微波预处理对植物油中微量组分影响更小,有利提升植物油的营养品质。但是有关微波预处理功率、时间控制对植物油品质影响情况有待进一步研究。