红外预处理对低温压榨碧根果油品质及贮藏稳定性的影响

吉 钦，潘利华，李贺兴，罗水忠，郑 志

（合肥工业大学食品与生物工程学院，农产品精深加工安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009）

碧根果（Carya illinoensis(Wang) K.Koch）又名美国山核桃、薄壳山核桃，原产于北美洲，随着栽培技术的提升，在中国新疆、江苏、浙江、安徽等20多个省、市（区）均有栽种。碧根果是含油量最高的坚果之一，含油率65%～75%，其中不饱和脂肪酸含量高达90%，主要包括油酸和亚油酸[1]。碧根果油中还含有多酚、生育酚和植物甾醇等多种脂质伴随物，具有清除自由基、抗氧化以及预防心脑血管疾病等功能[2-3]，因此碧根果油越来越受欢迎。

压榨法是一种传统的制油方法，具有易于操作、环境友好、经济实用的特点[4]。根据油料的预处理工艺差别，压榨法可以分为冷榨和热榨，其中，油料不经过预处理，且压榨过程中物料的温度低于60 ℃的工艺称为冷榨[5]。与热榨相比，冷榨具有保留油的营养成份、避免饼粕蛋白变性等优势[6]。但是，冷榨法的出油率较低。研究发现，菜籽[7]、核桃[8]等油料经过低温膨化或短时高温预处理后再于60～80 ℃左右压榨，既最大限度地保留了冷榨工艺的防止热敏性成分降解以及抑制油脂氧化和饼粕蛋白变性等优势，又能够提高出油率。低温压榨为生产优质油脂提供了有效的途径，该工艺中的预处理技术具有多种效应，如灭活脂肪酶、多酚氧化酶等，减少油脂的酶促水解/氧化，避免磷脂分解导致的精炼困难；提高压榨制油产量以及赋予油脂香味等[9-10]。

目前，用于油料预处理的技术有微波[11]、脉冲电场[12]、射频[13]、蒸汽爆破[14]等。张欢欢等[15]发现微波和烘烤预处理提高了低温压榨菜籽油多酚、甾醇等脂质伴随物含量。Szydłowska-Czerniak等[16]优化了微波预处理对低温压榨亚麻籽油的生产条件，并报道微波预处理改善了低温压榨亚麻籽油的化学和感官特性。Różańska等[17]对黑加仑籽、樱桃籽和油菜籽等油料采用烘烤预处理，延长了低温压榨油的氧化诱导时间。然而，这些技术大多存在成本高、产出低、加热不均匀、操作困难、能耗高以及不宜大规模使用等缺点。红外（infrared，IR）加热由于能源成本低、热效率高、设备尺寸紧凑、扩散系数大而成为一种很有前景的技术[18]。但目前该技术在油脂制取的应用方面仅有少量的研究报道[19-20]，其工艺理论系统性数据还很缺乏，而且该技术在碧根果油低温制取方面的应用鲜见报道。因此，本实验通过IR辐射加热结合低温压榨，离心得到碧根果油，对出油率、品质、生物活性成分和抗氧化能力以及贮藏稳定性进行评价，以期为低温压榨碧根果油的加工提供有价值的指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

碧根果（波尼）由坚果派农业有限公司提供，于4 ℃保存备用。

脂肪酸甲酯混合物标准品、没食子酸标准品、生育酚标准品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,4,6-三吡啶基三嗪和奎诺二甲基丙烯酸标准品 上海麦克林生化科技有限公司；福林-酚试剂 北京索莱宝科技有限公司；其余分析试剂和色谱级试剂 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

中红外加热器 广东永固电热科技有限公司；T型热电偶 德国Testo公司；扫描电子显微镜 日本日立公司；螺旋式榨油机 中山麦尔尼电器有限公司；ZE7700色差仪 日本电色公司；液相色谱仪 美国Waters公司；气相色谱仪 美国安捷伦公司；分光光度计北京普析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 IR预处理

将50 g碧根果仁放在干燥盘中，用中红外加热器处理，每隔10 s用T型热电偶测量碧根果仁的内部温度，确定加热时间和平均内部温度之间有很高的相关性（T＝20.344t0.3996，R2＝0.9926）。碧根果仁辐射22、41、68、104 s和148 s后，相应的中心温度分别为70、90、110、130 ℃和150 ℃，得到的样品分别命名为IR 22 s、IR 41 s、IR 68 s、IR 104 s、IR 148 s。以没有经过IR预处理的样品作为对照组。

1.3.2 低温压榨制油及出油率的测定

将螺旋杆和螺旋套筒放置在4 ℃冰箱中预冷60 min，再用装有碎冰的自封袋包裹在螺旋套筒外，接着将螺旋杆和螺旋套筒安装至榨油机。将IR预处理的碧根果仁冷却至室温后，放入螺旋榨油机中压榨2 min。压榨过程中每30 s进行油温的测定，油温为60～70 ℃。收集初榨油并在8000 r/min离心30 min，取上层，得到低温压榨碧根果油，置于4 ℃冰箱冷藏备用。出油率按式（1）计算：

式中：m0为得到的碧根果油的质量/g；ms为压榨前碧根果仁的质量/g。

1.3.3 微观结构观察

样品的预处理参照文献[21]的方法，略有修改。将碧根果仁切成5 mm×5 mm×3 mm小片，在4%戊二醛溶液中固定12 h，然后用pH 6.8磷酸盐缓冲液洗涤样品4 次，每次10 min。随后分别将样品在30%、50%、70%、80%、90%体积分数乙醇溶液中脱水15 min，最后在无水乙醇中脱水3 次，每次30 min。处理好的碧根果仁经喷金后利用扫描电子显微镜放大1000 倍观察并拍照。

1.3.4 黄度指数和非酶促褐变指数测定

通过色差仪测定碧根果油的黄度指数。非酶促褐变指数参考文献[22]的方法进行测定，用三氯甲烷以体积比1∶10的比例稀释碧根果油，使用紫外-可见分光光度计在420 nm波长处测定吸光度，以吸光度表征非酶促褐变指数。

1.3.5 脂肪酸组成分析

参考Chen Sasa等[23]的方法测定。气相色谱条件：DB-WAX毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：60 ℃保持2 min，以15 ℃/min升至200 ℃，然后以3 ℃/min升至230 ℃，保持25 min；载气N2（纯度≥99.9%）；流速0.8 mL/min，进样器温度230 ℃，检测器温度240 ℃；进样量1 μL，分流比20∶1。

1.3.6 脂质伴随物和抗氧化能力的测定

1.3.6.1 生育酚和类胡萝卜素含量测定

生育酚含量参考文献[24]的方法测定，并采用外标法定量，γ-生育酚标准曲线方程为。类胡萝卜素含量参考文献[22]的方法测定。

1.3.6.2 碧根果油甲醇提取液的制备

称取3 g的碧根果油样品，加入10 mL甲醇，4 ℃、3000 r/min离心15 min，取上清液即为碧根果油甲醇提取液[25]，用于总酚含量和抗氧化能力的分析。

1.3.6.3 总酚含量测定

参考曹子伦等[26]的方法，略有修改。取25 μL甲醇提取液于96 孔酶标板中，加入125 μL的福林-酚溶液（V（福林-酚）∶V（水）＝1∶3）静置6 min，再加入7.5% Na2CO3溶液静置60 min，于765 nm波长处测定其吸光度。用不同质量浓度的没食子酸溶液绘制标准曲线（y＝0.0094x＋0.0836，R2＝0.9994）。最终结果以没食子酸当量表示，单位为μg/g。

1.3.6.4 DPPH自由基清除率和铁离子还原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）测定

参考刘颖等[25]的方法测定DPPH自由基清除能力和FRAP，并用不同浓度奎诺二甲基丙烯酸酯溶液分别绘制量效曲线（DPPH自由基清除能力：y＝0.339x－3.6189，R2＝0.9995；FRAP：y＝0.0025x＋0.0303，R2＝0.9997），结果均用Trolox当量表示，单位为μmol/kg。

1.3.7 贮藏稳定性

将每份装有15 g样品的西林瓶敞口放入温度为65 ℃、相对湿度为35%的烘箱中保存24 d进行加速氧化实验[27]，每4 d随机取出3 份样品，测其酸值、过氧化值、茴香胺值和总氧化值，分析贮藏稳定性。

1.3.8 理化指标测定

脂肪酶相对酶活力测定根据GB/T 5523—2008《粮油检验 粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》进行；多酚氧化酶相对酶活力测定参考郭园园等[28]的方法；酸值、过氧化值和茴香胺值测定分别根据GB/T 5009.229—2016《食品中酸价的测定》、GB/T 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》和GB/T 24304—2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》进行。总氧化值根据式（2）计算[29]：

式中：PV为过氧化值；P-AV为茴香胺值。

1.4 数据处理与分析

2 结果与分析

2.1 IR预处理条件对出油率的影响

如表1所示，对照组出油率为39.90%，IR预处理22 s后出油率较对照组提高11.10%，随着IR预处理时间的延长，碧根果仁的出油率显著提高，IR预处理104 s后，其出油率达到最高值（63.21%），较对照组增加了58.42%。碧根果仁经过IR预处理之后，水分蒸发形成内部压力使细胞破裂产生永久性孔隙，同时，以蛋白质乳液形式分散的油滴，在加热过程中由于蛋白质变性，乳液形式被破坏，使油滴凝聚排出[30]。因此，IR预处理可以显著提高低温压榨碧根果油的出油率。IR预处理148 s后出油率为60.47%，与IR预处理104 s相比降低了4.33%，原因可能是处理时间延长，温度增加，水分含量不断降低导致油料的可塑性和弹性变差，在压榨制油过程中容易结焦，不容易保持榨膛压力[31]，导致出油率有所下降。Rábago-Panduro等[32]采用脉冲电场预处理碧根果仁使其出油率提高了24.40%，进一步表明IR预处理技术在低温压榨碧根果油中具有明显的优势。

表1 IR预处理对碧根果仁出油率、相对酶活力的影响Table 1 Effect of IR pretreatment on oil yield,relative enzyme activity of pecan kernel

通过扫描电子显微镜观察IR预处理提取油脂的微观结构。对照组细胞壁结构完整、光滑（图1A）。与对照组相比，IR预处理148 s的碧根果仁细胞壁被破坏，油滴聚集并溢出到表面（图1B），说明IR预处理使碧根果仁结构发生变化。IR预处理通过加热器发出的能量作用于碧根果仁，在较短时间有效破坏了细胞内部组织结构，可能在细胞表面形成孔隙，从而有助于压榨制油过程中油脂的释放。综上，IR预处理是提高碧根果出油率的有效技术。

图1 碧根果仁扫描电子显微镜图Fig.1 Scanning electron micrographs of pecan kernels

2.2 IR预处理条件对碧根果油品质的影响

2.2.1 相对酶活性

碧根果仁中的脂肪酶能催化脂质分解，多酚氧化酶催化酚类物质氧化成醌类化合物，加速油脂的氧化变质。IR预处理对碧根果仁中酶活力的影响如表1所示。随着IR预处理时间的延长，碧根果仁的温度升高，使酶活性下降。在IR预处理104 s后，酶活力下降趋势减缓，可能是因为IR预处理时间的延长，使其水分不断减少，导致其吸收热能力下降，Li Bo等[33]采用IR预处理小麦胚芽也得出相同的结论。

2.2.2 脂肪酸组成

脂肪酸组成是评价植物油营养品质的重要指标之一[3]，因此有必要监测IR预处理过程中脂肪酸组成的变化。如表2所示，其主要脂肪酸为油酸（67.57%～67.44%）、亚油酸（22.02%～21.92%）、棕榈酸（6.74%～6.87%）和硬脂酸（2.26%～2.41%）。该油脂的脂肪酸组成结果与Juhaimi等[34]报道一致，但含量稍有差异，这种差异可能是不同的品种、种植和加工方式造成。随着IR预处理时间的延长，不饱和脂肪酸含量降低，饱和脂肪酸含量增加，但变化并不显著（P＞0.05）。这表明在IR预处理条件下甘油三酯的热裂解以及不饱和脂肪酸的氧化并不显著。Suri等[22]采用IR预处理黑茴香籽制油，其脂肪酸含量也没有发生显著变化。这表明IR预处理不会破坏脂肪酸营养成分。

表2 IR预处理对碧根果仁脂肪酸组成的影响Table 2 Effect of IR pretreatment on fatty acid composition of pecan kernels

2.2.3 黄度指数和非酶促褐变指数

颜色是衡量油脂品质的重要参数，它能够影响消费者的偏好和购买食品的决定。黄度指数可以反映油脂颜色的深浅。从图2可知，随着IR预处理时间的延长，黄度指数增加。对照组的黄度指数为46.50，在处理时间短于104 s时，IR对低温压榨碧根果油的黄度指数没有显著影响（P＞0.05），预处理148 s时黄度指数增加至52.02。油脂色素（如类胡萝卜素）的提取和美拉德反应产物的增加加深了低温压榨碧根果油的色泽。在预处理过程中，还原糖与初级氨基酸或脂质氧化产物的相互作用导致美拉德反应产物的形成[35]。非酶促褐变指数可以体现油籽预处理过程中美拉德反应发生程度，且与油脂颜色成正比。如图2所示，非酶促褐变指数与IR预处理时间呈正相关。对照组非酶促褐变指数为0.36，预处理148 s时较对照组增加了2.08 倍。Suri等[22]也发现经IR处理的黑茴香籽油的非酶促褐变指数增加，因此推断在IR预处理过程中发生了美拉德反应。

图2 IR预处理对低温压榨碧根果油黄度指数和非酶促褐变指数的影响Fig.2 Effect of IR pretreatment on the yellowness index and non-enzymatic browning index of cold-pressed pecan oil

2.2.4 脂质伴随物含量

类胡萝卜素、多酚和生育酚是低温压榨碧根果油中重要的脂质伴随物，在抗氧化、降低胆固醇和预防心血管疾病等方面发挥作用[15]。如图3所示，经过IR预处理之后，类胡萝卜素、总酚和生育酚含量显著增加（P＜0.05）。对照组的类胡萝卜素含量为0.57 mg/kg，IR预处理148 s达到最大值，较对照组增加了2.81 倍。类胡萝卜素主要以与蛋白质复合的形式存在，在IR预处理过程中，色素和结合蛋白的复合物分解，促进色素在榨油过程中的释放[22]。对照组总酚含量为16.10 μg/g，IR预处理后，总酚含量为22.91～32.10 μg/g。总酚含量的增加可能与结合酚类物质化学键的断裂有关[35]。碧根果油中主要的生育酚是γ-生育酚[34]，对照组中的γ-生育酚含量为61.22 mg/100 g，IR预处理104 s时γ-生育酚含量达到最大值（73.71 mg/100 g），IR预处理148 s较104 s时有所降低，但差异并不显著。制油过程中温度升高破坏了碧根果仁的组织细胞结构，加速了γ-生育酚的释放，从而提高了其在低温压榨碧根果油中的含量[14]。而γ-生育酚含量的减少与Özcan等[36]对奇亚籽油的研究结果相似，可能与其热降解有关。

图3 IR预处理对低温压榨碧根果油脂质伴随物含量的影响Fig.3 Effect of IR pretreatment on lipid concomitant content of cold-pressed pecan oil

2.2.5 抗氧化能力

抗氧化能力反映了油脂中天然和新形成抗氧化成分的存在，对于评估油脂品质至关重要。DPPH自由基清除能力和FRAP的测定表明了预处理对低温压榨碧根果油抗氧化能力的影响。如图4所示，对照组DPPH自由基清除能力和FRAP分别为526.80 μmol/kg和732.49 μmol/kg，IR预处理后，两者显著增加（P＜0.05），分别为543.20～650.76 μmol/kg和740.49～828.93 μmol/kg，在IR预处理148 s时，DPPH自由基清除能力和FRAP较对照组分别提高了23.52%和13.16%。抗氧化能力的提高可能与油脂中脂质伴随物和美拉德反应中间产物的含量增加有关[37]。Ramadan等[38]将油脂的抗氧化能力作为一种营养指标，对比了核桃等不同坚果油DPPH自由基清除能力。综上，通过IR预处理，在一定程度上能够提高低温压榨碧根果油营养价值。

图4 IR预处理对低温压榨碧根果油抗氧化能力的影响Fig.4 Effect of IR pretreatment on the antioxidant capacity of cold-pressed pecan oil

2.2.6 品质指标相关性分析

由图5可知，不饱和脂肪酸含量、相对酶活性和抗氧化能力呈负相关，饱和脂肪酸含量、黄度指数、类胡萝卜素含量、总酚含量、γ-生育酚含量和抗氧化能力呈正相关。黄度指数和类胡萝卜素以及非酶促褐变指数呈显著正相关。该结果表明IR预处理提高了低温压榨碧根果油中类胡萝卜素、总酚和生育酚的含量，降低了相对酶活力，对于提高其品质有重要作用。

图5 低温压榨碧根果油内源性成份相关性分析Fig.5 Correlation analysis between endogenous components in cold-pressed pecan oil

2.3 IR预处理条件对低温压榨碧根果油贮藏稳定性的影响

过氧化值是确定油中初级氧化产物含量的指标。如图6A所示，在加速贮藏第8天，对照组的过氧化值为0.26 g/100 g，超过了GB 2716—2018《植物油》中规定食用油脂中过氧化值应低于0.25 g/100 g的限定标准。经过IR预处理后得到的低温压榨碧根果油的过氧化值一直低于对照组，在加速贮藏第16天，IR 148 s的过氧化值为0.32 g/100 g，超过限定标准。酸值主要反映油脂中游离脂肪酸的含量，从图6B可以看出，在整个贮藏期内，各组酸值范围为0.12～0.97 mg/g，满足GB 2716—2018中规定食用油脂中酸值应低于3 mg/g的限定标准。贮藏期间酸值升高速度较缓可能是因为甘油三酯在分解成游离脂肪酸的同时，游离脂肪酸也在发生氧化。对照组酸值在加速贮藏4 d后明显上升，而经过IR预处理得到的低温压榨碧根果油的酸值在加速贮藏16 d后才有了明显变化，该结果和Ye Minqian等[27]用微波处理山茶籽制油的结果类似。这些结果表明IR预处理对于低温压榨碧根果油的氧化稳定性具有积极作用。茴香胺值是反映植物油中醛类等二次氧化产物含量的一个重要指标[39]。随着贮藏时间的延长各组茴香胺值逐渐增加。对照组在4 d之后开始快速增加，而IR 148 s在12 d之后才开始较快增加（图6C）。这表明通过IR预处理，可以显著减缓二次氧化产物的产生。

图6 IR预处理对低温压榨碧根果油过氧化值（A）、酸值（B）、茴香胺值（C）和总氧化值（D）的影响Fig.6 Effect of IR pretreatment on peroxide value (A),acid value (B),anisidine value (C) and total oxidation value (D) of cold-pressed pecan oil

此外，为了方便了解碧根果油总体质量的变化情况，本研究对总氧化值的变化进行了分析。从图6D可以看出，在整个贮藏期内，总氧化值呈先平缓后加速上升趋势；随着IR预处理时间的延长，总氧化值呈下降趋势。在加速贮藏16 d后，对照组和IR 148 s的总氧化值分别为7.79和2.73。

综上所述，从加速氧化实验结果可以看出，IR预处理可以提高低温压榨碧根果油的氧化稳定性。这可能是因为IR预处理使酶失活，促进美拉德反应产生抗氧化物质以及脂质伴随物增加[40]。因此，为增强低温压榨碧根果油的氧化稳定性，可以进行适当的IR预处理。

3 结论

IR预处理可以破坏碧根果仁的微观结构，提高出油率，降低脂肪酶活性，促进美拉德中间反应产物的生成，显著提高脂质伴随物含量，很好地改善低温压榨碧根果油的抗氧化能力和氧化稳定性。因此，IR预处理对于碧根果油的制取具有积极作用，其与低温压榨联合处理可应用于其他油料制油。而且IR预处理方式处理时间短，在生产效率、节约成本和绿色环保方面具有明显的优势。综上，IR预处理在油脂的制取方面具有一定的潜力和推广价值。