核桃油营养特性及其制备方法研究进展

2024-04-29 06:40徐梦婷郝艳宾齐建勋张赟齐丁保淼陈永浩

食品工业科技 2024年8期

徐梦婷，郝艳宾，齐建勋，张赟齐，丁保淼，陈永浩,*

（1.长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025；2.北京市农林科学院林业果树研究所，北京 100093）

目前，我国食用油对外依存度高达70%，食用油安全面临严峻挑战[1]。2022 年2 月国家林草局发布《林草产业发展规划（2021～2025 年）》指出到2025年木本油料种植面积达2.7 亿亩左右，木本食用油年产量达250 万吨。据初步统计，木本食用油产量占国产植物食用油生产总量的8%左右，占全国植物食用油消费量的近3%。核桃是重要的木本油料，也是世界上含油量最高的坚果之一，核桃仁含油量高达60%～70%[2]，是大豆的3～4 倍，花生的1.5 倍。因此发展以核桃为代表的木本油料，对于缓解我国粮油供需矛盾和进口压力、实施国家粮油安全战略具有重要意义。核桃油具有良好的脂肪酸组成和丰富的植物化学物质，对人体健康有益。目前研究表明，核桃油中多酚类化合物具有抗炎和清除自由基的作用，对心血管疾病、动脉粥样硬化和代谢综合征具有积极的影响[3]。核桃油中磷脂可维护细胞正常代谢，增强细胞活力，防止脑细胞的衰退[4]。因此，核桃油是一种保健价值很高的特种油脂，也是人们日常生活中理想的高级食用油[5]。

核桃油的原料主要包括核桃或泡核桃。目前研究报道了许多提取核桃油的方法，如超临界二氧化碳萃取、溶剂浸提、超声辅助提取、酶辅助提取、索氏提取、液压冷榨等方法[6]。国内外研究表明，核桃油中生物活性成分的类型和含量取决于提取方法。例如，Ahmed 等[7]研究发现冷榨和索氏提取法获得的核桃油的化学组成含量略有不同，冷榨的油样中脂肪酸和生育酚含量较高。此外，许多研究报告了核桃油的抗氧化作用，并证实核桃油中的多酚类物质发挥了主要作用[8-9]。本文系统总结了核桃油化学组成、生物活性、制备方法、氧化稳定性等方面的最新研究进展，以期为进一步提高核桃油作为功能性食品和医药产品领域的应用价值提供理论参考。

1 核桃油化学组成

核桃油的主要化学组成包括脂肪酸、多酚类、植物甾醇、角鲨烯、维生素和矿物质等物质（表1）。这些生物活性物质具有潜在的保健价值，如抗氧化、抗肿瘤和降低胆固醇等作用。

表1 核桃油化学组成及其功能作用Table 1 Chemical compositions and functional properties of walnut oil

1.1 脂肪酸

核桃油最重要的特征之一是它们的脂质组成。脂肪酸是脂类的重要组成部分，是人体重要的能量来源。目前研究报道核桃油中共检测到525 种脂类，其中甘油三酯和甘油二酯是主要的甘油脂类。而必需脂肪酸，如亚油酸和α-亚麻酸是甘油三酯和甘油二酯脂肪酸链的主要组成部分[10]。此外，核桃油中含有5 种常见的脂肪酸组分，包括了棕榈酸、硬脂酸这类饱和脂肪酸以及油酸、亚麻酸和亚油酸这类不饱和脂肪酸，其中不饱和脂肪酸中的多不饱和脂肪酸在碳链上包含两个或多个双键，占总脂肪酸的66.00%～76.46%[11]。在核桃油中，亚油酸占总脂肪酸的含量最高（51.21%～68.97%）[12]，其次是油酸和亚麻酸，分别占总脂肪含量的12.56%～26.03%、6.83%～15.01%。此外，核桃油中亚油酸和α-亚麻酸（ALA）的比例约为4:1～6:1，对心脑血管疾病具有一定的预防作用，能有效降低II 型糖尿病患者并发症的发生[13]。此外，国内外研究表明，α-亚麻酸可通过降低机体的血脂、胆固醇、低密度蛋白胆固醇等含量，抑制血小板凝聚和血栓形成，从而防止动脉粥样硬化及其并发症发生[14]。同时，α-亚麻酸和油酸协同作用可降低食管腺癌细胞的增殖、黏附和迁移能力，对食管癌细胞起到抗癌作用[15]。除此之外，油酸作为典型的单不饱和脂肪酸，可降低体内胆固醇含量，加速新陈代谢，还可通过抑制内质网应激和炎症程序性细胞死亡来预防肝细胞脂毒性。

1.2 酚类化合物

酚类化合物是植物在正常发育过程中合成的次级代谢物，根据其酚基和结构元素的数量可分为四类，分别为黄酮类、芪类、木脂素类和酚酸。其中生育酚、酚酸和类黄酮是酚类化合物的主要类型[16]。核桃油中主要的酚类化合物是生育酚，存在四种形式的生育酚：α、β、γ和δ-生育酚。γ-生育酚是核桃油中的主要生育酚形式，含量为138.98～603.70 mg/kg，占生育酚含量55%以上[12]。此外，核桃油中还存在八种酚酸、九种黄酮类化合物和一种二苯乙烯。核桃油中的生育酚含量主要取决于核桃品种，例如，Gao等[11]研究发现，铁核桃油中α-生育酚的含量（36.94～92.40 mg/kg）低于普通核桃油（115.48～144.21 mg/kg），而δ-生育酚（75.59～88.46 mg/kg）的含量是普通核桃油（20.68～28.22 mg/kg）的3～4 倍。除此之外生育酚含量还与来源[17]、收获期[18]和提取方式有关。目前研究表明，提取方式对生育酚含量有直接影响，通过冷榨获得油的总生育酚含量最高，为851.64 mg/kg，其次是索氏提取法和超声辅助提取法，总生育酚含量分别为454.97 和146.31 mg/kg[6]。生育酚作为亲脂性抗氧化剂，具有良好的抗氧化活性和清除自由基的功能，是抑制植物油中脂质氧化的天然抗氧化剂[19]。其中δ-生育酚的抗氧化能力最强，γ-生育酚的抗氧化能力次之，α-生育酚的抗氧化能力最弱[20]。

1.3 植物甾醇

植物甾醇是具有生理活性的化合物，构成了大部分不可皂化的化学物质。核桃油中总植物甾醇的含量范围为540.00～1594.07 mg/kg，β-谷甾醇、菜油甾醇和∆5-燕麦甾醇是核桃油中主要的植物甾醇。其中β-谷甾醇含量最高，占总植物甾醇含量的85%以上[21]。此外，核桃油中还检测到其它少量甾醇，如豆甾醇、胆甾醇、Δ7-燕麦甾醇等（表1）。国内外研究表明，核桃收获期和提取方式均会对核桃油中植物甾醇含量产生影响。例如，Matthaus 等[18]研究发现，β-谷甾醇含量随采收期不同产生较大波动，β-谷甾醇含量从第1 次采收期4426.4 mg/kg 降至第5 次采收期1801 mg/kg。Gao 等[22]发现，亚临界丁烷萃取获得的植物甾醇含量最高（106.51 mg/100 g），其次是冷榨和己烷萃取获得的植物甾醇含量，分别为97.34 mg/100 g 和94.16 mg/100 g。植物甾醇作为植物细胞膜的重要组成成分，可用于治疗炎症性疾病，如类风湿性关节炎、炎症性肠病、多发性硬化症、哮喘和心血管疾病[23]。其中，β-谷甾醇作为一种有效的细胞凋亡促进剂，可成为缓解某些癌症如结肠癌、乳腺癌和前列腺癌的良好候选药物[24]。

1.4 其它化合物

角鲨烯是人体生物合成维生素D、类固醇激素和胆固醇的三萜前体[38]，存在于许多食用植物油的不皂化物中，对皮肤有很好的亲和力，可用作皮肤润肤剂。核桃油中角鲨烯含量范围为2.89～5.21 mg/kg，可与多不饱和脂肪酸协同作用，保持皮肤弹性。目前研究表明，角鲨烯具有多种生理功能，可降低患各种癌症的风险、降低血清胆固醇水平和增强免疫反应[28]。类胡萝卜素是存在于植物和其它光合生物叶绿体中的有机色素，有助于预防慢性病、癌症、糖尿病和心血管疾病。其中β-胡萝卜素可作为抗氧化剂清除自由基，防止脂质氧化[39]。核桃油中类胡萝卜素的含量为0.52～7.30 mg/kg，可与生育酚协同作用增强抗氧化能力。除此之外，核桃油还含有多种必需矿物质，磷、锌和镁是核桃油中的主要矿物质，这些矿物质对心血管和神经系统健康具有积极作用。

2 核桃油生物活性

核桃油具有显著的生物活性，如抗炎、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、神经保护和心脏保护活性。大量研究证实核桃油具有显著的抗炎作用，主要通过抑制炎症途径的活化，调节炎症相关基因和蛋白质的表达水平来提高抗炎活性。例如，Miao 等[40]研究发现，核桃油通过降低血清肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）的表达水平，抑制过度凋亡和激活脂多糖，缓解脂多糖诱导的小鼠肠道上皮细胞损伤。Miao 等[41]进一步研究发现，核桃油可通过降低酒精性肝病小鼠肝脏中的库普弗细胞标记蛋白（F4/80）的表达水平，抑制酒精性肝病小鼠toll 样受体4（TLR4）/核转录因子（NF-κB）信号通路中关键基因的表达水平来对抗肝脏炎症损伤。

此外，核桃油还可抑制促炎因子的释放，例如，核桃油可通过抑制NLRP3 炎症小体的激活和相关的促炎细胞因子的产生，从而对葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎发挥抗炎作用[42]。进一步的研究表明，核桃油还可以通过调节核转录因子NF-κB 和表皮生长因子（EGF）途径减少炎症细胞的数量[43]。

核桃油富含酚类等活性抗氧化成分，可通过调节抗氧化指数、酶活性和相关基因表达来减少氧化应激损伤，提高抗氧化能力。此外，核桃油在各种人类癌细胞中显示出显著的抗肿瘤活性，例如乳腺癌细胞MCF-7、食管癌细胞OE19、前列腺肿瘤PC3 细胞、肾癌和口腔癌细胞等[44]。研究表明，核桃油通过调节癌细胞相关通路基因，抑制癌细胞的粘附、迁移和克隆增生的能力发挥抗肿瘤作用。例如，Batirel等[15]发现，短期高剂量服用核桃油可降低食管癌细胞的细胞活力和转移能力，同时通过抑制核转录因子NF-κB 表达，诱导G0/G1 期细胞坏死和细胞周期停滞而表现出抗癌作用。Kim 等[45]发现，核桃油通过抑制聚集在AKT 上的转录激活因子3（STAT3）和血浆胰岛素样生长因子1（IGF-1）信号通路来抑制前列腺肿瘤细胞的生长。

另外，核桃油还具有神经保护活性，可以抑制大脑中的氧化应激，防止东莨菪碱诱导的海马CA1 和CA3 神经元的组织学变化，并通过抑制乙酰胆碱酯酶增强胆碱乙酰转移酶来预防脑胆碱能功能损害[46]。除了上述生物活性外，核桃油在调节肠道菌群方面具有潜在作用。目前研究发现，核桃油对肠道显示出很强的益生菌作用，可使肠黏膜中绒毛高度和隐窝深度比值显著增加，肠道菌群中益生菌-乳酸菌相对丰度增加，致病菌幽门螺杆菌相对丰度降低[47]。因此，核桃油在医药和功能食品领域均具有良好的应用前景。

3 核桃油制备方法

机械压榨和溶剂浸提是传统制备核桃油的方法。由于目前油脂工业中存在使用机械压榨副产物残油率高，以及使用溶剂浸提有毒有机溶剂残留等问题，促使水酶法提取、超临界流体萃取、亚临界流体萃取、微波辅助和超声波辅助提取等新技术逐步应用于核桃油的提取过程中[48]。在保持核桃油品质安全、提高核桃油氧化稳定性的同时，降低能源消耗、提高制备效率是核桃油制备方法不断改进提升的方向。

3.1 机械压榨

冷榨和热榨是两种常见类型的机械压榨方法。冷榨是一种比其它榨油方法能耗更低、对环境更有利的制备方法，一般是在不烘烤核桃仁的情况下，在低于60 ℃的温度下通过液压机械压榨方式制备核桃油。但是目前冷榨技术存在连续性低、饼粕残油率高的缺点。而热榨是指将核桃仁先进行焙炒再采用螺旋压榨的方法，焙炒可以提高核桃油出油率、增加核桃油香气。冷榨优点在于不需要加热，使许多对温度敏感的酚类物质保留下来，保证了核桃油的质量和营养价值[49]，核桃蛋白在低温下未发生变性，可以再利用。与之相比，热榨由于焙炒和压榨过程中榨膛的高温使得油饼中蛋白质发生变性，饼粕的综合利用率降低。目前，为了实现效益最大化，一些企业通常以冷榨制备核桃油为主线，通过对核桃饼粕的再利用降低生产成本，实现核桃油制备加工的增值利用。

3.2 溶剂浸提

溶剂浸提是将油料中的油脂溶解在溶剂中，然后通过蒸馏从溶剂中回收油脂的方法。由于溶剂浸提具有低能源成本的优势，广泛应用于工业上从植物原料中提取油脂。溶剂浸提中常用溶剂有正己烷、乙醚、石油醚和乙醇。而溶剂的选择一般基于溶解度、溶剂-溶质比、油粘度和溶剂极性以及成本和市场可行性等[50]。乙醇一般被认为是安全的食品油萃取剂，但其浸提效率低于常规的正己烷溶剂。而正己烷是一种石油衍生的易燃有毒溶剂，对人类健康和环境有害。目前研究表明，用乙酸乙酯作溶剂浸提的核桃油有更高的脂质得率（68.32%），而用丙酮作溶剂浸提的核桃油比乙酸乙酯提取的核桃油具有更高的氧化稳定性指数和自由基清除能力[51]。

3.3 水酶法提取

水酶法提取基于机械粉碎，利用酶降解由脂蛋白、脂多糖和细胞壁组成的复合物，释放油脂。水酶法提取具有操作简单、条件温和等优点，是一种安全无污染的榨油方法，能较好地保证油品质量[52]。在水酶法提取植物油的过程中，纤维素酶、半纤维素酶、葡萄糖苷酶、果胶酶和中性蛋白酶等适当酶的存在会破坏细胞壁，从而增强油脂的释放[53]。然而由于酶的成本较高，同时受酶的类型、pH、温度和时间等因素的共同影响，水酶法提取的大规模工业应用仍然受到限制[54]。为了克服水酶法提取的局限性，通常结合超声波协同作用提高油的可萃取性。例如，陈炼红等[55]采用超声波协同水酶法提取巴塘核桃油发现，在pH 为7，酶解温度45 ℃，酶解时间3.5 h，加酶量1.4%条件下，巴塘核桃油提取率高达78.91%。汪锦等[56]采用超声预处理协同水酶法从薄壳山核桃提取油，发现提取率高达73.90%，油中总酚和油酸含量显著高于超临界流体萃取和冷榨提取的油。因此，结合超声波可有效改善水酶法提取的局限性。

3.4 超临界和亚临界流体萃取

超临界流体萃取是利用温度和压力高于临界点的流体作为溶剂在超临界状态下分离非极性物质的萃取方法。与有机溶剂相比，超临界流体具有更优越的输运性能和更高的基质穿透能力，因此可以更快、更有效地提取油脂[57]。二氧化碳、乙醇、丙烷、乙烷、丁烷和水一般可用作超临界流体溶剂，其中二氧化碳是最常用的流体溶剂。研究发现，超临界二氧化碳萃取得到的核桃油比正己烷萃取得到的核桃油清澈，表明超临界二氧化碳萃取具有一定的精炼效果。此外，还发现超临界二氧化碳萃取获得的核桃油与提取过程中的压力、温度、颗粒大小密切相关，表现为核桃油的产量与提取过程中的压力成正比，与温度成反比，并随着粒径的增加逐渐达到最佳值。

亚临界流体萃取是一种使用中等温度和高压将溶剂保持在高于大气沸点的新型萃取技术。与传统制备方法相比，亚临界流体萃取具有提取时间更短、效率和安全性更高、提取温度更低、实用性和总投资成本更低等优点。正丙烷、正丁烷等溶剂可在较低的临界压力和温度下使用，并对亲脂性化合物具有极好的溶解性常被用作亚临界流体。例如，马燕等[58]使用亚临界正丁烷流体萃取新疆薄皮核桃温185，在萃取压力0.5 MPa、温度45 °C、时间40 min 的条件下，提取率高达65.11%。张庆等[59]利用亚临界正丁烷流体萃取核桃油，发现在萃取时间40 min、温度50 ℃、料液比0.2 g/mL 条件下，核桃油提取率达到64.01%。

3.5 超声波和微波辅助提取

超声波是一种超越人类听觉的特殊声波，频率范围为20～100 MHz。超声波产生的高频振动以及空化作用，破坏了细胞壁，有利于溶质向溶剂的传质机制，促进油释放到溶剂中[60]。与传统方法相比，超声波辅助提取可促进亲脂性抗氧化剂和色素的提取，具有提取率高、溶剂用量少、提取时间短等优点[61]。目前研究表明，超声波辅助提取油的效率与所使用的溶剂选择有关。Ghasemi 等[53]在超声时间47.37 min，纤维素酶浓度2.00%，孵育时间110.91 min条件下使用不同溶剂（水和正己烷）超声波辅助提取核桃油，发现使用正己烷溶剂比使用水溶剂的提取率提高了132.66%。此外，超声波辅助提取核桃油能明显提高提取率，如在以正己烷为溶剂浸提巴塘核桃油的过程中应用超声波，发现提取率提高到58.90%[62]。

微波辅助提取是一种将微波辐照与有机溶剂萃取相结合的强化萃取的方法。微波频率范围为300 MHz～300 GHz，通过微波辐射使油籽的细胞膜破裂，形成永久性孔隙，造成溶剂扩散到油籽中，从而将油脂从油籽释放到溶剂中，使得提取效率提高[63]。微波辅助提取技术具有提高产量和酚类化合物含量的优点，但是也容易引起不均匀的加热。为了克服微波辅助提取的局限性，通常结合超声波协同作用提高油的提取效率。Liu 等[64]采用超声波和微波辅助提取相结合的方法提取满洲核桃油，发现提取率高达59.30%，分别是超声波辅助提取和索氏提取的1.85倍和1.24 倍。

4 核桃油的氧化稳定性

由于核桃油的脂肪酸组成中多不饱和脂肪酸含量高，易哈败变质，因而核桃油的氧化稳定性成为核桃油生产中关注的热点。核桃油氧化稳定性作为评价油脂质量的重要参数，主要取决于油中多酚和生育酚含量。目前研究发现多酚主要通过抑制核桃油的次级氧化提高核桃油的氧化稳定性[65]。而生育酚主要通过有效清除脂质过氧化基，并产生更稳定的生育酚自由基，从而增加核桃油的氧化稳定性。核桃油的一些次要成分如类胡萝卜素则通过捕获自由基来防止氧化。

此外，目前研究发现，不同溶剂萃取方法主要通过影响核桃油中抗氧化物质含量进而影响核桃油的氧化稳定性，如丙酮提取制备的核桃油中植物甾醇含量相对较低，但多酚含量较高，与正己烷、乙酸乙酯、石油醚或氯仿/甲醇萃取的核桃油相比具有更好的抗氧化能力[51]。此外，氯仿/甲醇萃取的油在加速自氧化和光氧化研究中都比己烷萃取的油更稳定[66]。同时一些研究表明，制备方法也会对核桃油的氧化稳定性产生影响。例如，与冷压萃取、热压萃取、亚临界丁烷萃取和超临界二氧化碳萃取相比，正己烷萃取的核桃油氧化稳定性更好[67]。

另外，核桃油的氧化稳定性主要通过过氧化值、酸价和茴香胺值等来体现。过氧化值代表核桃油和脂肪酸的氧化程度，可用于判断油的质量和变质程度，通常用来评估核桃油的不同氧化阶段，且过氧化值越高，油的氧化程度越大。如Nosenko 等[68]通过测定过氧化值确定了核桃油氧化的诱导期（定义为过氧化物指数增加的开始）和自寿命（过氧化值达到10 mequiv O/kg 油的时期），分别为56 d 和90 d。此外，由于油脂氧化是一个动态过程，为了更加直接评估油脂酸败，可通过加速氧化法来确定脂质的相对氧化稳定性。其中Rancimat 方法作为一种加速氧化法广泛用于食用油，主要通过定义诱导期（二次氧化产物出现的时间）来测定油的抗氧化性。

5 结论与展望

本文综述了核桃油的化学组成、生物活性、制备方法和氧化稳定性。核桃油中主要化学组成包括脂肪酸、生育酚、植物甾醇、角鲨烯、类胡萝卜素和矿物质，对核桃油发挥抗炎、抗氧化、抗肿瘤、神经保护和调节肠道菌群等方面起着至关的重要作用。同时在核桃油加工过程中，制油方法的选择是最关键的步骤之一，适宜的制油方法可以最大限度地减少生物活性物质的损失，提高油的品质和氧化稳定性。同时氧化稳定性是反映核桃油品质的重要指标，关系到核桃油的品质和货架期。通过对提取油脂的常规方法（溶剂浸提和机械压榨）和改进方法（水酶法提取、超临界和亚临界流体萃取、超声波、微波辅助提取）的进展进行了综述，以期为提高出油率、缩短出油时间，并最大限度地减少油脂的劣变，保证油品品质提供参考。

在食用植物油短缺，核桃油作为重要木本粮油的大背景下，核桃油的研究方向将进一步扩大：a.对核桃油化学组分的功能活性开展进一步研究，并为开发相关功能活性的核桃油产品奠定理论基础；b.研发智能、高效制油工艺技术，如在液压冷榨萃取工艺中，如何提高其生产连续化水平已成为生产制备核桃油重点关注的方向；c.核桃油的高品质离不开原料的高品质和专用品种的选用，开展核桃油加工适宜性评价、筛选适宜加工核桃油的专用品种，也是未来核桃油加工重点关注的研究方向。