澳洲坚果油储藏期间氧化稳定性的研究

李康宁, 张雪怡, 常 明, 周 葵, 张雅媛, 刘睿杰, 王兴国

(江南大学食品学院1,无锡 214122)

(广西农业科学院农产品加工研究所2,南宁 530007)

澳洲坚果(Macadamiaintegrifolia)又名夏威夷果、昆士兰果等,属山龙眼科澳洲坚果属常绿乔木植物,是一种原产于澳大利亚昆士兰东南部和新南威尔士东北部沿岸的亚热带雨林地区的坚果[1]。数据显示,目前全球范围内已有20多个国家和地区种植澳洲坚果[2],我国从1979年开始引进栽培品种,目前我国澳洲坚果的种植面积已达约30万hm2,占世界总种植面积的50%以上,已经发展成为世界上澳洲坚果种植面积最大的国家[3]。

澳洲坚果果仁口感细腻,具有独特的奶香味,常被加工即食坚果零食或作为配料添加到其他食品如冰淇淋、糕点等中。近年来,随着木本油料的陆续开发,澳洲坚果油也逐渐进入人们的视野。澳洲坚果油色泽清亮,风味独特,具有浓郁的香味,富含单不饱和脂肪酸,其质量分数为80%[4],国内外相关研究表明,单不饱和脂肪酸在心血管疾病、糖尿病、降低胆固醇、保护心脏和防止动脉损伤等健康方面有独特的生理功能[5, 6]。其中,除油酸外,澳洲坚果油含质量分数20%左右的棕榈油酸,是除沙棘果油外目前发现的自然界中棕榈油酸含量最高的作物,棕榈油酸是一种不常见的n-7单不饱和脂肪酸[7],棕榈油酸在控制体重、预防Ⅱ型糖尿病和心血管疾病、降低肝脏脂肪积累、控制炎症等疾病上起到了积极有益的作用[8]。

目前关于澳洲坚果油的品质研究较为局限,限制了澳洲坚果油的开发利用。因此,研究以澳洲坚果油在储藏过程中的稳定性及品质变化为切入点,研究澳洲坚果油在不同储藏阶段油脂的理化性质、氧化稳定性、脂肪酸组成及脂质伴随物成分的变化,旨在对澳洲坚果油的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

澳洲坚果原料产自广西岑溪市。

色谱分析所使用的异丙醇、正己烷、甲醇均为色谱级试剂;其余分析所使用的碘化钾、三氯甲烷、乙酸乙酯、冰乙酸、硫代硫酸钠标准溶液、氢氧化钾、氢氧化钠、石油醚、焦性没食子酸等均为分析纯试剂;37种脂肪酸甲酯混标、植物甾醇混标(纯度>99%)。

1.2 仪器与设备

AL204电子分析天平,XW-80A漩涡混合器;101-00电热恒温鼓风干燥箱,YF-J508榨油机,SHZ-D循环水多用真空泵,7820A气相色谱仪(配火焰离子检测器),Trace TR-FAME毛细管柱(60 mm×25 mm×0.25 μm),1525高效液相色谱仪(配2996光电二极管阵列探测器)、1525高效液相色谱仪(配2414示差折光检测器),Alpha-1500分光光度计,Rancimat 892氧化稳定仪,Silica SPE柱(500 mg,6 mL)。

1.3 实验方法

1.3.1 澳洲坚果油制备

将澳洲坚果进行脱壳处理后得到澳洲坚果果仁,将所得果仁分四瓣处理后,于50 ℃烘箱干燥过夜。采用热榨法制备澳洲坚果油,具体操作如下。

取干燥后的澳洲坚果于130 ℃烤箱烘烤30 min后,送入已预热的螺旋榨油机中进行压榨,静置冷却至室温,于5 000 r/min转速下离心10 min,取上层清油,4 ℃储存待测。

1.3.2 澳洲坚果油加速储藏实验

采用Schaal烘箱加速法研究澳洲坚果油的储藏稳定性。将澳洲坚果油避光置于(60±1)℃的烘箱中连续加速氧化40 d,每隔48 h振荡油样,每5 d取样并置于4 ℃冰箱保存,备测。

1.3.3 澳洲坚果油的酸价测定

酸价的测定方法参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》。

1.3.4 澳洲坚果油的过氧化值测定

过氧化值的测定方法参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》。

1.3.5 澳洲坚果油的K232值和K268值测定

K232值和K268值的测定方法参照GB/T 22500—2008《动植物油脂紫外吸光度的测定》。

1.3.6 热榨澳洲坚果油的氧化诱导时间测定

根据Huang等[9]提出的测定方法并作一些修改测定热榨澳洲坚果油的氧化诱导时间。

准确称取(3.000 0±0.010 0)g样品放在通气管中,以山茶油为对照,设置加速氧化实验的加热温度为140 ℃,空气流量为20 L/h,加热过程中产生的挥发性成分被50 mL的超纯水吸收,结果表示为氧化稳定性指数(OSI,h)。

1.3.7 澳洲坚果油脂肪酸组成分析

脂肪酸甲酯化:取50 mg油样,加入2 mL正己烷,再加入500 μL 2 mol/L的氢氧化钾-甲醇溶液,涡旋混合仪振荡后于10 000 r/min离心3 min,取上层有机相,加入适量无水硫酸钠,0.22 μm有机滤膜过滤后,气相色谱检测。

色谱条件:采用Trace TR-FAME毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),火焰离子化检测器(FID)。升温程序如下:60 ℃保持3 min,再以5℃/min升温至175 ℃,保持15 min后,以2 ℃/min升温至220 ℃,并保持20 min。检测器和进样口温度均为250 ℃;空气压力为50 kPa,流速为400 mL/min;氢气压力为60 kPa,流速为30 mL/min;氮气压力为240 kPa,流速为25 mL/min;进样体积为1 μL,分流比为1∶100。采用面积归一法定量各脂肪酸的百分含量。

1.3.8 澳洲坚果油多酚含量测定

根据李志晓[10]的多酚测定方法,并作一些调整,采用固相萃取的方法提取并采用福林酚法测定澳洲坚果油中的多酚含量。

多酚提取:采用固相萃取柱(Silica-SPE,填料为硅胶基)提取热榨澳洲坚果油中的多酚。称取油样1.500 0 g(精确至0.000 1 g),溶于6 mL正己烷中过活化后的固相萃取柱,用甲醇洗脱并收集于10 mL容量瓶中定容。

多酚含量测定:取定容后的溶液5 mL置于10 mL容量瓶中,加入0.5 mL福林酚试剂,反应3 min,加入质量分数为10%的Na2CO3溶液1 mL,定容后避光静置2 h,用分光光度计在765 nm波长下检测其吸光度。每个样品测定设置3组平行实验。通过绘制标准曲线对热榨澳洲坚果油中的多酚含量进行定量测定。

以焦性没食子酸作标准品,配制10 mg/mL标准储备液,按一定梯度稀释后,取5 mL梯度稀释液,重复多酚含量测定步骤,保证标准曲线上各点的吸光度维持在0.2～0.8的可信区间。根据绘制标准曲线,计算热榨澳洲坚果油中多酚的含量。

其中,在标准曲线绘制何多酚含量测定时,设置空白对照,即以5 mL甲醇为反应物,其余操作同多酚含量测定步骤。

1.3.9 澳洲坚果油甾醇含量测定

根据王涛[11]的植物甾醇酯测定方法,并作一些调整。采用正相高效液相色谱-示差折光检测器(HPLC-RID)检测分析热榨澳洲坚果油中的总甾醇含量。

油样预处理:取0.200 0 g(精确至0.000 1 g)油样于15 mL离心管,加入2 mol/L KOH-乙醇溶液3 mL,85 ℃水浴皂化1 h,取出冷却后加入2 mL水和5 mL正己烷,离心提取上层清液于另一个干净离心管,下层用5 mL正己烷再提取2次,合并有机液,加入2 mL水,振荡后提取上清液于15 mL离心管,氮气吹干,加入适量正己烷溶解。溶解后过0.22 μm有机膜,取20 μL进样检测分析。

色谱条件: Sepax Hp-Silica色谱柱(250 mm × 4.6 mm × 5 μm),流动相为V正己烷∶V异丙醇∶V甲酸=15.000∶1.000∶0.003(均为色谱级),将洗脱流速设置为1.0 mL/min,进样量为20 μL。

通过外标法进行热榨澳洲坚果油中总甾醇的定性定量分析。

1.3.10 数据处理及分析

每个样品测定设置3组平行实验,实验数据经Microsoft Excel 2019汇总、SPSS 26.0处理分析,通过Origin 2019作图。

2 结果与讨论

2.1 澳洲坚果油储藏过程中酸价变化

油脂在储藏过程中因热、酶等作用会发生水解,从而产生游离脂肪酸,酸价是衡量游离脂肪酸含量多少的标准。因此,酸价越高,油脂酸败程度越高,品质越低。由图1可知,在储藏过程的前期(储藏25 d以前),澳洲坚果油的酸价在(0.36±0.05)～(0.44±0.16 )mg KOH/g范围内浮动,整体无明显变化;而在储藏阶段的后期(储藏25 d以后),澳洲坚果油酸价升高趋势明显,从(0.42±0.03)mg KOH/g升高到(1.78±0.09)mg KOH/g,升高了4.23倍;表明澳洲坚果油在储藏过程中,在较长一段时间内油脂不会发生明显酸败而变质。

注:同一指标下不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同字母表示差异不显著。

周晔等[12]在研究影响核桃油油脂酸败的可能性中指出,在油脂自动氧化的过程中,若氧气含量一定,温度和容器顶空体积是影响油脂酸败的主要因素。在本研究中,储藏温度一定,然而每次取样后容器的顶空体积增大,澳洲坚果油与氧气接触面积增大,这会加速澳洲坚果油的氧化酸败,所以在储藏后期油脂的酸价上升趋势较前期明显。

2.2 澳洲坚果油储藏过程中过氧化值变化

油脂在自动氧化过程中会生成过氧化物,过氧化值可以直接反映出油脂氧化的水平,过氧化值越高,则油脂氧化变质程度越大,品质降低。由图1可知,澳洲坚果油在储藏过程中过氧化值为总体增高的趋势,表明在储藏过程中,澳洲坚果油发生着不同程度的氧化变质。与澳洲坚果油储藏过程中酸价变化的结果相比,过氧化值的变化较酸价变化更明显,从最初的(0.004 7±0.000 1)g/100 g变化为最终的(0.019 6±0.000 2)g/100 g,升高了4.17倍,说明整个储藏过程中澳洲坚果油发生了较为明显的氧化变质。一方面,与酸价变化原因一致,随着每次取样,容器顶空体积的增大,澳洲坚果油的过氧化值变化也更加明显;另外,一般认为,油脂的自动氧化过程为自由基链式反应,前期氧化生成的自由基会加速整个油脂的氧化过程。

梁燕理等[13]在研究不同温度下澳洲坚果储藏氧化稳定性变化时,也同样发现在较高温度下澳洲坚果油的加速储藏过程中,过氧化值变化趋势与本研究结果;但其研究中酸价的变化较本研究中的小,可能的原因在于本研究采用热榨法制油,热榨过程中的高温会提高油脂中的游离脂肪酸含量,加速油脂的氧化[14],引起酸价的升高。

2.3 澳洲坚果油储藏过程中K232值和K268值变化

油脂自动氧化的初级氧化产物具有共轭二烯结构,次级氧化产物具有共轭三烯结构[15],共轭二烯烃和共轭三烯烃分别在λ=232 nm和λ=268 nm处有紫外吸收,因此,光谱指标K232值和K268可以作为油脂被氧化程度的评判标准[16]。由图1可知,澳洲坚果油的K232值在储藏25 d之前均处于(0.39±0.01)～ (0.42±0.01)范围内,无明显变化,而储藏25 d之后升高趋势较为明显,从0.42±0.01升高至0.47±0.01;而K268值在整个储藏期间则基本保持不变,处于(0.008 2±0.000 5)～(0.009 4±0.000 8)范围内,仅在储藏35 d后略有上升趋势,储藏35 d和储藏40 d时的K268值分别为0.009 6±0.000 2和0.014 0±0.002 6。这一结果表明,在储藏期间,澳洲坚果油的氧化主要为初级氧化,共轭二烯烃积累,而次级氧化基本未发生,与储藏期间过氧化值的变化结果一致。

2.4 澳洲坚果油储藏过程中氧化诱导时间变化

氧化诱导时间能够在直观的反映油脂的氧化稳定性。由图1可知,澳洲坚果油在140 ℃下的氧化诱导时间(OSI)总体呈下降趋势,从储藏0 d时的4.37 h下降到储藏40 d时的2.59 h,氧化诱导时间缩短了1.68倍。原因在于储藏期间,澳洲坚果油的酸价升高,油中的游离脂肪酸增多;过氧化值升高,自动氧化中间产物积累,均会加速油脂的自动氧化的进程[16]。但即使到加速储藏末期,澳洲坚果油在140 ℃下仍具有2.5 h的氧化诱导时间。

澳洲坚果油的氧化诱导时间比一般大豆油、菜籽油等植物油长[17],原因在于澳洲坚果油脂肪酸组成中单不饱和脂肪酸含量很高,而单不饱和脂肪酸较多不饱和脂肪酸更稳定,更难以氧化[18]。

2.5 澳洲坚果油储藏过程中脂肪酸组成变化

由表1可知,澳洲坚果油的脂肪酸组成主要为油酸(C18∶1)、棕榈油酸(C16∶1)、花生烯酸(C20∶1)、棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)和二十二烷酸(C22∶0),澳洲坚果油富含单不饱和脂肪酸,质量分数达77%,饱和脂肪酸质量分数达20%,与橄榄油[19]和山茶油[20]的单不饱和脂肪酸含量接近。其中,澳洲坚果油脂肪酸组成中,棕榈油酸(16∶1)质量分数为11.47%～12.59%,是目前已知植物油中除沙棘籽油外棕榈油酸质量分数最高的油料作物[4, 21],一般认为棕榈油酸是治疗烧伤、皮炎和伤口愈合的宝贵护肤剂[22]。有研究表明澳洲坚果油中棕榈油酸质量分数约为20%[23],其他一些研究结果显示澳洲坚果油中棕榈油酸质量分数为13.22%～17.63%[24],这可能是因为不同品种和产地的澳洲坚果其油脂的脂肪酸组成不同。

表1 澳洲坚果油储藏过程中脂肪酸质量分数/%

澳洲坚果油在加速储藏过程中,脂肪酸组成在储藏25 d和储藏30 d时变化具有显著性差异(P<0.05),这一结果与酸价、过氧化值变化转折时间相同。其中多不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸含量变化不显著(P>0.05),而单不饱和脂肪酸含量略显下降,可能的原因在于本研究中储藏时间较短,且油中抗氧化物质还未被完全消耗,因此澳洲坚果油的脂肪酸组成变化较小。

2.6 澳洲坚果油储藏过程中总酚含量变化

坚果含有较多的酚类化合物,是膳食中总酚摄入的重要来源之一[25]。由表2可知,澳洲坚果油在储藏过程中总酚含量呈减少趋势,储藏0 d与储藏40 d总酚含量有显著性差异,从33.45 μg GAE/g减少到储藏终期的20.94 μg GAE/g,Quinn等[26]研究指出澳洲坚果仁油中的总酚含量为48.7 μg/g,而Cicero等[27]研究则指出澳洲坚果油总酚含量为2.36 μg/g,本实验研究结果在该范围之内,造成这一结果差异的原因可能是由于产地、品种、制油工艺以及对澳洲坚果油中总酚提取的方法等因素不同所导致[28-31]。

表2 澳洲坚果油储藏过程中总酚含量变化

国内外大量研究结果表明,食用油中的多酚类物质能有有效抑制油脂的自动氧化,从而提高油脂的氧化稳定性[30, 32-42]。澳洲坚果油在储藏过程中总酚含量的降低表明了油中多酚类物质发挥了一定的抗氧化作用,延缓储藏过程中的油脂氧化劣变。

2.7 澳洲坚果油储藏过程中甾醇含量变化

植物甾醇主要存在于油料作物的种子中,其结构类似胆固醇,具有一定的生理活性,是天然的生物活性物质[43]。由图1可知,澳洲坚果油在储藏过程中,总甾醇含量的变化总体不显著(P>0.05)。这一结果表明,在本研究的储藏过程中,澳洲坚果油中的甾醇不是其主要的抗氧化物质。此外,由于本研究所用澳洲坚果原料经过一定的加工处理,非新鲜原果,加工过程中澳洲坚果的微量伴随物发生一定的损失,因此储藏0 d时澳洲坚果的甾醇含量为(772.36±8.63)mg/kg,比其他研究中含量略低[44]。

3 结论

采用Schaal烘箱加速法研究40 d储藏期内不同阶段澳洲坚果油的品质及其氧化稳定性变化,在储藏期间,澳洲坚果油的变化体现在:酸价升高了4.94倍,过氧化值升高了4.17倍,K232值呈小幅度增长趋势,氧化诱导时间缩短了1.68倍。脂肪酸组成变化不明显,脂质伴随物中总酚减少了1.59倍,而总甾醇变化趋势较小。

根据过氧化值的变化和K232和K268值的变化可知,在储藏期间,澳洲坚果油主要发生了初级氧化,且初级氧化速率较慢,即使在储藏末期,澳洲坚果油的过氧化值仍在GB 2716—2018中对食用油脂规定过氧化值≤0.25 g/100 g的范围之内;这与澳洲坚果油MUFA含量高而PUFA含量低有密切关系,且澳洲坚果油中的总酚在储藏期间作为主要抗氧化物质。澳洲坚果油具有优良的氧化稳定性,研究结果对澳洲坚果油的开发利用有一定指导意义。