張玉鋒 王 揮 沈曉君 石 鵬 宋 菲 雷新濤 陳衛(wèi)軍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所；國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心；海南省椰子深加工工程技術(shù)研究中心1，文昌 571339)(海南大學(xué)食品學(xué)院2，?？?570228 )

油棕(ElaeisguineensisJacq.)，棕櫚科、油棕屬、多年生熱帶木本油料作物，2015年全球油棕種植面積為1.732×107萬ha，棕櫚油產(chǎn)量達(dá)5.57×107萬t，平均單產(chǎn)3.214 t/ha[1]。成熟油棕果肉的含油量56%～70%，是單位面積中產(chǎn)油量最高的油料，以其為原料加工而成的毛棕櫚油(CPO)具有發(fā)煙點(diǎn)高、穩(wěn)定性好、活性成分含量高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、日化和醫(yī)藥等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年世界棕櫚油消費(fèi)量達(dá)6070萬t，占植物油消費(fèi)總量的35%，是全球第一大食用植物油[2]。另外，CPO還是一種飽和脂肪酸和與不飽和脂肪酸含量接近1∶1的植物油脂，并因顏色呈橘紅色，富含類胡蘿卜、維生素E、輔酶Q10和甾醇等生物活性成分而多被稱作紅棕油(Red Palm Oil)[3]。并且紅棕油中類胡蘿卜素的強(qiáng)抗氧化能力以及利用紅棕油通過膳食補(bǔ)充和營養(yǎng)強(qiáng)化以改善維生素A缺乏癥患者的臨床癥狀的顯著功效也已被廣大消費(fèi)者所認(rèn)可[4]。

殺酵作為棕櫚油加工過程中的重要步驟，具有使果實(shí)軟化松動脫落、滅活脂肪酶以及使果肉中部分載油細(xì)胞破裂的重要作用。目前棕櫚油加工業(yè)中普遍使用40 psi(140 ℃)的飽和熱蒸汽進(jìn)行75～90 min的殺酵預(yù)處理[5-7]。但該方法也存在人力需求大、熱損嚴(yán)重、大批量處理時(shí)效率降低、廢水量大，易污染環(huán)境等缺點(diǎn)[7]，不符合當(dāng)下構(gòu)建綠色節(jié)能、環(huán)境友好型工業(yè)的要求。因此，近年來研制連續(xù)化殺酵設(shè)備、應(yīng)用微波、熱風(fēng)和超臨界CO2殺酵以提高殺酵效率的研究報(bào)道層出不窮，最早的可追溯到Mongana等1955年在剛果的一次實(shí)驗(yàn)，但是到目前為止鮮有重要的技術(shù)或配合油脂提取的現(xiàn)代化工藝被證實(shí)是行之有效的[2, 7]。在前人的研究基礎(chǔ)上，從探討殺酵對油棕果中維生素E和類胡蘿卜素以及揮發(fā)性成分的視角出發(fā)，重點(diǎn)研究熱風(fēng)、微波、蒸煮、蒸汽和超聲波等方式對棕櫚果中微營養(yǎng)成分的影響，篩選出能最大程度保持或提高微營養(yǎng)成分的處理方式后進(jìn)行復(fù)合殺酵，最后對比分析新鮮和最優(yōu)復(fù)合處理后油棕果中的揮發(fā)性組分差異，以期能為富含維生素E和類胡蘿卜素的棕櫚油制備技術(shù)的突破提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

油棕果采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所科研實(shí)驗(yàn)基地;維生素E標(biāo)準(zhǔn)品:上海源葉生物科技有限公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%(以α-生育酚計(jì))；無水乙醇、氯化鐵、1,10-菲羅啉、磷酸均為分析純。上海精科752N紫外可見分光光度計(jì)，梅特勒AL204-IC電子天平；HP 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜儀(GC-MS)，格蘭仕P70D20P-N9微波爐，深圳超藝達(dá)PS-40超聲波清洗機(jī)、美的MY-12CS505A電壓力鍋，日本HIRAYAMA HVA-85滅菌器，上海一恒DHG9240A鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油棕果預(yù)處理

新鮮油棕果整串采摘后，立即脫除果粒，清洗后分別進(jìn)行微波(中火微波120 s)、超聲波80 ℃處理30 min)、蒸煮(電壓力鍋內(nèi)12 min，壓力為30～50 kPa)、熱風(fēng)(140 ℃，50 min)與蒸汽(121 ℃，20 min，壓力約500 kPa)5種預(yù)處理。冷卻后將果肉與果核分離，收集果肉粉碎后備用。

1.2.2 維生素E含量的測定

參考劉云等[8]的方法，并稍作修改，簡要過程如下：分別取5、10、20、40、60 μg/mL和80 μg/mL的維生素E標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0 mL；依次加入2.0 mmol/L的FeCl3和10 mmol/L的1, 10-菲啰啉各1.0 mL；震蕩反應(yīng)30 s后立即加入20 mmol/L的H3PO4溶液1.0 mL終止反應(yīng)，以相應(yīng)的試劑空白做參比，于510 nm處測定吸光值，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

取預(yù)處理并粉碎后的油棕果肉2.0 g，加入20 mL無水乙醇，50 ℃超聲波輔助提取30 min后定容至50 mL，3 000 r/min離心10 min，取上清液，稀釋至合適濃度后按上述步驟測定。

1.2.3 類胡蘿卜素含量的測定

利用類胡蘿卜素主峰吸收光譜一般在(440±10) nm的特點(diǎn)，參考楊萬政等[9]的方法，并稍作修改：取1.2.2所得的上清液，稀釋至合適濃度后于445 nm測吸光值, 并以無水乙醇作空白, 按公式計(jì)算類胡蘿卜素含量：

式中：X為類胡蘿卜素含量；A為樣品在445 nm處吸光值；V為測定樣品的總體積(mL)；A0為類胡蘿卜素的平均吸收系數(shù)2500；m為樣品質(zhì)量/g。

1.2.4 油棕果中揮發(fā)性香氣物質(zhì)測定

1.2.4.1 樣品制備

采用同時(shí)蒸餾萃取法。稱取300 g樣品放入同時(shí)蒸餾萃取器中，加入400 mL蒸餾水；同時(shí)蒸餾萃取器的另一邊加入30 mL二氯甲烷，提取3 h，提取液脫水后，濃縮至1.0 mL，用GC-MS分析。

1.2.4.2 GC-MS分析條件

GC條件：色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣(純度>99.999%)，柱溫：保持50 ℃初始溫度3 min后，以4 ℃/min的速率升溫到250 ℃并保持5 min：分流比為30∶1，進(jìn)樣量1.0 mL。

MS條件：離子源：EI；氣質(zhì)接口溫度為280 ℃；離子源溫度：230 ℃；四級桿溫度:150 ℃；電子倍增器電壓：1894 V；電子能量：70 eV。

1.2.4.3 揮發(fā)性香氣物質(zhì)相對含量的計(jì)算

將GC-MS得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)譜庫中進(jìn)行檢索，按其匹配度確認(rèn)其化學(xué)成分。并采用峰面積歸一化法，以各香氣組分的峰面積占總峰面積之比值表示組分相對含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同殺酵方式對油棕果中微營養(yǎng)成分的影響

毛棕櫚油(CPO)是自然界中維生素E(0.6～1.2 mg/g)和類胡蘿卜素(0.5～0.7 mg/g)含量較高的資源之一，可通過誘捕自由基，中和硫基自由基，螯合過氧自由基，淬滅單線態(tài)氧等途徑有效防止棕櫚油的熱氧化劣變，維系其營養(yǎng)品質(zhì)和外觀特征[7]。但是在棕櫚油加工過程中會造成維生素E和類胡蘿卜素等微營養(yǎng)成分的損失，尤其是物理精煉中使用低壓高溫蒸汽進(jìn)行脫臭時(shí)維生素E的損失量非常高，當(dāng)蒸汽發(fā)生泄漏時(shí)則損失會更高；另外化學(xué)精煉生產(chǎn)精煉棕櫚油時(shí)，類胡蘿卜素首先會在脫色過程中損失大部分，剩余部分還會被脫臭步驟的高溫蒸汽進(jìn)一步脫除[7, 10]。另外，各種殺酵處理也會對維生素E和類胡蘿卜素的含量產(chǎn)生一定影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著微波殺酵時(shí)間的延長(0～60 s)，棕櫚油中類胡蘿卜素的含量由0.61 mg/g增加到了0.70 mg/g，且以微波殺酵40 s時(shí)含量最高，達(dá)0.88 mg/g；并且殺酵時(shí)間應(yīng)保持在3 min內(nèi)以保持果仁的色澤[6]。而Hadi 等[11]油棕果103 ℃熱風(fēng)殺酵18 h后，提取的棕櫚油中類胡蘿卜素的含量為0.44 mg/g。

因此，在前人的研究報(bào)道和預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了熱風(fēng)、蒸煮、蒸汽、微波和超聲波5種殺酵方式對油棕鮮果中的維生素E和類胡蘿卜素含量的影響，結(jié)果如下圖所示。可以看出：與空白組相比，蒸煮對提高鮮果乙醇提取物中的維生素E的含量的效果最為顯著(約為空白組的3.37倍)，蒸汽和熱風(fēng)次之，且處理間差異極顯著(P<0.01)(表1)。這可能因?yàn)闊嵴羝拇┩噶^強(qiáng)，能顯著破壞鮮果的細(xì)胞壁或維生素E交聯(lián)物質(zhì)，從而有利于維生素E的釋放。但是隨著壓力的增加，維生素E含量反而從4.62 mg/g(蒸煮)降低至3.61 mg/g(蒸汽)，說明過高的壓力可能會使生素E的結(jié)構(gòu)破壞而損失。

圖1 不同殺酵方式對油棕果中維生素E(a)和類胡蘿卜素(b)含量的影響

對類胡蘿卜素而言，5種殺酵處理間也表現(xiàn)出了極顯著性的差異(P<0.01)，熱風(fēng)、蒸煮和微波殺酵均能提高其含量，且以熱風(fēng)最為顯著(可提升至0.48 mg/g)。而超聲波和蒸汽殺酵后類胡蘿卜素的含量損失較嚴(yán)重(分別損失近80%和70%)，這可能是因?yàn)榫哂歇?dú)特的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)及空化效應(yīng)的超聲波處理和強(qiáng)力穿透性能的高壓蒸汽處理的作用較為強(qiáng)烈，容易導(dǎo)致類胡蘿卜素降解；而熱風(fēng)處理多作用于果實(shí)外層，具有顯著的加熱不均勻性[11]，因此對果實(shí)中類胡蘿卜素含量的破壞作用最低。

表1 不同殺酵方式處理結(jié)果間的方差分析表

2.2 復(fù)合殺酵對油棕果中微營養(yǎng)成分的影響

本實(shí)驗(yàn)選擇了蒸煮、熱風(fēng)和微波3種方式兩兩結(jié)合進(jìn)行先后殺酵處理，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?種復(fù)合殺酵方式均能提高油棕果提取物中的微營養(yǎng)成分含量，且以蒸煮+微波組的提升作用最大，其維生素E和類胡蘿卜素含量分別達(dá)到了4.20 mg/g和0.55 mg/g，分別為空白組的3.07倍和1.74倍。而處理順序相反的微波+蒸煮組的類胡蘿卜素含量則出現(xiàn)了一定的損失，其具體原因尚待進(jìn)一步研究。

注：橫坐標(biāo)數(shù)字分別表示1為微波+熱風(fēng)；2為微波+蒸煮；3為熱風(fēng)+微波；4為熱風(fēng)+蒸煮；5為蒸煮+熱風(fēng)；6為蒸煮+微波；處理順序均為依次先后殺酵。圖2 不同復(fù)合殺酵處理對油棕果中維生素E(a)和類胡蘿卜素含量(b)的影響

2.3 最適殺酵處理對油棕果中揮發(fā)性組分的影響

按照蒸煮+微波的方式對新鮮油棕果進(jìn)行處理后，利用GC-MS對果肉粉末進(jìn)行揮發(fā)性成分分析，并以未處理的空白組為對照，結(jié)果見于表2和表3。可以看出：新鮮油棕果中(空白組)的揮發(fā)性香氣物質(zhì)共46種，其中棕櫚酸的含量最高，達(dá)45.748%，甲基環(huán)戊烷/正己醇和反,反-2,4-癸二烯醛次之，分別為16.607%和8.081%。而經(jīng)過蒸煮+微波處理后其揮發(fā)性物質(zhì)種類也減少至38種；其中苯酚的含量最高，達(dá)26.471%，其次為苯乙烯(14.716%)。

從物質(zhì)種類來看(表2)，新鮮油棕果中含有12種酯類，其次為醛類(9種)、酸類(6種)；處理后的油棕果中則以烴類(10種)為主，其中芳香烴和烷烴各4種，烯烴2種，新鮮果中的烴類則以芳香烴為主；其次為醇類(7種)和酯類(7種)。

表2 處理前后油棕果中揮發(fā)性香氣物質(zhì)種類及含量變化

從物質(zhì)相對含量角度分析，新鮮油棕果的揮發(fā)性香氣物質(zhì)以酸類為主，占47.392%，其中棕櫚酸又約占酸類物質(zhì)總量的96.53%。處理后的油棕果香氣物質(zhì)則以酚類為主，達(dá)38.597%，其中又以苯酚含量最高，約占酚類總量的68.58%。

另外，在檢測出的香氣物質(zhì)中，油棕果處理前后的共有物質(zhì)種類為21種，其中酯類6種、酚類5種、醇類2種、醛類3種、芳香烴3種，其他物質(zhì)2種；分別占新鮮果肉和處理后果肉揮發(fā)性香氣物質(zhì)總量的36.98%和77.20%。處理前后香氣物質(zhì)相對含量有所提高的共計(jì)14種，其中5種酚類物質(zhì)的相對含量均有增加，且以苯酚最為顯著，由0.321%增加至了26.471%；其他類物質(zhì)中糠醛的含量則由0.376%增加至了4.619%。而6種酯類物質(zhì)中有5種均呈降低趨勢，如處理后油酸乙酯的含量由7.252%降低至2.304；其他物質(zhì)中以甲基環(huán)戊烷/正己醇的含量損失最為嚴(yán)重(由16.607%降低至了6.936%)。就揮發(fā)性香氣物質(zhì)的絕對含量而言而言，新鮮果肉中的總含量為0.031%，而處理后的果肉則僅為0.003%，殺酵預(yù)處理前后揮發(fā)性香氣物質(zhì)損失了約10倍。因此若要最大程度的保留油棕果中的香氣物質(zhì)，就有必要對現(xiàn)有工藝進(jìn)行再優(yōu)化或者尋求新的預(yù)處理方式。

3 結(jié)論

殺酵作為棕櫚油加工過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其處理的好壞程度對后續(xù)油脂品質(zhì)的影響很大[12]。而目前棕櫚油加工業(yè)中最常見的殺酵方式(140 ℃的飽和蒸汽處理75～90 min)雖然具有投資少、滅酶和軟化效果好等優(yōu)點(diǎn)；但也暴露了人力需求大、熱損耗嚴(yán)重、大批量時(shí)效率低、尤其是廢水排放量大的突出問題。因此，尋求替代的殺酵處理方式成為了各國學(xué)者研究的熱點(diǎn)：微波、熱風(fēng)、超臨界和連續(xù)殺酵等方式已有所突破[2-3, 7]。但對各種處理方式進(jìn)行復(fù)合殺酵及處理前后對類胡蘿卜素、維生素E和揮發(fā)性物質(zhì)的影響鮮見報(bào)道。本研究結(jié)果表明：微波、蒸煮和熱風(fēng)3種殺酵預(yù)處理能顯著提高油棕果中的微營養(yǎng)成分(維生素E和類胡蘿卜素)的含量，且以蒸煮處理對維生素E的含量提升效果最為顯著(約為空白組的3.37倍)，熱風(fēng)處理可將類胡蘿卜素含量可提升至0.48 mg/g。而超聲波處理則會造成維生素E和類胡蘿卜素的損失。蒸煮+微波復(fù)合處理能同步提高油棕果中的維生素E和類胡蘿卜素含量至4.20 mg/g和0.55 mg/g，可作為富含維生素E和類胡蘿卜素的高端棕櫚油制備技術(shù)的殺酵工藝加以優(yōu)化和推廣。另外，在新鮮油棕果中共檢測出揮發(fā)性香氣物質(zhì)46種，其中棕櫚酸的含量最高，達(dá)45.748%；殺酵后的油棕果仍保持著原有的21種香氣物質(zhì)，但相對含量差異卻很大，如苯酚由0.321%增加至26.471%、糠醛由0.376%增加至4.619%、油酸乙酯含量則由7.252%降低至2.304%。

表3 預(yù)處理對油棕果揮發(fā)性香氣物質(zhì)的影響

注：—表示未檢出。

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