張巖，紀俊敏，侯利霞，汪學德，苗紅梅

(1.河南工業(yè)大學 糧油食品學院，鄭州 450001；2.河南省農業(yè)科學院 芝麻研究中心，鄭州 450002)

葵花籽油作為一種優(yōu)質的食用油，油酸、亞油酸含量均衡，富含維生素E、甾醇、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)成分，這些成分可以抗癌、抗氧化并可預防多種疾病[1]。例如葵花籽油可以用于治療燒傷患者，可能是因為富含的亞油酸作為過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPAR-α)的激動劑發(fā)揮作用，促進角質形成、細胞增殖和脂質合成[2]。還有報告稱，葵花籽油中富含的α-生育酚可以增強肺部功能[3]。此外，葵花籽油還有煙點高、易吸收的優(yōu)點。

壓榨法是傳統(tǒng)的油脂生產(chǎn)方法，操作簡便，無溶劑污染，還能保留葵花籽油的獨特風味[4]。壓榨前的熱處理可以改善葵花籽油的感官特性，使其具有良好的口感和風味。常見的熱處理手段包括焙炒、微波加熱等，焙炒傳熱均勻但耗時長；而微波加熱具有加熱速度快、時間短等優(yōu)勢。

油籽的熱處理過程涉及廣泛的物理化學變化，消費者喜歡美拉德反應產(chǎn)生的香氣，但過度熱處理可能會導致葵花籽油營養(yǎng)成分減少或香氣變差[5]。熱處理有利于一些抗氧化物質的生成，但也會導致包括丙烯酰胺、多環(huán)芳烴等物質在內的一些熱誘導污染物的形成，熱處理還可能促使雙鍵異構化，從而導致反式脂肪酸、脂肪過度氧化，同時增加初級(過氧化氫)和次級(酮/醛)脂肪氧化產(chǎn)物。這些可能發(fā)生的化學反應途徑是相互關聯(lián)的，與原料種子的成分和熱處理條件高度相關[6]。因此，控制好葵花籽的熱處理條件對于生產(chǎn)高品質的葵花籽油至關重要。本研究采用焙炒和微波加熱兩種方式，采用不同的加熱溫度、功率和時間條件對葵花籽進行熱處理，對壓榨得到的葵花籽油進行分析，研究不同加熱方式、條件對其出油率、酸價、過氧化值、色澤、色素、生育酚含量、美拉德反應產(chǎn)物、揮發(fā)性成分和感官評價的影響。

1 材料和方法

1.1 材料

油葵：產(chǎn)地保加利亞。

1.2 試劑

甲醇、正己烷(色譜純)：上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑(均為分析純)：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.3 主要儀器與設備

6YZ-180型液壓榨油機 鄭州德源機械有限公司；HN002型電加熱炒籽鍋 河南英安機械設備有限公司；家用微波爐 廣東格蘭仕集團；Lovibond PFXi 880型全自動分光色度儀 英國羅維朋公司；Cary 60型紫外可見分光光度計、安捷倫7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；Vertex-70型紅外光譜儀 德國布魯克公司；同時蒸餾萃取裝置 天長市康鵬實驗設備有限公司；Waters e2695型高效液相色譜儀 美國沃特世公司。

1.4 方法

1.4.1 熱處理和榨油

焙炒時每次取500 g葵花籽仁在設定的炒籽溫度(160，180，200 ℃)、炒籽時間(5，10，15，20，25 min)下焙炒；微波加熱時每次取250 g葵花籽在設定的微波功率(360，540，720 W)、微波加熱時間(2，4，6，8，10 min)下加熱。焙炒和微波加熱后的葵花籽仁經(jīng)揚煙機揚煙后快速冷卻至室溫，然后使用液壓榨油機榨取葵花籽油，最后將提取出的油以4500 r/min離心10 min以去除雜質并儲存在4 ℃條件下備用。

1.4.2 油的化學和物理參數(shù)

參照GB 5009.229-2016測定葵花籽油的酸價；GB 5009.227-2016測定過氧化值；GB/T 22460-2008測定色澤，以(R+Y/10)/2 表示。

1.4.3 生育酚含量

將0.5 g葵花籽油用正己烷溶解并定容至10 mL，過0.22 μm有機濾膜后進高效液相色譜儀進行分析。根據(jù)保留時間定性后帶入8種生育酚標曲定量計算[7]。

HPLC條件：Waters 2475熒光檢測器，采用Sunfire C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，以正己烷∶異丙醇(99∶1，V/V)作為流動相，流速為1 mL/min。

1.4.4 色素含量

根據(jù)Suri等[8]的方法測定油中類胡蘿卜素和葉綠素的含量。將7.5 g葵花籽油用環(huán)己烷溶解并定容至25 mL。充分混合后，使用紫外分光光度計測量葉綠素和類胡蘿卜素在670 nm和470 nm處的吸光度值，并使用以下公式計算結果：

葉綠素(mg/kg)=(Abs670×106)/(613×100×密度)；

類胡蘿卜素(mg/kg)=(Abs470×106)/(2000×100×密度)。

1.4.5 美拉德反應產(chǎn)物

褐變指數(shù)(BI)采用Suri等的方法。將1 g葵花籽油溶于20 mL氯仿充分混勻后用紫外分光光度計測量溶液在420 nm處的吸光度，以A420 nm表示褐變指數(shù)。

5-羥甲基糠醛(HMF)采用Suri等的方法。將0.5 g葵花籽油與1 mL甲醇溶液(70%)渦旋混合1 min后以10000 r/min 離心5 min，收集上清液。重復3次渦旋離心的步驟，將3次上清液合并用甲醇(70%)溶液稀釋至5 mL，過0.22 μm有機濾膜后進高效液相色譜儀分析。獲取在285 nm處檢測到的峰，帶入標曲后定量計算。

HPLC條件：Waters 2489紫外可見光檢測器，采用Sunfire C18柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，以甲醇和水作為流動相，梯度洗脫，流速為1 mL/min。

1.4.6 揮發(fā)性成分

采取同時蒸餾萃取(SDE)裝置提取葵花籽油中的揮發(fā)性組分。將30 g葵花籽油、150 g蒸餾水、9 g NaCl和150 μL 4-壬醇內標物添加到500 mL燒瓶中，將燒瓶連接到裝置一側，同時將50 mL二氯甲烷倒入連接裝置另一側的250 mL燒瓶中。采用油(甲基硅油)浴法和水浴法將樣品瓶和溶劑瓶的溫度分別保持在145 ℃和60 ℃。提取3 h后停止加熱，待裝置冷卻，收集提取物，然后用無水硫酸鈉干燥過夜。將提取物濃縮氮吹至1.5 mL，過濾膜進氣相色譜-質譜聯(lián)用儀分析。

GC條件：以氦氣為載氣，流速為1 mL/min；進樣口溫度250 ℃，不分流模式進樣，升溫程序從40 ℃開始，保持2 min，然后以5 ℃/min增加到120 ℃，最后以3 ℃/min升高到250 ℃并保持20 min。

MS條件：電子電離(EI)模式為70 eV，傳輸線、離子源和四極桿的溫度分別為280，230，150 ℃；質量掃描范圍為30～450 m/z。將得到的質譜與質譜庫(NIST05.L、Wiley7n.L和W8N08.L)進行分析比較，鑒定揮發(fā)物并定量計算。

1.4.7 葵花籽油感官品質的測定

由10名經(jīng)過培訓的專業(yè)感官評價人員對葵花籽油進行評定，評分細則見表1。

1.4.8 傅里葉紅外光譜

實驗配備衰減全反射(ATR)組件的Vertex-70光譜儀系統(tǒng)在500～3500 cm-1的吸光度范圍內對葵花籽油進行了紅外掃描(32次掃描/樣品)，光譜分辨率為4 cm-1。分析在室溫下進行，并根據(jù)空氣校正空白。

1.4.9 統(tǒng)計分析

所有的分析測試和實驗分別進行3次平行實驗，數(shù)據(jù)報告為3份的平均值±標準差(SD)。使用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析，使用Origin軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 出油率

經(jīng)過不同方式和條件熱處理后的葵花籽，壓榨時的出油率會有所變化。焙炒和微波加熱后葵花籽的出油率見圖1。

圖1 焙炒和微波加熱對葵花籽油出油率的影響Fig.1 Effect of roasting and microwave heating on the yield of sunflower seed oil

由圖1可知，焙炒和微波加熱顯著影響了葵花籽的出油率。未經(jīng)加熱的葵花籽的出油率為30.05%，經(jīng)過焙炒和微波加熱后顯著提升，最高分別達到了45.16%和47.48%。焙炒和微波處理后可能會導致葵花籽細胞壁發(fā)生變化，增加細胞孔隙率并促進油通過細胞壁[9]。在先前研究報道的焙烤奶薊種子和油菜籽后出油率也有所提高[10]。然而，當加熱超過一定時間后，出油率增長趨于平緩，這可能是由于葵花籽在較高的加熱時間下水分進一步流失，從而使它們的脆性增加，塑性和彈性變差，較大的脆性可能會阻礙葵花籽油的提取[11]。

2.2 酸價

酸價表示油中甘油三酯水解產(chǎn)生的游離脂肪酸的數(shù)量，這是油質量退化的指標。酸價越高，說明油中游離脂肪酸含量越高[12]。焙炒和微波處理后葵花籽油的酸價變化情況見圖2。

圖2 焙炒和微波加熱對葵花籽油酸價的影響Fig.2 Effect of roasting and microwave heating on the acid value of sunflower seed oil

由圖2可知，未經(jīng)處理的葵花籽油的酸價為0.46 mg KOH/g，而經(jīng)過焙炒和微波加熱后葵花籽油的酸價略有增加，說明高溫熱處理促進了甘油三酯的水解和游離脂肪酸的形成。經(jīng)焙炒和微波加熱預處理得到的葵花籽油的酸價最大，分別為0.84，0.90 mg KOH/g，均低于食用油國標1.5 mg KOH/g的建議值。

2.3 過氧化值

過氧化值代表油脂抗氧化降解的穩(wěn)定性，也是反映油脂氧化程度的重要指標。過氧化值越高，油脂的氧化程度也就越大。焙炒和微波處理后葵花籽油的酸價變化情況見圖3。

圖3 焙炒和微波加熱對葵花籽油過氧化值的影響Fig.3 Effect of roasting and microwave heating on the peroxide value of sunflower seed oil

由圖3可知，未加熱的葵花籽油的過氧化值為2.47 mmol/kg，過氧化值隨著焙炒和微波加熱程度的提升先升高后降低。這可能是由于熱處理的最開始階段，自由基攻擊不飽和脂肪酸，形成過氧化物，導致了葵花籽油中過氧化值的增加。然而，隨著加熱的進行，不穩(wěn)定的過氧化物可能分解為次級氧化產(chǎn)物(酮、醛等)，導致了葵花籽油中過氧化值的降低。先前的研究報道了微波加熱榛子、大豆、橄欖油和葵花籽油的過氧化值有類似趨勢[13]。焙炒和微波加熱后的葵花籽油的過氧化值均低于食用油的建議值7.5 mmol/kg。

2.4 色澤

色澤作為評價葵花籽油最直觀的指標，對于消費者的接受程度和喜愛度有重要影響。焙炒和微波加熱后制取的葵花籽油的外觀和色澤見圖4和圖5。

圖4 焙炒和微波加熱對葵花籽油外觀的影響Fig.4 Effect of roasting and microwave heating on the appearance of sunflower seed oil

圖5 焙炒和微波加熱對葵花籽油色澤的影響 Fig.5 Effect of roasting and microwave heating on the color of sunflower seed oil

由圖4可以觀察到未經(jīng)加熱制取的葵花籽油顏色較淺。隨著焙炒溫度和時間、微波加熱功率和時間的增加，葵花籽油的顏色逐漸加深，相應的色澤值也逐漸增加，經(jīng)過200 ℃ 25 min焙炒后的葵花籽油色澤值為2.47，微波加熱720 W 10 min的葵花籽油色澤值為3.90。油中所含色素的種類和濃度在很大程度上決定了油的顏色。因此，色素(葉綠素和類胡蘿卜素)釋放的增加將導致油的顏色發(fā)生變化[14]。油籽加熱過程中的美拉德反應和某些褐變反應的副產(chǎn)物也可能導致油顏色的變化，所以葵花籽在200 ℃加熱條件下制取的油的色澤值增加較為明顯，可能是因為在此溫度下美拉德反應更劇烈。

2.5 色素

油中色素的種類和含量對葵花籽油的外觀和色澤起重要作用。經(jīng)焙炒和微波加熱后的葵花籽油中葉綠素和類胡蘿卜素含量見圖6和圖7。

圖6 焙炒和微波加熱對葵花籽油中葉綠素含量的影響Fig.6 Effect of roasting and microwave heating on the chlorophyll content in sunflower seed oil

由圖6和圖7可知，未經(jīng)焙炒的葵花籽油中葉綠素和類胡蘿卜素含量分別為0.04，0.21 mg/kg。隨著加熱程度的提升，油中葉綠素和類胡蘿卜素的含量整體都呈增加趨勢。葉綠素經(jīng)焙炒和微波加熱后最大值分別為0.68，0.70 mg/kg，而類胡蘿卜素經(jīng)焙炒和微波加熱后最大值分別為1.16，2.15 mg/kg?？梢钥吹筋惡}卜素含量的變化趨勢和色澤的變化趨勢很相似，在200 ℃的條件下類胡蘿卜素的增加趨勢尤為明顯。蛋白質和色素復合物在加熱過程中可能會被降解，這大大增加了脂溶性色素進入油中的可能性。先前有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過微波和烤箱烘烤后，菜籽油中的類胡蘿卜素和葉綠素含量顯著增加[15]。

圖7 焙炒和微波加熱對葵花籽油中類胡蘿卜素含量的影響Fig.7 Effect of roasting and microwave heating on the carotenoid content in sunflower seed oil

2.6 生育酚

生育酚作為植物油中的一種天然親脂性抗氧化劑，可以通過影響自由基鏈的自動氧化過程，從而保護油脂免受氧化。生育酚有α-、β-、γ-、δ-生育酚及生育三烯酚8種構型，葵花籽油中的生育酚以α-生育酚為主[16]。經(jīng)焙炒和微波加熱處理后的壓榨葵花籽油中的生育酚含量見圖8。

由圖8可知，未經(jīng)熱處理的葵花籽油中生育酚含量為454.71 mg/kg，在高功率微波加熱后葵花籽油中生育酚含量有小幅度的增加，在720 W 6 min時有最大值526.59 mg/kg。這可能是因為部分生育酚與蛋白質或磷脂結合，高頻率的微波可以更好地破壞這些結合，從而增加油中生育酚的含量[17]。先前的研究發(fā)現(xiàn)，從焙炒后的南瓜籽和核桃仁中提取的油中生育酚含量也有所增加[18-19]。

圖 8 焙炒和微波加熱對葵花籽油中生育酚含量的影響Fig.8 Effect of roasting and microwave heating on tocopherol content in sunflower seed oil

2.7 美拉德反應產(chǎn)物

熱處理促進了葵花油籽中美拉德反應的發(fā)生和褐變產(chǎn)物的形成。類黑素作為美拉德反應的中間產(chǎn)物，對油脂顏色的加深有重要作用。褐變指數(shù)反映了類黑素的含量，褐變指數(shù)越大，類黑素含量越高。而5-羥甲基糠醛作為美拉德反應的特征中間產(chǎn)物，也可以反映美拉德反應進行的程度。經(jīng)焙炒和微波加熱后壓榨葵花籽油的褐變指數(shù)和5-羥甲基糠醛含量的變化見圖9和圖10。

圖9 焙炒和微波加熱對葵花籽油褐變指數(shù)的影響Fig.9 Effect of roasting and microwave heating on the browning indexes of sunflower seed oil

圖10 焙炒和微波加熱對葵花籽油中5-羥甲糠醛含量的影響Fig.10 The effect of roasting and microwave heating on 5-HMF content in sunflower seed oil

由圖9可知，葵花籽油的褐變指數(shù)隨著焙炒溫度和時間或微波功率和輻射時間的增加而增加。冷榨得到的葵花籽油的褐變指數(shù)只有0.010，而在200 ℃時隨著焙炒時間的增加增幅較大，在焙炒25 min后達到了0.101。這可能是由于非酶促褐變反應速率的增加導致了類黑素的積累。由圖10可知，葵花籽在160 ℃(25 min)、180 ℃(15，20，25 min)和200 ℃(10，15，20，25 min)條件下焙炒后提取的油中檢測出了HMF，最大值為200 ℃ 25 min條件下的0.65 mg/kg；葵花籽在360 W(10 min)、540 W(8，10 min)和720 W (6，8，10 min)條件下微波加熱后提取的油中檢測出了HMF，最大值為720 W 10 min條件下的0.73 mg/kg。在油脂加熱過程中，還原糖與脂質氧化產(chǎn)物或氨基酸的相互作用導致美拉德反應產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而導致油脂褐變，隨著加熱程度的提升，美拉德反應變得頻發(fā)劇烈，導致了美拉德反應產(chǎn)物的積累[20]。油脂色素和褐變指數(shù)的增加也體現(xiàn)了油脂色澤的變化。

2.8 揮發(fā)性成分

葵花籽油中的揮發(fā)性成分會極大地影響葵花籽油的風味品質和感官評價。而熱處理過程中發(fā)生的一系列化學反應會導致?lián)]發(fā)性成分的變化，經(jīng)焙炒和微波加熱后葵花籽油中揮發(fā)性成分含量的變化見圖11。

圖11 焙炒和微波加熱對葵花籽油中揮發(fā)性成分的影響Fig.11 Effect of roasting and microwave heating on volatile components in sunflower seed oil

由圖11可知，未經(jīng)熱處理壓榨葵花籽油中揮發(fā)性成分含量為40.59 mg/kg，明顯低于熱處理后葵花籽油中揮發(fā)性成分的含量。熱處理油籽是通過一系列復雜反應，包括脂質氧化、美拉德反應、氨基酸降解和硫代葡萄糖苷降解等產(chǎn)生了芳香風味[21]。經(jīng)過熱處理后的壓榨葵花中揮發(fā)性成分的含量顯著增加，尤其在200 ℃和720 W的條件下，最大值分別達到了121.78，106.79 mg/kg。具體而言，萜烯類、烷烴類和醛類物質是未加熱和低溫焙炒葵花籽油的主要揮發(fā)性成分，可能主要來自油脂分解[22]。隨著焙炒溫度和微波加熱功率的升高，吡嗪類物質增多，這來源于美拉德反應的發(fā)生。在高溫下，以吡嗪類物質為主的N-雜環(huán)化合物占據(jù)主導地位，其含量顯著增加，這類物質表現(xiàn)出烘烤、堅果、燒焦和泥土的香氣[23]。但是，從高溫焙炒和微波加熱的壓榨葵花籽油中檢測到更高水平的O-雜環(huán)化合物，主要是呋喃類物質，這類物質可引起頭痛、頭暈、惡心、呼吸衰竭并且致癌[24]。

2.9 感官評價

葵花籽油中揮發(fā)性成分的變化導致了感官評價的變化，對不同焙炒和微波加熱后得到的壓榨葵花籽油進行了感官評價打分，結果見圖12。

圖12 焙炒和微波加熱對葵花籽油感官評價的影響Fig.12 Effect of roasting and microwave heating on the sensory evaluation of sunflower seed oil

由圖12可知，在低溫條件下，葵花籽油的評分較低，可能此時的葵花籽油中小分子酮醛類物質較多，特征香味不明顯。而在高溫、高功率、加熱時間較長的條件下，葵花籽油的評分較高，兩種方式最高得分分別為200 ℃ 15 min的6.6分和720 W 8 min的7.9分。此時，葵花籽油結合了新鮮、綠色、果香的醛類香氣和吡嗪的烘烤和堅果味，氣味最為理想。然而當加熱時間進一步加長，感官評分降低，可能是因為過大的焦糊味使人感到不愉快。

2.10 傅里葉變換紅外光譜分析

FTIR是一種簡單快速評價葵花籽油熱氧化變化的方法，冷榨葵花籽油和經(jīng)過焙炒和微波加熱后壓榨葵花籽油的紅外光譜圖分別見圖13和圖14，在3500～500 cm-1的光譜范圍內獲得了葵花籽油的光譜信息。

圖13 葵花籽油室溫(25 ℃)下的FTIR光譜 Fig.13 FTIR spectrum of sunflower seed oil at room temperature (25 ℃)

圖14 焙炒和微波加熱后葵花籽油的FTIR光譜Fig.14 FTIR spectrum of sunflower seed oil after roasting and microwave heating注：a為未處理;b為160 ℃ 25 min;c為180 ℃ 25 min;d為200 ℃ 25 min;e為360 W 10 min;f為540 W 10 min;g為720 W 10 min。

不同條件下焙炒和微波加熱后壓榨葵花籽油的傅里葉變換紅外光譜見圖14。可以觀察到不同熱處理條件下葵花籽油的總體信號模式相似，但在某些光譜區(qū)域觀察到峰值強度有輕微變化?？ㄗ呀?jīng)200 ℃烘烤和720 W微波加熱后，得到的油在3008 cm-1處的峰值強度較未烘烤的葵花籽油略有下降，而在2929，2854 cm-1處的峰值強度略有增強。這可能是由于葵花籽油中不飽和脂肪酸中順式烯烴C-H雙鍵在高溫下消失所致。在2929，2854 cm-1處觀察到峰值強度略有增加，表明由于高度氧化，在熱處理過的葵花籽油中發(fā)生了一些化學變化。先前有研究表明，3008 cm-1處的峰高與不飽和脂肪酸的含量有關，而2929，2854 cm-1處的峰值取決于油中飽和脂肪酸含量。隨著溫度的升高，葵花籽油中飽和脂肪酸含量(棕櫚酸和硬脂酸)略有增加，不飽和脂肪酸含量(油酸和亞油酸)有所下降。早期的研究也將食用油的飽和與不飽和程度和3008，2929，2854 cm-1處的峰值強度聯(lián)系起來。 隨著熱處理程度的提升，在1745，1161 cm-1處的峰值強度略有增加，這可能與葵花籽油中共軛二烯含量的變化有關。過氧化氫和過氧化物生成的次級氧化產(chǎn)物導致葵花籽油在1745，1161 cm-1處的峰值強度變化[26]。與未加熱的葵花籽油相比，725，1095，1237，1371，1651 cm-1處的峰值強度沒有顯著變化。

3 結論

本實驗研究了焙炒和微波加熱葵花籽對壓榨葵花籽油品質的影響。隨著加熱程度增加，出油率和氧化程度增加，因為色素和類黑精含量的積累增加，油脂顏色加深；在高頻率微波加熱的條件下生育酚含量有小幅度提升；在高溫條件下葵花籽油中吡嗪類物質明顯增加，這使得葵花籽油的感官評分提升；葵花籽油紅外光譜特征峰強度變化不大。為了提高葵花籽油的品質，在獲得較好風味的同時避免顏色過深，建議在200 ℃ 15 min和720 W 6 min的條件下對葵花籽進行預處理，這為工廠制備優(yōu)質葵花籽油提供了一定的參考。