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        加工工藝對(duì)山核桃油活性物質(zhì)及油脂品質(zhì)的影響

        2023-12-29 00:00:00丁之恩丁昱張繼剛姚洪禮董書甲郭明蔚范飛
        經(jīng)濟(jì)林研究 2023年4期

        摘 要:【目的】為探討不同加工工藝對(duì)山核桃油脂營(yíng)養(yǎng)成分、品質(zhì)及活性物質(zhì)的影響。為開(kāi)發(fā)山核桃油的加工工藝及高附加值產(chǎn)品提供理論依據(jù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。【方法】采用熱榨和冷榨兩種油脂制備工藝方式,比較不同工藝對(duì)山核桃油的油脂含量、脂肪酸組成、油脂中活性物質(zhì)(褪黑素、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、角鯊烯)的影響,并且以此作為考核指標(biāo),其中脂肪酸組成、香氣成分、油脂中活性物質(zhì)采用氣相色譜- 質(zhì)譜法(GC—MS)聯(lián)用分析儀+ 譜庫(kù)+ 標(biāo)樣的方法;褪黑素用高效液相色譜- 紫外檢測(cè)法?!窘Y(jié)果】研究結(jié)果表明:山核桃種仁富含脂肪(含量達(dá)65% 以上)和蛋白質(zhì)(含量在20% 左右);熱榨油中褪黑素的總含量為26.08 ug/g,對(duì)照的冷榨山核桃油中褪黑素的總含量為7.62 ug/g,兩者相差3.42 倍;熱榨油中含有EPA、角鯊烯等多種生理活性成分,以及多不飽和脂肪酸的花生四烯酸、EPA 和三十碳六烯烴類(角鯊烯,即,2,6,10,15,19,23- 六甲基-2,6,10,14,18,22- 二十四碳六烯)等成分,但是在冷榨山核桃油中含量較少,或者無(wú);冷榨油中鑒定出23 種香味物質(zhì),而蒸料壓榨油鑒定出46 種芳香化合物,所以經(jīng)過(guò)蒸料壓榨的油香味更豐富,同時(shí)微量元素保留的種類和含量都顯著高于冷榨油?!窘Y(jié)論】本研究進(jìn)一步證實(shí)了山核桃是一種高油脂、高蛋白質(zhì)的木本油料樹(shù)種。采用不同加工工藝制備的油脂,其品質(zhì)、油脂組成分、生理活性物質(zhì)存在差別,在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)產(chǎn)品定位和加工工藝條件選擇適宜的油脂加工工藝及參數(shù)。

        關(guān)鍵詞:山核桃油;二十碳五烯酸;褪黑素;角鯊烯;活性成分

        中圖分類號(hào):S727.32;S794.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1003—8981(2023)04—0012—10

        山核桃系胡桃科Juglandacea 核桃屬Carya Nutt被子植物中的喬木樹(shù)種所結(jié)種實(shí),學(xué)名Caryacathayensis Sarg,種實(shí)呈球形或橢圓形,由外果皮,種殼和種仁構(gòu)成,種仁富含油脂供食用[1]。山核桃種實(shí)因營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高,口感風(fēng)味獨(dú)特而備受消費(fèi)者認(rèn)可,已成為獨(dú)具特色的地理性標(biāo)志產(chǎn)品。種仁油脂含量達(dá)60% ~ 75%[2],其中,不飽和脂肪酸占90% 以上[3-4],尤其富含油酸和亞油酸,此外,還含有甾醇,維生素E,花生酸,二十碳五烯酸(EPA),角鯊烯,褪黑素等生物活性成分,這些物質(zhì)對(duì)人體健康非常重要,如亞油酸、EPA 是人體必需脂肪酸,能有效降低膽固醇,降低血液黏稠,促進(jìn)血液循環(huán),預(yù)防心血管疾病;此外,山核桃種仁中的天然角鯊烯、褪黑素,具有清除自由基,延緩衰老的功能。與其他植物油脂相比,山核桃種仁中維生素E 含量較高,以及其他的天然抗氧化成分[5-8]。所以有民間流傳,長(zhǎng)期食用山核桃有健腦和促進(jìn)健康的作用[9-10]。

        我國(guó)山核桃主要分布在天目山一帶和大別山一帶,栽培歷史悠久[11]。山核桃產(chǎn)業(yè)從2010 年以后進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。全國(guó)種植面積約10 萬(wàn)hm2,年產(chǎn)量約3.8 萬(wàn)t,其中,中心產(chǎn)區(qū)的浙江臨安、淳安和安徽寧國(guó)天目山一帶,總產(chǎn)量和種植面積分別占全國(guó)山核桃總量的98% 和94%。相關(guān)加工企業(yè)達(dá)220 多家。安徽寧國(guó)市山核桃面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第二,近10 年間山核桃面積和產(chǎn)量分別增長(zhǎng)了9.1 和10 倍,是山核桃發(fā)展最快的時(shí)期。隨著山核桃種植業(yè)健康發(fā)展的同時(shí),山核桃栽培、品種、病蟲害方面已有較多的研究和報(bào)道[12-17],產(chǎn)品加工業(yè),尤其是資源綜合利用及山核桃種仁新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和深加工也逐漸發(fā)展,形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在山核桃種仁油脂的傳統(tǒng)加工方法中,一些天然活性成分(如角鯊烯、褪黑素、EPA 等物質(zhì))在加工過(guò)程中遭到破壞或消失,或者殘留在餅粕中(如Ca、K、Mg、Fe 等)未能得到有效利用[18]。因此,經(jīng)過(guò)適當(dāng)預(yù)處理,或改進(jìn)加工工藝等途徑,最大程度地提取分離出山核桃種仁中生物活性物質(zhì),為山核桃保健食用油制備提供新方法。本研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

        1 材料與方法

        1.1 原材料及其處理

        試驗(yàn)原料來(lái)源于安徽寧國(guó)市南極鄉(xiāng)(30°63′35″N,118°98′29″E), 位于安徽省南端寧國(guó)市東南部天目山北麓,南與浙江省臨安市接壤。安徽金寨縣天堂寨(31°06′18″ ~ 31°10′25″N,115°45′00″ ~ 115°48′35″E)位于安徽省金寨縣西南部,其西南、東南與湖北省羅田、英山縣接壤。山核桃成熟時(shí),采摘山核桃蒲,取此種子,在陽(yáng)光下曝曬1 d 后進(jìn)一步干燥至含水率為6% ~ 9%的質(zhì)量百分比,然后破碎、去殼,取出種仁,同時(shí)保留部分碎殼,備用。

        1.2 藥品試劑

        甲醇(色譜純);無(wú)水乙醇、三氟乙酸、正己烷、乙醚、均為分析純。

        1.3 儀器設(shè)備

        1)榨油機(jī):YJY-Z 260 型盤式榨油機(jī)(益加益(湖北)機(jī)械設(shè)備集團(tuán)有限公司)。

        2)脂肪酸組成測(cè)定:采用氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用法[19],GC—MS 聯(lián)用分析儀設(shè)置條件如下:

        ① Saturn 2200,(美國(guó))Varian 公司;

        ② 色譜柱:CP 5860, 彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm ID);

        ③ 譜庫(kù):Saturn;

        ④ 進(jìn)樣量:1 uL;

        ⑤ GC:ing:300 ℃;col:160 ℃(1 min);20 ℃ /min;280 ℃(10min);

        (起始溫度20 ℃,升溫,28 ℃,停留時(shí)間10 min;分流比:20∶1;流速:0.8 mL/min;載氣:氦氣;GC-MS 總離子流量圖是指氣譜圖)

        ⑥ MS:EI:70 eV;阱溫:200 ℃;質(zhì)量范圍:30 ~ 650 AMV。

        1.4 試驗(yàn)方法

        1)油脂制備對(duì)比試驗(yàn)

        分別采用冷榨和熱榨工藝作為對(duì)比試驗(yàn)。每批處理量3 kg,重復(fù)3 次,取平均值。

        2)工藝流程

        冷榨制油工藝:油料(山核桃)—清理—去殼—?dú)と史蛛x—調(diào)質(zhì)—冷榨—冷提(過(guò)濾)—冷榨成品油—品質(zhì)及活性成分分析。

        熱榨制油工藝:油料(山核桃)—清理—?dú)と史蛛x—干燥與冷卻—破碎—軋胚—高溫蒸炒—高溫壓榨—精濾—熱榨成品油—品質(zhì)及活性成分分析。

        3)考核指標(biāo)

        為比較不同工藝的影響,以油脂含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪酸組成、油脂中活性物質(zhì)(褪黑素、EPA、DHA、角鯊烯)、香氣成分等對(duì)比值作為考核指標(biāo)。

        4)檢測(cè)方法

        油脂含量[20]:粗脂肪測(cè)定,采用索氏抽提法;

        蛋白質(zhì)測(cè)定[21]:依照GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中”第一法凱氏定氮法”進(jìn)行檢測(cè);

        脂肪酸組成[19]:采用氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用法(GC—MS 聯(lián)用分析儀+ 譜庫(kù)+ 標(biāo)樣)。

        褪黑素[22]:按GB/T 5009.170-2003 保健品中褪黑素含量的測(cè)定,本標(biāo)準(zhǔn)第一法:高效液相色譜-紫外檢測(cè)法;HP 1100 高效液相色譜系統(tǒng)(配有可變波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器和Rev.A.06.03 色譜工作站)美國(guó)惠普公司;

        EPA(二十碳五烯酸)[19]:氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)法(設(shè)備及條件如1.3 中的2));

        DHA(二十二碳六烯酸)[19]:氣質(zhì)聯(lián)用(GCMS)法(設(shè)備及條件如1.3 中的2));

        角鯊烯[19]:T/ZNZ 027-2020 氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)法(設(shè)備及條件如1.3 中的2));

        甲酯化方法[23]:GB/T 17376-2008 動(dòng)植物油脂脂肪酸甲酯制備,三甲基氫氧化硫法。(測(cè)定脂肪酸時(shí),需先將油脂甲基化,再上機(jī)分析)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 山核桃種仁營(yíng)養(yǎng)成分

        對(duì)山核桃種仁主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分析結(jié)果如表1。由表1 可看出,山核桃種仁富含油脂和蛋白質(zhì),其中脂肪含量高達(dá)65% 以上,蛋白質(zhì)含量在20% 左右,且不同來(lái)源山核桃營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量存在差異,這與品種、栽培環(huán)境等因素有可能關(guān)聯(lián)。這個(gè)結(jié)果與文獻(xiàn)[8] 中的8 種食用堅(jiān)果脂肪組成的觀點(diǎn)基本一致。

        2.2 不同工藝方法對(duì)保留在油脂中活性物質(zhì)的影響

        2.2.1 不同工藝過(guò)程對(duì)油脂中褪黑素保留量的影響

        參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.170-2003(褪黑素含量的測(cè)定),利用高效液相色譜- 紫外檢測(cè)法測(cè)定山核桃油脂中褪黑素的總含量。圖1 為褪黑素標(biāo)準(zhǔn)樣品的高效液相色譜圖,在20.106 min 處有明顯峰值;圖2 為山核桃熱榨制取油脂樣品的高效液相色譜圖,在20.364 min 處也有明顯峰值,與圖1 對(duì)比可得出油脂樣品中也含有褪黑素,經(jīng)計(jì)算,褪黑素的總含量為26.08 ug/g。而對(duì)照組的冷榨山核桃油褪黑素(圖3)的總含量為7.62 ug/g(相差3.42 倍)。結(jié)果表明工藝過(guò)程影響了油脂中褪黑素的保留量。將圖1 ~ 3 的原始數(shù)據(jù)合并,擬合成圖4 ~ 5,明顯可以看出熱榨油中的褪黑素含量遠(yuǎn)高于冷榨油中褪黑素的含量(前者是后者的3.42 倍)。

        2.2.2 不同工藝過(guò)程對(duì)油脂中EPA,角鯊烯等稀有脂肪酸的影響

        不同壓榨方法的加工工藝條件對(duì)山核桃油脂肪酸組成、EPA(二十碳五烯酸)、DHA(二十二碳六烯酸)等活性物質(zhì)的影響如下:利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)儀測(cè)定山核桃油脂中成分,由GC-MS 峰面積進(jìn)行定性和定量分析,得到各種成分的含量、碳數(shù)目及飽和度數(shù)據(jù),結(jié)果如表2 ~ 3所示。

        由表2 中可以看出,山核桃熱榨油脂含有EPA、角鯊烯等多種活性成分。進(jìn)一步說(shuō)明了熱榨方法除了有利于褪黑素保留以外,對(duì)于EPA、角鯊烯等珍貴活性成分在油脂中也得到有效保留,可為高品質(zhì)山核桃油的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

        表3 為冷榨油的脂肪酸組成及其含量,與熱榨油(有15 種物質(zhì))相比冷榨油的組成分種類較少(只有11 種物質(zhì)),而且各種物質(zhì)的相對(duì)比例也有較大變化:如,亞油酸在冷榨油中明顯高于熱榨油;而多不飽和脂肪酸的花生四烯酸、二十碳五烯酸(EPA)、角鯊烯(三十碳六烯烴類,即,2,6,10,15,19,23- 六甲基-2,6,10,14,18,22- 二十四碳六烯)等在冷榨山核桃油中含量少,或者無(wú)。說(shuō)明工藝過(guò)程對(duì)油脂中脂肪酸的構(gòu)成有影響,可能因?yàn)闊嵴ミ^(guò)程將餅粕中的物質(zhì)滲入到油脂中,從而豐富了熱榨油的組成。

        2.3 工藝過(guò)程對(duì)油脂品質(zhì)的影響

        2.3.1 不同工藝過(guò)程對(duì)油脂中香氣和風(fēng)味物質(zhì)的形成影響

        冷榨、熱榨工藝過(guò)程對(duì)山核桃油脂品質(zhì)的影響如圖6 和表4 所示。從圖6 山核桃油GC/MS 總離子流圖可以看出,熱榨制油工藝過(guò)程的總離子豐度明顯高于冷榨油。為進(jìn)一步比較不同工藝過(guò)程對(duì)油脂品質(zhì)具體物質(zhì)成分的影響結(jié)果,將圖4解析為表4。從表4 中可以看出,普通冷榨油法共鑒定出23 種香味物質(zhì),而蒸料壓榨油共鑒定出46種芳香化合物,所以蒸料壓榨油香味更豐富。鑒定出山核桃油脂的香味物質(zhì)主要有烯萜類、醛類、酯類、酸類、醇類、烷烴類。但是,其中具有特征香味物質(zhì)的D- 檸檬烯,蒸料壓榨油含量高達(dá)45%,原料的高溫蒸汽熱處理極大的增加了這種具有橙子香和檸檬樣香的特色風(fēng)味的形成。

        2.3.2 不同工藝過(guò)程對(duì)山核桃油中微量元素保留量的影響

        工藝過(guò)程對(duì)油脂中微量元素的影響如表5 所示,從表5 可以看出,經(jīng)過(guò)熱蒸氣高溫處理后壓榨的山核桃油脂,微量元素保留的種類和含量都顯著高于普通冷榨油,說(shuō)明熱處理保留了山核桃仁中大量的微量元素。進(jìn)一步表明該加工工藝的山核桃油脂富含多種微量元素,尤其是鈣、鉀的含量極為豐富。

        2.3.3 不同工藝過(guò)程對(duì)油脂品質(zhì)的影響

        工藝過(guò)程對(duì)油脂品質(zhì)的影響如表6 所示,從表6 可以看出,經(jīng)過(guò)熱蒸氣高溫處理后壓榨的山核桃油脂,其酸價(jià)和過(guò)氧化值都顯著低于普通冷榨油,說(shuō)明熱處理抑制了油脂的氧化,油脂品質(zhì)高于普通冷榨油。蒸料油的皂化值顯著低于普通冷榨油,說(shuō)明高溫?zé)嵴魵馓幚砗笥兄谥舅岱肿拥姆€(wěn)定,短鏈脂肪酸可能受熱蒸氣處理發(fā)生降解,而保留長(zhǎng)鏈脂肪酸,或者脂肪酶受到抑制所致。

        3 結(jié) 論

        本研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了山核桃種仁是一種高油脂、高蛋白質(zhì)的木本油料。采用不同加工工藝制備的油脂,其品質(zhì)、組成分、生理活性物質(zhì)保留情況存在差別,實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)產(chǎn)品定位和加工工藝條件選擇適宜的油脂加工工藝及參數(shù)。

        冷榨/ 熱榨工藝過(guò)程對(duì)山核桃油脂中活性物質(zhì)存在明顯影響。熱榨取油與冷榨取油的不同點(diǎn)在于:冷榨法是在油料壓榨前不經(jīng)加熱或低溫的狀態(tài)下,送入榨油機(jī)壓榨。榨出的油溫度低,酸價(jià)也較低;但是,冷榨油出油率低,一般只占熱榨法的50%左右。熱榨取油是將油料經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理,并進(jìn)行高溫加熱,使油料內(nèi)部發(fā)生一系列變化:細(xì)胞膨大變形、破壞油細(xì)胞、促使蛋白質(zhì)變性、降低油脂黏度等,然后壓榨取油;熱榨法出油率高,植物油大多是熱榨油。但是,經(jīng)高溫處理后的毛油顏色偏深、酸價(jià)升高,維生素E、醇類、胡蘿ト素等成分在壓榨過(guò)程中損失,且毛油需要精煉,給綜合利用蛋白質(zhì)增加了難度??傊椭苽涔に噷?duì)山核桃油的品質(zhì)、組成分及活性物質(zhì)影響明顯。

        4 討 論

        4.1 冷榨工藝對(duì)山核桃資源的綜合利用影響

        文獻(xiàn)[24] 報(bào)道冷榨油具有降低血脂的生理活性。另外,冷榨工藝在整個(gè)加工過(guò)程都是處于低溫狀態(tài),理論上說(shuō),不會(huì)出現(xiàn)高溫對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞,可以保留油料的天然風(fēng)味和色澤,較多完整地保存了油脂中生理活性物質(zhì)維生素E(具有抗衰老功能)、醇(具有健膚作用和增強(qiáng)人體代謝功能);對(duì)于大豆(豆腥味)、高芥酸菜籽(辛辣味)、棉籽(棉酚毒素)、花生(容易產(chǎn)生黃曲霉毒素)等油脂提取制備,需要經(jīng)過(guò)熱榨工藝。也就是說(shuō),熱榨或冷榨有利,也有弊,實(shí)際生產(chǎn)中,采用熱榨或冷榨取油往往取決于原材料特性和生產(chǎn)目的,比如,蛋白質(zhì)的綜合利用,餅粕的用途,活性物質(zhì)保留的需要,等因素綜合考慮。

        4.2 熱榨工藝過(guò)程對(duì)山核桃油脂風(fēng)味的影響

        熱榨油醇厚與高溫處理密切關(guān)聯(lián),從表4 中香氣成分及含量可以充分說(shuō)明,山核桃料胚經(jīng)過(guò)蒸炒壓榨出來(lái)的油更香,也就是熱榨食用油香味濃郁,極具風(fēng)味的主要原因。其他油脂加工中,也有類似情況,如芝麻油,花生油尤為典型。

        4.3 油脂制備工藝對(duì)山核桃油脂活性物質(zhì)保留程度存在差異

        山核桃油脂營(yíng)養(yǎng)豐富,綜合價(jià)值不亞于橄欖油[25],但是,不同加工工藝對(duì)核桃油脂組成有較大影響[26]。本研究以去殼后的山核桃種仁為原料,在壓榨前選擇適當(dāng)溫度和壓力的蒸汽進(jìn)行蒸料預(yù)處理,使山核桃種仁中蛋白質(zhì)變性、細(xì)胞膨大變形,同時(shí)在山核桃油脂提取和后續(xù)的除雜過(guò)程中使用純物理手段進(jìn)行壓榨和離心,有利于油脂和其他天然營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的取出和保留,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:熱榨山核桃油保留有褪黑素,EPA,角鯊烯等活性成分,同時(shí)富含微量元素,為高品質(zhì)山核桃油生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。但是,這些物質(zhì)形成的機(jī)理尚有待進(jìn)一步探討。此外,山核桃原料生產(chǎn)及種實(shí)貯藏對(duì)山核桃的油脂及品質(zhì)也存在一定的影響。季琳琳等[27] 研究生草對(duì)山核桃林地土壤養(yǎng)分及土壤酶活性影響,從而進(jìn)一步影響山核桃原料生產(chǎn);胥玲化等[28] 研究核桃貯藏過(guò)程中功能成分角鯊烯是變化的,不同品種存在差異,并且,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),75 d 左右角鯊烯含量快速下降。

        張愛(ài)華等[29] 研究亞臨界正丁烷萃取光皮梾木油時(shí),認(rèn)為制油工藝全程低溫,油脂內(nèi)含活性物質(zhì)(角鯊烯、甾醇等)以及剩余餅粕活性物質(zhì)(蛋白質(zhì))得以保留,為下一步的科研開(kāi)發(fā)提供了優(yōu)質(zhì)原料。另外,包文泉等[30] 研究長(zhǎng)柄扁桃種子油脂積累及脂肪酸轉(zhuǎn)化時(shí)發(fā)現(xiàn),油酸、亞麻酸、棕櫚油酸三者間呈顯著正相關(guān),棕櫚酸、硬脂酸和二十碳烯酸三者間同樣呈顯著正相關(guān),而油酸和亞麻酸分別與二十碳烯酸、亞油酸、硬脂酸、棕櫚酸呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明同樣的油料樹(shù)種不同品種及原料來(lái)源或原料狀況對(duì)油料組成分有影響,從而影響加工品的組成分。

        本研究的局限性在于受研究范圍限制,不同品種、采收方式、貯藏時(shí)間等因素都影響著山核桃種仁中活性物質(zhì)的含量,相關(guān)酶的活性也將受到影響。胥玲化等[28] 研究了核桃貯藏過(guò)程中功能成分角鯊烯的變化,結(jié)果顯示隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)其功能成分逐漸下降就能充分說(shuō)明問(wèn)題,后續(xù)我們將對(duì)同一產(chǎn)地不同品種或同一品種不同產(chǎn)地的山核桃油在不同加工工藝下(包括亞臨界條件和超臨界條件)開(kāi)展進(jìn)一步研究。

        參考文獻(xiàn):

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        [ 本文編校:李義華]

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