芝麻油品質評價體系的構建

邵家威,王明輝,李青,張桂香,張炳文*,魯佩杰

1(濟南大學 生物科學與技術學院,山東 濟南,250002) 2(山東省農業科學院作物研宄所,山東 濟南,250000)

芝麻(SesamumindicumLinn.),有“油麻”、“脂麻”、“胡麻”和“巨勝”等別名[1]。中華民族是最會利用芝麻生產各種美味食品的民族,其產品品種之多之佳屬全球之最[2]。中國是全球芝麻進口量最大的國家,也是消費量最多的國家[3]。

芝麻籽粒中含有0.5%～1.0%的木酚素類物質,是一種天然活性物質,其中脂溶性木酚素含量最高[4-5]。在芝麻油加工過程中,芝麻中特有的脂溶性木酚素會隨之溶出,木酚素具有保護肝臟、降低膽固醇、調節脂質代謝、穩定血壓和抗腫瘤等功效[6-9]。隨著加工技術的發展,芝麻油產品的種類也呈多樣化,例如“小磨香油”、“芝麻原油”、“精煉芝麻油”等[10-11]。然而不同加工方式會造成芝麻木酚素含量發生變化,并改變其他的質量指標。

通過市場調研發現,大多數消費者在選購芝麻油產品時關注的最主要因素是香味、口味以及品牌等,對營養功能組分缺乏認識,芝麻油被人們貼上了“調味油”的標簽。GB/T 8233—2018《芝麻油》標準中未規定芝麻油中的獨特的功能組分,如木酚素,不能科學、全面地評價芝麻油的營養品質品質。

本文綜述了不同原料芝麻、不同加工方式等對于芝麻油中的特征組分以及相關的質量指標的影響,進而對GB/T 8233—2018《芝麻油》提出建議,增加相關質量指標,建立更為科學、全面的芝麻油評價標準,為引領大眾科學選擇消費芝麻油,以及企業產品研發提供參考,提升芝麻產業的發展。

1 芝麻油的分類與加工工藝

隨著人民生活水平提高,芝麻的消費量逐年增加,截至2017年我國芝麻的消費量為141.2萬t,占全球芝麻產量的23.9%。芝麻籽粒中脂肪含量達半數以上,芝麻油是芝麻的主要加工產品。

1.1 芝麻油的定義與分類

根據2018年12月1日由國家市場監督管理總局、中國國家標準化管理委員會發布實施的GB/T 8233—2018《芝麻油》國家標準,芝麻油(sesame seed oil)被定義為“以芝麻籽為原料制取的油脂”,并作出了分類及定義,如表1所示[10]。

表1 芝麻油的分類及定義Table 1 Classification and definition of sesame oil

1.2 芝麻油的加工工藝

芝麻油因含有獨特風味而被人們喜愛,然而制取工藝以及所用芝麻種類的不同等因素,導致各種芝麻油的產品品質存在一定的差異與區別[12]。根據GB/T 8233—2018《芝麻油》對芝麻油的分類與各自的定義,對應的加工方法主要有壓榨法、水代法和浸出法。

1.2.1 壓榨法制取芝麻油

壓榨法是制油工藝中最常見的方法之一,其主要原理是借助物理壓力,將物料中的油脂擠壓溶出。壓榨法還可分為熱榨與冷榨。熱榨法是芝麻經焙炒后采用液壓榨油機或螺旋榨油壓榨提取的芝麻香油；冷榨法是芝麻或脫皮芝麻經低溫(不超過80 ℃)壓榨制取的芝麻油,因芝麻沒有進行高溫焙炒,所以這種芝麻油的香味清淡,適合做高端色拉油和烹調油。

劉玉蘭等[13]分別對冷榨法與熱榨法加工制取的芝麻油進行檢測,結果如表2所示。在同品種芝麻下冷榨芝麻油的色澤明顯淺于熱榨芝麻油,膠體雜質(磷脂)含量、酸價、過氧化值也都優于熱榨芝麻油。隨后,鐘雪玲[14]對冷榨加工芝麻油進行研究,得到最佳條件為入榨水分9%、壓榨溫度65 ℃、壓榨次數5次、榨軸轉速30 r/min,此條件下芝麻餅殘油率為14.73%。

表2 熱榨芝麻油與冷榨芝麻油分析對比表Table 2 Comparison of hot-pressed sesame oil and cold-pressed sesame oil

趙丹[15]研究了不同工藝芝麻油提取物對2BS細胞衰老以及對SD大鼠降血脂的影響,發現在同等劑量條件下,冷榨芝麻油提取物的抗衰老能力最強,對SD大鼠降血脂作用更顯著。

由此對比,可明顯看出冷榨的加工方式對芝麻中的功能活性物質的影響是最低的,而熱榨加工對芝麻進行高溫焙炒可能會對活性物質產生一定的影響,從而降低其生物活性。

1.2.2 水代法制取芝麻油

用水代法加工小磨香油,是我國特有、成熟的傳統加工方法,深受消費者歡迎。主要是利用油料中非油成分對油和水的親和力差異,并利用油水比重不同將油脂與蛋白質、糖類、纖維素、磷脂等親水成分分離[16]。其工藝特點是所制取的芝麻油香味濃郁,含磷量、酸價、色澤及過氧化值相比壓榨法均要低[17]。同時該工藝下的油脂得率低,勞動強度大,油脂含水量較高,副產物芝麻渣水分含量過高,其中蛋白質不僅品質差、難分離利用,而且實用價值很低,造成蛋白質資源的浪費[18]。

尚小磊[19]分別研究了傳統水代法、酶法和超聲波輔助水代法3種不同提取方法對芝麻油的工藝參數,優化后得到了最佳工藝參數,如表3所示。對比3種兌漿工藝,超聲波和酶輔助都提高了提油率,超聲波輔助提油率最高。

表3 3種水代法制取芝麻油參數對比Table 3 Comparison of parameters of sesame oil preparation by three water substitution methods

張朝陽[16]研究發現在傳統水代法中加入酶制劑可以提高提油率,降低殘油率。其最佳加酶量為纖維素酶200 U/g、堿性蛋白酶2 000 U/g、木瓜蛋白酶3 500 U/g、中性蛋白酶3 000 U/g,在pH 6.0、溫度50 ℃、時間3 h下芝麻的提油率高達89.55%,殘油率為6.73%。

1.2.3 浸出法制取芝麻油

目前浸出法制油是以壓榨芝麻餅或干燥芝麻渣為原料,利用溶劑萃取將其中油脂提取出來,再將浸出毛油經脫酸、脫色、脫酸、脫臭等精煉工藝得到的成品芝麻油。該工藝最大的特點是出油率高、生產水平高,適合規模化作業[20-27]。浸出法的工藝成本也較低,不過采用浸出法提取精煉后的芝麻油,香味很淡,加之大量有機溶劑存在火災爆炸、溶劑殘留等問題[27]。肖蘇堯等[22]以茶籽油為研究對象,發現在溶劑浸出法中,毛油2次蒸發脫溶是形成苯并芘主要原因,最高達2.54 μg/kg,相比于焙炒過程中26.55 μg/kg的增加量,其影響是不明顯的。

2 芝麻油中的脂肪酸指標

通過油脂中必需脂肪酸含量的豐富程度,以及油脂中脂肪酸是否具有恰當的構成比例,可以科學評價油脂營養全面性,也是油脂摻假鑒定的重要指標。

2.1 GB/T 8233—2018《芝麻油》中的脂肪酸指標

芝麻油國家標準中關于脂肪酸指標的規定如表4所示[10]。雖然國家標準中對芝麻油中含有的主要脂肪酸含量進行了明確規定,但未對其中的反式脂肪酸進行明確規定。人體攝入反式脂肪酸后,在體內代謝途徑和正常的脂肪酸相同,因此反式脂肪酸在人體內的代謝和轉化勢必會對其他必需脂肪酸等營養物質的吸收代謝產生一定的干擾,從而對人體的健康構成威脅。相關研究表明,反式脂肪酸可能會成為動脈粥樣硬化、兒童肥胖、抑郁癥、糖尿病等疾病的誘發因子[23-25]。

表4 國標中對芝麻油中脂肪酸的規定Table 4 Regulations on fatty acids in national standard for sesame oil

2.2 芝麻油中脂肪酸的相關研究

任小娜等[26]對不同種類芝麻、不同加工工藝所制取的芝麻油中脂肪酸的含量進行測定,如表5所示。

表5 不同品種芝麻以及不同加工工藝芝麻油脂肪酸含量對比Table 5 Comparison of fatty acid content in sesame oil prepared by different varieties of sesame and different processing techniques

還有研究者對熱榨芝麻油、冷榨芝麻油、精煉芝麻油、水代法芝麻油中的組成及含量進行檢測分析,其結果如表6所示。

由此可看出,針對不同品種芝麻或者不同加工工藝所制取的芝麻油中,脂肪酸的含量基本沒有差異,并且冷榨芝麻油中并未檢測到有反式脂肪酸的存在。黃穎等[27]在低溫壓榨芝麻油、微波冷榨芝麻油、傳統熱榨芝麻油3種樣品中均檢測出反式脂肪酸,且傳統熱榨油中反式脂肪酸含量最高,分別比低溫壓榨油高6倍,比微波冷榨油高2倍。相關研究表明在不同加工工藝生產的芝麻油產品中是存在反式脂肪酸的,所以關于芝麻油的國家標準中應當對反式脂肪酸含量進行規定。

表6 不同工藝所得芝麻油的脂肪酸組成及含量Table 6 Fatty acid composition and content of sesame oil prepared by different processes

在熱榨過程中,芝麻中的脂肪酸可能發生熱聚合反應產生異構化,生成反式脂肪酸。但總體上芝麻油中脂肪酸性質較為穩定,不會因加工方式的不同而改變,因此檢測芝麻油中脂肪酸含量是驗證芝麻油摻假的一項重要標準。還有學者提出純芝麻油具有最好的氧化穩定性,利用氧化穩定性的差異可以大致判斷芝麻油的摻偽情況,但此法不能單獨使用的觀點[28],進而證實了脂肪酸檢測對芝麻油摻假鑒定的重要性。

3 芝麻油相關質量指標

GB/T 8233—2018《芝麻油》規定了酸價、過氧化值等油脂的通用指標。酸價又名酸值,是脂肪中游離脂肪酸含量的標準,而酸值也是衡量油脂質量的標準之一,通常酸值越小,表明油脂質量越好,油脂新鮮度和精煉度越好。過氧化值是指油脂氧化程度的一個指標,油脂在氧化后生成氧化物、醛、酮等,一般來說油脂的過氧化值越高,酸敗越厲害。

3.1 GB/T 8233—2018《芝麻油》常見質量指標

芝麻油國家標準中一般質量指標的規定如表7所示[10]。國家標準中對芝麻油的過氧化值、酸價等做了明確規定,并且對芝麻香油(包括小磨香油)、精煉芝麻油做出等級劃分,并且一級油的酸價及過氧化值的限定值較低；但對于精煉芝麻油未作出過氧化值指標的限定,這有可能與加工工藝有關,但在相關研究報道中,精煉芝麻油的過氧化值比其他加工方式制取的芝麻油過氧化值都高。

表7 國標中對芝麻油相關質量指標規定Table 7 Regulations on quality indicators related to sesame oil in national standard

3.2 芝麻油中酸價、過氧化值的相關研究

陳劉楊[29]研究發現,螺旋榨芝麻油的酸價和過氧化值最高；水代法芝麻油的酸價、過氧化值低,并且指出隨焙炒溫度升高和焙炒時間延長,芝麻油色澤加深,酸價、生育酚和芝麻素均降低,而過氧化值、芝麻酚含量則升高,氧化穩定性變好。趙丹等[30]在實驗探究中發現,不同工藝制取的芝麻油的酸值和過氧化值有較大差異,其酸值排列順序為：熱榨芝麻油>精煉芝麻油>水代法芝麻油>冷榨芝麻油；過氧化值排列順序為精煉芝麻油>熱榨芝麻油>水代法芝麻油>冷榨芝麻油。出現酸值和過氧化值過高的主要是因為制取芝麻油前,芝麻籽經過高溫焙炒所導致,與其他研究觀點一致。

3.3 芝麻油中揮發性成分差異

尹文婷等[31]分析了小磨芝麻香油、螺旋壓榨芝麻油(成品油及其毛油)、冷榨芝麻油、芝麻原油和精煉芝麻油共6種不同加工工藝芝麻油中的揮發性物質,其結果如表8所示。

表8 不同工藝芝麻油中揮發性成分的數量和相對含量Table 8 Quantity and relative content of volatile components in sesame oil prepared by different processes

由此可知,加工工藝對芝麻油的揮發性物質組成有重要影響。冷榨芝麻油未經炒籽,其揮發性物質以醛類和酸類為主,具有較強的生芝麻味、土腥味、木屑味和青草味。精煉芝麻油中揮發性成分含量最少,只檢測到3種物質。通過感官評定后發現加工工藝也是重要的影響因素,發現芝麻原油中由于含有大量正己烷溶劑,表現出較強的機油味和刺激感。芝麻壓榨成品油、壓榨毛油和小磨芝麻香油中檢測到了豐富的吡嗪類、酚類、醛類和酮類等物質,具有較強的炒芝麻味、焦香味、留香較久且風味濃郁。相比于其他芝麻油,小磨芝麻香油風味最純正、醇厚,口感最綿柔。

4 芝麻油中的特征組分-芝麻木酚素類成分

芝麻中的木酚素類物質(木脂素類物質)是芝麻籽粒中存在的獨特功能組分,是芝麻中特有的一類內源性抗氧化物質,分為脂溶性木酚素與水溶性木酚素。脂溶性木酚素是芝麻中的主要生理活性物質,主要包括芝麻素和芝麻林素,存在于芝麻籽中；水溶性木酚素是葡萄糖苷化的木酚素,該物質和1～3個葡萄糖相連,形成極性較強的糖苷而易溶于水,主要存在于脫脂的芝麻粕中。芝麻在加工制油過程中,其中的脂溶性木酚素(芝麻素、芝麻林素)會隨芝麻油的溶出而溶出,因而芝麻中大量的芝麻素和芝麻林素都存在于芝麻油中。

4.1 芝麻木酚素的生理活性研究

研究人員發現芝麻木酚素具有強抗氧化能力,可以顯著增強豬油的氧化穩定性；有研究者將芝麻木酚素加入到葵花籽油、大豆油中,發現加入此物質后,葵花籽油、大豆油變得更加穩定。劉玉蘭等[13]分別對芝麻油進行氧化誘導實驗,均發現需要較長的時間才能使芝麻油氧化酸敗,也可說明芝麻油的穩定性較好,貨架期以及保質時間長。

汪學德[4]利用D-半乳糖導致衰老小鼠模型,用芝麻木酚素提取物進行人工灌胃干預,然后測定小鼠的MDA、SOD、GSH-Px酶活力的變化來體現提取物在小鼠體內的抗氧化功效。結果發現,芝麻木酚素提取物對小鼠中的MDA、SOD、GSH-Px酶活力具有顯著降低且抑制的作用,不同的酶對于芝麻木酚素的劑量需求有所不同,但總體上均呈現劑量效應。

胡曉恒等[33]發現芝麻木酚素能夠通過抑制氧化應激反應、減輕血管內皮損傷的機制來降低腎型高血壓大鼠的血壓水平。王宇等[34]隨機選取腎型高血壓大鼠模型,利用芝麻木酚素提取物對其進行干預,發現NO含量、SOD活性顯著上升,大鼠血壓和心率得到改善,并給出可能是通過升高血清NO,繼而降低內皮素含量,增強抗氧化作用的結論。

4.2 芝麻油中木酚素(芝麻素、芝麻林素)的差異性相關研究

TASHIRO等[34]研究發現芝麻油中的芝麻素含量在0.07%～0.61%之間,平均值為0.36%。芝麻素含量最低的是含油率44.5%的黑籽樣品,而芝麻素含量最高的為含油率高達55.1%的白籽樣品。不僅不同品種芝麻粒中的芝麻素含量具有較大差異,就連同一株上芝麻粒也存在差異,生長在底部的芝麻粒中所含的芝麻素含量最低,與其相反,接近于上部的芝麻素含量最高。

趙丹等[32]對不同加工工藝所得芝麻油的芝麻素和芝麻林素含量進行研究,發現冷榨芝麻油中芝麻素、芝麻林素含量分別是熱榨芝麻油的1.45和1.54倍,是水代法芝麻油的1.46和1.71倍,是精煉芝麻油的1.20和1.68倍。黃穎等[27]也發現低溫壓榨芝麻油中芝麻素、芝麻林素含量分別是熱榨油的1.91和1.77倍,是微波油的1.50和1.35倍。

彭金磚[20]對冷榨法、熱榨法、水代法3種方法制取的芝麻油中的芝麻木酚素進行了研究,發現3種樣品中芝麻素和芝麻林素質量分數分別為52.66%,22.13%(水代)；52.87%,23.02%(熱榨)；54.46%,25.62%(冷榨)。同時利用衰老小鼠模型研究發現,在以芝麻素為標準的相同劑量下,冷榨芝麻油中提取的木酚素表現出最好的體內抗氧化性,熱榨油中提取的木酚素其次,水代法芝麻油中提取的木酚素抗氧化性能最差。

由此可看出,冷榨法制取的芝麻油中芝麻素、芝麻林素的含量以及體內抗氧化活性都較高于熱榨和水代法制取的芝麻油,可能是由于水代法和熱榨法加工方式一定程度上破壞了芝麻中活性成分木酚素,降低了體內抗氧化活性,可見冷榨法能較好的保留芝麻油的功能價值。

5 芝麻油中相關潛在的有害物質

苯并芘是一種常見的高活性間接致癌物和突變原[36-39]。在芝麻油制取過程中,往往會因為工藝問題會在芝麻油中產生苯并芘。

趙丹等[32]研究發現,熱榨芝麻油、水代法芝麻油、精煉芝麻油、冷榨芝麻油中的苯并芘質量分數分別為1.76、1.18、1.74和0.60 μg/g。因此芝麻油中的苯并芘大多數是在高溫被炒過程中產生。王廣會[36]研究發現在壓榨法生產工藝中,苯并芘含量均較低,且在整個生產過程中無明顯變化；在浸出法生產工藝中,苯并芘含量較高,主要來自于芝麻餅中；在精煉工藝過程中,雖然經過了脫酸、脫色、脫膠、脫臭等工序,但苯并芘含量幾乎沒有降低,致使成品芝麻油中苯并芘含量依然較高。

劉兵戈[40]對23個市售芝麻油樣品苯并芘含量的進行調查,發現4.4%的樣品超出我國國家標準規定,56.5%的樣品超出歐盟要求,產品整體質量較差。但從中發現冷榨法制得的芝麻油中苯并芘含量較水代法、熱榨法和浸出法低,且大企業制得的芝麻油中苯并芘含量普遍較中小企業低。由此可看出采用先進生產工藝和精細設備對苯并芘的產生有一定影響,低溫、規模化、精細化生產能得到更為安全的芝麻油產品。

6 芝麻油品質評價體系的構建設想

隨著生活水平的提高,人們對油脂的功能和營養的認知不斷加深,已經從過去脂肪酸營養轉變到更多關注一些功能性物質的存在。因此,在芝麻油評價體系中,除常規油脂質量指標外,在國家標準中增添更多的營養性、安全性指標,進而提高消費者對芝麻油產品的了解和選擇。

6.1 品質評價中增加芝麻油特征組分的要求

芝麻素和芝麻林素是芝麻中典型的特征性脂溶性木酚素,在制油加工過程中,大量的芝麻素和芝麻林素都隨著油脂一起溶出。通過大量的研究報道,發現不同芝麻品種、不同加工工藝所制得的芝麻油產品中芝麻素和芝麻林素的含量存在較大的差異。高溫焙炒是芝麻香油(包括小磨香油)中一道重要加工工序,雖然會使芝麻中的蛋白質發生美拉德反應,使芝麻油具有濃郁的香味,但過高的溫度會對芝麻素和芝麻林素造成破壞大量減少,進而芝麻油的功能價值就大大降低。另外芝麻油比一般食用油脂的貨架期長,也與芝麻素和芝麻林素有關。因此在芝麻油的品質評價體系中應增加芝麻素和芝麻林素的含量限定,通過芝麻油中功能組分的含量并結合其他質量指標,對芝麻油進行等級劃分,進一步提高消費者對功能物質的認知度,規范芝麻油市場。

6.2 不同類別的芝麻油增加關于苯并芘組分的限量要求

針對現存GB/T 8233—2018《芝麻油》中,芝麻油的主要為芝麻香油和精煉芝麻油,兩者在生產過程中都會存在高溫焙炒工序,同時浸出法還會利用化學有機試劑對芝麻中油脂進行浸出。大量研究表明,在不同工藝對芝麻進行制油過程中,都會產生一定量的苯并芘；通過高溫焙炒后生產的芝麻油中苯并芘的含量相比未高溫焙炒芝麻油中的苯并芘高出一倍有余；另外在浸出法加工工藝中,除芝麻餅自身產生的苯并芘之外,頻繁與化學試劑接觸,也會導致化學殘留,并且在后續脫膠、脫酸、脫臭等工序中,苯并芘的含量也不會降低。因此在芝麻油的品質評價體系中應增加對間接致癌物苯并芘的含量限定,通過大量研究可將其綜合上限量定為1.8 μg/g,并對所有等級芝麻油中苯并芘的上限量進行限定,進而規范芝麻油生產加工,提高消費者安全意識。

6.3 芝麻油標準中增加冷榨芝麻油類別的要求

精準適度加工是一種先進合理的加工方式[41]。在芝麻油生產中,類似于熱榨、浸出加工方式不僅會對芝麻中特征組分造成破壞,并且還會產生有害成分,降低芝麻油的品質,這種“過度加工”的方式是不可取的。

冷榨工藝是目前芝麻油生產中新興加工工藝,其不僅不會對其中的芝麻素和芝麻林素等特征組分造成破壞,同時其有害成分的產生也較其他加工工藝減少較多,因此冷榨芝麻油可以作為一種高端食用烹調油投入市場。

在芝麻油現存國家標準中增加“冷榨芝麻油”這一種類,可以豐富芝麻油市場,轉換消費者對芝麻油只可用于“調味”的傳統概念,提升芝麻油的競爭力。