熱處理對辣木籽油穩定性的影響

羅國柳,孫燕,鐘金鋒,劉雄,覃小麗

(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)

辣木別名鼓槌樹,是一種原產于印度的喜光照、喜溫熱的熱帶作物,在我國云南、四川、福建等地已大規模種植。辣木的葉、莖、皮、花、籽和根等均可食用,其中辣木籽內含有35.0%～40.0%的油脂[1],該油脂在室溫下呈現金黃色,能散發出類似于花生的宜人堅果味,具有良好的感官品質[2]。同時該油脂中含50.2%～56.5%的油酸[3],還含有生育酚、多酚等活性成分,具有良好的氧化穩定性[4]。目前,辣木籽油的研究主要集中在油脂提取工藝的優化[5-8]、功能性成分的分析[9]和氧化穩定[10]方面,關于辣木籽油在食品加工應用方面的報道還較少。因此,不斷探索和積累加工處理對辣木籽油理化性質的影響,對充分認識和開發該新資源油脂具有重要意義。

在熱處理過程中,食用油會發生氧化、水解和聚合等反應,其營養成分會發生改變甚至產生對人體危害的物質。因此,在典型的食品熱加工過程中選擇穩定性強的油脂,對維持該食品的良好品質尤其重要。ANWAR等[11]分別將辣木籽油與葵花籽油和大豆油混合后置于180 ℃下加熱6 h,持續7 d,混合油的總極性組分含量降低,這說明辣木籽油在加熱過程中的穩定性高于對照組(葵花籽油、大豆油)。OGUNSINA等[12]比較了冷榨辣木籽油與精制花生油在煎炸中的穩定性,發現煎炸后辣木籽油的游離脂肪酸(28%)和過氧化值(10 meq O2/kg)的增加值均低于精制花生油(48%,22 meq O2/kg),表明辣木籽油具有良好的熱穩定性。然而,上述研究中熱處理對辣木籽油穩定性的評價指標較單一,缺乏對其熱加工中主要抗氧化成分變化的探索。目前,棕櫚油因其熱穩定性好和價格合適等特點,已作為食品煎炸油得到較好的推廣應用,開展辣木籽油與棕櫚油熱穩定性的比較研究,有利于綜合評價辣木籽油的熱穩定性。

因此,本文以棕櫚油作為參照,以水酶法提取的辣木籽油為原料,研究不同加熱溫度(150、180、200 ℃)和加熱時間(30、60、90、120 min)下這2種油脂氧化產物、酸價和生育酚含量的變化情況,以及利用紅外光譜、差示掃描量熱(differential scanning calorimetry, DSC)分析和熱重分析探究2種油脂的官能團、結晶和熔融以及質量損失變化情況。此外,通過色澤測定觀察其外觀特性的變化情況,以此為拓展辣木籽油在食品領域的應用范圍提供一定借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣木籽,云滇養生堂;棕櫚油,重慶市北碚區天生路永輝超市;37種脂肪酸甲酯混合標準品(47885-U),中國Sigma-Aldrich公司;中性蛋白酶Neutrase 0.8 L,丹麥諾維信公司;乙醚、正己烷、甲醇、氫氧化鉀、氫氧化鈉、鹽酸等試劑(均屬于分析純),成都市科龍化工試劑廠。

1.2 設備與儀器

LC-20A型高效液相色譜儀,日本島津科技有限公司;Spectrun 100型傅里葉紅外光譜儀,美國PerkinElmer公司;DSC 4000型差示掃描量熱儀,上海鉑金埃爾默儀器有限公司;TGA 550型熱重分析儀,美國TA公司;UltraScan PRO型測色儀,美國Hunter Lab公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 辣木籽油的提取方法

辣木籽油提取方法參照孫燕等[13]超聲預處理提取辣木籽油的方法。取辣木籽脫殼,粉碎后過60～80目篩,按液料質量比6∶1加入超純水。96 ℃水浴加熱10 min,冷卻至室溫。經超聲預處理(40 W,20 min)后用1.00 mol/L鹽酸溶液調節pH值至6.0。樣品中加入中性蛋白酶(1.5×105μg/100 g辣木籽粉),在45 ℃下進行酶解反應。酶解后于95 ℃水浴滅酶30 min,高速離心(6 211×g,20 min)后分離并收集上層清油,即得到辣木籽油。

1.3.2 油脂熱處理實驗

以室溫下的辣木籽油和棕櫚油為對照,分別將等量的辣木籽油和棕櫚油在不同的溫度(150、180、200 ℃)下加熱30 min,研究加熱溫度對油脂穩定性的影響;此外,將等量的辣木籽油和棕櫚油在180 ℃下加熱不同的時間(30、60、90、120 min),考察加熱時間對油脂穩定性的影響。所有樣品均充入氮氣貯存于-80 ℃冰箱,待檢測分析。

1.3.3 過氧化值測定

采用過氧化值評價油脂的初級氧化產物(主要為氫過氧化物),具體方法參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》進行。

1.3.4 茴香胺值測定

采用茴香胺值評價油脂的次級氧化產物,具體操作參照GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》,根據公式(1)計算辣木籽油和棕櫚油的茴香胺(anisidine value,AV)值:

(1)

式中:V,溶解試樣的體積,mL;m,樣品的質量,g;Q,測定溶液中樣品質量濃度,g/mL;A0,空白溶液吸光度;A1,反應溶液吸光度;A2,未反應溶液吸光度。

1.3.5 總氧化值測定

總氧化值(total oxidation, TOTOX)的測定按照公式(2)計算[14]:

TOTOX=2×PV+AV

(2)

式中:PV,油脂的過氧化值,meq/kg;AV,油脂的茴香胺值。

1.3.6 酸價測定

酸價的測定參考GB 5009.229—2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》的方法進行操作。

1.3.7 生育酚含量測定

樣品前處理:稱取0.3 g油樣(精度0.001 g)于10 mL棕色容量瓶中,加入流動相漩渦振蕩溶解后,用流動相定容至刻度,搖勻。過孔徑為0.45 μm的有機系濾頭于棕色進樣瓶中,待進樣。

標準溶液配制:參照GB 5009.82—2016《食品安全國家標準 食品中維生素A、D、E的測定》配制不同濃度的生育酚標準溶液。置于-18 ℃下避光保存,待進樣。

色譜條件:色譜柱為Si 60硅膠柱(250 mm×4.6 mm×5 μm);流動相為正己烷+1,4-二氧六環(95∶5,體積比);柱溫30 ℃;流速1.0 mL/min;進樣量10 μL;熒光檢測波長為激發波長294 nm,發射波長328 nm。

1.3.8 紅外光吸收頻率測定

使用Spectrun 100型傅里葉紅外光譜儀對辣木籽油和棕櫚油進行分析。取適量干燥KBr于瑪瑙研缽中研磨后置于固體壓片磨具,以此制備均勻透明錠片。在其表面滴一滴油樣并涂抹均勻,裝進測試架后放入紅外檢測儀中測定。儀器設定波數范圍在4 000～400 cm-1內,分辨率4 cm-1下掃描16次獲得。

1.3.9 DCS熔化結晶曲線測定

使用DSC 4000型DSC對熱處理前的辣木籽油和棕櫚油進行熱性能分析。放置10 mg樣品于封閉鋁坩堝中,空鋁坩堝為空白對照,設置程序為:將樣品加熱到60 ℃并保持5 min,以5 ℃/min速率依次測定60～-50 ℃的結晶曲線和-50～60 ℃的熔化曲線,期間平衡5 min。環境氛圍為N2。

1.3.10 熱重分析曲線測定

使用TGA 550型熱重分析儀對熱處理前的辣木籽油和棕櫚油進行測定。分別稱取10 mg樣品于坩堝中,設定加熱速率為10 ℃/min,N2氣流為20 mL/min,600 ℃內測定[15]。

1.3.11 色澤測定

使用UltraScan PRO型測色儀對裝入1 cm石英比色皿中的樣品進行顏色測定,以白板為色差測定參比,依次讀取a*值和b*值,平行測量8次,取平均值。a*值表示從負到正(綠色到紅色)的變化,b*值表示從負到正(從藍色到黃色)的變化。

1.4 數據處理

各試驗重復2次,各樣品的指標至少進行3次平行測定,以平均值±標準偏差表示結果。使用SPSS 18.0軟件對數據進行單因素方差分析(P<0.05時判斷組間存在差異),之后采用S-N-K檢驗(假設方差相等)或DunnettT3檢驗(變量論證后不假設方差相等)。

2 結果與分析

2.1 辣木籽油和棕櫚油DSC分析結晶和熔融曲線

如圖1-A所示,辣木籽油和棕櫚油的DSC分析結晶曲線均主要表現為2個峰,但峰的位置和強度存在差異。辣木籽油和棕櫚油的第一個峰分別出現在1.6 ℃和-11.3 ℃,該處峰代表飽和甘油三酯結晶。兩種油脂分別在-43.5 ℃和-27.9 ℃時出現第二個峰,該峰的出現是因為油脂中大量不飽和甘油三酯結晶[8]。肖新生等[16]報道,DSC分析結晶曲線的峰高度正比于結晶速率。因此,由圖1-A可知,辣木籽油中不飽和甘油三酯的結晶速率快于棕櫚油。圖1-B是辣木籽油和棕櫚油的DSC分析熔融曲線。由圖1-B 可知,與棕櫚油(-1.0 ℃)相比,辣木籽油(-1.8 ℃)在較低溫度下呈現一個較深的峰,在該峰辣木籽油中大多數甘油三酯呈液態。此外,辣木籽油還有3個吸熱變化不明顯的肩峰,溫度從低到高依次為-14.5、9.5、18.5 ℃,肩峰的出現可能是由于辣木籽油中不穩定的甘油三酯熔融-重結晶所導致的[17]。

A-DSC分析結晶曲線;B-熔融曲線圖1 辣木籽油和棕櫚油的DSC分析結晶和熔融曲線Fig.1 DSC crystallization and melting curves of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.2 熱處理對辣木籽油和棕櫚油過氧化值、茴香胺值和總氧化值的影響

過氧化值、茴香胺值和總氧化值都是衡量油脂氧化穩定性的重要指標。辣木籽油和棕櫚油的過氧化值、茴香胺值和總氧化值隨加熱溫度和加熱時間的變化如圖2所示。隨著加熱溫度的升高,辣木籽油的過氧化值和茴香胺值均呈現逐步上升趨勢(圖2-A和圖2-C)。當加熱溫度從150 ℃升高到200 ℃時,辣木籽油的過氧化值和茴香胺值分別增加了73.3%和82.9%;棕櫚油的過氧化值降低了61.4%,而茴香胺值增加了1.8倍。這是由于高溫使棕櫚油生成的氫過氧化物進一步氧化而生成了醛類和酮類等羰基化合物[18]。此外,200 ℃時,辣木籽油的總氧化值較未加熱時升高了2.1 meq/kg,顯著低于棕櫚油的(12.0 meq/kg),這可能是因為辣木籽油中油酸和飽和脂肪酸占總脂肪酸的比例更高[8]以及生育酚含量更高且在熱處理過程中損失較少。

A-加熱溫度-過氧化值;B-加熱時間-過氧化值;C-加熱溫度-茴香胺值、總氧化值;D-加熱時間-茴香胺值、總氧化值圖2 加熱溫度和加熱時間對辣木籽油和棕櫚油氧化穩定性的影響Fig.2 Effect of heating temperature and heating time on peroxide value of Moringa oleifera seed oil and palm oil注:小寫字母不同表示差異顯著(P< 0.05)(下同)

辣木籽油和棕櫚油的茴香胺值和總氧化值隨加熱時間延長的總體變化趨勢(圖2-D)與升溫處理(圖2-C)相似。當加熱時間從30 min延長至120 min時,辣木籽油的過氧化值由0.4 meq/kg下降至0.1 meq/kg(圖2-B),說明加熱時間對辣木籽油中氫過氧化物生成次級氧化產物的作用效果強于加熱溫度[19]。由上述分析可知,與棕櫚油比較,辣木籽油在熱處理過程中具有更高的穩定性。

2.3 熱處理對辣木籽油和棕櫚油酸價的影響

酸價反映油脂中游離脂肪酸含量,也是評價油脂變質情況的一個重要指標。如圖3-A和3-B所示,辣木籽油的初始酸價明顯高于棕櫚酸,這可能是因為實驗用的棕櫚油是經過精煉處理的商品化油,而辣木籽油是經水酶法提取后未作精煉處理的油,從而殘留了更多的游離脂肪酸。但辣木籽油的酸價仍低于5 mg/g,符合國家食用植物油衛生標準GB 2716—2018《食品安全國家標準 植物油》的限定范圍。辣木籽油和棕櫚油的酸價隨加熱溫度的升高和加熱時間的延長均呈逐步上升趨勢。200 ℃時,辣木籽油和棕櫚油的酸價分別為各自初始酸價的1.1倍和1.3倍(圖3-A)。由圖3-B可知,當加熱時間從0 min延長至120 min時,辣木籽油的酸價增加了23.8%,顯著低于棕櫚油的(52.6%),表明辣木籽油在熱處理過程中更不易發生水解反應,具有更高的穩定性。

A-加熱溫度;B-加熱時間圖3 加熱溫度和加熱時間對辣木籽油和棕櫚油酸價的影響Fig.3 Effect of heating temperature and heating time on acid value of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.4 熱處理對辣木籽油和棕櫚油紅外光譜圖的影響

A-棕櫚油在不同溫度下加熱30 min;B-棕櫚油在180 ℃下加熱不同時間;C-辣木籽油在不同溫度下加熱30 min;D-辣木籽油在180 ℃下加熱不同時間圖4 不同加熱溫度和加熱時間辣木籽油和棕櫚油的紅外光譜圖Fig.4 Fourier infrared spectrum of Moringa oleifera seed oil and palm oil with heating temperature and heating time

2.5 熱處理對辣木籽油和棕櫚油成分熱降解損失率的影響

加熱過程中辣木籽油和棕櫚油的熱重分析曲線如圖5所示。辣木籽油和棕櫚油的質量損失分為3個階段,第一階段分別是30.0～195.5 ℃和30.0～221.9 ℃,該階段辣木籽油和棕櫚油的失重均低于1.0%,這可能與油脂中游離水分的蒸發有關[15];第二階段的質量損失分別發生在195.5～342.5 ℃和221.9～326.6 ℃,辣木籽油和棕櫚油的失重分別為7.7%和4.9%,這可能是由于高溫導致了部分穩定性較差的脂肪酸緩慢分解[22];辣木籽油和棕櫚油第三階段的質量損失可能與油脂中甘油三酯的氧化分解有關[23]。由圖5可知,第三階段辣木籽油質量損失的起始溫度為342.5 ℃,比棕櫚油(326.6 ℃)高15.9 ℃,且該階段內的質量損失(91.5%)比棕櫚油(94.6%)低3.1%,這可能是因為辣木籽油中生育酚含量更高(辣木籽油生育酚含量263.6 μg/g,棕櫚油生育酚含量254.1 μg/g),從而延緩了甘油三酯的氧化分解[24]。綜上所述,辣木籽油較棕櫚油在高溫下的穩定性更加良好,但在熱加工應用中應控制溫度在195.5 ℃內。

圖5 辣木籽油和棕櫚油的熱重分析曲線Fig.5 Thermo gravimetric analysis curves of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.6 熱處理對辣木籽油和棕櫚油生育酚含量的影響

生育酚作為自由基清除劑,其含量對于植物油的氧化穩定性至關重要。因此,本環節研究辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚和γ-生育酚的含量在熱處理下的變化規律。由圖6-A和圖6-C可知,加熱前,辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚含量沒有顯著差異,但辣木籽油中γ-生育酚的含量為14.5 μg/g,約為棕櫚油(7.2 μg/g)的2.0倍。隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長,辣木籽油和棕櫚油中α-生育酚和γ-生育酚的含量均呈現降低趨勢。200 ℃時,辣木籽油α-生育酚和γ-生育酚的保留率分別為棕櫚油相對應生育酚保留率的1.2倍和1.1倍(圖6-A和圖6-C)。圖6-B顯示,120 min時,辣木籽油中α-生育酚的保留率(70.0%)比棕櫚油(57.6%)高12.4%。由此可見,熱處理過程中辣木籽油生育酚的保留率高于棕櫚油,這可能更有利于延緩高溫下辣木籽油的氧化變質(圖2)和降解(圖5)。

A-加熱溫度-α-生育酚含量;B-加熱時間-α-生育酚含量;C-加熱溫度-γ-生育酚含量;D-加熱時間-γ-生育酚含量圖6 加熱溫度和加熱時間對辣木籽油和棕櫚油α-生育酚含量和γ-生育酚含量的影響Fig.6 Effect of heating temperature and heating time on the content of α-tocopherol and γ-tocopherol of Moringa oleifera seed oil and palm oil

2.7 熱處理對辣木籽油和棕櫚油色澤的影響

不同加熱溫度和加熱時間下的辣木籽油和棕櫚油色澤變化如圖7所示。由圖7-A和圖7-B可知,隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長,辣木籽油和棕櫚油的a*值均呈現先下降后上升的趨勢。180 ℃時,辣木籽油和棕櫚油的a*值分別降低了21.8%和2.0%;200 ℃時,辣木籽油和棕櫚油的a*值分別升高了8.4%和7.3%(圖7-A),說明辣木籽油和棕櫚油的綠色先變深后變淺,且前者的變化程度大于后者。當加熱時間由0 min增加至120 min時,辣木籽油a*值的變化量是棕櫚油的1.1倍(圖7-B)。圖7-C和圖7-D顯示,熱處理過程中辣木籽油的b*值逐漸降低,而棕櫚油的b*值始終維持在21.1左右,說明辣木籽油的黃色逐漸變淺,而棕櫚油的黃色無顯著變化。綜上所述,辣木籽油色澤受熱處理的影響大于棕櫚油。

A-a*-加熱溫度;B-a*-加熱時間;C-b*-加熱溫度;D-b*-加熱時間圖7 不同加熱溫度和加熱時間辣木籽油和棕櫚油色澤a*和b*的變化Fig.7 Effect of heating temperature and heating time on a* and b* of Moringa oleifera seed oil and palm oil

3 結論

本文對比考察了辣木籽油和棕櫚油的熱穩定性及其變化規律。發現在考察溫度(150～200 ℃)和考察時間(30～120 min)范圍內,辣木籽油和棕櫚油的過氧化值、茴香胺值和總氧化值總體均呈增長趨勢。辣木籽油中γ-生育酚的含量(14.5 μg/g)為棕櫚油(7.2 μg/g)的2.1倍,200 ℃時,該生育酚的保留率為棕櫚油的1.1倍。辣木籽油a*值和b*值受熱處理的影響大于棕櫚油。本結果可為辣木籽油高溫下穩定性變化的進一步研究提供理論依據,并為辣木籽油在食品加工中的應用提供理論參考。