熱處理對亞麻籽粕關鍵品質及營養組分的影響

王曉彤， 楊 波， 楊 光， 周盛敏

（1. 上海理工大學 醫療器械與食品學院，上海 200093；2. 豐益(上海)生物技術研發中心有限公司，上海 200137）

亞麻為一年生草本植物，原產于中亞和地中海地區，目前有50 多個國家種植[1]。 2012—2017 年中國亞麻籽產量年均38~40 萬噸[2]。 亞麻籽中含有質量分數34%~47%的脂肪、20%~35%的膳食纖維[3]、10%~31%的蛋白質[4]。 亞麻籽中木酚素（SDG）是極性化合物，大多存在于亞麻籽殼或其餅粕中[5]，亞麻中SDG 含量遠高于芝麻和豆類[6]，具有降低膽固醇、抗氧化、抗癌和調節激素平衡等功能。 此外亞麻籽中還含有多酚、黃酮等生物活性物質[7]。 亞麻籽粕是亞麻籽經過加工后完全或部分脫脂的副產物，蛋白質及一些活性物質大多留在亞麻籽粕中，因此含有眾多有益成分的亞麻籽粕值得被高值化利用。 但是我國亞麻籽主要用于制油，產生的大量亞麻籽粕多用作飼料、肥料或者丟棄，未得到很好的開發利用，造成資源浪費。

熱處理是芝麻、花生和豆類等油料作物加工的重要步驟，可導致物理結構、化學結構和風味變化。經過預熱處理可改善油脂及其餅粕的風味，有利于蛋白質變性及多酚類物質的增加[8-9]。 溫賀等分析冷榨與熱榨紫蘇粕營養成分時發現，熱榨紫蘇粕比冷榨紫蘇粕蛋白質及灰分高，粗脂肪、氨基酸含量比冷榨紫蘇粕低[10]。Babiker 等研究焙烤對大麻籽抗氧化性能和多酚影響時發現，加熱溫度在160 ℃內可提高大麻籽的蛋白質含量和出油率，且經過熱處理增加了其總酚、總黃酮含量[11]。李翠翠等研究炒籽溫度對葵花籽醬揮發性風味成分的影響中發現，未焙炒樣品主要風味成分為正己醇和乙酸，140 ℃焙炒的樣品中主要含醛類物質， 具有油脂味，170 ℃和200℃焙炒的樣品主要含吡嗪類物質，具有焙烤風味[12]。

目前大多數研究都關注加工工藝對亞麻油品質的影響[13-14]，對亞麻籽粕關注的較少。 因此，作者主要研究熱處理對亞麻籽粕品質的影響，了解加工過程中亞麻籽粕營養成分、熱特性及揮發性物質的變化，為提升亞麻籽粕的附加值，拓展其在食品領域的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

亞麻籽（哈薩克斯坦）：由豐益（上海）生物技術研發中心有限公司提供；石油醚（沸點30~60 ℃）、硫酸鉀、五水硫酸銅、碳酸鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉、正己烷、氫氧化鈉、無水乙醇、福林酚、沒食子酸標準品（純度≥90%）、蘆丁（純度95%）、氨基酸混合標準溶液：上海國藥集團化學試劑有限公司產品；木酚素標準品（純度＞99%）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司產品。

Gene café 小型家用咖啡烘焙機：廣東大正咖啡集團有限公司產品；FX7 螺旋壓榨機： 廣州旭眾食品機械有限公司產品；DIN EN 研磨機：艾卡（廣州）儀器設備有限公司產品；ANKOM XT4 全自動脂肪提取儀：美國ANKOM 公司產品；FOSS Kjeltec 8400型自動凱氏定氮儀：上海展儀儀器設備有限公司產品；LA8080 氨基酸分析儀： 日立高新技術公司產品；Agilent 1200 型 液 相 色 譜 儀、Agilent 7890B-5977MSD 氣質聯用儀：美國安捷倫科技有限公司產品；UV-1800 紫外-可見分光光度計：日本島津公司產品；Q2000 差式掃描量熱儀：美國TA 公司產品。

1.2 方法

1.2.1 熱處理及亞麻籽粕制備方法 稱取經過挑選的亞麻籽250 g，將其置于滾筒咖啡機中，分別在90、120、150、180 ℃下翻炒30 min，取出備用。 亞麻籽粕的制取：利用壓榨機榨取未加熱及加熱后的亞麻籽，所得物質即為亞麻籽粕。 實驗以未進行熱處理的冷榨亞麻籽粕為對照。

1.2.2 基本營養成分的測定 水分測定： 參照GB 5009.3—2016 中直接干燥法測定[15]；脂肪測定：參照GB 5009.6—2016 中索氏抽提法測定[16]；蛋白質測定：參照GB 5009.5—2016 中凱氏定氮法測定[17]；膳食纖維測定：參考GB 5009.88—2014 方法中的酶質量法測定[18]。

1.2.3 游離氨基酸的測定 分別稱取20 g 樣品于燒杯中，按1 g∶4 mL 添加正己烷并攪拌2 h 后進行抽濾， 重復提取1 次， 待濾渣中溶劑揮發完全，備用。參考GB/T 18246—2019 中的方法測定氨基酸[19]。色譜條件：色譜柱ZORBAX Eclipse XDB-C18（60 mm×4.6 mm）；反應溫度：150 ℃；流量：0.4 mL/min；流動相：檸檬酸鋰緩沖溶液；衍生試劑：茚三酮；進樣量：20 μL；外標法定量。

1.2.4 游離糖的測定 稱取100 mg 樣品，加30 mL水，超聲15 min 后離心并轉入容量瓶中，加入1 mL 0.01 g/mL 檸檬酸水溶液，定容至100 mL。 固相萃取柱依次用5 mL 甲醇和10 mL 水活化，樣品液潤洗，待溶液留至與硅膠面齊平后， 再加入樣品溶液10 mL，收集后上機。 色譜條件：色譜柱Carbohydrate1（150 mm×4.6 mm）；流動相：氫氧化鈉-醋酸鈉水溶液；流量：1 mL/min；柱溫：30 ℃；進樣量：20 μL；外標法定量。

1.2.5 SDG 的測定 參考付亞琦的方法[20]略微修改。稱取1.00 g 樣品于50 mL 離心管中，加入15 mL 體積分數60%乙醇，超聲15 min，6 000 r/min 離心5 min，轉移上清液并重復提取3 次，體積分數60%乙醇定容至50 mL， 取1.00 mL 提取液到15 mL 離心管，加50 μL 0.2 mol/L 氫氧化鈉溶液，60 ℃反應20 min，離心5 min，有機相膜過濾并上機。 SDG 標準曲線：y=6.746 5x+1.052 8，r2=0.999 95， 線性范圍為1~500 μg/g。 色譜柱：ZORBAX Eclipse Plus-C18（4.6 mm×250 mm×5 μm）； 流量：0.7 mL/min； 柱溫箱：25 ℃；檢測波長：280 nm；流動相：分別為體積分數1%的甲酸溶液和體積分數1%的甲醇溶液；進樣體積：10 μL；外標法定量。

1.2.6 總酚及總黃酮的測定 參考劉仙俊等的方法[21]稍微修改。提取液制備：準確稱取1.00 g 樣品于離心管中，加入10 mL 體積分數70%的乙醇超聲提取2 h，5 000 r/min 離心5 min，收集上清液，重復上述操作提取1 h， 合并兩次提取的上清液定容至25 mL，備用。 總酚標準曲線為：y=114.74x+0.024 4，r2=0.999 8，線性范圍為1~6 μg/mL。 總黃酮標準曲線為：y=11.11x-0.003 2，r2=0.999 5， 線性范圍為8~80 μg/mL。

1.2.7 熱特性測定 稱取樣品3~5 mg，按質量比1︰2加超純水，置于DSC 坩堝中，壓蓋密封。掃描溫度范圍為15~140 ℃，升溫速率為5 ℃/min。

1.2.8 揮發性成分測定 參考曾著莉等的方法進行揮發性成分測定[22]。 色譜條件：色譜柱為HP-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：高純氦氣；流量1.0 mL/min；進樣溫度：250 ℃，不分流；進樣量：1 μL；離子源溫度：240 ℃； 電子能量：70 eV。 通過比較NIST14.L 譜庫的質譜數據， 只記錄匹配度≥800 的結果。

1.2.9 數據統計分析 揮發性成分測定實驗設2組重復，其余均設3 組重復。采用SPSS 25 軟件進行統計學分析。 采用Origin 2021 軟件繪圖，數據結果均以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 熱處理對亞麻籽粕中基本營養成分的影響

亞麻籽粕營養豐富、全面，能夠改善血糖上升水平、肥胖和其他慢性疾病，因此在食品中應用具有很大潛力。 亞麻籽粕的基本營養成分也因品種、生長環境和加工工藝的不同而有所不同。

由圖1 可知，隨著熱處理溫度的增加，亞麻籽粕中水分逐步降低，溫度升高有利于水分從亞麻籽粕中揮發，從而降低水分質量分數。 脂肪質量分數也隨著溫度升高逐步降低，與對照（冷榨亞麻籽粕）相比，經180 ℃處理的亞麻籽粕中脂肪質量分數從23.2%下降到17.3%，這是因為高溫會對細胞壁結構造成不同程度的破壞，使細胞間距變大、細胞壁變薄，壓榨過程中更多的油脂從細胞中擠出，從而降低亞麻籽粕中的殘油[23]。 亞麻籽粕中蛋白質的質量分數隨著溫度的升高而逐步增加，這是因為亞麻籽粕中脂肪和水的質量分數減少，從而使蛋白質的質量分數得到提高。

圖1 熱處理對亞麻籽粕中基本營養成分的影響Fig. 1 Effect of heat treatment on basic nutrients in flaxseed meal

2.2 熱處理對亞麻籽粕中膳食纖維的影響

由圖2 可知，經超過90 ℃處理后，不溶性膳食纖維質量分數呈下降趨勢，可溶性膳食纖維質量分數隨著溫度的上升逐漸呈上升趨勢， 與對照相比（質量分數11.33%），150 ℃處理的亞麻籽粕增加了36.92%，180 ℃處理的樣品增加了83.83%， 這是因為在焙炒及壓榨過程中，物料受到高溫作用，以及強烈的剪切力和高壓作用，會使物料的多糖糖苷鍵迅速裂解，使物料中的大分子物質轉化為小分子化合物[24]，從而提高了可溶性膳食纖維質量分數。從總膳食纖維來看，與對照（質量分數44.94%）相比，熱處理溫度在150 ℃以內的亞麻籽粕中總膳食纖維略微上升，180 ℃處理的亞麻籽粕有明顯增大。

圖2 熱處理對亞麻籽粕中膳食纖維質量分數的影響Fig. 2 Effect of heat treatment on the mass fraction of dietary fiber in flaxseed meal

2.3 熱處理對亞麻籽粕中游離氨基酸的影響

游離氨基酸是熱處理過程中產生揮發性物質的前體物質。 圖3 為熱處理對亞麻籽粕中總游離氨基酸質量分數的影響。 不同的熱處理溫度會引起亞麻籽粕中總游離氨基酸不同程度的損失。 與對照相比（17 種游離氨基酸總質量分數4 084.33 mg/kg），150 ℃處理的亞麻籽粕中總游離氨基酸質量分數下降到2 873.09 mg/kg，損失了29.66%。 180 ℃處理的亞麻籽粕中總游離氨基酸質量分數為778.05 mg/kg，與對照相比，損失了80.95%。

圖3 熱處理對亞麻籽粕中總游離氨基酸質量分數的影響Fig. 3 Effect of heat treatment on the mass fraction of total free amino acid in flaxseed meal

由圖4 可知，對照中主要的游離氨基酸為谷氨酸、精氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸，其中谷氨酸質量分數最高，為961.88 mg/kg，其次是精氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸， 質量分數分別為661.26、471.21、407.98 mg/kg。 與對照相比，150 ℃處理的亞麻籽粕中谷氨酸質量分數降低了26.33%，180 ℃處理組中谷氨酸質量分數降低了91.60%。 與對照相比，150 ℃和180 ℃處理的亞麻籽粕中精氨酸質量分數分別降低了36.60%和67.41%。 蘇氨酸在90 ℃處理后就開始出現明顯變化，150 ℃時質量分數降低了85.82%。天冬氨酸在150 ℃處理時質量分數僅降低了12.72%，但180 ℃時，天冬氨酸質量分數發生大幅度降低（降低74.63%）。這些氨基酸在加熱過程中會發生一系列的美拉德反應，從而使游離氨基酸質量分數降低，形成揮發性風味物質及褐色大分子物質等，最終使亞麻籽粕具有特殊的風味和顏色[25-26]。

圖4 熱處理對亞麻籽粕中17 種游離氨基酸質量分數的影響Fig. 4 Effects of heat treatment on the mass fraction of 17 kinds of free amino acids in flaxseed meal

2.4 熱處理對亞麻籽粕中游離糖的影響

游離糖也是揮發性物質的前體物質，會和氨基酸在焙炒過程中發生美拉德反應，質量分數也會隨之改變。 由表1 可知，對照中含有少量的蔗糖和葡萄糖，果糖、麥芽糖未檢出。 150 ℃及以下焙炒亞麻籽粕中總游離糖質量分數未出現顯著差異。 與對照相比，180 ℃焙炒的亞麻籽粕中總游離糖質量分數下降了46.22%。 與對照相比，熱處理溫度在150 ℃以內的亞麻籽粕中蔗糖質量分數未出現明顯差異，但180 ℃處理組較對照降低了43.46%。隨著焙炒溫度的增加， 葡萄糖質量分數呈先上升后下降趨勢，90 ℃處理組中葡萄糖質量分數最高，150 ℃處理組中葡萄糖質量分數較對照降低了27.27%，而180 ℃焙炒時葡萄糖未檢出。 劉曉君認為在加熱過程中蔗糖水解轉化為葡萄糖和果糖，但加熱過程中葡萄糖和果糖的增加量又未匹配蔗糖的減少量，從而判斷其在加熱時也有消耗[25]。作者發現，亞麻籽粕中游離葡萄糖質量分數在150 ℃以后顯著降低，說明過高溫度會加大葡萄糖的消耗。

表1 熱處理對亞麻籽粕中游離糖的影響Table 1 Effect of heat treatment on free sugars in flaxseed meal

2.5 熱處理對亞麻籽粕中生物活性物質的影響

SDG 是一種與人體雌激素生理活性相似的植物激素，可作為功能因子添加到保健食品中，亞麻籽是其主要來源之一。 亞麻木酚素的結構上存在很多羥基，導致其脂溶性較差，一般不隨油脂的去除而減少，大多殘留在亞麻籽粕中[27]。亞麻籽中還含有較多的酚類化合物，分為簡單酚酸類和較復雜的木酚素類，這些化合物通常具有較強的抗氧化活性[28]。黃酮類化合物常以糖苷的形式存在， 也有游離體，多存在于植物體內，具有多種營養及藥理學功能[29]。由圖5 可知，熱處理溫度在150 ℃以內可以最大程度保留生物活性物質， 熱處理溫度達180 ℃時，生物活性物質明顯降低。

圖5 熱處理對亞麻籽粕中生物活性物質的影響Fig. 5 Effect of heat treatment on the mass fraction of bioactive substances in flaxseed meal

當熱處理溫度低于150 ℃時對亞麻籽粕中SDG 質量分數影響較小， 熱處理溫度為150 ℃時SDG 質量分數與對照比只降低了7.14%， 當180 ℃時， 亞麻籽粕中SDG 的質量分數與對照比降低了30.13%，原因可能是SDG 在亞麻籽中以大分子聚合物形式存在，一定加熱條件下，結構相對穩定，但溫度過高可能使SDG 結構遭到破壞，而使其質量分數下降[28]。

與對照相比（總酚2 689.14 mg/kg），熱處理溫度為90~120 ℃的亞麻籽粕中， 總酚質量分數未有明顯變化，當溫度達150 ℃時，總酚質量分數出現明顯上升（較對照組增加了24.96%），180 ℃時總酚質量分數較150 ℃又有所下降，同時與對照相比無顯著差異。 有研究認為適當加熱會使亞麻籽粕中細胞結構破壞，促進酚類物質的釋放，從而使其質量分數增加， 溫度過高會使酚類物質結構被破壞，從而使總酚質量分數降低[30]。

亞麻籽粕中總黃酮質量分數隨著熱處理溫度的增加呈先上升后下降的趨勢，150 ℃處理時，總黃酮質量分數最高，為3 577.61 mg/kg，較對照（3 038.10 mg/kg）升高了17.76%。 其升高原因可能是一定的加熱溫度能激活或誘導黃酮化合物合成一些酶系，從而促進黃酮物質生成，但超過一定溫度后，合成黃酮相關的酶被鈍化，黃酮化合物也在高溫下被逐漸降解，導致質量分數下降[31]。

2.6 熱處理對亞麻籽粕熱特性的影響

從圖6 可以看出， 隨著熱處理溫度的增加，所有亞麻籽粕在80~115 ℃出現吸熱峰， 并伴隨著能量變化， 熱處理溫度在120 ℃及以下的亞麻籽粕DSC 曲線趨勢基本一致，超過150 ℃后，其DSC 曲線趨于平緩。 隨著溫度的升高，亞麻籽粕的起始溫度To和熱吸收峰溫度Tp呈先上升再下降的趨勢，變化范圍分別為86.35~92.72 ℃、101.84~105.93 ℃，終止溫度Tc呈下降趨勢，其中對照的Tc為114.71 ℃。150 ℃處理組的Tc下降幅度較小， 為111.97 ℃，而180 ℃處理組的Tc為105.97 ℃。隨著熱處理溫度的增加， 熱焓值△H 逐漸降低， 其中對照的△H 為5.63 J/g，150 ℃處理組的△H 為3.99 J/g， 下降了29.13%，而180 ℃處理組的△H 為0.51 J/g，較對照下降了90.94%，可能是因為冷榨亞麻籽粕中蛋白質體包裹在淀粉體周圍阻止了水分的進入，因此糊化需要更多的能量來破壞這一結合體，而隨著熱處理溫度的增加，蛋白質結構被破壞，所以需要更少的能量。

圖6 不同熱處理溫度下的亞麻籽粕DSC 曲線Fig. 6 DSC curves of flaxseed meal at different heat treatment temperatures

2.7 熱處理對亞麻籽粕揮發性成分的影響

油料等作物在焙炒時，蛋白質、糖類和油脂等物質在高溫下發生一系列化學反應，產生不同類型和香味的揮發性物質，這些物質賦予了油料特殊的香氣[32]。由圖7 可知，對照中醇類和烷烴類物質質量分數較高，分別為18.34%和26.88%，焙炒后的亞麻籽粕中醇類和烷烴類物質減少，可能醇類和烷烴類物質是存在于亞麻籽粕中的固有物質。 150 ℃焙炒亞麻籽粕中醛類和芳香族類物質比對照組高，分別為8.17%和9.13%。180 ℃焙炒亞麻籽粕中酮類物質及雜環類物質較對照和150 ℃焙炒亞麻籽粕明顯增多，其質量分數分別為8.82%和30.32%。

圖7 熱處理對亞麻籽粕中揮發性成分的影響Fig. 7 Effect of heat treatment on the mass fraction of volatile components in flaxseed meal

由表2 可以看出，冷榨亞麻籽粕中主要醇類物質為乙醇和1-己醇，經過熱處理后，亞麻籽粕中醇類物質明顯降低，可能是溫度升高使這一類物質更容易在壓榨過程中被油脂帶出或者轉化成別的物質。 這與劉國琴等研究的熱榨與冷榨亞麻油風味物質中醇類物質變化相似[33]。

表2 亞麻籽粕中揮發性成分分析結果Table 2 Analysis of volatile components in flaxseed meal

烷烴類化合物主要來源于脂肪酸烷氧自由基的均裂[34]，3 種工藝條件下，分別檢測出7、3、4 種烷烴類物質，3 種工藝中都存在十一烷、十二烷和十三烷，其質量分數也隨溫度的增加逐漸減小。 由于熱處理溫度升高使脂肪酸氧化程度增大，烷烴類物質質量分數和種類都有所下降，但是烷烴類物質的閾值很高，對風味貢獻不大。冷榨亞麻籽粕中未檢測出醛類物質，150 ℃焙炒亞麻籽粕中己醛質量分數最高（5.89%），其次是壬醛（1.32%）。己醛是亞油酸自動氧化產生的13-氫過氧化物裂解后生成的物質[35]，具有油脂味和花香味。 己醛隨著溫度的升高而降低，這可能是由于多不飽和脂肪酸在高溫時受熱氧化降解產生大量其他種類的揮發性物質。 壬醛也是油酸氧化的產物，具有花生味和香草味[35]。芳香族化合物在冷榨和150 ℃處理的亞麻籽粕中質量分數較高，其中對二甲苯和鄰二甲苯質量分數較高，熱處理溫度達180 ℃時，芳香族化合物質量分數降低。 烯萜類物質一般具有松木味和青草味， 在亞麻籽粕總揮發性物質中質量分數較低，經過熱處理后其質量分數更少[35]。

酮類化合物可能是通過不飽和脂肪酸的熱氧化或降解及氨基酸降解產生[36]，一般具有果木味、脂肪味和焦燃味等[35]。 由表2 可以看出，3 種工藝制得的亞麻籽粕中分別鑒定出1、7、5 種酮類物質，其中經熱處理的亞麻籽粕均有1-甲氧基-2-丙酮、2，3-戊二酮、3，5-辛二烯-2-酮和2-庚酮， 說明熱處理有助于酮類物質的生成。

雜環類物質主要包括吡嗪、呋喃、吡咯，是美拉德反應的產物。 其中冷榨亞麻籽粕中雜環類物質質

量分數只有0.85%，150 ℃和180 ℃處理組中雜環類物質質量分數分別為4.22%和30.31%。 3 種工藝分別鑒定出雜環類物質1、5、12 種， 其中180 ℃處理組中吡嗪類物質占雜環類物質質量的78.91%。這些物質的感覺閾值都較低，對熱處理亞麻籽粕的風味具有很大貢獻，構成了特有的烤香和堅果香等[35]。

此外，熱處理亞麻籽粕的醛、酮及雜環類物質質量分數增多和游離氨基酸及游離糖的減少有關，氨基酸通過Strecker 降解生成了醛和氨基酮， 同時為吡嗪類物質提供了氮源，游離糖則為其提供了碳源[26]。 經過熱處理的亞麻籽粕因油脂氧化及美拉德反應產生了更多低閾值的酮類及雜環類物質，所以風味濃郁。

3 結 語

熱處理溫度在150 ℃以內僅引起不溶性膳食纖維、總游離氨基酸和SDG 的小幅度減少，同時能夠促進可溶性膳食纖維、總酚和總黃酮質量分數的提升， 且其熱焓值變化不明顯。 熱處理溫度高達180 ℃時，會引起總游離氨基酸、SDG、總酚和總黃酮等有益成分及熱焓值的大幅度下降，從而降低亞麻籽粕的營養價值。 通過揮發性成分分析發現，冷榨亞麻籽粕中醇類和烷烴類物質質量分數較高，但對風味貢獻不大，150 ℃焙炒亞麻籽粕中醛類、酮類及雜環類物質質量分數較冷榨亞麻籽粕高，這些低閾值的物質賦予亞麻籽粕特殊的香氣，180 ℃焙炒亞麻籽粕中酮類及雜環類物質質量分數較150 ℃焙炒亞麻籽粕高，所以具有更濃郁的焙烤香氣。 綜上，將亞麻籽粕的熱處理溫度控制為150 ℃以內為佳，不僅能提升亞麻籽粕風味，還能最大程度地保留營養價值。