紅外預處理對低溫壓榨碧根果油品質及貯藏穩定性的影響

吉 欽，潘利華，李賀興，羅水忠，鄭 志

（合肥工業大學食品與生物工程學院，農產品精深加工安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230009）

碧根果（Carya illinoensis(Wang) K.Koch）又名美國山核桃、薄殼山核桃，原產于北美洲，隨著栽培技術的提升，在中國新疆、江蘇、浙江、安徽等20多個省、市（區）均有栽種。碧根果是含油量最高的堅果之一，含油率65%～75%，其中不飽和脂肪酸含量高達90%，主要包括油酸和亞油酸[1]。碧根果油中還含有多酚、生育酚和植物甾醇等多種脂質伴隨物，具有清除自由基、抗氧化以及預防心腦血管疾病等功能[2-3]，因此碧根果油越來越受歡迎。

壓榨法是一種傳統的制油方法，具有易于操作、環境友好、經濟實用的特點[4]。根據油料的預處理工藝差別，壓榨法可以分為冷榨和熱榨，其中，油料不經過預處理，且壓榨過程中物料的溫度低于60 ℃的工藝稱為冷榨[5]。與熱榨相比，冷榨具有保留油的營養成份、避免餅粕蛋白變性等優勢[6]。但是，冷榨法的出油率較低。研究發現，菜籽[7]、核桃[8]等油料經過低溫膨化或短時高溫預處理后再于60～80 ℃左右壓榨，既最大限度地保留了冷榨工藝的防止熱敏性成分降解以及抑制油脂氧化和餅粕蛋白變性等優勢，又能夠提高出油率。低溫壓榨為生產優質油脂提供了有效的途徑，該工藝中的預處理技術具有多種效應，如滅活脂肪酶、多酚氧化酶等，減少油脂的酶促水解/氧化，避免磷脂分解導致的精煉困難；提高壓榨制油產量以及賦予油脂香味等[9-10]。

目前，用于油料預處理的技術有微波[11]、脈沖電場[12]、射頻[13]、蒸汽爆破[14]等。張歡歡等[15]發現微波和烘烤預處理提高了低溫壓榨菜籽油多酚、甾醇等脂質伴隨物含量。Szyd?owska-Czerniak等[16]優化了微波預處理對低溫壓榨亞麻籽油的生產條件，并報道微波預處理改善了低溫壓榨亞麻籽油的化學和感官特性。Ró?ańska等[17]對黑加侖籽、櫻桃籽和油菜籽等油料采用烘烤預處理，延長了低溫壓榨油的氧化誘導時間。然而，這些技術大多存在成本高、產出低、加熱不均勻、操作困難、能耗高以及不宜大規模使用等缺點。紅外（infrared，IR）加熱由于能源成本低、熱效率高、設備尺寸緊湊、擴散系數大而成為一種很有前景的技術[18]。但目前該技術在油脂制取的應用方面僅有少量的研究報道[19-20]，其工藝理論系統性數據還很缺乏，而且該技術在碧根果油低溫制取方面的應用鮮見報道。因此，本實驗通過IR輻射加熱結合低溫壓榨，離心得到碧根果油，對出油率、品質、生物活性成分和抗氧化能力以及貯藏穩定性進行評價，以期為低溫壓榨碧根果油的加工提供有價值的指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碧根果（波尼）由堅果派農業有限公司提供，于4 ℃保存備用。

脂肪酸甲酯混合物標準品、沒食子酸標準品、生育酚標準品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、2,4,6-三吡啶基三嗪和奎諾二甲基丙烯酸標準品 上海麥克林生化科技有限公司；福林-酚試劑 北京索萊寶科技有限公司；其余分析試劑和色譜級試劑 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

中紅外加熱器 廣東永固電熱科技有限公司；T型熱電偶 德國Testo公司；掃描電子顯微鏡 日本日立公司；螺旋式榨油機 中山麥爾尼電器有限公司；ZE7700色差儀 日本電色公司；液相色譜儀 美國Waters公司；氣相色譜儀 美國安捷倫公司；分光光度計北京普析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 IR預處理

將50 g碧根果仁放在干燥盤中，用中紅外加熱器處理，每隔10 s用T型熱電偶測量碧根果仁的內部溫度，確定加熱時間和平均內部溫度之間有很高的相關性（T＝20.344t0.3996，R2＝0.9926）。碧根果仁輻射22、41、68、104 s和148 s后，相應的中心溫度分別為70、90、110、130 ℃和150 ℃，得到的樣品分別命名為IR 22 s、IR 41 s、IR 68 s、IR 104 s、IR 148 s。以沒有經過IR預處理的樣品作為對照組。

1.3.2 低溫壓榨制油及出油率的測定

將螺旋桿和螺旋套筒放置在4 ℃冰箱中預冷60 min，再用裝有碎冰的自封袋包裹在螺旋套筒外，接著將螺旋桿和螺旋套筒安裝至榨油機。將IR預處理的碧根果仁冷卻至室溫后，放入螺旋榨油機中壓榨2 min。壓榨過程中每30 s進行油溫的測定，油溫為60～70 ℃。收集初榨油并在8000 r/min離心30 min，取上層，得到低溫壓榨碧根果油，置于4 ℃冰箱冷藏備用。出油率按式（1）計算：

式中：m0為得到的碧根果油的質量/g；ms為壓榨前碧根果仁的質量/g。

1.3.3 微觀結構觀察

樣品的預處理參照文獻[21]的方法，略有修改。將碧根果仁切成5 mm×5 mm×3 mm小片，在4%戊二醛溶液中固定12 h，然后用pH 6.8磷酸鹽緩沖液洗滌樣品4 次，每次10 min。隨后分別將樣品在30%、50%、70%、80%、90%體積分數乙醇溶液中脫水15 min，最后在無水乙醇中脫水3 次，每次30 min。處理好的碧根果仁經噴金后利用掃描電子顯微鏡放大1000 倍觀察并拍照。

1.3.4 黃度指數和非酶促褐變指數測定

通過色差儀測定碧根果油的黃度指數。非酶促褐變指數參考文獻[22]的方法進行測定，用三氯甲烷以體積比1∶10的比例稀釋碧根果油，使用紫外-可見分光光度計在420 nm波長處測定吸光度，以吸光度表征非酶促褐變指數。

1.3.5 脂肪酸組成分析

參考Chen Sasa等[23]的方法測定。氣相色譜條件：DB-WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：60 ℃保持2 min，以15 ℃/min升至200 ℃，然后以3 ℃/min升至230 ℃，保持25 min；載氣N2（純度≥99.9%）；流速0.8 mL/min，進樣器溫度230 ℃，檢測器溫度240 ℃；進樣量1 μL，分流比20∶1。

1.3.6 脂質伴隨物和抗氧化能力的測定

1.3.6.1 生育酚和類胡蘿卜素含量測定

生育酚含量參考文獻[24]的方法測定，并采用外標法定量，γ-生育酚標準曲線方程為。類胡蘿卜素含量參考文獻[22]的方法測定。

1.3.6.2 碧根果油甲醇提取液的制備

稱取3 g的碧根果油樣品，加入10 mL甲醇，4 ℃、3000 r/min離心15 min，取上清液即為碧根果油甲醇提取液[25]，用于總酚含量和抗氧化能力的分析。

1.3.6.3 總酚含量測定

參考曹子倫等[26]的方法，略有修改。取25 μL甲醇提取液于96 孔酶標板中，加入125 μL的福林-酚溶液（V（福林-酚）∶V（水）＝1∶3）靜置6 min，再加入7.5% Na2CO3溶液靜置60 min，于765 nm波長處測定其吸光度。用不同質量濃度的沒食子酸溶液繪制標準曲線（y＝0.0094x＋0.0836，R2＝0.9994）。最終結果以沒食子酸當量表示，單位為μg/g。

1.3.6.4 DPPH自由基清除率和鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant power，FRAP）測定

參考劉穎等[25]的方法測定DPPH自由基清除能力和FRAP，并用不同濃度奎諾二甲基丙烯酸酯溶液分別繪制量效曲線（DPPH自由基清除能力：y＝0.339x－3.6189，R2＝0.9995；FRAP：y＝0.0025x＋0.0303，R2＝0.9997），結果均用Trolox當量表示，單位為μmol/kg。

1.3.7 貯藏穩定性

將每份裝有15 g樣品的西林瓶敞口放入溫度為65 ℃、相對濕度為35%的烘箱中保存24 d進行加速氧化實驗[27]，每4 d隨機取出3 份樣品，測其酸值、過氧化值、茴香胺值和總氧化值，分析貯藏穩定性。

1.3.8 理化指標測定

脂肪酶相對酶活力測定根據GB/T 5523—2008《糧油檢驗 糧食、油料的脂肪酶活動度的測定》進行；多酚氧化酶相對酶活力測定參考郭園園等[28]的方法；酸值、過氧化值和茴香胺值測定分別根據GB/T 5009.229—2016《食品中酸價的測定》、GB/T 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》和GB/T 24304—2009《動植物油脂 茴香胺值的測定》進行?？傃趸蹈鶕剑?）計算[29]：

式中：PV為過氧化值；P-AV為茴香胺值。

1.4 數據處理與分析

2 結果與分析

2.1 IR預處理條件對出油率的影響

如表1所示，對照組出油率為39.90%，IR預處理22 s后出油率較對照組提高11.10%，隨著IR預處理時間的延長，碧根果仁的出油率顯著提高，IR預處理104 s后，其出油率達到最高值（63.21%），較對照組增加了58.42%。碧根果仁經過IR預處理之后，水分蒸發形成內部壓力使細胞破裂產生永久性孔隙，同時，以蛋白質乳液形式分散的油滴，在加熱過程中由于蛋白質變性，乳液形式被破壞，使油滴凝聚排出[30]。因此，IR預處理可以顯著提高低溫壓榨碧根果油的出油率。IR預處理148 s后出油率為60.47%，與IR預處理104 s相比降低了4.33%，原因可能是處理時間延長，溫度增加，水分含量不斷降低導致油料的可塑性和彈性變差，在壓榨制油過程中容易結焦，不容易保持榨膛壓力[31]，導致出油率有所下降。Rábago-Panduro等[32]采用脈沖電場預處理碧根果仁使其出油率提高了24.40%，進一步表明IR預處理技術在低溫壓榨碧根果油中具有明顯的優勢。

表1 IR預處理對碧根果仁出油率、相對酶活力的影響Table 1 Effect of IR pretreatment on oil yield,relative enzyme activity of pecan kernel

通過掃描電子顯微鏡觀察IR預處理提取油脂的微觀結構。對照組細胞壁結構完整、光滑（圖1A）。與對照組相比，IR預處理148 s的碧根果仁細胞壁被破壞，油滴聚集并溢出到表面（圖1B），說明IR預處理使碧根果仁結構發生變化。IR預處理通過加熱器發出的能量作用于碧根果仁，在較短時間有效破壞了細胞內部組織結構，可能在細胞表面形成孔隙，從而有助于壓榨制油過程中油脂的釋放。綜上，IR預處理是提高碧根果出油率的有效技術。

圖1 碧根果仁掃描電子顯微鏡圖Fig.1 Scanning electron micrographs of pecan kernels

2.2 IR預處理條件對碧根果油品質的影響

2.2.1 相對酶活性

碧根果仁中的脂肪酶能催化脂質分解，多酚氧化酶催化酚類物質氧化成醌類化合物，加速油脂的氧化變質。IR預處理對碧根果仁中酶活力的影響如表1所示。隨著IR預處理時間的延長，碧根果仁的溫度升高，使酶活性下降。在IR預處理104 s后，酶活力下降趨勢減緩，可能是因為IR預處理時間的延長，使其水分不斷減少，導致其吸收熱能力下降，Li Bo等[33]采用IR預處理小麥胚芽也得出相同的結論。

2.2.2 脂肪酸組成

脂肪酸組成是評價植物油營養品質的重要指標之一[3]，因此有必要監測IR預處理過程中脂肪酸組成的變化。如表2所示，其主要脂肪酸為油酸（67.57%～67.44%）、亞油酸（22.02%～21.92%）、棕櫚酸（6.74%～6.87%）和硬脂酸（2.26%～2.41%）。該油脂的脂肪酸組成結果與Juhaimi等[34]報道一致，但含量稍有差異，這種差異可能是不同的品種、種植和加工方式造成。隨著IR預處理時間的延長，不飽和脂肪酸含量降低，飽和脂肪酸含量增加，但變化并不顯著（P＞0.05）。這表明在IR預處理條件下甘油三酯的熱裂解以及不飽和脂肪酸的氧化并不顯著。Suri等[22]采用IR預處理黑茴香籽制油，其脂肪酸含量也沒有發生顯著變化。這表明IR預處理不會破壞脂肪酸營養成分。

表2 IR預處理對碧根果仁脂肪酸組成的影響Table 2 Effect of IR pretreatment on fatty acid composition of pecan kernels

2.2.3 黃度指數和非酶促褐變指數

顏色是衡量油脂品質的重要參數，它能夠影響消費者的偏好和購買食品的決定。黃度指數可以反映油脂顏色的深淺。從圖2可知，隨著IR預處理時間的延長，黃度指數增加。對照組的黃度指數為46.50，在處理時間短于104 s時，IR對低溫壓榨碧根果油的黃度指數沒有顯著影響（P＞0.05），預處理148 s時黃度指數增加至52.02。油脂色素（如類胡蘿卜素）的提取和美拉德反應產物的增加加深了低溫壓榨碧根果油的色澤。在預處理過程中，還原糖與初級氨基酸或脂質氧化產物的相互作用導致美拉德反應產物的形成[35]。非酶促褐變指數可以體現油籽預處理過程中美拉德反應發生程度，且與油脂顏色成正比。如圖2所示，非酶促褐變指數與IR預處理時間呈正相關。對照組非酶促褐變指數為0.36，預處理148 s時較對照組增加了2.08 倍。Suri等[22]也發現經IR處理的黑茴香籽油的非酶促褐變指數增加，因此推斷在IR預處理過程中發生了美拉德反應。

圖2 IR預處理對低溫壓榨碧根果油黃度指數和非酶促褐變指數的影響Fig.2 Effect of IR pretreatment on the yellowness index and non-enzymatic browning index of cold-pressed pecan oil

2.2.4 脂質伴隨物含量

類胡蘿卜素、多酚和生育酚是低溫壓榨碧根果油中重要的脂質伴隨物，在抗氧化、降低膽固醇和預防心血管疾病等方面發揮作用[15]。如圖3所示，經過IR預處理之后，類胡蘿卜素、總酚和生育酚含量顯著增加（P＜0.05）。對照組的類胡蘿卜素含量為0.57 mg/kg，IR預處理148 s達到最大值，較對照組增加了2.81 倍。類胡蘿卜素主要以與蛋白質復合的形式存在，在IR預處理過程中，色素和結合蛋白的復合物分解，促進色素在榨油過程中的釋放[22]。對照組總酚含量為16.10 μg/g，IR預處理后，總酚含量為22.91～32.10 μg/g。總酚含量的增加可能與結合酚類物質化學鍵的斷裂有關[35]。碧根果油中主要的生育酚是γ-生育酚[34]，對照組中的γ-生育酚含量為61.22 mg/100 g，IR預處理104 s時γ-生育酚含量達到最大值（73.71 mg/100 g），IR預處理148 s較104 s時有所降低，但差異并不顯著。制油過程中溫度升高破壞了碧根果仁的組織細胞結構，加速了γ-生育酚的釋放，從而提高了其在低溫壓榨碧根果油中的含量[14]。而γ-生育酚含量的減少與?zcan等[36]對奇亞籽油的研究結果相似，可能與其熱降解有關。

圖3 IR預處理對低溫壓榨碧根果油脂質伴隨物含量的影響Fig.3 Effect of IR pretreatment on lipid concomitant content of cold-pressed pecan oil

2.2.5 抗氧化能力

抗氧化能力反映了油脂中天然和新形成抗氧化成分的存在，對于評估油脂品質至關重要。DPPH自由基清除能力和FRAP的測定表明了預處理對低溫壓榨碧根果油抗氧化能力的影響。如圖4所示，對照組DPPH自由基清除能力和FRAP分別為526.80 μmol/kg和732.49 μmol/kg，IR預處理后，兩者顯著增加（P＜0.05），分別為543.20～650.76 μmol/kg和740.49～828.93 μmol/kg，在IR預處理148 s時，DPPH自由基清除能力和FRAP較對照組分別提高了23.52%和13.16%?？寡趸芰Φ奶岣呖赡芘c油脂中脂質伴隨物和美拉德反應中間產物的含量增加有關[37]。Ramadan等[38]將油脂的抗氧化能力作為一種營養指標，對比了核桃等不同堅果油DPPH自由基清除能力。綜上，通過IR預處理，在一定程度上能夠提高低溫壓榨碧根果油營養價值。

圖4 IR預處理對低溫壓榨碧根果油抗氧化能力的影響Fig.4 Effect of IR pretreatment on the antioxidant capacity of cold-pressed pecan oil

2.2.6 品質指標相關性分析

由圖5可知，不飽和脂肪酸含量、相對酶活性和抗氧化能力呈負相關，飽和脂肪酸含量、黃度指數、類胡蘿卜素含量、總酚含量、γ-生育酚含量和抗氧化能力呈正相關。黃度指數和類胡蘿卜素以及非酶促褐變指數呈顯著正相關。該結果表明IR預處理提高了低溫壓榨碧根果油中類胡蘿卜素、總酚和生育酚的含量，降低了相對酶活力，對于提高其品質有重要作用。

圖5 低溫壓榨碧根果油內源性成份相關性分析Fig.5 Correlation analysis between endogenous components in cold-pressed pecan oil

2.3 IR預處理條件對低溫壓榨碧根果油貯藏穩定性的影響

過氧化值是確定油中初級氧化產物含量的指標。如圖6A所示，在加速貯藏第8天，對照組的過氧化值為0.26 g/100 g，超過了GB 2716—2018《植物油》中規定食用油脂中過氧化值應低于0.25 g/100 g的限定標準。經過IR預處理后得到的低溫壓榨碧根果油的過氧化值一直低于對照組，在加速貯藏第16天，IR 148 s的過氧化值為0.32 g/100 g，超過限定標準。酸值主要反映油脂中游離脂肪酸的含量，從圖6B可以看出，在整個貯藏期內，各組酸值范圍為0.12～0.97 mg/g，滿足GB 2716—2018中規定食用油脂中酸值應低于3 mg/g的限定標準。貯藏期間酸值升高速度較緩可能是因為甘油三酯在分解成游離脂肪酸的同時，游離脂肪酸也在發生氧化。對照組酸值在加速貯藏4 d后明顯上升，而經過IR預處理得到的低溫壓榨碧根果油的酸值在加速貯藏16 d后才有了明顯變化，該結果和Ye Minqian等[27]用微波處理山茶籽制油的結果類似。這些結果表明IR預處理對于低溫壓榨碧根果油的氧化穩定性具有積極作用。茴香胺值是反映植物油中醛類等二次氧化產物含量的一個重要指標[39]。隨著貯藏時間的延長各組茴香胺值逐漸增加。對照組在4 d之后開始快速增加，而IR 148 s在12 d之后才開始較快增加（圖6C）。這表明通過IR預處理，可以顯著減緩二次氧化產物的產生。

圖6 IR預處理對低溫壓榨碧根果油過氧化值（A）、酸值（B）、茴香胺值（C）和總氧化值（D）的影響Fig.6 Effect of IR pretreatment on peroxide value (A),acid value (B),anisidine value (C) and total oxidation value (D) of cold-pressed pecan oil

此外，為了方便了解碧根果油總體質量的變化情況，本研究對總氧化值的變化進行了分析。從圖6D可以看出，在整個貯藏期內，總氧化值呈先平緩后加速上升趨勢；隨著IR預處理時間的延長，總氧化值呈下降趨勢。在加速貯藏16 d后，對照組和IR 148 s的總氧化值分別為7.79和2.73。

綜上所述，從加速氧化實驗結果可以看出，IR預處理可以提高低溫壓榨碧根果油的氧化穩定性。這可能是因為IR預處理使酶失活，促進美拉德反應產生抗氧化物質以及脂質伴隨物增加[40]。因此，為增強低溫壓榨碧根果油的氧化穩定性，可以進行適當的IR預處理。

3 結論

IR預處理可以破壞碧根果仁的微觀結構，提高出油率，降低脂肪酶活性，促進美拉德中間反應產物的生成，顯著提高脂質伴隨物含量，很好地改善低溫壓榨碧根果油的抗氧化能力和氧化穩定性。因此，IR預處理對于碧根果油的制取具有積極作用，其與低溫壓榨聯合處理可應用于其他油料制油。而且IR預處理方式處理時間短，在生產效率、節約成本和綠色環保方面具有明顯的優勢。綜上，IR預處理在油脂的制取方面具有一定的潛力和推廣價值。