澳洲坚果仁油的品质特性及其氧化稳定性的研究

叶丽君 许 良 邱瑞霞 黄雪松

（暨南大学食品科学与工程系，广州 510632）

澳洲坚果仁油的品质特性及其氧化稳定性的研究

叶丽君 许 良 邱瑞霞 黄雪松

（暨南大学食品科学与工程系，广州 510632）

为研究浸出澳洲坚果仁油（MNO）加热时的氧化稳定性，在测定其酸值（AV）、过氧化值（PV）、碘值（IV）、脂肪酸组成后，测定其在100、110、120、130、140、150℃下的氧化诱导期（IP）。结果表明：MNO的AV、PV和 IV分别为0.089 mgKOH／g、0.019 mmol／kg和 62 gI2／100 g；其脂肪酸组成以油酸（69.81%）和棕榈油酸（14.90%）为主。在110～150℃范围内，MNO氧化的平均温度系数Q10＝2.24，其不同温度（T）下的IP符合方程IP＝324 510e-0.081T。MNO氧化的Arrhenius公式和过渡态理论反应速率常数热力学表达式分别为ln k＝29.617-12 789（1／T）和 ln（k／T）＝14.444-12 392（1／T），MNO氧化反应的表观活化能（Ea）、活化焓（ΔH≠θ）和活化熵（ΔS≠θ）分别为106.3 kJ·mol-1、103.0 kJ·mol-1和-77.5 J·K-1·mol-1。这些结果有助于评价MNO的质量和预测其贮存期。

氧化稳定性 氧化动力学 澳洲坚果仁油

澳洲坚果（Macadamia integrifolia），又称夏威夷果、澳洲核桃［1］，经焙烤后其果仁香脆可口、质地细腻［2］。澳洲坚果仁含油高达60%～80%，其中油酸和棕榈油酸等单不饱和脂肪酸占其总脂肪酸的80%以上；而采用低温技术生产的澳洲坚果仁油，既保留了其丰富的单不饱和脂肪酸，又有令人愉悦的坚果香气，国外已将澳洲坚果仁油（macadamia nut oil，MNO）用作高级色拉油和特色调味油［3］。我国云南、广西和广东等地区，澳洲坚果种植面积已达4 000 hm2［4］。随着人们生活水平的提高，我国澳洲坚果的栽培面积、产量及相关产品必将随之增加。

油脂氧化反应是影响油脂与相关食品品质的主要有害反应之一［5］。因此，通过建立温度与油脂氧化稳定性的数学模型，推测MNO在加工温度下的氧化稳定性和室温下的货架期，可直接作为含澳洲坚果仁的食品或其食用油生产加工的指导参数。但国内关于采用国产澳洲坚果提取的MNO的氧化稳定性、氧化稳定性与温度之间的数学关系以及其室温下货架期的预测却鲜见报道。MNO氧化的动力学参数对预测其在不同的热加工、储存和分销过程中产品氧化稳定性至关重要，然而目前国内外关于MNO氧化反应的表观动力学数据（如氧化的表观活化能、表观活化焓和表观活化熵等）却缺乏研究报道。

因此，本试验在获得MNO的品质特征后，通过测定MNO在不同温度下的氧化诱导期，以获得能够描述温度对MNO氧化速率影响的数学模型，并推算MNO氧化的表观动力学参数。这不仅可评估和预测MNO在常温下的货架期，为含澳洲坚果仁或其油脂的食品的加工和保藏提供参考，而且可从动力学理论上判断和解释MNO的氧化稳定性优劣。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

澳洲坚果仁：广西南亚热带农业科学研究所；一氯化碘，分析纯：阿拉丁试剂（上海）有限公司；14%三氟化硼-甲醇溶液：上海安谱科技仪器有限公司。

1.2 仪器

Agilent7890GC-5975MSD型气相色谱-质谱联用仪：安捷伦科技有限公司；Rancimat 743油脂氧化稳定性测定仪：瑞士万通有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 MNO的提取

称取澳洲坚果仁150 g，用正己烷按照料液比1∶2、在室温（20±3℃）下通过磁力搅拌提取澳洲坚果仁中的油脂12 h。再重复前述提取步骤2次，合并正己烷提取液，用布氏漏斗抽滤除去坚果粕，40℃下旋转蒸发除去正己烷后，计算坚果的粗脂肪含量，并将油脂转移至带盖玻璃瓶中并在室温下吹氮15 min后于4℃下保存。

1.3.2 酸值、过氧化值和碘值的测定［6-8］

分别根据GB／T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》、GB／T 5538—2005《动植物油脂过氧化值测定》和 GB／T 5532—2008《动植物油脂碘值的测定》进行取样和测定。

1.3.3 脂肪酸甲酯的制备［9］

称取约50 mg 1.3.1中提取的MNO，根据GB／T 17376—2008《动植物油脂脂肪酸甲酯制备》中的三氟化硼法制备脂肪酸甲酯，过0.45μm的有机相滤膜，待测。

1.3.4 脂肪酸甲酯组成的分析条件

色谱柱为 DB-WAX（10 m×0.25 mm×0.25μm），载气为高纯氦气（99.999%），载气流速为：0.128 73 mL／min；进样量为 0.5μL，分流比50∶1；进样口为240℃。程序升温条件为：起始温度50℃，保持1 min；以25℃／min升温至200℃，再以3℃／min升温至230℃，保持3 min。接口温度为240℃，离子源温度为230℃，四级杆温度为150℃，扫描范围：30～550 amu。

1.3.5 不同温度下的氧化稳定性测定［10］

分别称取（3.00±0.01）g按1.3.1提取的MNO于反应管中，放入设定好温度的2个加热模块中，空气压缩泵以10 L／h的速度向反应管中鼓入干洁空气，样品加速氧化分解生成的小分子物质进入装有蒸馏水的测量管。通过自动测定测量管中电导率的变化，计算产品的氧化诱导期（IP）。测定温度分别为 100、110、120、130、140、150℃。

1.4 计算方法

1.4.1 动力学数据的分析［11］

本试验中温度对油脂氧化速率的影响通过Arrhenius公式来阐明：

式中：k为反应速率常数；A为指前因子；Ea为活化能／kJ·mol-1；R是摩尔气体常数／8.314 J·K-1·mol-1；T为绝对温度／K。通过以1／T对 ln（k）作最小二乘法线性回归运算得到一直线，从直线的斜率可以计算得到反应的活化能。

根据过渡态理论的反应速率常数热力学表达式，以1／T对 ln（k／T）作回归运算可以得到 MNO氧化反应的活化焓（ΔHθ≠）和活化熵（ΔSθ≠）：

式中：kB为Bolzmann常数（1.380 6×10-23J·K-1；h为Plank’s常数（6.626×10-34J·s）；cθ为活性络合物的标准物质的量浓度（1 mol·L-1），其他字母同式（1）。由式（2）所得直线的斜率和截距可计算得到活化焓和活化熵。

1.4.2 统计学分析

1.3.2 和1.3.5中所有测定结果均取2次平行试验的平均值。通过Microsoft Excel软件对动力学数据进行方差和回归分析，并采用最小二乘法线获得适用于动力学数据的性方程。根据所得的最适方程，计算其斜率、截距、相关系数（R2）。

图1 MNO的脂肪酸甲酯的总离子流图

2 结果与分析

2.1 MNO的品质特性

用正己烷提取的MNO酸值和碘值以及脂肪酸组成如表1所示。澳洲坚果仁中富含脂肪，采用索氏提取法测得其粗脂肪质量分数在75.49%～80.28%［12］；采用1.3.1所述方法提取 MNO，其得率为78.65%，说明该法能够有效提取出澳洲坚果仁中的油脂。根据所提取的MNO的酸值和过氧化值可见，采用1.3.1的提取方法获得的MNO游离脂肪酸含量低，氧化程度低，油脂的品质较好。根据气-质联用（GC-MS）测定的脂肪酸组成和含量（图1）可见，MNO中含有9种脂肪酸，分别为丁酸（C4∶0）、肉桂酸（C14∶0）、棕榈酸（C16∶0）、硬脂酸（C18∶0）、花生酸（C20∶0）、棕榈油酸（C16∶1）、油酸（C18∶1n9c）、二十碳烯酸（C20∶1）和亚油酸（C18∶2n6c）。MNO中的饱和脂肪酸（SFA）含量为12.86%，主要是棕榈酸和硬脂酸；而其中占主导的单不饱和脂肪酸（MUFA）中，尤以油酸的含量最为丰富，高达69.81%；其次是棕榈油酸，其含量为14.90%；此外MNO含有的少量亚麻酸是其唯一的多不饱和脂肪酸（PUFA）。研究表明，目前世界推崇的地中海膳食结构中，橄榄油是主要的食用油［13］，而橄榄油中含55%～83%油酸。根据表1可知MNO是一种高油酸（≥78%）的植物油［13］，此特点可使MNO成为媲美橄榄油的新一代健康食用油。

表1 MNO和3种常见植物油的品质特征、氧化诱导期（120℃）及脂肪酸组成

2.2 MNO在不同温度下的氧化稳定性及其货架期的评价

由表1可知，MNO在120℃、空气流量为10 L／h时，其氧化诱导期（IP）为20.19 h。对比同等条件下大豆油（SBO）、菜籽油（RSO）和特级初榨橄榄油（EVOO）的 IP（分别为 4.17、4.10和20.11 h）可见，MNO的IP约为SBO和RSO的5倍，与EVOO相当，具有良好的氧化稳定性。从表1比较MNO和SBO、RSO和EVOO的脂肪酸组成和碘值发现，MNO良好的氧化稳定性可能与其不饱和程度有关。SBO、RSO的碘值分别为124～139和94～120 gI2／100 g，远大于MNO的碘值（62 gI2／100 g），即 MNO中不饱和双键数比SBO和RSO少，氧化稳定性高。而EVOO的碘值为75～94 gI2／100 g，与MNO较接近，且MNO和橄榄油都是高油酸油脂，且二者油酸含量都在55%以上［18］，因此二者的IP基本一致。

根据MNO 100～150℃时的 IP和温度系数（Q10）可以得到MNO在测定温度范围内的平均Q10为2.24，该值略大于GB／T 21121—2007所提到的理论值（约为2）［14］，这可能是因为测定所用油脂为未经精炼的粗脂肪（即毛油），除主要含有三酰甘油之外，可能还含有少量天然抗氧化物所致。另外从表2的Q10可见，当测定温度降低至110℃和100℃时，MNO氧化的Q10大于2.24，所以可以根据计算得出的MNO的平均Q10，可以推算该油在储存温度下（如30℃）的IP，进而得到MNO的货架期。另一方面，若从数学模型上解释当MNO在升温时对其氧化反应的影响，将不同温度下测得的IP进行曲线拟合，可以得到在100～150℃时MNO的IP与温度之间的数学关系符合指数函数（见图2），即方程式：

式（3）的相关系数R2进行显著性检验表明，IP与温度的指数相关系数极显著（｜R｜＝0.999 7＞｜R｜0.01＝0.917，即 P＜0.01）。

图2 MNO的氧化诱导期（IP）与温度（T）的数学模型

根据平均Q10和方程（3）推算MNO在30℃时的货架期分别为1 172、1 190 d，由此可见未精炼的MNO的氧化稳定性好，在热带亚热带地区常见的储存温度（30℃）下可保存超过3年的时间。再对Q10和方程（3）推算出的货架期进行t检验的结果表明，通过Q10和方程（3）计算出来的货架期不存在显出差异（｜t｜＝1.176＜t0.05，即 P＞0.05）。这表明二者都可应用于MNO产品货架期的预测，而方程（3）阐明了温度与MNO的IP之间的数学关系。但这与MNO的实际保存时间可能不同，因为IP末时，MNO已经失去了食用价值。

表2 MNO不同温度（T）下的氧化诱导期（IP）、温度系数（Q10）以及预计货架期（ES）

2.3 MNO的反应动力学常数

虽然根据Q10和方程（3）均可预测油脂在储存温度的货架期，但二者都会因温度变化而变化。因此为了从本质上解释温度变化导致MNO氧化反应速率变化的内在原因，有必要引进与温度无关的常数，即由Arrhenius公式求得的活化能（Ea）。由于在1.3.5所述条件下进行的油脂加速氧化反应是非酶反应，而且植物油的氧化可被视为表观一级反应［17］，因此本试验中MNO的氧化反应服从质量作用定律和Arrhenius公式。根据质量作用定律可知，k在数值上等于各有关物质的浓度均为1个单位时的瞬时速率。所以本试验中MNO的IP的倒数（1／IP）可取作为反应速率常数（k）。以 ln k对1／T作图，即得一直线（如图3a），根据直线斜率和式（1）计算得到 MNO的氧化反应表观 Ea为106.3 kJ·mol-1。而常见的菜籽油（RSO）、大豆油（SBO）和葵花籽油（SFO）采用相同试验方法测定和计算出来的氧化反应表观Ea分别为85.3、78.2和87.9 kJ·mol-1［18］，MNO比这3种油的氧化表观反应活化能要大，即MNO在升温条件下发生氧化反应所需能垒大于RSO、SFO和SBO，说明MNO的氧化速率常数小于RSO、SFO和SBO，即MNO比这3种油的氧化稳定性要好。

以 ln（1／k）对1／T作图，可得一直线（如图 3b），而该直线拟合函数的绝对相关系数（R2＝0.998 7）可见通过渡态理论，温度适用于表征MNO的氧化反应。由拟合的直线方程的斜率和截距和式（2）可得MNO氧化反应的表观活化焓和表观活化熵分别为103.0 kJ·mol-1和-77.5 J·K-1·mol-1（见表3）。根据 MNO氧化的可知，MNO氧化过程中形成活化络合物，反应体系的混乱程度降低。而对比RSO、SBO和SFO的（分别为-52.7、-70.2和 -42.8 J·K-1·mol-1）［18］，它们的ΔS≠θ均比MNO的大，说明这3种油氧化时所形成的活化络合物体系混乱程度比MNO大，即MNO氧化时形成的活化络合物比RSO、SBO和SFO要稳定，这进一步说明了MNO的氧化稳定性要优于RSO、SBO和SFO。

表3 澳洲坚果仁油和3种常见植物油氧化的表观活化能（Ea）、活化焓（ΔHθ≠）和活化熵（ΔSθ≠）

图3 澳洲坚果仁油的Arrhenius公式（a）和过渡态理论的反应速率常数热力学表达式（b）

3 讨论

特级初榨橄榄油中含有丰富的酚类物质［19］，它们可以提高橄榄油的氧化稳定性。而MNO的脂肪酸组成和氧化稳定性均与橄榄油接近，所以推测MNO中也可能含有酚类或其他抗氧化物质，对其氧化稳定性具有积极作用。

在本试验中，采用 Q10、方程（3）和 Arrhenius公式都可以推算常温下MNO的IP。而在大部分的加速测试中，预测特定反应在较低温度下反应程度会受到一些限制的。在较低温度下油脂氧化的诱导期可能会受到在加速氧化测试中未呈现的其他因素的影响。而且油脂的氧化在低温和高温时可能会经过不同的步骤，或者在不同温度下其反应历程会受到金属离子、抗氧化剂、包装中的除氧剂等的影响［20］。此外，因为每升高10℃，氧气的溶解度便降低25%［21］，所以油脂的温度还会影响MNO中氧气的溶解度。上述这些原因都会导致根据Q10、方程（3）和Arrhenius公式计算得到的MNO在30℃的货架期预计值偏小。所以表3中通过Q10和方程（3）计算得到的MNO的货架期结果由于隐含了不确定因素和误差而值得商榷，这2组结果均为粗略的估计值，仅供参考。

4 结论

以澳洲坚果仁为原料、正己烷为溶剂提取MNO的酸值、过氧化值和碘值分别为0.089 mg KOH／g、0.019mmol／kg和62 gI2／100 g。MNO含丁酸（0.38%）、肉桂酸（0.18%）、棕榈酸（7.56%）、硬脂酸（3.22%）、花 生 酸 （1.52%）、棕 榈 油 酸 （14.90%）、油 酸（69.81%）、二十碳烯酸（1.35%）和亚油酸（1.08%）8种脂肪酸。通过加速氧化测试法分别测定了MNO在 6个不同温度（100、110、120、130、140、150℃）下的IP，可以得到其标准因子（Q10）为2.24，以及MNO在不同温度（T）下的 IP符合指数函数 IP＝324 510e-0.081T，二者皆可应用于MNO货架期的预测。根据Arrhenius公式和过渡态理论对MNO氧化反应的动力学数据进行计算可得，MNO氧化反应的表观活化能（Ea）、活化焓和活化熵分别为106.3、103.0 kJ·mol-1和 -77.5 J·K-1·mol-1，较大的Ea和较小的说明MNO具有良好的氧化稳定性。上述结果为MNO的加工和储藏时降低油脂氧化、保持其产品品质和评估产品的货架期提供借鉴。

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Quality Characteristics and Oxidative Stability of Macadamia Nut Oil

Ye Lijun Xu Liang Qiu Ruixia Huang Xuesong
（Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632）

To investigate the oxidative stability of extracted macadamia nut oil（MNO）during heating，Rancimat experimentswere carried out at six different temperatures（100，110，120，130，140 and 150℃）tomeasure the induction period（IP）aftermeasuring acid value（AV），peroxide value（PV），iodine value（IV）and the fatty acid composition.The results showed that AV，PV，IV were 0.089 mg KOH／g，0.019 mmol／kg and 62 gI2／100 g respectively，and oleic acid（69.81%）and palmitoleic acid（14.90%）were the dominant fatty acid.The average temperature coefficient（Q10）of MNO oxidation was2.24，within range of110～150℃，and temperature（T）against its IP gave an equation of IP＝324 510e-0.081T.Based on the Arrhenius equation［ln k＝29.617-12 789（1／T）］and active complex theory［itsmathematicalmodelwas ln（k／T）＝14.444-12 392（1／T）］，the resulting apparentactivation energy（E a），activation enthalpy（ΔHθ≠）and activation entropy（ΔSθ≠）for oxidative stability of MNO were 106.3，103.0 kJ·mol-1and-77.5 J·K-1·mol-1respectively.

oxidation stability，kinetics of oxidation，macadamia nut oil

TS201.2

A

1003-0174（2015）07-0042-06

公益性行业（农业）科研专项（201303077），广州市科技计划项目（201354500022）

2014-02-26

叶丽君，女，1989年出生，硕士，食品科学

黄雪松，男，1957年出生，教授，功能性食品