杀酵方式对油棕果中微营养成分及挥发性香气物质的影响

张玉锋 王 挥 沈晓君 石 鹏 宋 菲 雷新涛 陈卫军

(中国热带农业科学院椰子研究所；国家重要热带作物工程技术研究中心；海南省椰子深加工工程技术研究中心1，文昌 571339)(海南大学食品学院2，海口 570228 )

油棕(ElaeisguineensisJacq.)，棕榈科、油棕属、多年生热带木本油料作物，2015年全球油棕种植面积为1.732×107万ha，棕榈油产量达5.57×107万t，平均单产3.214 t/ha[1]。成熟油棕果肉的含油量56%～70%，是单位面积中产油量最高的油料，以其为原料加工而成的毛棕榈油(CPO)具有发烟点高、稳定性好、活性成分含量高等优点，被广泛应用于食品、日化和医药等行业。据不完全统计，2014年世界棕榈油消费量达6070万t，占植物油消费总量的35%，是全球第一大食用植物油[2]。另外，CPO还是一种饱和脂肪酸和与不饱和脂肪酸含量接近1∶1的植物油脂，并因颜色呈橘红色，富含类胡萝卜、维生素E、辅酶Q10和甾醇等生物活性成分而多被称作红棕油(Red Palm Oil)[3]。并且红棕油中类胡萝卜素的强抗氧化能力以及利用红棕油通过膳食补充和营养强化以改善维生素A缺乏症患者的临床症状的显著功效也已被广大消费者所认可[4]。

杀酵作为棕榈油加工过程中的重要步骤，具有使果实软化松动脱落、灭活脂肪酶以及使果肉中部分载油细胞破裂的重要作用。目前棕榈油加工业中普遍使用40 psi(140 ℃)的饱和热蒸汽进行75～90 min的杀酵预处理[5-7]。但该方法也存在人力需求大、热损严重、大批量处理时效率降低、废水量大，易污染环境等缺点[7]，不符合当下构建绿色节能、环境友好型工业的要求。因此，近年来研制连续化杀酵设备、应用微波、热风和超临界CO2杀酵以提高杀酵效率的研究报道层出不穷，最早的可追溯到Mongana等1955年在刚果的一次实验，但是到目前为止鲜有重要的技术或配合油脂提取的现代化工艺被证实是行之有效的[2, 7]。在前人的研究基础上，从探讨杀酵对油棕果中维生素E和类胡萝卜素以及挥发性成分的视角出发，重点研究热风、微波、蒸煮、蒸汽和超声波等方式对棕榈果中微营养成分的影响，筛选出能最大程度保持或提高微营养成分的处理方式后进行复合杀酵，最后对比分析新鲜和最优复合处理后油棕果中的挥发性组分差异，以期能为富含维生素E和类胡萝卜素的棕榈油制备技术的突破提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

油棕果采自中国热带农业科学院椰子研究所科研实验基地;维生素E标准品:上海源叶生物科技有限公司，质量分数≥95%(以α-生育酚计)；无水乙醇、氯化铁、1,10-菲罗啉、磷酸均为分析纯。上海精科752N紫外可见分光光度计，梅特勒AL204-IC电子天平；HP 7890A-5975C气相色谱-质谱仪(GC-MS)，格兰仕P70D20P-N9微波炉，深圳超艺达PS-40超声波清洗机、美的MY-12CS505A电压力锅，日本HIRAYAMA HVA-85灭菌器，上海一恒DHG9240A鼓风干燥箱。

1.2 实验方法

1.2.1 油棕果预处理

新鲜油棕果整串采摘后，立即脱除果粒，清洗后分别进行微波(中火微波120 s)、超声波80 ℃处理30 min)、蒸煮(电压力锅内12 min，压力为30～50 kPa)、热风(140 ℃，50 min)与蒸汽(121 ℃，20 min，压力约500 kPa)5种预处理。冷却后将果肉与果核分离，收集果肉粉碎后备用。

1.2.2 维生素E含量的测定

参考刘云等[8]的方法，并稍作修改，简要过程如下：分别取5、10、20、40、60 μg/mL和80 μg/mL的维生素E标准溶液1.0 mL；依次加入2.0 mmol/L的FeCl3和10 mmol/L的1, 10-菲啰啉各1.0 mL；震荡反应30 s后立即加入20 mmol/L的H3PO4溶液1.0 mL终止反应，以相应的试剂空白做参比，于510 nm处测定吸光值，制作标准曲线。

取预处理并粉碎后的油棕果肉2.0 g，加入20 mL无水乙醇，50 ℃超声波辅助提取30 min后定容至50 mL，3 000 r/min离心10 min，取上清液，稀释至合适浓度后按上述步骤测定。

1.2.3 类胡萝卜素含量的测定

利用类胡萝卜素主峰吸收光谱一般在(440±10) nm的特点，参考杨万政等[9]的方法，并稍作修改：取1.2.2所得的上清液，稀释至合适浓度后于445 nm测吸光值, 并以无水乙醇作空白, 按公式计算类胡萝卜素含量：

式中：X为类胡萝卜素含量；A为样品在445 nm处吸光值；V为测定样品的总体积(mL)；A0为类胡萝卜素的平均吸收系数2500；m为样品质量/g。

1.2.4 油棕果中挥发性香气物质测定

1.2.4.1 样品制备

采用同时蒸馏萃取法。称取300 g样品放入同时蒸馏萃取器中，加入400 mL蒸馏水；同时蒸馏萃取器的另一边加入30 mL二氯甲烷，提取3 h，提取液脱水后，浓缩至1.0 mL，用GC-MS分析。

1.2.4.2 GC-MS分析条件

GC条件：色谱柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气为氦气(纯度>99.999%)，柱温：保持50 ℃初始温度3 min后，以4 ℃/min的速率升温到250 ℃并保持5 min：分流比为30∶1，进样量1.0 mL。

MS条件：离子源：EI；气质接口温度为280 ℃；离子源温度：230 ℃；四级杆温度:150 ℃；电子倍增器电压：1894 V；电子能量：70 eV。

1.2.4.3 挥发性香气物质相对含量的计算

将GC-MS得到的质谱数据经计算机在标准谱库中进行检索，按其匹配度确认其化学成分。并采用峰面积归一化法，以各香气组分的峰面积占总峰面积之比值表示组分相对含量。

2 结果与讨论

2.1 不同杀酵方式对油棕果中微营养成分的影响

毛棕榈油(CPO)是自然界中维生素E(0.6～1.2 mg/g)和类胡萝卜素(0.5～0.7 mg/g)含量较高的资源之一，可通过诱捕自由基，中和硫基自由基，螯合过氧自由基，淬灭单线态氧等途径有效防止棕榈油的热氧化劣变，维系其营养品质和外观特征[7]。但是在棕榈油加工过程中会造成维生素E和类胡萝卜素等微营养成分的损失，尤其是物理精炼中使用低压高温蒸汽进行脱臭时维生素E的损失量非常高，当蒸汽发生泄漏时则损失会更高；另外化学精炼生产精炼棕榈油时，类胡萝卜素首先会在脱色过程中损失大部分，剩余部分还会被脱臭步骤的高温蒸汽进一步脱除[7, 10]。另外，各种杀酵处理也会对维生素E和类胡萝卜素的含量产生一定影响，研究发现随着微波杀酵时间的延长(0～60 s)，棕榈油中类胡萝卜素的含量由0.61 mg/g增加到了0.70 mg/g，且以微波杀酵40 s时含量最高，达0.88 mg/g；并且杀酵时间应保持在3 min内以保持果仁的色泽[6]。而Hadi 等[11]油棕果103 ℃热风杀酵18 h后，提取的棕榈油中类胡萝卜素的含量为0.44 mg/g。

因此，在前人的研究报道和预实验的基础上研究了热风、蒸煮、蒸汽、微波和超声波5种杀酵方式对油棕鲜果中的维生素E和类胡萝卜素含量的影响，结果如下图所示。可以看出：与空白组相比，蒸煮对提高鲜果乙醇提取物中的维生素E的含量的效果最为显著(约为空白组的3.37倍)，蒸汽和热风次之，且处理间差异极显著(P<0.01)(表1)。这可能因为热蒸汽的穿透力较强，能显著破坏鲜果的细胞壁或维生素E交联物质，从而有利于维生素E的释放。但是随着压力的增加，维生素E含量反而从4.62 mg/g(蒸煮)降低至3.61 mg/g(蒸汽)，说明过高的压力可能会使生素E的结构破坏而损失。

图1 不同杀酵方式对油棕果中维生素E(a)和类胡萝卜素(b)含量的影响

对类胡萝卜素而言，5种杀酵处理间也表现出了极显著性的差异(P<0.01)，热风、蒸煮和微波杀酵均能提高其含量，且以热风最为显著(可提升至0.48 mg/g)。而超声波和蒸汽杀酵后类胡萝卜素的含量损失较严重(分别损失近80%和70%)，这可能是因为具有独特的机械效应、热效应及空化效应的超声波处理和强力穿透性能的高压蒸汽处理的作用较为强烈，容易导致类胡萝卜素降解；而热风处理多作用于果实外层，具有显著的加热不均匀性[11]，因此对果实中类胡萝卜素含量的破坏作用最低。

表1 不同杀酵方式处理结果间的方差分析表

2.2 复合杀酵对油棕果中微营养成分的影响

本实验选择了蒸煮、热风和微波3种方式两两结合进行先后杀酵处理，结果如图2所示。可以看出6种复合杀酵方式均能提高油棕果提取物中的微营养成分含量，且以蒸煮+微波组的提升作用最大，其维生素E和类胡萝卜素含量分别达到了4.20 mg/g和0.55 mg/g，分别为空白组的3.07倍和1.74倍。而处理顺序相反的微波+蒸煮组的类胡萝卜素含量则出现了一定的损失，其具体原因尚待进一步研究。

注：横坐标数字分别表示1为微波+热风；2为微波+蒸煮；3为热风+微波；4为热风+蒸煮；5为蒸煮+热风；6为蒸煮+微波；处理顺序均为依次先后杀酵。图2 不同复合杀酵处理对油棕果中维生素E(a)和类胡萝卜素含量(b)的影响

2.3 最适杀酵处理对油棕果中挥发性组分的影响

按照蒸煮+微波的方式对新鲜油棕果进行处理后，利用GC-MS对果肉粉末进行挥发性成分分析，并以未处理的空白组为对照，结果见于表2和表3。可以看出：新鲜油棕果中(空白组)的挥发性香气物质共46种，其中棕榈酸的含量最高，达45.748%，甲基环戊烷/正己醇和反,反-2,4-癸二烯醛次之，分别为16.607%和8.081%。而经过蒸煮+微波处理后其挥发性物质种类也减少至38种；其中苯酚的含量最高，达26.471%，其次为苯乙烯(14.716%)。

从物质种类来看(表2)，新鲜油棕果中含有12种酯类，其次为醛类(9种)、酸类(6种)；处理后的油棕果中则以烃类(10种)为主，其中芳香烃和烷烃各4种，烯烃2种，新鲜果中的烃类则以芳香烃为主；其次为醇类(7种)和酯类(7种)。

表2 处理前后油棕果中挥发性香气物质种类及含量变化

从物质相对含量角度分析，新鲜油棕果的挥发性香气物质以酸类为主，占47.392%，其中棕榈酸又约占酸类物质总量的96.53%。处理后的油棕果香气物质则以酚类为主，达38.597%，其中又以苯酚含量最高，约占酚类总量的68.58%。

另外，在检测出的香气物质中，油棕果处理前后的共有物质种类为21种，其中酯类6种、酚类5种、醇类2种、醛类3种、芳香烃3种，其他物质2种；分别占新鲜果肉和处理后果肉挥发性香气物质总量的36.98%和77.20%。处理前后香气物质相对含量有所提高的共计14种，其中5种酚类物质的相对含量均有增加，且以苯酚最为显著，由0.321%增加至了26.471%；其他类物质中糠醛的含量则由0.376%增加至了4.619%。而6种酯类物质中有5种均呈降低趋势，如处理后油酸乙酯的含量由7.252%降低至2.304；其他物质中以甲基环戊烷/正己醇的含量损失最为严重(由16.607%降低至了6.936%)。就挥发性香气物质的绝对含量而言而言，新鲜果肉中的总含量为0.031%，而处理后的果肉则仅为0.003%，杀酵预处理前后挥发性香气物质损失了约10倍。因此若要最大程度的保留油棕果中的香气物质，就有必要对现有工艺进行再优化或者寻求新的预处理方式。

3 结论

杀酵作为棕榈油加工过程中的一个重要环节，其处理的好坏程度对后续油脂品质的影响很大[12]。而目前棕榈油加工业中最常见的杀酵方式(140 ℃的饱和蒸汽处理75～90 min)虽然具有投资少、灭酶和软化效果好等优点；但也暴露了人力需求大、热损耗严重、大批量时效率低、尤其是废水排放量大的突出问题。因此，寻求替代的杀酵处理方式成为了各国学者研究的热点：微波、热风、超临界和连续杀酵等方式已有所突破[2-3, 7]。但对各种处理方式进行复合杀酵及处理前后对类胡萝卜素、维生素E和挥发性物质的影响鲜见报道。本研究结果表明：微波、蒸煮和热风3种杀酵预处理能显著提高油棕果中的微营养成分(维生素E和类胡萝卜素)的含量，且以蒸煮处理对维生素E的含量提升效果最为显著(约为空白组的3.37倍)，热风处理可将类胡萝卜素含量可提升至0.48 mg/g。而超声波处理则会造成维生素E和类胡萝卜素的损失。蒸煮+微波复合处理能同步提高油棕果中的维生素E和类胡萝卜素含量至4.20 mg/g和0.55 mg/g，可作为富含维生素E和类胡萝卜素的高端棕榈油制备技术的杀酵工艺加以优化和推广。另外，在新鲜油棕果中共检测出挥发性香气物质46种，其中棕榈酸的含量最高，达45.748%；杀酵后的油棕果仍保持着原有的21种香气物质，但相对含量差异却很大，如苯酚由0.321%增加至26.471%、糠醛由0.376%增加至4.619%、油酸乙酯含量则由7.252%降低至2.304%。

表3 预处理对油棕果挥发性香气物质的影响

注：—表示未检出。

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