加热温度对核桃油理化品质的影响规律研究

罗 凡 费学谦 戚雨婷 王 超 胡立松

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所1，杭州 311400) (浙江农林大学2，临安 311300)

核桃(JuglansregiaL.)又被称为羌桃或胡桃，属胡桃科(Juglandaceae)胡桃属(Juglans L.)植物，是世界重要坚果树种[1]，位列核桃、扁桃、腰果、榛子四大干果之首[2]。中国有200余个核桃品种，2 000多年的栽培历史，除黑龙江、上海、广东、海南、台湾外，其他省(市)均有种植[3]。在中国主要坚果类果树中核桃的种植面积位居第一，总产量在板栗之后位居第二。2008年11月，国务院发布的《国家粮食安全中长期规划纲要(2008—2020年)》中提出：合理利用山区资源，大力发展木本粮油产业，加快提高油茶、油橄榄、核桃、板栗等木本粮油品种的品质和单产水平，增加木本粮油供给；尤其是2010 年中央一号文件指出：积极发展油茶、核桃等木本油料[4]，为核桃产业发展吹响了进军号。据FAO统计，2013年我国核桃栽培总面积为42.5公顷，带壳干果产量170万t，分别是美国的3.76、4.05倍，居世界首位[5]，其后中国核桃种植面积每年在以 10%的速度增长，目前正处在前所未有的发展阶段，发展核桃加工业刻不容缓。

核桃中含有人体中不能合成的多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸，两者约占核桃油脂总量的68.9%，且比值较好(4∶1)，具有显著降低血脂，预防心脑血管疾病的作用[6]；此外核桃中还含有丰富的蛋白质、钾、钙、镁、锌、铁等矿物质、维生素 A、D、E、K、P等脂溶性维生素、多酚、类黄酮、磷脂、褪黑激素等多种功能成分[7]。核桃仁含油量在60%～70%之间，核桃油制取过程中带入了核桃仁中的功能性脂肪酸、维生素E、多酚等多种生理活性物质，有很好的营养保健功效[8,9]。有研究表明，与其他食用植物油相比，核桃油的抗氧化性和清除自由基的能力位居第一[10]。基于核桃的营养成分和经济价值，核桃油作为核桃加工的主要产品之一，其营养价值和加工工艺的研究日益受到关注[11]。

目前核桃油加工过程中的许多问题还未能解决，油脂氧化机理、营养成分流失、产品褐变、保健机理等问题的研究还不够深入。在核桃干燥、压榨和精炼制油过程中，温度不可避免地对核桃的内部形态及营养成分起着关键作用[12]。前期有学者对不同热处理引起核桃油中过氧化值及功能成分改变的规律做了研究[13]，王晗琦等[14]发现对云南核桃仁进行煎炸、加热、水煮等热加工处理可提高核桃油过氧化值、黄酮和总酚的含量，同时降低VE、油酸、亚油酸和亚麻酸的含量；彭祺等[15]研究发现炒制工艺相比煮制工艺，对山核桃中不饱和脂肪酸的破坏更大等。但是目前热加工处理对核桃营养功能成分影响的研究报道仍不甚祥尽，而研究核桃油加工过程中品质变化的规律，是核桃加工工艺的理论基础和高品质核桃油产品生产的基本保障。

本研究旨在探讨温度对核桃油氧化稳定性、营养品质及理化指标的影响规律，为研究核桃内部水分、营养成分、氧化过程等理化指标的变化机理提供参考，为核桃油加工工艺的改进提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

核桃样品分别为希耳，香玲和老树核桃，产自山东省费县核桃林。

福林酚试剂(BR)；乙腈(HPLC级)，其他试剂均为AR级。

二醇基固相萃取小柱(Diol-SPE，500 mg，3 mL)。

1.2 仪器与设备

DGG-9140电热恒温鼓风干燥箱；6YY-190自动液压榨油机；UV-2550紫外分光光度计；LC-10AT型液相色谱仪及SPD-10A型紫外检测器；PEN3电子鼻。

1.3 实验方法

1.3.1 加热处理及制油

称取5份核桃各2.0 kg，平铺于瓷盘中并分别在30、60、90、120、150 ℃烘箱中加热60 min，自然冷却至室温，去壳后液压榨油，冷藏备用。

1.3.2 营养成分测定方法

维生素E测定参考GΒ/T5009.82—2003，角鲨烯测定参考文献[16]，β-谷甾醇测定参考文献[17]，总酚测定采用福林酚比色法[18]测定。

1.3.3 理化指标测定

氧化诱导时间根据GBT 21121—2007方法测定；水分测定参考GB 5009.236—2016 方法。

1.3.4 气味成分测定

核桃油中的挥发性成分采用气质联用法测定[19]。

电子鼻判别：称取1.0 g核桃油样品置于20 mL顶空瓶，盖紧密封后常温条件下平衡10 min。利用PEN3电子鼻进行测定，具体参数为：样品测定间隔时间1 s；样品准备时间5 s；样品测试时间60 s；测量计数时间1 s；清洗时间110 s；自动调零时间10 s；内部流量和进样流量300 mL/min。数据选取时间段55～58 s，每个处理重复测定2次。利用WinMuster软件进行主成分分析(PCA)及区分度(DP)计算。

1.3.5 数据处理和分析

各项指标重复测定3 次，运用Origin 8.0 和SPSS 12.0 进行数据处理和分析。

2 结果与讨论

2.1 核桃加热前理化指标和营养成分

经测定加热前希尔、香玲和老树3个品种核桃仁样品的含水率分别为3.76%、4.58%、4.26%，含油率分别为59.2%、56.8%、64.4%，压榨后核桃油中理化指标如表1所示(核桃油中角鲨烯含量较少，未列出)。

表1 核桃加热前压榨毛油的理化指标

从表1可以看出，3个品种核桃油的酸价均低于《GB/T 22327—2008核桃油》中压榨核桃油酸价的质量标准(3.0 mgKOH/g)，3个品种中只有老树核桃所榨油的过氧化值超出了该标准中0.152 g/100 g(6.0 mmol/kg)的限值；香玲核桃油的氧化稳定时间最长(P<0.01)，所测定4个营养指标中香玲核桃油的VE(P<0.01)和β-谷甾醇的含量也最高(P<0.01)，希尔核桃油中角鲨烯含量最高(P<0.01)。结果表明未经加热处理的核桃压榨后所得核桃油不稳定，不同品种核桃油中的VE、β-谷甾醇和角鲨烯等营养成分的含量存在显著差异。

表2 核桃加热前压榨毛油中脂肪酸含量/%

注：脂肪酸甲酯的检出限为0.05%。

加热前核桃油中主要脂肪酸组成如表2所示，3个核桃品种主要测到6种脂肪酸，总不饱和脂肪酸含量分别为90.0%、90.0%、90.3%，主要由油酸、亚油酸和亚麻酸组成；3个品种核桃油中棕榈酸、硬脂酸和顺-11-二十碳烯酸的含量没有显著差异(P>0.05)；油酸和亚油酸的含量分别在希尔、香玲品种的核桃油中最高，与其他2个品种差异极显著(P<0.01)。

2.2 不同加热温度对核桃油氧化稳定性的影响

3个品种核桃分别经过不同温度加热后测定其压榨油的氧化稳定时间，结果如图1所示。

图1 核桃经不同温度加热后所榨核桃油的氧化稳定时间

从图1可以看出，3个品种的核桃经过不同温度的加热后，其压榨核桃油的氧化稳定时间均有不同程度延长，尤其是当加热时间超过90 ℃，随加热温度的增加氧化稳定时间增加更为显著；经过150 ℃加热后3个品种核桃油的氧化稳定时间分别达到4.2、4.62、4.68 h，比加热前的0.57、0.85、0.56 h分别延长6.4、4.4、7.4倍。研究结果表明适当加热处理能明显提高核桃油的氧化稳定性，与Schlormann等[20]的研究结果类似。核桃加热后其压榨核桃油氧化稳定性提高的原因可能来自于水分的降低、抗氧化油脂伴随物的溶出、形态改变、生成等(美拉德反应产物)。

2.3 核桃油中酸价和过氧化值的变化

过氧化值是反映油脂初期氧化反应的指标，本研究测定了不同温度加热后压榨核桃油的酸价和过氧化值，结果如图2所示。

图2 核桃经不同温度加热后所榨核桃油酸价和过氧化值

从图2可以看出，3个品种的核桃经不同温度加热后，其压榨核桃毛油的酸价随加热温度的升高呈现不同的变化趋势，但最终趋于稳定。经150 ℃加热1 h后酸价分别为0.11、0.093、0.085 mg/g，比对照分别减少33.6%、0.0%、29.2%；经过不同温度加热后，3个品种核桃所榨毛油的过氧化值呈现随加热温度升高呈现不同的变化规律，但是当加热温度高于90 ℃后3个品种核桃油的过氧化值变化规律相似，均随加热温度的增加而减少，其中3个品种在150 ℃加热1 h后，其过氧化值分别为0.063、0.066、0.071 g/100g，比加热前的0.18、0.12和0.22g/100 g分别减少65.0%、45.0%、67.7%，且均低于《GB/T 22327—2008核桃油》中压榨核桃油过氧化值0.152 g/100 g(6.0 mmol/kg)的限值。油脂氧化过程是一个动态平衡过程，在油脂氧化生成氢过氧化物的同时，还存在着氢过氧化物分解和聚合，油脂的过氧化值主要评价油脂中氢过氧化物的含量，因此本研究的结果表明加热可以促进核桃中氢过氧化物的分解和聚合，从而降低核桃油的过氧化值。本研究经过120～150 ℃加热一定时间后压榨核桃油的酸价和过氧化值略有降低的研究结果与王晗琦[14]将核桃仁在130 ℃烘箱中加热38 min后核桃油的过氧化值升高的结果不同，本人认为原因可能和提油方式和核桃内种皮有关，本实验中带外种皮加热核桃，加热后带内种皮液压榨油，内种皮中含有丰富的多酚和黄酮等抗氧化物质[21]，且烘后其含量和抗氧化能力可能更高[22]，将对核桃油的氧化起到明显的遏制作用。

2.4 核桃油中含水量的变化

水分是油脂的主要杂质之一，往往通过加速甘三酯的水解影响油脂品质。核桃经过不同温度加热后其压榨油中水分的变化如图3所示。

图3 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中水分含量

从图3可以看出，核桃加热后油中的水分均降至0.10%及以下，满足GB/T 22327—2008《核桃油》中压榨核桃油水分的质量标准(≤0.10%)，可见适当加热可显著降低核桃油中的水分含量。不同温度加热1 h处理后核桃油中水分均有所下降，3个品种水分最低点分别出现在加热温度为120、150、120 ℃时，最低含水量分别为0.05%、0.05%、0.06%。

2.5 加热对核桃油中营养成分的影响

2.5.1 核桃油中VE含量的变化

核桃经过不同条件加热后测定其压榨油中VE的含量，结果如图4所示。

图4 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中VE含量

从图4可以看出，核桃经加热后，其压榨油中VE含量几乎都随着加热温度的升高呈现下降的趋势，这与Bada等[23]和Lee等[24]的研究结果相似。当150 ℃加热1 h后，3品种VE含量分别从13.73、18.90、12.84 μg/g降至6.62、8.03、9.02 μg/g，分别下降了51.8%、57.5%、29.7%。Vaidya等[25]对核桃进行160 ℃，15 min加热处理，在暗处60 ℃贮藏期间观察油脂氧化稳定性和生育酚含量变化，发现加热提取的油总生育酚含量低于未加热提取的油。但在贮藏期间，前者的氧化诱导期明显长于后者，与本实验的研究结果相似。

2.5.2 核桃油中β-谷甾醇含量的变化

核桃经不同条件加热后测定压榨油中β-谷甾醇的含量，结果如图5所示。

图5 不同温度加热后所榨核桃油中β-谷甾醇的含量

从图5可以看出，随加热温度的增加香玲和老树核桃油中β-谷甾醇的含量呈现先减少后增加的变化规律，150 ℃加热1 h后含量分别达到1 566.8、1 675.8、1 772.3 mg/kg，比对照升高了18.5%、16.9%、19.5%，β-谷甾醇含量总体上呈升高趋势，说明其受短时(≤1 h)高温氧化破坏的影响较小[26]。

2.5.3 核桃油中总酚含量的变化

核桃经不同条件加热后压榨油中总酚的含量的变化如图6所示。

图6 核桃经不同温度加热后所榨核桃油中总酚含量

从图6可以看出，3个品种核桃在低温加热(30～90 ℃)1 h后压榨核桃油中总酚含量随加热温度的升高呈下降趋势，其中总酚最低分别出现在60、90、60 ℃左右，分别比对照降低了28.6%、32.9%、37.7%；但经高温(150 ℃)加热后总酚含量相比对照明显升高，分别达到17.63、11.31、9.37 μg/g，比对照增加了161.1%、82.4%、21.3%。结合2.2中150 ℃温度下加热1 h后核桃油的氧化稳定时间最长的结果，推断在本实验考察的水分和活性成分(VE、角鲨烯、β-谷甾醇、总酚等)等指标中，总酚含量的升高对提高高温加热后核桃油氧化稳定性的可能性最大；与总酚含量在低温加热时随温度增加含量降低的规律不同，氧化稳定时间在考察的温度范围内均随温度的升高而延长，因此推断，低温加热过程核桃油氧化稳定时间的延长可能由其他抗氧化物质的生成(如美拉德反应产物)或含量的增加引起，具体机理有待进一步研究。

2.6 加热温度对核桃油中气味成分的影响

2.6.1 气质色谱测定挥发性成分

3个品种核桃经过不同温度加热后所榨取核桃油中主要挥发性成分列于表3。从表3可以看出，核桃油中挥发性成分丰富，且随着加热温度的增加己醛、庚醛、庚稀醛、己酸、辛醛、辛稀醛的含量随加热温度的升高在核桃油中呈现上升的趋势，其中150 ℃加热1 h后希尔、香玲和老树核桃油中己醛的含量分别比对照增加17.5、35.1、6.4倍，己酸的含量分别增加4.7、1.1、3.9倍；在对照核桃油中测不到的庚稀醛和辛稀醛，在加热30 ℃后分别可测，其含量随加热温度的升高呈上升趋势；正己醇、2-庚酮、1-庚醇、甲基乙基甲酮、正辛醇、壬醇和癸酮的含量随加热温度的升高呈现下降的趋势；其中150 ℃加热1 h后希尔、香玲和老树核桃油中正己醇的含量分别比对照减少91.2%、87.8%、57.2%，甲基乙基甲酮含量分别减少63.2%、62.4%、60.3%；辛醛含量分别下降100.0%、60.9%、50.2%；正辛醇含量分别下降59.3%、49.3%、65.5%；壬醇含量分别下降40.7%、41.7%、78.4%；癸酮含量分别下降45.9%、55.0%、72.3%。

2.6.2 电子鼻测定

运用电子鼻对3个品种核桃油的气味轮廓进行采集，依据传感器响应值进行主成分分析和区分度计算，结果如图7所示。

注：1～3分别代表希尔、香玲和老树核桃油的气味成分。
图7 3个品种核桃油风味PCA主成分分析结果

由图7可以看出利用电子鼻能够对不同核桃油的整体风味进行有效判别效果。对测定传感器的响应值分析得出，核桃油气味中主要由乙醇、对硫化物、氮氧化合物以及芳香成分、有机硫化物等组成。计算得出希尔和香玲、老树核桃油间的区分度分别为0.678、0.789，后两者的区分度为0.671，可见利用电子鼻能够对不同核桃油样品间的区分度较高，相较于GC-MS分析，电子鼻判别更为简单、快速，并且便于实行在线监控[27]。3个品种的区分度为93.587%，其中第一主成份和第二主成分的累计贡献率分别为80.585%、12.992%，两者之和为93.577%，接近100%，说明结果很接近原始信息。

表3 不同温度加热后核桃油中挥发性成分组成(%)

电子鼻传感器对不同气味的相应灵敏度不同，对3个品种核桃经过不同温度加热后所榨核桃油电子鼻测定的“传感器贡献率分析”发现，核桃油中芳香成分、氨水、氢气、烷烃芳香成分等含量较少(传感器1、3、4、5、10)，且随着加热温度的升高变化不大，而其中氮氧化合物、甲烷、硫化物、乙醇、芳香成分、有机硫化物等含量较大且随着加热温度的升高变化明显(传感器2、6、7、8、9)。

利用PEN3.0软件WinMuster对3个品种的核桃在加热后所榨核桃油的气味成分进行“主成份分析”，发现不同品种经过5个温度的加热后其气味区分度良好，说明气味成分发生了显著变化，温度间的区分度大部分接近1，说明样品间的区分度越好，且香玲核桃加热后其不同温度间气味区分度(0.985～1.000)比其他2个品种更好。

3 结论

本实验对不同加热温度处理后希尔、香玲和老树3个品种的核桃所榨核桃油的物化和营养指标变化进行了分析研究。研究结果表明适当加热处理能明显提高核桃油的氧化稳定性，其中经过150 ℃加热后3个品种核桃油的氧化稳定时间分别达到4.2、4.62、4.68 h，比加热前的0.57、0.85、0.56 h分别延长6.4、4.4、7.4倍；过氧化值分别为0.063、0.066、0.071g/100 g，比加热前的0.18、0.12和0.22 g/100 g分别减少65.0%、45.0%、67.7%；加热处理可显著降低核桃油中的水分，3个品种水分最低点分别出现在120、150、120 ℃加热1 h时，水分含量分别为0.05%、0.05%、0.06%；随加热温度的升高核桃油中营养成分的变化呈现升高(总酚、β-谷甾醇)、下降(VE)、变化不明显(角鲨烯)等不同规律：反应了不同油脂伴随营养物随温度升高的稳定性或溶出性能。本实验考察的水分、活性成分(VE、角鲨烯、β-谷甾醇、多酚等)中水分、多酚和β-谷甾醇含量的变化对提高核桃油氧化稳定性的可能性最大，但不排除有美拉德反应产物等的影响，具体机理有待进一步研究。

利用电子鼻能够对不同核桃油的整体风味进行有效判别效果，对测定传感器的响应值分析得出，核桃油气味中主要由乙醇、对硫化物、氮氧化合物以及芳香成分、有机硫化物等组成，种间差异可区分；核桃油中芳香成分、氨水、氢气、烷烃方香成分等含量较少，且随着加热温度的升高变化不大，而其中氮氧化合物、甲烷、硫化物、乙醇、芳香成分、有机硫化物等含量较大且随着加热温度的升高变化明显。