水酶法芝麻油与其他工艺芝麻油品质差异研究

张雅娜，齐宝坤，郭 丽，王宇晨

(1.绥化学院 食品与制药工程学院，黑龙江 绥化 152061； 2.东北农业大学 食品学院，哈尔滨 150030)

芝麻油的制取方法有水代法、压榨法、水酶法等。水代法芝麻油的香味独特而浓郁，品质佳，但水代法多见于传统的小作坊生产，规模小，制油后芝麻渣中蛋白质品质较差，水分含量高易发酵变质，造成环境污染[1]。压榨法操作简单，应用范围广，易实现工业化生产，但出油率较低，饼残油高，能耗大，制得的毛油色泽深且易变质，油的风味不如水代法[2]。水酶法是近年来新兴的一种环保提油技术，具有安全性好、条件温和、能耗较低，可同时得到高品质的油、低变性蛋白及其他功能性成分，被油脂科学界称为“一种油料资源的全利用技术”[3-6]。

目前，除水酶法芝麻油，针对其他工艺芝麻油的品质差异对比已有研究。陈刘杨等[7]研究了焙烤时间和焙烤温度对芝麻油品质的影响。刘玉兰等[8]以黑芝麻、白芝麻为原料，对水代法、液压压榨法、螺旋压榨法所得芝麻油的品质进行了对比研究。杨冉等[9]采用顶空固相微萃取和气质联用技术，对4种芝麻油(水代法黑芝麻油、水代法白芝麻油、压榨法黑芝麻油和压榨法白芝麻油)中含量较高的20种挥发性风味成分进行检测。刘兵戈等[10]分别以带皮和脱皮芝麻为原料，研究不同工艺(冷榨法、热榨法、水代法)对芝麻油品质的影响。李晓栋等[11]进行了冷榨与热榨芝麻油品质及氧化稳定性差异研究。赵丹等[12]对热榨芝麻油、冷榨芝麻油、水代法芝麻油及精炼芝麻油的品质进行了对比研究。本实验对水酶法提取的芝麻油与其他工艺芝麻油(冷榨法芝麻油、热榨法芝麻油、水代法芝麻油)进行对比，对其外观品质、理化特性、抗氧化成分及脂肪酸组成进行研究，为全面了解水酶法芝麻油的性质、水酶法油脂精炼及工业应用提供一定的研究基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

脱皮白芝麻，产自安徽省涡阳县；水代法、冷榨法、热榨法3种工艺提取的芝麻油均取自安徽省凤阳县御膳油脂有限公司。Alcalase 2.4L水解蛋白酶，丹麦Novo公司；脂肪酸甲酯标样、生育酚标样、芝麻酚标样、芝麻素和芝麻林素标样，美国Sigma公司。

ZDDN-II全自动凯氏定氮仪；WSL-2比较测色仪；2WAJ阿贝折射仪；UltiMate 3000高效液相色谱仪；Agilent 6890-5973气相色谱-质谱联用仪，安捷伦科技有限公司；BT224s电子天平；DGX-9143B-1电热鼓风干燥箱；DFD-7000加热板；SX2-8-102箱式电阻箱；EFP307食品加工机；Sorvall ST 16R高速冷冻离心机；HZS-H水浴振荡器；PHS-3C型pH计；QSY-8数控消化炉。

1.2 实验方法

1.2.1 水酶法提取芝麻油

称取脱皮白芝麻50.00 g，用食品加工机进行粉碎，将芝麻粉放入烧杯中，加入300 mL水混合均匀后放入冰箱中冷冻24 h，将冷冻后的芝麻物料在微波炉中进行微波解冻处理。在解冻的样液中加入2%(脱皮白芝麻粉质量的2%)Alcalase 2.4L水解蛋白酶，酶解温度55℃，酶解时间3 h，用2 mol/L的NaOH溶液调节酶解液pH至9.0。酶解结束后进行离心(转速10 000 r/min、时间20 min、温度4℃)，离心后分为4层(游离油1、乳状液、水解液、残渣)，将乳状液再次进行冷冻、微波解冻处理，进行第二次离心，得到游离油2，最后将两次得到的游离油合并，得到水酶法提取的芝麻油。

1.2.2 脱皮白芝麻主要成分测定

水分测定参考GB 5009.3—2016；灰分测定参考GB 5009.4—2016；粗蛋白质测定参考GB 5009.5—2016；粗脂肪测定参考GB 5009.6—2016。

1.2.3 芝麻油的品质分析

1.2.3.1 芝麻油的外观品质

不溶性杂质含量的测定参考GB/T 15688—2008；透明度、气味、滋味的测定参考GB/T 5525—2008。

1.2.3.2 芝麻油的理化特性

色泽的测定参考GB/T 22460—2008；相对密度的测定参考GB 5009.2—2016；折光指数的测定参考GB/T 5527—2010;水分及挥发物的测定参考GB 5009.236—2016；酸价的测定参考GB 5009.229—2016；过氧化值的测定参考GB 5009.227—2016；皂化值的测定参考GB/T 5534—2008；不皂化物的测定参考GB/T 5535.1—2008。

1.2.3.3 芝麻油的抗氧化成分

生育酚含量测定参考GB/T 26635—2011；芝麻素和芝麻林素含量测定参考GB/T 31579—2015。

芝麻酚含量利用高效液相色谱法测定。色谱条件：Symmetry C18色谱柱(3.9 mm×150 mm，5 μm)；流动相为甲醇-水(体积比75∶25)；流速1 mL/min；柱温30℃；紫外检测波长287 nm；进样量20 μL。

1.2.3.4 芝麻油的脂肪酸组成

参考GB 5000.168—2016进行测定。

1.2.4 分析方法

所有实验至少进行3次，利用SPSS Statistics 18.0软件对实验数据进行统计，采用Tukey’s检验进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 脱皮白芝麻的主要成分(见表1)

表1 脱皮白芝麻的主要成分 %

由表1可知，本实验所用的脱皮白芝麻中水分含量为4.07%，灰分含量为2.85%，粗蛋白质含量为20.10%，粗脂肪含量为54.20%。经测定，采用水酶法提取的芝麻油得率为80.09%。

2.2 芝麻油的外观品质(见图1、表2)

由图1和表2可知，4种芝麻油的透明度、不溶性杂质以及气味、滋味均较好，均达到国标要求。水酶法芝麻油虽未经过精炼处理，但从透明度以及不溶性杂质来看，符合一级成品芝麻油标准。水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油的气味、滋味较相似，比热榨法芝麻油和水代法芝麻油的气味、滋味淡，主要由于热榨法芝麻油和水代法芝麻油经过高温处理，温度较高会发生美拉德反应产生呈色呈味物质，因此热榨法芝麻油和水代法芝麻油香气较浓、颜色较深，而水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油整个工艺过程温度不超过60℃，因此水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油香气清淡、颜色较浅。

图1 不同工艺制取的芝麻油样品

表2 水酶法芝麻油与其他工艺芝麻油外观品质比较

2.3 芝麻油的主要理化特性(见表3)

表3 水酶法芝麻油与其他工艺芝麻油主要理化特性比较

注：同行数据上标不同小写字母表示差异达到显著水平(p<0.05)。下同。

2.3.1 色泽

由表3可知，水酶法芝麻油的色泽为黄20、红2.0，符合一级成品芝麻油标准。热榨法芝麻油的色泽为黄70、红3.0，水代法芝麻油的色泽为黄40、红6.0，两者均符合一级芝麻香油标准。从图1可知，4种芝麻油的色泽由深到浅依次为热榨法芝麻油>水代法芝麻油>冷榨法芝麻油>水酶法芝麻油。热榨法芝麻油色泽最深而水酶法芝麻油最浅，原因可能是一方面热榨法芝麻油的榨料在螺旋榨油机榨膛中的高温条件下发生美拉德反应[8]，产生棕褐色物质，使芝麻油的颜色加深，而水酶法芝麻油提取过程中酶解作用条件温和，温度较低，色泽较浅；另一方面，水酶法芝麻油在提取过程中加入了碱，加碱后生成的皂具有吸附作用，可脱除部分酸性色素(叶绿素和类胡萝卜素)[13]。

2.3.2 相对密度、 折光指数

由表3可知，4种芝麻油的相对密度无显著性差异(p>0.05)，均在国家标准范围内。

折光指数是油脂的一项重要特性参数，也是鉴定油脂纯度的标准之一[14]。由表3可知，4种芝麻油的折光指数无显著性差异(p>0.05)，但水酶法芝麻油的折光指数超出国家标准范围，原因是水酶法芝麻油未经过精炼，油中存在杂质导致的。

2.3.3 水分及挥发物

由表3可知，4种芝麻油的水分及挥发物含量存在显著性差异(p<0.05)，水代法芝麻油的最高，其次是水酶法芝麻油，冷榨法芝麻油和热榨法芝麻油水分及挥发物含量相对较低。可能原因是水代法芝麻油和水酶法芝麻油制取的媒介均是水，导致芝麻油中的水分及挥发物含量较高。因此，水酶法芝麻油需进一步精炼，因为较高的水分及挥发物含量容易导致油脂酸败。

2.3.4 酸价

由表3可知，4种芝麻油的酸价存在显著性差异(p<0.05)，热榨法芝麻油酸价最高，其次为水代法芝麻油，原因是水代法炒籽温度170～200℃、磨浆温度60～70℃，而热榨法炒籽温度270℃左右，在榨油过程中榨料温度继续升高，自榨膛中流出的油脂在高温有氧条件下容易发生氧化酸败，从而导致热榨法芝麻油的酸价较水代法的高[8]。而水酶法芝麻油的酸价最低，原因是水酶法提取过程中为保证酶的最适pH，用NaOH溶液调节pH为9.0，加入NaOH可能中和了游离脂肪酸，使水酶法芝麻油中游离脂肪酸含量较低。已有研究表明水酶法提取的油脂游离脂肪酸含量低[15]。从酸价来看，水酶法芝麻油不需要脱酸工序就可以达到一级成品芝麻油国家标准规定。

2.3.5 过氧化值

从表3可知，4种芝麻油的过氧化值存在显著性差异(p<0.05)，水代法芝麻油过氧化值最高，其次是冷榨法芝麻油，最低的是水酶法芝麻油，且低于一级成品芝麻油标准。原因是水代法芝麻油在热工艺提取的过程中因发生氧化，加上水提作用，使氢过氧化物的含量大大增加，导致过氧化值升高。而冷榨法芝麻油过氧化值较高，原因可能是在加工过程中受到光照、氧气、金属离子等的影响。水酶法芝麻油过氧化值最低，原因是水酶法的条件温和、温度低、抗氧化物质损失较少，油脂氧化程度较低。此外，脂类氧化速率会受多种因素影响，在水酶法提油过程中油滴存在于O/W乳化体系中，氧必须扩散到水相中并通过油水界面才能接近油脂，从而减缓了氧化速率，同时蛋白酶可降解蛋白，产生的水解蛋白具有一定的抗氧化性，也使油脂氧化的速率减慢[16]。

2.3.6 皂化值、 不皂化物

由表3可知，4种芝麻油的皂化值无显著性差异(p>0.05)，水酶法芝麻油的皂化值比其他3种芝麻油都高，但均在国家标准规定范围内。

由表3可知，4种芝麻油的不皂化物含量存在显著性差异(p<0.05)，不皂化物含量由大到小的顺序为冷榨法芝麻油>热榨法芝麻油≈水代法芝麻油>水酶法芝麻油，且4种芝麻油不皂化物含量都在国家标准规定范围内。

2.4 芝麻油的抗氧化成分(见表4)

表4 水酶法芝麻油与其他工艺芝麻油的主要抗氧化成分含量的比较

注：ND表示未检出。

由表4可知，4种芝麻油的生育酚含量存在显著性差异(p<0.05)，其大小顺序为水酶法芝麻油>热榨法芝麻油≈冷榨法芝麻油>水代法芝麻油。水代法芝麻油生育酚含量最低的原因是生育酚在炒籽、磨浆、搅拌阶段流失严重，导致其含量大大降低。

由表4可知，水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油中未检出(检出限<0.001 mg/100 g)芝麻酚，而热榨法芝麻油和水代法芝麻油中含有较少的芝麻酚，且热榨法芝麻油的芝麻酚含量高于水代法芝麻油，原因是芝麻油中的芝麻酚主要来自于芝麻原料焙炒过程中高温导致芝麻林素的热分解[11]，热榨法炒籽温度(270℃)高于水代法炒籽温度(170～200℃)[8]，因此芝麻酚在热榨法芝麻油中含量较高，而水代法芝麻油中含量较低。水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油未检出芝麻酚，原因是在提油工艺中不存在高温处理。

由表4可知，水酶法芝麻油、冷榨法芝麻油、热榨法芝麻油的芝麻素和芝麻林素的含量之间无显著性差异(p>0.05)，但与水代法芝麻油存在显著性差异(p<0.05)。水酶法芝麻油和冷榨法芝麻油的芝麻林素含量相对较高，而热榨法芝麻油和水代法芝麻油的芝麻林素含量相对较低，原因是芝麻在高温焙炒和高温制油过程中部分芝麻林素转化成芝麻酚[11]，从而导致芝麻林素含量降低。4种芝麻油的抗氧化成分含量不同，可能与制油工艺条件对芝麻中抗氧化成分的作用有关[8]。从表4可得出，水酶法芝麻油中的抗氧化成分含量最高。

2.5 芝麻油的脂肪酸组成(见表5)

由表5可知，4种芝麻油的脂肪酸含量均存在显著性差异(p<0.05)。4种芝麻油主要由棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸组成，其中含量最高的是油酸，接近40%，其次是亚油酸，含量为36.26%～43.33%，棕榈酸含量为9.23%～12.35%。水酶法芝麻油中亚麻酸含量最低，原因可能是在水酶法芝麻油的提取过程中油脂发生了裂解反应，这与李杨等[2]研究结果一致。因此，水酶法芝麻油需要通过调整制取工艺，使亚麻酸含量增加。水酶法芝麻油的油酸含量高于其他3种芝麻油。

由表5可知，芝麻油的不饱和脂肪酸含量较高，为76.62%～83.53%，4种芝麻油中水酶法芝麻油的不饱和脂肪酸含量最低。4种芝麻油的单不饱和脂肪酸含量为38.24%～40.12%，其中水酶法芝麻油的最高，为40.12%；4种芝麻油的多不饱和脂肪酸含量为36.50%～43.74%，其中水酶法芝麻油的最低，为36.50%。4种芝麻油的饱和脂肪酸含量为15.59%～23.16%，其中水酶法芝麻油的最高，为23.16%。

表5 水酶法芝麻油与其他工艺芝麻油脂肪酸组成比较 %

3 结 论

对水酶法芝麻油和其他不同工艺芝麻油(冷榨法芝麻油、热榨法芝麻油、水代法芝麻油)的品质差异进行研究。结果表明：水酶法芝麻油的外观品质好，透明度高，风味清淡、无异味、口感好，符合一级成品芝麻油国家标准；水酶法芝麻油的色泽最浅，水分及挥发物含量较高，酸价和过氧化值最低，不皂化物含量最低；水酶法芝麻油的抗氧化成分(生育酚、芝麻素和芝麻林素含量)最高，但未检出芝麻酚；从脂肪酸组成来看，4种芝麻油中均以棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸为主，芝麻油中不饱和脂肪酸含量较高，其中油酸、亚油酸含量较高；与冷榨法芝麻油、热榨法芝麻油、水代法芝麻油相比，水酶法芝麻油中饱和脂肪酸含量最高，不饱和脂肪酸含量最低。