溫度對不同油料作物油脂體理化穩(wěn)定性的影響

崔春利，張鴻超，王秋嶺，蔣姍姍，周 鑫，江連洲，侯俊財*

大豆、花生、葵花籽是我國重要的油料作物，也是食用油脂的主要來源[1]。油料作物種子中的油脂主要以三酰甘油酯（triacylglycerols，TAGs）的形式貯藏在油脂體中，其為種子萌發(fā)和生長提供能量[2]。油脂體內(nèi)部為TAGs和其他親脂類營養(yǎng)物質，外層則由磷脂單分子層及其表面嵌插的多種油脂體膜蛋白（如油體蛋白、油體鈣蛋白、油體固醇蛋白）構成[3]，這種特殊結構賦予了油脂體天然的蛋白-磷脂界面層，與人造水包油（O/W）乳液相比，油脂體在特殊環(huán)境下具有更好的理化穩(wěn)定性[4-5]。

近年來，關于油脂體的研究主要集中在提取、性質特征和潛在應用方面[6]（食品、飼料產(chǎn)品、化妝品和工業(yè)生產(chǎn)等領域）。Kapchie等[7]通過改進傳統(tǒng)的中式規(guī)模油脂體提取工藝，提高了油脂體提取效率和產(chǎn)率。Deleu等[8]研究了油菜籽油脂體蛋白和磷脂的界面特性對油脂體乳液穩(wěn)定性的影響。結果表明：磷脂能夠維持乳滴的穩(wěn)定性；同時證明，油體蛋白是避免油滴聚集必不可少的。Karkani等[5]將綠茶提取物和天然油脂體乳液混合作為功能性飲料基料，發(fā)現(xiàn)綠茶多酚可與油脂體相互結合產(chǎn)生不穩(wěn)定物，但添加少量的卡拉膠，即可保持體系穩(wěn)定。高蛋白含量豆類種子油脂體油滴體積相對較小[9-10]，而低蛋白含量種子（如油茶）油脂體則具有與之不同的結構[11]，這種結構和組成上的差異也是影響油脂體理化穩(wěn)定性的重要因素[12]。

高效地開發(fā)利用油脂體，需要對其在實際應用體系中理化性質具有全面的了解。溫度處理是許多原料加工中必不可少的操作工序，不同來源油脂體在不同溫度下的性質特征可能存在差異。因此，本實驗分別選取我國重要的油料作物大豆、花生和葵花籽種子為原料，采用同種方法提取油脂體，研究溫度對3 種油脂體理化穩(wěn)定性的影響，以期為篩選優(yōu)質的油料作物油脂體提供更多理論依據(jù)，同時也為油脂體的實際應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆（東農(nóng)52號）由東北農(nóng)業(yè)大學大豆研究所提供；花生、葵花籽購于哈爾濱市南極市場；化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

GL-21M高速冷凍離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司；UV-6100紫外-可見分光光度計 日本島津公司；Mastersizer 2000激光粒度儀、Zetasizer Nano ZS Zeta電位分析儀 英國馬爾文儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 油脂體的制備

大豆、花生、葵花籽油脂體的提取步驟參照Wu Nana等[13]的方法并加以改進。油料作物種子浸泡在蒸餾水中（1∶5，m/V），于4～6 ℃冰箱中放置16～20 h。浸泡后的種子懸浮于5 倍體積的研磨介質（50 mmol/L pH 7.5 Tris-HCl、0.4 mol/L蔗糖溶液、0.5 mol/L NaCl溶液）中，用組織搗碎機研磨，獲得勻漿液。過濾液體于10 000 r/min離心30 min。收集上層乳狀物，并將其均勻分散在0.1%吐溫20中，等體積的緩沖溶液（50 mmol/L pH 7.5 Tris-HCl）置于上層，如上離心；收集上層乳狀物并均勻分散于9 mol/L尿素溶液中，等量的緩沖溶液（50 mmol/L pH 7.5 Tris-HCl）置于上層后，如上離心；上述過程重復兩次，收集上層乳狀物，即得到種子油脂體。新鮮油脂體置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 蛋白質含量的測定

蛋白質含量的測定參照GB 5009.5—2010《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[14]中的凱氏定氮法。

1.3.3 脂肪含量的測定

脂肪含量的測定參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》[15]中的索氏抽提法。

1.3.4 油脂體提取率的計算

油脂體提取率的計算如式（1）所示。

式中：m1為提取所用種子質量/g；m2為提取油脂體質量/g。

1.3.5 ζ-電位和平均粒徑的測定

ζ-電位和平均粒徑的測定參照Iwanaga等[16]的方法。新鮮油脂體均勻分散于0.1 mol/L pH 7.0 Tris-HCl緩沖溶液中，油脂體懸浮液分別于30、40、50、60、70、80、90 ℃溫度下水浴處理30 min，冷卻至室溫。不同溫度處理后的油脂體懸浮液室溫條件下貯存24 h后，進行ζ-電位和平均粒徑分析。

ζ-電位的測定：油脂體懸浮液ζ-電位用Zetasizer Nano ZS Zeta電位分析儀進行測定，每個樣品平行測定3 次。

平均粒徑的測定：油脂體懸浮液用Mastersizer 2000激光粒度儀測定平均粒徑d32，達到相應的遮光度后進行測定，每個樣品平行測定3 次。折射率為1.08，平均粒徑的計算公式如式（2）所示。

式中：ni為顆粒個數(shù)；di為面積平均粒徑/μm；i＝1、2、3。

1.3.6 乳化活性及乳化穩(wěn)定性的測定

將新鮮油脂體均勻分散于0.1 mol/L pH 7.0 Tris-HCl緩沖溶液中，將油脂體懸浮液分別于30、40、50、60、70、80、90 ℃溫度下水浴處理30 min，然后冷卻至室溫。

油脂體乳化特性的測定參照Pearce等[17]的方法：3 mL大豆油與12 mL 1 mg/mL的樣品稀釋液混合，10 000 r/min均質1 min，隨后靜置10 min，取0 min和10 min時玻璃容器底部的乳化液100 μL，加入到10 mL 質量分數(shù)0.1%的十二烷基硫酸鈉溶液中，使用UV-6100紫外-可見分光光度計于500 nm波長處測量其吸光度。

1.3.7 氧化穩(wěn)定性的測定

新鮮油脂體均勻分散于0.1 mol/L pH 7.0 Tris-HCl緩沖溶液中（質量分數(shù)為5%），將油脂體懸浮液分別置于4、25、50 ℃條件下儲存，并于0、2、4、6、8、10、12 d分別取樣進行過氧化值（peroxide value，POV）測定。

POV測定參照Kapchie等[18]的方法。用預先氧化的大豆油（由AOCS Cd 8-53測得POV）來建立吸光度的標準曲線。對于樣品，稱取300 mg的油脂體懸浮液置于10 mL的容量瓶中，加入5 mL氯仿/甲醇（2∶1，V/V），渦旋振蕩直至充分混合。然后將容量瓶定容到10 mL刻度線，密封，劇烈搖晃10 s。60 μL 30 g/mL硫氰酸銨加入到容量瓶中，混勻，再加入60 μL氯化亞鐵溶液（0.5 g硫酸亞鐵溶解在50 mL無氧水中，再溶解水合氯化鋇0.4 g，加入2 mL 10 mol/L的HCl溶液），充分混勻，反應10 min后，置于玻璃比色杯中，使用UV-6100紫外-可見分光光度計于515 nm波長處測定吸光度，同時做空白對照。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有處理組均平行3 次，采用SPSS Statistix 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，用LSD進行平均數(shù)間顯著性差異分析，P＜0.05表示差異顯著。采用SigmaPlot 11.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同油料作物種子及其油脂體組成成分分析

不同油料作物種子及其油脂體基本組成成分見表1，大豆、花生和葵花籽3 種油料作物種子的水分、蛋白質以及脂肪含量之間均存在顯著性差異（P＜0.05）。3 種油料作物油脂體中，大豆油脂體的水分含量和蛋白質含量顯著高于葵花籽油脂體和花生油脂體（P＜0.05），而其脂肪含量則顯著低于后兩者（P＜0.05）；葵花籽油脂體的蛋白質含量顯著高于花生油脂體（P＜0.05）；而葵花籽油脂體的脂肪含量則顯著低于花生油脂體（P＜0.05）。實驗結果表明，不同來源的油料作物，油脂體的基本組成成分含量存在差異，種子蛋白質、脂肪含量較高的油料作物，其油脂體蛋白質、脂肪含量也較高，這與油料作物的品種有關[19]；同一油料作物來源中，油脂體的蛋白質含量與脂肪含量呈負相關，這與油脂體的結構有關[3,9]；油脂體的蛋白質含量均低于種子的蛋白質含量，而脂肪含量則相反，這說明，油脂體在提取過程中，保留了種子中的大部分脂肪，而絕大部分的外源蛋白質則被去除[20]。

表1 不同油料作物種子及其油脂體組成成分Table 1 Chemical compositions of seeds and OBs thereof

2.2 不同油料作物油脂體的提取率

采用同種提取方法，大豆、花生和葵花籽油脂體的提取率分別為（6.74±0.00）%、（28.35±0.01）%和（35.25±0.01）%，三者之間存在顯著性差異（P＜0.05），其中，大豆油脂體的提取率遠低于花生和葵花籽油脂體。油脂體的組成中絕大部分為脂肪，種子脂肪含量與油脂體含量呈正相關，而3 種油料作物種子的脂肪含量之間存在較大差異，由此導致脂肪含量較高的葵花籽種子，其油脂體提取率相對較高，脂肪含量較低的大豆種子，其油脂體提取率相對較低[3,19]。

2.3 溫度對不同油料作物油脂體ζ-電位的影響

圖1 溫度對大豆、花生和葵花籽油脂體ζ-電位的影響Fig. 1 Effect of heating treatment on the ζ-potentials of OBs from soybean, peanut, and sunぼower

溫度對不同油料作物油脂體ζ-電位的影響見圖1，3 種未處理的油脂體乳液中，大豆油脂體的ζ-電位顯著高于葵花籽和花生油脂體（P＜0.05），其中花生油脂體的ζ-電位最低。隨著溫度的升高，大豆、花生和葵花籽油脂體的ζ-電位分別由未處理時的（-28.03±0.25）、（-21.50±0.52）、（-19.63±0.51）mV降低至90 ℃時的（-18.40±0.52）、（-19.00±0.79）、（-15.83±0.21）mV。由此可知，在加熱處理條件下，大豆油脂體ζ-電位變化范圍較大，葵花籽和花生油脂體ζ-電位變化范圍均較小。大豆、花生和葵花籽油脂體在熱處理的作用下，表現(xiàn)出不同的電位趨勢，這可能與油料作物的品種有關。根據(jù)Tzen等[21]提出的油脂體模型可知，油脂體中油體蛋白帶正電的區(qū)域與帶負電的磷脂及游離脂肪酸通過鹽橋相連，而帶負電的殘基暴露在外側，因此油脂體整體帶負電。大豆油脂體的蛋白質含量比花生油脂體和葵花籽油脂體高，這可能是未處理的大豆油脂體ζ-電位較高的原因。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，當加熱溫度較高時，油脂體ζ-電位下降較大，可能由于溫度升高導致油脂體界面層的組成或結構發(fā)生了改變所致[22]。

2.4 溫度對不同油料作物油脂體平均粒徑的影響

圖2 溫度對大豆、花生和葵花籽油脂體平均粒徑的影響Fig. 2 Effect of heating treatment on the mean particle diameters of OBs from soybean, peanut, and sunぼower

由圖2可知，3 種未處理的油脂體乳液中，大豆油脂體的平均粒徑顯著低于葵花籽和花生油脂體（P＜0.05），且花生油脂體的平均粒徑最大。油脂體的大小主要由三酰甘油酯與蛋白的比例決定，油脂體油體蛋白含量越高的物種，油脂體粒徑越小[3]。隨著溫度的升高，3 種油脂體的平均粒徑變化趨勢平穩(wěn)，這說明加熱處理對3 種油脂體的平均粒徑影響不大，3 種油脂體均具有良好的熱穩(wěn)定性，本實驗結果與Chiang等[23]的研究結果一致。Huang[3]認為油脂體良好的穩(wěn)定性主要是負電位阻和空間斥力的作用結果。油脂體表面的結構蛋白被認為是T型的發(fā)夾結構，其疏水尾部透過磷脂插入三酰甘油酯內(nèi)部，而親水性的N-末端和C-末端區(qū)域中帶正電的殘基和帶負電的油脂結合，帶負電的殘基則暴露于油脂體表面，從而提供空間位阻和負電斥力，阻止油脂體之間相互作用發(fā)生聚集[3,21]，這種特殊的結構使得油脂體結構蛋白親水端在加熱處理時仍能保持其高度非極性的環(huán)境，從而保持了油脂體乳液體系的穩(wěn)定性[22]。

2.5 溫度對不同油料作物油脂體乳化特性的影響

圖3 溫度對大豆、花生和葵花籽油脂體乳化活性的影響Fig. 3 Effect of heating treatment on the EAI of OBs from soybean,peanut, and sunぼower

溫度對不同油料作物油脂體乳化活性指數(shù)（emulsifying activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsifying stability index，ESI）的影響分別見圖3、4。由圖3可見，3 種未處理的油脂體乳液中，大豆油脂體的EAI（61.59±1.07）m2/g顯著高于葵花籽油脂體（50.86±1.59）m2/g和花生油脂體（55.77±1.85）m2/g（P＜0.05）。隨著加熱溫度的升高，大豆和花生油脂體EAI均呈現(xiàn)下降趨勢，但變化較為平穩(wěn)，溫度由30 ℃升至80 ℃過程中，大豆和花生油脂體EAI分別由（61.32±1.19）、（57.50±0.30）m2/g降低至（51.99±0.90）、（40.13±1.51）m2/g；而葵花籽油脂體的EAI在50 ℃時顯著升高至（72.70±1.18）m2/g，當溫度升至80 ℃時又急劇下降至（25.93±2.49）m2/g。這可能是由于3 種油脂體表面殘留的外源蛋白不同，50、60、70 ℃的熱處理條件使得葵花籽油脂體表面蛋白結構展開，隱藏在內(nèi)部的疏水基團暴露，從而增加了蛋白的表面活性[24]。

圖4 溫度對大豆、花生和葵花籽油脂體乳化穩(wěn)定性的影響Fig. 4 Effect of heating treatment on the ESI of OBs from soybean,peanut, and sunぼower

由圖4可以看出，3 種未處理的天然油脂體乳液中，葵花籽油脂體的ESI（91.06±2.13）%顯著高于大豆油脂體（59.81±1.37）%和花生油脂體（70.51±1.99）%（P＜0.05）。隨著溫度的升高，大豆和花生油脂體的ESI整體呈上升趨勢，而葵花籽油脂體的ESI則呈下降趨勢，3 種油脂體變化范圍均較小。這可能是因為油脂體表面的蛋白質和磷脂之間形成的氫鍵和疏水相互作用提高了乳滴黏彈性和分子柔性，使得油脂體乳液具有良好的穩(wěn)定性[20]。當溫度升至90 ℃時，大豆和葵花籽油脂體的ESI均明顯降低，而花生油脂體的ESI在70、80 ℃和90 ℃之間則無顯著差異（P＞0.05）。結果表明，不同的加熱條件對不同油料作物油脂體的乳化穩(wěn)定性影響不同，這可能與3 種油脂體中蛋白質、油脂和磷脂的含量不同有關[21]，且90 ℃加熱處理30 min可能導致大豆和葵花籽油脂體表面蛋白結構發(fā)生變化，促使其相互作用增加，表面張力增加，乳液不穩(wěn)定[25]。

2.6 溫度對不同油料作物油脂體氧化穩(wěn)定性的影響

圖5 溫度對大豆油脂體氧化穩(wěn)定性的影響Fig. 5 Effect of heating treatment on oxidative stability of OBs from soybean

由圖5可見，在4 ℃貯存條件下，大豆油脂體第2天POV（4.39±0.08）mmol/kg顯著低于25 ℃（5.16±0.05）mmol/kg和50 ℃（5.47±0.44）mmol/kg（P＜0.05）。隨著貯存時間的延長，大豆油脂體POV在4 ℃條件下波動范圍為（4.11±0.08）～（2.00±0.14）mmol/kg；25 ℃條件下第2天至第12天POV波動范圍為（4.80±0.28）～（4.09±0.38）mmol/kg，變化較為平穩(wěn)；而在50 ℃條件下第6天，大豆油脂體POV急劇升高至（11.83±0.36）mmol/kg，之后則略有降低。

圖6 溫度對葵花籽油脂體氧化穩(wěn)定性的影響Fig. 6 Effect of heating treatment on oxidative stability of OBs from sunぼower

由圖6可知，葵花籽油脂體在4 ℃和25 ℃貯存條件下第2天POV分別為（0.31±0.00）mmol/kg和（0.02±0.00）mmol/kg，均顯著低于50 ℃時的（3.45±0.21）mmol/kg。隨著貯存時間的延長，葵花籽油脂體在4 ℃和25 ℃條件下POV增加緩慢，且二者之間無顯著性差異（P＞0.05）；而50 ℃條件下，葵花籽油脂體POV不斷增加，12 d內(nèi)最高達到（11.72±0.22）mmol/kg。

圖7 溫度對花生油脂體氧化穩(wěn)定性的影響Fig. 7 Effect of heating treatment on oxidative stability of OBs from peanut

由圖7可知，花生油脂體在4 ℃和25 ℃貯存條件下第2天POV分別為（9.13±0.30）mmol/kg和（9.50±0.3 1）m m o l/k g，均顯著低于5 0 ℃時的（14.10±0.23）mmol/kg。隨著貯存時間的延長，花生油脂體在4 ℃和25 ℃條件下POV變化均不顯著；而50 ℃條件下第4天至第12天POV變化范圍為（24.29±0.09）～（18.61±2.02）mmol/kg，且第6天達到最大值。

由圖5～7可以看出，3 種油料作物油脂體在不同溫度貯存條件下發(fā)生氧化的順序為50 ℃＞25 ℃＞4 ℃，樣品貯存溫度越高氧化越快，本實驗結果與Fisk等[4]的研究結果一致。在4、25 ℃和50 ℃貯存條件下，花生油脂體的初始POV最高，葵花籽油脂體的POV最低；隨著貯存時間的延長，花生油脂體POV均顯著高于大豆和葵花籽油脂體（P＜0.05），這可能與油脂體的大小及脂肪酸組成有關[26]。在4 ℃和25 ℃貯存條件下，3 種油脂體均具有良好的氧化穩(wěn)定性，且葵花籽油脂體POV一直處于較低水平。Huang等[27]認為油脂體內(nèi)部是液態(tài)的TAGs，外層是由一層磷脂單分子層和油脂體膜蛋白組成的半單位膜，這種特殊的結構緊緊覆蓋于油脂體表面，保護了內(nèi)部的不穩(wěn)定成分，從而延緩了氧化的進程。此外，油脂體表面的油體蛋白分子的3/5覆蓋了油脂體的大部分表面，可阻止外部的磷脂酶作用于磷脂[28]，且油脂體在提取過程中殘留的外源蛋白質可能比油脂優(yōu)先氧化，同時存在于油脂體中的天然抗氧化劑如生育酚等也可能是油脂體高氧化穩(wěn)定性的關鍵原因[29-30]。而在50 ℃貯存條件下，3 種油脂體POV均出現(xiàn)不同程度的增加，這可能是因為溫度過高不僅有利于微生物的繁殖，而且也提高了脂肪酶的活性[31]，從而加速了油脂體的氧化；此外，溫度過高也促進了外源蛋白的氧化，這可能也是油脂體氫過氧化物含量增加的原因[4,29]。

3 結 論

本實驗結果表明，從不同油料作物中提取的油脂體基本組成成分及提取率之間存在較大差異，且在不同溫度條件下表現(xiàn)出不同的理化特性。大豆油脂體的ζ-電位顯著高于葵花籽和花生油脂體（P＜0.05），平均粒徑顯著低于葵花籽和花生油脂體（P＜0.05），大豆和花生油脂體均具有良好的熱穩(wěn)定性；大豆和花生油脂體在一定溫度下具有較好的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，而加熱處理對葵花籽油脂體乳化特性影響較大；油脂體貯存溫度越高氧化速率越快，大豆、葵花籽和花生油脂體在4 ℃和25 ℃貯存條件下均具有良好的氧化穩(wěn)定性，但花生油脂體氧化程度顯著高于大豆葵花籽油脂體（P＜0.05）。本研究揭示了溫度對不同油料作物油脂體理化穩(wěn)定性的影響，可為油脂體的實際應用提供理論依據(jù)和技術參考。

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