膨爆預(yù)處理對三種菜籽油品質(zhì)及揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響

王未君，鄭暢，楊博，周琦，劉昌盛*，李黃祥

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430062；2.湖南湘山生物科技有限公司，湖南 婁底，417000）

油菜籽是我國重要的油料資源，可分為甘藍(lán)型、芥菜型和白菜型三大類型。菜籽油是我國主要的食用油之一，據(jù)美國農(nóng)業(yè)部的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)道，我國菜籽油消費(fèi)量在各種食用油中排名第二，僅次于大豆油。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高菜籽壓榨油的得率和營養(yǎng)品質(zhì)，常常會(huì)在壓榨前對菜籽進(jìn)行一定的預(yù)處理。目前，應(yīng)用于油菜籽的預(yù)處理技術(shù)主要包括微波[1]、脈沖電場[2]、烘烤[3]、超聲波[4]和膨爆[5]等，其中微波、烘烤和膨爆都屬于熱處理技術(shù)。陳萌[6]等認(rèn)為熱處理能鈍化菜籽中酶的活性，加速細(xì)胞壁的滲透性，在壓榨時(shí)能促進(jìn)菜籽中微量成分的釋放，增加油中的多酚含量，從而顯著改善菜籽油的氧化穩(wěn)定性。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對油菜籽進(jìn)行烘烤預(yù)處理能顯著提高菜籽油中的多酚、生育酚和植物甾醇含量[7]；對油菜籽進(jìn)行微波預(yù)處理能提高菜籽油的產(chǎn)量和品質(zhì)、降低能耗、縮短加工時(shí)間[8]，還能促進(jìn)菜籽中硫甙的熱降解，提高菜粕的品質(zhì)以及改善菜籽油的風(fēng)味[9]，其中預(yù)處理時(shí)間對菜籽油的酸價(jià)、過氧化值和茴香胺值均有顯著影響[10]。

膨爆預(yù)處理是指將物料裝入密閉耐壓容器中，外界提供一定的能量使原料處于高溫高壓的狀態(tài)下，然后瞬間突然減壓[11]。膨爆預(yù)處理的主要特點(diǎn)是瞬時(shí)高溫高壓，具有更巨大的能量，研究表明它可破壞油菜籽的細(xì)胞結(jié)構(gòu), 促進(jìn)油脂聚集，提高出油率，還可增加油中生育酚和植物甾醇含量,顯著提高油菜籽中的多酚含量，提高菜籽油的體外抗氧化活性等[5,12]。在用于亞麻籽時(shí)，膨爆預(yù)處理也可明顯改善成品油的品質(zhì)和風(fēng)味[13]。目前不同種類油菜籽經(jīng)過膨爆預(yù)處理后菜籽油的品質(zhì)及揮發(fā)性風(fēng)味成分研究還未見報(bào)道。因此，本文以甘藍(lán)型、芥菜型和白菜型三種油菜籽為原料，探究油菜籽經(jīng)過膨爆預(yù)處理后，菜籽油的酸值、過氧化值、氧化誘導(dǎo)時(shí)間、脂肪酸組成及揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化，以期為油菜籽高值化加工技術(shù)的發(fā)展和高附加值菜籽油產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的數(shù)據(jù)支撐和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

甘藍(lán)型油菜籽和芥菜型油菜籽，分別由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所和貴州油料作物研究所提供；白菜型油菜籽，購于陜西楊凌市場；氫氧化鉀、氫氧化鈉、酚酞、無水乙醚、冰乙酸、三氯甲烷、無水甲醇、異丙醇等，均為分析純,購買于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

磁力攪拌水浴鍋（浙江金壇市鴻科儀器廠），Avanti J-26XP 高效離心機(jī)（美國Beckman 公司），旋渦混合儀（上海滬西分析儀器廠），電子精密天平（瑞士梅特勒-托利多公司），Tensor-27 純水制備機(jī)（美國Millipore 公司）；XSS-QPD 多功能氣流膨化機(jī)（武漢新食尚食品機(jī)械有限公司），LTP 205 靚太家用榨油機(jī)（東莞香聚智能有限公司），743 型Racimat 儀（瑞士萬通公司），7890 氣相色譜儀（美國Agilent 公司），氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS，Agilent 7890A/5975C，美國Agilent 公司）。

1.3 油菜籽膨爆預(yù)處理及菜籽油的制備

稱取400 g 油菜籽（水分8%），在壓力1.0 MPa下完成膨爆預(yù)處理。待樣品冷卻至室溫，冷榨制油，將冷榨菜籽油在10 000 r/min 下離心15 min，取上層油樣密封保存于4 ℃冰箱中，并在兩周內(nèi)測定完所有指標(biāo)。

1.4 酸值的測定

參照GB5009.229-2016《食品中酸價(jià)的測定》。

1.5 過氧化值的測定

參照GB5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》。

1.6 氧化誘導(dǎo)時(shí)間的測定

精確稱取3.00 g 油樣于玻璃管中，設(shè)置743 Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性測定儀測定溫度為110oC，空氣流速為20 L/h。

1.7 脂肪酸組成的測定

采用EN14103的方法。塑料滴管取3滴待測油樣于10 mL 離心管中，加入4 mL 正己烷和800 μL 0.5 mol/L 甲醇鈉溶液，旋渦混合5 min，在5 000 r/min 條件下離心10 min，取上清液待測。氣相色譜分析條件：色譜柱為HP-INNOWAX 毛細(xì)管柱（30.0 m × 0.32 mm × 0.25 μm），進(jìn)樣器溫度為250oC，柱溫為210oC，保持9 min，然后以20oC/min 升溫到250oC，保留10 min，載氣為氮?dú)?，流速?.5 mL/min，分流比為80∶1，分流流量為120 mL/min。

1.8 揮發(fā)性風(fēng)味成分的測定

參考周琦[14]等的方法并稍作修改。稱取4 g 樣品置于20 mL頂空瓶中，在50oC水浴中平衡20 min，將萃取頭插入頂空瓶，推出纖維頭，頂空萃取40 min后抽回纖維頭并拔出萃取頭。將萃取頭插入GC/MS 儀進(jìn)樣口，推出纖維頭，在250oC 條件下解析5 min，抽回纖維頭后拔出萃取頭，同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度250oC；程序升溫條件為起始溫度35oC，保持2 min，以5oC/min 的速率升溫至180oC，保持5 min；載氣為氦氣，流速1.0 mL/min。質(zhì)譜條件：離子源溫度230oC，四級桿溫度150oC，輔助通道溫度280oC；電離方式為電子轟擊，電壓1141 V，電子能量70 eV；掃描質(zhì)量范圍為50～240 amu。化合物經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索同時(shí)與NIST譜庫相匹配，并分析可能屬于菜籽油特有風(fēng)味成分但匹配度低于80%的成分。采用峰面積歸一化法計(jì)算各成分的相對百分含量。

1.9 數(shù)據(jù)分析和處理

采用Origin 8.1 軟件畫圖，采用SPSS 20.0 軟件分析處理數(shù)據(jù)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次并取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油酸值的影響

由圖1可知，三種菜籽油的酸值各不相同，其中白菜型菜籽油的酸值最高（2.57 mg KOH/g），顯著高于甘藍(lán)型（1.02 mg KOH/g）和芥菜型（0.89 mg KOH/g），后兩者之間無顯著性差異。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油的酸值均顯著增加（P＜0.05），分別增加了0.25、0.49 和0.39 mg KOH/g，這可能是因?yàn)榕虮A(yù)處理促進(jìn)部分甘油三酯發(fā)生水解，從而使得游離脂肪酸含量增高[15]。

圖1 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油酸值的影響Fig.1 Effects of popping pretreatment on acid value of three types of rapeseed oil

2.2 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油過氧化值的影響

由圖2可知，三種菜籽油的過氧化值各不相同，其中白菜型菜籽油的過氧化值最低（0.31 mmol/kg），顯著低于甘藍(lán)型（0.64 mmol/kg）和芥菜型（0.66 mmol/kg），后兩者之間無顯著性差異。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油的過氧化值均顯著增加（P＜0.05），分別增加了0.20、0.18 和0.18 mmol/kg，這可能是因?yàn)榕虮A(yù)處理過程中油脂的脂肪酸氧化作用所致[16]。

圖2 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油過氧化值的影響Fig.2 Effects of popping pretreatment on peroxide value of three types of rapeseed oil

2.3 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響

由圖3 可知，三種菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間存在顯著性差異，從長到短依次為甘藍(lán)型（9.66 h）、白菜型（8.04 h）和芥菜型（6.93 h）。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均顯著增加（P＜0.05），分別增加了17.32、10.06 和13.99 h，這可能是因?yàn)榕虮A(yù)處理使得菜籽油中的canolol 等抗氧化組分含量增加，從而增加了菜籽油的抗氧化性能。而三種菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間增加的幅度各不相同，這可能是由于三種菜籽中的芥子酸及衍生物的含量不同，從而在膨爆預(yù)處理后產(chǎn)生canolol 的量不同所致[12]。

圖3 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響Fig.3 Effects of popping pretreatment on oxidation induction time of three types of rapeseed oil

2.4 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油脂肪酸組成的影響

由表1可知，三種菜籽油中，甘藍(lán)型菜籽油的脂肪酸種類最少，主要包括棕櫚酸C16:0（3.84%）、硬脂酸C18:0（1.65%）、油酸C18:1（65.78%）、亞油酸C18:2（18.55%）、亞麻酸C18:3（7.71%），花生一烯酸C20:1（1.83 %）和芥酸C22:1（0.64 %）。白菜型菜籽油除了含這些脂肪酸，還含有二十二碳二烯酸C22:2（0.44%）和木焦油酸C24:0（0.79%），芥菜型菜籽油還含有花生二烯酸C20:2（0.55 %）、二十二碳二烯酸C22:2（1.15 %）和木焦油酸C24:0（1.42%），且后兩種菜籽油芥酸含量較高而油酸含量較低。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油的各脂肪酸含量與對照組相比，大部分都沒有顯著差異，且飽和脂肪酸含量總和與不飽和脂肪酸含量總和均無明顯差異，因此膨爆預(yù)處理對菜籽油的脂肪酸組成無顯著影響（P＜0.05）。

表1 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油脂肪酸組成的影響Table 1 Effects of popping pretreatment on fatty acid composition of three types of rapeseed oil

2.5 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響

菜籽油中揮發(fā)性風(fēng)味成分主要包括含硫化合物、雜環(huán)類物質(zhì)和氧化揮發(fā)物三大類。膨爆預(yù)處理對三種菜籽油含硫化合物、雜環(huán)類物質(zhì)和氧化揮發(fā)物的影響分別如表2、3和表4所示。

由表2可知，就硫化物而言，膨爆預(yù)處理后三種菜籽油中的二甲基二硫和二甲基三硫均顯著增加，而二甲基亞砜和二甲基砜均顯著降低。就硫苷降解產(chǎn)物而言，三種菜籽油均含有苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈、3-苯基丙腈、5-甲硫基戊腈和6-甲硫基己腈，膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油中的苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈均增加甚至顯著增加，甘藍(lán)型和白菜型菜籽油中的3-苯基丙腈、5-甲硫基戊腈和6-甲硫基己腈也均顯著增加，而芥菜型菜籽油中這三種成分沒有顯著變化。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油中均檢測出正庚腈，白菜型和芥菜型菜籽油中還檢測出3-戊烯腈。芥菜型菜籽油膨爆預(yù)處理前后均檢測出異硫氰酸烯丙酯，且膨爆預(yù)處理后其含量顯著降低，但產(chǎn)生了3-丁烯基異硫氰酸酯。白菜型菜籽油膨爆預(yù)處理前后均檢測出3-丁烯基異硫氰酸酯，且膨爆預(yù)處理后其含量顯著升高。

表2 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油含硫化合物的影響Table 2 Effects of popping pretreatment on sulfur compounds of three types of rapeseed oil

由表3可知，膨爆預(yù)處理前，三種菜籽油中雜環(huán)類物質(zhì)的種類和含量均較少，只檢測出少量的吡嗪類、呋喃類和吡咯類。膨爆預(yù)處理后，三種菜籽油中雜環(huán)類物質(zhì)的種類和含量均顯著增加。就吡嗪類而言，甘藍(lán)型菜籽油中新增了吡嗪、2-甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙?；拎?，另外三種吡嗪類物質(zhì)含量也比膨爆預(yù)處理前顯著增加；白菜型菜籽油中新增了吡嗪、2-甲基吡嗪、乙基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙?；拎海硗鈨煞N吡嗪類物質(zhì)含量也比膨爆預(yù)處理前顯著增加；芥菜型菜籽油中新增了吡嗪、乙基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙基-5-甲基吡嗪，另外三種吡嗪類物質(zhì)含量也比膨爆預(yù)處理前顯著增加。就呋喃類而言，三種菜籽油均新增了呋喃酮、5-甲基-2-呋喃甲醇和5-甲基呋喃醛，甘藍(lán)型和白菜型菜籽油還新增了2-乙?；秽?，芥菜型菜籽油中該物質(zhì)含量增加了約10倍。此外，三種菜籽油均新增了4-甲基-5-羥乙基噻唑、2-乙?；邕?、噻吩、2-噻吩甲醇、吲哚和2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮；白菜型和芥菜型菜籽油還新增了4-甲基噻唑；甘藍(lán)型和白菜型菜籽油還新增了吡咯類物質(zhì)，芥菜型菜籽油中該類物質(zhì)含量也顯著增加。

表3 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油雜環(huán)類物質(zhì)的影響Table 3 Effects of popping pretreatment on heterocyclic substances of three types of rapeseed oil

由表4 可知，醛類和醇類是三種菜籽油中主要的氧化揮發(fā)物，此外還有酮類、酚類、烯類、酸類和酯類。膨爆預(yù)處理后，就醛類而言，三種菜籽油中己醛和壬醛含量均顯著降低，而苯甲醛含量均顯著升高；三種菜籽油均新增了糠醛和5-羥甲基糠醛，且芥菜型菜籽油中含量最高；甘藍(lán)型和芥菜型菜籽油還新增了苯乙醛。就醇類而言，三種菜籽油中1-戊醇和4-萜烯醇含量均降低，苯乙醇含量無明顯變化，白菜型和芥菜型菜籽油中2-甲基-6-庚烯-1-醇含量也降低，而三種菜籽油中均新增了糠醇。就酮類而言，三種菜籽油中新增了甲基環(huán)戊烯醇酮和4-環(huán)戊烯-1,3-二酮，而沒有了甲基庚烯酮。就酚類而言，三種菜籽油中2-甲氧基-4-乙烯苯酚和4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚均顯著增加。此外，三種菜籽油中乙酸和丁內(nèi)酯含量也有所增加，而D-檸檬烯含量均無顯著變化。

表4 膨爆預(yù)處理對三種菜籽油氧化揮發(fā)物的影響Table 4 Effects of popping pretreatment on oxidative volatiles of three types of rapeseed oil

3 討論與結(jié)論

酸值和過氧化值是菜籽油最基本的理化品質(zhì)指標(biāo)，國際食品法典規(guī)定[17]，冷榨菜籽油的酸值不能超過4 mg KOH/g，過氧化值不能超過7.5 mmol/kg。本研究發(fā)現(xiàn)膨爆預(yù)處理后甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型三種菜籽油的酸值和過氧化值均顯著增加，分別增加 了0.25、0.49、0.39 mg KOH/g 和0.20、0.18、0.18 mmol/kg，但均在國際食品法典規(guī)定的范圍內(nèi)。脂肪酸組成及含量是菜籽油品質(zhì)的主要影響因素，本研究發(fā)現(xiàn)膨爆預(yù)處理對甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型三種菜籽油的脂肪酸組成均無顯著影響。

油脂氧化過程中，從誘導(dǎo)期到氧化期的時(shí)間長短可以表明油脂抵抗自動(dòng)氧化能力的大小，即油脂的氧化穩(wěn)定性。因此，通過測定氧化誘導(dǎo)時(shí)間的長短，便能了解油脂的氧化穩(wěn)定性。氧化誘導(dǎo)時(shí)間越長，表示油脂氧化穩(wěn)定性越大，越不容易劣變；反之，氧化穩(wěn)定性越小，越容易劣變。本研究發(fā)現(xiàn)膨爆預(yù)處理后，甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型三種菜籽油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間均顯著增加，分別增加了17.32、10.06和13.99 h。

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是菜籽油中的次生特異性物質(zhì)，如異硫氰酸酯具有硫味、辛辣味和青草味[18]，醇、醛、酮、酸、酯等氧化揮發(fā)物也對風(fēng)味起著重要作用[19]?，F(xiàn)有的研究表明，加工工藝對菜籽油揮發(fā)性風(fēng)味成分影響顯著。周琦等[14]研究發(fā)現(xiàn)微波壓榨菜籽油中共鑒定出13種具有焙烤風(fēng)味的揮發(fā)性成分，其中有9 種是吡嗪類物質(zhì)。張歡歡等[20]研究發(fā)現(xiàn)微波和烘烤預(yù)處理技術(shù)對菜籽油的揮發(fā)性風(fēng)味成分有顯著影響，預(yù)處理后菜籽油揮發(fā)性特征風(fēng)味物質(zhì)以吡嗪類物質(zhì)為主導(dǎo)；楊湄等[21]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫蒸炒和壓榨獲得的菜籽油中雜環(huán)類成分、腈類化合物、醇類、醛類等相對含量都明顯高于未經(jīng)預(yù)處理的菜籽油，這是因?yàn)榻?jīng)過高溫蒸炒、高溫壓榨而發(fā)生了更多的美拉德反應(yīng)和油脂氧化反應(yīng)，產(chǎn)生了更多的風(fēng)味物質(zhì)，其中氧化揮發(fā)物中醛類占主要地位。本研究中，膨爆預(yù)處理后，甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型菜籽油的苯乙腈、3-甲基巴豆腈、5-己烯腈均顯著增加，雜環(huán)類物質(zhì)和氧化揮發(fā)物的種類和含量也均顯著增加，其中分別以吡嗪類和醛類物質(zhì)占主要地位，這與前人報(bào)道具有一致性。

綜上，膨爆預(yù)處理對甘藍(lán)型、白菜型和芥菜型三種菜籽油品質(zhì)及揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響顯著，雖然增加了菜籽油的酸值和過氧化值，但均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，因此在不影響菜籽油理化品質(zhì)的基礎(chǔ)上，膨爆提高了菜籽油的氧化穩(wěn)定性，并賦予菜籽油更豐富的揮發(fā)性風(fēng)味。因此，膨爆預(yù)處理技術(shù)是一種十分有效和有潛力的油菜籽預(yù)處理技術(shù)。