焙炒對壓榨芝麻油品質(zhì)及抗氧化活性的影響研究

王楠楠，汪學(xué)德，劉宏偉，王雪雅

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州450001； 2.駐馬店頂志食品有限公司，河南 駐馬店 463000)

焙炒是芝麻制油過程中常見的前處理方式之一，焙炒過程對芝麻油的風(fēng)味、色澤、氧化穩(wěn)定性以及內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)的含量均有較大的影響。焙炒會破壞油料細(xì)胞結(jié)構(gòu)，提高出油率，提升內(nèi)源性生物活性成分的溶出率[1]；但也有研究表明，焙炒產(chǎn)生的高溫會破壞內(nèi)源性生物活性成分，降低其在油中的含量[2-4]。此外，芝麻中含有的糖和氨基酸在焙炒過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成抗氧化活性物質(zhì)，提升芝麻油的氧化穩(wěn)定性。目前，已有研究表明焙炒會對芝麻油品質(zhì)造成影響，但對芝麻油中抗氧化物質(zhì)的變化情況研究較少。本文以焙炒溫度和焙炒時(shí)間為變量，采用壓榨法制取芝麻油，著重對芝麻油中的抗氧化物質(zhì)的含量進(jìn)行測定，探索焙炒程度對芝麻油品質(zhì)和抗氧化活性的影響，以期為后期探索造成冷、熱榨芝麻油氧化穩(wěn)定性差異的原因提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

白芝麻，贛芝10號，由河南省農(nóng)科院提供；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，美國Sigma公司；正己烷、甲醇為色譜純；95%乙醇、冰乙酸、無水乙醚等均為分析純。

2695高效液相色譜儀，美國Waters公司；7890B氣相色譜儀，美國Agilent公司；UV-6000PC紫外可見分光光度計(jì)；ISQ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，Thermo Fisher Scientific公司；743 Rancimat氧化酸敗儀，瑞士萬通公司；SC-02 低速離心機(jī)；電加熱攪拌炒鍋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 芝麻油樣的制備

采用電加熱攪拌炒鍋焙炒芝麻，每次稱取芝麻樣品約1 kg，在160、180、200℃條件下，分別焙炒20、40、60 min，揚(yáng)煙降溫后，采用壓榨法制取油樣，油樣經(jīng)離心、過濾后備用。

1.2.2 芝麻油非酶褐變指數(shù)的測定

參照Cai等[5]的方法對不同焙炒條件下制得的芝麻油的非酶褐變指數(shù)進(jìn)行測定。將1 g芝麻油溶于20 mL氯仿，在420 nm條件下測定吸光度，吸光度越大，表明芝麻油褐變程度越深。

1.2.3 芝麻油酸價(jià)及過氧化值的測定

酸價(jià)測定參照GB 5009.229—2016，過氧化值測定參照GB 5009.227—2016。

1.2.4 芝麻油中VE含量的測定

稱取約0.5 g油樣于10 mL容量瓶內(nèi)，使用正己烷定容至刻度線，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后進(jìn)樣。

采用高效液相色譜儀與熒光檢測器串聯(lián)檢測VE含量。色譜條件：大連依利特氨基柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱溫40℃；流動相為甲醇-異丙醇(體積比99∶1)；流速0.8 mL/min；進(jìn)樣量10 μL；激發(fā)波長298 nm，發(fā)射波長325 nm。

1.2.5 芝麻油中芝麻木酚素的測定

芝麻油中芝麻木酚素的提取參照盧躍鵬等[6]的方法，采用高效液相色譜儀與2489型紫外檢測器串聯(lián)檢測芝麻木酚素含量。色譜條件： Sunfire C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱溫30℃；流動相為甲醇-水(體積比70∶30)；流速0.8 mL/min；進(jìn)樣量10 μL；檢測波長287 nm(芝麻素、芝麻林素)和293 nm(芝麻酚)。

1.2.6 芝麻油中甾醇含量的測定

采用薄層色譜法對芝麻油中植物甾醇進(jìn)行分離，然后經(jīng)氣相色譜對甾醇含量進(jìn)行測定[7]。

1.2.7 芝麻油中多酚含量的測定

參照LS/T 6119—2017，采用分光光度計(jì)法測定芝麻油樣中多酚含量。

1.2.8 芝麻油DPPH自由基清除活性測定

芝麻油的DPPH自由基清除活性測定參照Chan等[8]的方法。

1.2.9 芝麻油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的測定

采用743Rancimat氧化酸敗儀測定芝麻油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間。測定條件：油樣5 g，空氣流速20 L/h，溫度120℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同焙炒條件對芝麻油褐變程度的影響

芝麻中含有的羰基化合物和羧基化合物在焙炒過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng)(又稱非酶褐變反應(yīng))生成褐色大分子物質(zhì)類黑精，造成芝麻油色澤加深。芝麻油的褐變程度可用420 nm處吸光度表示，吸光度越大，表明褐變程度越深[9]。不同焙炒條件下芝麻油褐變程度如圖1所示。

圖1 焙炒條件對芝麻油褐變程度的影響

由圖1可以看出，焙炒溫度較低(160℃)時(shí)，芝麻中發(fā)生的美拉德反應(yīng)尚處于初始階段，類黑精生成量較少，與原樣相比，芝麻油褐變程度不大。焙炒溫度較高(180、200℃)時(shí)，美拉德反應(yīng)發(fā)生較為迅速，類黑精迅速積累，芝麻油褐變程度加深，在420 nm下吸光度顯著增加(P<0.05)。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有較好的抗氧化活性，其抗氧化能力可與某些常見的食品抗氧化劑相媲美。美拉德反應(yīng)產(chǎn)物大量生成，在某些程度上可的氧化穩(wěn)定性。黃紀(jì)念等[10]認(rèn)為，美拉德反應(yīng)過程中生成的褐色物質(zhì)、γ-生育酚、芝麻素、芝麻酚4種物質(zhì)的協(xié)同作用可以很好地解釋為何焙炒芝麻油較冷榨芝麻油具有較高的抗氧化活性。

2.2 不同焙炒條件對芝麻油酸價(jià)及過氧化值的影響(見圖2、圖3)

圖2 焙炒條件對芝麻油酸價(jià)的影響

圖3 焙炒條件對芝麻油過氧化值的影響

由圖2可以看出，焙炒溫度較低(160℃)時(shí)，隨著焙炒時(shí)間的延長，芝麻油的酸價(jià)先降低后升高，在焙炒20 min時(shí)酸價(jià)最低。焙炒溫度較高時(shí)(180、200℃)，隨著焙炒程度加深，芝麻油的酸價(jià)呈上升趨勢，但總的來說變化不大。原因可能是芝麻在前期焙炒過程中，由于焙炒程度較輕，芝麻中所含有的游離脂肪酸氧化，生成氫過氧化物以及小分子的醛、酮等物質(zhì)，酸價(jià)降低，隨著焙炒程度的加深，甘三酯水解生成游離脂肪酸(FFA)，酸價(jià)升高。

由圖3可以看出：在160℃焙炒條件下，芝麻油的過氧化值隨著焙炒時(shí)間的延長而升高；焙炒溫度較高時(shí)(180℃)，芝麻油的過氧化值隨著焙炒時(shí)間的延長先升高后降低；當(dāng)焙炒溫度達(dá)到200℃時(shí)，芝麻油的過氧化值逐漸降低；焙炒時(shí)間相同，芝麻油的過氧化值隨著焙炒溫度的升高而降低。這是因?yàn)橹ヂ橛椭泻写罅康牟伙柡椭舅?，在焙炒前期，易氧化生成氫過氧化物，造成過氧化值升高，隨著焙炒程度的加深，芝麻油發(fā)生二級氧化，氫過氧化物分解，生成醛、酮、酸等小分子物質(zhì)[11]，過氧化值降低。油脂氧化初期，氫過氧化物生成速率大于其分解速率，油脂過氧化值升高，氧化后期，氫過氧化物分解速率加快，生成速率低于分解速率，過氧化值降低。雖然高溫焙炒條件下制備的芝麻油過氧化值較低，但氧化程度較深，油脂品質(zhì)較低。另外，不飽和脂肪酸因參與美拉德反應(yīng)，只有部分被氧化生成氫過氧化物，導(dǎo)致芝麻油的過氧化值降低[12]。

2.3 不同焙炒條件對芝麻油中木酚素含量的影響(見圖4～圖6)

由圖4可以看出，隨著焙炒程度的加深，芝麻素含量基本保持不變，約為800 mg/100 g。芝麻素是一個(gè)四氫呋喃核通過碳碳雙鍵和兩個(gè)亞甲基二氧基苯基相連接組成，具有熱穩(wěn)定性，在高溫條件下不易發(fā)生裂解，含量幾乎不變。

由圖5可以看出，隨著焙炒程度的加深，芝麻林素含量逐漸降低，特別是在200℃焙炒60 min條件下，芝麻林素?fù)p失11.4%。芝麻林素和芝麻素結(jié)構(gòu)相近，芝麻林素是由一個(gè)四氫呋喃核通過碳碳雙鍵和一個(gè)亞甲基二氧基苯基相連接，另一個(gè)亞甲基二氧基苯基是通過乙縮醛氧橋鍵相連接，這一主要區(qū)別導(dǎo)致芝麻林素具有熱不穩(wěn)定性，易在高溫條件下發(fā)生裂解，生成芝麻酚和芝麻素酚。

由圖6可以看出，在160℃焙炒條件下，由于溫度較低，芝麻酚生成量較少，未檢出。焙炒溫度較高(180、200℃)時(shí)，隨著焙炒時(shí)間延長，芝麻酚含量逐漸增加。特別是在200℃條件下焙炒時(shí)，芝麻酚增加量比較明顯，當(dāng)焙炒時(shí)間達(dá)60 min時(shí)，芝麻酚含量為20.28 mg/100 g。

圖4 不同焙炒條件對芝麻素含量的影響

圖5 不同焙炒條件對芝麻林素含量的影響

圖6 不同焙炒條件對芝麻酚含量的影響

2.4 不同焙炒條件對芝麻油中生育酚、多酚、甾醇含量及抗氧化活性的影響(見表1)

生育酚是芝麻油中重要的抗氧化活性物質(zhì)之一，可以有效阻斷油脂氧化過程中自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，提升油脂的氧化穩(wěn)定性。由表1可以看出，隨著焙炒溫度升高和焙炒時(shí)間延長，芝麻油中生育酚含量逐漸減少。當(dāng)焙炒條件達(dá)到200℃、60 min時(shí)，生育酚含量為32.04 mg/100 g，與原樣相比，損失29.5%。原因是生育酚具有熱不穩(wěn)定性，高溫易破壞其結(jié)構(gòu)，造成生育酚含量下降。

由表1可以看出，菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇是芝麻油中含量最豐富的植物甾醇，其含量分別為477.16、303.72、1 636.33 mg/kg。在芝麻焙炒過程中，芝麻油中總甾醇含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。160、200℃分別焙炒60 min時(shí)，芝麻油中總甾醇含量分別為2 802.49、2 045.02 mg/kg。與原樣相比，分別上升15.9%和下降15.4%。原因是在焙炒初期，高溫破壞芝麻籽粒細(xì)胞壁及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，甾醇溶出率增加，芝麻油中甾醇含量升高。焙炒后期，隨著焙炒程度的加深，高溫破壞甾醇結(jié)構(gòu)，造成芝麻油中甾醇含量下降。這與楊佳佳[13]焙炒山核桃所得結(jié)果相一致。

由表1可以看出，隨著焙炒程度加深，芝麻油中多酚含量增加顯著。焙炒程度較深(200℃，60 min)時(shí)，芝麻油中多酚含量為59.44 mgGAE/kg,約為原樣的3.38倍。原因可能是焙炒會破壞芝麻粒細(xì)胞結(jié)構(gòu)，多酚溶出率增加。此外，焙炒時(shí)產(chǎn)生的高溫也會使結(jié)合態(tài)酚類裂解生成游離態(tài)酚類，造成芝麻油中多酚含量升高[14]。

由表1可以看出，隨著焙炒程度的加深，芝麻油的DPPH清除能力逐漸增大。在200℃、60 min焙炒條件下制備的芝麻油，其質(zhì)量濃度達(dá)4.42 mg/mL時(shí)，就可對 DPPH自由基清除率達(dá)到50%。原因可能是芝麻油中多酚含量增加，芝麻油抗氧化能力增強(qiáng)。黃建花等[15]的研究也表明植物油多酚含量與DPPH自由基清除活性有較好的相關(guān)性(P<0.05)。此外，芝麻在焙炒過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng)生成類黑精，此類產(chǎn)物具有較好的抗氧化活性，能抗氧化能力。

表1 不同焙炒條件對芝麻油中生育酚、多酚、甾醇含量及抗氧化活性的影響

注：多酚含量以沒食子酸當(dāng)量計(jì)。

2.5 不同焙炒條件對芝麻油氧化穩(wěn)定性的影響(見圖7)

由圖7可以看出，焙炒可以的氧化穩(wěn)定性，延長貨架期。200℃、60 min焙炒條件下制備的芝麻油氧化穩(wěn)定性最強(qiáng)，其氧化誘導(dǎo)時(shí)間為23.45 h，與原樣相比提升至4.86倍，但是此時(shí)芝麻油色澤較深，且有明顯的焦糊味，從焙炒對芝麻油品質(zhì)的影響考慮，180℃焙炒20～40 min為宜。此外，180℃、60 min和200℃、20 min焙炒條件下制備的芝麻油氧化誘導(dǎo)時(shí)間相差無幾，這表明較高溫度、焙炒較短時(shí)間可以與較低溫度、焙炒較長時(shí)間獲得相似的結(jié)果。雖然高溫導(dǎo)致具有抗氧化活性的γ-生育酚含量降低，但焙炒時(shí)產(chǎn)生的高溫會使芝麻林素裂解生成芝麻酚，多酚含量增多，鈍化脂肪氧合酶，水分大量散失，芝麻中含有的糖和氨基酸也會在高溫作用下發(fā)生美拉德反應(yīng)生成類黑精及一系列含氮、硫的非揮發(fā)性物質(zhì)。在共同作用下，芝麻油的氧化穩(wěn)定性隨焙炒程度的加深而逐漸增強(qiáng)，但是具體哪種因素的變化起主導(dǎo)作用，還需在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中加以驗(yàn)證。

注：A.原樣；B.160℃,20 min;C.160℃,40 min;D.160℃,60 min;E.180℃,20 min;F.180℃,40 min;G.180℃,60 min;H.200℃,20 min;I.200℃,40 min;J.200℃,60 min。

圖7 不同焙炒條件對芝麻油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的影響

3 結(jié) 論

隨著焙炒溫度的升高和焙炒時(shí)間的延長，芝麻油色澤逐漸加深，在420 nm處吸光度增加，褐變程度顯著增加。高溫對芝麻油酸價(jià)的影響不大，隨著焙炒程度的加深，芝麻油過氧化值呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；焙炒并未對芝麻油中芝麻素含量造成影響，芝麻素含量基本保持不變，約為800 mg/100 g(200℃，60 min)，芝麻林素發(fā)生裂解，生成芝麻酚和芝麻素酚，最大損失率達(dá)11.4%；隨著焙炒時(shí)間的延長和焙炒溫度的升高，芝麻油中γ-生育酚含量逐漸降低，由原樣的45.42 mg/100 g降為32.04 mg/100 g(200℃，60 min)，總甾醇含量先升高后降低，多酚含量顯著升高(P<0.05)，200℃、60 min焙炒條件下制備的芝麻油中多酚含量達(dá)59.44 mgGAE/kg，芝麻油的體外抗氧化活性也隨焙炒程度的加深呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，清除DPPH自由基的IC50由原樣的16.88 mg/mL降為4.42 mg/mL；芝麻油的氧化誘導(dǎo)時(shí)間隨著焙炒程度的加深逐漸延長，芝麻油的氧化穩(wěn)定性增強(qiáng)。

綜上所述，芝麻焙炒后制備的芝麻油中抗氧化物質(zhì)種類和含量均有較大變化，其中芝麻酚、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物、多酚等物質(zhì)均隨焙炒程度的加深而增多，在共同作用下，芝麻油的氧化穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。