微波和红外处理对油茶仁油组成和稳定性影响规律

罗 凡 王龙祥, 郭少海 姚小华 钟海雁

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所1，杭州 311400) (中南林业科技大学林学院2，长沙 410004)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)是世界四大木本油料树种之一[1]，也是我国重要的木本食用油料[2]。油茶仁中含有40%～60%脂肪，8%～9%蛋白质，22%～25%糖类，25%～30%粗纤维和2.3%～2.6%灰分。油茶籽油是油茶籽在成熟过程中由糖转化而成的一种复杂的混合物，是油茶籽中的主要化学成分，其组成中除含有95%以上的脂肪酸甘油三酯外，还含有极少成分复杂的脂溶性或脂不溶性非甘油三酯成分[3]，前者包括甘油二酯、甘油一酯、游离脂肪酸、色素、甾醇、脂溶性维生素，后者包括水、固体杂质、蛋白质和和胶体物质等。

压榨油茶籽油的制取方法是：油茶果采收后经过晾晒[4]，脱蒲，干燥，榨前处理，压榨等工艺获得压榨毛油，毛油经过适当精炼得到成品油茶籽油[5]。其中油茶籽干燥的主要目的是降低水分便于贮藏，运输，压榨等后续工艺，干燥处理温度一般在40-100 ℃左右，处理方式包括红外，热风[6，7]，微波[8，9]，热风-微波耦合[10，11]等。榨前处理的作用主要是进一步调节水分、破坏茶籽内部细胞结构，提高油脂及部分微量营养成分的溶出、提供香味成分(美拉德反应产物)等。榨前处理温度与处理方式和产品的工艺要求有关，一般在90～150 ℃，甚至更高，传统处理方式包括微波、焙炒、烘烤和湿蒸等[12]，新方法包括辐照[13]，蒸汽爆破[14]等。压榨温度由压榨设备决定，液压榨油[15]温度在40 ℃左右，双螺杆榨机的榨膛温度在80～100 ℃，单螺杆榨机榨堂温度可达120 ℃。在干燥、榨前处理和压榨过程中，温度不可避免地会对油茶籽的内部形态及油茶籽油的风味品质产生重要影响。适度热处理提高油脂的抗氧化能力和氧化稳定性的现象近年来引起学者的广泛兴趣[16-18]。由于热处理方式的多样性、茶籽中活性成分的丰富性以及热处理条件下反应体系的复杂性，使得油脂氧化稳定性和抗氧化能力受热提高的机理仍不明确。

为了探讨热处理提高油脂抗氧化能力的原因，先要了解受热后油茶内成分组成的变化规律，摸清活性成分是茶籽本身还是反应生成的[19]。凝胶渗透色谱法(GPC)是基于分子在溶液中的相对尺寸差异分离聚合物样品分子，洗脱的样品色谱峰反映了样品的相对分子质量分布趋势。色谱峰的强度与对应的出峰时间范围表示聚合物不同相对分子质量的相对含量，可用来计算聚合物试样的平均相对分子质量参数及聚合物的分散指数(PDI=Mw/Mn)。由于GPC既可在较短时间内测定各种平均相对分子质量分布参数，又可提供试样的相对分子质量分布曲线色谱图做定性对比，因而成为一种被广泛认可且有效的聚合物表征方法[20]。

本研究主要讨论红外，微波两种加热条件对油茶籽水分，含油率，以及油茶籽油营养成分，氧化稳定性等内部理化的变化，采用GPC研究热处理后茶油中活性物质的组成及其对油脂氧化稳定性的影响，为进一步阐明热处理油茶籽提高油脂氧化稳定性的作用机理提供理论依据，为油茶籽油加工工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

油茶籽样品于2018年12月底采自浙江康能食品有限公司油茶基地，在原料清理时除去未成熟粒、破损粒和霉变粒，油茶仁含水率为8.81%，含油率为37.14%。

1.2 仪器与设备

微波炉，烤箱，自动液压榨油机，Waters 1525/2414型凝胶渗透色谱仪，液相-质谱测定仪。

1.3 实验方法

1.3.1 加热条件及制油

分别称取一定量油茶籽，平铺于托盘中，在一定温度条件下加热不同时间，然后自然冷却至室温。茶籽剥壳测定仁的含水率和含油率后液压榨油，油样冷藏备用。表1所示为两种加热方式的不同加热条件。

表1 实验所用加热方式及条件

1.3.2 油茶仁理化指标测定

油茶仁的水分测定参考GB 5009.3—2010方法，含油率测定参考GB 5009.6—2016方法。

1.3.3 油茶籽油理化指标测定

油茶籽油的含水率测定参考GB 5009.236—2016，油茶籽油的氧化诱导时间根据GB/T 21121—2007方法测定。

1.3.4 油茶籽油分子质量的测定

分子质量与组成测定采用凝胶渗透色谱仪，分子质量范围：162～1 000 000，测量温度：室温～50 ℃，操作系统：Empower 软件，标样：聚苯乙烯。

1.3.5 油茶籽油全扫描质谱测定

取100 μL样本于1.5 mL离心管中，加300 μL甲醇，内标(2.8 mg/mL二氯苯丙氨酸)，10 μL，涡旋30 s混匀；于-20 ℃静置1h；于4 ℃，12 000 r/min下离心15min；移取200 μL上清，转入进样小瓶中待检。色谱柱：Hyper gold，C18(100 mm×2.1 mm，1.9 μm)，柱温40 ℃；流速0.35 mL/min；流动相组成A：水+5%乙腈+0.1%甲酸，B：乙腈+0.1%甲酸；进样量为10 μL，自动进样器温度4 ℃。

质谱检测参数：正模式：加热器温度300 ℃；鞘气流速：45 arb；辅助气流速：15 arb；尾气流速：1 arb；电喷雾电压：3.0 kV；毛细管温度：350 ℃；S-LensRF Level，30%。负模式：加热器温度300 ℃；鞘气流速：45 arb；辅助气流速：15 arb；尾气流速：1arb；电喷雾电压：3.2 kV；毛细管温度：350 ℃；S-LensRF Level，60%。扫描模式：一级全扫描(FullScan, m/z 70～1 050)与数据依赖性二级质谱扫描(dd-MS2, TopN=10)；分辨率：70 000(一级质谱)&17 500(二级质谱)。碰撞模式：高能量碰撞解离(HCD)。

1.3.6 数据处理

各项指标重复测定3次，采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行数据处理和分析，采用Origin 8.0进行数据绘图。

2 结果与讨论

2.1 油茶籽仁理化指标的变化

2.1.1 油茶仁水分的变化

图1 不同方式加热后油茶仁水分变化

从图1可以看出，经过微波和红外加热后，油茶仁中的水分都明显下降，且随加热时间的延长和加热强度的增加水分下降更加显著。700 W微波处理后在初始的10 min内油茶仁中水分下降最快，下降了58.0%，随后水分下降速度减慢，加热结束时，4种功率处理后水分分别比初始下降了53.15%、68.85%、79.05%、87.63%；红外处理的油茶籽在前30 min水分下降最快，6个温度处理下分别比初始下降了19.30%、15.67%、17.21%、21.38%、23.01%、32.24%，之后随加热时间延长水分下降速率减缓，到120 min加热结束时，水分分别比加热前下降了45.24%、47.69%、64.98%、58.81%、62.05%、85.98%。从水分降低的速率来看，微波加热功率由小到大分别为14.05%、18.20%、20.89%、23.16%，红外加热温度由小到大分别为1.14%、1.41%、2.11%、1.65%、1.72%、2.37%，前者热效率明显高于后者，由于物料的入榨水分并不是越低越好，因此部分工艺在榨前需要进行水分调节。

2.1.2 油茶仁含油率的变化

经过不同条件加热后油茶仁含油率的变化如图2所示。

图2 不同方式加热后油茶仁含油率变化

从图2可以看出，经过加热，部分油茶仁中测到的含油率提高，比如微波245 W和700 W加热10和20 min时，含油率分别最高比初始提高了11.25%和5.58%，90～140 ℃不同温度红外加热后油茶籽仁中含油率分别最高上升了2.50%(加热90 min)，4.89%(加热30 min)，6.16%(加热90 min)，9.45%(加热60 min)，0.76%(加热60 min)和3.22%(加热30 min)。类似的现象在其他研究中也有报告，比如Jau-Tien Lin等[21]发现烘烤后杏仁样品的出油率显著高于未烘烤样品，且烘烤时间越长，杏仁出油率越高；Fahad等[22]也发现对照组4种杏仁的油质量分数为53.47%和56.44%，而720 W烘烤后的杏仁含油率提高到56.18%～58.17%。这种现象可能是由于含水率降低，或者因为热处理使种子中的油细胞分解，蛋白质凝固，水分调节至最佳提取值，油粘度降低等，使油容易流动[23]。从含油率增加的效率比较，两种加热方式微波略高于红外，这与水分含量变化的结论相似。

2.2 油茶仁油理化指标的测定

2.2.1 油茶仁油水分的变化

经过不同条件加热后油茶仁压榨毛油中水分变化如图3所示。

从图3可以看出，短时加热后油茶仁油中的水分呈下降趋势，后下降趋势趋于缓慢，至加热结束前水分又有部分上升。245、420、560、700 W微波下加热5 min后油茶仁油中的水分分别比初始下降了6.88%、20.00%、22.85%、40.00%，下降速率分别为每小时0.12%、0.36%、0.41%、0.72%，加热15 min后，560、700 W微波处理后的油茶仁油水分略有上升，至20 min加热结束4种功率的微波处理后油茶仁油水分差别不大，分别为0.11%、0.10%、0.14%、0.12%；红外加热后油茶仁油中水分的变化规律与微波处理相似，加热初期的30 min内水分下降速度最快，分别比初始下降了26.67%、30.18%、22.16%、40.00%，21.66%、20.66%，下降速率分别为每小时0.08%、0.09%、0.07%、0.12%、0.06%、0.06%，加热60～90 min，110～140 ℃处理后的油茶籽油水分略有上升，至120 min加热结束6种温度处理后油茶籽油水分分别为0.11%、0.10%、0.14%、0.15%、0.14%、0.16%。加热后期水分略有上升的现象在其他学者的研究中也有发生[24]，可能是加热后期茶籽中的结合水释放，也可能是其他物质热分解释放了部分水分，具体原因有待进一步研究。

图3 不同方式加热后油茶仁油水分的变化

2.2.2 油茶仁油氧化稳定时间的变化

经过微波加热后油茶仁压榨毛油氧化诱导时间的变化如图4所示。

4.制定资金计划管理制度。成立收入资金管理机制，保障资金收入的安全性，保证资金能够完整的收入企业银行账户。成立支出资金管理机制，保障资金在支出时能够按照严格的规定、合法的支出，建立企业账户管理制度，对账户的开户和运用进行严格的规定，并及时解决出现的问题，构建资金支出管理制度，包括大额资金的运作方式，按照明文规定合理安排资金的支出情况，降低资金支出风险。

从图4可以看出，油茶仁油的初始氧化稳定性为8.59 h，油茶籽经过微波加热后油茶仁油的氧化稳定时间基本是随处理时间的延长而逐渐延长的，到加热20 min时，245、420、560、700 W处理后的氧化稳定时间分别达到10.76、12.74、20.58、18.13 h，比初始提高了25.2%、48.2%，、139.5%、111.0%，

图4 微波和红外加热后油茶仁油氧化稳定时间的变化

可能是由于微波破坏了细胞壁，增加了多酚等抗氧化活性物质的溶出。处理10 min之前700 W比另外3个功率处理的氧化稳定时间长，例如10 min时，700 W处理后的油茶籽，其压榨油茶仁油的氧化稳定时间分别比245、420、560 W处理高8.1%、7.4%、6.7%，但是10 min后700 W处理后的油茶籽压榨的油茶仁油的氧化稳定时间升高逐渐低于560 W微波功率，可能是由于强微波条件破坏了部分热不稳抗氧化物质，降低了其抗氧化能力。

经过红外加热的油茶籽，其油茶仁油的氧化稳定时间变化呈现三种不同的规律：经过90～100 ℃红外处理的油茶籽，油茶仁油的氧化稳定时间随红外处理时间的延长呈现先增加后降低的过程，拐点在加热30 min后；经过110～120 ℃红外处理的油茶籽，仁油的氧化稳定时间随微波处理时间的延长经历了先上升后下降又上升的3个阶段；经过130～140 ℃红外处理的油茶籽，仁油的氧化稳定时间随微波处理时间的延长逐渐上升的规律。加热120 min结束时，油茶仁油的氧化稳定时间和加热温度正相关，相关系数为0.776 1。

2.2.3 油茶仁油分子组成的变化

经过不同条件加热后油茶仁压榨毛油中分子组成的变化如图5所示。

图5 加热后油茶仁油中分子组成的变化

由于GPC所测油样的结构和标样PS有差距，因此测定结果仅用于比较加热前后分子质量的变化。分别选择了处理功率最小和最大以及处理温度最低和最高的两个条件进行了GPC测定。从图5可以看出，经过不同方式加热后油茶仁油的分子质量都有上升趋势，比较实验中微波最低(245 W)和最高功率(700 W)处理后油茶仁油分子质量的变化趋势发现，高功率微波处理后油茶仁油的分子质量上升更快，低功率处理后的油茶仁油分子质量在加热5 min前有略微下降，后持续上升。两种功率处理下，油茶仁油中分子的分布趋势随加热时间的延长越来越窄，可能源于一些小分子的分解释放，但到700 W加热15 min之后，分子质量分布越来越分散，可能是因为美拉德反应后产生了大量新物质；采用90～140 ℃红外加热60 min内油茶籽油的分子质量显著上升，温度间差异不明显，之后加热温度高的分子质量上升，温度低的略微下降。分子质量的升高可能是高温下发生了分子的聚合反应，经过90、140 ℃加热后油茶籽油中分子质量的分布基本具有越来越集中的趋势，但是90 ℃处理60 min内有一次降低又升高的过程，140 ℃处理90 min后分子质量分别有相对分散的趋势，可能与高温下的美拉德反应有关。

2.2.4 油茶籽油中物质组成的变化-负模式

经过不同条件加热后采用液相色谱-质谱负模式全扫描模式检测油茶仁压榨毛油中成分的变化。结果发现，油茶仁油中含有酸、酮、酯等多种成分，其中浓度大于0.01 mg/mL的有28个，包括脂肪酸及其共轭物有13个，亚油酸及其衍生物3个，花生酸类1个，羟基肉桂酸及其衍生物1个，苯甲酸及其衍生物1个，三羧酸及其衍生物1个，四氢异喹啉类1个，氨基酸类1个，三羧酸及其衍生物1个，羟基肉桂酸及其衍生物1个，羟基香豆素1个，Isoflav-2-enes类1个，黄酮类1个，甲氧基苯酚1个。经过一定条件微波加热后，油茶仁油中各种成分随加热时间的变化多数成分呈现先降低后平稳再升高的过程，这也解释了图5加热前期油中分子质量分布更集中的现象。其中变化最明显的是壬二酸，辛二酸，15,16-二羟基亚油酸，9,12,13-三羟基-反10,顺15-十八碳二烯酸，姜辣素(Gingerol)和油酸等；经过一定条件红外加热后，油茶籽油中各种成分随加热时间的变化呈现先降低后平稳的过程，其中变化最显著的是壬二酸，辛二酸，15,16-二羟基亚油酸，9,12,13-三羟基-反10，顺15-十八碳二烯酸等。两种处理条件下壬二酸都是含量最高的成分，其中处理前含量为18.200 0 mg/mL，微波560 W处理15 min红外120 ℃处理30 min时含量最低，分别为0.624 5 mg/mL和0.492 2 mg/mL，经过微波560 W处理20 min后油茶籽油中含量最大达到30.703 3 mg/mL。

不同功率微波处理油茶籽15 min后，油茶仁油中壬二酸，辛二酸，蓖麻油酸等含量较高的成分呈现随微波功率增加先降低后又升高的趋势，这也解释了图5中不同热强度之间的差异性。经过245 W处理后油茶籽油中含量相对较高(>0.01 mg/mL)的成分分别为壬二酸，辛二酸，8,9-二羟基-花生三烯酸，8-过氧羟基-9,12-十八二烯酸，Persin，反式阿魏酸，16-羟基十六酸，十六烷二酸，十四碳二酸，15,16-二羟基亚油酸和十八烷二酸，经过700 W处理后含量>0.01 mg/mL的成分增加了蓖麻油酸(Ricinoleic acid)，茉莉酸(Jasmonic acid)，姜辣素，9,12,13-三羟基-反10,顺15-十八碳二烯酸，染料木黄酮(Genistein)，9-十六碳烯酸，羟甲香豆素，猪毛菜酚(Salsolinol)和十二烷二酸等9种物质；加热60 min时， 90 ℃红外条件下油茶仁油中含量相对较高(>0.01 mg/mL)的分别为壬二酸，十八烷二酸，辛二酸，油酸，马尿酸(Hippuric acid)，9,12,13-三羟基-反10，顺15-十八碳二烯酸，主要成分随加热温度的升高呈现逐渐增加的趋势，其中140 ℃处理后壬二酸和辛二酸含量分别从初始的0.278 9、0.071 5 mg/mL增加到6.924 6、2.079 2 mg/mL，此外十二烷二酸，染料木黄酮，柠檬酸(Citricacid)，9,12,13-三羟基-反10,顺15-十八碳二烯酸，猪毛菜酚，毛地黄黄酮(Luteolin)，16-羟基-10氯代十六碳酸，创伤性酸(Traumatic acid)，Persin，茉莉酸，15,16-二羟基亚油酸，十六烷二酸，9-十六碳烯酸，海藻糖(Trehalose)，8,9-二羟基-花生三烯酸，羟甲香豆素，3-羟基十四烷二酸，2-羟基肉豆蔻酸，姜辣素，8-过氧羟基-9,12-十八二烯酸，蓖麻油酸，反式阿魏酸等23种物质的含量也超过了0.01 mg/mL。

2.2.5 油茶籽油中物质组成的变化-正模式

经过不同条件加热后采用液相色谱-质谱负模式全扫描模式检测油茶仁压榨毛油中成分的变化。结果发现：油茶仁油中含有酸、酮、酯等多种成分，其中浓度大于0.01 mg/mL的有33个，脂肪酸及其衍生物8个，包括氨基酸类4个，脂肪胺类4个，单萜类3个，脂肪酸脂类2个，亚油酸及其衍生物1个，一癸酸甘油酯类1个，甲基异黄酮类1个，吡喃酮和衍生物1个，吡啶甲酸及其衍生物1个，吡咯烷基吡啶1个，醌和对苯二酚脂类1个，三萜类1个，酮酸及其衍生物1个，吲哚类1个，胺类1个，芳香质1个。经过微波560 W和红外120 ℃处理后的油茶籽，其压榨油茶仁油中部分成分的含量呈现先升高后下降又升高再下降的变化趋势，其中变化最显著的是蓖麻油酸，棕榈油酸和油酸酰胺(Palmitic amide)等，加热5 min后分别从初始的0.053 0、0.020 6、0.013 2mg/mL升高到0.378 0、0.370 6、0.151 7 mg/mL，至20 min加热结束油酸酰胺为0.083 7 mg/m，仍高于初始以及其他物质。红外120 ℃加热不同时间时，压榨油茶仁油中部分成分的含量与微波处理类似，呈现先升高后下降又升高再下降的变化趋势，其中含量变化较大的是棕榈油酸，油酸酰胺，蓖麻油酸，棕榈酰胺(Palmitic amide)分别从初始的0.020 6、0.013 2、0.053 0、0.002 8 mg/mL升高到0.496 4、0.410 9、0.284 6、0.165 9 mg/mL，至120 min加热结束时，含量基本降低到初始水平。

微波245、700 W处理15 min后，油茶仁油中各种成分含量增高，其中含量大于0.01 mg/mL的分别有20种和27种，均多于初始的3种，初始油茶仁油中含量最高的蓖麻油酸，棕榈油酸和油酸酰胺，分别在245、700、700 W处理后含量达到最大，420 W处理后的油茶籽，其油茶仁油中油酸酰胺含量较初始有上升。

3 结论

本研究通过分析油茶籽经不同加热处理后的压榨油茶仁油的成分组成和氧化稳定时间，揭示了加热对茶油仁及茶油理化品质的影响规律。结果表明，微波和红外均能有效降低油茶仁水分，前者效率大于后者；加热后部分油茶仁含油率提高，增加效率微波大于红外。短时加热后油茶仁油的水分下降；油茶仁油的氧化稳定时间随微波加热时间的延长而延长。加热后油茶仁油的分子质量上升，分子质量分布变窄，但高功率或高温处理一定时间后又趋于分散。油茶仁油中壬二酸，辛二酸，15,16-二羟基亚油酸，9,12,13-三羟基-反10，顺15-十八碳二烯酸和姜辣素等成分含量变化可能是后期茶油氧化稳定性提高的主要因素之一。