光照萌发对亚麻籽油中脂质伴随物含量的影响

刘晓晨,杨光*,杨波,周盛敏

1(上海理工大学 医疗器械与食品学院 上海,200093) 2(丰益(上海)生物技术研发中心有限公司 上海,200137)

亚麻籽油由亚麻籽制取，含有高达85%的不饱和脂肪酸,此外,还含有生育酚、黄酮、多酚、甾醇等微量营养成分,在预防和降低自身免疫性疾病、心血管疾病等发生中发挥重要作用。

种子在萌发初期酶活性增加,在酶的作用下,一些常量营养素(脂肪、碳水化合物等)分解代谢或者降解为简单的化合物供胚吸收,并且在种子中也发生了许多生理代谢变化。萌发后不仅种子的营养价值得到了提高,蛋白质、淀粉、脂肪等营养物质变得更容易被人类吸收与利用[1],种子中有毒、有害或抗营养物质也被降解或消除[2]。此外,在种子中积累了一些次生代谢产物,例如多酚、维生素E、γ-氨基丁酸等[3-6],萌发的亚麻籽多酚和黄酮的含量显著升高[7-9],脂质伴随物的含量也有所增加,但是这些营养物质是否可以迁移到油中,从而整体改善亚麻籽油中营养价值,目前较少有学者报道。

光照会促进植物生长,同时也是调节植物体内化学物质的关键因素,它可以有效降低植物体内的硝酸盐浓度、提高维生素C、类胡萝卜素、多酚、黄酮的含量[10],SIMLAT等[11]研究光照对甜叶菊种子萌发的影响,发现蓝色LED灯对类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b有积极影响,并且会积累大量的酚类和可溶性糖。光照会促进植物化学物质的积累并且增加其抗氧化性[12-13]。所以,光照对于种子萌发过程中脂质伴随物的积累以及抗氧化活性是有一定效果的。

本研究在光照萌发条件下,探究亚麻籽萌发过程中所压榨出的亚麻籽油的脂质伴随物成分以及抗氧化活性的变化,以期开发出一款营养丰富、高品质的亚麻籽油。

1 材料与方法

1.1 材料

亚麻籽,产地俄罗斯；石油醚(30～60 ℃)、异丙醇、冰醋酸、三氯甲烷、KI、福林酚试剂、二氯甲烷、无水甲醇、无水乙醇、正己烷、Na2CO3、异辛烷、NaHSO4、乙酸乙酯、Na2SO4、没食子酸标品,纯度≥90%,分析纯,上海国药集团；1.1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、α-,γ-生育酚标品,纯度≥99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司；硅烷化试剂,纯度≥99%,上海麦克林生化科技有限公司；β-胆甾烷醇,纯度≥99%,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。

1.2 仪器

FX7螺旋压榨机,广州旭众食品机械有限公司；FD115烘箱,上海智鸢机电设备有限公司；UV1800紫外分光光度计,日本岛津公司；台式高速冷冻离心机,德国艾本德股份公司；全自动脂肪提取仪,美国ANKOM公司；Agilent 7890 配FID检测器和自动进样器、1200液相色谱仪,安捷伦科技有限公司；743 型食品氧化性仪,瑞士万通中国有限公司PHILIPS GreenPower TLED DR/W 红光/白光植物生长灯,飞利浦(中国)投资有限公司; ANKOM XT15i型自动脂肪分析仪, 美国安康公司。

1.3 实验方法

1.3.1 亚麻籽萌发方法

取大约30 g亚麻籽,挑拣出坏、不完整的种子,放入25 ℃水中浸泡4 h,流动水冲洗3遍,去除一部分胶,在发芽盘中盛1 000 g水,网盘格上平铺一层湿润纱布,将薄薄一层亚麻籽平铺在纱布上,水不没过亚麻籽,放置在(25±3) ℃的恒温室内,种子需在植物生长灯(光照距离50 cm,光照强度24 μmol/s)下生长。光周期：黑暗8 h,光照16 h,1天喷5～6次水,使种子保持湿润,每天换1次水,以防止长菌,分别在0、1、2、3、4天取样、烘干(55 ℃),冷压榨出亚麻籽油,6 000 r/min 离心,滤纸过滤,储存在-18 ℃备用。

1.3.2 理化指标的测定

水分测定：参照 GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[14]；根长测定：随机选取10根萌发的亚麻籽，用直尺测量根长；酸价测定：参照 GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》[15]；过氧化值测定：参照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》[16]；脂肪酸测定：参照GB 5009.168—2016 《食品中脂肪酸的测定》[17]；反式脂肪酸测定：参照GB 5009.257—2016 《食品中反式脂肪酸的测定》[18]；含油率测定：称取(1.00±0.05)g样品于滤袋中,记下样品质量m,滤纸袋与样品总质量m3,在烘箱105 ℃条件下干燥3 h,冷却至室温,称质量m1,将滤纸袋放入全自动脂肪分析仪中进行索氏提取,提取完毕后,取出滤袋,放在烘箱105 ℃下干燥1 h,冷却至室温,称质量m2。种子含油率按公式(1)计算:

(1)

1.3.3 典型脂质伴随物的测定

生育酚含量的测定：参照 GB/T 26635—2011 《动植物油脂生育酚及生育三烯酚含量测定高效液相色谱法》[19]；β-胡萝卜素含量的测定:参照 GB 8821—2011《食品添加剂 β-胡萝卜素》[20]；多酚的测定：参照 LST 6119—2017 《植物油中多酚的测定》[21],没食子酸标准曲线：y=0.010 3x+0.021 9,R2=0.999 9。甾醇的测定：参照 NY/T 3111—2017 《植物油中的甾醇测定》[22]；叶绿素的测定：采用紫外分光光度全波长扫描法测定[23]。

1.3.4 油脂体外抗氧化活性的测定

采用王屋梁等[24]的方法测定亚麻籽油中的全油DPPH自由基清除能力。

1.3.5 油脂的氧化稳定性(oxidative stability,OSI)的测定

OSI 的测定方法：准确称取(3.0±0.1)g样品到反应池试管中,接收槽加入60 g去离子水,按要求组装好反应容器,设定加热温度为110 ℃,进气流量20 L/h。

1.3.6 数据统计分析

所有指标测定均设3组重复,采用 SPSS 19.0 软件进行统计学分析,用 Duncan 法对结果进行显著性分析,P<0.05 时表示存在显著性差异,运用 Origin 8.5 软件作图,数据结果均以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 亚麻籽中含水率、含油率、根长的变化

亚麻籽在萌发过程中,含水率、含油率、根长的变化见表1,随着萌发时间增加,亚麻籽中的含水率呈现先快速升高后缓慢升高的趋势,由6.91%增加到86.19%。相应的,根长也不断增加,发芽亚麻籽胚根的伸长表现出由快到慢的趋势,亚麻籽的胚根长度增加(增加胚根长度占前1 d胚根长度)百分比为286.21%、257.14%、49.75%。随着发芽时间的延长,其伸长趋势逐渐下降。因此,亚麻籽最有效的伸长期可能是萌发初期。亚麻籽萌发过程中,含油率不断下降,这是因为脂肪是种子萌发过程中参与分解代谢的主要成分,随着萌发进行,种子中的脂肪酶活性增加,亚麻籽中的脂肪降解成脂肪酸,为种子萌发提供能量[25],在萌发第4天,含油率急剧下降到19.62%。

表1 在光照萌发条件下亚麻籽中的水分、粗脂肪和根长变化Table 1 The moisture,crude fat,and length of flaxseed during light germination

2.2 亚麻籽油中酸价、过氧化值的变化

过氧化值、酸价是衡量亚麻籽油品质优劣的基本指标。由表2可知,亚麻籽油中的酸价、过氧化值随着萌发时间的增加不断增加,这进一步说明,随着萌发的进行,油中游离脂肪酸含量会增加,亚麻籽油质量降低。

表2 在光照萌发条件下亚麻籽油的酸值、过氧化值变化Table 2 Acid value and peroxide value of flaxseed oil during light germination

2.3 亚麻籽油中脂肪酸、反式脂肪酸的变化

由表3可知,通过萌发处理,亚麻籽油的脂肪酸含量和种类没有明显变化,但是,α-亚麻酸的含量有稍微降低,原因可能是α-亚麻酸从甘油酯上分离后转运到特殊的过氧化物酶体—乙醛酸循环体中，在乙醛酸循环体(β-氧化)中，通过乙酰化酶作用最终转化成乙酰辅酶A，在这个过程中，植物细胞内与乙醛酸循环相互偶联促进糖异生作用，从而实现糖类再生，为种子萌发提供一部分能量[26]。此外,萌发过程中反式脂肪酸含量没有明显的变化,含量一直稳定在0.32%左右。

表3 在光照萌发条件下亚麻籽油的脂肪酸含量变化 单位：%

2.4 亚麻籽油中生育酚含量的变化

生育酚是一种对人十分有益的植物活性成分，在所有的谷物组织(胚乳、胚芽和外层)中都有发现。其中,在胚乳中的浓度最低,在胚芽中的浓度最高[27]。目前,α-生育酚的活性很高,并且能够满足人类对维生素E的需求。维生素E可以与多不饱和脂肪酸在氧化过程中所产生的不利的氧化产物相互作用,抑制膜中的多不饱和脂肪酸的氧化,从而稳定膜并捕获自由基和脂质氧化产物[28]。

由图1可知,α-生育酚的含量随着萌发时间的增加不断增加,萌发4 d后增加到196 mg/kg,光照萌发是有利于促进α-生育酚的生成。此外,γ-生育酚含量是呈现不断下降的趋势,所以,光照萌发是促进α-生育酚和γ-生育酚异构体的相互转化。

从整体来看,随着萌发时间的增加,总生育酚含量呈现先降低后升高的趋势,生物活性较高的α-生育酚含量明显升高,相应的伴随着γ-生育酚含量下降,也有学者认为γ-生育酚含量下降是因为γ-生育酚是α-生育酚直接前体,在发芽过程中γ-生育酚发生还原,转化成异构体α-生育酚[28]。

图1 在光照萌发过程中亚麻籽油中的生育酚成分的变化Fig.1 Changes in tocopherol compositions of flaxseed oil during light germination

HAHM等[29]在研究萌发4 d的芝麻时也发现,α-生育酚的含量增加到32 mg/100 g,而γ-生育酚的减少量超过50%,总生育酚含量在第4天达到最高。与本实验的研究结果有着相似的趋势。

2.5 亚麻籽油中β-胡萝卜素含量的变化

β-胡萝卜素的分子结构中含11个有效共轭双键,因此具有较好的抗光敏氧化效果。并且,β-胡萝卜素是植物中最重要和分布最广的类胡萝卜素,相比其他类胡萝卜素能更有效地转化为维生素A[30],所以,β-胡萝卜素作为维生素A的前体,对亚麻籽油的营养品质具有一定贡献。

由图2可知,光照可极大程度地促进β-胡萝卜素的形成,萌发第4天升高至327.1 mg/kg。HERCHI等[31]在相同的研究中发现,萌发4 d的亚麻籽油中的类胡萝卜素含量是由2.23升高至6.27 mg/kg。WU等[32]也发现使用红光辐射叶片,β-胡萝卜素含量[(54.47±2.35)μg/g]显著高于黑暗组[(6.16±0.11)μg/g]。所以,光照萌发确实可以大幅度提升亚麻籽油中β-胡萝卜素的含量。

图2 光照萌发过程中亚麻籽油的β-胡萝卜素含量变化Fig.2 β-Carotene content of flaxseed oil during light germination

2.6 亚麻籽油中叶绿素含量的变化

在种子中，叶绿素的合成是通过还原型辅酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)和原叶绿素氧化还原酶的活性复合物催化种子中原叶绿素还原为叶绿素，其中，光则是激发原叶绿素以触发原叶绿素还原反应序列的关键因素[33]。所以,光照萌发会使亚麻籽油产生丰富的叶绿素。

由图3可知,在光照萌发条件下,随着萌发时间的增加,亚麻籽油中的叶绿素出现大幅度的提高,在第4天达到了7.05 mg/kg,可见光照萌发能明显提高亚麻籽油中的叶绿素含量。

图3 光照萌发过程中亚麻籽油中叶绿素含量变化Fig.3 Chlorophyll content of flaxseed oil during light germination

2.7 亚麻籽油中甾醇、多酚、氧化稳定性、DPPH的变化

亚麻籽油在长时间的储存过程中可能会发生氧化,氧化过程中多不饱和脂肪酸的降解和自由基的生成,导致亚麻籽油的功能性质和营养价值的丧失,但是亚麻籽油中含有多酚等物质,植物多酚是一种具有多元酚结构的重要次生代谢产物，它具有强大的抗氧化性能，可以淬灭因脂质氧化反应而产生自由基[34]，进而可以有效的延缓或抑制亚麻籽油发生变质。由表4可知,萌发的亚麻籽油中的多酚含量明显增加,在第4天达到了最大值,与冷榨亚麻籽油相比,增加了约8.7倍。MANIVANNAN等[13]发现蓝色和红色LED处理会提高黄叶片和根提取物中总酚和黄酮的含量以及抗氧化能力,此外,还有很多学者也做了相关研究[2,7,9]。由此看来,随着光照萌发时间增加,多酚含量不断增加,且这种趋势是可以从籽中转移到油中,在一定程度上也增加了亚麻籽油中多酚含量。

植物甾醇是一种与动物性胆固醇结构相似而功能完全不同的植物活性成分,由于植物甾醇是一种脂溶性物质,不会对植物油的感官性状产生影响,且在高温下性质稳定,所以能在油脂中最大程度发挥其抗氧化性能[35]。表4可知,甾醇含量随着萌发时间增加出现先降低后升高的趋势,萌发4 d的亚麻籽油中甾醇含量是冷榨亚麻籽油的1.23倍。ZHANG等[27]也发现在萌发期间,菜籽油组分中的总植物甾醇在黑暗和光照条件下增加了4.2～5.2倍。

氧化稳定性是评估油脂质量的重要参数,而油脂氧化速度又与油中脂肪酸的不饱和程度有着密切联系。亚麻籽油中含有丰富的多不饱和脂肪酸——亚麻酸,而亚麻酸的氧化速度是亚油酸的 2 倍,是油酸的25倍[36],这就导致亚麻酸在空气和高温条件下十分不稳定。因此,可以通过测定油脂样品诱导氧化时间来了解油脂氧化稳定性的大小,诱导期越长表明油脂的氧化稳定性越好,反之,油脂氧化稳定性越差。由表4可知,在光照萌发的第3天,亚麻籽油的氧化稳定性显著提高，在第4天时降低,猜测是因为酸价的急剧升高,导致油中游离脂肪酸含量升高,从而使油的不稳定性增加。总之,光照萌发3 d的亚麻籽油稳定性得以提高。

随着萌发时间增加,亚麻籽油中的抗氧化活性不断增加,这与活性物质的增加趋势一致,说明经过光照萌发处理的亚麻籽油抗氧化性能得以提高。此外,KHAN等[37]发现光照16 h/黑暗8 h条件下的种子抗氧化活性远远好于黑暗条件下,约增加30%，与本研究结果一致。

表4 在光照萌发过程中,亚麻籽油中的多酚、甾醇、氧化稳定性、DPPH自由基清除率的变化Table 4 The polyphenols,sterol,oxidation stability and DPPH of flaxseed oil during the light germination

3 结论

光照萌发的亚麻籽能够影响亚麻籽油的活性成分和抗氧化活性。光照萌发处理能显著提高亚麻籽油中多酚、α-生育酚、β-胡萝卜素、叶绿素、甾醇的含量,并且相应增加油中的抗氧化活性,故光照萌发会增加亚麻籽油中脂质伴随物的含量,进而提高亚麻籽油的营养品质。