羅 凡,王龍祥,,郭少海,鐘海雁
(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所,杭州 311400; 2.中南林業(yè)科技大學(xué) 食品學(xué)院,長(zhǎng)沙 410004)
油茶(Camemaoleifera),為山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)植物,是我國經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益俱佳的特有木本油料樹種。油茶餅粕是油茶籽榨油后的殘余物,僅2018年產(chǎn)量就超過150萬t[1],但大部分油茶餅粕被用作清塘劑或飼料,甚至被廢棄,造成了很大的浪費(fèi)。油茶餅粕中除含有少量油脂外,還含有茶皂素[2]、多糖[3]、蛋白質(zhì)[4]、多酚[5]等物質(zhì)。加大對(duì)油茶副產(chǎn)物的研究和開發(fā)對(duì)于提高油茶資源綜合利用,延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈均具有重要意義。
在油茶籽加工的干燥、炒(蒸)制和壓榨等過程中,溫度不可避免地對(duì)油茶籽內(nèi)部形態(tài)及成分產(chǎn)生重要影響[6]。本研究組在研究壓榨條件對(duì)油茶籽油品質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn),榨前熱處理可能導(dǎo)致油茶籽中天然成分顯著變化[7],因此研究加熱過程對(duì)油茶粕中活性成分的影響對(duì)副產(chǎn)物的合理開發(fā)利用是非常必要的。熱風(fēng)、紅外輻射和微波輻射均為廣泛應(yīng)用的物料干燥工藝[8]。與傳統(tǒng)方式相比,微波加熱速度快、時(shí)間短、處理溫度低、節(jié)約能量[9],可較好地保持物料原有的色、香、味和營養(yǎng)物質(zhì)。目前關(guān)于微波應(yīng)用于油茶加工的報(bào)道主要集中在微波輔助提油[10-11]以及微波對(duì)油茶籽油品質(zhì)的影響[12]等研究,對(duì)于微波處理影響油茶餅粕等副產(chǎn)物活性成分及其利用的報(bào)道較少。
本文探索了不同微波功率和時(shí)間處理油茶籽后,油茶粕中茶皂素、多酚、蛋白質(zhì)、多糖和糠氨酸[13]等成分含量及DPPH自由基清除能力的變化規(guī)律,旨在摸清微波處理過程中油茶籽(餅粕)內(nèi)部活性成分的變化規(guī)律,為探索油茶籽理化性質(zhì)變化機(jī)理提供理論基礎(chǔ),為油茶副產(chǎn)物加工利用提供技術(shù)支撐。
1.1.1 原料與試劑
油茶籽,于2018年11月底購自浙江康能食品有限公司油茶基地,清理除去未成熟粒、破損粒和霉變粒,油茶籽仁平均含水率8.81%,含油率37.17%。
福林酚試劑,購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;DPPH酶聯(lián)免疫分析試劑盒,購自江蘇科特生物科技有限公司;其他試劑均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為超純水。
1.1.2 儀器與設(shè)備
P70F20L-DG(S0)微波爐,輸出功率700 W,廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司;6YY-190液壓榨油機(jī),洛陽金廈液壓機(jī)械有限公司;E-816 Sox索氏提取儀,瑞士步琦有限公司;ASE-12固相萃取儀,天津奧特賽恩斯儀器有限公司;UV-2550紫外分光光度計(jì),日本島津公司;LC-10AT高效液相色譜儀,日本島津公司。
1.2.1 加熱條件及樣品準(zhǔn)備
稱取一定量油茶籽,平鋪于托盤中并分別在微波功率245、420、560、700 W條件下加熱0、5、10、15、20 min,自然冷卻至室溫后剝殼,油茶籽仁液壓榨油,得到油茶餅,經(jīng)過粉碎、過篩和脫脂后得到油茶粕,冷藏備用。
1.2.2 油茶粕中茶皂素含量的測(cè)定
取一定量油茶粕,研磨,取少量粉狀試樣用濾紙包好,置于60℃烘箱中保溫4 h,烘干至恒重,過60目篩,準(zhǔn)確稱取4.5~5.5 g放入索氏提取器中,用150 mL無水乙醇回流提取4 h,提取液冷卻后,于500 mL容量瓶中用80%乙醇定容。取1.0 mL參考SN/T 1852—2006方法測(cè)定茶皂素含量。
1.2.3 油茶粕中蛋白質(zhì)的測(cè)定
參考GB 5009.5—2016方法測(cè)定油茶粕中的蛋白質(zhì)含量。
1.2.4 油茶粕中粗多糖的測(cè)定
參考SN/T 4260—2015方法測(cè)定油茶粕中的粗多糖含量。
1.2.5 油茶粕中總酚的測(cè)定
參考GB/T 8313—2008方法提取油茶粕中的總酚,采用福林酚法[14]進(jìn)行含量測(cè)定。
1.2.6 油茶粕中糠氨酸的測(cè)定
取適量樣品于水解管中,加入10 mL 8 mol/L鹽酸,充氮?dú)夥夤埽?10℃水解24 h。取出冷卻后,將溶液轉(zhuǎn)移至比色管中定容至10 mL,取1 mL清液,75℃水浴氮吹吹干,用1 mL乙腈-水(1∶1)復(fù)溶,過膜上機(jī)待HPLC測(cè)定。HPLC條件:進(jìn)樣量10 μL,Agilent C18 Aq色譜柱(4.6 mm×250 μm,5 μm),柱溫40℃,波長(zhǎng)280 nm,流動(dòng)相為1%甲酸水溶液。
1.2.7 油茶粕的抗氧化性測(cè)定
取一定量油茶粕水提過濾后,濾液采用DPPH酶聯(lián)免疫分析試劑盒測(cè)定計(jì)算DPPH自由基清除率。
1.2.8 數(shù)據(jù)處理及分析
所有數(shù)據(jù)在Excel 2003中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理,運(yùn)用Origin 8.6進(jìn)行繪圖,利用SPSS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素分析(ANOVA)和最小顯著性檢驗(yàn)(LSD)。
2.1.1 茶皂素含量的變化規(guī)律(見圖1)
圖1 微波處理后油茶粕中茶皂素含量的變化
從圖1可以看出,油茶粕初始茶皂素含量為19.17 g/100 g。低功率微波(245、420 W)處理油茶籽后,油茶粕中茶皂素含量短時(shí)內(nèi)稍有上升,然后下降,至20 min加熱結(jié)束時(shí),含量分別降至14.12、16.93 g/100 g,分別下降26.3%和11.7%;較高功率微波(560、700 W)處理油茶籽后,油茶粕中茶皂素含量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),其中560 W處理油茶籽后,油茶粕中的茶皂素含量逐漸上升,到加熱結(jié)束,含量達(dá)到59.57 g/100 g,比初始提高2.11倍;700 W處理初期茶皂素含量上升快速且顯著,在加熱10 min后,茶皂素含量達(dá)到最高,為58.73 g/100 g,比初始提高2.06倍,隨后略有波動(dòng),加熱20 min時(shí),含量為45.31 g/100 g,仍比初始提高1.36倍。高強(qiáng)度微波處理對(duì)油茶粕中茶皂素含量的影響可能是微波破壞了細(xì)胞壁,增加了茶皂素的提取和可測(cè)含量。
2.1.2 蛋白質(zhì)含量的變化規(guī)律(見圖2)
圖2 微波處理后油茶粕中蛋白質(zhì)含量的變化
從圖2可以看出,油茶粕初始蛋白質(zhì)含量為14.5 g/100 g,經(jīng)過20 min加熱,低功率微波(245、420 W)處理的油茶籽,粕中蛋白質(zhì)含量分別為14.3、14.2 g/100 g,略低于初始含量,較高功率微波(560、700 W)處理油茶籽后粕中蛋白質(zhì)含量分別為14.7、14.6 g/100 g,略高于初始含量。這可能是微波處理后水分減少引起蛋白質(zhì)含量的變化。但整體上微波處理對(duì)油茶粕中蛋白質(zhì)含量影響不大。
2.1.3 粗多糖含量的變化規(guī)律(見圖3)
圖3 微波處理后油茶粕中粗多糖含量的變化
從圖3可以看出,油茶粕中粗多糖初始含量為2.75 g/100 g,經(jīng)過420、560、700 W微波加熱后粗多糖分別在加熱20、5、10 min時(shí)升高到4.59、4.94、5.94 g/100 g,比初始升高66.9%、79.6%和116.0%,但是預(yù)測(cè)整體含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(420 W處理20 min 后無數(shù)據(jù)),可能源于其熱不穩(wěn)定性。粗多糖含量的升高可能是因?yàn)槲⒉ǖ臒嵝?yīng),含量降低源于多糖的降解[15],或是部分成分參與了美拉德反應(yīng)。
2.1.4 總酚含量的變化規(guī)律(見圖4)
圖4 微波處理后油茶粕中總酚含量的變化
從圖4可以看出,油茶粕中總酚初始含量為1.1 g/100 g,經(jīng)過微波處理其含量整體呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì)。微波處理初期,總酚含量略有下降,其中245、420、560 W加熱5 min后含量降至最低,分別為初始的70.91%、79.09%、82.73%,而700 W微波處理總酚含量在10 min后降至最低,為初始含量的66.36%;之后總酚含量呈現(xiàn)短暫上升趨勢(shì),基本在微波加熱15 min時(shí)4個(gè)功率處理后的總酚含量均達(dá)到最大值,分別為0.98、1.82、1.74、2.03 g/100 g,為初始含量的89.09%、1.65倍、1.58倍和1.85倍。姚菲等[16]研究熱處理油茶籽對(duì)油茶籽油營養(yǎng)品質(zhì)的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)加熱后多酚含量上升的現(xiàn)象。微波加熱15 min后油茶粕中總酚含量又呈現(xiàn)下降趨勢(shì),加熱20 min時(shí),含量分別為0.78、0.86、1.07、1.26 g/100 g,微波功率越高,總酚含量越高。加熱后油茶粕中總酚含量升高可能是因?yàn)榧訜崞茐牧思?xì)胞壁,增加了酚類溶出,或者釋放了結(jié)合態(tài)酚,也可能是加熱改變了與酚相關(guān)的蛋白質(zhì),導(dǎo)致酚含量的增加,或是單寧熱解為小分子酚[17]。
2.1.5 糠氨酸含量的變化規(guī)律(見圖5)
圖5 微波處理后油茶粕中糠氨酸含量的變化
從圖5可以看出:油茶粕中糠氨酸初始含量為246.95 mg/kg,當(dāng)微波功率為245 W,加熱5 min時(shí),油茶粕中糠氨酸含量下降至初始含量的47.83%,后隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)其含量逐漸上升,至20 min加熱結(jié)束時(shí),其含量比最低點(diǎn)時(shí)升高95.39%,比初始含量低6.55%;當(dāng)微波功率為420、560 W時(shí),油茶粕中糠氨酸含量隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)而升高,并分別在加熱5 min和10 min時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)510.02、585.74 mg/kg,分別比初始含量升高了1.07倍和1.37倍,隨后下降,并分別在加熱10、15 min降至最低,分別為178.33、232.92 mg/kg,分別為初始含量的72.21%和94.32%,隨后略有升高,至20 min加熱結(jié)束時(shí),含量分別為初始含量的1.37倍和99.64%;當(dāng)微波功率為700 W時(shí),油茶粕中糠氨酸含量隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)先上升后下降,在加熱5 min時(shí)含量最高達(dá)630.45 mg/kg,隨后逐漸下降,至加熱結(jié)束時(shí)含量比最高點(diǎn)下降57.50%,但仍比初始含量高8.51%??钒彼嶙鳛槊览路磻?yīng)的中間產(chǎn)物,其含量的變化反映了美拉德反應(yīng)中糠氨酸生成和降解的進(jìn)程[18]。從本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推測(cè):當(dāng)微波功率較低(245 W)時(shí),加熱5 min后少量美拉德反應(yīng)發(fā)生,產(chǎn)生糠氨酸,且至20 min加熱結(jié)束,美拉德反應(yīng)幾乎沒有進(jìn)一步深入;當(dāng)微波功率較高(420、560、700 W)時(shí),短時(shí)內(nèi)發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生大量糠氨酸,且在加熱5~15 min后美拉德反應(yīng)進(jìn)入下一個(gè)階段,糠氨酸參與反應(yīng),含量降低。
圖6為微波處理油茶籽后油茶粕對(duì)DPPH自由基清除率的變化規(guī)律。
從圖6可以看出:微波功率為245 W和700 W時(shí),油茶粕對(duì)DPPH自由基的清除率先升高后降低,并分別在加熱5 min和10 min時(shí)升到最高,為71.48%和72.38%,比初始值高12.46%和13.87%,之后DPPH自由基清除率隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低,并在加熱20 min時(shí)分別降低到62.34%和60.88%,比初始降低1.92%和4.22%;微波功率為560 W時(shí),油茶粕對(duì)DPPH自由基清除率隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)整體上升的趨勢(shì),最高點(diǎn)出現(xiàn)在加熱20 min時(shí),為74.00%,比初始升高16.43%;微波功率420 W時(shí),油茶粕對(duì)DPPH自由基清除率呈現(xiàn)先上升后下降再上升的變化趨勢(shì),最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別出現(xiàn)在加熱5 min和10 min時(shí),DPPH自由基清除率分別為70.14%和60.60%,比初始升高了10.35%和降低了4.67%。DPPH自由基清除率的升高是因?yàn)槲⒉ㄊ褂筒枳阎胁糠只钚猿煞秩艹?,或美拉德反?yīng)產(chǎn)物的生成提高了油茶粕的抗氧化活性。
研究了榨前微波處理油茶籽對(duì)副產(chǎn)物油茶粕中多種活性成分含量及抗氧化能力的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:低功率(245、420 W)微波處理后,油茶粕中茶皂素含量短時(shí)內(nèi)稍有上升,然后下降;較高功率(560、700 W)微波處理后,油茶粕中茶皂素含量整體呈上升趨勢(shì),加熱20 min時(shí),含量分別比初始提高2.11和1.36倍;微波處理對(duì)油茶粕中蛋白質(zhì)含量的影響不大;245 W微波處理后油茶粕中粗多糖含量整體呈下降趨勢(shì),經(jīng)420、560、700 W微波加熱20、5、10 min時(shí)含量有所升高;微波處理后油茶粕中總酚含量呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì),且微波功率越高,總酚含量越高;微波功率較低(245 W)時(shí),糠氨酸含量先下降后稍微提高,當(dāng)功率較高(420、560、700 W)時(shí),糠氨酸含量先升高后下降,其中420、560 W分別處理10 min和15 min后含量又有略微提高,反映了美拉德反應(yīng)經(jīng)歷了不同階段。245、700 W微波處理,油茶粕對(duì)DPPH自由基清除率先升高后降低,560 W時(shí)呈整體上升趨勢(shì),420 W呈波動(dòng)狀態(tài)。