黄 颖,郑 畅,刘昌盛

(中国农业科学院油料作物研究所,油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室, 农业部油料加工重点实验室,油料脂质化学与营养湖北省重点实验室,湖北武汉 430062)

油菜是我国主要油料作物之一,2017年其种植面积高达6653.01千公顷,总产量超过1300万吨,菜籽油产量占国产植物油的50%以上[1]。油菜在维护国家食用油供给安全、促进农业供给侧改革、增加农民收入和提升人民健康水平,满足人民多元化需求以及生态保护等方面具有十分重要的作用。当前,我国油菜产业正处于转型升级关键时期,提高菜籽油产量及改善菜籽油品质刻不容缓。其中涉及到两大技术问题,即油菜的耕、种、收环节实现机械化作业和油菜籽加工技术的高效开发。

油菜机械化收割是加快发展油菜生产的一个重要环节,其生产水平的高低对种植面积、总产量、菜籽品质优劣等有显著影响;分段收割是指对油菜进行田间收获时,先对油菜进行割倒、晾晒,待籽粒后熟时,再进行脱粒清选作业。一次收割是在油菜的角果成熟后期,一次性对田间油菜完成切割、脱粒、清选等作业的联合收获方式[2]。

目前,冷榨工艺被广泛应用于食用植物油的生产中。其低温压榨过程避免了反式脂肪酸及苯并芘等危害物质的生成,同时维持菜籽油色浅、味清等良好特性,尽可能多地保留菜籽多酚、植物甾醇、维生素等活性成分;但它本身也存在不足,例如氧化稳定性差、出油率低等问题,但通过适当的微波预处理可有效解决以上技术缺陷;适当的微波预处理能提高种子出油率,增加油中功能组分含量,延长油脂货架期[3-5]。

关于提高油菜籽的收获效率、节约收获时间、减轻劳动强度等方面的报道较多,而对于发挥微波优势,探讨由不同收割方式引起油脂品质差异的研究还鲜有涉及。因此,本文从收获方式的具体应用出发,对分段收割和一次收割两种方式进行比较分析,试图利用微波技术对不同收割方式下收集的油菜籽进行预处理,探讨其对菜籽油基础理化性质、营养品质及抗氧化性的影响,以期为我国菜籽油的实践生产和优质开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

菜籽(中油杂28) 采自湖北省荆州市农科院试验田;福林酚、六水合三氯化铁、TPTZ、5-α胆甾烷、生育酚标品、植物甾醇标品 美国Sigma-Aldrich公司;异丙醇、正己烷、甲醇 色谱纯,德国Merck公司;DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼) 日本和光纯药工业株式会社;正己烷、无水乙醇、无水乙醚、三氯甲烷、冰乙酸、石油醚(30～60 ℃)、异丙醇、无水硫酸钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钾、氢氧化钠 分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司。

密闭式微波消解仪(最大功率4800 W,频率2450 MHz) 美国CEM公司;CA59G冷榨机 德国Komet公司;6890N气相色谱仪、7890A气相色谱仪 美国Agilent公司;DU800紫外-可见分光光度计 德国Beckman Coulter公司;ACQUITY超高效液相色谱仪 美国Waters公司;LC-6AD高效液相色谱仪 日本shimadzu公司;743氧化稳定性测定仪 瑞士Metrohm公司;Multifuge高速冷冻离心机 美国Thermo Fisher公司;ME104型分析天平 METTLER TOLEDO仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菜籽油样品的制备 在田间收获时,首先于2018年5月7日对油菜进行人工放倒,晾晒几日后,于5月15日机械收割,完成对油菜的分段收割;而一次收割则是于5月15日直接对油菜进行机械切割。为控制单一变量,更好地比较两种收割方式对于低温压榨菜籽油品质的影响,实验中保持油菜籽的最终收割时间一致。清理两种收割方式下收集的油菜籽,调节其初始水分至12%,密封保存在4 ℃冰箱中充分溶胀12 h。随后取出,分装于8个直径为90 mm的平皿中(每盘定量50 g),置于微波炉转盘上,在功率800 W下处理7 min。设置自动降温程序,使其快速冷却至室温。采用螺旋压榨机收集油样(出油温度<60 ℃),以8000 r/min离心15 min。将得到的菜籽油注入到具有良好密封性的干净油壶中,置于4 ℃下冷藏,并尽快完成油脂品质的相关检测。其中对照组为清理后的菜籽不经过微波预处理的菜籽,直接入冷榨机压榨,离心(8000 r/min,15 min),获得菜籽油。

1.2.2 脂肪酸组成的测定 甲酯制备,参考GB/T 5009.168-2016[6]:称取60.0 mg(精确到0.1 mg)油样于10 mL离心管中,加入4 mL异辛烷,溶解后继续加入200 μL氢氧化钾甲醇溶液(2 mol/L),震荡30 s,静置至澄清。最后加入约1 g硫酸氢钠,剧烈摇晃,中和氢氧化钾。待盐沉淀后,将上层溶液转移至样品瓶中,待测。气相色谱条件参考欧洲标准EN14103方法,色谱柱为HP-INNOWAX(30 m×0.32 mm,0.25 μm)载气为氮气,流速为1.5 mL/min,进样口温度为260 ℃,分流比为80∶1,升温程序:210 ℃,保持9 min,20 ℃/min 升至250 ℃,保持10 min。采用峰面积归一化法作为定量分析方法,结果以各组分的质量分数表示。

1.2.3 酸价、过氧化值的测定 分别参照采用GB/T 5009.229-2016[7]、GB/T 5009.227-2016[8]测定。

1.2.4 维生素E的测定 采用高效液相色谱法,参考AOCS Official Method Ce 8-89。称取2.0000 g(精确至0.0001 g)油样于25 mL棕色容量瓶中。加入一定量的正己烷(色谱级),充分溶解样品,随后定容。配制好流动相(正己烷/异丙醇=99.5∶0.5,V/V),注入20 μL试样,分离后比照标准色谱图,鉴定样品中各生育酚类型,记录峰面积,并采用外标法定量分析。色谱条件:硅胶柱(Inertsil HPLC色谱柱,4.8 mm×250 mm×5 μm);采用二极管阵列检测器,检测波长为292 nm(α-生育酚)和298 nm(γ-生育酚),检测温度为30 ℃,流速为1 mL/min。

生育酚标曲的绘制:根据样品中α-生育酚及γ-生育酚的含量范围,配制α-生育酚标准溶液的浓度为2.3、4.6、11.5、23.0、46.0、69.0 μg/mL,γ-生育酚标准溶液的浓度为2.64、5.28、13.20、26.40、52.80、79.20 μg/mL。用上述液相条件,在对应波长下分别测定它们的色谱峰面积,并用浓度与其对应的峰面积作图,得到α-生育酚的标准曲线为Y=9862.2X-15127,R2=0.998;γ-生育酚的标准曲线为Y=10866X-9006.6,R2=0.999;其中Y为峰面积,X为浓度。

1.2.5 植物甾醇的测定 适当调整Damirchi等[9]的实验方法,对植物甾醇进行皂化分析。向0.20 g油样中加入0.5 mL配置好的5-α胆甾醇溶液(0.5 mg/mL),再与10 mL 2 mol/L KOH(95%乙醇,V/V)充分混合,并在60 ℃水浴中振荡60 min。取出,冰水冷却。随后量取4 mL水和10 mL正己烷,用正己烷萃取3次。利用真空旋转蒸发器去除溶剂,将干燥的不皂化物溶于1 mL正己烷,进行进一步分析。根据色谱中标样的保留时间,对油样中的每一种植物甾醇进行鉴定,以5-α胆甾醇为内标进行定量。

本研究表明，索拉非尼对于转移性肾癌患者是一种有效的治疗药物。虽然本研究中没有出现完全缓解病例，但肿瘤控制率和PFS均较好。对于低ECOG评分或预后较差患者而言，该治疗方案耐受性好，安全性亦可接受。尽管新型分子靶向药物如贝伐珠单抗、帕唑帕尼、依维莫司、阿昔替尼已逐渐应用于临床，但至少目前索拉非尼仍是不可替代的转移性肾癌治疗药物。肾癌分子靶向治疗药物的未来发展趋势，将是依据预测因子(如HRSF、血压升高)或生物标志物(如血清VEGF水平)选择对索拉非尼有良好反应的患者进行精准医疗，或序贯使用针对VEGF主要信号通路和针对mTORC1、MET、IL-8次要信号通路的抑制剂或抗体药物进行联合治疗。

式中:Xδ表示单一甾醇组分的含量,mg/kg;0.25表示5-α胆甾醇的质量,0.5 mg/mL×0.5 mL,mg;Aδ表示单一甾醇峰面积;Aγ表示5-α胆甾醇峰面积;M表示油样质量,g。

GC测试条件:DB-5HT色谱柱(30 mm×0.22 mm,填料粒度为0.1 μm);检测器温度为320 ℃;载气为氮气,流速2 mL/min,分流比为25∶1;程序升温条件:60 ℃保持1 min,40 ℃/min升温至310 ℃,保持10 min;进样量1 μL。

1.2.6 总酚含量的测定 参照采用Folin-Ciocalteu比色法,并稍加改动[10-11]。准确称取1.2500 g(精确至0.0001 g)油样于10 mL离心管中,依次加入1.5 mL正己烷和1.5 mL 80%的甲醇水(V/V)溶液。在2500 r/min下振荡5 min,离心(2500 r/min,10 min),取下层清液。在相同条件下重复萃取3次,合并得到提取液。取0.5 mL提取液于10 mL比色管中,向其加入5 mL去离子水和0.5 mL福林酚试剂,均匀混合3 min。随后加入1 mL 澄清的饱和碳酸钠溶液,加水定容。在避光环境下静置60 min,于λ=765 nm处测定样品的吸光度。结果以芥子酸当量(SA)表示,单位为mg/100 g。

1.2.7 抗氧化性的测定 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力(DPPH·)、铁离子还原抗氧化剂能力(FRAP)评价参照文献[12]。氧化诱导期(IP)的测定参照文献[13]。

1.2.7.1 DPPH自由基清除活力的测定 将0.5 mL多酚提取液与2.5 mL DPPH试剂(浓度为0.0964 mol/L)涡旋混合30 s,避光反应30 min后于λ=515 nm 处进行紫外测定。以甲醇调零,结果以μmol TE/100 g表示(注:TE即水溶性维生素,也表示为Trolox),计算公式如下:

DPPH清除率:Y(%)=[(Acontrol-Asample)/Acontrol)]×100

式(1)

式中:XDPPH表示样品油中DPPH活力,μmol/mL;V表示提取液的体积,4.5 mL;X1表示标准液浓度,μg/mL;MTE表示TE的质量分数,250.3 g/mol;moil表示油样质量,g。

1.2.7.2 FRAP总抗氧化能力的测定 取0.5 mL上述提取液于比色管中,加入2 mL配制好的FRAP 溶液,用去离子水定容至10 mL,漩涡30 s,静置20 min,最后于λ=593 nm处测定其吸光值,结果用μmol TE/100 g表示。标准曲线为Y=0.0093X-0.0185(R2=0.996)。式中各字母代表含义同式1。

1.2.7.3 IP值测定 采用Rancimat 743型油脂氧化稳定性测定仪测定菜籽油的氧化诱导时间。称取3.0 g油样于玻璃反应容器中,在110 ℃下加热,空气流量为20 L/h,此氧化过程中释放的挥发性产物被收集在装有去离子水的烧瓶中。通过测量去离子水中的电导率变化,记录氧化过程。结果以时间(h)表示。

1.3 数据处理

采用SPSS 18.0进行显著性分析,有关数据重复3次;所有显著性分析均在P=0.05水平。

2 结果与分析

2.1 菜籽油的脂肪酸组成

表1反映了微波预处理前后两种收割方式下制取的低温压榨菜籽油的脂肪酸变化。结果表明,一次和分段收割菜籽油的脂肪酸组成一致,而部分脂肪酸含量(硬脂酸、油酸、亚麻酸、花生酸、花生一烯酸、芥酸)具有显著性差异(P<0.05)。一次收割菜籽油中油酸含量为63.48%,比分段收割高3.96%;亚麻酸含量为9.21%,比分段收割高0.79%;亚油酸含量为18.76%,比分段收割低0.98%。这是由种子形成期差异造成的[14-15]。就这三类必需脂肪酸而言,在一次收割菜籽油中含量更高,为脂肪酸总量的91.45%;而分段收割菜籽油中含量相对较低,为87.86%。此外,微波预处理油菜籽对其脂肪酸组成及含量无显著影响(P>0.05),Oomah等[16]曾对大麻籽进行过相关处理和分析,发现经微波后制取的油脂中脂肪酸无明显变化。吴雨等[17]也利用此手段加工米糠,并得出相同结论。

表1 收割方式和微波预处理对菜籽油脂肪酸组成及含量的影响(%)Table 1 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on fatty acid composition and content of rapeseed oil(%)

注:同行字母不同表示差异显著(P<0.05),表2～表4同。

表2 收割方式和微波预处理对菜籽油酸价和过氧化值的影响Table 2 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on acid value and peroxidation value of rapeseed oil

2.2 菜籽油的酸价和过氧化值

由表2可知,样品油的酸价小于1.0 mg/g,过氧化值小于6.0 mmol/kg,均符合国家三级菜籽油标准[18],且微波前后差异显著(P<0.05)。一次收割的低温压榨菜籽油,测得其两项指标为0.37 mg KOH/g和0.94 mmol/kg,分别高于分段收割(0.19 mg KOH/g和0.84 mmol/kg)。由于油脂的氧化速度与所含脂肪酸的不饱和程度相关,这意味着一次收割菜籽油的氧化速度将更快,从而使酸价和过氧化值更高,这与2.1脂肪酸结果一致。经过微波预处理后两个指标均有所增加,一次收割分别增加了0.46 mg KOH/g和0.21 mmol/kg,分段收割分别增加了0.58 mg KOH/g和0.29 mmol/kg。Anjum等[19]认为微波会引起水解从而产生游离脂肪酸,使酸价增加。Parag等[20]曾报道微波过程中产生的活性自由基会加速脂质氧化。Uquiche等[4]也比较了微波预处理前后榛子油的品质变化,发现油脂的酸价、过氧化值均有一定程度的升高。

表3 收割方式和微波预处理对菜籽油中维生素E和植物甾醇的影响Table 3 Effects of harvesting method and microwave pretreatment on vitamin E and phytosterols of rapeseed oil

注:“-”表示无检出；表4同。

2.3 菜籽油的主要营养成分

维生素E是一类天然抗氧化剂,可以通过改变自动氧化反应链来抑制脂肪和油脂中的脂质氧化,近年来在油料作物种子中作为一种附加值化合物而备受关注。研究表明,菜籽中维生素E的含量范围约为210～1200 mg/kg,主要以α-生育酚、γ-生育酚形式存在,且两者之比在0.54～1.70之间[5]。植物甾醇作为关键营养组分,可以降低人体内血清胆固醇水平,防止动脉粥样硬化,抗炎、抗细菌和抗过敏等[21-23],尤其在提高植物油稳定性方面发挥着重要作用[5]。

对一次及分段收割的菜籽进行微波预处理后榨油,并测得其生育酚及甾醇总量及单量变化,结果如表3所示。菜籽油中的维生素E主要以α-生育酚和γ-生育酚形式存在,且α-生育酚含量低于γ-生育酚,这与前期报道一致[24]。一次收割菜籽的低温压榨油中维生素E总含量为788.39 mg/kg,比同等加工工艺下的分段收割菜籽油高出6.56%。而植物甾醇也表现出相同趋势,整体高出16.31%。这说明提前将油菜放倒会使光能利用率降低,造成维生素E、甾醇合成量减少[25-27];此外,微波预处理能不同程度地提高菜籽油中的营养成分含量,维生素E的增长范围在2.38%～2.69%,植物甾醇的增长范围在6.17%～10.40%。这主要是由于微波有效破坏了菜籽结构,使细胞膜破裂,促进了生育酚及植物甾醇等活性物质的释放[3]。

2.4 菜籽油的抗氧化性

为了进一步研究收割方式和微波工艺对菜籽油中多酚含量及其抗氧化能力的影响,本文对菜籽油样品进行了抗氧活性测定。Canolol作为新型菜籽多酚,表4中显示一次收割和分段收割的原料油中含量极低(0～2.21 μg/g),而微波后显著增加(595.16～837.98 μg/g),这是由于微波能产生热效应,使菜籽中天然存在的芥子酸脱羧转化为Canolol[28]。一次收割菜籽油中总酚浓度为7.97 mg/100 g,比分段收割(12.63 mg/100 g)少36.90%。这可能是由于分段收割降低了生长菜籽的新陈代谢,使其酶降解速率减慢,尽可能多地保留了酚类物质。微波后油样的总酚含量显著增加,提升了10～15倍(P<0.05),这说明微波预处理能一定程度地破坏植物细胞结构和酚酸酯,使更多的酚类化合物随油脂溶出[29]。Yang等[30]曾报道,当菜籽原料在初始水分为 9%,800 W功率下微波处理7 min时,油中总酚含量从未经处理的34.42增加至96.91 mg/100 g(单宁酸当量)。Wataniyakul等[31]也对微波预处理后的脱脂米糠油进行了总酚含量测定,结果表明相比于原料油增加了55%。

表4 收割方式和微波预处理对菜籽油抗氧化性的影响Table 4 Effects of harvesting methods and microwave pretreatment on antioxidant activity of rapeseed oil

DPPH法和FRAP法被广泛应用于评价植物油的抗氧化性能。由表4可知,一次收割低温压榨菜籽油中DPPH自由基清除活力、FRAP总抗氧化能力分别为11.05、16.20 μmol TE/100 g,相比于分段收割,减少了46.98%、42.65%。两种收割方式下获取的菜籽在经过微波加工后榨油,其DPPH自由基清除活力和FRAP总抗氧化能力均显著提高,增长幅度高达20倍以上(P<0.05)。这与微波预处理有效提高了油中的总酚含量有关,酚类物质可以通过捕获自由基及鳌合金属离子造成自由基能力下降,增加油脂体外抗氧化活性,从而有效延迟油脂的自动氧化[32]。

油脂的氧化稳定性是衡量油脂品质的重要指标之一。氧化酸败会使油的营养价值降低,改变油脂的色泽及粘度,减少货架期。采用743型Rancimat油脂氧化酸败仪可测定样品的氧化稳定性[3,33]。如表4所示,原料油的氧化诱导期维持在9～10 h,说明菜籽油本身就具备良好的氧化稳定性。微波显著提高了两种收割方式下低温压榨菜籽油的氧化稳定性(P<0.05),这是多种因素共同作用的结果。可能与酚类抗氧化剂[34]及维生素E、甾醇类活性成分的增加有关;微波加热能有效钝化油菜籽中的过氧化物酶、脂肪氧化酶的活性[35-36]。黄颖等[37]对芝麻作出类似报道,结果显示在一定功率下随着微波预处理时间的延长,芝麻油的氧化稳定性逐渐增强。

3 结论

不同收割方式的压榨菜籽油中部分脂肪酸存在显著性差异,特别是油酸、亚麻酸类不饱和脂肪酸。一次收割原料菜籽油中维生素E、甾醇类微量成分含量高出分段收割原料油6.56%、16.31%;而总酚、DPPH、FRAP类抗氧化指标则呈现相反趋势,分别低于分段收割原料油36.90%、46.98%、42.65%。微波预处理不影响脂肪酸组成及含量,并能有效改善菜籽油的营养品质和氧化稳定性。相比于对照组,微波菜籽油的酸价和过氧化值发生了不同程度的升高。在营养指标的测定上,一次收割微波菜籽油中维生素E和植物甾醇含量分别增加了18.76和378.25 mg/kg,二次收割微波菜籽油中增量更为突出,为19.90和548.81 mg/kg;两种微波油的酚类物质含量显著上升,其中一次收割和分段收割微波菜籽油中Canolol分别增至595.16 μg/g和837.98 mg/100 g;此外,一次和分段收割微波菜籽油的抗氧化活性分别提高了20倍和30倍以上,氧化诱导期也分别延长了22.25和20.48 h。

综上所述,两种收割方式各有长短:一次收割使菜籽油拥有更多的微量活性成分,分段收割则在抗氧化性上表现更佳,而微波预处理的技术优势适用于各类油菜籽。