1、杀酵方式对油棕果中微营养成分及挥发性香气物质的影响张玉锋 1 王挥 1, 沈晓君 1 石鹏 1 宋菲 1 雷新涛 1 陈卫军 2(中国热带农业科学院椰子研究所；国家重要热带作物工程技术研究中心；海南省椰子深加工工程技术研究中心 1，文昌 571339）(海南大学 食品学院 2，海口 570228 ）摘要：利用微波、超声波、蒸煮、热风和蒸汽 5 种杀酵方式对新鲜油棕果进行预处理，筛选出能最大程度保持或提高油棕果维生素 E 和类胡萝卜素含量的杀酵方式进行优化，并分析最优杀酵处理对油棕果挥发性香气物质含量的影响。结果表明：蒸煮对维生素 E 含量提高最多，可增加至 4.62 mg/g，而热风则能显著提
2、高胡萝卜素的含量（0.48 mg/g） 。优化后的蒸煮+微波复合杀酵方式能将维生素 E 和类胡萝卜素的含量分别增加到 4.20 mg/g 和 0.55 mg/g；并能使苯酚含量由 0.321%增加至 26.471%，但该处理也使挥发性物质的绝对含量由0.031%降至了 0.003%，部分成分如油酸乙酯的含量也由 7.252%降低至 2.304%。研究结果可为高附加值的棕榈油制备技术提供参考。关键词：油棕果；杀酵；维生素 E、类胡萝卜素、香气物质中图分类号： TS224.2 文献标志码： A 文章编号：The Effects of Sterilization Process on Micronu
3、trients and Volatile Aromas Compounds in Oil Palm FruitZHANG Yufeng1 WANG Hui1,* SHEN Xiaojun1 SHI Peng1 SONG Fei1 LEI Xintao1 CHEN Weijun2（Coconut Research Institute of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences ；National Technology and Engineering Center of Key Tropical Product；Hainan Cocon
4、ut Processing Engineering Technology Research Center1, Wenchang 571339）（Food College, Hainan University 2, Haikou 570228）Abstract：Optimal sterilization process combination which can maximize maintain or improve vitamin E and carotenoid content of oil palm fresh fruit were selected and optimized from
5、 5 kinds of pretreatments of microwave, ultrasound, cooking, heat drying and steam. And its influence on the content of volatile aromatic compounds in oil palm fruit was investigated as well. Results showed that the amount of vitamin E in the cooking treatment group increased the most to 4.62 mg/g,
6、while the heat drying treatment group could significantly increase the content of carotene to 0.48 mg/g. In addition, the content of vitamin E and carotenoids of oil palm fruits in cooking + 基金项目：中国热带农业科学院基本科研业务费专项资金（1630152016007、1630152017011）、948 计划（2016-X40）收稿日期：2017-08-02作者简介：张玉锋，男，1988 年出生，助理研
7、究员，食品化学与营养支持通讯作者：王挥，男，1987 年出生，助理研究员，油脂化学microwave combined treatment were increased to 4.20 mg/g and 0.55 mg/ g, respectively, and the content of phenol can be increased from 0.321% to 26.471% as well. But this sterilization process can also cause a great loss of absolute content of volatile aromat
8、ic compounds from 0.031% to 0.003%. Some components like ethyl oleate were reduced from 7.252% to 2.304%. These results can provide references for the preparation technology of high value-added palm oil.Keywords：oil palm fruit, sterilization process; vitamin E; carotenoids; volatile aromatic compoun
9、ds;油棕（Elaeis guineensis Jacq.） ，棕榈科、油棕属、多年生热带木本油料作物，2015 年全球油棕种植面积为 1.732 107 万公顷，棕榈油产量达 5.57 107 万 t，平均单产 3.214 t/ha1。成熟油棕果肉的含油量高达 5670% ，是单位面积中产油量最高的油料，以其为原料加工而成的毛棕榈油（CPO ）具有发烟点高、稳定性好、活性成分含量高等优点，被广泛应用于食品、日化和医药等行业。据不完全统计，2014 年世界棕榈油消费量达 6070 万t，占植物油消费总量的 35%，是全球第一大食用植物油 2。另外，CPO 还是一种饱和脂肪酸和与不饱和脂肪酸含量
10、接近 1：1 的植物油脂，并因颜色呈橘红色，富含类胡萝卜、维生素 E、辅酶 Q10 和甾醇等生物活性成分而多被称作红棕油（Red Palm Oil） 3。并且红棕油中类胡萝卜素的强抗氧化能力以及利用红棕油通过膳食补充和营养强化以改善维生素 A 缺乏症患者的临床症状的显著功效也已被广大消费者所认可 4。杀酵作为棕榈油加工过程中的一个重要步骤，具有使果实软化松动脱落、灭活脂肪酶以及使果肉中部分载油细胞破裂的重要作用。目前棕榈油加工业中普遍使用 40 psi（140 ）的饱和热蒸汽进行 7590 min 的杀酵预处理 5-7。但该方法也存在人力需求大、热损严重、大批量处理时效率降低、废水量大，易污染
11、环境等缺点 7，不符合当下构建绿色节能、环境友好型工业的要求。因此，近年来研制连续化杀酵设备、应用微波、热风和超临界 CO2杀酵以提高杀酵效率的研究报道层出不穷，最早的可追溯到 Mongana 等 1955 年在刚果的一次实验，但是到目前为止尚未有一种重要的技术或配合油脂提取的现代化工艺被证实是行之有效的 2, 7。因此，本文拟在前人的研究基础上，从探讨杀酵对油棕果中维生素 E 和类胡萝卜素以及挥发性成分的视角出发，重点研究热风、微波、蒸煮、蒸汽和超声波等方式对棕榈果中微营养成分的影响，筛选出能最大程度保持或提高微营养成分的处理方式后进行复合杀酵，最后对比分析新鲜和最优复合处理后油棕果中的挥发
12、性组分差异，以期能为富含维生素 E 和类胡萝卜素的棕榈油制备技术的突破提供参考。1.材料与方法1.1 材料与设备油棕果采自中国热带农业科学院椰子研究所科研实验基地，维生素 E 标准品购于上海源叶生物科技有限公司，含量 95%（以 -生育酚计） ；无水乙醇、氯化铁、1,10-菲罗啉、磷酸均为分析纯。上海精科 752N 紫外可见分光光度计，梅特勒 AL204-IC 电子天平；HP 7890A-5975C 气相色谱-质谱仪（GC-MS） ，格兰仕 P70D20P-N9 微波炉，深圳超艺达 PS-40 超声波清洗机、美的 MY-12CS505A 电压力锅，日本 HIRAYAMA HVA-85 灭菌器，
13、上海一恒 DHG9240A 鼓风干燥箱。1.2 实验方法1.2.1 油棕果预处理新鲜油棕果整串采摘后，立即脱除果粒，清洗后分别进行微波（中火微波 120 s） 、超声波 80 处理 30 min） 、蒸煮（电压力锅内 12 min，压力为 3050 kPa） 、热风（140 ，50 min）与蒸汽（121 ，20 min，压力约 500 kPa）5 种预处理。冷却后将果肉与果核分离，收集果肉粉碎后备用。1.2.2 维生素 E 含量的测定：参考刘云等 8的方法，并稍作修改，简要过程如下：分别取 5、10、20、40、60 和 80 g/mL 的维生素 E 标准溶液 1.0 mL；依次加入 2.0
14、 mmol/L 的 FeCl3 和 10 mmol/L 的 1, 10-菲啰啉各 1.0 mL；震荡反应 30 s 后立即加入 20 mmol/L 的 H3PO4 溶液 1.0 mL 终止反应，以相应的试剂空白做参比，于 510 nm 处测定吸光值，制作标准曲线。取预处理并粉碎后的油棕果肉 2.0 g，加入 20 mL 无水乙醇，50 超声波辅助提取 30 min 后定容至 50 mL，3000 rpm 离心 10 min，取上清液，稀释至合适浓度后按上述步骤测定。1.2.3 类胡萝卜素含量的测定：利用类胡萝卜素主峰吸收光谱一般在(44010) nm 左右的特点，参考杨万政等 9的方法，并稍作
15、修改：取 1.2.2 所得的上清液，稀释至合适浓度后于 445 nm 测吸光值, 并以无水乙醇作空白, 按下式计算类胡萝卜素含量：（ mg/g） =100式中：X 为类胡萝卜素含量，A 为样品在 445 nm 处吸光值，V 为测定样品的总体积（mL ） ， A0 为类胡萝卜素的平均吸收系数 2500，m 为样品重量（g） 。1.2.4 油棕果中挥发性香气物质测定1.2.4.1 样品制备：采用同时蒸馏萃取法。称取 300 g 样品放入同时蒸馏萃取器中，加入 400 mL 蒸馏水；同时蒸馏萃取器的另一边加入 30 mL 二氯甲烷，提取 3 h，提取液脱水后，浓缩至 1.0 mL，用 GC-MS 分
16、析。1.2.4.2 GC-MS 分析条件： GC 条件：色谱柱为 HP-5MS（30 m 0.25 mm 0.25m） ；载气为氦气（纯度99.999%） ，柱温：保持 50 初始温度 3 min 后，以 4 /min 的速率升温到 250 并保持5 min：分流比为 30:1，进样量 1.0 mL。MS 条件：离子源：EI；气质接口温度为 280 ；离子源温度：230 ；四级杆温度:150 ；电子倍增器电压：1894 v；电子能量：70 ev。1.2.4.3 挥发性香气物质相对含量的计算将 GC-MS 得到的质谱数据经计算机在标准谱库中进行检索，按其匹配度确认其化学成分。并采用峰面积归一化法
17、，以各香气组分的峰面积占总峰面积之比值表示组分相对含量。2. 结果与讨论2.1 不同杀酵方式对油棕果中微营养成分的影响毛棕榈油（CPO）是自然界中维生素 E（0.61.2 mg/g）和类胡萝卜素（0.50.7 mg/g）含量最高的资源之一，他们可通过诱捕自由基，中和硫基自由基，螯合过氧自由基，淬灭单线态氧等途径有效防止棕榈油的热氧化劣变，维系其营养品质和外观特征 7。但是在棕榈油加工过程中会造成维生素 E 和类胡萝卜素等微营养成分的损失，尤其是物理精炼中使用低压高温蒸汽进行脱臭时维生素 E 的损失量非常高，当蒸汽发生泄漏时则损失会更高；另外化学精炼生产精炼棕榈油时，类胡萝卜素首先会在脱色过程中
18、损失大部分，剩余部分还会被脱臭步骤的高温蒸汽进一步脱除 7, 10。另外，各种杀酵处理也会对维生素 E 和类胡萝卜素的含量产生一定影响，如 Chow 和 Ma 研究发现随着微波杀酵时间的延长（0至 60 s） ，棕榈油中类胡萝卜素的含量由 0.61 mg/g 增加到了 0.70 mg/g，且以微波杀酵 40 s时含量最高，达 0.88 mg/g；并且杀酵时间应保持在 3 min 内以保持果仁的色泽 6。而 Hadi 等油棕果 103 热风杀酵 18 h 后，提取的棕榈油中类胡萝卜素的含量为 0.44 mg/g11。因此，本文在前人的研究报道和预实验的基础上研究了热风、蒸煮、蒸汽、微波和超声波
19、5 种杀酵方式对油棕鲜果中的维生素 E 和类胡萝卜素含量的影响，结果如下图所示。可以看出：与空白组相比，蒸煮对提高鲜果乙醇提取物中的维生素 E 的含量的效果最为显著（约为空白组的 3.37 倍） ，蒸汽和热风次之，且处理间差异极显著（p0.01） （表 1） 。这可能因为热蒸汽的穿透力较强，能显著破坏鲜果的细胞壁或维生素 E 交联物质，从而有利于维生素 E 的释放。但是随着压力的增加，维生素 E 含量反而从 4.62 mg/g（蒸煮）降低至 3.61 mg/g（蒸汽） ，说明过高的压力可能会使生素 E 的结构破坏而损失。图 1 不同杀酵方式对油棕果中维生素 E（a）和类胡萝卜素（b）含量的影响
20、对类胡萝卜素而言，6 种杀酵处理间也表现出了极显著性的差异（p0.01） ，热风、蒸煮和微波杀酵均能提高其含量，且以热风最为显著（可提升至 0.48 mg/g） 。而超声波和蒸汽杀酵后类胡萝卜素的含量损失较严重（分别损失近 80%和 70%） ，这可能是因为具有独特的机械效应、热效应及空化效应的超声波处理和强力穿透性能的高压蒸汽处理的作用较为强烈，容易导致类胡萝卜素降解；而热风处理多作用于果实外层，具有显著的加热不均匀性 11，因此对果实中类胡萝卜素含量的破坏作用最低。表 1 不同杀酵方式处理结果间的方差分析表差异源 SS df MS F P-value F crit维生素 E 组间 44.7
21、3 5 8.95 149.85 3.15E-16 3.99类胡萝卜素 组间 0.26 5 0.05 983.59 1.19E-08 4.392.2 复合杀酵对油棕果中微营养成分的影响根据上述结果，本文选择了蒸煮、热风和微波三种方式两两结合进行先后杀酵处理，结果如图 2 所示。可以看出 6 种复合杀酵方式均能提高油棕果提取物中的微营养成分含量，且以蒸煮+微波组的提升作用最大，其维生素 E 和类胡萝卜素含量分别达到了 4.20 mg/g 和0.55 mg/g，分别为空白组的 3.07 倍和 1.74 倍。而处理顺序相反的微波+蒸煮组的类胡萝卜素含量则出现了一定的损失，其具体原因尚待进一步研究。注：
22、横坐标数字分别表示 1 为微波+热风；2 为微波+蒸煮；3 为热风+微波；4 为热风+蒸煮；5 为蒸煮+热风；6 为蒸煮+微波；处理顺序均为依次先后杀酵。图 2 不同复合杀酵处理对油棕果中维生素 E（a）和类胡萝卜素含量（b）的影响2.3 最适杀酵处理对油棕果中挥发性组分的影响按照蒸煮+微波的方式对新鲜油棕果进行处理后，利用 GC-MS 对果肉粉末进行挥发性成分分析，并以未处理的空白组为对照，结果见于表 2 和表 3。可以看出：新鲜油棕果中（空白组）的挥发性香气物质共 46 种，其中棕榈酸的含量最高，达 45.748%，甲基环戊烷/正己醇和反,反-2,4-癸二烯醛次之，分别为 16.607%和
23、 8.081%。而经过蒸煮+微波处理后其挥发性物质种类也减少至 38 种；其中苯酚的含量最高，达 26.471%，其次为苯乙烯（14.716%） 。从物质种类来看（表 2） ，新鲜油棕果中含有 12 种酯类，其次为醛类（9 种） 、酸类（6 种） ；处理后的油棕果中则以烃类（10 种）为主，其中芳香烃和烷烃各 4 种，烯烃 2 种，新鲜果中的烃类则以芳香烃为主；其次为醇类（7 种）和酯类（7 种） 。表 2 处理前后油棕果中挥发性香气物质种类及含量变化空白 处理挥发物质数量（种） 相对含量（%） 数量（种） 相对含量（%）醇类 4 0.818 7 6.73醛类 9 10.918 3 5.76酯
24、类 12 14.241 7 10.994酸类 6 47.392 0 0酮类 2 0.43 1 0.49酚类 5 2.546 6 38.597呋喃类 1 2.603 1 0.219烃类 5 3.086 10 27.960其它 2 17.346 3 9.103从物质相对含量角度分析，新鲜油棕果的挥发性香气物质以酸类为主，占 47.392%，其中棕榈酸又约占酸类物质总量的 96.53%。处理后的油棕果香气物质则以酚类为主，达38.597%，其中又以苯酚含量最高，约占酚类总量的 68.58%。另外，在检测出的香气物质中，油棕果处理前后的共有物质种类为 21 种，其中酯类6 种、酚类 5 种、醇类 2
25、种、醛类 3 种、芳香烃 3 种，其他物质 2 种；分别占新鲜果肉和处理后果肉挥发性香气物质总量的 36.98%和 77.20%。处理前后香气物质相对含量有所提高的共计 14 种，其中 5 种酚类物质的相对含量均有增加，且以苯酚最为显著，由 0.321%增加至了 26.471%；其他类物质中糠醛的含量则由 0.376%增加至了 4.619%。而 6 种酯类物质中有 5 种均呈降低趋势，如处理后油酸乙酯的含量由 7.252%降低至 2.304；其他物质中以甲基环戊烷/正己醇的含量损失最为严重（由 16.607%降低至了 6.936%） 。就挥发性香气物质的绝对含量而言而言，新鲜果肉中的总含量为
26、0.031%，而处理后的果肉则仅为 0.003%，杀酵预处理前后挥发性香气物质损失了约 10 倍。因此若要最大程度的保留油棕果中的香气物质，就有必要对现有工艺进行再优化或者寻求新的预处理方式。3.结论杀酵作为棕榈油加工过程中的一个重要环节，其处理的好坏程度对后续油脂品质的影响很大 12。而目前棕榈油加工业中最常见的杀酵方式（140 的饱和蒸汽处理 7590 min）虽然具有投资少、灭酶和软化效果好等优点；但也暴露了人力需求大、热损耗严重、大批量时效率低、尤其是废水排放量大的突出问题。因此，寻求替代的杀酵处理方式成为了各国学者研究的热点：微波、热风、超临界和连续杀酵等方式已有所突破 2, 3,
27、7。但对各种处理方式进行复合杀酵及处理前后对类胡萝卜素、维生素 E 和挥发性物质的影响尚未见报道。因此，本文拟在前人的基础上对该问题加以简要探讨，结果表明：微波、蒸煮和热风三种杀酵预处理能显著提高油棕果中的微营养成分（维生素 E 和类胡萝卜素）的含量，且以蒸煮处理对维生素 E 的含量提升效果最为显著（约为空白组的 3.37 倍） ，热风处理可将类胡萝卜素含量可提升至 0.48 mg/g。而超声波处理则会造成维生素 E 和类胡萝卜素的损失。蒸煮+微波复合处理能同步提高油棕果中的维生素 E 和类胡萝卜素含量至 4.20 mg/g 和0.55 mg/g，可作为富含维生素 E 和类胡萝卜素的高端棕榈油
28、制备技术的杀酵工艺加以优化和推广。另外，在新鲜油棕果中共检测出挥发性香气物质 46 种，其中棕榈酸的含量最高，达 45.748%；杀酵后的油棕果仍保持着原有的 21 种香气物质，但相对含量差异却很大，如苯酚由 0.321%增加至 26.471%、糠醛由 0.376%增加至 4.619%、油酸乙酯含量则由 7.252%降低至 2.304%。表 3 预处理对油棕果挥发性香气物质的影响序号 化合物 空白% 处理% 序号 化合物 空白% 处理% 序号 化合物 空白% 处理%1 异戊醇 / 3,3-二甲基-1,2-环氧丁烷 0.739 2.032 22 2-十三(碳)烯醛 / 反-2-辛烯醛 0.187
29、 43 -紫罗兰酮 / -紫罗酮 0.278 2 2-甲基丁醇 0.282 0.836 23 苯乙醛 0.417 0.861 44 a-紫罗酮 0.152 3 甲苯 0.183 1.243 24 苯甲醇 0.104 45 十四烷 0.2344 顺-2-戊烯醇 0.271 25 辛醇 0.307 46 长链烷烃 0.2185 异戊烯醇 0.881 26 愈创木酚 0.421 1.049 47 十六烷 0.2276 己醛 1.079 27 对甲氧基苯酚 0.171 0.794 48 肉豆蔻酸甲酯 0.192 7 2-甲基-3-戊醇 1.207 28 乙酰基环已烯 0.336 49 肉豆蔻酸乙酯 1
30、.160 0.1518 2-羟基-3-戊酮 0.49 29 芳樟醇 0.433 50 肉豆蔻酸 0.547 9 糠醛 0.376 4.619 30 壬醛 0.111 0.280 51 棕榈酸甲酯 0.878 0.20210 反式-2-己烯醛 0.140 31 2.6-二甲基环己醇 0.154 52 9-十六碳烯酸乙酯 0.202 11 乙苯 0.327 1.890 32 苯乙醇 0.278 2.795 53 棕榈酸乙酯 3.64412 对二甲苯 6.808 33 反式-2-壬醛 0.344 54 棕榈酸 45.748 13 甲基环戊烷 / 正己醇 16.607 6.936 34 对乙基苯酚 /
31、 2-乙基苯酚 0.568 1.584 55 反-9-十八碳烯酸甲酯 1.522 0.13714 苯乙烯 2.074 14.716 35 壬酸乙酯 0.250 56 亚油酸甲酯 0.299 15 间二甲苯 / 邻二甲苯 0.334 36 2-乙基-3-甲基- 氧杂环丁烷 0.168 57 邻苯二甲酸二(2-乙基己) 酯 0.501 4.13616 苯酚 0.321 26.471 37 -环柠檬醛 0.183 58 油酸 0.247 17 2-正戊基呋喃 2.603 38 2,3-二氢苯并呋喃 0.219 59 亚油酸乙酯 1.729 0.42018 己酸乙酯 0.147 39 4-乙基愈创木酚
32、 1.065 3.744 60 油酸乙酯 7.252 2.30419 乙酸己酯 0.109 40 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚 4.955 61 二十酸 0.134 20 皮蝇磷 0.135 41 反,反-2,4-癸二烯醛 8.081 62 反油酸 0.382 21 3-异丙基-6-亚甲基-1-环己烯 1.99 42 十二烷 0.298 63 反油酸，十八烷酸 0.334 注：表示未检出。参考文献1 KHATUN R, REZA M I H, MONIRUZZAMAN M, et al. Sustainable oil palm industry: The possibilities J. Re
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