《Food Chemistry: X》:An efficient and clean extraction approach for hazelnut oil with high ceramide: Enhanced biological properties and abundant flavor complexity
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本文針對提升榛子油(HO)功能性與風味的挑戰,探索了亞臨界水萃。⊿WE)這一清潔高效技術。研究通過優化工藝顯著提升了HO提取率,并系統比較了SWE-HO與商業、冷榨、索氏提取等不同方法所得油的差異。結果表明,SWE不僅能高效提取,更能顯著富集神經酰胺(Cer)、總酚等生物活性成分,賦予產品更優的抗氧化與免疫激活能力,并形成獨特的焦糖化風味。該工作為功能性植物油脂的綠色制備與高值化開發提供了重要的技術與理論支撐。
榛子,這種全球廣受歡迎的堅果,不僅是重要的生態經濟樹種,其油脂更以高含量的不飽和脂肪酸,特別是油酸和亞油酸而備受推崇,具有顯著的營養與健康促進特性。然而,在榛子油的提取上,傳統方法面臨著兩難困境:機械壓榨法雖能較好地保留油脂品質和感官屬性,但提取效率往往偏低;而索氏提取法雖然得率高,卻常常伴隨著有機溶劑殘留的風險,并需要復雜的精煉步驟。更重要的是,這些傳統方法可能無法充分優化榛子油的風味輪廓,也未能最大化其作為功能性食品的潛力。有沒有一種方法,能夠在高效獲取油脂的同時,更好地保留甚至增強其生物活性成分,并塑造獨特的風味呢?來自西北農林科技大學的研究團隊將目光投向了一種名為亞臨界水萃。⊿WE)的綠色技術。
亞臨界水萃取利用在高溫高壓下性質發生改變的“亞臨界水”作為萃取介質,其極性和離子積的改變使其能夠高效地從植物材料中提取生物活性化合物。盡管SWE被視為一種清潔高效的替代方案,但其通常在高溫下操作也引發了擔憂:高溫是否會降解營養成分、促進脂質氧化?它能否從榛子中釋放出獨特的芳香化合物?為了解答這些疑問,全面評估SWE法提取榛子油的理化性質和功能活性變得至關重要。這項發表在《Food Chemistry: X》上的研究,正是為了填補這一研究空白,為創新性植物油脂提取技術提供有價值的見解和參考。
研究人員開展了一項系統性的研究。他們首先通過單因素實驗和響應面法(Box–Behnken設計)優化了SWE提取榛子油的工藝參數,最終確定了最優條件。接著,他們將在此最優條件下提取的SWE-榛子油(SW-HO),與市售精煉油(P-HO)、冷榨油(CP-HO)和索氏提取油(S-HO)進行了全方位的對比分析。評估涵蓋了營養成分(脂肪酸、總酚)、理化性質(酸價、過氧化值等,傅里葉變換紅外光譜FTIR,紫外-可見UV光譜,差示掃描量熱法DSC,流變學和色度分析)、感官特性(電子鼻E-nose和氣相色譜-質譜聯用GC–MS)、脂質組學、生物活性(體外抗氧化性能-DPPH和ABTS自由基清除活性)以及免疫活性(細胞活力、吞噬活性和炎癥信號因子分泌)。
3.1. 榛子油提取率的優化
通過單因素實驗探討了提取溫度、時間和液固比對得率的影響。在此基礎上,采用響應面設計建立了優化模型。方差分析表明,提取溫度和時間對得率有極顯著影響,而液固比的影響不顯著。根據模型預測,最優條件為:提取溫度210°C,時間30分鐘,液固比1:10 g/mL。在此條件下進行驗證實驗,實際平均得率達到42.80%,與預測值高度吻合。
3.2. 榛子油的營養成分
3.2.1. 脂肪酸含量
四種榛子油的不飽和脂肪酸(UFA)含量均超過92%,其中S-HO和SW-HO的UFA含量最高。SW-HO的油酸(C18:1)含量與S-HO相當,且為最高。所有油樣的動脈粥樣硬化指數(AI)和血栓形成指數(TI)都很低,表明其具有潛在的心血管健康益處。
3.2.2. 總酚含量(TPC)
四種油的TPC存在顯著差異。SW-HO的總酚含量最高,顯著高于其他三種油。這歸因于SWE法在高溫下能更有效地釋放和提取與榛子皮結合的酚類化合物。
3.3. 榛子油的理化性質
3.3.1. 品質特性
所有油樣的過氧化值均合格。SW-HO的酸價顯著高于其他樣品,這可能與SWE高溫條件下甘油三酯的水解有關。冷榨油(CP-HO)的碘值最高,表明其不飽和雙鍵總數最多。
3.3.2. 光譜特性
FT-IR光譜顯示四種油樣的主要化學結構高度相似。UV光譜則顯示出差異,SW-HO在250-300 nm波段的紫外吸收能力最強,這可能與其不飽和脂肪酸中的共軛雙鍵有關。
3.3.3. 熱分析
差示掃描量熱法(DSC)顯示,所有油樣均呈現單一的熔融峰和結晶峰。SW-HO在結晶過程中表現出更高的結晶起始溫度和更窄的半峰寬,表明其具有更大的結晶驅動力和更快的結晶動力學。
3.3.4. 流變學性質
所有榛子油在測試范圍內均表現出典型的牛頓流體行為,表觀粘度不隨剪切速率變化。P-HO的粘度最高,S-HO的粘度最低。
3.3.5. 色度分析
SW-HO的亮度(L值)最低,紅色度(a值)最高,顏色明顯深于其他樣品。這主要歸因于SWE高溫條件下發生的焦糖化反應、美拉德反應以及多酚等有色成分的共提取。
3.4. 感官分析
3.4.1. 電子鼻分析
電子鼻傳感器響應和主成分分析(PCA)結果顯示,SW-HO的揮發性成分譜與其他三種油樣明顯區分,表明SWE法顯著改變了油的揮發性化合物組成,可能與水熱過程中發生的美拉德反應和/或焦糖化反應有關。
3.4.2. 氣相色譜-質譜(GC–MS)分析
共鑒定出147種揮發性化合物。SW-HO中醛類、酮類、呋喃類、吡嗪類和吡咯類的相對豐度較高。許多具有焦糖、烘烤、堅果香氣的化合物,如多種吡嗪和呋喃衍生物,僅在SW-HO中被檢測到。這證實了SWE過程能有效促進美拉德反應和焦糖化產物風味的形成,賦予SW-HO獨特的風味特征。
3.5. 脂質組學
脂質組學PCA分析顯示四種油樣明顯分離。在SW-HO中,神經酰胺(Cer)是最豐富的脂質類別,含量顯著高于其他三種油。而甘油三酯(TG)的含量在SW-HO中則相對較低。差異脂質分析發現,與其它油相比,SW-HO中上調的脂質分子以神經酰胺為主。Cer(d18:0_18:2)、Cer(d18:0_16:0)等神經酰胺物種被確定為區分SW-HO與其他油的潛在生物標志物。
3.6. 生物活性
3.6.1. 抗氧化能力
SW-HO的DPPH和ABTS自由基清除能力均顯著強于其他三種油,其半數抑制濃度(IC50)值也最低,表明SW-HO具有最強的抗氧化活性。這與其高總酚含量密切相關。
3.6.2. 免疫分析
細胞毒性實驗表明,在測試濃度范圍內,四種榛子油對NIH3T3和RAW264.7細胞均無毒性,且SW-HO在較高濃度下能促進RAW264.7細胞增殖。在免疫活性方面,所有榛子油均能以劑量依賴的方式增強RAW264.7巨噬細胞的吞噬活性,其中SW-HO的效果最為顯著。在炎癥信號因子分泌方面,SW-HO能有效促進一氧化氮(NO)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白介素-6(IL-6)的分泌,且在400 μg/mL濃度下,其誘導的NO分泌水平與脂多糖(LPS)刺激組相當,誘導的TNF-α和IL-6水平甚至超過LPS組。這表明SW-HO具有顯著的免疫激活效應。
3.7. 相關性分析
相關性分析表明,SW-HO的神經酰胺含量和總酚含量與其抗氧化能力(DPPH和ABTS的IC50值)呈負相關,即這些成分含量越高,抗氧化能力越強。同時,總酚含量、神經酰胺、不飽和脂肪酸和油酸與NO、TNF-α、IL-6的分泌呈正相關,表明這些成分可能共同貢獻了SW-HO的免疫激活活性。
本研究成功優化了亞臨界水萃。⊿WE)榛子油的工藝,在210°C、30分鐘、液固比1:10 g/mL條件下獲得了42.80%的高提取率。與市售、冷榨和索氏提取的榛子油相比,SWE法提取的油(SW-HO)在多個方面展現出獨特優勢。在風味上,SW-HO富含呋喃、吡嗪等物質,形成了獨特的烘烤、堅果和焦糖化香氣。在營養成分和生物活性上,SW-HO含有顯著更高的總酚和神經酰胺(Cer)含量,這使其具備了卓越的體外抗氧化能力和強大的免疫激活潛力,能顯著增強巨噬細胞的吞噬功能并促進促炎細胞因子分泌。脂質組學分析進一步確認了神經酰胺是SW-HO區別于其他油的標志性成分。
這項研究的意義在于,它首次系統揭示了SWE技術用于榛子油提取時,不僅是一種高效、清潔的物理方法,更能主動“塑造”和“增強”最終產品的特性。該技術通過高溫水介質環境,引發了原料中成分的轉化與反應(如美拉德反應、焦糖化反應),從而創造出了傳統方法無法獲得的風味復雜性。同時,它還能選擇性地富集如神經酰胺這類具有重要生理功能的生物活性脂質。因此,SWE為生產具有特定風味和增強功能特性的高品質榛子油提供了一種創新解決方案。研究結果不僅為榛子油的功能性制備與開發提供了扎實的理論與技術基礎,也為其他植物油脂的綠色、高值化加工提供了新的思路。當然,研究也指出了SWE工藝在能耗、油品色澤較深以及潛在熱致污染物等方面存在的挑戰,為未來的工藝改進和安全性評估指明了方向。總體而言,這項工作成功地將一種提取技術提升到了“風味與功能設計師”的層面,展現了食品加工創新在提升傳統農產品附加值方面的巨大潛力。