亚麻籽是亚麻科植物亚麻（Linum usitatissimum L.）的种子。据美国农业部统计，2018 年全球亚麻籽产量为318 万t，我国为37 万t[1]，其含油量35%～50%，属高含油油料作物[2]。亚麻籽油由亚麻籽通过压榨或浸出工艺制取，是我国西北地区（新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西）以及山西、河北北部重要的食用植物油之一。研究表明，摄入亚麻籽油可显著降低肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6 和细胞因子水平[3]，可降低血清胆固醇[4]，同时，还可降低乳腺癌和结肠癌癌组织的增长速度[5]。亚麻籽油之所以具有这些生理或营养功能，离不开其高含量的α-亚麻酸（45%～70%）。
受生活和饮食习惯的影响，我国消费者更倾向于浓香型亚麻籽油。而浓香型亚麻籽油是在油脂制取前对油料进行加热，促进油料中蛋白质变性以及油脂体聚集，一方面可增加出油率，另一方面可改善油脂品质，如增加香味，延长货架期等[6]。然而，过度加热或局部过热导致油料中多环芳烃、反式脂肪酸等有害物的生成[7]。这些有害物随榨油工艺迁移至油脂中，影响油脂品质及安全。本文作者前期研究了烘烤对亚麻籽油中脂肪酸、磷脂、甘油酯的影响[8]。本研究系统分析烘烤对亚麻籽油理化品质、化学组成以及抗氧化活性的影响，为亚麻籽及亚麻籽油适度加工提供理论和数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
亚麻籽（水分含量<10%），由甘肃省粮食行业协会提供。
甲醇、乙腈、正己烷、二氯甲烷均为色谱级，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；标准品，美国Sigma-Aldrich 公司和上海aladdin 公司。
1.2 仪器与设备
e2695 高效液相色谱仪，美国Waters 公司；6890N 气相色谱仪，美国Agilent 公司；Lambda 45紫外可见分光光度计，美国Perkin Elmer 公司；ME104T/02 电子天平，瑞士METTLER TOLEDO公司；CBR101 自动咖啡炒籽机，韩国Genesis 公司；UltraScan VIS 色差仪，美国Hunter Lab 公司；H3-18KR 台式高速冷冻离心机，湖南可成仪器设备有限公司；DGG-9140A 热风烘箱，上海森信实验仪器有限公司；Knifetec 1095 保水磨，丹麦FOSS 公司；FD-1A-50 真空冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；OSI-24 油脂氧化稳定性仪，美国Omnion 公司。
1.3 方法
1.3.1 亚麻籽烘烤以及亚麻籽油提取 取约200 g 亚麻籽样品置入金属托盘中，分别在120，140，160，180 ℃下烘烤10，20，30 min。烘烤完毕后，迅速降至室温，放入自封袋中于4 ℃保存备用。亚麻籽置于保水磨中，粉碎20 s。粉碎后的亚麻籽样品中加入正己烷（固液比为1∶5），超声提取20 min。5 000 r/min 下离心10 min，取上清液，50 ℃旋转蒸发至无溶剂滴下。为了除去微量溶剂，亚麻籽油样品置于冷冻干燥机中抽真空24 h。最后，亚麻籽油样品于4 ℃保存备用。
1.3.2 理化品质、化学组成以及抗氧化活性测定
亚麻籽油酸价测定参照GB 5009.229-2016；过氧化值测定参照GB 5009.227-2016；生育酚测定参照GB/T 26635-2011；脂肪酸组成测定参照GB 5009.168-2016；氧化稳定指数（OSI）测定参照GB/T 21121-2007；共轭二烯、共轭三烯、色泽、类胡萝卜素、总酚以及抗氧化活性的测定参照本文作者改进方法[9]。
1.3.3 数据处理 所有数据均采用SPSS 26.0 软件进行统计分析，Minitab V18 软件用于主成分分析（PCA）和聚类分析（HCA）。每个样品做3 次平行实验，所得数据以“平均值±标准偏差”表示。
2 结果与讨论
2.1 酸价
酸价（AV）通常用来表征植物油中游离脂肪酸含量，是植物油重要的品质指标之一。本文研究了烘烤对亚麻籽油酸价的影响（表1），由表1 可看出，对照亚麻籽油酸价仅为0.12 mg KOH/g，符合GB/T 8235-2019《亚麻籽油》对一级亚麻籽油的要求（<1.0 mg KOH/g）。随着烘烤程度增加，亚麻籽油酸价从0.45 mg KOH/g（120 ℃/10 min）显著增加至1.78 mg KOH/g（180 ℃/30 min）。研究表明，芝麻油[7]、葵花籽油[10]的酸价也随烘烤程度增加而增加。这是由于，烘烤过程中，温度增加导致甘油三酯和磷脂的水解变得越来越容易，从而进一步导致植物油酸价升高。本研究中，所有样品酸价均符合GB/T 8235-2019《亚麻籽油》对二级亚麻籽油的要求（<3.0 mg KOH/g）。
2.2 过氧化值
过氧化值（PV）是植物油品质的重要衡量指标之一，用来评价植物油中脂肪酸氧化产物如过氧化物和氢过氧化物的形成情况。本研究中，对照亚麻籽油过氧化值为0.98 mmol/kg，随着烘烤程度增加，亚麻籽油过氧化值呈先上升后下降的趋势，在140 ℃烘烤30 min 时达到最大值（8.31 mmol/kg），至180 ℃烘烤30 min 时，降至2.82 mmol/kg（表1）。所有样品过氧化值均符合GB 2716-2018《植物油》要求。初始烘烤阶段，过氧化物和氢过氧化物积累速度大于降解速度，而到了烘烤后期，过氧化物和氢过氧化物以降解为主，从而导致了过氧化值出现先上升后下降的趋势。经烘烤制取的花生油[11]和罂粟籽油[12]的过氧化值变化趋势与本研究一致。然而，Anjum等[10]发现葵花籽油的过氧化值在烘烤过程中呈上升趋势，这可能是由于两者的烘烤温度不足以使过氧化物和氢过氧化物快速降解所致。
2.3 共轭二烯和共轭三烯
共轭二烯（CD）和共轭三烯（CT）反映植物油的氧化程度。如表1 所示，对照亚麻籽油共轭二烯和共轭三烯分别为2.03%和0.28%。当烘烤温度为120，140 ℃和160 ℃时，共轭二烯缓慢增加，表明在此过程中脂质氧化产物在逐步累积；而当烘烤温度达到180 ℃时，共轭二烯明显下降，表明脂质过氧化物加速降解。该研究结果与过氧化值的变化趋势类似。Ghafoor等[12]发现罂粟籽油在烘烤过程中共轭二烯同样呈先上升后下降趋势，但是葵花籽油在烘烤过程中共轭二烯呈逐步增加趋势[10]。本研究中，共轭三烯随烘烤程度增加而增加。这一现象说明，烘烤过程对共轭二烯和共轭三烯形成的影响不同。
2.4 色泽
如图1 所示，随着烘烤程度的增加，亚麻籽油的颜色逐渐变深。采用色差仪研究了烘烤对亚麻籽油L*（亮度值）、a*（红绿值）、b*值（黄蓝值）的影响（表1）。对照亚麻籽油L*、a*、b*值分别为26.95，1.46 以及8.02，L* 和b* 值随烘烤程度增加而降低，而a* 值则随烘烤程度增加而增加，当烘烤条件为180 ℃/30 min 时，L*、a*、b*值分别达到23.78，2.24 以及2.10，本研究结果与Suri等[13]和Tuncel等[14]的发现基本一致。这些变化是由于烘烤导致美拉德反应形成的棕色物质以及色素如类胡萝卜素的释放共同作用。
图1 对照和经烘烤后制取的亚麻籽油颜色变化
Fig.1 Color changes of control and roasted flaxseed oils
注：下层从左至右：120 ℃/10～30 min，140 ℃/10～30 min；中层从左至右：160 ℃/10～30 min，180 ℃/10～30 min；上层：对照。
2.5 类胡萝卜素
类胡萝卜素是一种广泛存在于动植物中的色素，其在光捕获方面具有重要的作用[15]。本文研究了烘烤对亚麻籽油中类胡萝卜素的影响，在对照亚麻籽油中，类胡萝卜素的含量为8.05 mg/kg。初始烘烤阶段（120～140 ℃），类胡萝卜素含量从6.78 mg/kg 缓慢增加至8.85 mg/kg，但当烘烤温度为160～180 ℃时，类胡萝卜素含量显著增加（15.95 mg/kg）。这是由于在烘烤过程中蛋白质发生变性，导致类胡萝卜素-蛋白质复合物崩解，从而释放出类胡萝卜素。有研究表明，烘烤过程中，开心果油[16]中类胡萝卜素含量同样呈增加趋势。
2.6 生育酚
生育酚是植物油重要的营养伴随物之一，主要包括α-、β-、γ-和δ-型，亚麻籽油中的生育酚主要以γ-型为主。对照亚麻籽油中γ-生育酚含量为369.86 mg/kg，但在120，140 和160 ℃烘烤条件下，由于γ-生育酚-蛋白质复合物作用力的增加，使得亚麻籽油中γ-生育酚含量呈现一个下降趋势。在180 ℃的烘烤条件下，由于油料细胞膜的严重破坏，亚麻籽油中γ-生育酚含量随时间延长而增加。本文作者发现花生油中生育酚含量在烘烤初期也呈缓慢下降趋势，与本研究结果一致[11]。
2.7 总酚
对照亚麻籽油中总酚（TPC）为22.21 mg 没食子酸当量（GAE）/kg。当烘烤温度为120 ℃时，总酚含量略有下降，可能是由于低温加强了酚类化合物与蛋白质等其它生物大分子的作用力。而当烘烤温度继续增加时，亚麻籽中总酚含量呈上升趋势，当烘烤条件为180 ℃/30 min 时，亚麻籽油中总酚含量达到最高值（119.10 mg GAE/kg）。Suri等[13]发现，亚麻籽油中总酚含量随着微波功率增加而增加。Ahmed等[17]认为，导致这一现象是因为烘烤导致了油料种子细胞膜的破裂，进而增加了总酚的释放。然而，余盖文发现，总酚含量随着烘烤程度增加而降低[2]。这说明，温度对总酚含量的影响显而易见。
2.8 美拉德反应产物
油料在烘烤过程中发生美拉德反应，生成棕色甚至黑色美拉德反应产物[9]。非酶褐变指数（BI）和5-羟甲基糠醛（HMF）是反映美拉德反应程度的两个重要指标（表1）。对照亚麻籽油非酶褐变指数为0.20，在120 和140 ℃的烘烤条件下，亚麻籽油非酶褐变指数无显著性变化，而在160 和180 ℃的烘烤条件下显著增加。当烘烤条件为180℃/30 min 时，达到最大值0.50。5-羟甲基糠醛在对照亚麻籽油和120 ℃（10～30 min）、140 ℃（10～30 min）以及160 ℃/10 min 烘烤条件下制取的亚麻籽油中均未检出。但随着烘烤程度继续增加，5-羟甲基糠醛呈显著增加趋势。这些结果均说明，在120 和140 ℃的烘烤条件下美拉德反应不明显，而在160 和180 ℃的烘烤条件下，美拉德反应较为剧烈。在经烘烤制取的杏仁油、榛子油、核桃油、葵花籽油等中，5-羟甲基糠醛含量同样随烘烤程度增加而增加[18]。
2.9 脂肪酸组成
研究了烘烤对亚麻籽油脂肪酸组成的影响（表2）。从对照和经烘烤制取的亚麻籽油中共鉴定出11 种脂肪酸，包括：棕榈酸、棕榈一烯酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、α-亚麻酸、花生酸、山嵛酸、芥酸以及木焦油酸。其中α-亚麻酸、亚油酸以及棕榈酸为主要脂肪酸。对照亚麻籽油中，α-亚麻酸、饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸以及多不饱和脂肪酸含量分为为55.56%，9.40%，19.71%，70.89%，脂肪酸组成和含量与来自印度和巴西的亚麻籽油类似[13，19]。烘烤过程中，α-亚麻酸和多不饱和脂肪酸含量轻微下降而饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量增加，这是由于烘烤过程中α-亚麻酸的氧化降解所导致。这一结果与Suri 等[13]的结果一致，即经微波烘烤后，亚麻籽油中α-亚麻酸和多不饱和脂肪酸含量同样呈轻微下降趋势。但余盖文等发现，当温度超过200 ℃，α-亚麻酸发生显著下降，导致亚麻籽油品质和营养变差[2]。
2.10 抗氧化活性
研究了烘烤对亚麻籽油DPPH 和ABTS 的影响。对照亚麻籽油DPPH、ABTS 值分别为236.49，412.56 μmol Trolox 当量（TE）/100 g，在120，140 和160 ℃的烘烤条件下亚麻籽油DPPH 无显著变化，但在160℃下，亚麻籽油DPPH 值从274.91 增加至368.39 μmol TE/100 g（表3）。ABTS 值随烘烤程度增加而增加。推测亚麻籽在烘烤过程中，极性组分如酚类的释放以及美拉德反应产物形成，共同导致了亚麻籽油抗氧化活性的增加。
2.11 氧化稳定指数（OSI）
植物油在加工或贮藏过程中容易产生氢过氧化物，氢过氧化物很不稳定，形成后又迅速降解为小分子化合物。当这些小分子化合物数量达到一定程度后，导致植物油出现“哈喇味”，影响其品质。氧化稳定指数（OSI）用来反映植物油小分子化合物形成的难易程度，从而进一步反映植物油的货架期。本试验分析了烘烤对亚麻籽油OSI 值的影响（表3）。对于对照亚麻籽油，其OSI 值仅为1.93 h，远低于其它未经烘烤制取的植物油如花生油（7.28 h）、黑种草籽油（6.28 h），这是由于亚麻籽油中高含量的α-亚麻酸所致[11，20]。亚麻籽油OSI 值在120，140 和160 ℃时基本稳定不变，但在180 ℃时显著增加。当烘烤条件为180 ℃/30 min 时，OSI 值达到最大值（2.7 h）。烘烤过程中，一方面类胡萝卜素和总酚含量随烘烤程度增加而增加；另一方面，烘烤过程导致了美拉德反应产物的形成。而这些化合物均具有抗氧化作用，它们的协同作用使得亚麻籽油OSI 值增加。段旭林等[21]采用热重-差示量热分析法（TG-DSC）对比研究浓香亚麻籽油、菜籽油和花生油的初始氧化温度，发现亚麻籽油初始氧化温度为168.0 ℃，远小于浓香菜籽油（204.7 ℃）和花生油（186.2 ℃）。
2.12 主成分分析及聚类分析
采用主成分分析（PCA）解释对照和经烘烤制取的亚麻籽油酸价、过氧化值、色泽、共轭二烯、共轭三烯、类胡萝卜素、γ-生育酚、总酚、非酶褐变指数、5-羟甲基糠醛、脂肪酸组成与DPPH、ABTS、氧化稳定指数的相关性。两个主成分解释了77.5%的变量，其中PC1 解释了64.6%，由胡萝卜素、饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、共轭二烯、共轭三烯、α-亚麻酸以及色泽等贡献；PC2 解释了12.9%的变量，主要跟过氧化值和γ-生育酚相关（图2a）。载荷图（图2a）显示DPPH、ABTS、氧化稳定指数与总酚、非酶褐变指数、5-羟甲基糠醛、a*、共轭二烯、共轭三烯、类胡萝卜素、棕榈酸、油酸、亚油酸等显著正相关；而与硬脂酸、α-亚麻酸、L*、b* 以及多不饱和脂肪酸显著负相关。得分图（图2b）将样品区分为两组，第1 组为11 个样品，包括对照、120 ℃（10～30 min）、140 ℃（10～30 min）、160 ℃（10～30 min）以及180 ℃/10 min，第2 组2 个样品，包括180 ℃/20 min 和180 ℃/30 min。
图2 亚麻籽油主成分分析
Fig.2 Loading plot（a）and score plot（b）of principal component analysis for control and roasted flaxseed oils
注：A～C：120 ℃/10～30 min；D～F：140 ℃/10～30 min；G～I：160 ℃/10～30 min；J～L：180 ℃/10～30 min。
对照和经烘烤制取的亚麻籽油聚类分析（HCA）结果见图3。由图3 可以看出，13 个亚麻籽油样品被分为2 组，第1 组包括对照、120 ℃（10～30 min）、140 ℃（10～30 min）、160 ℃（10～30 min）以及180 ℃/10 min 11 个样品，其特点是较低的抗氧化活性和氧化稳定指数；第2 组包括180 ℃（20～30 min）2 个样品，其抗氧化活性和氧化稳定指数高于第1 组。HCA 结果与PCA 结果一致。
图3 亚麻籽油聚类分析
Fig.3 Hierarchical clustering analysis for control and roasted flaxseed oils
注：1：对照；2～4：120 ℃/10～30 min；5～7：140 ℃/10～30 min；8～10：160 ℃/10～30 min；11～13：180 ℃/10～30 min。
3 结论
利用热空气对亚麻籽进行烘烤，分析不同烘烤条件对亚麻籽油理化品质、化学组成和抗氧化活性的影响。研究结果表明：烘烤显著改变了亚麻籽油的理化性质（酸价、过氧化值），增加了营养伴随物如总酚、类胡萝卜素的溶出，提高了抗氧化性，但导致了亚麻籽油α-亚麻酸的略微下降（1.0%），高温180 ℃烘烤显著加速了美拉德反应。在本研究的试验条件下，所有亚麻籽油均符合我国国标的相关要求。
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