《食品科学》：中国农业科学院刘昌盛副研究员等：膨爆预处理对菜籽油营养及抗氧化性能的影响

油菜是我国最重要的油料作物之一，菜籽油是我国自产的第一大植物油，占国产植物油总量的40%以上。菜籽油中饱和脂肪酸（SFAs）相对含量低（6%），

n

-6/

n

-3多不饱和脂肪酸比例（2∶1）合理，并含有多种脂溶性营养素，如酚类、生育酚、植物甾醇、类胡萝卜素等。

采用低温压榨技术可以维持菜籽油色浅、味清的良好特性，同时避免反式脂肪酸、苯并芘等风险因子的生成，并最大程度地保留脂溶性营养成分。大量研究已证明，在压榨前对菜籽进行适当的热处理能加速细胞壁渗透，促进油脂和功能性活性物质释放，并有效钝化脂肪酶和脂氧合酶活性，提高氧化稳定性，从而改善油脂品质。

蒸汽膨爆是指在高温高压的双重作用下，通过瞬时减压实现水分减少、大分子物质分离和结构变化的过程。相比于其他预处理，其表现出能耗低、效率高、无有害化学物质的产生以及适合工业化等优点。将蒸汽膨爆应用于油料加工，能促使植物基质形成较大的孔洞和细胞间隙，有利于植物甾醇、VE、多酚类物质的释放，并显著提高油料的抗氧化活性和抗氧化能力。

中国农业科学院油料作物研究所的黄颖、郑畅、刘昌盛*等采用多功能空气膨胀机，通过观测菜籽微观形态，考察脂肪酸组成、微量营养素及其抗氧化能力等相关指标，建立内源性抗氧化剂与氧化稳定性的关联性评价，以期优化工艺参数，为开发生产高品质功能性菜籽油的新型加工技术提供参考。

1 膨爆预处理对菜籽水分含量的影响

由图1可知，蒸汽膨爆能显著降低菜籽水分质量分数，且水分质量分数随膨爆压力的增加逐渐减小，由7.47%（初始状态）变为0.58%～4.32%，整体下降42.17%～92.24%。低压力状态下（0.4 MPa）即能实现菜籽水分的迅速流失，降幅高达42%。这证明蒸汽膨爆是一种高效的热处理技术，能促进物料水分子逸出，使细胞内部通道增多，从而有助于油脂和脂溶性物质溢出。

2 膨爆预处理对菜籽微观结构及出油率的影响

采用TEM对膨爆预处理前后菜籽的微观结构进行观测，如图2所示。新鲜油菜籽细胞壁完整，内部结构饱满，边缘清晰，油脂分子呈规则球状或椭球状，且均匀地分布在蛋白质颗粒周围。在不同压力条件下膨爆热处理后，菜籽内部结构出现不同程度的破坏，具体表现为：细胞壁发生断裂，细胞膜轮廓变得模糊；油小体结构由于磷脂膜和蛋白膜阻力被解除而消失，油滴逐渐聚集成大的油滴颗粒；同时蛋白体开始变形，最终变为不规则蛋白质聚集体。当膨爆压力达到1.4 MPa时，极高的能量密度加剧分子运动，细胞结构塌陷、收缩程度达到最大，蛋白颗粒堆积愈加紧密，这意味着菜籽内部结构破碎严重，将不利于保障出油效率和油脂品质。图3反映了菜籽在膨爆过程中的出油情况。相比于原料菜籽，膨爆预处理后菜籽出油率有效提高了1.25%～4.83%（

P

＜0.05）；随着膨爆压力的增加，压榨出油率呈先升高后降低的趋势。这是由于处理后菜籽细胞渗透率和孔隙率增加，同时加速了脂肪堆积，从而实现了油脂的高效提取；但水分过度蒸发会伴随结构坍塌，细胞破碎成粉末状，阻碍油脂溢出，此结果与TEM观察结果相印证。因此，应用TEM检测可以为油料加工条件的筛选提供关键信息，通过选择合适的预处理条件，以达到促进油脂和脂质伴随物迁移、释放出更多游离型活性成分的目的。

3 膨爆预处理对菜籽油中脂肪酸组成与含量的影响

不同膨爆预处理的菜籽油脂肪酸检测结果见表1。从原料菜籽油中共检出7 种脂肪酸，含量从高到低分别是油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）、

-亚麻酸（C18:3）、棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、顺二十碳-9-烯酸（C20:1）、芥酸（C22:1），不饱和脂肪酸（unsaturated fatty acids，UFAs）相对含量高达94.18% 。蒸汽膨爆预处理对菜籽油脂肪酸组成无显著影响，但在相对含量上存在显著差异（

P

＜0.05）。热处理会引发各种类型的化学反应，如水解、氧化、异构化和聚合 ，从而导致脂肪酸分布和含量的变化。就主要的UFAs而言，C18:1含量降低，C18:2含量增加，C18:3含量总体呈先上升后下降的趋势。C18:1作为主要反应物经历了氧化降解反应，含量不断降低；C18:2和C18:3作为反应产物被合成，导致含量增高，而C18:3在膨爆后期倾向于分解，这归因于其3 个双键在高温环境下极不稳定。在本研究中，UFAs和SFAs均达到了动态平衡，因而在含量上没有显著差异（

P

＞0.05），这与王未君等的报道一致。

4 膨爆预处理对菜籽油中VE和植物甾醇的影响

生育酚作为菜籽油的重要活性成分，可以通过改变自由基链的自动氧化过程和延缓UFAs氧化实现油脂氧化稳定性的提高，从而有效减少异味和酸败的产生。由表2可知，菜籽油以

-生育酚（33.24%）和

-生育酚（66.76%）形式存在，总含量为719.42 mg/kg，这与丰程凤的报道一致。无论在生物或是化学方面，

-生育酚均是VE最活跃的形式，可以充当主要的脂溶性抗氧化剂破坏脂质氧化链。菜籽经膨爆预处理后，其低温压榨油中

-生育酚含量普遍提高（

P

＜0.05），增幅为3.28%～13.91%，这表明膨爆可能赋予菜籽油更强的生理活性和抗氧化能力。

-生育酚受热加工影响较大，在0.4 MPa时少量增加（

P

＞0.05），随蒸汽膨爆程度的加深显著降低（

P

＜0.05），由488.14 mg/kg减少至449.65～458.72 mg/kg。生育酚总量在膨爆过程中表现出先增加后减少再增加的变化趋势，最终含量维持在初始水平，有益营养物得以高效保留。在预处理初始阶段（0.4 MPa），热能和高压能破坏生育酚与蛋白质、磷脂之间的键合作用，提高活性物质向油脂迁移的能力，从而促进生育酚含量提高0.36%；进一步加热后（0.6～0.8 MPa），热敏性生育酚发生氧化分解而损失，降解率分别为4.76%和4.98%；后期（1.0～1.4 MPa）种子细胞结构破裂严重，特别是包覆在脂质体周围的脂蛋白膜发生变性损伤，这为生育酚类脂溶性成分通过细胞膜进而释放提供了有利条件。相比于未处理油样（719.42 mg/kg），膨爆处理后菜籽油中生育酚总量在686.03～723.34 mg/kg之间，该范围低于已报道的甘蓝型菜籽油（778.80 mg/kg），而高于白菜型（651.61 mg/kg）和芥菜型菜籽油（545.37 mg/kg）。研究结果的差异可能与菜籽品种、初始含水量、蒸汽膨爆加工条件等有关。

植物甾醇生理功能多样，在降低血清胆固醇、防止动脉粥样硬化、抗炎、抗菌、抗溃疡和抗肿瘤方面均发挥着重要功效，并有助于保持植物油热稳定性和延长货架期。利用气相色谱共鉴定出3 种类型植物甾醇，分别为菜籽甾醇、菜油甾醇和

-谷甾醇，占比分别为12.75%、41.39%和45.87%。由表2可知，随膨爆压力的增加，植物甾醇呈现先增加后降低的变化趋势，且各阶段含量均显著高于原料菜籽油（

P

＜0.05）。就3 种甾醇单体而言，其平均增幅从高到低依次为

-谷甾醇（8.28%）＞菜油甾醇（6.52%）＞菜籽甾醇（5.65%），证明β-谷甾醇在膨爆菜籽油植物甾醇的增量上发挥着主要作用。0.6 MPa的处理条件实现了植物甾醇总量（7 716.22 mg/kg）的最大提升，相比于原料油（7 077.94 mg/kg）提高了9.02%。这可能是由于蒸汽和热效应的双重作用破坏了细胞结构，促进了植物甾醇向油中的迁移与释放；抑或是热处理过程中样品湿度改变，使甾醇提取率有效提高。然而当作用进一步加强，植物甾醇双键会发生裂解，造成含量降低。类似的现象出现在Yang Mei和Rękas等的研究中，当对初始水分质量分数为13%的油菜籽施以800 W微波功率预处理1～7 min时，甾醇含量在6 min内先逐渐升高，随后在7 min时发生少量降低；800 W、8 min的微波条件能形成最高的植物甾醇提取率，使未脱皮和脱皮菜籽油中含量分别达到672.21、684.92 mg/100 g，然而进一步延长微波处理时间至10 min时两者会分别下降至628.56、666.79 mg/100 g。Wang Weijun等也报道了蒸汽膨爆对植物甾醇的有利影响，以甘蓝型、芥菜型、白菜型3 种基因型菜籽油为研究对象，发现菜籽甾醇、菜油甾醇和β-谷甾醇在处理后平均提高了7.64%、2.46%和3.06%。

5 膨爆预处理对菜籽油中酚类化合物的影响

油菜籽富含植物多酚，但由于结构中的羟基、糖苷等基团使菜籽多酚极性较强，难溶于甘油三酯中，经过压榨后油料中的多酚几乎全部残留于菜籽饼中，转移到菜籽油中的酚类化合物非常有限。膨爆预处理后，菜籽油中多酚含量明显上升，增加了8.56 倍，主要是由于在此高温高压条件下形成了极性较弱、易溶解于甘油三酯的canolol。经紫外分光光度计和UPLC检测分析可知，菜籽油中总酚和canolol含量分别为30.54 mg/100 g、90.52 mg/kg；随着膨爆程度的不断加深，两者含量先升高而后降低，且均在膨爆压力为0.6 MPa时达到峰值（360.24 mg/100 g和2 157.95 mg/kg），相比于未处理菜籽油分别提高了10.79 倍和22.84 倍（图4）。菜籽多酚多以结合态存在，一般以共价键或非共价键与多糖和蛋白质结合。在热处理过程中，多酚结构被有效破坏，结合酚转化为可溶性游离多酚并释放到油中，从而促进酚类含量增加；然而过度的热加工会导致热敏性酚类降解以及溶解度或溶剂可萃取性降低，造成含量减少。在蒸汽膨爆的作用下，芥子酸及衍生物通过直接或间接形式热解生成canolol导致其含量增加，后期canolol可能发生自身热解和聚合，形成canolol二聚体，也可能与美拉德中间产物结合，生成Maillard反应抑制剂，从而使其含量有所降低。Yu Gaiwen等在对油菜籽膨爆工艺进行优化时发现了同样的趋势，随着膨爆压力从0.4 MPa增加至1.0 MPa，canolol含量显著增加（

P

＜0.05），直至最大值（2 168.69 mg/kg）；继续提高蒸汽膨爆压力到1.2 MPa时，canolol含量开始降低。

6 膨爆预处理对菜籽油中抗氧化特性的影响

如图5所示，膨爆预处理后菜籽油的DPPH自由基清除活性和FRAP增强，分别平均提高了12.12 倍和11.62 倍。随着膨爆压力的提升，DPPH自由基清除活性和FRAP先逐渐增加，在0.6 MPa后开始波动式下降，这与总酚和canolol的变化规律一致。利用OSI进一步评价菜籽油的氧化稳定性。结果显示，内源性抗氧化成分的共同作用可以使原料菜籽油的OSI保持在较高水平（10.90 h），当蒸汽膨爆持续作用时，OSI不断延长，最终长达22.92 h（1.4 MPa）。鉴于高温高压的组合技术特点，蒸汽膨爆能形成强大的作用能，从而有效破坏植物组织，提高细胞孔隙率，增加脂质伴随物的释放通路，溶出更多的生育酚、植物甾醇和游离酚。

通过建立双变量相关性分析评估菜籽油中主要抗氧化活性成分对其氧化稳定性的贡献作用，如表3所示，OSI与总植物甾醇（

r

＝0.775，

P

＜0.01）、总酚（

r

＝0.913，

P

＜0.01）、canolol（

r

＝0.877，

P

＜0.01）、DPPH自由基清除活性（

r

＝0.827，

P

＜0.01）、FRAP（

r

＝0.907，

P

＜0.01）呈极显著正相关。然而OSI与总生育酚含量无显著相关性（

P

＞0.05）。这可能是由于canolol上的酚羟基比生育酚上的双键更活泼、更容易捕获自由基，从而抑制了生育酚的抗氧化能力。

7 膨爆与微波预处理后压榨菜籽油品质分析

通过对比研究微波与蒸汽膨爆两种加工方式下压榨菜籽油的油脂品质，进一步获取不同新型预处理工艺对菜籽油品质的增效信息。鉴于本实验团队前期确定的微波工艺（初始水分质量分数12%，微波频率、功率和时间分别为2 450 MHz、800 W和7 min），对菜籽油展开了微量成分及抗氧化能力测定，并与本实验中蒸汽膨爆（0.6 MPa）菜籽油进行比较。如表4所示，在最佳条件下，两种预处理方式均能有效改善菜籽油品质，其中膨爆效果更为显著。相比于微波油样，膨爆后菜籽油中植物甾醇、总酚、canolol含量分别提高0.05、0.17、0.99 倍，表征油脂抗氧化能力的各类指标（DPPH自由基清除活性、FRAP、OSI）分别提高0.67、2.20、0.06 倍，证明蒸汽膨爆产生的瞬时高能环境可以加速反应键的断裂，加强水解和脱羧反应，促进更多的canolol形成 ；同时加速脂肪聚集，促进脂溶性微量营养素的溶解，进而增强菜籽油的抗氧化性。然而，VE在两种预处理下呈现相反的变化趋势；相较于未经处理菜籽油，膨爆后VE含量降低了31.76 mg/kg，而微波后则增加了20.45 mg/kg。这归因于此膨爆条件下从种子中增加释放的VE不足以抵抗其热分解。

结论

在过高的蒸汽压力下，菜籽种子内水分子迅速逸出（降幅为42.17%～92.24%），细胞结构被有效破坏，内部通道增多，释放出更多油脂（出油率提高1.25%～4.83%）和脂溶性活性成分。在高温加热过程中发生了一系列的化学反应，如水解、氧化、异构化和聚合，使菜籽油中主要脂肪酸（油酸、亚油酸和

-亚麻酸）在分布和含量上发生改变，然而UFAs和SFAs由于达到了动态平衡在含量上无显著差异。在蒸汽膨爆预处理后，菜籽油中各类内源性抗氧化成分表现出不同的增长趋势。其中生育酚先增加后减少再增加，相比于未处理油样（719.42 mg/kg），处理后生育酚总量在686.03～723.34 mg/kg之间；植物甾醇、总酚和canolol含量均呈现先增后减的变化规律，且在0.6 MPa时达到最大值，分别为7 716.22 mg/kg、360.24 mg/100 g和2 157.95 mg/kg。随着膨爆程度的不断提升，DPPH自由基清除能力和FRAP先增强，在处理压力达到0.6 MPa后开始波动式降低，整个过程中两者分别平均提高了12.12 倍和11.62 倍。内源性抗氧化剂参与延长了菜籽油的氧化诱导期，在0.6 MPa时增速最为明显。因此，蒸汽膨爆预处理能显著提高菜籽油品质，从节约能源的角度出发，0.6 MPa可作为最佳处理条件。通过对比不同新型工艺对菜籽油的增效作用，发现膨爆预处理赋予了菜籽油更高的营养价值和抗氧化性能。本研究优化了油菜籽蒸汽膨爆预处理条件，为其个性化高效加工的开发提供了技术支撑，并对其产业发展和质量评价具有现实意义。

本文《 膨爆预处理对菜籽油营养及抗氧化性能的影响 》来源于《食品科学》2025年46卷第9期248 -256 页， 作者：黄 颖，郑 畅，周 琦，刘昌盛*，李文林。 DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241104-014。点击 下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：林安琪；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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