不同温度烘烤下芝麻壳果胶多糖的结构演化、化学特性及其抗氧化性能研究

本研究针对芝麻油生产过程中烘烤工艺对芝麻壳副产物中果胶多糖(PPA/PPB)结构及功能特性的影响机制展开系统探索。通过分析160–220°C烘烤温度下多糖的分子重构（分子量提升、总得率降低42.73%）、热解产物（以糠醛和有机酸为主）及其对芝麻油氧化稳定性的提升作用（过氧化值0.07–0.81 g/100g，氧化稳定性指数达22.6 h），揭示了果胶多糖降解产物在延缓脂质氧化中的关键作用，为芝麻壳高值化利用与油脂品质调控提供理论依据。

　　

在芝麻油的传统制作工艺中，烘烤一直被视为至关重要的一环。它不仅赋予芝麻油独特的烘烤香气和深沉色泽，还通过美拉德反应（Maillard reaction）、焦糖化以及脂质氧化等一系列复杂的化学反应，显著提升油脂的风味和稳定性。然而，这一过程中，芝麻壳——占芝麻总重约12%的副产物——却很少受到关注。芝麻壳中富含果胶多糖（Pectic Polysaccharides）、纤维素和半纤维素等成分，尤其是果胶多糖，占比约8%，其在高温下的结构变化和降解行为可能对芝麻油的品质产生深远影响。遗憾的是，以往研究多集中于芝麻籽本身，对芝麻壳中果胶多糖在烘烤过程中的演化机制及其功能特性缺乏系统探讨。

为此，来自河南工业大学食品科学与工程学院的胡金元等研究人员在《Grain 》上发表论文，聚焦于不同温度（160°C、180°C、200°C和220°C）烘烤下芝麻壳果胶多糖的结构变化、热降解特性及其对芝麻油氧化稳定性的影响。研究通过提取并分级得到两种果胶多糖组分：乙醇沉淀组分（PPA）和上清液组分（PPB），并系统比较了它们在单糖组成、分子量、热稳定性以及热解产物方面的差异，进一步探讨了这些多糖降解产物在芝麻油贮藏过程中的抗氧化效果。

在研究过程中，团队运用了多种关键技术方法：采用盐酸辅助热提取法从烘烤芝麻壳中分离果胶多糖；借助离子色谱（HPAEC-PAD）分析单糖组成；通过凝胶渗透色谱（GPC）测定分子量分布；利用热重分析（TGA）评估热稳定性；结合顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用（HS-SPME/GC-MS）鉴定挥发性热解产物；最后通过加速氧化实验（60°C贮藏23天）并结合过氧化值（PV）、丙二醛（MDA）含量等指标综合评价芝麻油氧化稳定性。

研究结果主要包括以下几方面：

3.1. 芝麻壳果胶多糖的热解产物

通过Py-GC/MS分析发现，220°C下热解主要生成糠醛（15.39%）、有机酸（如乙酸、庚酸和十八酸）以及醇、酮类等12种挥发性物质。其中，PPA的热解产物中以呋喃类和苯系物为主，PPB则富含呋喃、酚类和烯烃，这与其化学结构的差异密切相关。

3.2. 烘烤对果胶多糖得率的影响

在160°C和180°C下烘烤有助于果胶多糖的释放，得率高于未烘烤样品（15.47%），但温度升至200°C以上时，得率显著下降，最高降幅达42.73%，可能与高温下多糖的焦糖化及降解有关。

3.3. 芝麻壳果胶多糖的特征分析

3.3.1. 单糖组成分析

果胶多糖主要由半乳糖醛酸（GalA）、葡萄糖（Glc）、木糖（Xyl）等9种单糖构成。随温度升高，PPA中GalA和PPB中阿拉伯糖（Ara）含量呈先升后降趋势，而Glc含量持续增加，反映出高温下多糖的降解和重组。

3.3.2. 糖比例分析

PPA以同型半乳糖醛酸（HG）区域为主（61.55–79.55%），而PPB富含鼠李糖半乳糖醛酸-I（RG-I）区域（41.21–73.71%）。烘烤温度升高使PPA线性度增加，侧链脱枝明显，PPB则呈现阿拉伯糖侧链的增强与后续降解。

3.3.3. 大分子表征

PPA的重均分子量（M_w）高于PPB，且随烘烤温度升高，分子量逐步增大（PPA-220达41,139 g·mol^?1），表明热降解产物可能重新聚合形成更大分子。

3.3.4. 紫外与红外光谱分析

UV显示190–200 nm处的特征吸收峰，且PPA在250–300 nm有蛋白质相互作用信号；FT-IR中3400 cm^?1附近的O-H伸缩振动、1740 cm^?1和1610 cm^?1处的羧基振动以及1420–800 cm^?1的“指纹区”均证实烘烤引起多糖结构变化。

3.4. 热重分析

PPA的热稳定性优于PPB，且高温烘烤样品（如PPA-220）在高温区（>200°C）残留率更高，降解过程主要分为水分脱除（<200°C）和多糖链断裂（176–469°C）两个阶段。

3.5. 果胶多糖降解物对芝麻油体系的影响

在加速氧化实验中，添加PPA和PPB混合降解物（HSO-URA/B）的芝麻油表现出最优抗氧化性能，过氧化值最低（0.07–0.81 g/100 g），氧化稳定性指数最高（22.6 h），颜色变化（ΔE_ab*）也较为缓慢。相比之下，仅添加PPB降解物（HSO-URB）的样品氧化较快，表明PPA中的GalA可能具有更强的自由基清除能力。

综上所述，本研究系统揭示了烘烤温度对芝麻壳果胶多糖结构及功能特性的影响，明确了多糖热解产物在提升芝麻油氧化稳定性中的关键作用。这不仅为芝麻油生产工艺的优化提供了科学依据，也为芝麻壳副产物的高值化利用开辟了新途径。未来研究可进一步探讨多糖热解与美拉德反应之间的相互作用，及其对芝麻油风味和营养品质的协同影响。