山毛榉（Fagus sylvatica L.）种子作为油脂生产的可持续替代品——加工和提取技术对理化特征的影响

《Processes》：Beech (Fagus sylvatica L.) Kernels as a Sustainable Alternative in Oil Production—Influence of Processing and Extraction Techniques on the Physico-Chemical Profile

　　

山毛榉（Fagus sylvatica L.）种子是一种适合人类食用的可持续植物材料。本研究分析了润湿和烘烤（热处理）山毛榉种子对新型食用油开发的影响。研究人员分析了粗山毛榉种子（Crude beech kernels, CBKs）和热处理山毛榉种子（Thermal-treated beech kernels, TTBKs）的化学和生物活性化合物组成，以评估在不同提取方法（冷压、冷溶剂提取——Folch法，以及热提取——Soxhlet法）之前进行热处理的影响。在山毛榉种子中发现的主要酚类化合物属于黄烷醇类，其中含量最丰富的是山奈酚-芸香苷（Kaempferol-rutinoside）（在CBK中为773.34 μg/g，在TTBK中为714.77 μg/g）。叶黄素（Lutein）是油中存在的最重要的类胡萝卜素（在粗油中为384.80 μg/g，在热处理油中为456.21 μg/g），其浓度因种子调理而增加。热处理对整体脂肪酸组成影响最小，而大多数这些酸主要是单不饱和和多不饱和脂肪酸。冷压油比使用Folch技术提取的油具有更高的粘度。总体而言，山毛榉种子代表了一种可持续的植物材料，而通过润湿和烘烤进行种子调理增强了生物活性化合物向提取油中的转移。

欧洲山毛榉（Fagus sylvatica L.）是重要的树种，其种子年产量可达每公顷1.2吨，但常被视为废弃物或动物饲料。尽管种子富含脂质（27.2%–33.8%）、矿物质、多酚、类胡萝卜素及不饱和脂肪酸，具有作为食用油原料的巨大潜力，但关于加工（如热处理）和提取技术对油品质影响的系统数据仍十分匮乏。现有研究多关注冷压油的基本成分，而对润湿结合烘烤这一预处理方式如何影响生物活性化合物（如酚类、类胡萝卜素）的提取效率，以及不同提取方法（冷压、Folch冷溶剂提取、Soxhlet热提取）对脂肪酸谱、流变特性等理化指标的综合影响，尚缺乏深入探讨。因此，研究人员开展本研究，旨在评估热处理对山毛榉种子及所得油中生物活性化合物的影响，比较不同提取技术的效果，为优化可持续山毛榉种子油的生产工艺提供科学依据。该论文发表在《Processes》上。

研究人员主要采用了以下关键技术和方法：样本于2021年9–10月采集自罗马尼亚两处地点（47°14′ N, 23°11′ E）。热处理包括润湿（100 °C蒸汽5 min）和烘烤（130 °C 15 min）。提取方法包括：冷压（机械单螺杆压榨，温度40.5 °C）、Folch冷溶剂提取（氯仿/甲醇1:1，v/v）和Soxhlet热提取（石油醚）。利用高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）分析酚类化合物，高效液相色谱-光电二极管阵列检测器（HPLC-PDA）分析类胡萝卜素，气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定脂肪酸甲酯（FAMEs），傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表征官能团，流变仪评估粘度及温度依赖性。

研究结果主要分为以下部分：

**3.1 种子表征、提取率、过氧化值和酸度**：通过化学组成分析发现，热处理后种子水分降低，脂肪和蛋白质含量变化显著。油提取率下降28.25%，研究人员认为这是由于润湿导致纤维吸水膨胀，阻碍油释放。热处理的油酸度（以油酸计）和过氧化值（PV）显著降低，表明氧化稳定性提高。色度分析显示，热处理油亮度（L*）和黄色度（b*）增加，外观更佳。

**3.2 脂肪酸组成**：GC-MS分析表明，不同提取方法对脂肪酸组成影响不显著（p < 0.05），主要脂肪酸为油酸（C18:1 n-9）和亚油酸（C18:2 n-6），单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA）占主导。热处理后油的致动脉粥样硬化指数（AI）降低，血栓形成指数（TI）接近0.20，表明脂肪酸谱更有利于心血管健康。

**3.3 油的红外光谱**：FT-IR光谱显示，所有油在3011、2922、2855 cm^-1等波长处有吸收峰，对应C=C、C-H伸缩振动。冷压油在1744 cm^-1（酯羰基）和1162 cm^-1（C-O伸缩）处的吸光度高于Folch提取油，而Folch油在752 cm^-1处吸收更强，反映了提取方法对油脂结构的影响。

**3.4 酚类化合物**：HPLC-MS在种子中鉴定出19种酚类化合物，以黄烷醇类为主，其中山奈酚-芸香苷含量最高（CBK: 773.34 μg/g，TTBK: 714.77 μg/g）。热处理提高了部分酚类（如羟基苯甲酸葡萄糖苷）的含量，但降低了槲皮素-芸香苷等。油中仅检测到6种酚类，主要成分为羟基苯甲酸葡萄糖苷，热处理显著增加了油中酚类总浓度（从2.15 μg/g增至3.56 μg/g），研究人员认为这与细胞壁破坏促进释放有关。

**3.5 类胡萝卜素**：HPLC-PDA分析显示，油中总类胡萝卜素含量是种子的两倍以上，主要成分为全反式叶黄素（all-trans lutein），在冷压油中占65%–70%。热处理使油中叶黄素含量从384.80 μg/g增至456.21 μg/g，同时检测到β-胡萝卜素（仅存在于油中），表明冷压过程可浓缩这些脂溶性色素。

**3.6 油流变性和粘度**：流变仪测试表明，未经热处理的种子油（CBOP和CBOF）在剪切范围内呈现牛顿流体行为（粘度恒定）；而热处理种子油（TTBOP和TTBOF）表现出剪切变稀行为，粘度随剪切速率增加而下降。Folch提取油粘度高于冷压油，例如TTBOF在低剪切率下粘度达473.46 mPa·s，而TTBOP为213.00 mPa·s。

**3.7 温度斜坡**：在-20 °C至80 °C范围内，所有油粘度随温度升高而降低。冷压油在-20 °C时粘度高达2453–3052 mPa·s，而Folch油较低（813–1143 mPa·s）。升温至80 °C后，粘度降至8.85–30.30 mPa·s。热处理油的粘度变化滞后现象更明显，与脂肪酸组成及晶体结构有关。

讨论部分指出，热处理通过破坏细胞壁增加了酚类和类胡萝卜素的可提取性，同时降低了油酸度和过氧化值，改善了氧化稳定性。脂肪酸谱中MUFA和PUFA占主导，结合低AI和TI指数，表明山毛榉种子油具有心血管保护潜力。流变行为受提取方法和温度影响，冷压油更稳定，热处理油在低剪切下呈非牛顿特性。研究人员也承认了局限性，包括原料采集受限于果实丰年周期、未评估其他生物活性化合物（如甾醇）、未进行长期稳定性及感官评价。

研究结论部分翻译如下：本研究首次分析了润湿结合烘烤对山毛榉种子、其中生物活性化合物、不同提取方法影响及流变行为。热处理在提取前可提高冷压油的营养价值和氧化稳定性，通过增加防止脂质氧化的生物活性物质（尤其是酚类化合物）的可用性。油中叶黄素和β-胡萝卜素的存在，表明冷压提取可浓缩这些生物活性成分，而热处理进一步增强了其含量。山毛榉种子油具有理想的脂肪酸组成，主要由MUFA和PUFA构成，有助于降低心血管疾病风险。低致动脉粥样硬化指数和血栓形成指数等营养指标表明其脂肪酸平衡优化，可支持心血管健康和脂质代谢。提取方法、种子热处理以及温度均影响山毛榉种子油的流变行为：未经热处理种子冷提取的油粘度稳定，而热处理油则呈现剪切变稀行为。通过探究热处理的影响，本研究为改进加工工艺、更好地保留油中生物活性化合物提供了见解。理解山毛榉种子油的流变特性有助于制定针对性的提取策略，优化其在烹饪应用中的功能，同时保持营养价值，造福消费者和生产商。最终，本研究为山毛榉种子油在食品系统中的创新应用铺平了道路，同时强调可持续生产实践的重要性，以确保环境责任并将高质量、有益健康的产品推向市场。未来研究应关注不同温度热处理对其他生物活性化合物的影响，以及这些油随时间变化的氧化稳定性。