澳洲坚果油组成、营养及其油凝胶体系构建和应用

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我国是食用植物油短缺大国,严重依赖进口。近年来,国家大力支持木本油料作物的发展,澳洲坚果作为一种新兴且发展迅速的热带木本油料作物,我国种植面积已超400万亩,居全球第一。澳洲坚果仁的油脂含量超过70%,开发澳洲坚果油产品具有独特的优势。然而,我国澳洲坚果种植品种多、种植区域分布广、加工方式多样,导致澳洲坚果油的化学组成差异大、营养特性不明、产品结构单一,限制了产业发展。因此,本研究以澳洲坚果油为研究对象,系统分析品种、产区和加工方式对澳洲坚果油的组成特性影响;通过细胞和小鼠模型评价澳洲坚果油的降血脂功效,揭示其潜在作用机制;并采用不同低分子量凝胶剂构建澳洲坚果油凝胶体系,阐明澳洲坚果油凝胶的形成机制、理化性质及其体外消化特性;最后,基于油凝胶化机制,创制凝胶型全组分澳洲坚果酱,并对其加工适用性进行研究。研究结果可为我国澳洲坚果油的利用提供理论指导和新思路。主要结论如下:(1)系统分析了15个品种、4个产区和3种加工方式对澳洲坚果油中脂肪酸组成、甘油三酯、角鲨烯、植物甾醇等化学组成影响。结果表明,澳洲坚果仁的油脂含量超过73%,且富含不饱和脂肪酸(>81%),主要是油酸(61%-66%)和棕榈油酸(11%-19%)。在研究的15个商业种植品种中,Fuji(791)品种的澳洲坚果油具有最高的多酚(123.4 mg没食子酸当量/kg)、角鲨烯含量(268.1 mg/kg)和最强的抗氧化能力。比较4个产区澳洲坚果油发现,产区会显著影响其脂质伴随物含量,其中,云南产区的澳洲坚果油具有最高的多酚、镁、钾含量和最强的抗氧化能力,广西地区气候有利于澳洲坚果中α-生育三烯酚和植物甾醇的积累,贵州地区气候则有利于角鲨烯的积累。此外,压榨法、溶剂法和水剂法提取的澳洲坚果油具有相似的脂质组成和化学结构,溶剂法的油脂得率最高(74.16%),但压榨法制备的油脂富含多酚和角鲨烯,并呈现最强的抗氧化能力。研究结果可为澳洲坚果油的加工原料选择、鉴别和加工方式优选提供有力的指导。(2)基于澳洲坚果油的组成特性分析,选用云南产区Fuji(791)品种和压榨法制备的澳洲坚果油进行后续研究。通过油酸诱导高脂Hep G2细胞和高脂饮食诱导高脂小鼠模型研究了澳洲坚果油的降血脂功效及其作用机制。细胞试验结果表明,澳洲坚果油具有较强的细胞抗氧化能力;且1000μg/m L澳洲坚果油处理有效降低了高脂Hep G2细胞的脂质积累和改善了血脂指标(显著降低了甘油三酯-TG(P<0.01)、总胆固醇-TC(P<0.05)、低密度脂蛋白胆固醇-LDL-C(P<0.01)的水平和提高了高密度脂蛋白胆固醇-HDL-C(P<0.05)的水平),显著降低了活性氧和丙二醛(MDA)含量及增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性(P<0.01)。q RT-PCR和蛋白免疫印迹结果表明,澳洲坚果油通过激活AMPK信号通路(下调PPAR-γ、SREBP-1c、ACC和FAS基因的m RNA相对表达量和蛋白表达水平)和缓解氧化应激(上调Nrf2、HO-1和γ-GCS基因的m RNA相对表达量和蛋白表达水平)而起到降血脂作用。同时,小鼠试验结果表明,澳洲坚果油的摄入有效控制了高脂小鼠的体重和脏器指数,显著降低了高脂小鼠血清中TG、TC、LDL-C含量和增加了HDL-C含量;以剂量依赖性方式提高了小鼠血清和肝脏中谷胱甘肽过氧化物酶、SOD活性和总抗氧化能力,降低了MDA含量,从而缓解了机体的氧化应激效应,并有效改善了肝脏脂肪堆积和病变。通过蛋白免疫印迹测定脂质代谢相关蛋白的表达进一步证实了其潜在的降血脂机制。(3)基于澳洲坚果油的独特组成和营养特性,采用不同低分子量凝胶剂构建澳洲坚果油凝胶体系,系统研究了凝胶剂浓度、类型等对澳洲坚果油凝胶的结构、分子间作用力、晶体形态、流变特性等性质及其体外消化行为影响。结果表明,高于3.0%的单硬脂酸甘油酯(MG)可成功制备澳洲坚果油凝胶,且表现出热可逆的类固态粘弹性行为,油凝胶的理化性质及分子间作用力与浓度呈现依赖关系。通过比较4种低分子量凝胶剂(MG、蜂蜡-BW、米糠蜡-RBW、γ-谷维素与β-谷甾醇混合物-SO)制备的澳洲坚果油凝胶,发现MG和SO油凝胶分子内主要存在范德华力和氢键相互作用,而RBW和BW油凝胶则仅存在范德华力相互作用;SO油凝胶表现出最强的硬度、油结合能力和最佳的油脂氧化稳定性,这与其形成了更强的聚合物网络结构有关;4种类型的澳洲坚果油凝胶可用于部分或完全替代可可脂制备巧克力,所有油凝胶(除50%BW油凝胶)基巧克力的流变参数均符合巧克力规定的卡森塑性粘度和屈服应力范围。此外,通过比较4种凝胶剂制备的负载虾青素澳洲坚果油凝胶,结果表明,虾青素的添加不会改变油凝胶的晶体形态和分子间相互作用力,但提高了油凝胶的氧化稳定性,降低了油凝胶的热稳定性、硬度和油结合能力;且凝胶剂类型会显著影响负载虾青素澳洲坚果油凝胶的体外脂解程度和虾青素的生物可及性,其中MG油凝胶呈现出比澳洲坚果油(20.3%)更高的虾青素生物可及性(36.3%),而其它类型的油凝胶则降低了虾青素的生物可及性。以上研究结果表明,澳洲坚果油凝胶不仅可以作为一种塑性脂肪替代物,而且还可应用于调节脂质消化和提高生物活性分子生物可及性的功能食品开发。(4)基于油凝胶化机制,创制了凝胶型全组分澳洲坚果酱。首先,采用新型高能介质磨系统制备了全组分澳洲坚果酱,研究了研磨时间对全组分澳洲坚果酱的粒径、微观结构、流变特性、挥发性风味物质释放及贮藏稳定性等理化性质影响,结果表明:当研磨时间从0 min增加到65 min时,样品的粒径D[3,2]、D[4,3]、D50和D90值分别从24.03、68.48、59.50和124.67μm逐渐降低至4.37、14.25、8.82和34.07μm,特征风味物质释放量逐渐增加,表观粘度和剪切应力则逐渐降低;但其离心出油率显著增加(65 min,49.46%),表现出更差的贮藏稳定性。其次,探究了不同凝胶机制对全组分澳洲坚果酱的稳定性、涂抹性及3D打印性能影响,结果表明,不同凝胶剂的最低凝胶浓度存在差异,凝胶剂的添加可以显著降低全组分澳洲坚果酱的离心出油率,当凝胶剂浓度为3.0%时,MG、BW、SO和RBW基全组分澳洲坚果酱的离心出油率分别降低了82.6%、56.6%、42.7%和83.4%,这与体系中蛋白颗粒粒径变小和分布更加均匀密切相关;此外,凝胶剂类型和浓度均会显著影响全组分澳洲坚果酱的涂抹和3D打印性能。研究结果可为高油基食品的开发和应用提供新策略。
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