熱風干燥對油菜籽揮發性成分的影響

楊國峰，和 珊，丁 超,2，趙 娟，朱江明

(1.南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210046；2.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095)

頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction，HS-SPME)法是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的無溶劑樣品預處理技術，具有處理時間短、不使用有機溶劑、真實反映樣品中揮發性成分及組成等優點[1]。與傳統的頂空取樣方法相比，頂空固相微萃取由于頂空中的分析物被濃縮富集在固相微萃取涂層上，能提高檢出靈敏度幾倍到幾十倍[2]。氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography- mass spectrometry，GC-MS)技術集色譜分離技術和質譜定性分析于一體，可在短時間內檢索出幾十種甚至上百種化合物。將固相微萃取技術與氣相色譜-質譜聯用方法結合，可有效地分析樣品中痕量有機物，重復性好，具有操作簡便、分析準確、快速等優點[3-4]，在國內外的食品領域如果蔬、糧油領域如稻谷、小麥、蕎麥、菜籽及其加工產品等的研究中已得到部分應用[3-14]。其中與菜籽相關的有菜籽油主要揮發性風味成分、菜籽蛋白酶水解產物衍生風味物質等研究[13-14]。但國內應用于油菜籽揮發性成分的研究尚未見報道。本研究利用頂空固相微萃取-氣質聯用法分析油菜籽揮發性成分，旨在利用新檢測技術探索快速評價油菜籽干燥品質的新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

德油5號甘藍型油菜籽(2011年生產，水分含量9.6%)，采購于安徽省廬江縣。

1.2 儀器與設備

7890A/5975C氣質聯用儀 美國安捷倫公司；24Ga固相微萃取手持裝置、Carboxen/PDMS萃取頭(75μm) 美國 Supelco公司；帶塞萃取瓶(100mL) 定制；數顯電子恒溫水浴鍋、調速多用振蕩器 國華電器有限公司；TP電子分析天平 德國賽多利斯股份公司；電子鼓風干燥箱 上海蘇進儀器設備廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備方法

為模擬剛收獲的油菜籽狀態，除雜后用去離子水增濕至目標水分18%，密封于自封袋中置于振蕩器上振蕩30min，使水分混合均勻，置于4℃電子恒溫箱中放置48h，期間取出一次搖晃均勻，使水分被充分吸收均勻至菜籽內部。測其水分含量，水分測定方法參照GB/T 14489.1—2008/ISO 665：2000《油料水分及揮發物含量測定》。

1.3.2 熱風干燥

將制備好的樣品1360g平鋪于網狀托盤中，放入薄層干燥設備中，分別在50、70、90、110℃四種溫度下進行干燥。每組樣品在干燥過程中，每隔固定的時間取出，放在電子天平上稱質量，記錄數據，再將樣品放回，每次稱樣過程時間控制在10s以內。待樣品大約干燥至目標水分時，將其取出，測定樣品水分，然后裝入自封袋中。

1.3.3 頂空固相微萃取

取20g干燥后的油菜籽置于 100mL頂空瓶中，用錫紙裹住配套橡膠塞，在60℃恒溫水浴鍋中平衡30min，頂空萃取30min后收回萃取頭并取出針管，迅速插入氣質聯用儀進樣口中，250℃不分流模式下解吸5min。

1.3.4 GC-MS測定條件

色譜條件： 色譜柱： H P - 5 M S 毛細管柱(30m×250μm，0.25μm)；升溫程序：35℃保持2min，以5℃/min升至80℃，保持2min，以5℃/min升至140℃，保持2min，以10℃/min 升至180℃，保持2min，以15℃/min升溫至220℃，保持5min。載氣(He)流速1.0mL/min，采用不分流進樣。

質譜條件：離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，輔助通道溫度280℃，電離方式為電子電離源(electron ionization，EI)，電子能量70eV；全掃描質量參數25～450u。

1.4 數據處理

油菜籽樣品中各揮發性成分的定性由計算機檢索與NIST 08質譜庫匹配求得，分析匹配度不低于于80%的成分。各揮發性成分的定量方法為，排除雜質峰后按照峰面積的歸一化法進行定量分析，求得油菜籽樣品中各揮發性成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 GC-MS實驗精密度

在實驗所取的頂空固相微萃取條件下，用同一組樣品重復6次實驗，在氣相色譜-質譜聯用儀上分析微波干燥后的菜籽揮發性氣體成分。計算總峰面積和總峰高的相對標準偏差。總峰高的相對標準偏差為4.1%，總峰面積的相對標準偏差為5.6%，說明本方法具有較好的精密度。

2.2 熱風干燥后菜籽GC-MS總離子峰圖

圖 1 50(A)、70(B)、90(C)、110(D)℃熱風干燥后菜籽GC-MS總離子峰圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of rapeseeds dried at different temperatures

由圖1可知，固相微萃取可以很好地吸附菜籽的揮發性物質，總離子峰圖中各物質的分離度較好。經NIST08質譜庫檢索，匹配度高于80%的物質較多，說明此實驗方法可以較快且較準確地分析檢測出油菜籽揮發性成分。

2.3 菜籽的揮發性成分

2.3.1 熱風干燥后油菜籽揮發性總組分

熱風干燥后菜籽中含有烴類、醇類、醚類、酯類、醛類、酸類、酚類、酮類以及其他化合物等揮發性成分，共計85余種物質，各類揮發性成分的具體數目如圖2A。由圖2A可知，熱風干燥后菜籽氣味成分種類數目最多的是烴類，有45種成分；其次是酯類，有12種成分；醇類有9種成分；醛類有5種成分；醚類、酸類、酚類、酮類各含有1種成分。

圖 2 菜籽熱風干燥后氣味組分種類數目(A)和相對含量(B)Fig.2 Volatile profi le of dried rapeseeds

由圖2B可知，熱風干燥后油菜籽氣味成分排除包含在其他類別的成分外，其余成分總相對含量由高到低依次是醛類、烴類、醇類、酯類、酸類、酚類、酮類和醚類。

2.3.2 熱風干燥后油菜籽各類揮發性成分及其相對含量根據表1中的各類氣味成分的相對含量，取總組分相對含量較高的烴類、酯類、醇類、醛類4種揮發性成分，分析其在不同熱風干燥溫度下的相對含量，得到結果見圖3。從圖3可知，酯類成分在4種不同干燥溫度下的總相對含量保持在較低的水平，無明顯波動；醇類成分在50℃溫度下干燥后相對含量最低，70～110℃溫度下干燥后相對含量比50℃溫度下的相對含量顯著升高并保持基本持平狀態；其余成分相對含量無明顯規律可循。

圖 3 菜籽中烴類、酯類、醇類、醛類總相對含量Fig.3 Relative contents of hydrocarbons, esters, alcohols and aldehydes in rapeseeds dried at different temperatures

表 1 油菜籽熱風干燥后烴類揮發性成分及相對含量Table 1 Volatile compounds and their relative contents in rapeseeds dried at different temperatures

2.3.3 烴類揮發性成分

將烴類成分中的46種物質分為幾個小類別，并將其中烷烴、烯烴、苯類、萘類成分的總相對含量統計如圖4。由圖4可知，烯烴的總相對含量在50℃干燥溫度下最高，達到33.95%，隨著干燥溫度的升高，總相對含量呈總體下降的趨勢，在110℃干燥溫度下略有回升。其余各組成分總相對含量無明顯規律可循。

圖 4 菜籽中烷烴、烯烴、苯類、萘類總相對含量Fig.4 Relative contents of alkanes, alkenes, benzene and naphthalene in rapeseeds dried at different temperatures

2.3.4 硫甙降解產物

在熱風干燥時，由于菜籽內部水分的汽化與向外遷移，會不同程度地導致菜籽內部微觀結構發生變化，發生內部結構變化的菜籽可在所含芥子酶[15]的作用下水解產生異硫氰酸鹽、硫氰酸鹽、腈等有害產物。經綜合分析，熱風干燥后菜籽的氣味成分中含有的可能的硫甙降解產物有：甲代烯丙基氰，5-氰基-1-戊烯，4-異硫氰酸-1-丁烯，苯丙烷腈，5-甲硫基-戊腈，亞硫酸丁基十六酯，亞硫酸-2-丙基十八酯，亞硫酸丁基十四酯等。將上述物質的相對含量統計于圖5。

圖 5 熱風干燥后菜籽揮發性物質中硫甙降解產物Fig.5 Relative contents of possible glucosinolate degradation products in rapeseeds dried at different temperatures

由圖5可知，在50～90℃熱風干燥溫度范圍內，隨著溫度的升高，硫甙降解產物總相對含量呈上升的趨勢；到110℃時總相對含量轉為降低。其原因可能是隨著熱風干燥溫度的上升，菜籽內部微觀結構變化越大，導致硫甙降解產物增多；但在110℃高溫下，部分硫甙降解產物可能與菜籽內部其他成分發生反應，使得可檢測到的揮發性硫甙降解產物相對含量降低，因此使得檢測到的總相對含量呈現先上升后下降的趨勢。也可能是因為在110℃干燥溫度下，硫甙降解產物的量是增加的，而菜籽揮發性成分總量增加，導致硫甙降解產物的相對含量降低，因此產生此變化趨勢。具體原因還待今后進一步研究。

3 結 論

使用頂空固相微萃取-氣質聯用的方法分析熱風干燥后菜籽的揮發性成分，檢測出85余種物質，分別屬于烴類、醇類、醚類、酯類、醛類、酸類、酚類、酮類等。在這幾個大類中，總相對含量由高到低依次是醛類、烴類、醇類、酯類、酸類、酚類、酮類和醚類。其中，酯類成分在4種不同干燥溫度下的總相對含量穩定在較低的水平；醇類成分在50℃溫度下干燥后相對含量最低，而在70～110℃溫度范圍干燥后相對含量顯著升高并保持基本持平狀態；在50～90℃范圍內，烯烴的總相對含量隨著干燥溫度的升高呈總體下降的趨勢，在110℃干燥溫度下略有回升。另外，菜籽揮發性成分中硫甙降解產物有：甲代烯丙基氰、5-氰基-1-戊烯、4-異硫氰酸-1-丁烯、苯丙烷腈、5-甲硫基-戊腈、亞硫酸丁基十六酯、亞硫酸-2-丙基十八酯、亞硫酸丁基十四酯等。在50℃至90℃熱風干燥溫度范圍內，其總相對含量隨著溫度的升高呈上升的趨勢；到110℃時總相對含量轉為降低。

[1] 王力, 蔡良綏, 林智, 等. 頂空固相微萃取-氣質聯用法分析白茶的香氣成分[J]. 茶葉科學, 2010, 30(2)： 115-123.

[2] 馬繼平, 王涵文, 關亞風. 固相微萃取新技術[J]. 色譜, 2002, 20(1)： 16-20.

[3] 林家永, 高艷娜, 吳勝芳, 等. 頂空固相微萃取-氣質聯用法分析稻谷揮發性成分[J]. 食品科學, 2009, 30(20)： 277-282.

[4] 燕雯, 張正茂, 劉拉平, 等. 黃淮地區不同筋力冬小麥品種香氣成分的GC-MS分析[J]. 麥類作物學報, 2011, 3(12)： 246-251.

[5] 李忠海, 白婕, 黎繼烈, 等. HS-SPME/GC-MS法分析三種金橘中的揮發油成分[J]. 中國糧油學報, 2009, 24(9)： 153-156.

[6] 張玉榮, 高艷娜, 林家勇, 等. 頂空固相微萃取-氣質聯用分析小麥儲藏過程中揮發性成分變化[J]. 分析化學研究報告, 2010, 38(7)： 953-957.

[7] TAO Feng, ZHUANG Haining, YE Ran, et al. Analysis of volatile compounds of Mesona Blumes gum/rice extrudates via GC-MS and electronic nose[J]. Sensors and Actuators, 2011, 160(1)： 964-973.

[8] KOLBERG D I, PRESTES O D, ADAIME M B, et al. Development of a fast multiresidue method for the determination of pesticides in dry samples (wheat grains, flour and bran) using QuEChERS based method and GC-MS[J]. Food Chemistry, 2011, 125(4)： 1436-1442.

[9] ONJI Y, AOKI Y, TANI N, et al. Direct analysis of several Fusarium mycotoxins in cereals by capillary gas chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography, 1998, 815(1)： 59-65.

[10] JAMES D, KANTAR D, KREFT S, et al. Identification of buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) aroma compounds with GC-MS[J]. Food Chemistry, 2009, 112(1)： 120-124.

[11] TANAKA T YONEDA A, INOUE S, et al. Simultaneous determination of trichothecene mycotoxins and zearalenone in cereals by gas chromatography-mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography, 2000, 882(1/2)： 23-28.

[12] BRYANT R J, MCCLUNG A M. Volatile profiles of aromatic and non-aromatic rice cultivars using SPME/GC-MS[J]. Food Chemistry, 2011, 124(2)： 501-513.

[13] 楊湄, 劉昌盛, 周琦, 等. 加工工藝對菜籽油主要揮發性風味成分的影響[J].中國油料作物學報, 2010, 32(4)： 551-557.

[14] 郭興鳳, 湯堅, 周瑞寶, 等. 菜籽蛋白酶水解產物衍生風味物質的研究[J]. 河南工業大學學報： 自然科學版, 2005, 26(1)： 15-18.

[15] 張國良, 霍中洋, 許軻. 農產品品質及檢驗[M]. 北京： 化學工業出版社, 2008： 207-208.