基于GC-MS和GC-O的濃香菜籽油特征風(fēng)味物質(zhì)分析

蘇曉霞，劉雄飛，黃一珍，郭 斐

(中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司;營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室，北京102209)

菜籽油作為最具中國代表性的傳統(tǒng)風(fēng)味食用 油，產(chǎn)量約占國產(chǎn)植物油總量50%［1］。濃香菜籽油的制取技術(shù)不斷發(fā)展，由早期的帶殼壓榨、剝殼壓榨發(fā)展到如今的炒籽壓榨［2］，炒籽壓榨的濃香菜籽油具有特殊的風(fēng)味，深受中國消費(fèi)者的喜愛［3］，但濃香菜籽油的原料種類多、生產(chǎn)地域廣，同時(shí)沒有形成統(tǒng)一的評價(jià)體系，因此研究特征風(fēng)味物質(zhì)的香氣屬性，對濃香菜籽油解析香氣圖譜、優(yōu)化產(chǎn)品品質(zhì)、分析呈香機(jī)理、建立質(zhì)量評價(jià)體系具有重要意義。

固相微萃取(Solid phase micro－extraction，SPME)是將吸附、濃縮、解吸、進(jìn)樣集于一體的便捷萃取技術(shù)，能夠有效萃取食品中的揮發(fā)性物質(zhì)成分［4］。當(dāng)前，固相微萃取技術(shù)結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(Gas chromatography－mass spectrometry，GC－MS)已廣泛用于多種食品揮發(fā)性成分的測定，是用于分離與鑒定揮發(fā)性香氣成分的便捷高效方法［5－6］。氣相色譜嗅聞分析法(Gas chromatography－olfactometry，GC－O)可以將氣相色譜的分離能力與人的鼻子的嗅聞能力相結(jié)合，從復(fù)雜的混合香氣中篩選出對香氣有貢獻(xiàn)的風(fēng)味物質(zhì)，同時(shí)具有評價(jià)特征風(fēng)味物質(zhì)貢獻(xiàn)大小的特點(diǎn)［7－8］。GC－O 分析法主要有芳香萃取物稀釋分析法、頻率檢測法和時(shí)間強(qiáng)度法三類主要分析方法［9］，時(shí)間－強(qiáng)度法比稀釋分析法難度小，比頻率檢測法精確性高，OSME(Odor－specific magnitude estimation)法是時(shí)間－強(qiáng)度法中應(yīng)用最為廣泛的方法，能夠快速推斷樣品中的主要特征風(fēng)味物質(zhì)［10－12］。定量描述分析(Quantitative descriptive analysis，QDA)是美國的Targon公司于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立的感官分析方法，能夠利用統(tǒng)計(jì)方法對感官評價(jià)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是一種定性和定量結(jié)合的描述分析檢驗(yàn)方法［13－15］，在感官評價(jià)領(lǐng)域，QDA 是運(yùn)用最為廣泛的描述性分析方法。

本文通過SPME/GC－MS技術(shù)對市售暢銷濃香菜籽油的風(fēng)味成分進(jìn)行分離鑒定，并結(jié)合GC－O分析中的OSME法和感官評價(jià)，對其特征風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行深入的解析，將儀器檢測結(jié)果與感官分析結(jié)果進(jìn)行對比分析，較全面地研究了濃香菜籽油的風(fēng)味特點(diǎn)，為菜籽油行業(yè)的工藝改進(jìn)及香氣品質(zhì)控制提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

濃香菜籽油樣品370、543和748 為市售暢銷濃香菜籽油產(chǎn)品，干燥避光保存。

7890B－5977A氣質(zhì)聯(lián)用儀 安捷倫科技有限公司;G6500 CTC PAL自動進(jìn)樣器 安捷倫科技有限公司;Sniffer9000型嗅聞儀 瑞士Brechbühler公司;50/30 um DVB/CAR/PDMS(2 cm)SPME萃取纖維頭 美國Supeclco公司;HP－5型(30 m×250μm×0.25μm)型色譜柱 安捷倫科技有限公司;2102－1CN電子天平 德國賽多利斯公司;LHS－150HC－I恒溫恒濕箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 感官評定

1.2.1.1 組建感官評價(jià)小組 參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 16291.1－2012感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評價(jià)員一般導(dǎo)則第1部分:優(yōu)選評價(jià)員》組建一個(gè)10人的菜籽油評價(jià)小組。

1.2.1.2 確定感官特性描述詞與定義 參考標(biāo)準(zhǔn)《GBT 16861－1997感官分析通過多元分析方法鑒定和選擇用于建立感官剖面的描述詞》確定菜籽油感官特性描述詞與定義。

1.2.1.3 建立評分標(biāo)尺 采用線性標(biāo)度為評分標(biāo)尺，即在一條15 cm線段上面標(biāo)記出能代表某感官性質(zhì)強(qiáng)度的位置，線段最左端表示沒有或者最弱，最右端表示最強(qiáng)。

1.2.1.4 風(fēng)味評價(jià) 樣品進(jìn)行三位隨機(jī)編碼，放在配有蓋子品嘗杯中，每個(gè)杯子盛裝的樣品容量為10 mL，保持品嘗杯內(nèi)樣品的溫度在50±2℃，品嘗時(shí)，要求評價(jià)員將樣品放入口中，恰好覆蓋舌面，在口腔中徹底攪動，微張開嘴吸氣，再由鼻子呼出以加強(qiáng)香味感知，品嘗后吐出樣品，每個(gè)樣品重復(fù)3次，采用FIZZ NETWORK感官分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。1.2.2 揮發(fā)性成分分析 采用SPME技術(shù)對菜籽油揮發(fā)性成分進(jìn)行收集，采用GC－MS/GC－O技術(shù)對菜籽油揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行分離鑒定。GC－MS/GC－O是由氣相色譜、質(zhì)譜和嗅聞裝置組成，樣品經(jīng)進(jìn)樣口解析后，經(jīng)GC分離后分別進(jìn)入質(zhì)譜檢測器和嗅聞檢測器，分流比為1∶1。

1.2.2.1 SPME條件 采用CTC PAL自動進(jìn)樣器進(jìn)行菜籽油樣品中揮發(fā)性成分的收集與進(jìn)樣，稱取5 g菜籽油樣品倒入樣品瓶，萃取溫度60℃，萃取時(shí)間30 min，平衡時(shí)間40 min，解析時(shí)間3 min。

1.2.2.2 GC條件 程序升溫，初始溫度40℃，保持5 min，以4℃/min升溫到180℃，保持0 min，再以10℃/min升溫到220℃，保持5 min。載氣(He)，恒定流速為 1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度 250℃，壓力12.74 psi，不分流。

1.2.2.3 MS條件 電子轟擊(Electron impact，EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，質(zhì)量掃描范圍m/z 30～500，所得質(zhì)譜數(shù)據(jù)用NIST 2011質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索。

1.2.2.4 嗅辨儀條件 接口溫度為220℃，持續(xù)通入濕潤的空氣為了防止評價(jià)員鼻腔干燥，評價(jià)員在嗅聞口進(jìn)行嗅聞，同時(shí)記錄所聞到的香味特征和強(qiáng)度。1.2.2.5 GC－O分析的OSME法 選取5名嗅覺較靈敏的評價(jià)員，采用Sniffer9000嗅辨儀配套的嗅辨人員培訓(xùn)包對評價(jià)員進(jìn)行培訓(xùn)，要求能夠描述所聞的香氣及其強(qiáng)度，并記錄香氣出現(xiàn)時(shí)間，同時(shí)讓評級員熟悉樣品香氣。評分采取4分制，1分表示該化合物香氣似有似無，2分表示該化合物香氣輕微，3分表示該化合物香氣明顯，4分表示該化合物香氣很強(qiáng)。評價(jià)員嗅聞后記錄氣味描述的保留時(shí)間及香氣強(qiáng)度值，每個(gè)香氣強(qiáng)度值為該化合物5人嗅聞記錄的香氣強(qiáng)度平均值。

1.2.3 定性與定量分析 定性:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過GCMS化學(xué)工作站處理，未知化合物與NIST 2011譜庫進(jìn)行匹配定性，并與文獻(xiàn)中對照定性，當(dāng)匹配度大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果予以報(bào)道。

定量:通過GC－MS化學(xué)工作站處理系統(tǒng)，并用氣相色譜峰面積歸一化，定量計(jì)算出各化合物在菜籽油中的峰面積的相對含量，每個(gè)樣品重復(fù)3次，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

感官評定、GC－MS、GC－O的結(jié)果(平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差)和主成分分析(PCA)由 XLSTAT 14.1(Microsoft)軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于SPME/GC－MS的菜籽油風(fēng)味成分分析

對370、543和748菜籽油樣品的揮發(fā)性成分進(jìn)行SPME/GC－MS分析，揮發(fā)性成分的色譜圖見圖1，平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見表1。由表1可以得到，菜籽油樣品中共檢測到68種風(fēng)味物質(zhì)，主要包括吡嗪類8種，醇類4種，硫甙降解產(chǎn)物15種，醛類20種，酸類6種，酮類4種，烯類3種，雜環(huán)類化合物6種和酯類2種。不同品牌菜籽油，揮發(fā)性成分的組成存在顯著差異，菜籽油樣品748得到的風(fēng)味物質(zhì)種類最少，為27種，其中未檢測到醇類、烯類、酯類，硫甙降解產(chǎn)物(26.91%)、酸類(1.93%)相對含量明顯低于另外兩個(gè)菜籽油。菜籽油樣品543得到的風(fēng)味物質(zhì)種類最多，為56種，其中硫甙降解產(chǎn)物(42.06%)、醛類(16.00%)相對含量最高，雜環(huán)類化合物含量(0.71%)明顯低于另外兩個(gè)菜籽油。菜籽油樣品370醇類(10.83%)、酸類(4.38%)相對含量高于另外兩個(gè)菜籽油，酮類(0.10%)相對含量明顯低于另外兩個(gè)菜籽油。

表1 基于SPME/GC－MS的370、543和748菜籽油樣品的揮發(fā)性成分結(jié)果Table 1 Volatile compounds in the rapeseeds oil samples(370，543，and 748)identified by SPME/GC－MS

圖1 菜籽油樣品370、543和748的揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds in the rapeseeds oil samples 370，543，and 748

2.2 特征風(fēng)味物質(zhì)分析

續(xù)表

續(xù)表

采用SPME技術(shù)提取菜籽油的揮發(fā)性成分，并結(jié)合GC分析，結(jié)果表明菜籽油的揮發(fā)性成分比較復(fù)雜。由于揮發(fā)性成分相對含量與風(fēng)味特征并沒有直接的關(guān)系，其對總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)由揮發(fā)性組分在風(fēng)味體系中的濃度和感覺閾值共同決定，同時(shí)，并非每一種揮發(fā)性成分都具有香氣。因此，為確定菜籽油的特征風(fēng)味物質(zhì)，就需要采用GC－O技術(shù)確定揮發(fā)性香氣成分以及其對整體香氣的貢獻(xiàn)大小。利用OSME法分析三個(gè)菜籽油樣品，結(jié)果如表2所示，共確定16種可被嗅聞到的香氣成分，包括2，5－二甲基吡嗪、2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪、2－乙基－6－甲基－吡嗪、3－乙基－2，5－二甲基吡嗪、庚腈、3－丁烯基異硫氰酸酯、苯乙腈、己醛、庚醛、反－2－辛烯醛、壬醛、辛酸、5－氰基－1－戊烯、雙戊烯和丁位己內(nèi)酯，這些特征風(fēng)味物質(zhì)主要是吡嗪類、硫甙降解產(chǎn)物、醛類物質(zhì)。

吡嗪類化合物具有典型的烤香味、堅(jiān)果味，有很多研究報(bào)道吡嗪類化合物是食用植物油中的關(guān)鍵風(fēng)味化合物，1966年Mason等［16］就發(fā)現(xiàn)吡嗪類化合物是花生油中的主要風(fēng)味物質(zhì)。吡嗪類化合物是美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物，閾值低，具有強(qiáng)烈的香氣，而且香氣發(fā)散性好，菜籽油中的2，5－二甲基吡嗪、2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪、2－乙基－6－甲基－吡嗪以及3－乙基－2，5－二甲基吡嗪對烤香風(fēng)味起到重要貢獻(xiàn)作用。硫甙降解產(chǎn)物具有明顯的香辛料風(fēng)味和刺激風(fēng)味，硫甙是廣泛存在于十字花科植物中的一類含硫次生代謝產(chǎn)物，目前在油菜中發(fā)現(xiàn)有20余種。硫甙本身是一類穩(wěn)定的化合物，但當(dāng)組織受擠壓或損傷時(shí)，會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生降解產(chǎn)物，這些物質(zhì)是使菜籽油具有獨(dú)特辛辣味的重要原因之一［17］。菜籽油中的3－丁烯基異硫氰酸酯和5－氰基－1－戊烯等相對含量較高，對香辛料風(fēng)味起到了重要貢獻(xiàn)作用。在精煉菜籽油中，硫甙降解產(chǎn)物由于受到脫膠、脫酸、脫色、脫臭等加工過程的破壞，在種類及相對含量上都大幅減少［18］，所以精煉菜籽油并沒有明顯的腌菜味和焦糊味。油脂的氧化揮發(fā)性成分由烴、醇、醛、酮、酸、酯等組分構(gòu)成，這些物質(zhì)對油脂的風(fēng)味也起著重要作用，特別是醛類物質(zhì)，呈現(xiàn)出脂肪香味以及刺激性的氣味。菜籽油中己醛、任醛貢獻(xiàn)了典型的青草風(fēng)味、反－2－辛烯醛青味貢獻(xiàn)了典型的脂肪風(fēng)味、庚醛貢獻(xiàn)了典型的刺激風(fēng)味、雙戊烯有典型的檸檬味。

表2 OSME法鑒定菜籽油中特征風(fēng)味物質(zhì)Table 2 Identification of characteristic compounds by OSME method

以菜籽油樣本各個(gè)特征風(fēng)味物質(zhì)的百分比為數(shù)據(jù)源進(jìn)行主成份分析，結(jié)果如圖2所示。PCA分析中PC1(69.01%)和PC2(30.99%)累計(jì)方差貢獻(xiàn)為100.00%，能夠反映樣本的全部信息，因此選取前兩個(gè)主成分(PC1－PC2)進(jìn)行分析。由圖3可以看出，三個(gè)樣品可以明顯的被區(qū)分開，其中菜籽油543和菜籽油樣品370含有的特征風(fēng)味物質(zhì)種類較多，其中樣品543具有明顯烤香味和堅(jiān)果味(2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪和3－乙基－2，5－二甲基吡嗪)、明顯的香辛料味(苯乙腈)。菜籽油樣品748具有明顯的青味和脂肪味(己醛、庚醛、反－2－辛烯醛、壬醛)，但是其他特征風(fēng)味物質(zhì)種類較少。

圖2 特征風(fēng)味物質(zhì)PCA分析圖Fig.2 PCA plot of characteristic flavor compounds

2.3 感官評價(jià)

通過菜籽油評價(jià)小組的討論分析，確定了菜籽油感官特性描述詞與定義(堅(jiān)果味、腌菜味、焦糊味、哈喇味、魚味、白土味、堿味、金屬味和化學(xué)味)，同時(shí)對菜籽油的感官屬性進(jìn)行了分類，如表3所示。積極屬性，對菜籽油風(fēng)味起到正向作用;中性屬性風(fēng)味強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)，隨著強(qiáng)度的增加，起到正向作用，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，隨著強(qiáng)度的增加，起到負(fù)向作用;消極屬性，對菜籽油風(fēng)味起到負(fù)向作用。

表3 菜籽油感官屬性及定義Table 3 Sensory attribute and definition of rapeseed oil

評價(jià)員對菜籽油樣品的感官屬性進(jìn)行感官評定，感官屬性的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見表4，評價(jià)員可以區(qū)分三種菜籽油樣品，經(jīng)方差分析表明370、543和748這三個(gè)菜籽油樣品的積極屬性(堅(jiān)果味)和中性屬性(腌菜味和焦糊味)存在顯著性的差異(p＜0.05)。

表4 370、543和748菜籽油樣品的感官評定結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of three rapeseeds oil samples(370，543，and 748)

評價(jià)員可以區(qū)分三種菜籽油，菜籽油樣品543的積極屬性和中性屬性強(qiáng)度高于菜籽油樣品370和748。三個(gè)產(chǎn)品的其他屬性強(qiáng)度均較弱，且沒有顯著性差異(p＞0.05)，如圖3所示。由此，我們認(rèn)為堅(jiān)果味、腌菜味和焦糊味是菜籽油的主體風(fēng)味。結(jié)合關(guān)鍵特征風(fēng)味物質(zhì)分析的結(jié)果來看，樣品543整體風(fēng)味較強(qiáng)，吡嗪類物質(zhì)和硫甙降解產(chǎn)物的相對含量較高，樣品748整體風(fēng)味較弱，與感官評價(jià)分析結(jié)果具有一致性。

圖3 370、543和748菜籽油樣品的感官評定蜘蛛圖Fig.3 Sensory evaluation profiles of three rapeseeds oil samples(370，543，and 748)

3 結(jié)論

采用 SPME/GC－MS、GC－O、OSME、感官評價(jià)對濃香菜籽油樣品的特征風(fēng)味物質(zhì)的種類、香氣特點(diǎn)、含量進(jìn)行了較全面的分析。GC－MS的分析檢測到揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共有68種，括吡嗪類8種，醇類4種，硫甙降解產(chǎn)物15種，醛類20種，酸類6種，酮類4種，烯類3種，雜環(huán)類化合物6種和酯類2種。GC－O分析OSME法鑒定出的菜籽油樣品中有16種特征風(fēng)味物質(zhì)。感官評價(jià)結(jié)果表明堅(jiān)果味、腌菜味以及焦糊味是菜籽油的主體風(fēng)味，與特征風(fēng)味物質(zhì)分析結(jié)果一致。由此說明 SPME、GC－MS、GC－O、OSME以及感官評價(jià)可以綜合評價(jià)濃香菜籽油的特征風(fēng)味物質(zhì)，鑒定濃香菜籽油的感官品質(zhì)，全面的評價(jià)濃香菜籽油的特征風(fēng)味。研究結(jié)果對濃香菜籽油解析香氣圖譜、優(yōu)化產(chǎn)品品質(zhì)、分析呈香機(jī)理、建立質(zhì)量評價(jià)體系具有重要意義。