精煉過程對菜籽油風味成分的影響

蘇曉霞，郭 斐，黃一珍，李秋玫，曹斌輝，孟祥永，李賀賀

(1.中糧營養健康研究院有限公司營養健康與食品安全北京市重點實驗室，老年營養食品研究北京市工程實驗室，北京 102209； 2.中糧油脂研發中心，天津 300452； 3.中糧福臨門食品營銷有限公司，北京 100020；4.北京工商大學食品質量與安全北京實驗室，北京 100048)

隨著人們生活水平的提高,人們開始追求更高的生活品質及生活享受，食品風味研究作為一個新興的研究方向，受到越來越多的關注。香氣是評價植物油質量的一個重要指標，研究植物油的風味成分可以讓人們了解風味的構成、風味形成的過程及機理，從而有利于改進烹飪方法、食品工藝流程等，對食品行業有非常重要的意義[1]。

菜籽油是我國的主要食用油之一，其特殊的風味深受消費者喜愛。已有研究采用固相微萃取技術(SPME)結合氣相色譜質譜聯用技術(GC-MS)對亞麻籽油、濃香菜籽油、花生油等植物油進行揮發性成分的分離鑒定[2-5]。Kaftan等[6]利用SPME/GC/MS分析了土耳其愛琴海地區不同品種的初榨橄欖油的揮發性成分。同時，也有很多研究采用氣相色譜嗅聞分析法(GC-O)評價食品特征風味物質貢獻大小，GC-O主要包括芳香萃取物稀釋分析法、頻率檢測法和時間強度法3類分析方法[7-8]，其中頻率檢測法效率高，嗅聞人員訓練程度要求低，能夠快速推斷樣品中的主要特征風味物質[9-10]。Machiels等[11]利用GC-O中的頻率檢測法對兩種愛爾蘭牛肉中的揮發性風味物質進行特征風味成分鑒定，同時對氣味進行描述。

在植物油生產過程中，由于加工工藝和技術不同，風味會發生變化，如壓榨、焙烤等過程中會產生多種風味成分。同時，在精煉過程中，隨著精煉程度增加，會減少某些風味成分的含量。目前，已有研究對精煉前后的亞麻籽油、菜籽油以及不同工藝菜籽油的揮發性風味成分進行對比分析的研究[12-14]，但是還沒有對菜籽油精煉過程中揮發性風味成分變化的相關研究。本文通過SPME/GC-MS技術結合GC-O技術確定菜籽毛油中的特征風味物質，分析精煉過程中不同工藝階段菜籽油中的揮發性風味成分的變化規律。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

菜籽毛油、脫膠油、脫酸油、脫水油、脫色油、脫臭油，由中糧糧油工業(黃岡)有限公司提供，干燥避光保存。菜籽毛油由壓榨處理獲得，脫臭油達到壓榨一級菜籽油的標準。

1.1.2 儀器與設備

7890B-5977A氣質聯用儀，安捷倫科技有限公司；G6500 CTC PAL自動進樣器，安捷倫科技有限公司；Sniffer 9000型嗅聞儀，瑞士Brechbühler公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS(2 cm)SPME萃取纖維頭，美國Supeclco公司；HP-5型色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，安捷倫科技有限公司；2102-1 CN電子天平，德國賽多利斯公司。

1.2 實驗方法

采用SPME技術對菜籽油揮發性成分進行收集，采用GC-MS/GC-O技術對菜籽油揮發性成分進行分離鑒定。GC-MS/GC-O是由氣相色譜、質譜和嗅聞儀組成，樣品經進樣口解吸后，經GC分離后分別進入質譜檢測器和嗅聞儀，分流比為1∶1。

SPME條件：采用CTC PAL自動進樣器進行菜籽油樣品中揮發性成分的收集與進樣。稱取5 g菜籽油樣品倒入樣品瓶，萃取溫度60℃，萃取時間30 min，平衡時間40 min，解吸時間3 min。

GC條件：程序升溫為初始溫度40℃，保持5 min，以4℃/min升溫到180℃，再以10℃/min升溫到220℃，保持5 min；載氣(He)流速1.0 mL/min；進樣口溫度250℃；不分流進樣。

MS條件：電子轟擊(EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，質量掃描范圍(m/z)30～500。所得質譜數據用NIST 2011質譜數據庫檢索。

嗅聞儀條件：接口溫度220℃，為了防止評價員鼻腔干燥持續通入濕潤的空氣，評價員在嗅聞口進行嗅聞，同時記錄所聞到的香味特征。

GC-O分析的頻率檢測法：選取6名嗅覺較靈敏的評價員，要求評價員對檢測樣品中每一保留時間上的風味成分氣味呈現與否進行感官評定及描述。感官檢出頻率越高的氣味成分，認為對分析樣品的風味影響越大。

定性分析：實驗數據通過GC-MS化學工作站處理，未知化合物與NIST 2011質譜庫進行匹配定性，匹配度大于800(最大值為1 000)的鑒定結果予以報道。

定量分析：采用氣相色譜峰面積歸一化法計算各化合物在樣品中峰面積的相對含量，每個樣品重復3次，取其平均值。

2 結果與討論

2.1 基于SPME/GC-MS的菜籽油風味成分

對菜籽毛油、脫膠油、脫酸油、脫水油、脫色油、脫臭油樣品的揮發性成分進行SPME/GC-MS分析，結果見表1。

表1 基于SPME/GC-MS的菜籽油揮發性成分

續表1

揮發性成分相對含量/%毛油脫膠油脫酸油脫水油脫色油脫臭油 糠醇0.12----- 己醇0.58-00.2700.340.50- 5-甲基-1-己醇---00.090.15- 庚醇0.09----- (±)-6-甲基-5-庚烯基-2-醇-0.56---- 2-乙基-1-己醇-----3.57 1-苯氧基乙醇---00.18-1.17 2-丙基-1-庚醇-----0.54酸類 乙酸0.83----- 丙酸-00.28---- 丁酸-01.29---- 3-甲基戊酸-----0.44 辛酸-00.25---- 壬酸0.17----1.45酮類 2-戊酮--00.3800.440.75- 3-戊烯-2-酮---00.16-- 2-庚酮-01.0501.5202.035.31- 甲基庚烯酮0.2604.2802.2503.480.98- (E)-3-辛烯-2-酮-00.2500.4700.530.18- (E,E)-3,5-辛二烯-2-酮--00.4800.560.36- 2,3-二氫-3,5二羥基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮2.45----- 2-癸酮-00.8601.0801.291.12-烷烴類 2-甲基戊烷-00.7901.0900.730.29- 3-甲基戊烷-02.4502.5301.781.76- 己烷-15.8016.3215.333.46- 甲基環戊烷-06.6107.1005.991.66- 2-甲基己烷----1.43- 2,5-二甲基己烷----0.44- 2,4-二甲基己烷----0.31- 2-甲基庚烷----0.96- 壬烷0.12----- 4-氯辛烷-----0.25 十二烷0.21----- 甲基十三烷0.10----- 十四烷0.21----0.40烯類 1,4-戊二烯----0.33- 反式-3-甲基-2-戊烯----0.67- (E,Z)-2,4-己二烯----2.81- (Z,Z)-2,4-己二烯----5.17- 2-辛烯----4.67- 1-乙基-5-甲基環戊烯----0.26-

續表1

揮發性成分相對含量/%毛油脫膠油脫酸油脫水油脫色油脫臭油 2,4-辛二烯----3.70- 1,3-辛二烯----2.05- 檸檬烯0.30-----雜環類 2-乙基呋喃-1.291.570.491.52- 甲苯--0.250.220.77- 對二甲苯---0.210.780.70 1,3-二甲苯-----3.52 1,3,5-三甲苯----0.64- 2-正戊基呋喃-5.096.005.743.78- 間異丙基甲苯----0.16- 4-甲基-5-羥乙基噻唑0.10----- 4-乙烯基-2-甲氧基苯酚0.690.220.380.29-- 咖啡因-1.930.911.830.78-酯類 丙酸正丙酯---0.09-- γ-丁內酯1.100.23---- 己酸乙酯-4.68---- DL-泛酰內酯0.14----- γ-己內酯-0.33-0.19-- 丁位己內酯1.83----- 鄰苯二甲酸二甲酯-----0.45 十六烷酸甲酯-----0.33 鄰苯二甲酸二丁酯-0.17-0.22-0.89 鄰苯二酸二異辛酯-0.24----

注：“-”表示未檢出。

構成菜籽油揮發性成分的物質主要為吡嗪類化合物、硫甙降解產物、雜環類化合物及氧化揮發物(醛類、醇類、酮類、烯類等)。由表1可知，菜籽油樣品中共檢測到102種風味物質，包括吡嗪類4種，硫甙降解產物12種，醛類19種，醇類11種，酸類6種，酮類8種，烷烴類13種，烯類9種，雜環類10種和酯類10種。其中，菜籽毛油有39種風味物質，脫膠油有37種風味物質，脫酸油有38種風味物質，脫水油有45種風味物質，脫色油有50種風味物質，脫臭油有16種風味物質。

菜籽油在不同的精煉工藝階段，揮發性成分的組成存在顯著差異，不同工藝階段下菜籽油風味成分比較見表2。

表2 不同工藝階段下菜籽油風味成分比較

由表2可知，吡嗪類化合物和硫甙降解產物在毛油中的種類多、含量高，隨著精煉程度的增加，其種類和含量顯著降低，最終脫臭油中未檢出吡嗪類化合物以及僅檢出1種硫甙降解產物，這兩類物質是構成菜籽油烤香味和香辛料味的主要風味物質。與此同時，精煉過程中產生了大量的醛類、酮類、烷烴類以及雜環類化合物，但是經過脫臭工藝之后這幾類化合物的含量和種類又顯著降低。在脫膠油、脫酸油、脫水油、脫色油中，醛類物質的相對含量均超過20%，是毛油中相對含量的4～6倍，但是經過脫臭工藝后，醛類物質的種類僅有3種，相對含量為3.55%。醇類、酸類、酯類在精煉過程中變化較小。經過脫臭工藝之后，產生了2-乙基-1-己醇和2-丙基-1-庚醇，相對含量分別為3.57%、0.54%，脫臭油中醇類物質相對含量達到5.28%。在脫色工藝之后，產量了大量的烯類物質，相對含量達到19.66%。

2.2 特征風味成分分析

并非每一種揮發性成分都具有香氣，因此采用GC-O分析技術中的頻率檢測法確定菜籽毛油樣品中的特征風味成分，評價員感官檢出頻率越高的氣味成分，被認為對分析樣品的風味影響越高，選取檢出頻率高于50%的風味成分定為特征風味物質，結果如表3所示。

表3 頻率檢測法鑒定菜籽毛油中特征風味物質

由表3可知，共確定13種可被嗅聞到的香氣成分，包括2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、3-丁烯基異硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯、庚醛、反式-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-癸烯醛、檸檬烯以及丁位己內酯。

菜籽油特征風味主要源自吡嗪類、硫甙降解產物、醛類三大類化合物。油菜籽在壓榨過程中發生美拉德反應，產生大量的吡嗪類化合物，閾值低，香氣發散性好，是菜籽油具有烘焙、堅果氣味的關鍵成分。結合表1、表2和表3可知，菜籽毛油中的2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪具有明顯烤堅果味、烘烤味，但是經過脫膠工藝之后，這些風味成分全部損失完全。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物，目前在油菜中發現20余種。硫甙本身是一類穩定的化合物，但當組織受擠壓或損傷時，會發生水解反應，產生降解產物，硫甙降解產物是菜籽油中重要的風味成分，是使菜籽油具有獨特辛辣味的重要原因之一[15]。菜籽毛油中硫甙降解產物相對含量為38.06%，其中3-丁烯基異硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯具有典型的香辛料風味，在精煉過程中，硫甙降解產物由于受到脫膠、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，脫臭工藝之后，特征硫甙降解產物幾乎損失完全。

油脂的氧化揮發性成分由烴、醇、醛、酮、酸、酯等組分構成，這些物質對油脂的風味也起著重要作用[16]。醛類物質是油脂分解或氧化產物，氧化會導致碳氫過氧化物的形成，其會生成各種易揮發的短鏈次生氧化產物，呈現出脂肪香味以及刺激性的氣味。精煉過程會加速油脂氧化，所以醛類在精煉過程中相對含量有所提高。結合表1、表2和表3可知，具有刺激性氣味的庚醛和具有脂肪味的壬醛在脫膠、脫酸、脫水以及脫色環節中都有大幅度的提高，但是在脫臭環節中，具有明顯風味的醛類物質的含量又顯著降低。另外，具有檸檬味的檸檬烯和烤香味丁位己內酯僅在毛油中檢出，在脫膠工藝階段就已經完全損失了。

3 結 論

采用SPME/GC-MS、GC-O對菜籽油精煉過程中的風味成分的種類、香氣特點、含量進行了較全面的分析。菜籽油精煉過程中共檢測到102種風味物質，包括吡嗪類4種，硫甙降解產物12種，醛類19種，醇類11種，酸類6種，酮類8種，烷烴類13種，烯類9種，雜環類10種和酯類10種。確定2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、3-丁烯基異硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯、庚醛、反式-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-癸烯醛、檸檬烯以及丁位己內酯13種特征風味物質。研究發現菜籽油的風味主要來自于吡嗪類物質、硫甙降解產物以及醛類物質，精煉加工對菜籽油揮發性風味成分有影響顯著。吡嗪類化合物和硫甙降解產物是構成菜籽油烤香味和香辛料味的主要風味物質，這兩類物質在毛油中的種類多、含量高，隨著精煉程度的增加，其種類和含量顯著降低。精煉過程中產生了大量的醛類、酮類、烷烴類以及雜環類化合物，但是經過脫臭工藝之后這幾類化合物的含量和種類又顯著降低。為了保證菜籽油的安全性和延長貨架期，需要通過精煉過程除去其中的有毒有害物質，但與此同時，菜籽油中的特征風味物質也損失掉了，因此需要深入研究菜籽油精煉過程中風味物質的變化機理，以選擇合適的工藝獲得具有濃郁菜籽油風味的產品。