不同加工方式茶籽油揮發性風味成分聚類分析

李梓銘,庾廬山，黃 軍，佘佳榮，湯 萍,劉建兵,喻寧華,富冠豪,李紅愛

(1.湖南省林產品質量檢驗檢測中心,湖南長沙 410000; 2.廣東省食品藥品職業學院，廣東廣州 510000; 3.湖南安全技術職業學院,湖南長沙 410151)

油茶屬山茶科(Theaceae)之常綠小喬木,主要產地為我國中南及東南地區(長江中下游地區的山區),是我國特有的傳統木本食用植物油料作物,主要的品種為大果種油茶(CamelliaoleiferaAble)及小果種油茶(CamelliatenuifoliaHay)兩種品種。因其與橄欖油皆是以油酸為主的單不飽和脂肪酸油脂,故有“東方橄欖油”的美稱。除供食用外,在臨床上有解毒、預防心血管疾病、調節免疫力等功效[1]。

植物油摻假檢測和品質鑒定主要依靠氣相色譜(GC)分析法[2],而植物油指紋圖譜分析主要是以氣相色譜-質譜法(GC-MS)和高效液相色譜法(HPLC)為手段[3],揮發性風味成分研究常見于品質管控和生產工藝優化[4]。橄欖油是通過特征指標和質量指標檢測實現質量分級[5],A Genovese等[6]利用電子舌等設備研究酚醛成分對芳香物質的影響,分析最佳口感橄欖油的主要成分。Amar等[7]研究表明,高品質的特級初榨橄欖油結合芳香酶抑制劑使用可以協調減少細胞內生物雌酮合成,能降低乳腺癌的發病率。目前鑒別茶籽油標準采用脂肪酸、折光指數實驗作為主要判別依據[8]。佘佳榮等[9]采用氣相色譜法,對摻入不同比例其它植物油的茶籽油進行脂肪酸檢測,結果表明對于摻入1種植物油的鑒別方法是可行的,但摻入2種以上或含量低于15%的其它植物油時,對于油脂混摻辨別的能力仍顯不足。龍奇志等[10]通過SPME法對茶籽油主要揮發性成分定性、定量分析,并推測茶籽油中的醛類物質組成模式可能是鑒別茶籽油技術的突破口。

在油脂的熱處理過程中,除了油酸和亞油酸氧化分解的揮發成分外,還會伴隨如丙烯醛、氧化α,β不飽和醛、烷基芳和多環芳烴等有害揮發性成分[11],研究揮發性成分的形成機理,對于改善品質和降低不安全因素保障食品安全具有重要意義。與常規的提取方法相比,固相微萃取(SPME)法能較好地進行揮發性成分的提取和精煉[12]。Romero等[13]通過SPME-GC-MS法識別和量化分析初榨橄欖油揮發性化合物,并驗證該方法可靠性和分析結果的一致性,確立相關方法,以補充初榨橄欖油認證和質量檢測方面存在的研究空白。周波等[14]采用SPME-GC-MS法構建茶籽油揮發性成分指紋圖譜數據,并采用樣本間夾角余弦來計算相似度,可用于檢驗摻入25%以上菜籽油的茶籽油。本研究對不同加工方式的茶籽油風味物質成分進行差異性比較,為茶籽油按品質分級提供理論依據，對于更好地開發和推廣我國木本油料資源和產業持續發展具有重要意義。利用揮發性成分進行對比,篩查出具有等級識別性的特征成分,為開發簡易、有效的茶籽油鑒定方法奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

物理壓榨茶籽油、精煉茶籽油 購自湖南衡陽;溶劑浸提茶籽油 購自湖南郴州。

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜質譜聯用儀 日本島津公司;85-2型數顯恒溫磁力攪拌器 金壇市大地自動化儀器廠;10 mL具塞試管;固相微萃取器手柄、30/50 μm DVB/PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發性物質測定 采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法(HS-SPME-GC-MS)對物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發性風味物質進行提取和分析。

固相微萃取條件:分別取2 mL物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油置于頂空瓶中,用隔墊密封。將頂空瓶置于40 ℃恒溫平衡30 min,通過隔墊插入已活化好的SPME萃取頭(270 ℃,1.5 h),在70 ℃下頂空吸附30 min,之后再插入GC進樣口,啟動待機模式,在250 ℃下解析2 min后開始檢測。

氣相色譜條件:Rxi?-5Sil MS(30 m×0.25 mm×0.20 μm)色譜柱,柱溫升溫程序:初始溫度40 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升到220 ℃,保持10 min;進樣口溫度250 ℃;載氣流速1.0 mL/min;載氣為He;進樣方式:不分流。

質譜條件:電子轟擊離子源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度150 ℃,接口溫度280 ℃,燈絲發射電流200 μA;掃描質量范圍35～350 amu。

1.2.2 關鍵揮發性物質評價方法 采用相對氣味活度值法(relative odor activity value,ROAV)對樣品進行風味評價[15],定義對樣品貢獻最大組分的ROAVmax為100,對其它香氣成分則有:

其中:Ci、Ti分別為各揮發性物質的相對百分含量和相對應的感覺閾值;Cmax、Tmax分別為對樣品總體風味貢獻最大的組分的相對百分含量和相對應的感覺閾值。

每種樣品設5個重復,結果取平均值。三種樣品ROAV采用統計軟件SPSS 25.0進行“類間平均距離法”聚類分析。

2 結果與分析

2.1 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發性物質成分分析

本試驗采用HS-SPME-GC-MS聯用技術分析物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油的揮發性風味物質。結果如圖1所示,排除硅氧烷類雜峰后,物理壓榨、精煉和溶劑浸提茶籽油的揮發性風味物質種類分別為75種、67種和49種(見表1),這為后續特征成分的篩查工作奠定了良好的基礎。

表1 茶籽油揮發性物質分類Table 1 Classification of volatile compounds in camellia seed oil

圖1 三種茶籽油的離子流色譜圖Fig.1 Ion current chromatogram of three camellia seed oil

由圖1可見,HS-SPME可以很好地吸附茶籽油樣品的揮發性風味成分,通過GC-MS的分析檢測,可以得到良好的總離子流圖。

對一系列不同工藝茶籽油中的揮發性成分進行了含量比對。研究發現在所有茶籽油的HS-SPME-GC-MS譜圖中,在保留時間13.66 min處都有一很強的特征峰。

精煉茶籽油受到脫膠、脫酸、脫色、脫臭等加工過程的處理,在種類及相對含量上都逐漸減少。茶籽油的香味是由多種成分協同作用,其中醛類的貢獻最突出。由表1中可知,物理壓榨茶籽油中揮發性物質總數最多(75種),溶劑浸提茶籽油的揮發性物質總數最少的(49種)。在精煉或浸提后,雜環類、酯類、酸類的種類均減少,雜環類的變化最為突出,推測這一變化與脫臭工藝有關[16]。因溫度等外界條件改變促進酯類化合物的分解,因此在精煉和浸出油中,酯類的分解產物醇類及酸類化合物變化較為明顯。在浸出油中,酯類的比例是三者中最低,酯類對食物的風味起到修飾、補充作用,而易因氧化而生成短鏈次生氧化產物的醛酮類物質變化不太明顯,說明茶籽油中含有抗氧化效果的成分。

2.2 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中相對氣味活度值分析

進一步分析三種茶籽油部分揮發性物質的相對百分含量、感覺閾值和相對氣味活度值(ROAV)見表2。通過GC-MS分析可知，物理壓榨和精煉茶籽油中檢測出相對含量量最多的前三種是辛醛、壬醛和己醛,溶劑浸提茶籽油則是壬醛、辛醛和(E)-2-葵烯醛。精煉茶籽油中檢測出的辛醛、壬醛及己醛相對百分含量高于物理壓榨茶籽油,與況小玲等[17]的研究結論基本一致。

表2 茶籽油主要揮發性物質組成和相對氣味活度值Table 2 Composition and ROAV values of main volatile flavor compounds in camellia seed oil

2.3 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油關鍵揮發性物質聚類分析

一般認為ROAV≥1的物質為所分析樣品的關鍵揮發性物質,而0.1≤ROAV<1的物質對樣品總體香氣具有重要的修飾作用[18]。為了進一步確定加工過程對茶籽油的影響,

結合表2所示的茶籽油揮發性物質的相對百分含量和感覺閾值,確定物理壓榨、精煉茶籽油中辛醛的相對氣味活度值ROAVmax=100,溶劑浸提茶籽油中的壬醛相對氣味活度值ROAVmax=100。結果見表3。

表3 茶籽油中關鍵揮發性物質(ROAV≥1)Table 3 Characteristic volatile flavor compounds in camellia oil(ROAV≥1)

由表3可知,雖然物理壓榨與精煉茶籽油風味存在一定的差異,但它們的關鍵風味物質組成交叉關系明顯。三種茶籽油中關鍵揮發性物質主要以脂肪香氣為主,且均為醛類物質,這主要是因為揮發性物質對茶籽油風味的貢獻由其濃度與閾值共同決定,而醛類閾值較低,因此對風味的貢獻更加突出。物理壓榨、精煉油以脂香氣為主,輔以青草、香橙氣味,而溶劑浸提油則缺乏青香,香橙味也不太明顯。因此推斷溶劑浸提油特征表現氣味較少,缺乏誘人的組合香氣。

為了進一步確認茶籽油中關鍵揮發性物質的影響,對圖2中10種關鍵揮發性物質ROAV值數據進行聚類分析,結果如圖2。圖2中若以10作為分界點,可將10種物質分成4類,第1類包括:(E)-2-癸烯醛、2-庚烯醛、庚醇、庚醛、壬醛;第2類包括:E-2-辛烯醛;第3類包括:己醛、甲酸辛酯、2-正戊基呋喃;第4類包括:辛醛。其中第2類揮發性物質的ROAV值在三種茶籽油中所占比例不高,第1類揮發性物質的ROAV值在溶劑浸提茶籽油中高于其它兩種,第3類揮發性物質主要存在于物理壓榨、精煉茶籽油。因此可以推斷己醛、2-正戊基呋喃是區分茶籽油加工方法的重要風味物質,研究E-2-辛烯醛和辛醛的產生機理,有助于控制茶籽油風味特征的形成。

圖2 關鍵揮發性物質聚類分析樹狀圖Fig.2 The cluster analysis tree of characteristic volatile components

3 結論

醛類化合物為茶籽油中主要揮發性物質,E-2-辛烯醛和辛醛在茶籽油的鑒別中起到重要的影響。茶籽油加工條件具有很大的隨意性和不確定性,具體加工技術參數如含殼率、含水率、烘烤溫度和時間等,并無統一規范,影響出油率、過氧化值、角鯊烯含量等,致使市場混亂,制約我國茶籽油產業的發展[19-20]。茶籽油的質量分級工作難度較大,關鍵是找到“特征值”,通常將脂肪酸、角鯊烯含量和甾醇作為研究對象,結合不同的分析定量方法對樣品進行檢測。對茶籽油中風味物質相關研究較少,尤其是風味化合物的成因。由于具有代表性且穩定的樣品收集篩選難度較大,基于揮發性風味物質的甄別還需要大量的數據佐證。下一步計劃選擇加工過的茶籽油進行特征標志物研究,并采用定性定量分析,建立數據數據模型,進而構建更精準的茶籽油質量分級技術,為茶籽油的食品安全監管提供技術保障。