頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用法對食用植物油中易揮發(fā)成分的分析

陳僑僑，張生萬*，李美萍，王志娟，王洪燕，李 璐，李 煥

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用法對食用植物油中易揮發(fā)成分的分析

陳僑僑，張生萬*，李美萍，王志娟，王洪燕，李 璐，李 煥

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

采用頂空固相微萃取技術對7 種食用植物油（菜籽油、亞麻籽油、芝麻油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油和大豆油）中易揮發(fā)成分進行萃取富集，然后采用氣相色譜-質譜聯(lián)用法對其化學組成進行分離及定性，共檢測出118 種化合物，其中包括：酸類、醛類、醇類、酮類、烴類、醚類、硫甙降解物、吡嗪類、呋喃類、芳香類、酚類、吡咯類、吡啶類、吡喃類、噻唑類、酯類及其他類型化合物。并對各油種間主要易揮發(fā)成分的差異進行了分析評價。

頂空固相微萃??；氣相色譜-質譜聯(lián)用；食用植物油；易揮發(fā)成分

食用油是日常生活的必需品。隨著生活水平的提高，人們對食用油提出了除基本功能之外的更高要求，對營養(yǎng)價值、健康指標的關注度極大提升[1]。雖然大豆油、花生油、葵花籽油等的消費占主導，但小品種食用油的消費量也開始顯現(xiàn)[2]。在北方民間壓榨的菜籽油和亞麻籽油因其特殊風味深受當地人們的喜愛，其中的易揮發(fā)成分在一定程度上決定了油的感官質量，是存在于油中的次生特異性標志物，使植物油具有獨特的風味[3]。所以，對植物油中易揮發(fā)成分進行分析、比較各油種之間易揮發(fā)成分的差異具有重要意義。

劉曉君等[4]建立了頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用法，鑒定花生油易揮發(fā)成分的分析方法；秦早等[5]采用頂空固相微萃取結合氣質聯(lián)用技術對 芝麻油和芝麻香精的易揮發(fā)成分進行了研究，確定了芝麻油和芝麻香精的易揮發(fā)成分在種類上和相對含量上的差異；Steeson等[6]研究了大豆油和玉米油易揮發(fā)成分的萃取富集、分離條件。但對民間食用的菜籽油、亞麻籽油及市售多種精煉油間易揮發(fā)成分的分析比較尚未見報道。

本實驗采用頂空固相微萃取技術對7 種食用植物油（菜籽油、亞麻籽油、芝麻油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油和大豆油）中易揮發(fā)成分進行了萃取富集，然后，采用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術對其化學組成進行分離及定性，并對各油種間易揮發(fā)成分的差異進行了初步評價。其結果為食用植物油的安全性評價、油種的特征風味評價、摻假鑒定以及改善加工工藝等提供了一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

一級壓榨芝麻油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油及一級浸提大豆油 市購；菜籽油 山西陽泉小作坊；壓榨亞麻籽油（胡麻油） 山西大同小作坊。

1.2 儀器與設備

75 μm碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（carboxen/ polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）固相微萃取頭、100 μm聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）固相微萃取頭、50/30 μm聚二乙烯苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）固相微萃取頭及萃取手柄 美國Supelco公司；7890-N5973氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（配有質量選擇檢測器（mass selective detector，MSD）化學工作站和NIST 05質譜數據庫）及20 mL頂空萃取瓶（帶有聚四氟乙烯隔墊和鋁帽） 美國Agilent公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品易揮發(fā)成分的萃取富集方法

用10 mL移液管準確移取8.0 mL油樣置于20 mL頂空瓶中，用帶有隔墊的瓶蓋密封，置于集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中，在60 ℃條件下攪拌平衡20 min，然后通過隔墊將已老化（溫度250 ℃、時間20 min）好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭插入頂空瓶中距離液面1 cm處，吸附60 min，待氣相色譜-質譜聯(lián)用分析。

1.3.2 氣相色譜-質譜聯(lián)用分析條件

色譜條件：色譜柱：RTX-WAX（30 m×0.25 mm，0.5 μm）；升溫程序：40 ℃保持3 min，以4 ℃/min升至75 ℃，以8 ℃/min升至250 ℃，保持10 min；載氣（He）流速0.35 mL/min；進樣口溫度265 ℃；不分流。

質譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源；電子能量70 eV；離子源溫度175 ℃；接口溫度280 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z 20～450；質譜譜庫為NIST 05質譜庫。

1.3.3 氣相色譜-質譜聯(lián)用分析方法

在1.3.2節(jié)氣相色譜-質譜聯(lián)用分析條件下，將已按1.3.1節(jié)方法萃取富集被測樣品中易揮發(fā)成分的萃取頭插入氣相色譜進樣口，在265 ℃解吸5 min，隨后進行色譜掃描。并對其質譜進行解析、與NIST 05質譜庫相應標準譜圖進行比對，同時結合相關文獻數據確定各易揮發(fā)成分的分子結構，并采用峰面積歸一化法求得各組分相對含量。

2 結果與分析

2.1 頂空固相微萃取富集及氣相色譜-質譜聯(lián)用分析條件的選擇

對固相微萃取頭（50/30 μm DVB/CAR/PDMS、75 μm CAR/PDMS、100 μm PDMS）、萃取溫度、萃取時間以及氣相色譜-質譜聯(lián)用分析條件等進行了選擇，發(fā)現(xiàn)按實驗方法的條件，對食用植物油易揮發(fā)成分的萃取富集、分離效果最好，其典型的總離子流圖見圖1。

圖1 菜籽油易揮發(fā)成分總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile compounds in rapeseed oil

從圖1可知，除了空氣峰（保留時間1～5 min）和來自萃取頭的硅氧烷類雜質峰（保留時間10.722 min）分離欠佳之外，其他峰分離效果均較好。

2.2 易揮發(fā)成分組成分析

按實驗方法，對菜籽油、亞麻籽油、芝麻油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油和大豆油中易揮發(fā)成分進行了頂空固相微萃取氣相色譜-質譜聯(lián)用分析，對其質譜進行了解析，并與NIST 05質譜庫相應標準譜圖進行了比對，同時結合相關文獻[7]數據確定了118 種易揮發(fā)成分，并采用峰面積歸一化法測定了各組分的相對含量，其各組分的化合物名稱、色譜保留時間、與標準譜的匹配度、分子離子峰質荷比、各組分的相對含量均列于表1。

表1 7 種食用植物油易揮發(fā)成分組成Table 1 Volatile components and contents of seven kinds of edible vegetable oils

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

由表1可知，菜籽油、亞麻籽油、芝麻油、花生油、玉米胚芽油、葵花籽油和大豆油中共確定118 種易揮發(fā)化合物，包括：酸類、醛類、醇類、酮類、烴類、醚類、硫甙降解物、吡嗪類、呋喃類、芳香類、酚類、吡咯類、吡啶類、吡喃類、噻唑類、酯類及其他含氮類化合物。菜籽油和亞麻籽油中分別確定了44 種和46 種化合物，占易揮發(fā)成分總峰面積的85.67%和90.36%，其中，硫甙降解物[8]相對含量最高，分別占易揮發(fā)成分總峰面積的52.53%和21.28%，另外，亞麻籽油中吡嗪類化合物含量也相對較高（20.17%）。芝麻油和花生油中分別確定了48 種和40 種化合物，占易揮發(fā)成分總峰面積的92.65%和87.93%，且吡嗪類化合物相對含量最高，分別為47.77%和28.67%，此外，芝麻油中呋喃類化合物的相對含量也較高（11.19%），而花生油中相對含量較高的物質為酸類化合物（21.49%）；本實驗使用的玉米胚芽油、葵花籽油和大豆油中的易揮發(fā)成分相對較少，分別為13 種、5 種和6 種，相對含量分別占易揮發(fā)成分總峰面積的98.67%、91.40%和90.78%，另外，在玉米胚芽油和大豆油中均檢測出鄰苯二甲酸二異丁酯（diisobutyl phthalate，DIBP），分別占易揮發(fā)成分總峰面積的19.46%、6.09%。

2.3 各油種間主要易揮發(fā)成分的差異

2.3.1 吡嗪及其他雜環(huán)類化合物

由表1可知，吡嗪類化合物在芝麻油、花生油和亞麻籽油的易揮發(fā)成分組成中占有較大比重，分別占易揮發(fā)成分總出峰面積的47.77%、28.67%和20.17%，而在其他4 種油中含量甚微或沒有。吡嗪類化合物閾值極低，呈現(xiàn)典型焙烤堅果香氣，是構成亞麻籽油、芝麻油、花生油風味的主要貢獻物質[9]。如：2-乙?；拎壕哂蓄愃票谆ǖ南阄?，且比具有烘烤香、爆玉米和堅果仁香氣成分的2-甲基吡嗪的香氣更強烈[10]。

芝麻油、亞麻籽油、花生油、菜籽油中吡嗪類化合物分別有15、9、6 種和3 種，吡嗪類化合物的種類和相對含量的不同可能是構成各油種具有不同風味特征的主要原因。另外，存在于亞麻籽油、芝麻油、花生油中含量較高的吡嗪類化合物依次為2,5-二甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪。2,5-二甲基吡嗪的閾值（80 μg/L）非常低[11-12]，但其在亞麻籽油、芝麻油、花生油中的相對含量都非常高，分別占易揮發(fā)成分總峰面積的7.33%、11.06%和13.06%，所以推測2,5-二甲基吡嗪對芝麻油、亞麻籽油、花生油風味的形成具有很大的貢獻。另外，2-甲基吡嗪、2-乙?；拎?、1-（6-甲基-2-吡嗪基）-1-乙酮和2-乙基吡嗪等幾乎只存在于芝麻油中，相對含量分別為12.24%、2.34%、2.02%、1.06%，也是構成芝麻油特殊風味的重要組成成分。另外，呋喃、噻唑、吡咯、吡啶類化合物的不同香氣對植物油的風味也有一定貢獻，如某些呋喃類化合物具有各種果香和烤香[13]、吡咯類化合物一般呈青香和堅果香味[14]等。這些雜環(huán)類化合物的含量會隨著油料在加工過程中采用不同的蒸炒溫度而發(fā)生變化[15]。

2.3.2 硫甙降解產物

菜籽油和亞麻籽油中硫甙降解物的含量相對較高，分別為52.53%和21.278%，花生油（6.54%）次之，芝麻油、玉米胚芽油、葵花籽油、大豆油中均未檢測到硫甙降解產物，這可能與這些油料作物屬于不同的科屬有關。硫甙廣泛存在于十字花科植物中，目前在油菜中發(fā)現(xiàn)有20余種[16]。硫甙的降解產物是菜籽油的主要風味物質，Tripathi等[17]綜述了硫甙自身無生物活性，但會降解產生異硫氰酸酯、腈類化合物等，且腈類化合物會影響動物肝臟和腎的生理功能；異硫氰酸酯在食物中呈現(xiàn)出高度的生物活性，能夠有效的防止飲食中多種物質（如多環(huán)芳烴、雜環(huán)胺和亞硝胺）所引起的DNA損傷和致癌作用，但高劑量的異硫氰酸酯也具有基因毒性，可能會引起哺乳動物細胞姐妹染色體變異和染色體失常，從而引起突變和致癌[18]。

2.3.3 酸、醛、酮類化合物

酸、醛、酮類化合物是油脂分解或氧化產物[19]。植物油的氧化會導致碳氫過氧化物的形成，其會生成各種易揮發(fā)的短鏈次生氧化產物，有些產物因其易揮發(fā)會產生不愉快的氣味影響植物油的整體風味[20]。但其中有些化合物對植物油的風味具有一定貢獻，如（E,E）-2,4-庚二烯醛是亞麻酸的主要氧化產物，具有青草、水果、脂肪和香辛料的香味[21]。（E,E）-2,4-庚二烯醛存在于菜籽油、亞麻籽油、芝麻油3種植物油中。而菜籽油和亞麻籽油中（E,E）-2,4-庚二烯醛的含量較高，分別為3.97%、8.40%，這可能與菜籽油、亞麻籽油中亞麻酸含量高有關。

2.3.4 鄰苯二甲酸二異丁酯

這7 種油雖都采用塑料包裝，但僅在玉米胚芽油和大豆油中檢測出鄰苯二甲酸二異丁酯，分別占玉米胚芽油和大豆油易揮發(fā)成分總峰面積的19.46%、6.0 9%，可能是來自于油脂加工過程或包裝材料的增塑劑，其絕對含量是否在安全范圍內，以及采用頂空固相微萃取方法測定油中鄰苯二甲酸酯類化合物分析條件的選擇，有待進一步研究。鄰苯二甲酸酯（phthalates，PAEs）是熱塑性塑料生產中常用的一類增塑劑，其在塑料中質量分數高達20%～30%[22]。PAEs能從食用油塑料包裝材料向油中遷移污染食用油，污染程度隨油在塑料瓶中存儲時間延長而增加[23]。且一旦進入人體，便很快積蓄在脂肪組織里，不易排泄出去，從而導致人體內殘留著高濃度的鄰苯二甲酸酯[24]。有些鄰苯二甲酸酯對動物的生長發(fā)育具有毒性作用[25]，且會干擾人體的內分泌系統(tǒng)[26]。

3 結 論

采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用方法，分別對7 種植物油樣品進行了萃取富集、定性和歸一化含量分析，共檢測出118 種易揮發(fā)成分，其中菜籽油以硫甙降解產物（7 種）為主；芝麻油以吡嗪類（15 種）為主，亞麻籽油以吡嗪類（9 種）和硫甙降解產物（6 種）為主，花生油以吡嗪類（6 種）和酸類（5 種）為主，且芝麻油、亞麻籽油、花生油所含的吡嗪類化合物在種類和相對含量上的不同，是影響這些油種特征風味的重要因素；本實驗的玉米胚芽油、葵花籽油、大豆油的易揮發(fā)成分以烴類和酯類為主，幾乎無特別風味。對于食用植物油的安全性評價、油種特征風味鑒定有待作進一步研究。

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Analysis of Volatile Compounds in Edible Vegetable Oils Using Headspace Solid Phase Micro-Extraction and GC-MS

CHEN Qiao-qiao, ZHANG Sheng-wan*, LI Mei-ping, WANG Zhi-juan, WANG Hong-yan, LI Lu, LI Huan
(College of Life Sciences, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

The volatile compounds in seven kinds of edible vegetable oil including rapeseed oil, flaxseed oil, sesame oil, peanut oil, corn oil, sunflower seed oil, and soybean oil, were extracted and concentrated by headspace solid phase microextraction (HS-SPME), and then separated and identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Totally 118 compounds were identified, including acids, aldehydes, alcohols, ketones, hydrocarbons, ethers, degradation products of glucosinolates, pyrazines, furans, aromatic compounds, phenols, pyrroles, pyridines, pyrans, thiazoles, esters and other compounds. Differences in major volatile compounds from these edible vegetable oils were analyzed and evaluated.

headspace solid phase micro-extraction; gas chromatography-mass spectrometry; edible vegetable oils; volatile compounds

TS227

A

1002-6630（2014）14-0097-05

10.7506/spkx1002-6630-201414019

2013-11-15

國家自然科學基金面上項目（31171748）；山西省普通高校特色重點學科建設項目（011352011）

陳僑僑（1990—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學。Email：15234031142@163.com

*通信作者：張生萬（1955—），男，教授，學士，研究方向為食品化學。Email：zswan@sxu.edu.cn