精煉過程對菜籽油風(fēng)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(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，老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室，北京 102209； 2.中糧油脂研發(fā)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(xué)食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)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(zhì)及生活享受，食品風(fēng)味研究作為一個新興的研究方向，受到越來越多的關(guān)注。香氣是評價植物油質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，研究植物油的風(fēng)味成分可以讓人們了解風(fēng)味的構(gòu)成、風(fēng)味形成的過程及機(jī)理，從而有利于改進(jìn)烹飪方法、食品工藝流程等，對食品行業(yè)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(fēng)味深受消費(fèi)者喜愛。已有研究采用固相微萃取技術(shù)(SPME)結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)對亞麻籽油、濃香菜籽油、花生油等植物油進(jìn)行揮發(fā)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(qū)不同品種的初榨橄欖油的揮發(fā)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(fēng)味物質(zhì)貢獻(xiàn)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(qiáng)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(xùn)練程度要求低，能夠快速推斷樣品中的主要特征風(fēng)味物質(zhì)[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(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行特征風(fēng)味成分鑒定，同時對氣味進(jìn)行描述。

在植物油生產(chǎn)過程中，由于加工工藝和技術(shù)不同，風(fēng)味會發(fā)生變化，如壓榨、焙烤等過程中會產(chǎn)生多種風(fēng)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(fēng)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(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)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(fā)性風(fēng)味成分變化的相關(guān)研究。本文通過SPME/GC-MS技術(shù)結(jié)合GC-O技術(shù)確定菜籽毛油中的特征風(fēng)味物質(zhì)，分析精煉過程中不同工藝階段菜籽油中的揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)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(yè)(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(dá)到壓榨一級菜籽油的標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

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；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(shí)驗(yàn)方法

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)譜和嗅聞儀組成，樣品經(jīng)進(jìn)樣口解吸后，經(jīng)GC分離后分別進(jìn)入質(zhì)譜檢測器和嗅聞儀，分流比為1∶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(jìn)樣口溫度250℃；不分流進(jìn)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(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。

嗅聞儀條件：接口溫度220℃，為了防止評價員鼻腔干燥持續(xù)通入濕潤的空氣，評價員在嗅聞口進(jìn)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(fēng)味成分氣味呈現(xiàn)與否進(jìn)行感官評定及描述。感官檢出頻率越高的氣味成分，認(rèn)為對分析樣品的風(fēng)味影響越大。

定性分析：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過GC-MS化學(xué)工作站處理，未知化合物與NIST 2011質(zhì)譜庫進(jìn)行匹配定性，匹配度大于800(最大值為1 000)的鑒定結(jié)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(fù)3次，取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 基于SPME/GC-MS的菜籽油風(fēng)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(fā)性成分進(jìn)行SPME/GC-MS分析，結(jié)果見表1。

表1 基于SPME/GC-MS的菜籽油揮發(fā)性成分

續(xù)表1

揮發(fā)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(huán)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(huán)戊烯----0.26-

續(xù)表1

揮發(fā)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(huán)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(nèi)酯1.100.23---- 己酸乙酯-4.68---- DL-泛酰內(nèi)酯0.14----- γ-己內(nèi)酯-0.33-0.19-- 丁位己內(nèi)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(gòu)成菜籽油揮發(fā)性成分的物質(zhì)主要為吡嗪類化合物、硫甙降解產(chǎn)物、雜環(huán)類化合物及氧化揮發(fā)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(fēng)味物質(zhì)，包括吡嗪類4種，硫甙降解產(chǎn)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(huán)類10種和酯類10種。其中，菜籽毛油有39種風(fēng)味物質(zhì)，脫膠油有37種風(fēng)味物質(zhì)，脫酸油有38種風(fēng)味物質(zhì)，脫水油有45種風(fēng)味物質(zhì)，脫色油有50種風(fēng)味物質(zhì)，脫臭油有16種風(fēng)味物質(zhì)。

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

表2 不同工藝階段下菜籽油風(fēng)味成分比較

由表2可知，吡嗪類化合物和硫甙降解產(chǎn)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(chǎn)物，這兩類物質(zhì)是構(gòu)成菜籽油烤香味和香辛料味的主要風(fēng)味物質(zhì)。與此同時，精煉過程中產(chǎn)生了大量的醛類、酮類、烷烴類以及雜環(huán)類化合物，但是經(jīng)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(zhì)的相對含量均超過20%，是毛油中相對含量的4～6倍，但是經(jīng)過脫臭工藝后，醛類物質(zhì)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(jīng)過脫臭工藝之后，產(chǎn)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(zhì)相對含量達(dá)到5.28%。在脫色工藝之后，產(chǎn)量了大量的烯類物質(zhì)，相對含量達(dá)到19.66%。

2.2 特征風(fēng)味成分分析

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

表3 頻率檢測法鑒定菜籽毛油中特征風(fēng)味物質(zhì)

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(nèi)酯。

菜籽油特征風(fēng)味主要源自吡嗪類、硫甙降解產(chǎn)物、醛類三大類化合物。油菜籽在壓榨過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生大量的吡嗪類化合物，閾值低，香氣發(fā)散性好，是菜籽油具有烘焙、堅果氣味的關(guān)鍵成分。結(jié)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(jīng)過脫膠工藝之后，這些風(fēng)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(chǎn)物，目前在油菜中發(fā)現(xiàn)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，會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生降解產(chǎn)物，硫甙降解產(chǎn)物是菜籽油中重要的風(fēng)味成分，是使菜籽油具有獨(dú)特辛辣味的重要原因之一[15]。菜籽毛油中硫甙降解產(chǎn)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(fēng)味，在精煉過程中，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，脫臭工藝之后，特征硫甙降解產(chǎn)物幾乎損失完全。

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[16]。醛類物質(zhì)是油脂分解或氧化產(chǎn)物，氧化會導(dǎo)致碳?xì)溥^氧化物的形成，其會生成各種易揮發(fā)的短鏈次生氧化產(chǎn)物，呈現(xiàn)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(jié)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(huán)節(jié)中都有大幅度的提高，但是在脫臭環(huán)節(jié)中，具有明顯風(fēng)味的醛類物質(zhì)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(nèi)酯僅在毛油中檢出，在脫膠工藝階段就已經(jīng)完全損失了。

3 結(jié) 論

采用SPME/GC-MS、GC-O對菜籽油精煉過程中的風(fēng)味成分的種類、香氣特點(diǎn)、含量進(jìn)行了較全面的分析。菜籽油精煉過程中共檢測到102種風(fēng)味物質(zhì)，包括吡嗪類4種，硫甙降解產(chǎn)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(huán)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(nèi)酯13種特征風(fēng)味物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)菜籽油的風(fēng)味主要來自于吡嗪類物質(zhì)、硫甙降解產(chǎn)物以及醛類物質(zhì)，精煉加工對菜籽油揮發(fā)性風(fēng)味成分有影響顯著。吡嗪類化合物和硫甙降解產(chǎn)物是構(gòu)成菜籽油烤香味和香辛料味的主要風(fēng)味物質(zhì)，這兩類物質(zhì)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(chǎn)生了大量的醛類、酮類、烷烴類以及雜環(huán)類化合物，但是經(jīng)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(zhì)，但與此同時，菜籽油中的特征風(fēng)味物質(zhì)也損失掉了，因此需要深入研究菜籽油精煉過程中風(fēng)味物質(zhì)的變化機(jī)理，以選擇合適的工藝獲得具有濃郁菜籽油風(fēng)味的產(chǎn)品。