脫膠與脫酸對(duì)菜籽油揮發(fā)性組分的影響

姚英政，董 玲，梁 強(qiáng)，黎 劍，李 浦，朱 宇*，周 琦

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川 成都 610066；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北 武漢 430062；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)核技術(shù)研究所，四川 成都 610066）

菜籽油是我國(guó)傳統(tǒng)食用植物油之一，其消費(fèi)量?jī)H次于大豆油[1]。菜籽油具有合理的脂肪酸組成，尤其是人體必需脂肪酸α-亞麻酸含量較高，且亞油酸與α-亞麻酸的比例符合營(yíng)養(yǎng)學(xué)推薦比例[2]，是一種健康的食用植物油。菜籽油中含有生育酚、甾醇、canolol等有益微量成分。生育酚是一種抗氧化劑，能夠淬滅單線態(tài)氧，是菜籽油中的重要組成[3]；甾醇具有預(yù)防心血管疾病等多種重要生理功能[4]；canolol是菜籽油中存在的一種脂溶性良好的多酚類物質(zhì)，在加熱過(guò)程中會(huì)形成二聚體或低聚體[5]，具有良好的自由基清除能力[6]。同時(shí)，菜籽油中也含有多環(huán)芳烴[7]、反式脂肪酸[8]等對(duì)人體有害的微量成分。這些有益或有害的成分在菜籽油加工過(guò)程中會(huì)發(fā)生不同程度的變化。不同的制油工藝對(duì)菜籽油中的脂肪酸組成沒(méi)有顯著影響，但對(duì)菜籽油中的微量成分影響較大[3]。例如脫酸過(guò)程中甾醇含量損失近2/3；脫臭過(guò)程中生育酚含量降低17%，而反式脂肪酸含量升高約4 倍[4]；精煉后90%的canolol都將損失[5]；苯并(a)芘（多環(huán)芳烴之一）含量在菜籽炒制和壓榨過(guò)程中一般不會(huì)升高，而脫膠和脫酸可以有效降低其含量[9]。

菜籽油特有的濃郁香氣是其深受消費(fèi)者喜愛(ài)的原因之一，不同加工工藝條件下的菜籽油具有不同的風(fēng)味特征。菜籽油中揮發(fā)性成分主要包括硫苷降解產(chǎn)物、氧化揮發(fā)物和雜環(huán)化合物[10-13]。炒制溫度對(duì)這3 類物質(zhì)的產(chǎn)生具有顯著影響[13]。熱榨毛油中雜環(huán)類物質(zhì)種類和相對(duì)含量明顯高于浸出毛油、脫皮冷榨油和一級(jí)菜籽油，而一級(jí)菜籽油中的揮發(fā)性成分主要是氧化揮發(fā)物[10,12]。經(jīng)過(guò)熱處理和微波處理后，冷榨菜籽油中的硫苷降解產(chǎn)物含量比未經(jīng)任何處理時(shí)更低，而氧化揮發(fā)物和雜環(huán)化合物含量則更高[11]。

脫膠與脫酸是油脂精煉的2 個(gè)工藝環(huán)節(jié)。脫膠主要是為了除去油脂中的磷脂。盡管磷脂能提高油脂的抗氧化能力，且對(duì)降低人體膽固醇和治療神經(jīng)障礙具有積極作用，但其對(duì)菜籽油的加工工藝和感官品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此必須在精煉過(guò)程中將其除去[14]。脫酸主要是為了除去油脂中的游離脂肪酸，因?yàn)橛椭械挠坞x脂肪酸會(huì)加速氫過(guò)氧化物的分解，加快油脂腐敗變質(zhì)[15]，因此必須將其含量降低至符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

目前，鮮見(jiàn)精煉過(guò)程對(duì)菜籽油揮發(fā)性成分及風(fēng)味影響的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)研究傳統(tǒng)脫膠和脫酸工藝分別對(duì)冷榨和熱榨菜籽油中揮發(fā)性成分的影響，并考察酸價(jià)和過(guò)氧化值的變化，為菜籽油生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷榨菜籽油（C1）：菜籽壓榨溫度約85 ℃，采用YZYX-12X2L冷榨機(jī)壓榨制得；冷榨脫膠菜籽油（C2）：由C1經(jīng)脫膠制得；冷榨脫酸菜籽油（C3）：由C2經(jīng)脫酸制得；熱榨菜籽油（H1）：菜籽壓榨溫度約130 ℃，采用YZYX140-8熱榨機(jī)壓榨制得；熱榨脫膠菜籽油（H2）：由H1經(jīng)脫膠制得；熱榨脫酸菜籽油（H3）：由H2經(jīng)脫酸制得。

標(biāo)準(zhǔn)品1,5-己二烯-3-醇、己醛、反-2-庚烯醛、異硫氰酸烯丙酯、辛醛、辛醇、壬醛、辛酸、苯甲酸、癸醛、壬酸、吲哚、5-硝基間二甲苯、2-吡咯烷酮、5-羥甲基-2-呋喃甲醛 美國(guó)Sigma公司；標(biāo)準(zhǔn)品反,反-2,4-庚二烯醛 日本W(wǎng)AKO公司；標(biāo)準(zhǔn)品己醇、2-呋喃甲酸甲酯 日本TCI公司；標(biāo)準(zhǔn)品5-甲基-2-呋喃甲醛、四氫-4,4,6-三甲基-2H-吡喃-2-酮、4-甲基-2,5-二甲氧基苯甲醛 加拿大TRC公司。

1.2 儀器與設(shè)備

YZYX-12X2L冷榨機(jī) 武漢新概念農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造有限公司；YZYX140-8熱榨機(jī) 綿陽(yáng)市廣鑫糧油機(jī)械制造有限公司；6890-5973S氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 安捷倫科技有限公司；二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 油樣制取

菜籽經(jīng)脫皮、皮仁分離后進(jìn)入調(diào)溫塔，在85 ℃條件下調(diào)溫30 min，立即放料至冷榨機(jī)進(jìn)行壓榨，沉降后取上清液即得C1；將C1加熱至60 ℃，加入油質(zhì)量5%的熱水（80 ℃左右），并加入油質(zhì)量0.2%的磷酸攪拌30 min，沉淀過(guò)濾后得C2；根據(jù)C2的酸價(jià)計(jì)算加堿量，將相應(yīng)量的食品級(jí)燒堿配成16%的水溶液，并加熱至80 ℃，加入60 ℃的C2中攪拌30 min，沉降過(guò)濾后得C3；菜籽不脫皮經(jīng)130 ℃高溫炒制后，立即放料至熱榨機(jī)進(jìn)行壓榨，沉降后取上清液即得H1；H2制取過(guò)程同C2；H3制取過(guò)程同C3。

1.3.2 頂空固相微萃取

參照楊湄等[10]的方法，略有改動(dòng)。準(zhǔn)確量取8 mL油樣于20 mL頂空瓶中，用聚四氟乙烯隔墊密封，插入萃取頭，在80 ℃條件下平衡10 min，推出纖維頭萃取40 min后抽回纖維頭，拔出萃取頭。將萃取頭插入氣相色譜-質(zhì)譜進(jìn)樣口，推出纖維頭于250 ℃解吸5 min。

1.3.3 氣相色譜-質(zhì)譜分析條件

色譜條件：HP-5毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為氦氣，流量1.0 mL/min，分流比2∶1；升溫程序：色譜柱初始溫度50 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至150 ℃，然后以10 ℃/min升至260 ℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度260 ℃。

質(zhì)譜條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；檢測(cè)器電壓350 V；質(zhì)量掃描速率5 scans/s；質(zhì)量掃描范圍m/z20～450。

1.3.4 酸價(jià)與過(guò)氧化值測(cè)定

酸價(jià)測(cè)定：參照GB 5009.229—2016《食品中酸價(jià)的測(cè)定》[16]中第1法的步驟進(jìn)行，以KOH計(jì)；過(guò)氧化值測(cè)定：參照GB 5009.227—2016《食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》[17]中第1法的步驟進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

揮發(fā)性成分鑒定通過(guò)2 種方式進(jìn)行，一是由計(jì)算機(jī)檢索與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)相匹配，得到各揮發(fā)性成分的種類，二是通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比對(duì)。采用峰面積歸一化法計(jì)算揮發(fā)性成分的相對(duì)含量。采用XLSTAT 2010進(jìn)行主成分分析[18]。采用Excel 2007軟件計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用PASW Statistics 18進(jìn)行Duncan檢驗(yàn)。

續(xù)表1

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性組分分析

表1 冷榨與熱榨菜籽油中的揮發(fā)性組分Table 1 Volatile compositions of cold- and hot-pressed rapeseed oils

如表1所示，冷榨油和熱榨油的6 個(gè)樣品中檢測(cè)到9 類共46 種物質(zhì)，包括醇、醛、酸、酚、酯、氧環(huán)化合物、氮環(huán)化合物、氮化合物和硫氮化合物。C1、C2、C3、H1、H2和H3中分別檢測(cè)到26、25、27、39、36 種和33 種揮發(fā)性成分，這些成分分別占各自樣品中總揮發(fā)性成分的75.40%、92.89%、88.70%、75.62%、93.72%和98.02%。可以看到，熱榨油（H1～H3）比冷榨油（C1～C3）中的揮發(fā)性成分更復(fù)雜。這可能與壓榨溫度相關(guān)，更高的壓榨溫度引起更復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生種類更多的揮發(fā)性成分。另外，C1和H1中檢測(cè)到的揮發(fā)性成分只占總揮發(fā)性成分的75%左右，而C2和C3中達(dá)90%左右，H2和H3中更高達(dá)93%以上。這表明脫膠和脫酸可以降低菜籽油中揮發(fā)性組分的復(fù)雜性，換言之，脫膠和脫酸有利于菜籽油的純化。

表1中，冷榨油中相對(duì)含量較高的揮發(fā)性組分為硫氮化合物（28%～34%）、醛類（20%～40%）和氮化合物（8%～10%），熱榨油中相對(duì)含量較高的組分為醛類（23%～39%）、氮化合物（20%～38%）和氧環(huán)化合物（8%～12%）。由此可見(jiàn)，醛類和氮化合物在冷榨油和熱榨油中都占有較為重要的地位；硫氮化合物主要存在于冷榨油中，其在熱榨油中相對(duì)含量較低；氧環(huán)化合物在冷榨油中未檢出，在熱榨油中占有較為重要的地位。

2.1.1 醛類

醛類是不飽和脂肪酸氧化后形成的過(guò)氧化物的裂解，對(duì)油脂的風(fēng)味具有重要作用[19]。由表1可知，冷榨油中均含有9 種醛，而熱榨油中均含有6 種醛。冷榨油中反,反-2,4-庚二烯醛和壬醛相對(duì)含量較高，未檢測(cè)到熱榨油中存在的4-羥基-3,5-二甲氧基苯甲醛；熱榨油中以4-甲基-2,5-二甲氧基苯甲醛為主，未檢測(cè)到冷榨油中存在的反-2-庚烯醛、己醛、辛醛和癸醛。反,反-2,4-庚二烯醛和壬醛是油酸氧化的產(chǎn)物[10,20]，前者具有青草、水果、脂肪和香辛料的香味[12]，后者具有青草味、柑橘味和脂肪味[2]；己醛、辛醛和癸醛等直鏈飽和醛通常呈現(xiàn)出令人不愉快的青草味和辛辣的刺激性氣味，且閾值很低[19]；4-羥基-3,5-二甲氧基苯甲醛則產(chǎn)生令人愉快的堅(jiān)果味[10]。熱榨油中的4-甲基-2,5-二甲氧基苯甲醛從結(jié)構(gòu)上看與4-羥基-3,5-二甲氧基苯甲醛相近，推測(cè)前者可能是后者的前體物質(zhì)，有可能對(duì)熱榨油的風(fēng)味具有重要貢獻(xiàn)，但尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。以上可能是冷榨油呈青草味、刺激味，而熱榨油呈堅(jiān)果香味的原因之一。

2.1.2 氮化合物和硫氮化合物

氮化合物和硫氮化合物是硫苷降解產(chǎn)物。硫苷降解產(chǎn)物是菜籽油中重要的風(fēng)味物質(zhì)，是菜籽油具有獨(dú)特辛辣味的主要原因之一[10]。1-丁烯基-4-異硫氰酸酯、苯基丙腈和2-甲代-1-丙烯基氰等是菜籽油中的主要硫苷硫苷降解產(chǎn)物[10,12]。1-丁烯基-4-異硫氰酸酯在冷榨菜籽油中相對(duì)含量較高，在熱榨菜籽油中相對(duì)含量較低，而苯基丙腈在冷榨菜籽油中相對(duì)含量較低，在熱榨菜籽油中相對(duì)含量較高，這與楊湄等[10]的研究結(jié)果一致。但是本研究中，2-甲代-1-丙烯基氰在冷榨菜籽油中相對(duì)含量較低，在熱榨菜籽油中相對(duì)含量較高，而楊湄等[10]的研究中，2-甲代-1-丙烯基氰在冷榨油中未檢出，在熱榨油中占有一定比例。異硫氰酸酯是一類重要的硫苷降解產(chǎn)物[21]，其中異硫氰酸烯丙酯是芥菜中的主要風(fēng)味成分，具有較強(qiáng)的刺激性氣味[22-23]。異硫氰酸烯丙酯在冷榨油中占有一定比例，而未在熱榨油中檢出，這與冷榨油刺激味強(qiáng)、熱榨油刺激味弱的情況相吻合。但異硫氰酸烯丙酯是否是冷榨油中刺激性氣味的主要來(lái)源尚待研究。

2.1.3 雜環(huán)化合物

研究表明，雜環(huán)化合物可能是油菜籽在高溫過(guò)程中發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)[24]。楊湄等[10]的研究表明，熱榨油中雜環(huán)化合物成分種類和相對(duì)含量明顯高于冷榨油。由表1可知，熱榨油中雜環(huán)類成分（氧環(huán)化合物和氮環(huán)化合物）的相對(duì)含量為11%～16%，而冷榨油中為1%～3.5%；其中氧環(huán)化合物差別最為明顯，熱榨油中相對(duì)含量為8%～13%，而冷榨油中均未檢出。因此，雜環(huán)化合物中的氧環(huán)化合物有可能是熱榨菜籽油中風(fēng)味成分的主要構(gòu)成之一。氮環(huán)化合物是另一類重要的風(fēng)味成分，如吡嗪類化合物是美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物，香氣強(qiáng)烈[25]，其中烷基吡嗪具有堅(jiān)果、烘烤和焦糖氣（如3-乙基-2,5-二甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪），而烷基乙?；拎壕哂斜衩椎南銡猓ㄈ?-乙酰基-3-甲基吡嗪）；3-乙基-2,5-二甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪在炸土豆、炒堅(jiān)果、烘烤芝麻、可可粉和木煙等中均有發(fā)現(xiàn)，2-乙酰基-3-甲基吡嗪在面包和煙草中存在[26]。這些吡嗪類化合物雖然在熱榨油中的相對(duì)含量較低，但其所具有的風(fēng)味特征與熱榨油的風(fēng)味相符，可能是熱榨油中的重要香氣組成。

2.1.4 主成分分析

圖1 冷榨與熱榨菜籽油中46 種揮發(fā)性成分（A）和16 種全檢出揮發(fā)性成分（B）的主成分分析Fig. 1 PCA plots of the fi rst two principal components for 46 volatile compounds (A) in 6 samples of cold- and hot-pressed rapeseed oils and 16 volatile compounds (B) common to all samples

如圖1A所示，第1主成分貢獻(xiàn)率為72.30%，第2主成分貢獻(xiàn)率為11.85%，前2 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為84.15%。第1主成分很好地將冷榨油（C1～C3）和熱榨油（H1～H3）樣品區(qū)分開(kāi)來(lái)，其中冷榨油樣品位于第1主成分的負(fù)半軸，而熱榨油樣品位于第1主成分的正半軸。第1主成分負(fù)半軸的揮發(fā)性成分有18 種，包括8 種醛、3 種酸、2 種醇、2 種氮環(huán)化合物和3 種其他成分，它們可能決定了冷榨油的風(fēng)味特征；第1主成分正半軸的揮發(fā)性成分有28 種，包括9 種氧環(huán)化合物、7 種氮環(huán)化合物、6 種氮化合物和6 種其他成分，它們可能決定了熱榨油的風(fēng)味特征。可以看到，與熱榨油相關(guān)的揮發(fā)性成分多于與冷榨油相關(guān)的揮發(fā)性成分，說(shuō)明熱榨油的風(fēng)味組成比冷榨油更為復(fù)雜。

如圖1B所示，第1主成分貢獻(xiàn)率為73.84%，第2主成分貢獻(xiàn)率為16.73%，前2 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.57%。第1主成分仍然很好地將冷榨油和熱榨油樣品區(qū)分開(kāi)來(lái)，其中冷榨油樣品位于第1主成分的正半軸，而熱榨油樣品位于第1主成分的負(fù)半軸。第1主成分正半軸的揮發(fā)性成分有10 種，包括4 種醛、2 種氮環(huán)化合物和4 種其他成分；第1主成分負(fù)半軸的揮發(fā)性成分有6 種，包括3 種氮化合物和3 種其他成分。

由圖1A可知，第2主成分將脫酸油（C3和H3）與其他樣品區(qū)分開(kāi)來(lái)，表明脫酸工藝對(duì)冷榨油和熱榨油的揮發(fā)性成分有一定程度的影響，而脫膠工藝的影響程度相對(duì)較小。而圖1B中，第2主成分仍然可以將C3與C1、C2區(qū)分開(kāi)來(lái)，但對(duì)熱榨油的區(qū)分度并不好，這可能是因?yàn)槊撃z工藝對(duì)熱榨油中全檢出的16 種成分影響較小，而對(duì)冷榨油中全檢出的16 種成分影響較大。由圖1可知，無(wú)論對(duì)于冷榨油還是熱榨油，隨著精煉不斷進(jìn)行，樣品點(diǎn)距離揮發(fā)性成分所在區(qū)域的距離呈遞增趨勢(shì)，這說(shuō)明精煉過(guò)程對(duì)菜籽油中的揮發(fā)性成分具有減弱作用，且隨精煉程度加大，這種作用越來(lái)越大，進(jìn)而會(huì)減弱菜籽油的風(fēng)味。

2.2 酸價(jià)與過(guò)氧化值測(cè)定結(jié)果

表2 酸價(jià)與過(guò)氧化值Table 2 Acid value and peroxide value

如表2所示，無(wú)論是冷榨油還是熱榨油，脫膠工藝都對(duì)酸價(jià)沒(méi)有影響（P＞0.05），且脫酸前熱榨油（H1、H2）的酸價(jià)顯著高于冷榨油（C1、C2）（P＜0.05）。脫酸處理后，冷榨油和熱榨油的酸價(jià)相對(duì)于脫酸前均顯著降低（P＜0.05）。脫膠和脫酸工藝對(duì)冷榨油的過(guò)氧化值均有顯著影響（P＜0.05），但對(duì)熱榨油的過(guò)氧化值沒(méi)有顯著影響（P＞0.05）。熱榨油過(guò)氧化值的變化與文獻(xiàn)報(bào)道并不一致，如謝丹等[8]研究表明，經(jīng)脫膠堿煉后，菜籽油過(guò)氧化值由3.2～5.8 meq/kg上升至5.9～7.3 meq/kg，變化幅度較大；而王瑛瑤等[27]研究表明，脫酸菜籽油的過(guò)氧化值由毛油中的7.9 mmol/kg下降至7.1 mmol/kg，變化幅度并不大。冷榨油中過(guò)氧化值的變化可能是由于加工過(guò)程中溫度較低，沒(méi)有完全破壞氧化酶的活力，導(dǎo)致后續(xù)加工中過(guò)氧化值不斷升高。另外，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有良好的抗氧化性[28]，而褐變程度與美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量呈正相關(guān)[29]，熱榨油褐變程度一般高于冷榨油，因此會(huì)產(chǎn)生更多的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，從而具有更強(qiáng)的抗氧化性。這可能是熱榨油過(guò)氧化值在脫膠與脫酸過(guò)程中沒(méi)有顯著差異的原因之一。但也有研究報(bào)道，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)穩(wěn)定性增加時(shí)（例如通過(guò)聚合形成穩(wěn)定的大分子產(chǎn)物），體系整體抗氧化能力下降[30]。因此，導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他研究不一致的原因還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

綜上所述，冷榨油與熱榨油中的揮發(fā)性組成及風(fēng)味差異較大，且熱榨油中的揮發(fā)性組成比冷榨油更為復(fù)雜。冷榨油的風(fēng)味特征可能由醛、酸、醇、氮環(huán)化合物等揮發(fā)性成分所決定，其呈現(xiàn)的青草味和刺激味等風(fēng)味特征可能與己醛、辛醛、癸醛等醛類物質(zhì)以及異硫氰酸烯丙酯等硫苷降解產(chǎn)物密切相關(guān)；熱榨油的風(fēng)味特征可能由醛、氧環(huán)化合物、氮環(huán)化合物、氮化合物等揮發(fā)性成分所決定，其呈現(xiàn)的堅(jiān)果味和烘烤味等風(fēng)味特征可能與4-羥基-3,5-二甲氧基苯甲醛等醛類物質(zhì)以及吡嗪類等氮環(huán)化合物密切相關(guān)。

檢測(cè)到的揮發(fā)性成分占總揮發(fā)性成分的比例由毛油中的75%左右提高到精煉后的88%以上，表明脫膠和脫酸工藝可以降低菜籽油中揮發(fā)性組分的復(fù)雜性，有利于菜籽油純化。主成分分析可以將冷榨與熱榨工藝條件下的脫酸油與其他樣品區(qū)分開(kāi)來(lái)，表明脫酸工藝對(duì)冷榨油和熱榨油的揮發(fā)性成分有較大影響，而脫膠工藝的影響程度相對(duì)較小。隨著精煉步驟不斷進(jìn)行，菜籽油中的揮發(fā)性成分和風(fēng)味會(huì)不斷減弱。脫膠工藝對(duì)菜籽油的酸價(jià)沒(méi)有影響；脫膠和脫酸工藝對(duì)冷榨油的過(guò)氧化值均有影響，但對(duì)熱榨油的過(guò)氧化值沒(méi)有影響。

氧環(huán)化合物在冷榨油中未檢出，而在熱榨油中占有一定比例，其可能是熱榨油中的重要風(fēng)味組成，但還需進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，要進(jìn)一步明確冷榨油與熱榨油中的風(fēng)味成分，還需借助人工嗅辨儀等儀器進(jìn)行分析。