不同加工方式茶籽油揮發(fā)性風(fēng)味成分聚類(lèi)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(ài)

(1.湖南省林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心,湖南長(zhǎng)沙 410000; 2.廣東省食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510000; 3.湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410151)

油茶屬山茶科(Theaceae)之常綠小喬木,主要產(chǎn)地為我國(guó)中南及東南地區(qū)(長(zhǎng)江中下游地區(qū)的山區(qū)),是我國(guó)特有的傳統(tǒng)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(chēng)。除供食用外,在臨床上有解毒、預(yù)防心血管疾病、調(diào)節(jié)免疫力等功效[1]。

植物油摻假檢測(cè)和品質(zhì)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(zhì)譜法(GC-MS)和高效液相色譜法(HPLC)為手段[3],揮發(fā)性風(fēng)味成分研究常見(jiàn)于品質(zhì)管控和生產(chǎn)工藝優(yōu)化[4]。橄欖油是通過(guò)特征指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分級(jí)[5],A Genovese等[6]利用電子舌等設(shè)備研究酚醛成分對(duì)芳香物質(zhì)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(zhì)的特級(jí)初榨橄欖油結(jié)合芳香酶抑制劑使用可以協(xié)調(diào)減少細(xì)胞內(nèi)生物雌酮合成,能降低乳腺癌的發(fā)病率。目前鑒別茶籽油標(biāo)準(zhǔn)采用脂肪酸、折光指數(shù)實(shí)驗(yàn)作為主要判別依據(jù)[8]。佘佳榮等[9]采用氣相色譜法,對(duì)摻入不同比例其它植物油的茶籽油進(jìn)行脂肪酸檢測(cè),結(jié)果表明對(duì)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(shí),對(duì)于油脂混摻辨別的能力仍顯不足。龍奇志等[10]通過(guò)SPME法對(duì)茶籽油主要揮發(fā)性成分定性、定量分析,并推測(cè)茶籽油中的醛類(lèi)物質(zhì)組成模式可能是鑒別茶籽油技術(shù)的突破口。

在油脂的熱處理過(guò)程中,除了油酸和亞油酸氧化分解的揮發(fā)成分外,還會(huì)伴隨如丙烯醛、氧化α,β不飽和醛、烷基芳和多環(huán)芳烴等有害揮發(fā)性成分[11],研究揮發(fā)性成分的形成機(jī)理,對(duì)于改善品質(zhì)和降低不安全因素保障食品安全具有重要意義。與常規(guī)的提取方法相比,固相微萃取(SPME)法能較好地進(jìn)行揮發(fā)性成分的提取和精煉[12]。Romero等[13]通過(guò)SPME-GC-MS法識(shí)別和量化分析初榨橄欖油揮發(fā)性化合物,并驗(yàn)證該方法可靠性和分析結(jié)果的一致性,確立相關(guān)方法,以補(bǔ)充初榨橄欖油認(rèn)證和質(zhì)量檢測(cè)方面存在的研究空白。周波等[14]采用SPME-GC-MS法構(gòu)建茶籽油揮發(fā)性成分指紋圖譜數(shù)據(jù),并采用樣本間夾角余弦來(lái)計(jì)算相似度,可用于檢驗(yàn)摻入25%以上菜籽油的茶籽油。本研究對(duì)不同加工方式的茶籽油風(fēng)味物質(zhì)成分進(jìn)行差異性比較,為茶籽油按品質(zhì)分級(jí)提供理論依據(jù)，對(duì)于更好地開(kāi)發(fā)和推廣我國(guó)木本油料資源和產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。利用揮發(fā)性成分進(jìn)行對(duì)比,篩查出具有等級(jí)識(shí)別性的特征成分,為開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易、有效的茶籽油鑒定方法奠定理論基礎(chǔ)。

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(gòu)自湖南衡陽(yáng);溶劑浸提茶籽油 購(gòu)自湖南郴州。

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 金壇市大地自動(dòng)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(guó)Supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定 采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HS-SPME-GC-MS)對(duì)物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)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(guò)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(jìn)樣口,啟動(dòng)待機(jī)模式,在250 ℃下解析2 min后開(kāi)始檢測(cè)。

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(jìn)樣口溫度250 ℃;載氣流速1.0 mL/min;載氣為He;進(jìn)樣方式:不分流。

質(zhì)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(fā)射電流200 μA;掃描質(zhì)量范圍35～350 amu。

1.2.2 關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)評(píng)價(jià)方法 采用相對(duì)氣味活度值法(relative odor activity value,ROAV)對(duì)樣品進(jìn)行風(fēng)味評(píng)價(jià)[15],定義對(duì)樣品貢獻(xiàn)最大組分的ROAVmax為100,對(duì)其它香氣成分則有:

其中:Ci、Ti分別為各揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)百分含量和相對(duì)應(yīng)的感覺(jué)閾值;Cmax、Tmax分別為對(duì)樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的組分的相對(duì)百分含量和相對(duì)應(yīng)的感覺(jué)閾值。

每種樣品設(shè)5個(gè)重復(fù),結(jié)果取平均值。三種樣品ROAV采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 25.0進(jìn)行“類(lèi)間平均距離法”聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油中揮發(fā)性物質(zhì)成分分析

本試驗(yàn)采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)分析物理壓榨、精煉及溶劑浸提茶籽油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。結(jié)果如圖1所示,排除硅氧烷類(lèi)雜峰后,物理壓榨、精煉和溶劑浸提茶籽油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)分別為75種、67種和49種(見(jiàn)表1),這為后續(xù)特征成分的篩查工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

表1 茶籽油揮發(fā)性物質(zhì)分類(lèi)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(jiàn),HS-SPME可以很好地吸附茶籽油樣品的揮發(fā)性風(fēng)味成分,通過(guò)GC-MS的分析檢測(cè),可以得到良好的總離子流圖。

對(duì)一系列不同工藝茶籽油中的揮發(fā)性成分進(jìn)行了含量比對(duì)。研究發(fā)現(xiàn)在所有茶籽油的HS-SPME-GC-MS譜圖中,在保留時(shí)間13.66 min處都有一很強(qiáng)的特征峰。

精煉茶籽油受到脫膠、脫酸、脫色、脫臭等加工過(guò)程的處理,在種類(lèi)及相對(duì)含量上都逐漸減少。茶籽油的香味是由多種成分協(xié)同作用,其中醛類(lèi)的貢獻(xiàn)最突出。由表1中可知,物理壓榨茶籽油中揮發(fā)性物質(zhì)總數(shù)最多(75種),溶劑浸提茶籽油的揮發(fā)性物質(zhì)總數(shù)最少的(49種)。在精煉或浸提后,雜環(huán)類(lèi)、酯類(lèi)、酸類(lèi)的種類(lèi)均減少,雜環(huán)類(lèi)的變化最為突出,推測(cè)這一變化與脫臭工藝有關(guān)[16]。因溫度等外界條件改變促進(jìn)酯類(lèi)化合物的分解,因此在精煉和浸出油中,酯類(lèi)的分解產(chǎn)物醇類(lèi)及酸類(lèi)化合物變化較為明顯。在浸出油中,酯類(lèi)的比例是三者中最低,酯類(lèi)對(duì)食物的風(fēng)味起到修飾、補(bǔ)充作用,而易因氧化而生成短鏈次生氧化產(chǎn)物的醛酮類(lèi)物質(zhì)變化不太明顯,說(shuō)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(duì)氣味活度值分析

進(jìn)一步分析三種茶籽油部分揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)百分含量、感覺(jué)閾值和相對(duì)氣味活度值(ROAV)見(jiàn)表2。通過(guò)GC-MS分析可知，物理壓榨和精煉茶籽油中檢測(cè)出相對(duì)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(cè)出的辛醛、壬醛及己醛相對(duì)百分含量高于物理壓榨茶籽油,與況小玲等[17]的研究結(jié)論基本一致。

表2 茶籽油主要揮發(fā)性物質(zhì)組成和相對(duì)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(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)聚類(lèi)分析

一般認(rèn)為ROAV≥1的物質(zhì)為所分析樣品的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì),而0.1≤ROAV<1的物質(zhì)對(duì)樣品總體香氣具有重要的修飾作用[18]。為了進(jìn)一步確定加工過(guò)程對(duì)茶籽油的影響,

結(jié)合表2所示的茶籽油揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)百分含量和感覺(jué)閾值,確定物理壓榨、精煉茶籽油中辛醛的相對(duì)氣味活度值ROAVmax=100,溶劑浸提茶籽油中的壬醛相對(duì)氣味活度值ROAVmax=100。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 茶籽油中關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)(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(fēng)味存在一定的差異,但它們的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)組成交叉關(guān)系明顯。三種茶籽油中關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)主要以脂肪香氣為主,且均為醛類(lèi)物質(zhì),這主要是因?yàn)閾]發(fā)性物質(zhì)對(duì)茶籽油風(fēng)味的貢獻(xiàn)由其濃度與閾值共同決定,而醛類(lèi)閾值較低,因此對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)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(xiàn)氣味較少,缺乏誘人的組合香氣。

為了進(jìn)一步確認(rèn)茶籽油中關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)的影響,對(duì)圖2中10種關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)ROAV值數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析,結(jié)果如圖2。圖2中若以10作為分界點(diǎn),可將10種物質(zhì)分成4類(lèi),第1類(lèi)包括:(E)-2-癸烯醛、2-庚烯醛、庚醇、庚醛、壬醛;第2類(lèi)包括:E-2-辛烯醛;第3類(lèi)包括:己醛、甲酸辛酯、2-正戊基呋喃;第4類(lèi)包括:辛醛。其中第2類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的ROAV值在三種茶籽油中所占比例不高,第1類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的ROAV值在溶劑浸提茶籽油中高于其它兩種,第3類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)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(qū)分茶籽油加工方法的重要風(fēng)味物質(zhì),研究E-2-辛烯醛和辛醛的產(chǎn)生機(jī)理,有助于控制茶籽油風(fēng)味特征的形成。

圖2 關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖Fig.2 The cluster analysis tree of characteristic volatile components

3 結(jié)論

醛類(lèi)化合物為茶籽油中主要揮發(fā)性物質(zhì),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(shù)參數(shù)如含殼率、含水率、烘烤溫度和時(shí)間等,并無(wú)統(tǒng)一規(guī)范,影響出油率、過(guò)氧化值、角鯊烯含量等,致使市場(chǎng)混亂,制約我國(guó)茶籽油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[19-20]。茶籽油的質(zhì)量分級(jí)工作難度較大,關(guān)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(duì)象,結(jié)合不同的分析定量方法對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)茶籽油中風(fēng)味物質(zhì)相關(guān)研究較少,尤其是風(fēng)味化合物的成因。由于具有代表性且穩(wěn)定的樣品收集篩選難度較大,基于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的甄別還需要大量的數(shù)據(jù)佐證。下一步計(jì)劃選擇加工過(guò)的茶籽油進(jìn)行特征標(biāo)志物研究,并采用定性定量分析,建立數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型,進(jìn)而構(gòu)建更精準(zhǔn)的茶籽油質(zhì)量分級(jí)技術(shù),為茶籽油的食品安全監(jiān)管提供技術(shù)保障。