濃香菜籽油和精煉菜籽油氧化穩(wěn)定性及揮發(fā)性成分的差異

劉玉蘭，孫國昊，王小磊，馬宇翔，張 慧，焦山海

(1.河南工業(yè)大學 糧油食品學院，鄭州450001； 2.河南工大設計研究院, 鄭州450001；3.海南澳斯卡國際糧油有限公司，海南 儋州 571700)

油菜籽制油工藝主要是預榨浸出和炒籽壓榨兩種，對應的菜籽油產(chǎn)品分別為精煉菜籽油和濃香菜籽油[1]，近年來濃香菜籽油所占比例呈持續(xù)增長趨勢[2]。不同制油工藝生產(chǎn)的菜籽油產(chǎn)品不僅風味有明顯差異，其中微量成分含量和氧化穩(wěn)定性也存在差異。袁橋娜等[3]的研究認為，不同制油工藝對菜籽油中揮發(fā)性成分具有重要影響。仲琴[4]通過對壓榨菜籽油加速氧化過程中揮發(fā)性成分變化的研究，認為部分揮發(fā)性成分可作為監(jiān)測菜籽油在儲存過程氧化程度的標志物。雖然近年有關菜籽油氧化穩(wěn)定性和揮發(fā)性成分的研究較多，但是對于濃香菜籽油和精煉菜籽油這兩個主要菜籽油產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性差異、揮發(fā)性風味成分差異以及儲存過程中綜合品質(zhì)變化差異的系統(tǒng)研究還未見報道。本研究以不同工藝生產(chǎn)的濃香菜籽油和精煉菜籽油為試驗原料，利用加速氧化試驗研究兩種菜籽油在氧化穩(wěn)定性和預測貨架期方面的差異，利用同時蒸餾萃取結合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(SDE-GC-MS)對兩種菜籽油在加速氧化過程中揮發(fā)性成分含量及其變化進行定量檢測分析，對其感官風味變化的物質(zhì)基礎進行深入研究，并結合主成分分析對兩種菜籽油在加速氧化過程中揮發(fā)性成分的差異進行鑒別比較，以期為不同工藝生產(chǎn)的菜籽油品質(zhì)保鮮和風味保鮮提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

濃香菜籽油、精煉菜籽油，取自菜籽油加工企業(yè)，未添加抗氧化劑。濃香菜籽油的原料為我國傳統(tǒng)油菜籽，精煉菜籽油的原料為雙低油菜籽。

α-、β-、γ-、δ-生育酚標準品和α-、β-、γ-、δ-生育三烯酚標準品(純度≥95.0%)，購自北京三區(qū)生物技術有限公司；菜籽甾醇(純度≥98%)、豆甾醇(純度≥95%)、β-谷甾醇(純度≥95%)、5α-膽甾烷醇(純度≥95%)、菜油甾醇(純度≥95.5%)、膽固醇(純度≥99%)，購自美國Sigma-Aldrich 公司；4-壬醇(純度≥95%)，購自麥克林化學試劑有限公司；硅烷化衍生試劑(N,O-雙三甲基硅基三氟乙酰胺+1%三甲基氯硅烷)，購自麥克林化學試劑有限公司；二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、異丙醇、冰乙酸、無水硫酸鈉均為分析純；正己烷、異丙醇均為色譜純,購自美國VBS 公司。

1.1.2 儀器與設備

7890B/5975B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、7890B 氣相色譜儀，美國Agilent公司；同時蒸餾萃取裝置，鄭州興華玻璃儀器廠；e2695-UV2475高效液相色譜儀，美國Waters公司；MTN-2800 氮吹濃縮儀，天津奧特塞恩斯儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 Schaal加速氧化試驗

將兩種菜籽油分別裝于35個50 mL的棕色小瓶中，敞口置于(63±1)℃的烘箱儲存。每天分別對兩種油取樣測定其酸值和過氧化值，在儲存初始(0 d)、中期(18 d)和結束(35 d)時分別對兩種菜籽油取樣測定其揮發(fā)性成分、維生素E、甾醇含量。

1.2.2 菜籽油質(zhì)量指標測定

酸值測定參照GB 5009.229—2016；過氧化值測定參照GB 5009.227—2016；維生素E含量測定參照GB/T 26635—2011和溫運啟等[5]的方法；甾醇含量測定參照 GB/T 25223—2010和鄭淑敏[6]的方法。

1.2.3 菜籽油中揮發(fā)性成分的測定

采用同時蒸餾萃取(SDE)與氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術對菜籽油中主要揮發(fā)性成分進行萃取并檢測，同時采用內(nèi)標法進行定量[7]。

同時蒸餾萃取條件：取30 g菜籽油、100 mL蒸餾水、25 mL飽和氯化鈉溶液置于250 mL圓底燒瓶中，同時加入200 μL 0.4 mg/mL的4-壬醇作為內(nèi)標，置于140 ℃的油浴鍋中，加入轉(zhuǎn)子并連接至同時蒸餾萃取裝置一側的冷凝管，另一側連接50 mL平底燒瓶(裝有30 mL二氯甲烷)，置于50℃的水浴鍋中。待同時蒸餾萃取裝置頂端有冷凝液流下時開始計時，萃取3 h后獲得萃取液，向萃取液中加入無水硫酸鈉后，放置-20℃冰箱中8 h以去除萃取液中水分，然后對萃取液進行氮吹，濃縮至1 mL后進小瓶，待GC-MS分析。

GC條件：HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)；進樣口溫度250℃；載氣為氦氣(純度≥99.99%)；進樣模式為恒流模式(不分流)，流速1.8 L/min；升溫程序為40 ℃ (3.5 min)，4 ℃/min升至230 ℃(8 min),10 ℃/min升至280 ℃ (5 min)。

MS條件：離子源溫度230℃；傳輸線溫度240℃；EI離子源，能量為70 eV；掃描范圍(m/z)30～500。

定性定量分析：利用Agilent MSD化學工作站和NIST17質(zhì)譜庫進行匹配，去除柱流失的硅烷化雜質(zhì)后報道正反匹配度大于80的化合物。采用內(nèi)標法對揮發(fā)性風味成分進行定量。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel 365，利用Graphpad Prism 8進行繪圖，利用Unscramble 對揮發(fā)性成分進行主成分分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間酸值和過氧化值的變化

濃香菜籽油和精煉菜籽油在加速氧化儲存期間酸值和過氧化值變化分別見圖1和圖2。

圖1 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間酸值的變化

圖2 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間過氧化值的變化

從圖1可以看出，濃香菜籽油的初始酸值明顯高于精煉菜籽油，這是因為濃香菜籽油一般不進行堿煉脫酸或蒸餾脫酸處理。在加速氧化試驗結束時，濃香菜籽油和精煉菜籽油的酸值(KOH)分別從初始的1.12 mg/g和0.12 mg/g升至1.49 mg/g和0.99 mg/g，升幅分別為0.37 mg/g和0.87 mg/g，濃香菜籽油的酸值升幅明顯小于精煉菜籽油。此外，精煉菜籽油的酸值在前18 d升幅較為平緩，18 d之后出現(xiàn)大幅增長，而濃香菜籽油的酸值在整個試驗期間平穩(wěn)增長。

從圖2可以看出，在加速氧化試驗的前13 d兩種菜籽油的過氧化值變化趨勢接近，之后精煉菜籽油的過氧化值升幅明顯超過濃香菜籽油。對照GB 1536—2004《菜籽油》一級菜籽油過氧化值的限量指標(≤ 5 mmol/kg)，精煉菜籽油、濃香菜籽油分別在加速氧化試驗的第4天、第5天超過國標限量，對應室溫條件下的預測貨架期分別為64 d和80 d〔根據(jù)Schaal烘箱法加速氧化試驗原理，在(63±1) ℃烘箱中儲存1 d，相當于25 ℃室溫條件儲存16 d〕,說明濃香菜籽油的氧化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于精煉菜籽油。張亮[8]對不同工藝生產(chǎn)的菜籽油氧化穩(wěn)定性的研究結果與本文較一致，此外也有研究表明制油前對油菜籽進行烘烤(類似于濃香菜籽油生產(chǎn)工藝)對于提升菜籽油的穩(wěn)定性具有一定作用[9]。

2.2 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間揮發(fā)性成分的變化

菜籽油的風味會因油菜籽原料不同和制油工藝不同呈現(xiàn)差異，而菜籽油中的揮發(fā)性成分是構成其感官風味的重要物質(zhì)基礎。對加速氧化儲存期間兩種菜籽油中揮發(fā)性成分含量的檢測結果見表1。

表1 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間揮發(fā)性成分含量變化

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

從表1可以看出，在初始的濃香菜籽油中共檢出10類84種揮發(fā)性成分，總量為11 110.78 μg/kg。其中苯類11種、醇類2種、酚類4種、雜環(huán)類2種、硫苷降解產(chǎn)物6種、醛類17種、酮類9種、烷烴類16種、烯烴類13種、酯類4種。硫苷降解產(chǎn)物含量(3 559.35 μg/kg)最高，占揮發(fā)性成分總量的32.04%，其次是烯烴類(2 526.92 μg/kg)、酚類(2 468.95 μg/kg)物質(zhì),含量分別占揮發(fā)性成分總量的22.74%、22.22%。硫苷降解產(chǎn)物是油菜籽中的硫代葡萄糖苷在芥子酶和加熱條件下降解產(chǎn)生的獨特的揮發(fā)性成分[10]，為菜籽油典型辛辣香味作出重要貢獻[11]。烯烴類物質(zhì)為菜籽油的樹脂味或木香味作出貢獻[12]。酚類物質(zhì)中含量最高的4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚(2 218.33 μg/kg)被認為是油菜籽中的芥子酸在熱加工過程發(fā)生脫羧反應所形成的一種具有抗氧化作用的成分[13]。此外,雜環(huán)類物質(zhì)(422.69 μg/kg)能對菜籽油的炒香味和烘烤味作出貢獻[11]。

加速氧化試驗結束時，濃香菜籽油中共檢出10類70種揮發(fā)性成分，總量為51 729.62 μg/kg。其中：醛類物質(zhì)成為含量最高的揮發(fā)性成分(31 192.55 μg/kg)，占揮發(fā)性成分總量的60.30%；其次是酮類(5 562.47 μg/kg)、烯烴類(5 040.72 μg/kg)、烷烴類(3 817.02 μg/kg)物質(zhì)，含量分別占揮發(fā)性成分總量的10.75%、9.74%、7.38%；而硫苷降解產(chǎn)物、酚類物質(zhì)含量分別降至1 365.42、1 085.87 μg/kg，僅分別占揮發(fā)性成分總量的2.64%和2.10%；雜環(huán)類物質(zhì)含量降至245.06 μg/kg，僅占揮發(fā)性成分總量的0.47%。揮發(fā)性物質(zhì)組分含量的大幅改變也使得對樣品的嗅聞感覺較初始濃香菜籽油風味發(fā)生了明顯變化。

在初始的精煉菜籽油中共檢出6類51種揮發(fā)性成分，總量為3 831.28 μg/kg。其中苯類4種、酚類3種、醛類13種、酮類3種、烷烴類17種、烯烴類11種。在濃香菜籽油中所含的硫苷降解產(chǎn)物、雜環(huán)類、醇類、酯類成分在精煉菜籽油中均未檢出。精煉菜籽油中含量最高的酚類物質(zhì)(1 161.52 μg/kg)占總揮發(fā)性成分總量的30.32%，含量其次的醛類(888.03 μg/kg)、酮類(627.83 μg/kg)、烷烴類(507.10 μg/kg)分別占揮發(fā)性成分總量的23.18%、16.39%和13.24%。與濃香菜籽油相比，精煉菜籽油中揮發(fā)性成分的種類和總量均明顯減少。這是因為精煉菜籽油在經(jīng)水化脫膠、堿煉脫酸、吸附脫色和水蒸氣蒸餾脫臭的過程中揮發(fā)性成分大量損失的緣故，尤其是硫苷降解產(chǎn)物中的大多數(shù)組分均為揮發(fā)性很好的風味成分，這些組分在菜籽油精煉過程中幾乎完全被蒸餾除去，致使精煉菜籽油中已經(jīng)無法檢出，這導致精煉菜籽油完全沒有了濃香菜籽油典型的辛香風味。

在加速氧化試驗結束時，精煉菜籽油中共檢出8類74種揮發(fā)性成分，總量升高到45 671.79 μg/kg。其中：含量最高的揮發(fā)性成分由酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿╊愇镔|(zhì)，酚類物質(zhì)含量降至883.61 μg/kg，僅占揮發(fā)性成分總量的1.93%；醛類物質(zhì)含量升高至31 088.44 μg/kg，占揮發(fā)性成分總量的68.07%；酮類、烷烴類物質(zhì)含量雖分別升高至2 867.91、3 343.15 μg/kg，但在揮發(fā)性成分總量中的占比卻分別下降至6.28%、7.32%；烯烴類物質(zhì)含量由初始的307.42 μg/kg升高至1 009.91 μg/kg，占揮發(fā)性成分總量的2.21%；醇類物質(zhì)從初始的未檢出升至5 983.97 μg/kg，占揮發(fā)性成分總量的13.10%。

對兩種菜籽油中揮發(fā)性成分進行對比分析可見，在試驗初期，在濃香菜籽油中檢出的兩類重要的揮發(fā)性風味成分即硫苷降解產(chǎn)物和雜環(huán)類物質(zhì)在精煉菜籽油中均未檢出，這是造成兩種菜籽油典型風味不同的重要物質(zhì)基礎。隨著加速氧化時間的延長，兩種菜籽油中揮發(fā)性成分的變化出現(xiàn)了相似的趨勢，即小分子醛、酮、醇類物質(zhì)如正己醛、(E)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇等含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，這多與油脂的氧化分解有關[14-16]。此外，濃香菜籽油中雜環(huán)類物質(zhì)和硫苷降解產(chǎn)物含量隨加速氧化時間延長持續(xù)減少，也為濃香菜籽油典型風味逐漸喪失提供了物質(zhì)基礎的依據(jù)。

2.3 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間揮發(fā)性成分的主成分分析(PCA)

對濃香菜籽油和精煉菜籽油進行主成分分析，結果如圖3所示。

圖3 兩種菜籽油主成分分析圖

從圖3可以看出，第一主成分和第二主成分之和為97%，這表明僅在前兩個主成分上就可以概括整個數(shù)據(jù)集97%的樣本信息。由圖3A可以看出，精煉菜籽油與濃香菜籽油分別分布在坐標軸的上下兩側，且隨著試驗時間的延長呈現(xiàn)出逐漸遠離的趨勢。這表明僅從揮發(fā)性成分上來看，兩種菜籽油隨著氧化程度不斷加深，差異也逐漸增大。載荷圖可具體表現(xiàn)出是哪些揮發(fā)性成分可能導致不同樣本之間的差異。從圖3B可以看出，造成兩種初始菜籽油差異的主要揮發(fā)性成分為苯代丙腈(645-59-0)、3-甲基-2-丁腈(4786-24-7)、2-蒎烯(80-56-8)、5-己烯腈(5048-19-1)、4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚(28343-22-8)，其中苯代丙腈、3-甲基-2-丁腈、5-己烯腈為硫苷降解產(chǎn)物，對菜籽油的辛辣味具有重要貢獻[17-18]。2-蒎烯作為萜烯類物質(zhì)則往往呈現(xiàn)出松香味或樹脂味，4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚作為菜籽油中常見的酚類物質(zhì)之一，則往往被報道為刺激性氣味[19-20]。除4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚外其余物質(zhì)在精煉菜籽油中均未檢出，且4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚在精煉菜籽油中含量遠低于濃香菜籽油，可以作為初始精煉菜籽油與濃香菜籽油差異的關鍵揮發(fā)性成分。

在試驗的中后期，造成兩種菜籽油差異的揮發(fā)性成分有10種，分別為1-戊烯-3-醇(616-25-1)、1-辛烯-3-醇(3391-86-4)、(E)-2-戊烯醛(1576-87-0)、(E)-2-庚烯醛(18829-55-5)、正己醛(66-25-1)、壬醛(124-19-6)、甲基庚烯酮(110-93-0)、(E,E)-3，5-辛二烯-2-酮(30086-02-3)、白菖烯(17334-55-3)、甲基環(huán)己烯(591-47-9)，其中1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-庚烯醛、正己醛5種物質(zhì)與精煉菜籽油相關性更高，在加速氧化后期精煉菜籽油中的這些物質(zhì)含量均高于濃香菜籽油中的，這些物質(zhì)被認為是亞油酸氧化分解產(chǎn)物[21-22]。而壬醛、甲基庚烯酮、(E,E)-3，5-辛二烯-2-酮、白菖烯、甲基環(huán)己烯5種物質(zhì)則與濃香菜籽油呈現(xiàn)一定的相關性，有研究報道壬醛和甲基庚烯酮與甾醇總量具有正相關性，而濃香菜籽油中甾醇含量高于精煉菜籽油，這或許是造成這2種物質(zhì)與濃香菜籽油呈正相關性的原因之一[23]。對于(E,E)-3，5-辛二烯-2-酮、白菖烯及甲基環(huán)己烯3種物質(zhì)，文獻中僅報道過(E,E)-3，5-辛二烯-2-酮的味道為青草味，另外兩種物質(zhì)則未見對其氣味的相關研究報道，這5種物質(zhì)與濃香菜籽油呈正相關的原因可能是由于濃香菜籽油在儲存過程中更加穩(wěn)定所造成的[24]。這10種物質(zhì)可以作為在加速氧化的中后期區(qū)分兩種菜籽油的關鍵揮發(fā)性成分。

2.4 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間維生素E和甾醇含量變化

兩種菜籽油在加速氧化儲存期間維生素E及甾醇含量變化如表2所示。在兩種菜籽油中均檢出α-、γ-、δ-生育酚，其中含量最高的為γ-生育酚，其次為α-生育酚，這與溫運啟等[5]的研究結果一致。由表2可知，初始濃香菜籽油中維生素E含量稍高于精煉菜籽油，但兩種菜籽油中維生素E含量均呈現(xiàn)出隨儲存時間延長而逐漸減少的趨勢。在兩種菜籽油過氧化值剛超標時檢測其中維生素E含量，發(fā)現(xiàn)此時維生素E的損失率均為9.9%。從表2還可以看出，濃香菜籽油中甾醇含量高于精煉菜籽油，這說明菜籽油精煉過程中會造成甾醇較多的損失。試驗結束時，濃香菜籽油和精煉菜籽油中的甾醇損失率分別為8.81%和 21.01%，精煉菜籽油的損失率明顯高于濃香菜籽油。

表2 兩種菜籽油在加速氧化儲存期間維生素E及甾醇含量變化

3 結 論

通過對濃香菜籽油和精煉菜籽油在加速氧化試驗期間多項指標的檢測分析研究，明確了兩種菜籽油在氧化穩(wěn)定性和揮發(fā)性風味成分方面的差異：①濃香菜籽油的氧化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于精煉菜籽油。②初始濃香菜籽油中揮發(fā)性成分的種類和總量都明顯優(yōu)于精煉菜籽油，濃香菜籽油中的硫苷降解產(chǎn)物是其具有獨特辛香風味及烘烤香味和脂香味的重要成分。在加速氧化試驗結束時，醛類物質(zhì)成為兩種菜籽油中含量最高的揮發(fā)性成分，分別占總量的60.30%和68.07%。揮發(fā)性成分及含量的大幅改變致使菜籽油風味發(fā)生了明顯劣變。 ③對揮發(fā)性成分結果進行主成分分析發(fā)現(xiàn)，造成兩種初始菜籽油差異的成分主要為苯代丙腈、3-甲基-2-丁腈、2-蒎烯、5-己烯腈、4-乙烯基-2,6-二甲氧基-苯酚，這5種成分為濃香菜籽油提供典型風味；在加速氧化試驗后期，造成兩種菜籽油差異的成分主要為1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-庚烯醛、正己醛、壬醛、甲基庚烯酮、(E,E)-3，5-辛二烯-2-酮、白菖烯、甲基環(huán)己烯10種成分，其中前5種與精煉菜籽油具有正相關關系，后5種則主要與濃香菜籽油呈正相關關系。

研究結果明確了不同工藝生產(chǎn)的菜籽油產(chǎn)品的綜合品質(zhì)差異，可為不同菜籽油產(chǎn)品精準的保質(zhì)保鮮技術發(fā)展提供支持。