菜籽油揮發(fā)性成分的多樣性分析

李 銀， 李祥慧， 易 陽， 胥 偉， 王宏勛

(武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430023)

菜籽油是僅次于大豆油和棕櫚油的世界第三大植物油，2014—2018年全球菜籽油的年均生產(chǎn)總量約2 767.4萬t，而我國年均產(chǎn)量達(dá)673.9萬t[1]。由于食用油的自給率偏低，國產(chǎn)菜籽油極少外銷(出口量約1.2萬t/年)，每年從加拿大等國進(jìn)口菜籽油約94.4萬t，進(jìn)口量?jī)H次于美國[1]。菜籽油的脂肪酸組成合理，含有多酚、甾醇、維生素E等微量營(yíng)養(yǎng)成分[2]。市售菜籽油產(chǎn)品十分豐富，產(chǎn)品多按產(chǎn)地、加工工藝、質(zhì)量等級(jí)和包裝方式等類目細(xì)分，以供消費(fèi)者選擇。品質(zhì)是食品消費(fèi)的重要誘導(dǎo)因素，但市售菜籽油的品質(zhì)多樣性及其不同分類的品質(zhì)差異性鮮見報(bào)道。

風(fēng)味是菜籽油品質(zhì)形成的要素，主要由硫苷降解產(chǎn)物、氧化揮發(fā)物(醛、醇、酮等)及雜環(huán)類物質(zhì)構(gòu)成[3-5]，也可通過其他外加的香味物質(zhì)調(diào)節(jié)[6]，主要可分為清香型、醇香型和濃香型[7]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中菜籽油揮發(fā)性成分種類及相對(duì)含量的報(bào)道存在明顯差異，可能歸因于檢測(cè)方法的不同，亦或與油菜籽基因型[8]、加工工藝[9, 10]、質(zhì)量等級(jí)[11]、產(chǎn)地[4]、儲(chǔ)藏時(shí)間[3]等因素有關(guān)。此外，食用油的烹飪品質(zhì)及穩(wěn)定性受到廣泛關(guān)注[12-14]，烹飪過程中高溫導(dǎo)致的脂肪酸氧化、降解和聚合等反應(yīng)對(duì)其風(fēng)味有顯著影響[15]。前期分析 6種菜籽油樣品的揮發(fā)性組成發(fā)現(xiàn)，高溫短時(shí)處理后的共有揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量增加，有利于風(fēng)味品質(zhì)差異分析[16]。研究市售菜籽油烹飪前后的揮發(fā)性成分，分析其組成差異及主要關(guān)聯(lián)因子，有利于產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)的識(shí)別和調(diào)控。

相比于水蒸氣蒸餾萃取法和超臨界流體萃取法，頂空固相微萃取法(HS-SPME)能更有效地提取菜籽油中的揮發(fā)性成分，提高氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)檢出的總峰面積、總峰數(shù)量和主峰面積[17]。風(fēng)味是菜籽油品質(zhì)形成的重要元素，本實(shí)驗(yàn)對(duì)采集的49種菜籽油樣品按不同產(chǎn)地、種類、加工工藝、質(zhì)量等級(jí)和上架期進(jìn)行分類，結(jié)合HS-SPME和GC-MS檢測(cè)其模擬烹飪前后的揮發(fā)性成分，通過研究其揮發(fā)性成分多樣性和關(guān)聯(lián)因子，進(jìn)一步了解產(chǎn)品品質(zhì)特征，并利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法明確菜籽油揮發(fā)性成分的多樣性及影響因素，以期為產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)的識(shí)別與控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

49 種菜籽油樣品為市售，其中進(jìn)口油樣37 種，基本信息見表1。

表1 菜籽油信息匯總表

7890A/5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭。

1.2 食用油的模擬烹飪

模擬烹飪處理食用油[18]：鑄鐵鍋置于210 ℃油浴中預(yù)熱，倒入50 g油樣，加熱5 min后水浴冷卻至室溫，并用于揮發(fā)性成分檢測(cè)。

1.3 食用油的GC-MS分析

參考文獻(xiàn)測(cè)定食用油的揮發(fā)性成分[16]：取7 g油樣置于20 mL頂空瓶中，70 ℃恒溫預(yù)熱20 min，將CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶中吸附40 min后進(jìn)樣，250 ℃解析3 min，按文獻(xiàn)條件進(jìn)行GC-MS分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過NIST11.L譜庫檢索總離子流圖中對(duì)應(yīng)揮發(fā)性成分，并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道進(jìn)行解析。采用ChemPattern化學(xué)計(jì)量學(xué)分析軟件對(duì)色譜圖進(jìn)行積分，計(jì)算各成分峰面積的相對(duì)百分比(即相對(duì)含量)，以最小共有峰值1% 提取共有峰信息，并采用高斯曲線擬合共有模式圖譜。采用Excel軟件繪制箱式圖，并計(jì)算中位數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 菜籽油的揮發(fā)性成分組成及烹飪影響

針對(duì)49種菜籽油樣品烹飪前后的揮發(fā)性成分GC圖譜，分別構(gòu)建其共有模式，如圖1 所示。烹飪前的GC共有模式含25個(gè)色譜峰，通過物質(zhì)解析排除含硅的雜質(zhì)峰與保留時(shí)間偏移的干擾峰，確定21 種共有揮發(fā)性成分。同樣，由烹飪后GC共有模式的33 個(gè)色譜峰中明確22 種共有揮發(fā)性成分。烹飪前油樣共有揮發(fā)性成分包括醛類(6 種)、烯類(6 種)、酮類(3 種)、酸類(2 種)、雜環(huán)類(3 種)和苯環(huán)類(1 種)，基于共有模式統(tǒng)計(jì)其相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.21%、51.22%、9.83%、1.84%、13.96% 和0.95%，以1,3,5-環(huán)庚三烯(3.60 min)、己醛(4.24 min)、辛醛(10.30 min)和壬醛(13.96 min)的檢出頻次較高；烹飪后的共有揮發(fā)性成分包括醛類(11 種)、烯類(4 種)、醇類(1 種)、酯類(2 種)、酮類(1 種)和雜環(huán)類(3 種)，基于共有模式統(tǒng)計(jì)其相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為56.23%、24.22%、1.43%、15.55%、0.90% 和1.67%，以(E)-2-戊烯醛 (3.40 min)、己醛(4.21 min)、5-甲基-2-庚烯(4.54 min)、(E)-2-己烯醛(5.52 min)、庚醛(6.90 min)、(Z)-2-庚烯醛(8.67 min)、(E,E)-2,4-庚二烯醛(10.08 min)、辛醛(10.30 min)、1-乙基-環(huán)己烯(10.56 min)和壬醛(13.95 min)的檢出頻次較高；而烹飪前后均有檢出的10 種共有成分包括(E)-2-戊烯醛、己醛、3-甲基-異噻唑、2-甲基-環(huán)戊酮、2-戊基呋喃、(E,E)-2,4-庚二烯醛、辛醛、1-乙基-環(huán)己烯、檸檬烯和壬醛。測(cè)定結(jié)果與前期文獻(xiàn)報(bào)道存在一定差異，可能與檢測(cè)方法、油菜籽品種、菜籽油貯藏時(shí)間、加工工藝等的不同有關(guān)[5, 8, 19]。

比較菜籽油樣品烹飪前后的GC共有模式發(fā)現(xiàn)，烹飪后醛類和酯類揮發(fā)性成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加約34%和15%，而烯類、酮類和雜環(huán)類分別減少約27%、9%和12%。橄欖油、花生油、大豆油和紫蘇油在210 ℃加熱5 min后的揮發(fā)性醛類物質(zhì)含量亦顯著增加，且醛類物質(zhì)形成與脂肪酸組成有關(guān)[15]。相較之下，大豆油與菜籽油高溫模擬烹飪后的醛類揮發(fā)性成分增加規(guī)律相似，以(E,E)-2,4-庚二烯醛、(Z)-2-庚烯醛、己醛和壬醛為主。油脂的氧化揮發(fā)物由烴、醇、醛、酮、酸、酯等組分構(gòu)成，對(duì)油脂的風(fēng)味有著重要貢獻(xiàn)，其中醛類成分占主要地位，如(E,E)-2,4-庚二烯醛和壬醛是油酸的主要氧化產(chǎn)物，(E,E)-2,4-癸二烯醛是亞油酸的主要氧化產(chǎn)物[9, 15]。總體而言烯醛類成分貢獻(xiàn)青草味和脂肪風(fēng)味，而己醛、辛醛和庚醛等直鏈飽和醛貢獻(xiàn)青草味和辛辣刺激性氣味，且閾值較低[5, 9]。

文獻(xiàn)所報(bào)道的菜籽油烯類揮發(fā)性成分存在較大差異[5, 10, 17, 20, 21]，亦有部分油樣未能檢出[8, 9, 19]。49種菜籽油烹飪前后的主要共有烯類揮發(fā)性成分，即1,3,5-環(huán)庚三烯和1-乙基-環(huán)己烯，鮮見報(bào)道。但其結(jié)構(gòu)近似成分，如環(huán)庚三烯酮酚和1-丙基-環(huán)己烯，均有在菜籽油中檢出[3, 5, 20]。菜籽油中含有少量檸檬烯，產(chǎn)生檸檬和柑橘的水果香味[5]。烹飪前的共有揮發(fā)性成分中無異硫氰酸酯類，而烹飪后的少數(shù)油樣被檢出異硫氰酸烯丙酯和1-丁烯-異硫氰酸酯，可能因?yàn)楦邷嘏腼儗?dǎo)致菜籽油中硫苷發(fā)生熱降解[22]。該硫苷降解產(chǎn)物是菜籽油的重要風(fēng)味物質(zhì)，賦予獨(dú)特的辛辣味，尤其在菜籽毛油和濃香油中的相對(duì)含量較高，通常經(jīng)過膠、脫酸、脫色等加工過程后在種類和相對(duì)含量上大幅減少[5, 8, 9, 17]。雜環(huán)化合物可能是菜籽油在高溫過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)[9]，其中2-戊基呋喃具有青草味、青豆味和黃油味[8]，而3-甲基-異噻唑可能是由脂肪醛與美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物相互作用產(chǎn)生[23]。

2.2 菜籽油主要揮發(fā)性成分差異的影響因素分析

前期研究發(fā)現(xiàn)[3, 4, 8, 11, 24]，菜籽油的揮發(fā)性成分組成與油菜籽品種、產(chǎn)地、質(zhì)量等級(jí)、加工工藝和貯藏時(shí)間存在密切聯(lián)系。為排除極端數(shù)據(jù)對(duì)差異分析的影響，采用箱式圖中位數(shù)，對(duì)49 種菜籽油樣品的主要揮發(fā)性成分進(jìn)行分類分析，如圖2所示。加拿大油樣和澳大利亞油樣的揮發(fā)性成分相對(duì)含量較為接近，其己醛及總?cè)╊愊鄬?duì)含量明顯高于國產(chǎn)菜籽油，而辛醛、1,3,5-環(huán)庚三烯及總烯類相對(duì)含量較低。McDowell等[21]分析多個(gè)歐盟國家的冷榨菜籽油的揮發(fā)性成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)己醛相對(duì)含量較高，而組成差異與地域無關(guān)。取不同產(chǎn)地(貴州、四川、安徽、湖北、湖南、江蘇和內(nèi)蒙)油菜籽所制濃香菜籽油的風(fēng)味差異明顯，其中貴州和四川油樣因較高的硫苷降解產(chǎn)物含量而表現(xiàn)出濃郁的辛辣味[4]。類似地，蔣林利[3]發(fā)現(xiàn)3個(gè)產(chǎn)地的菜籽油亦呈現(xiàn)明顯的風(fēng)味差異，可能油菜籽品種不同有關(guān)。不同品種或基因型菜籽油的風(fēng)味存在明顯差異，主要涉及辛辣味、卷心菜味、青草味和酸味[8, 24]。相較于普通菜籽油，芥花籽油具有較高的己醛及總?cè)╊愊鄬?duì)含量，而總烯類相對(duì)含量較低。

冷榨制油工藝因較好地保留了油脂中天然脂質(zhì)微量營(yíng)養(yǎng)成分，且提高了餅粕的營(yíng)養(yǎng)效價(jià)，故而備受推崇，在加拿大、德國等國家廣泛推廣[8, 21]。熱榨油中的揮發(fā)性組分比冷榨油更為復(fù)雜，與加工工藝中更高溫度引起的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)有關(guān)[9]，而相較之下浸出油的揮發(fā)性組分更少[3, 11]。49 種菜籽油樣品中，不同生產(chǎn)工藝標(biāo)示(壓榨、冷榨和浸出)產(chǎn)品的主要揮發(fā)性成分相對(duì)含量差異較小。此外，菜籽油精煉過程對(duì)成品油的揮發(fā)性成分亦有顯著影響[9, 10]，故而不同等級(jí)菜籽油的風(fēng)味構(gòu)成有所不同。比如，相較一級(jí)壓榨菜籽油，三級(jí)和四級(jí)濃香菜籽油的揮發(fā)性成分更為復(fù)雜[11]。由圖 2可見，與一級(jí)菜籽油相比，三級(jí)菜籽油的總?cè)╊愊鄬?duì)含量略低，而1,3,5-環(huán)庚三烯、總烯類、雜環(huán)類和酮類的相對(duì)含量較高。不同上架期菜籽油的揮發(fā)性組成亦存在明顯差異，其中己醛和總?cè)╊惡侩S著上架期的延長(zhǎng)而增加，總烯類含量則在貯藏6個(gè)月后顯著減少，而后趨于穩(wěn)定，這一規(guī)律可能與儲(chǔ)藏過程中的不飽和脂肪酸氧化密切相關(guān)[15]。己醛和庚烯醛的相對(duì)含量是表征葵花籽油貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)[25]。

菜籽油烹飪后，不同分類樣本的己醛和總?cè)╊悡]發(fā)性成分相對(duì)含量均有一定程度增加，且總?cè)╊愊鄬?duì)含量的中位數(shù)均超過57% (圖 3)，說明醛類是其烹飪后風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)成分。己醛作為亞油酸的氧化裂化產(chǎn)物，具有強(qiáng)烈的青香、木香、葉香、果香香氣[16]。比較不同類別油樣烹飪后的揮發(fā)性組成及相對(duì)含量(中位數(shù))發(fā)現(xiàn)：相比進(jìn)口油樣(加拿大和澳大利亞)，國產(chǎn)油樣的(Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-乙基-環(huán)己烯和總烯類含量較低，而己醛含量較高，但烹飪前國產(chǎn)油樣的己醛含量低于進(jìn)口油樣，可能與不同產(chǎn)地油樣脂肪酸組成和抗氧化能力的差異有關(guān)。課題組同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)樣品的亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(18.71%)顯著低于進(jìn)口油樣(22.95%)。對(duì)于不同產(chǎn)地冷榨菜籽油，法國油樣的抗氧化能力顯著高于英國和愛爾蘭油樣[21]。芥花籽油的(Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-乙基-環(huán)己烯和總烯類含量略高于普通菜籽油。不同生產(chǎn)工藝菜籽油的醛類和烯類揮發(fā)性成分含量差異不明顯，但浸出油樣的己醛、壬醛、(Z)-2-庚烯醛和(E,E)-2,4-庚二烯醛相對(duì)含量略高。一級(jí)和三級(jí)菜籽油的主要揮發(fā)性成分組成及相對(duì)含量無明顯差異；上架18 個(gè)月后，菜籽油的己醛和總?cè)╊惡吭黾?，而總烯類明顯減少。

2.3 菜籽油揮發(fā)性成分的多元統(tǒng)計(jì)分析

基于相關(guān)系數(shù)法和夾角余弦法的GC圖譜相似度分析發(fā)現(xiàn)，49 種菜籽油樣品烹飪前的揮發(fā)性組分群存在較大差異，烹飪導(dǎo)致其風(fēng)味多樣性減弱，即相似度增加。菜籽油揮發(fā)性成分的多元統(tǒng)計(jì)分析廣泛應(yīng)用于不同屬性(如品種和生產(chǎn)工藝)樣本的區(qū)分[9, 24, 26]，對(duì)于不同產(chǎn)地的分類樣本，國產(chǎn)油樣烹飪前后的樣本相對(duì)聚集，而進(jìn)口油樣(加拿大和澳大利亞)烹飪前后的樣本明顯分離；烹飪前的國產(chǎn)樣本與兩類進(jìn)口樣本明顯分離，而烹飪后的國產(chǎn)樣本僅與加拿大樣本分離；醛類揮發(fā)性成分是導(dǎo)致樣本離散的主要因子，包括(E)-2-己烯醛(變量10)、庚醛(變量13)、(Z)-2-庚烯醛(變量17)和(E,E)-2,4-癸二烯醛(變量33)。因此，結(jié)合GC-MS和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法能對(duì)不同產(chǎn)地菜籽油樣品進(jìn)行初步區(qū)分。

對(duì)于不同生產(chǎn)工藝的分類樣本，烹飪前的樣本相對(duì)聚集，而烹飪后則明顯發(fā)散；對(duì)于浸出和冷榨油樣，烹飪前后的樣本雖然分離，但區(qū)分度偏弱；導(dǎo)致樣本離散的主要因子包括(E)-2-戊烯醛(變量 1)、5-甲基-2-庚烯(變量6)、(E)-2-己烯醛(變量10)、3-甲基-異噻唑(變量13)、2-庚酮(變量15)、2-戊基呋喃(變量26)、辛醛10.26(變量29)和3,5-辛二烯-2-酮(變量34)。多元方差分析并不能有效區(qū)分不同等級(jí)、種類和上架期的樣本，經(jīng)分析可推測(cè)：菜籽油等級(jí)與5-甲基-2-庚烯(變量6)、3-甲基-異噻唑(變量10)、丁基-環(huán)戊烷(變量14)和2-環(huán)己烯-1-醇(變量32)有關(guān)；普通菜籽油和芥花籽油的揮發(fā)性成分差異性可能涉及(E)-2-己烯醛(變量11)、3-甲基-異噻唑(變量14)和3,5-辛二烯-2-酮(變量35)；而不同貯藏期油樣的揮發(fā)性差異可能主要涉及1-辛烯(變量3)、5-甲基-2-庚烯(變量6)、1-芐基吲哚(變量12)、3-甲基-異噻唑(變量13)、庚醛(變量16)、丁基-環(huán)戊烷(變量17)和辛醛(變量27)。

3 結(jié)論

以市售的 49 種不同品牌菜籽油為對(duì)象，結(jié)合HS-SPME和GC-MS分析其模擬高溫短時(shí)烹飪前后的揮發(fā)性成分。采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法構(gòu)建其揮發(fā)性成分GC共有模式，明確烹飪前后的共有成分各有21和22種，而相同成分僅10種。烹飪導(dǎo)致菜籽油揮發(fā)性成分組成顯著改變，醛類和酯類的相對(duì)含量明顯增加。油樣揮發(fā)性組分的多樣性與其產(chǎn)地、原料種類、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品等級(jí)和上架期有關(guān)，而烹飪后多樣性減弱。其中，不同產(chǎn)地油樣的揮發(fā)性組分差異相對(duì)明顯，尤其是醛類，基于多元方差分析可有效區(qū)分國產(chǎn)油樣與進(jìn)口油樣(加拿大和澳大利亞)。相較于普通菜籽油，芥花籽油具有較高的己醛及總?cè)╊愊鄬?duì)含量，而總烯類相對(duì)含量較低。己醛和總?cè)╊愊鄬?duì)含量隨菜籽油上架期的延長(zhǎng)而增加，而總烯類相對(duì)含量則在貯藏6個(gè)月后顯著減少。