花生油在不同热处理温度下特征性香气成分鉴别研究

顾赛麒，张晶晶

（上海海洋大学食品学院，上海201306）

花生油淡黄透明，气味芬芳，滋味可口，富含80%以上的不饱和脂肪酸（其中含油酸41.2%，亚油酸37.6%）和20%左右的饱和脂肪酸（软脂酸，硬脂酸和花生酸）。花生油较好的脂肪酸构成比例，非常易于人体消化吸收。花生油中所含的大量不饱和脂肪酸，同时又可作为风味前体物质，在加热条件下转化形成种类众多的香气成分（如不饱和醛酮、吡嗪、呋喃等）。这些香气成分不仅可以给予消费者愉悦的感官体验，也可以进一步与食品中的其他香气组分发生相加、相乘等协同作用，改善食品风味品质。因此研究和分析花生油在不同热加工条件下的特征性香气组分构成，对评价其感官品质及进一步改进花生油加工工艺具有十分重要的意义。近年来，顶空固相微萃取-气-质联用法（HS-SPME-GC-MS）作为一种最常用的风味检测方法，已被广泛运用于食品卫生、环境监测等各个领域。顶空固相微萃取技术，主要通过采用装在注射器内的石英纤维表面上的特殊固相涂层，对样品顶空气体组分进行萃取和富集，具有无溶剂、操作简单、效率高及选择性强等特点[1]。此外，其还可与气相色谱、液相色谱等分析仪器联用，极大提高了分析速度和检测灵敏度。目前，HS-SPMEGC-MS法已被报道应用于植物油香气成分的研究[2]。对于普通消费者来说，并不是所有的香气成分都具有气味活性，只有那些浓度值超过其自身“阈值”的化合物才能被人们所感知。值得注意的是，由于人们对不同化合物的嗅觉敏感性不同，而且各种香气成分的阈值相差很大（不同基质中香气成分的阈值也不尽相同），因此求得所有香气物的浓度值及阈值再进一步计算其活性值，将极大地耗费实验时间与人力。目前，一种较为方便、快捷的评价各香气物气味活性程度的指标——“相对气味活度值（Relative Odor Activity Value，ROAV）”，已被顾赛麒等[3]提出，本文将采用此指标来评价各香气物质活性。实验利用顶空固相微萃取-气-质联用法分离鉴定了花生油在不同温度下的特征性香气成分，并通过查阅阈值计算所有香气物的ROAV值，对其进行主成分及聚类分析后，最终确定得到了20种表征不同温度下花生油风味特征的关键香气成分。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

一级压榨花生油 山东鲁花集团有限公司。

海尔SC-230冷藏柜 上海创横仪器有限公司；手动进样手柄、萃取头（CAR/PDMS，涂层厚度75μm）美国Supelco公司；气质联用仪6890-5975B 美国Agilent公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挥发性成分的固相微萃取 取3g花生油置于30mL顶空瓶中，用聚四氟乙烯隔垫密封。将顶空瓶置于60、70、80、90℃恒温水浴加热平衡10min后，通过隔垫插入已活化好的SPME萃取头（250℃活化60min），推出纤维头，顶空吸附40min，于250℃解吸5min。

1.2.2 挥发性成分的分离鉴定 气相色谱条件：色谱柱：DB-5MS弹性毛细管柱（60m×0.25mm×1μm）；不分流模式；升温程序：起始柱温40℃，保持2min，然后以4℃/min升至160℃，无保留；再以10℃/min升至250℃，保持3min；载气（He）：流速1.0mL/min；汽化室温度：250℃。

质谱条件：电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV；传输线温度275℃；离子源温度200℃；激活电压1.5V；质量扫描范围m/z 50～400。

1.3 数据处理

定性：实验数据处理由Xcalibur软件系统完成。挥发性成分通过NIST和Wiley（2008）谱库确认定性，仅报道正、反匹配度大于800（最大值为1000）的鉴定结果。

定量：以峰面积表示某对应化合物的物质的量。

2 结果与讨论

2.1 花生油主体香气成分分析

用HS-SPME-GC-MS法分析不同温度下花生油的香气成分，所得结果见表1。本次实验共分离鉴定出54种化合物：醛类16种，酮类5种，醇类3种，芳香类5种，烃类12种，吡嗪类6种，酸类5种，呋喃类2种。这些化合物对花生油的风味有着不同的贡献。其中醛类、烃类和吡嗪类含量较高。而各类化合物里面，尤以戊醛、己醛、2-庚烯醛、乙酸、甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2，5-二甲基、D-柠檬烯等化合物的含量较高。史文青等[3]研究也表明高碳氢化合物和吡嗪类化合物等赋予了油脂浓郁的香气，其中含量较高的2，5-二甲基吡嗪、己醛和2-乙基5-甲基吡嗪占所有化合物总含量的48%，对花生油的风味有着很大的贡献。进一步查阅各化合物阈值并计算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物质共17种（对整体香气轮廓其关键作用），ROAV值为0.1～1的物质有9种（对整体香气轮廓起修饰作用），ROAV值小于0.1的有13种（对整体风味轮廓无显著作用）。

2.2 花生油香气成分产生来源及感官特性

花生油的风味主要是由于醛类和吡嗪类造成的，而这些化合物是通过特定的脂肪氧合酶作用于脂质中的多不饱和脂肪酸衍生而来的。由表1可见，60℃加热后的花生油风味中，C4、C5的醛类含量较高（如戊醛等），研究表明这类醛通常具有愉快的香味，例如本实验测得的糠醛就带有甜的、焦糖和面包的味道[4-5]。此外，随着油脂的进一步氧化分解，尤其加热到90℃，油脂的氧化产物如醇、醛、酮、酸等组分含量升高，这些混合物对油脂的风味起着重要作用[6]。

醛类是脂肪降解的主要产物，一般阈值较低，对总体风味影响巨大[7]。三至四个碳原子的醛具有强烈的刺激性风味，中等分子量的醛（5至9个碳原子）则具有清香、油香、脂香和牛脂香[5]。如本实验中，当前处理温度达到90℃时，检测到了2，4-庚二烯醛、辛醛、E-2-辛烯醛和癸醛等这些在低温下没有检测到的物质。这些物质通常来自于油酸酯的氢过氧化物的氧化降解，且呈现一定的异味[8-9]。另外随着温度的升高，特别当加热温度达到80℃和90℃时，壬醛的绝对峰面积也显著上升。壬醛是油酸的主要氧化产物，通常呈现令人不愉快的草味和辛辣味[10-12]。杨湄等[13]研究加工工艺对菜籽油挥发性风味的影响发现，菜籽油氧化后的醛类产物，主要为壬醛、反2，4-庚二烯醛等。Guadagn等[14]发现醛类在气味中有加和作用，（E，E）-2，4-庚二烯醛等的作用尤为明显，被认为是腥味的代表物质。从表1中可以证实，亚油酸的氧化产物——己醛的峰面积随着温度的升高而显著增加。Kalua等[15]分析橄榄油气味时也指出，脂肪氧化得到的己醛，常常具有刺鼻的异味，并且阈值较低，可能还存在一定毒性。与此同时，亚麻酸降解产物，如戊醛、2-己烯醛、庚醛、2-庚烯醛、2-辛烯醛、苯甲醛[10]随加热温度升高，其含量也呈一定的上升趋势。

酮类通常由多不饱和脂肪酸受热氧化或降解、氨基酸分解或微生物代谢产生。醇类则由脂肪酸的二级氢过氧化物分解、脂质氧化酶对脂肪酸的作用生成或由羰基化合物还原生成[16]。酸类的来源比较复杂：可能由长链的脂肪酸裂解而来，也有一些报道表明乙酸、丙酸等小分子酸主要由微生物降解糖类产生[17]。

吡嗪类化合物是花生油特有的特征性风味成分，为美拉德反应的中间产物，具有强烈的香气，而且其香气透散性好、极限浓度极低，呈现一种烤香、类似坚果香和烘焙香的风味特征[18]。另外，本实验还检测出了2，3-二氢呋喃和2-戊基呋喃两种呋喃类化合物。研究表明，该类化合物多带有果香味，如乙酰基呋喃具有葡萄酒香，而2-烷基呋喃类物质则是亚油酸的氧化产物（如2-乙基呋喃和2-戊基呋喃等[10]），其作为肉品脂质氧化的指示物对肉品的整体风味作用巨大。

烷烃类的来源比较复杂，部分来自脂肪酸的降解，而芳香烃则是由带芳香基的游离氨基酸氧化产生的[19]。C6～C19的烷烃可能是通过烷基自由基的脂质自氧化过程或类胡萝卜素的分解生成，其阈值较高，因此对风味的形成直接贡献不大，但有助于提高油脂的整体香味效果。当花生油加热到80℃时分别产生了蒎烯和D-柠檬烯两种化合物，国外也有研究表明，贮藏一段时间的柠檬油，无论在含氧或不含氧的环境下，均会产生一定含量的蒎烯和D-柠檬烯[20]。

Table 1 四种温度下花生油香气成分构成表Table 1 Aroma components of peanut oil under 4 different temperatures

续表

2.3 不同温度下花生油特征性香气成分研究

2.3.1 主成分分析结果 对四种温度下所得花生油香气物质按各自类别编号后（见表1），取其相对活性值（共有39种香气物可计算ROAV值，其中ROAV值大于1的物质共17种，ROAV值为0.1～1的物质有9种，ROAV值小于0.1的有13种），采用R软件进行主成分分析，结果见图1及图2。图1展示了4种温度下花生油总体香气轮廓主成分分析结果。由图1可见，第一主成分与第二主成分贡献度之和均在90%以上，表明不同温度下（60、70、80、90℃），花生油香气轮廓差异显著，而此差异能在PC1、PC2构建的平面上充分展示。进一步分析图1可知，60℃（较低温度）和90℃（较高温度下），花生油香气轮廓差异达到最大值，其数据点分别位于第三及第一象限。相对而言，70℃和80℃条件下（中间温度），花生油香气轮廓较为相似，其数据点较为集中（均处于第二象限）。

图1 4种不同温度下花生油总体香气轮廓主成分分析图Fig.1 Principal Component Analysis(PCA)chart of integral aroma profile of peanut oil under four different temperatures

图2 33种花生油香气成分主成分分析图Fig.2 Principal Component Analysis（PCA）chart of 33 aroma compounds in peanut oil

图2为33种花生油香气成分主成分分析图：每个“符号”对应某一香气成分，“符号”距原点的距离可表示该“香气成分”对花生油整体香气轮廓的贡献程度。此外，将图1、图2比对后发现，若图2中“符号”与图1中“样品点”在各自主成分图中所处位置相近，则两者相关性较高。分析得到各温度下花生油特征性香气成分分别为：60℃（对二甲苯和苯乙烯）；70℃（戊醇）；80℃（丁醛、2-丁烯醛、己醛、2-庚烯醛、苯甲醛、2-庚酮、辛烯和2，5-二甲基吡嗪）；90℃（2，4-庚二烯醛、辛醛、2-辛烯醛、癸醛、蒎烯、D-柠檬烯、十二烷、丁酸和2-戊基呋喃）。

表2 对第1、2主成分贡献显著的香气物质表Table 2 Aroma compounds that contributed significantly to the first and second principal components

分析表2可知，共有19种香气成分对花生油香气轮廓贡献显著，其中2-呋喃甲醇等9种化合物与第一主成分显著相关，而2-戊基呋喃等10种物质与第二主成分显著相关。表2结果在图2也能得到充分证明，此19种香气成分均距离“原点”较远，表明其对花生油整体香气轮廓贡献较大。

2.3.2 一种全新的特征性香气物质筛选方法的提出

近几年来，国内外学者运用主成分分析法研究不同“样本”间差异性的报道较多，对造成此差异的根本内因——“变量”间的相互关系的研究报道较少，对不同“样本”（宏观表象）和“变量”（微观成因）的相互关系的研究更是鲜见报道。由于两者均是基于同样的原始数据矩阵，故可推断它们之间必然存在某种特定的关联。以本研究“不同温度下花生油的香气成分鉴别”为例，阐明“样本”（花生油整体香气轮廓）与“变量”（香气物质）间的关联性，就意味着能够从数据分析的角度，确定表征该“样本”风味特性的特征性香气成分，为广大研究者提供了一个全新的思路。

本研究中，“样本”与“变量”的主成分分析结果分别在图1及图2中展现。比较此两者相关性时，参照国内[21-22]及国外[23]文献，通常做法为：将图1、图2重叠，经肉眼比较“样本”与“变量”是否处于同一象限，若处于同一象限，则两者相关性较高。此方法存在一定的缺陷性：a.只判断两者是否处于同一象限，此评价标准较为粗糙；b.“样本”与“变量”主成分分析图的坐标轴量程不同，故两者图形“缩放”时，容易造成数据点相对位置的“失真”。故可提出如下改进：可由它们在同一象限中与坐标轴的夹角是否接近来判断其相关性高低。

本实验中，提出了一种筛选某样品特征性香气成分的全新方法：a.分别对“样品”与“变量”进行主成分分析；b.获取“样品”及“变量”数据点在各自主成分图与坐标轴的夹角余弦值；c.将两者数据点的“余弦值”作为新的原始数据进行聚类分析；d.找出和“样品点”聚为一类的“变量”。

2.3.3 对主成分结果进行聚类分析确定特征性香气成分 图3为四种温度下33种花生油香气成分聚类分析图。若某“温度”数据点与“香气物质”数据点可聚为一类，则能够确定不同温度下花生油的特征性香气成分。由图3可见，60℃下花生油共有2种特征性香气成分：对二甲苯和苯乙烯；70℃下有1种：戊醇；80℃下有8种：丁醛、2-丁烯醛、己醛、2-庚烯醛、苯甲醛、2-庚酮、辛烯和2，5-二甲基吡嗪；90℃下有9种：2，4-庚二烯醛、辛醛、2-辛烯醛、癸醛、蒎烯、D-柠檬烯、十二烷、丁酸和2-戊基呋喃。

进一步比较图3与图2的结果可发现，采用此新方法筛选得到的特征性香气物质与“传统肉眼象限比较法”得到的物质完全一致，但是本方法更为科学、精确、合理，且排除了人为因素的干扰。

图3 4温度下33种花生油香气成分聚类分析图Fig.3 Cluster Analysis(CA)of 33 aroma compounds in peanut oil under 4 different temperatures

3 结论

本文运用顶空固相微萃取-气-质联用技术，对某品牌花生油在四种不同热处理温度（60、70、80、90℃）下产生的香气成分进行了分离鉴定，共得到了八大类54种香气化合物：醛类16种，酮类5种，醇类3种，芳香类5种，烃类12种，吡嗪类6种，酸类5种，呋喃类2种。同时对各香气物的来源及感官特性进行了探讨。由查阅相关文献获得各化合物阈值，再计算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物质共17种，ROAV值为0.1～1的物质有9种，ROAV值小于0.1的有13种。以各香气物质ROAV值作为原始数据，进行主成分分析及聚类分析，并提出了一种“从复杂样本中筛选特征性香气物质”的全新的方法。籍此方法，最终确定得到了20种表征不同温度下花生油风味特征的主要香气成分。

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