精炼过程对茶籽油脂肪酸与挥发性物质的影响

李梓铭,李玉平,佘佳荣,喻宁华,黄 军

(湖南省林产品质量检验检测中心,湖南长沙 410007)

茶籽油是我国的一种天然高级木本食用油,主要成分是油酸甘油酯,并含有多种脂溶性维生素,对皮肤无刺激、有益于人体健康。研究茶籽油成为推进我国食用油木本化,缓解国产食用油紧缺的主要渠道和趋势。

脂肪酸的分析方法主要有气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、近红外光谱技术(NIRS)、紫外分光光度法(UV)等[1-3],气相色谱因其高效的分离效能和灵敏的检测限,被认为是分析复杂混合物中脂肪酸的可靠方法。此后分析脂肪酸的一个重大进步是把脂肪酸进行甲酯化,甲酯化后气化温度降低、分离效果提高,有利于GC法分离并逐一测定其种类和含量[4],可应用于地沟油的快速鉴别。

目前,应用于植物油风味检测技术主要包括感官评定法、气相色谱法、气质联用法以及电子鼻技术等[5]。我国对于食用油挥发性风味成分研究报道不多,且主要立足于生产工艺和品质控制。国外则通过测定食用油中挥发性风味成分,来判断其致癌成分或生物活性成分,及是否具有遗传毒性[6-7]。人们往往通过食用油的气味来判断其种类,食用油特有的香气风味是其产品品质的主要构成因素,也是感官评定的重要指标,分析食用油中的挥发性成分,可为食用油的品质研究、掺伪鉴别和进一步优化加工储藏条件提供理论依据[8-9]。食品中的风味物质成分复杂、相互影响、稳定性差且含量极微,因此,需采用适当的分离鉴定技术进行风味分析。固相微萃取(SPME)被广泛应用于油脂挥发性成分的分析,已采用顶空固相微萃取结合气质联用技术对某些植物油如芝麻油、菜籽油等进行了挥发性成分的分析,也有研究比较冷榨和热榨茶籽油的挥发性物质[10-12],但没有对茶籽油精炼过程前后的粗榨茶籽油和精炼茶籽油的风味物质进行对比分析的研究。

本文以精炼前后茶籽油为实验对象,采用气相色谱法对比分析精炼前后茶籽油的脂肪酸,采用顶空固相微萃取气质联用法(HS-SPME-GC-MS)研究挥发性成分变化,以及为茶籽油特征香气成分组成、脂肪酸成分对茶籽油特征香味的贡献研究以及茶籽油鉴别、分级提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶籽油 样品来自湖南衡阳大三湘茶油股份有限公司低温物理压榨方式得到的粗榨油,即粗榨茶籽油,以及此批次初级油经过脱胶、碱炼脱酸、脱色、脱臭等一系列工序之后的成品油,即精炼茶籽油;37种脂肪酸甲酯混标 上海安谱科学仪器有限公司;异辛烷、甲醇 色谱纯,国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钾、硫酸氢钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

GC-2010plus气相色谱仪 日本岛津公司;GCMS-QP2010 Ultra气相色谱质谱联用仪 日本岛津公司;Fresco17小型台式高速离心机 美国Thermo公司;AL204电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;85-2数显恒温磁力搅拌器 金坛市大地自动化仪器厂;WXH-2漩涡混合机 金坛市大地自动化仪器厂;10 mL具塞试管、固相微萃取器手柄、30/50 μm DVB/PDMS萃取头 美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 粗榨茶籽油及精炼茶籽油中脂肪酸测定 根据GB5009.257-2016,采用氢氧化钾—甲醇甲酯化法,称取60 mg茶籽油,置于10 mL具塞试管中,加入4 mL异辛烷充分溶解,加入0.2 mL氢氧化钾—甲醇溶液(13.2 g氢氧化钾溶于80 mL甲醇,定容至100 mL),涡旋混匀1 min,放至试管内混合液澄清。加入1 g硫酸氢钠,涡旋混匀30 s,于4000 r/min下离心5 min,上清液经0.45 μm滤膜过滤,滤液上气相色谱仪测定,每个样品做3次平行实验。

气相色谱条件:RtRR-2560色谱柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)色谱柱;载气为氮气;进样口温度为250 ℃;检测器温度为250 ℃;柱箱初始温度为140 ℃,保持5 min,以1.8 ℃/min的速率升至220 ℃,保持20 min。进样量1 μL;载气流速1.3 mL/min;分流比30∶1。

1.2.2 粗榨茶籽油及精炼茶籽油中挥发性物质测定 采用HS-SPME-GC-MS法对粗榨茶籽油及精炼茶籽油中挥发性风味物质进行提取和分析[13]。

固相微萃取条件:分别取2 mL粗榨茶籽油和精炼茶籽油置于顶空瓶中,用隔垫密封。将顶空瓶置于40 ℃恒温平衡20 min,通过隔垫插入已活化好的SPME萃取头(270 ℃,1.5 h),在70 ℃下顶空吸附40 min,之后再插入GC进样口,启动待机模式,在250 ℃下解析3 min后开始检测。

气相色谱条件:RxiRR-5Sil MS(30 m×0.25 mm×0.20 μm)色谱柱,柱温升温程序:初始温度40 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升到220 ℃,保持10 min;进样口温度250 ℃;载气流速1.0 mL/min;载气为He;进样方式:不分流。

质谱条件:电子轰击离子源(EI),电子能量70 eV,离子源温度150 ℃,接口温度280 ℃,灯丝发射电流200 μA;扫描质量范围35～350 amu。

1.2.3 数据统计分析 两种茶籽油通过与脂肪酸甲酯标准对照定性,采用峰面积归一计算样品中脂肪酸成分相对百分含量,并采用Fisher最小显著差异法进行方差显著性分析,显著水平为p<0.05,脂肪酸检测结果采用平均值±标准差形式。

GC-MS挥发性物质定性实验数据处理通过计算机检索同时与NIST library质谱库中的化合物进行匹配和CAS编号查询,并结合有关文献进行鉴定,仅当匹配度超过 85%的结果才予以报道。由峰面积归一化法求得各风味物质的相对百分含量,并结合相对关键香气值(ROAV)进行分析。

2 结果与分析

2.1 精炼前后茶籽油脂肪酸组成的分析

采用气相色谱法分析了精炼前后茶籽油的脂肪酸组成和含量,结果见表1。

表1 茶籽油主要脂肪酸组成Table 1 Fatty acid composition of camellia seed oil

在粗榨茶籽油和精炼茶籽油样品中检测到的主要含量脂肪酸有6种,包括2种饱和脂肪酸(棕榈酸、硬脂酸)和4种不饱和脂肪酸(油酸、亚油酸、花生一烯酸、α-亚麻酸)。粗榨茶籽油和精炼茶籽油均符合高油酸(>75%)标准,棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸是组成茶籽油样品的主要脂肪酸,在粗榨茶籽油样品中占脂肪酸总量的99.02%,在精炼茶籽油中占脂肪酸总量的98.54%。精炼后的茶籽油样品中油酸、硬脂酸、棕榈酸、花生一烯酸及饱和脂肪酸的含量降低,棕榈酸降低最为明显,可能是因为甘油三酯与棕榈酸基连接较活泼,油脂在冬化的过程中,含有饱和脂肪酸多的甘油三酯因结晶而去除。而亚油酸和不饱和脂肪酸的含量升高。这是因为在油脂精炼过程中多不饱和脂肪酸双键或三键容易发生断裂,促成氧化、裂解等反应,转化成具有相同碳原子数或更短链的单不饱和脂肪酸或者饱和脂肪酸[11]。

茶籽油的脂肪酸比例与世界卫生组织公布的橄榄油脂肪酸组成比例(饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸相对含量比为15∶75∶10)接近[14]。采用多样化的饮食结构才更适合人体营养需求,适量涉入饱和脂肪酸,可作用于稳固细胞膜结构和血清中的固醇水平[15]。不饱和脂肪酸具有调节血脂、维持正常生理机能的作用,如促进神经系统发育、调节脂代谢、调节免疫及凝血过程等[16-18]。其中作为人体内必须的脂肪酸α-亚麻酸不仅具有降血压、抗动脉粥样硬化和益智等作用,还能促进大脑细胞代谢,提高认知能力、改善眼睛疾病防治糖尿病等作用。

2.2 精炼前后茶籽油中挥发性化合物分析

粗榨茶籽油和精炼茶籽油的气质总离子流图,以丰度为横坐标,时间为纵坐标,如图1所示。经过一定处理后,得到精炼前后茶籽油中的挥发性化合物的种类及相对含量见表2。

图1 粗榨茶籽油挥发性成分和精炼茶籽油挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components from refined oils and crude oil

表2 粗榨油、精炼茶籽油挥发性化合物的种类和相对含量Table 2 Types and relative contents of volatile compounds in refined oils in crude oil

续表

续表

2.2.1 精炼前后茶籽油挥发性物质对比分析 通过粗榨茶籽油、精炼茶籽油主要风味物质成分比较,发现两种样品在挥发性成分的组成上存在较大差异,含量的差别也较为明显。在粗榨茶籽油中检测出的挥发性成分共有54种,最多的是醛类、烷烃类以及醇类,其含量分别占风味物质总量的43.59%、8.33%和14.42%。精炼茶籽油中检测出的挥发性成分共有46种,风味物质种类最多的依次是醛类、烷烃类以及酯类,其含量分别占风味物质总量的35.28%、5.76%和23.03%。

根据茶籽油的脂肪酸检测结果推测,风味物质形成的主要来源是茶籽油中的油酸和亚油酸,通过表3可知,醛类挥发性风味物质对茶籽油的风味起到主导作用。

在经过脱胶、脱酸、脱色和脱臭等工艺后,风味物质总数量减少,并且内酯类、醛类、酸类、酮类、杂环类、烷烃类化合物相对百分含量和数量出现大幅降低,特别是酮类化合物,从5种下降到1种,但酯类化合物明显多于精炼前,在精炼过程中,主要来自醇类和酸类在特定条件下形成。在脱色过程中,白土除了吸附色素之外,部分极性醛、醇、酸会被白土吸附。在脱臭过程中,伴随着高温和高真空,低分子的醛、酮、酸被蒸馏出来,可能是导致醇类、酸类酮类的数量减少的原因。在精炼的过程中,去除部分醛、酮、酸等小分子物质和游离脂肪酸,但同时又生成了反式和异构体化合物。由表3还可看出,具有脂肪香气的醛类化合物,在粗榨茶籽油中占43.59%,在精炼茶籽油中占35.28%,是茶籽油香气的主要部分。在粗榨茶籽油中发现带有烘焙香味的吡嗪类物质,是因为油茶籽在高温高湿(蒸炒、压榨)处理过程中发生美拉德反应[19-21],吡嗪类物质因此在粗榨茶籽油的风味形成中起着重要作用。

表3 粗榨茶籽油、精炼茶籽油主要成分比较Table 3 Comparison of main components of crude oil and refined camellia seed oil

2.2.2 茶籽油中关键特征性风味物质分析 由于挥发性风味物质的浓度与风味特征没有直接关系,即不同物质的感官阈值差异较大。本研究选取粗榨茶籽油中相对气味活度值(ROAV)[22]大于1的物质为分析对象,结合表2所示的挥发性物质成分的相对含量,取粗榨茶籽油中主体风味成分,与精炼茶籽油进行对比分析,结果见表4。

表4 精炼前后茶籽油特征风味物质变化Table 4 Characteristics of flavor compounds in crude oil and refined camellia seed oil

从表4中可知,茶籽油的主要风味是受醛类物质的影响,而醛类化合物的风味特征是带有木香、烟熏香、焦香和脂香。粗榨茶籽油的香气浓郁,色泽略显暗黄色,精炼后,香气不再那么强烈,以一种淡淡的茶果清香淡雅为主,色泽呈金黄色。

3 结论

茶籽油中主要脂肪酸是油酸、棕榈酸和亚油酸,其中油酸的含量最高。分别为80.07%±0.03%(粗榨)和79.91%±0.18%(精炼)。在精炼后,各脂肪酸相对含量均有明显变化,主要表现在饱和脂肪酸含量的降低，不饱和脂肪含量提高。采用顶空固相微萃取气质联用分析茶籽油中的挥发性成分,发现在精炼后,茶籽油中的挥发性成分总数量减少,风味物质的成分存在差异,但醛类还是占主要部分,分别为43.59%(粗榨)和35.28%(精炼),这与前人报道的醛类是最重要的风味物质相符。精炼后,茶籽油中的杂环类化合物减少,相对百分比从3.52%下降到1.62%，而酮类化合物从5种变为1种，相对百分比从2.33%下降到0.11%，酯类化合物大幅增加,相对含量超过3倍，对于改善茶籽油的不良风味起到了积极的作用,影响茶籽油中酯类物质形成的关键因素有待进一步的研究。

粗榨茶籽油和精炼茶籽油虽然特征风味物质都是醛类化合物,但粗榨化合物因为高温等因素产生了美拉德反应,香气特别浓郁,而精炼茶籽油则是以清香风味为主。通过分析茶籽油脂肪酸及特征风味物质的组成和含量,结合感官分析对茶籽油进行等级划分,从而促进精炼工艺和流程革新。通过采集更多样品数据继续研究比对,有望建立基于挥发性风味物质的茶籽油真伪甄别技术,为茶籽油的质量控制与鉴别提供参考依据。

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