精炼过程对菜籽油风味成分的影响

苏晓霞，郭 斐，黄一珍，李秋玫，曹斌辉，孟祥永，李贺贺

(1.中粮营养健康研究院有限公司营养健康与食品安全北京市重点实验室，老年营养食品研究北京市工程实验室，北京 102209； 2.中粮油脂研发中心，天津 300452； 3.中粮福临门食品营销有限公司，北京 100020；4.北京工商大学食品质量与安全北京实验室，北京 100048)

随着人们生活水平的提高,人们开始追求更高的生活品质及生活享受，食品风味研究作为一个新兴的研究方向，受到越来越多的关注。香气是评价植物油质量的一个重要指标，研究植物油的风味成分可以让人们了解风味的构成、风味形成的过程及机理，从而有利于改进烹饪方法、食品工艺流程等，对食品行业有非常重要的意义[1]。

菜籽油是我国的主要食用油之一，其特殊的风味深受消费者喜爱。已有研究采用固相微萃取技术(SPME)结合气相色谱质谱联用技术(GC-MS)对亚麻籽油、浓香菜籽油、花生油等植物油进行挥发性成分的分离鉴定[2-5]。Kaftan等[6]利用SPME/GC/MS分析了土耳其爱琴海地区不同品种的初榨橄榄油的挥发性成分。同时，也有很多研究采用气相色谱嗅闻分析法(GC-O)评价食品特征风味物质贡献大小，GC-O主要包括芳香萃取物稀释分析法、频率检测法和时间强度法3类分析方法[7-8]，其中频率检测法效率高，嗅闻人员训练程度要求低，能够快速推断样品中的主要特征风味物质[9-10]。Machiels等[11]利用GC-O中的频率检测法对两种爱尔兰牛肉中的挥发性风味物质进行特征风味成分鉴定，同时对气味进行描述。

在植物油生产过程中，由于加工工艺和技术不同，风味会发生变化，如压榨、焙烤等过程中会产生多种风味成分。同时，在精炼过程中，随着精炼程度增加，会减少某些风味成分的含量。目前，已有研究对精炼前后的亚麻籽油、菜籽油以及不同工艺菜籽油的挥发性风味成分进行对比分析的研究[12-14]，但是还没有对菜籽油精炼过程中挥发性风味成分变化的相关研究。本文通过SPME/GC-MS技术结合GC-O技术确定菜籽毛油中的特征风味物质，分析精炼过程中不同工艺阶段菜籽油中的挥发性风味成分的变化规律。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

菜籽毛油、脱胶油、脱酸油、脱水油、脱色油、脱臭油，由中粮粮油工业(黄冈)有限公司提供，干燥避光保存。菜籽毛油由压榨处理获得，脱臭油达到压榨一级菜籽油的标准。

1.1.2 仪器与设备

7890B-5977A气质联用仪，安捷伦科技有限公司；G6500 CTC PAL自动进样器，安捷伦科技有限公司；Sniffer 9000型嗅闻仪，瑞士Brechbühler公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS(2 cm)SPME萃取纤维头，美国Supeclco公司；HP-5型色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，安捷伦科技有限公司；2102-1 CN电子天平，德国赛多利斯公司。

1.2 实验方法

采用SPME技术对菜籽油挥发性成分进行收集，采用GC-MS/GC-O技术对菜籽油挥发性成分进行分离鉴定。GC-MS/GC-O是由气相色谱、质谱和嗅闻仪组成，样品经进样口解吸后，经GC分离后分别进入质谱检测器和嗅闻仪，分流比为1∶1。

SPME条件：采用CTC PAL自动进样器进行菜籽油样品中挥发性成分的收集与进样。称取5 g菜籽油样品倒入样品瓶，萃取温度60℃，萃取时间30 min，平衡时间40 min，解吸时间3 min。

GC条件：程序升温为初始温度40℃，保持5 min，以4℃/min升温到180℃，再以10℃/min升温到220℃，保持5 min；载气(He)流速1.0 mL/min；进样口温度250℃；不分流进样。

MS条件：电子轰击(EI)离子源，电子能量70 eV，传输线温度250℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，质量扫描范围(m/z)30～500。所得质谱数据用NIST 2011质谱数据库检索。

嗅闻仪条件：接口温度220℃，为了防止评价员鼻腔干燥持续通入湿润的空气，评价员在嗅闻口进行嗅闻，同时记录所闻到的香味特征。

GC-O分析的频率检测法：选取6名嗅觉较灵敏的评价员，要求评价员对检测样品中每一保留时间上的风味成分气味呈现与否进行感官评定及描述。感官检出频率越高的气味成分，认为对分析样品的风味影响越大。

定性分析：实验数据通过GC-MS化学工作站处理，未知化合物与NIST 2011质谱库进行匹配定性，匹配度大于800(最大值为1 000)的鉴定结果予以报道。

定量分析：采用气相色谱峰面积归一化法计算各化合物在样品中峰面积的相对含量，每个样品重复3次，取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 基于SPME/GC-MS的菜籽油风味成分

对菜籽毛油、脱胶油、脱酸油、脱水油、脱色油、脱臭油样品的挥发性成分进行SPME/GC-MS分析，结果见表1。

表1 基于SPME/GC-MS的菜籽油挥发性成分

续表1

挥发性成分相对含量/%毛油脱胶油脱酸油脱水油脱色油脱臭油 糠醇0.12----- 己醇0.58-00.2700.340.50- 5-甲基-1-己醇---00.090.15- 庚醇0.09----- (±)-6-甲基-5-庚烯基-2-醇-0.56---- 2-乙基-1-己醇-----3.57 1-苯氧基乙醇---00.18-1.17 2-丙基-1-庚醇-----0.54酸类 乙酸0.83----- 丙酸-00.28---- 丁酸-01.29---- 3-甲基戊酸-----0.44 辛酸-00.25---- 壬酸0.17----1.45酮类 2-戊酮--00.3800.440.75- 3-戊烯-2-酮---00.16-- 2-庚酮-01.0501.5202.035.31- 甲基庚烯酮0.2604.2802.2503.480.98- (E)-3-辛烯-2-酮-00.2500.4700.530.18- (E,E)-3,5-辛二烯-2-酮--00.4800.560.36- 2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮2.45----- 2-癸酮-00.8601.0801.291.12-烷烃类 2-甲基戊烷-00.7901.0900.730.29- 3-甲基戊烷-02.4502.5301.781.76- 己烷-15.8016.3215.333.46- 甲基环戊烷-06.6107.1005.991.66- 2-甲基己烷----1.43- 2,5-二甲基己烷----0.44- 2,4-二甲基己烷----0.31- 2-甲基庚烷----0.96- 壬烷0.12----- 4-氯辛烷-----0.25 十二烷0.21----- 甲基十三烷0.10----- 十四烷0.21----0.40烯类 1,4-戊二烯----0.33- 反式-3-甲基-2-戊烯----0.67- (E,Z)-2,4-己二烯----2.81- (Z,Z)-2,4-己二烯----5.17- 2-辛烯----4.67- 1-乙基-5-甲基环戊烯----0.26-

续表1

挥发性成分相对含量/%毛油脱胶油脱酸油脱水油脱色油脱臭油 2,4-辛二烯----3.70- 1,3-辛二烯----2.05- 柠檬烯0.30-----杂环类 2-乙基呋喃-1.291.570.491.52- 甲苯--0.250.220.77- 对二甲苯---0.210.780.70 1,3-二甲苯-----3.52 1,3,5-三甲苯----0.64- 2-正戊基呋喃-5.096.005.743.78- 间异丙基甲苯----0.16- 4-甲基-5-羟乙基噻唑0.10----- 4-乙烯基-2-甲氧基苯酚0.690.220.380.29-- 咖啡因-1.930.911.830.78-酯类 丙酸正丙酯---0.09-- γ-丁内酯1.100.23---- 己酸乙酯-4.68---- DL-泛酰内酯0.14----- γ-己内酯-0.33-0.19-- 丁位己内酯1.83----- 邻苯二甲酸二甲酯-----0.45 十六烷酸甲酯-----0.33 邻苯二甲酸二丁酯-0.17-0.22-0.89 邻苯二酸二异辛酯-0.24----

注：“-”表示未检出。

构成菜籽油挥发性成分的物质主要为吡嗪类化合物、硫甙降解产物、杂环类化合物及氧化挥发物(醛类、醇类、酮类、烯类等)。由表1可知，菜籽油样品中共检测到102种风味物质，包括吡嗪类4种，硫甙降解产物12种，醛类19种，醇类11种，酸类6种，酮类8种，烷烃类13种，烯类9种，杂环类10种和酯类10种。其中，菜籽毛油有39种风味物质，脱胶油有37种风味物质，脱酸油有38种风味物质，脱水油有45种风味物质，脱色油有50种风味物质，脱臭油有16种风味物质。

菜籽油在不同的精炼工艺阶段，挥发性成分的组成存在显著差异，不同工艺阶段下菜籽油风味成分比较见表2。

表2 不同工艺阶段下菜籽油风味成分比较

由表2可知，吡嗪类化合物和硫甙降解产物在毛油中的种类多、含量高，随着精炼程度的增加，其种类和含量显著降低，最终脱臭油中未检出吡嗪类化合物以及仅检出1种硫甙降解产物，这两类物质是构成菜籽油烤香味和香辛料味的主要风味物质。与此同时，精炼过程中产生了大量的醛类、酮类、烷烃类以及杂环类化合物，但是经过脱臭工艺之后这几类化合物的含量和种类又显著降低。在脱胶油、脱酸油、脱水油、脱色油中，醛类物质的相对含量均超过20%，是毛油中相对含量的4～6倍，但是经过脱臭工艺后，醛类物质的种类仅有3种，相对含量为3.55%。醇类、酸类、酯类在精炼过程中变化较小。经过脱臭工艺之后，产生了2-乙基-1-己醇和2-丙基-1-庚醇，相对含量分别为3.57%、0.54%，脱臭油中醇类物质相对含量达到5.28%。在脱色工艺之后，产量了大量的烯类物质，相对含量达到19.66%。

2.2 特征风味成分分析

并非每一种挥发性成分都具有香气，因此采用GC-O分析技术中的频率检测法确定菜籽毛油样品中的特征风味成分，评价员感官检出频率越高的气味成分，被认为对分析样品的风味影响越高，选取检出频率高于50%的风味成分定为特征风味物质，结果如表3所示。

表3 频率检测法鉴定菜籽毛油中特征风味物质

由表3可知，共确定13种可被嗅闻到的香气成分，包括2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、3-丁烯基异硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯、庚醛、反式-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-癸烯醛、柠檬烯以及丁位己内酯。

菜籽油特征风味主要源自吡嗪类、硫甙降解产物、醛类三大类化合物。油菜籽在压榨过程中发生美拉德反应，产生大量的吡嗪类化合物，阈值低，香气发散性好，是菜籽油具有烘焙、坚果气味的关键成分。结合表1、表2和表3可知，菜籽毛油中的2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪具有明显烤坚果味、烘烤味，但是经过脱胶工艺之后，这些风味成分全部损失完全。硫甙是广泛存在于十字花科植物中的一类含硫次生代谢产物，目前在油菜中发现20余种。硫甙本身是一类稳定的化合物，但当组织受挤压或损伤时，会发生水解反应，产生降解产物，硫甙降解产物是菜籽油中重要的风味成分，是使菜籽油具有独特辛辣味的重要原因之一[15]。菜籽毛油中硫甙降解产物相对含量为38.06%，其中3-丁烯基异硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯具有典型的香辛料风味，在精炼过程中，硫甙降解产物由于受到脱胶、脱酸、脱色、脱臭等加工过程的破坏，在种类及相对含量上都大幅减少，脱臭工艺之后，特征硫甙降解产物几乎损失完全。

油脂的氧化挥发性成分由烃、醇、醛、酮、酸、酯等组分构成，这些物质对油脂的风味也起着重要作用[16]。醛类物质是油脂分解或氧化产物，氧化会导致碳氢过氧化物的形成，其会生成各种易挥发的短链次生氧化产物，呈现出脂肪香味以及刺激性的气味。精炼过程会加速油脂氧化，所以醛类在精炼过程中相对含量有所提高。结合表1、表2和表3可知，具有刺激性气味的庚醛和具有脂肪味的壬醛在脱胶、脱酸、脱水以及脱色环节中都有大幅度的提高，但是在脱臭环节中，具有明显风味的醛类物质的含量又显著降低。另外，具有柠檬味的柠檬烯和烤香味丁位己内酯仅在毛油中检出，在脱胶工艺阶段就已经完全损失了。

3 结 论

采用SPME/GC-MS、GC-O对菜籽油精炼过程中的风味成分的种类、香气特点、含量进行了较全面的分析。菜籽油精炼过程中共检测到102种风味物质，包括吡嗪类4种，硫甙降解产物12种，醛类19种，醇类11种，酸类6种，酮类8种，烷烃类13种，烯类9种，杂环类10种和酯类10种。确定2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、3-丁烯基异硫氰酸酯、庚腈、苯乙腈、5-氰基-1-戊烯、庚醛、反式-2-辛烯醛、壬醛、反式-2-癸烯醛、柠檬烯以及丁位己内酯13种特征风味物质。研究发现菜籽油的风味主要来自于吡嗪类物质、硫甙降解产物以及醛类物质，精炼加工对菜籽油挥发性风味成分有影响显著。吡嗪类化合物和硫甙降解产物是构成菜籽油烤香味和香辛料味的主要风味物质，这两类物质在毛油中的种类多、含量高，随着精炼程度的增加，其种类和含量显著降低。精炼过程中产生了大量的醛类、酮类、烷烃类以及杂环类化合物，但是经过脱臭工艺之后这几类化合物的含量和种类又显著降低。为了保证菜籽油的安全性和延长货架期，需要通过精炼过程除去其中的有毒有害物质，但与此同时，菜籽油中的特征风味物质也损失掉了，因此需要深入研究菜籽油精炼过程中风味物质的变化机理，以选择合适的工艺获得具有浓郁菜籽油风味的产品。