不同加工方式茶籽油挥发性风味成分聚类分析

李梓铭,庾庐山，黄 军，佘佳荣，汤 萍,刘建兵,喻宁华,富冠豪,李红爱

(1.湖南省林产品质量检验检测中心,湖南长沙 410000; 2.广东省食品药品职业学院，广东广州 510000; 3.湖南安全技术职业学院,湖南长沙 410151)

油茶属山茶科(Theaceae)之常绿小乔木,主要产地为我国中南及东南地区(长江中下游地区的山区),是我国特有的传统木本食用植物油料作物,主要的品种为大果种油茶(CamelliaoleiferaAble)及小果种油茶(CamelliatenuifoliaHay)两种品种。因其与橄榄油皆是以油酸为主的单不饱和脂肪酸油脂,故有“东方橄榄油”的美称。除供食用外,在临床上有解毒、预防心血管疾病、调节免疫力等功效[1]。

植物油掺假检测和品质鉴定主要依靠气相色谱(GC)分析法[2],而植物油指纹图谱分析主要是以气相色谱-质谱法(GC-MS)和高效液相色谱法(HPLC)为手段[3],挥发性风味成分研究常见于品质管控和生产工艺优化[4]。橄榄油是通过特征指标和质量指标检测实现质量分级[5],A Genovese等[6]利用电子舌等设备研究酚醛成分对芳香物质的影响,分析最佳口感橄榄油的主要成分。Amar等[7]研究表明,高品质的特级初榨橄榄油结合芳香酶抑制剂使用可以协调减少细胞内生物雌酮合成,能降低乳腺癌的发病率。目前鉴别茶籽油标准采用脂肪酸、折光指数实验作为主要判别依据[8]。佘佳荣等[9]采用气相色谱法,对掺入不同比例其它植物油的茶籽油进行脂肪酸检测,结果表明对于掺入1种植物油的鉴别方法是可行的,但掺入2种以上或含量低于15%的其它植物油时,对于油脂混掺辨别的能力仍显不足。龙奇志等[10]通过SPME法对茶籽油主要挥发性成分定性、定量分析,并推测茶籽油中的醛类物质组成模式可能是鉴别茶籽油技术的突破口。

在油脂的热处理过程中,除了油酸和亚油酸氧化分解的挥发成分外,还会伴随如丙烯醛、氧化α,β不饱和醛、烷基芳和多环芳烃等有害挥发性成分[11],研究挥发性成分的形成机理,对于改善品质和降低不安全因素保障食品安全具有重要意义。与常规的提取方法相比,固相微萃取(SPME)法能较好地进行挥发性成分的提取和精炼[12]。Romero等[13]通过SPME-GC-MS法识别和量化分析初榨橄榄油挥发性化合物,并验证该方法可靠性和分析结果的一致性,确立相关方法,以补充初榨橄榄油认证和质量检测方面存在的研究空白。周波等[14]采用SPME-GC-MS法构建茶籽油挥发性成分指纹图谱数据,并采用样本间夹角余弦来计算相似度,可用于检验掺入25%以上菜籽油的茶籽油。本研究对不同加工方式的茶籽油风味物质成分进行差异性比较,为茶籽油按品质分级提供理论依据，对于更好地开发和推广我国木本油料资源和产业持续发展具有重要意义。利用挥发性成分进行对比,筛查出具有等级识别性的特征成分,为开发简易、有效的茶籽油鉴定方法奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

物理压榨茶籽油、精炼茶籽油 购自湖南衡阳;溶剂浸提茶籽油 购自湖南郴州。

GCMS-QP2010 Ultra气相色谱质谱联用仪 日本岛津公司;85-2型数显恒温磁力搅拌器 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 物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油中挥发性物质测定 采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(HS-SPME-GC-MS)对物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油中挥发性风味物质进行提取和分析。

固相微萃取条件:分别取2 mL物理压榨、精炼及溶剂浸提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30 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30 min,之后再插入GC进样口,启动待机模式,在250 ℃下解析2 min后开始检测。

气相色谱条件:Rxi®-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。

1.2.2 关键挥发性物质评价方法 采用相对气味活度值法(relative odor activity value,ROAV)对样品进行风味评价[15],定义对样品贡献最大组分的ROAVmax为100,对其它香气成分则有:

其中:Ci、Ti分别为各挥发性物质的相对百分含量和相对应的感觉阈值;Cmax、Tmax分别为对样品总体风味贡献最大的组分的相对百分含量和相对应的感觉阈值。

每种样品设5个重复,结果取平均值。三种样品ROAV采用统计软件SPSS 25.0进行“类间平均距离法”聚类分析。

2 结果与分析

2.1 物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油中挥发性物质成分分析

本试验采用HS-SPME-GC-MS联用技术分析物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油的挥发性风味物质。结果如图1所示,排除硅氧烷类杂峰后,物理压榨、精炼和溶剂浸提茶籽油的挥发性风味物质种类分别为75种、67种和49种(见表1),这为后续特征成分的筛查工作奠定了良好的基础。

表1 茶籽油挥发性物质分类Table 1 Classification of volatile compounds in camellia seed oil

图1 三种茶籽油的离子流色谱图Fig.1 Ion current chromatogram of three camellia seed oil

由图1可见,HS-SPME可以很好地吸附茶籽油样品的挥发性风味成分,通过GC-MS的分析检测,可以得到良好的总离子流图。

对一系列不同工艺茶籽油中的挥发性成分进行了含量比对。研究发现在所有茶籽油的HS-SPME-GC-MS谱图中,在保留时间13.66 min处都有一很强的特征峰。

精炼茶籽油受到脱胶、脱酸、脱色、脱臭等加工过程的处理,在种类及相对含量上都逐渐减少。茶籽油的香味是由多种成分协同作用,其中醛类的贡献最突出。由表1中可知,物理压榨茶籽油中挥发性物质总数最多(75种),溶剂浸提茶籽油的挥发性物质总数最少的(49种)。在精炼或浸提后,杂环类、酯类、酸类的种类均减少,杂环类的变化最为突出,推测这一变化与脱臭工艺有关[16]。因温度等外界条件改变促进酯类化合物的分解,因此在精炼和浸出油中,酯类的分解产物醇类及酸类化合物变化较为明显。在浸出油中,酯类的比例是三者中最低,酯类对食物的风味起到修饰、补充作用,而易因氧化而生成短链次生氧化产物的醛酮类物质变化不太明显,说明茶籽油中含有抗氧化效果的成分。

2.2 物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油中相对气味活度值分析

进一步分析三种茶籽油部分挥发性物质的相对百分含量、感觉阈值和相对气味活度值(ROAV)见表2。通过GC-MS分析可知，物理压榨和精炼茶籽油中检测出相对含量量最多的前三种是辛醛、壬醛和己醛,溶剂浸提茶籽油则是壬醛、辛醛和(E)-2-葵烯醛。精炼茶籽油中检测出的辛醛、壬醛及己醛相对百分含量高于物理压榨茶籽油,与况小玲等[17]的研究结论基本一致。

表2 茶籽油主要挥发性物质组成和相对气味活度值Table 2 Composition and ROAV values of main volatile flavor compounds in camellia seed oil

2.3 物理压榨、精炼及溶剂浸提茶籽油关键挥发性物质聚类分析

一般认为ROAV≥1的物质为所分析样品的关键挥发性物质,而0.1≤ROAV<1的物质对样品总体香气具有重要的修饰作用[18]。为了进一步确定加工过程对茶籽油的影响,

结合表2所示的茶籽油挥发性物质的相对百分含量和感觉阈值,确定物理压榨、精炼茶籽油中辛醛的相对气味活度值ROAVmax=100,溶剂浸提茶籽油中的壬醛相对气味活度值ROAVmax=100。结果见表3。

表3 茶籽油中关键挥发性物质(ROAV≥1)Table 3 Characteristic volatile flavor compounds in camellia oil(ROAV≥1)

由表3可知,虽然物理压榨与精炼茶籽油风味存在一定的差异,但它们的关键风味物质组成交叉关系明显。三种茶籽油中关键挥发性物质主要以脂肪香气为主,且均为醛类物质,这主要是因为挥发性物质对茶籽油风味的贡献由其浓度与阈值共同决定,而醛类阈值较低,因此对风味的贡献更加突出。物理压榨、精炼油以脂香气为主,辅以青草、香橙气味,而溶剂浸提油则缺乏青香,香橙味也不太明显。因此推断溶剂浸提油特征表现气味较少,缺乏诱人的组合香气。

为了进一步确认茶籽油中关键挥发性物质的影响,对图2中10种关键挥发性物质ROAV值数据进行聚类分析,结果如图2。图2中若以10作为分界点,可将10种物质分成4类,第1类包括:(E)-2-癸烯醛、2-庚烯醛、庚醇、庚醛、壬醛;第2类包括:E-2-辛烯醛;第3类包括:己醛、甲酸辛酯、2-正戊基呋喃;第4类包括:辛醛。其中第2类挥发性物质的ROAV值在三种茶籽油中所占比例不高,第1类挥发性物质的ROAV值在溶剂浸提茶籽油中高于其它两种,第3类挥发性物质主要存在于物理压榨、精炼茶籽油。因此可以推断己醛、2-正戊基呋喃是区分茶籽油加工方法的重要风味物质,研究E-2-辛烯醛和辛醛的产生机理,有助于控制茶籽油风味特征的形成。

图2 关键挥发性物质聚类分析树状图Fig.2 The cluster analysis tree of characteristic volatile components

3 结论

醛类化合物为茶籽油中主要挥发性物质,E-2-辛烯醛和辛醛在茶籽油的鉴别中起到重要的影响。茶籽油加工条件具有很大的随意性和不确定性,具体加工技术参数如含壳率、含水率、烘烤温度和时间等,并无统一规范,影响出油率、过氧化值、角鲨烯含量等,致使市场混乱,制约我国茶籽油产业的发展[19-20]。茶籽油的质量分级工作难度较大,关键是找到“特征值”,通常将脂肪酸、角鲨烯含量和甾醇作为研究对象,结合不同的分析定量方法对样品进行检测。对茶籽油中风味物质相关研究较少,尤其是风味化合物的成因。由于具有代表性且稳定的样品收集筛选难度较大,基于挥发性风味物质的甄别还需要大量的数据佐证。下一步计划选择加工过的茶籽油进行特征标志物研究,并采用定性定量分析,建立数据数据模型,进而构建更精准的茶籽油质量分级技术,为茶籽油的食品安全监管提供技术保障。