高温条件下多酚对茶油挥发性成分的影响

2020-05-29孙韫理李亚茹钟海雁龙奇志

中国粮油学报 2020年3期

孙韫理李亚茹钟海雁龙奇志

(中南林业科技大学食品科学与工程学院，长沙 410004)

茶油不饱和脂肪酸含量丰富，其中单不饱和脂肪酸质量分数可达80%以上[1]。同时茶油中还含有维生素E、角鲨烯和甾醇等生物活性成分，具有与棕榈油相近的煎炸寿命，因此被认为是一种优质的煎炸油[2]。

食用油在反复加热过程中品质会逐渐变差，同时伴随脂肪酸的氧化生成一些如不饱和醛、多环芳烃和烷基苯等有害物质[3,4]。过去为了提高油脂的抗氧化稳定性，多在食用油中添加人工合成的抗氧化剂如BHA、BHT、TBHA等，存在一定的食品安全风险，在美国、欧盟等国家已被明令禁止使用[5]。植物多酚作为一类天然抗氧化剂，具有天然无害、良好的自由基清除效果等优点[6]。茶油中含有表儿茶素、山奈酚等酚类物质多达27种[7]，但因为这些内源性酚类物质本身抗氧化效果不强，且易受到茶油加工工艺等因素的影响，因此对提高油脂的抗氧化稳定性效果不明显[8, 9]。添加多酚类物质能有效提高茶油的抗氧化稳定性[10]，但对茶油在煎炸过程中挥发性风味成分的影响还缺少进一步研究。本研究以标准煎炸所采用温度(180 ℃)进行加热实验，采用固相微萃取纤维头对茶油及添加多酚的茶油在加热过程中的挥发性风味成分进行萃取，并采用GC-MS进行分析，目的是探明多酚对茶油加热过程中风味成分的影响，为改善茶油在加热过程中的风味提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

精炼茶油；没食子酸丙酯(纯度>99%)；槲皮素(纯度>95%)；儿茶素(纯度>98%)；3,4-二羟基苯乙酸(纯度>98%)；没食子酸(纯度>98%)。

1.2 实验仪器与设备

7890B/5977A型气相色谱-质谱联用仪；57348-U型固相微萃取手柄；50/30 μm DVB/CAR/PDMS型SPME萃取头；RTC型集热式磁力搅拌器。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

实验组为添加0.02%多酚的茶油油样，制备方法：准确称取一定量的没食子酸丙酯、没食子酸、3,4-二羟基苯乙酸、儿茶素、槲皮素分别加入5份茶油中，使多酚添加物质量分数为0.02%。在50 ℃条件下搅拌10 min，待油温冷却后静置过滤。同时制备一组空白对照组。

样品在高温干燥箱中(180±2) ℃下加热，连续加热4 d，每天6 h，冷却后每天收集油样并置于4 ℃冰箱储存备用。

1.3.2 顶空固相微萃取(HS-SPME)条件

准确称取(2.00±0.001) g油样置于顶空萃取瓶中，在60 ℃下加热10 min。将萃取装置插入萃取瓶中，顶空萃取40 min。拔出萃取头立即插入GC-MS仪器进样口，将顶空萃取纤维头热解析10 min后，启动仪器进行数据采集。

1.3.3 GC-MS条件

气相色谱条件：色谱柱为Aiglent HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)毛细管柱，进样口温度250 ℃，柱温35 ℃保持5 min，随后以4 ℃/min升温到70 ℃，再以5 ℃/min升温到150 ℃，最后以10 ℃/min的速度升温至220 ℃，保持5 min，解析时间为39 min。载气为He，流速为1.0 mL/min。

质谱条件：离子源为EI源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃。四级杆温度150 ℃，传输线温度280 ℃，溶剂延迟时间3 min。质谱扫描范围(m/z)为30～550 amu，质谱数据检索库为NIST14.L。根据相似度及质谱峰信息进行鉴定。采用面积归一化法，根据峰面积计算每种组分相对含量。

1.3.4 数据处理

数据采用Excel 2010、SPASS Statistics 22.0和Origin 9.0分析。

2 结果分析

2.1 挥发性成分种类和总含量的变化

对比6组样品加热24 h后的挥发性成分GC-MS图，发现在加热24 h后，6组样品的总峰个数均有所减少，但主要的挥发性成分基本一致，仅在含量上有一定差异。6组样品加热过程中的挥发性成分GC总峰个数及总峰面积的变化见图1和图2。

通过图1可知，随着加热时间的增加，对照组中挥发性成分的总峰个数呈现减少趋势，在加热0～6 h期间急剧减少。添加的5种多酚均能显著减缓茶油在加热过程中总峰数量的减少，其中以3,4-二羟基苯乙酸的效果最佳。由图2可知，对照组总峰面积随加热时间的增加呈上升趋势，在加热0～6 h和12～18 h期间有明显上升。这主要是因为油茶籽油的氧化产物在加热过程中进一步发生氧化分解生成小分子醛类、醇类和短链脂肪酸等导致[2]。添加的5种多酚均能有效抑制挥发性成分总量的增加，这主要是因为多酚对脂肪酸的保护作用。没食子酸组中总峰面积随时间变化增加不明显，对抑制挥发性成分总峰面积的增加效果最佳。

图1 添加不同多酚的茶油在加热过程中挥发性成分总峰个数的变化

图2 添加不同多酚的茶油在加热过程中挥发性成分总峰面积的变化

2.2 茶油挥发性各组分相对含量的变化

挥发性醛类物质作为茶油中含量最丰富的挥发性成分，主要由不饱和脂肪酸热氧化分解产生，可以作为判断油脂在煎炸过程中劣变程度的参考指标[11]。茶油中检测到的挥发性醛类物质可以分为挥发性正构醛类和挥发性不饱和醛类等。

2.2.1 多酚对茶油中挥发性正构醛含量的影响

通过GC-MS检测到茶油中主要的挥发性正构醛分别是己醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛，是茶油青香风味的主要来源。多酚对茶油在加热过程中挥发性正构醛相对含量的影响情况见图3。在加热过程中，6组样品中5种正构醛类物质相对含量均有不同程度的减少，这也是随着加热时间的增加，茶油的青草香气逐渐减弱的原因之一。对照组在加热24 h后挥发性正构醛相对质量分数减少了59.22%，其中以癸醛和己醛损耗最为明显，二者相对质量分数分别减少了81.67%和80.36%。对照组在加热到6 h时挥发性正构醛相对质量分数已减少54.57%，说明茶油青草香气的减弱主要发生在加热前期。测得实验组在加热6 h时挥发性正构醛相对含量也有不同程度的减少，其中B组减少量为33.50%，C组减少量为24.65%，D组减少量为32.85%，E组减少量为22.74%，F组减少量为10.53%，说明添加的5种多酚对茶油中挥发性正构醛均有保护作用，能有效减缓加热过程中茶油清香味的减弱，其中以没食子酸效果最佳。

图3 茶油在加热过程中挥发性正构醛相对含量的变化情况

2.2.2 多酚对茶油中挥发性不饱和醛含量的影响

不饱和醛是多不饱和脂肪酸在加热氧化过程中产生的一类次级氧化产物[12]。茶油中检测到的不饱和醛有6种，分别是(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛。6组样品加热过程中挥发性烯醛相对含量的变化情况见图4。由图4可知，随着加热时间的增加，对照组中总烯醛相对含量呈现增加-趋于平缓-减小的趋势，其中在0～6 h增加最明显，达55.21%。通过添加多酚，减少了茶油在加热初期挥发性烯醛相对含量的增加，这与添加多酚延长了茶油的氧化诱导时间有关[13]。在加热0～6 h期间，没食子酸对抑制挥发性烯醛相对含量升高的效果最佳，抑制率达95.30%。

在未加热前，对照组中(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛的相对质量分数分别为16.89%和17.85%。(E,E)-2,4-庚二烯醛由亚麻酸氧化后产生的氢过氧化物发生β-均裂形成[14]，(E,E)-2,4-癸二烯醛则由亚油酸氧化后的氢过氧化物β-均裂形成[15]，这两种挥发性物质在油茶籽油挥发性成分中相对质量分数高，可以作为特征挥发性成分。6组样品中的(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛在加热过程中的相对质量分数变化见图5和图6。

图4 茶油在加热过程中挥发性烯醛相对含量的变化情况

由图5可知，对照组中(E,E)-2,4-庚二烯醛相对含量在加热过程中不断减少，添加多酚对加热过程中(E,E)-2,4-庚二烯醛相对含量的减少具有抑制效果。图6表明对照组中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相对含量在加热过程中呈现先增加后减少的趋势，其中在加热0～6 h期间有明显上升，相对含量增加了93.11%。添加多酚能明显降低加热过程中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相对含量的升高，其中以3,4-二羟基苯乙酸效果最佳，添加3,4-二羟基苯乙酸后油茶籽油中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相对含量在加热6 h后仅升高22.11%。

图5 茶油在加热过程中(E,E)-2,4- 庚二烯醛相对含量的变化情况

图6 茶油在加热过程中(E,E)-2,4- 癸二烯醛相对含量的变化情况

2.2.3 多酚对茶油中其他挥发性成分的影响

茶油中的挥发性成分除醛类物质外，还含有醇、酮、短链脂肪酸、酯和烃类物质等5种挥发性成分。其中酮类物质具有果香气味，而挥发性短链脂肪酸随着浓度的升高会逐渐呈现出酸败的刺激性气味。茶油在加热过程中，酮类物质相对质量分数不断降低，挥发性短链脂肪酸相对含量不断升高。加热24 h后，对照组中酮类物质相对质量分数降低了93.59%，而挥发性短链脂肪酸相对含量增加28倍，这种变化也是导致茶油在加热过程中风味劣变的重要原因之一。

酮类物质相对含量的降低主要发生在加热0～6 h期间，添加槲皮素对抑制酮类物质在此期间相对含量的降低效果最佳，保留率达96.70%；而在加热24 h后，B组中酮类物质保留率最高，为59.03%，说明长时间加热时，3,4-二羟基苯乙酸具有更好的效果。挥发性短链脂肪酸相对含量的升高主要发生在加热0～6 h和18～24 h期间，添加的5种多酚对挥发性短链脂肪酸含量的升高均有明显的抑制作用。

3 讨论

油脂在高温条件下的氧化过程与常温下的自动氧化过程相比虽然机理相似，但是具有一定特殊性，所有的氧化反应速率加快。尤其是在烹饪时，往往是油脂和氧在高温处理过程中直接反应，此时油脂氧化生成的初级氧化产物如氢过氧化物等物质会立刻又分解成各种不同的醛、酮、酸等小分子次级氧化产物。羟基自由基和单线态的氧是非常活泼的自由基，这些自由基非常容易与油脂中的不饱和脂肪酸结合发生脂过氧化反应，多酚化合物含有的酚羟基可以消灭自由基，阻止脂过氧基的形成从而抑制脂过氧化反应。从挥发性成分的抑制作用的总体情况来看，所选的5种多酚中以儿茶素和没食子酸效果较好，这主要与酚羟基的数量与位置有关。茶油中的不饱和脂肪酸主要为油酸(占80%左右)，另含有少量亚油酸和亚麻酸。油酸的氧化产物辛醛、壬醛和癸醛都是由O-8-氢过氧化物分解得到的1-烯基自由基和羟基自由基组合物的酮-烯异构互变产物。(E)-2-癸烯醛、(E)-2-十一碳烯醛和(E)-2-壬烯醛的含量与油酸酰基紧密相关，是油酸氢过氧化物的β-均裂产物[14,15]。(E)-2-辛烯醛的含量与亚麻酸和油酸酰基的百分含量密切相关[16]。在高温环境下，多酚的结构、脂肪酸组成与油脂氧化稳定性的关系还有待进一步研究。

(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛作为茶油中的特征挥发性成分，多酚对二者的作用效果截然不同，这可能是因为多酚对不同脂肪酸起到的抗氧化效果存在差异导致的。有研究表明(E,E)-2,4-癸二烯醛的相对含量与油脂加热过程中不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的比值变化成反比[17]，多酚能抑制茶油中(E,E)-2,4-癸二烯醛相对含量的增加可能与多酚提高了茶油中不饱和脂肪酸尤其是亚油酸的抗氧化稳定性有关。添加的5种多酚均能减缓茶油在加热过程中挥发性成分的劣变，但对不同挥发性成分的保护效果和发挥作用的时间段均存在一定差异，这与多酚自身的特性和油脂的脂肪酸组成密切相关[18, 19]。

油脂挥发性成分是衡量油脂品质好坏的一个重要指标[20]。茶油在加热过程中因为挥发性成分的变化会导致风味变差，添加多酚能有效减缓茶油中挥发性成分的不良变化趋势，从而使茶油在长时间煎炸过程中的风味有所改善。