植物油中挥发性风味成分分析鉴定技术研究进展

蒋黎艳 谭 姣 肖新生

(湖南科技学院化学与生物工程学院，永州 425199)

植物油是由甘油和脂肪酸化合而成的物质，主要是从植物的果实、种子或其他部分提取获得，目前常见的植物油有菜籽油、油茶籽油、芝麻油、橄榄油、大豆油等。植物油是人们生活中不可或缺的物质，不仅是人体内脂肪的来源，还能提供磷脂、甾醇、脂溶性维生素E、不饱和脂肪酸等多种营养功能成分[1]。随着工业化进程的发展，植物油在食品、饲料和工业应用(包括生物能源应用)[2]中的应用越来越广泛，人们对植物油的品质要求也越来越高，而挥发性风味成分是评价植物油品质的重要指标。

植物油的挥发性风味成分主要是通过油脂的氧化、非酶褐变反应以及一些其他物质氧化或挥发而成的[3]，包括醛、醇、酮、酯、杂环、烃、酚和酸类等，这些挥发性成分的含量、种类、感官阈值和它们相互间的叠加、分离、抑制、协同等作用，形成了植物油的特殊风味，客观地影响着植物油的品质[4]。在满足营养与安全的前提下，食用植物油风味研究已成为目前学术界与产业化应用领域的热点问题，挥发性风味成分分析鉴定技术是食用植物油风味研究的必备手段。然而不同的分析鉴定技术得到的挥发性风味成分的种类和含量有一定的差异，因此选择合适的分析鉴定技术对风味食用植物油的开发具有重要的意义。在此基础上，本文通过对国内外有关植物油中挥发性风味成分分析鉴定技术的文献进行归纳总结，从植物油挥发性风味成分的分析前处理技术和鉴定方法两方面，对各种方法进行了比较，旨在为风味食用植物油的开发提供参考。

1 植物油中挥发性风味成分的分析前处理技术

植物油中各挥发性成分共同赋予了植物油特有的风味，但植物油的挥发性风味成分是一个复杂的体系，含量很低，对其研究难度较大，因此在鉴定挥发性风味成分前，需要对其进行前处理，有利于更加全面有效的分析。目前，植物油中挥发性风味成分的分析前处理技术有同时蒸馏萃取法、水蒸气蒸馏法、顶空法、固相微萃取技术、溶剂辅助蒸发法、超临界流体萃取技术等。

1.1 同时蒸馏萃取法

同时蒸馏萃取法(SDE)是将样品与有机溶剂同时加入至沸腾，样品中挥发性风味成分溶入有机溶剂中，可以实现蒸馏和提取同时进行，挥发性风味成分从而得到浓缩。同时蒸馏萃取方法具有提取效率高、操作简单等优点，目前此方法主要是通过与其他方法进行比较分析，来观察植物油的风味成分种类和数量变化。张丽珠等[5]采用SDE法和固相微萃取法提取菜籽油和棕榈油复合底料中的挥发性成分，发现SDE法可提取分析出58种风味化合物，而固相微萃取法提取分析出41种风味化合物。然而也有研究者在提取分析花生油中的挥发性风味物质时，发现用固相微萃取法比SDE法能提取分析出更多的挥发性风味物质[6]。由此说明对于不同的植物油选择适宜的提取方法非常重要。此外，还有研究发现[7]SDE法与顶空-固相微萃取技术相比可以分析出更多的高分子量的半萜烯、酸和酯类化合物，这可能是因为蒸馏过程中某些风味物质发生了变化，生成了一些人为的风味成分，而顶空-固相微萃取易分析出低分子量和高挥发性的醇和烃类物质。

同时蒸馏萃取方法的主要缺点是过高的提取温度可能会导致植物油中某些挥发性风味成分的化学变化或处理过程中产生一些非物质本身的成分，所以不适用于处理样品中的热敏感挥发性物质。

1.2 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是指将样品经过适当的预处理，然后将水蒸气通入样品中，当植物油中挥发性物质与水的蒸汽压与外界大气压相等时液体会沸腾，从而使植物油中挥发性成分与水蒸气蒸出的操作过程。水蒸气蒸馏法是一种传统的分离挥发性风味成分的方法，由于其萃取效率很低，目前该法在提取植物油中挥发性风味成分的应用较少。Dabbou等[8]采用水蒸气蒸馏法和GC/MS测定两种传统突尼斯工艺处理过的食用橄榄(Picholine和Manzanella)来确定风味特征，结果发现处理过的产品的挥发性化合物受加工的影响：总萜烯增加，醛减少，新的风味特征出现。

水蒸气蒸馏法操作方便、价廉、设备简单。但该法提取时间较长，且提取温度过高时，热敏性物质可能会分解，所以在植物油挥发性风味成分的提取上有一定的限制。

1.3 顶空法

顶空法(HS)包括静态顶空法和动态顶空法。静态顶空法(SHS)是将某些挥发性的物质放在封闭的环境中，维持温度不变，一旦顶部空间气体和挥发性香味成分维持均衡后，然后用气相色谱分析上部气体。周玮婧等[9]发现用SHS法提取食用油中的正己醛效果较好，而正己醛可作为判断食用油氧化酸败的程度，对控制食用油质量提供了依据。Doleschall等[10]在用SHS技术和固相微萃取技术分别提取葵花籽油的香气成分时，发现SHS能为挥发性较高的化合物提供好的回收率，而固相微萃取使测量更高分子量的醛成为可能。SHS法简单有效、不需要溶剂，适用于提取易挥发的物质，但该法灵敏度低，对含量很低、挥发性较弱的风味成分来说，不是一种有效的方法。

动态顶空法(DHS)是将惰性气体通过液体样品，挥发性物质通过气流被吹扫出来，从而捕获在吸附剂上，加热解析后，然后开始色谱分析。Kanavouras等[11]采用DHS法分离纯净的橄榄油挥发性化合物，发现该法分离的化合物数量很多，且分析所需的总时间较短。DHS法取样量少、在线检测方便，但该法装置较复杂，费用较高。

1.4 固相微萃取技术

固相微萃取技术(SPME)是在熔融石英纤维上涂抹固定相后来吸附、提取样品中的挥发性成分，同时兼具提取、分离和浓缩挥发性物质的作用。而SPME纤维头的涂层具有选择性，影响结果的分析。目前常用于植物油中挥发性风味成分吸附的萃取纤维的涂层主要有聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(PDMS /DVB)、聚二甲基硅氧烷/羧乙基(PDMS/CAR)、二乙烯基苯/羧乙基/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)等。

杨春英等[12]研究了3种不同类型萃取头(65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR/PDMS及75 μm CAR/PDMS)对待测组分萃取效率的影响，发现使用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头效果最好，各种风味物质都可以从植物油中被提取出来，该结论与龙奇志等[13]的研究相一致。喻晴等[14]也用该萃取纤维头提取山茶油、花生油、菜籽油、大豆油中的挥发性风味组分，并结合气-质联用法进行分析鉴定，共鉴定出挥发性风味成分140种。苏晓霞等[15]采用SPME技术和气相色谱质谱联用技术分析菜籽油精炼过程中挥发性成分的变化情况，研究发现随着精炼程度的加深，吡嗪类化合物和硫甙降解产物的种类和含量显著降低。

固相微萃取技术对实验条件比较敏感，且该技术目前以手动萃取为主，自动化程度不高。但固相微萃取技术具有提取效率高、简单经济、不需要溶剂、选择性好等特点，极大提高了提取分析鉴定的效率和准确性[16]。因此，固相微萃取技术提取植物油中挥发性风味成分仍具有很大的潜力，尤其是与其他方法的联用具有重要的应用前景。

1.5 顶空-固相微萃取法

顶空-固相微萃取法(HS-SPME)是顶空法和固相微萃取法联用的技术，它结合了HS法和SPME法的优点，是一种快速、灵敏、无溶剂且经济的方法，可用于制备气相色谱分析的样品。目前HS-SPME技术被广泛用于提取新鲜和氧化的植物油样品中的挥发性风味成分。

高蓓等[17]采用HS-SPME技术对常见5种植物油中的挥发性风味成分进行提取分析，从5种植物油中共检测出挥发性物质101种。孙旭媛等[18]采用HS-SPME-GC-MS法对棕榈油、菜籽油、葵花籽油和亚麻籽油在120、150、180 ℃加热氧化条件下产生的挥发性物质进行分析，研究发现同种植物油不同温度加热氧化挥发性物质差异不大，而不同脂肪酸组成的植物油挥发性成分有明显差异。洪振童等[19]采用HS-SPME技术提取分析冷榨葵花籽油和不同炒籽温度下的热榨葵花籽油的挥发性物质，检测发现葵花籽油样品中共含有59种挥发性成分，主要是萜烯类、醛酮类、烷烃类、杂环类及羧酸类物质。还有研究者在提取菜籽油中的挥发性成分时，发现采用HS-SPME法比超临界流体萃取法(SFE)、水蒸气蒸馏法提取出的风味化合物种类多，效果好，更适于菜籽油风味成分的检出[20]。此外，Ma等[21]开发了一种HS-SPME-GC-FID方法用于分析食用油中产生的醛，发现醛类尤其是己醛的含量足以作为衡量油质恶化的参数；同时也发现己醛的浓度与食用油的储存时间有关。

HS-SPME法具有灵活性高、选择性高等特点，并且能够结合气相色谱质谱等仪器将提取、富集、分析鉴定于一体，所以在植物油挥发性风味成分的分析前处理中具有巨大的应用前景。

1.6 溶剂辅助蒸发法

溶剂辅助蒸发法是在高真空、低温条件下，利用水或其他有机溶剂辅助挥发性风味物质快速蒸发，从而分离难挥发成分，是一种相对温和的挥发性成分提取方式[22]。此方法与同时蒸馏萃取法相比不会因受热而产生其他的挥发性物质，因而能够保持植物油原有的风味。Agyemang等[23]使用溶剂辅助蒸发技术提取烤芝麻油中挥发性风味成分，发现其主要含有吡嗪类物质,同时有含硫和含氮化合物。Poehlmann等[24]采用溶剂辅助蒸发法，以乙醚为萃取剂提取施蒂里亚南瓜籽油中的挥发性成分，通过将31种主要成分以油中确定的浓度混合而制备的香组物的感官评估表明，施蒂里亚南瓜籽油的挥发性成分可以被模仿。

溶剂辅助蒸发法提取植物油中挥发性风味成分效率高，达到了快速蒸馏和低温萃取的目的，但该法溶剂消耗量大、耗时较长、操作比较复杂，且非常容易引入杂质造成污染。所以在植物油挥发性风味成分的提取上也有一定的限制。

1.7 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是基于流体较好的溶解能力，通过控制好温度和压力等条件，提高超临界流体对样品中挥发性物质的溶解度而达到提取和富集的目的[25]。超临界二氧化碳流体萃取(SC-CO2)技术与传统的提取技术(例如溶剂提取)相比，该方法是清洁安全的。研究发现用SC-CO2和动态顶空-气相色谱-质谱联用提取开心果提取物的挥发性成分，总共分析出31种化合物，其中α-蒎烯，β-月桂烯，D-柠檬烯，α-萜品油烯具有烤开心果的特征性味道和气味[26]。

超临界流体萃取技术对设备的要求较高，目前在植物油中挥发性风味成分的提取分析报导很少。但该方法在较低的温度下进行，且提取时间短、无溶剂残留。随着技术的发展，相信用此法和其他方法结合使用分析前处理植物油中挥发性物质有较大的应用前景。

1.8 其他前处理方法

除了上述的分析前处理方法外，还有一些其他方法如热脱附法(TD)、搅拌棒吸附萃取法(SBSE)。TD法作为一种新型的挥发性成分分析预处理方法，具备操作简单、绿色环保、灵敏度高、重复性好等优点，常见于环境和植物中挥发性物质等的提取分析[27]。Cavalli等[28]研究发现直接热脱附技术是提取挥发性化合物，特别是半挥发性化合物(如倍半萜)的一种很好的方法。雷春妮等[29]采用TD-GC-MS法对9个单品种初榨橄榄油挥发性风味成分进行分析,共鉴定出22种挥发性风味成分。TD法因其设备投资成本高、使用范围较窄等缺点，目前只在少数植物油中应用。

SBSE法原理和SPME技术类似，但SBSE的萃取数量更多，因此萃取效率更高，重现性更好，对于挥发性和半挥发性成分的吸附萃取效果较好[30]。目前，SBSE法已广泛应用于食品风味物质分析，如烤瘦牛肉[31]，但在植物油挥发性风味成分中的应用几乎没有。SBSE存在一些问题，例如有限的适用涂层，实验室制造的搅拌棒的涂层磨损以及自动化的困难等，这些都限制了SBSE的应用。植物油中挥发性风味成分分析前处理技术总结如表1所示。

表1 各种分析前处理方法的总结

2 植物油中挥发性风味成分的鉴定方法

对经不同前处理技术提取富集的植物油挥发性风味成分进行鉴定，是了解其组分的前提。目前，植物油中挥发性风味成分的鉴定方法主要有气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、气相色谱-嗅闻法、香气活性值法、电子鼻法等。

2.1 气相色谱法

气相色谱法(GC)是利用各组分在色谱柱中流出的时间不同，从而达到分离、分析检测的方法。此方法灵敏度高，可进行mg级的定量分析，进样量可以在1 mg以下；且分析速度快、操作简单，仅用几分钟到几十分钟就可完成一次分析，比较适合植物油中挥发性风味成分的分析鉴定。Kalua等[32]用GC法分析93 ℃下热氧化游离脂肪酸(FFA)中200 多种的挥发性化合物，使用市售的FFA混合物代替选择具有各种脂肪酸组成的特定植物油，发现随着氧化时间的增加，总挥发物和一些单独的挥发物，包括己醛、2-己醛、2-庚烯醛等线性增加。Loi等[33]用GC法分析鉴定棕榈油中的糠醛，发现从工厂获得的棕榈油含有2%～13%的糠醛。

但是气相色谱法即使在一样的条件，不同的挥发性物质可能具有一样的保留值，对于准确的定性还有待加强。随着科技的发展，仅用气相色谱分析检测植物油中挥发性风味成分的应用越来越少，通常和其他技术一起联用效果较好。

2.2 气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱联用法(GC-MS)结合了GC高效的分离能力和MS高选择性的鉴定能力，对复杂的挥发性成分能够进行定性和定量测定，使GC和MS各自优点都得到充分利用。GC-MS分析不需要标样，根据谱库各物质标准谱图信息就能够对分析物进行定性鉴定，是植物油中挥发性风味成分分析鉴定中最常用、效果较好、应用范围最广的方法。

研究发现用GC-MS技术分析鉴定花生油、茶油的风味物质时，发现吡嗪、呋喃、醛酯酸、烷烃类物质是花生油的主要挥发性成分，醛类是茶油香气的主要成分[34，35]。Flecker等[36]研究发现对于未精制的植物油，HS-GC-MS技术能确定植物油中挥发性溶剂残留的来源。Sano等[37]让4种菜籽油在180 ℃条件下变质0、40、60、80 h，并用GC/MS系统和感官评分对挥发性气味化合物进行评价，发现总体气味感觉得分与气味化合物总面积呈线性相关。Kaftan等[38]对土耳其爱琴海地区Ayvalik和Memecik橄榄品种的初榨橄榄油中的挥发性风味物用GC-MS法分析，发现己酸、3-己烯、顺式-3-己烯、9-十八烯酸和己二酸是Ayvalik品种的特征挥发物，而反式-2-己醛和3-己烯-1-醇-乙酸酯是Memecik品种的特征挥发物。Cecchi等[39]采用GC-MS法对11种典型意大利单品种特级初榨橄榄油(EVOOs)挥发性化合物进行分析，共鉴定出了48种挥发性化合物，主要包括醇、酯、醛、酮和烃类。另有研究发现橄榄油中还有萜烯和呋喃类挥发性成分[40]。

GC-MS联用法在分析检测植物油中挥发性风味成分上应用非常广泛。有些挥发性风味成分含量很低，GC-MS不能检测到，单用GC-MS技术分析检测存在一定的局限，因此，GC-MS法与其他方法的联用在植物油挥发性风味成分的分析鉴定中将有较大的潜力。

2.3 气相色谱-嗅闻法

气相色谱-嗅闻法(GC-O)结合了色谱的分离能力和人敏感的嗅闻能力，可以从复杂的混合物中筛选和评价特征风味物质。它是一项基于对色谱柱洗脱液进行感官评估的技术，GC-O主要分析方法有稀释分析法、时间强度法、频率检测法[41]。目前，为了全面了解植物油中含有的挥发性风味成分以及准确定性，GC-O法常与质谱结合使用。

陈海涛等[42]用GC-MS-O结合梯度稀释法共鉴定出花椒油中挥发性风味成分75种。Zhou等[43]用GC-MS-O对来自西班牙、意大利和希腊的15个品牌的特级初榨橄榄油(EVOOs)对油中香气成分进行分析，共鉴定出八类香气成分,其中醇类17种,醛类22种,酮类9种,酸类4种,酯类14种,芳香族5种,烯烃12种,其他6种。苏晓霞等[44]采用GC-O方法中的时间强度法(OSME)来分析检测菜籽油中的风味成分，发现菜籽油中有16种特征风味物质。Kesen等[45]通过GC-MS-O中的芳香提取物稀释分析(AEDA)用于测定橄榄油中的香气活性化合物，发现醛和醇类物质是橄榄油中最主要的挥发物。刘少敏等[46]采用GC-MS-O技术、感官评价和电子鼻技术对3个国家的6种特级初榨橄榄油挥发性香气成分进行分析鉴定，结果发现电子鼻可以明显区分不同的橄榄油。

GC-O法来分析检测植物油中的挥发性风味物质在一定程度上能弥补GC-MS法的缺陷，把人的嗅觉和仪器分析结合在一起，在挥发性风味分析检测的应用中具有重要的潜力。但该方法工作量比较大，对评价员的要求很高，且每一个评价员的嗅觉灵敏度有一定的差异，所以分析出的结果会有一些差异。

2.4 香气活性值法

香气活性值法(OAV)是特定化合物对样品(例如食物)气味的重要性的量度，它是浓度与阈值的比率。香气活性值能够衡量某个物质对植物油香味方面的贡献，当OAV值大于1时，对植物油的风味才有较大的贡献。Guclu等[47]计算了挥发性化合物的气味活性值和这些化合物对橄榄油整体风味的贡献，发现其中6 种挥发性成分的气味活性值(OAVs)大于 1，(Z)-3-六烯醛、己醛和非醛是橄榄油中 OAVs 最高的组分。Xu等[48]采用GC-MS结合“相对气味活性值”用于分析鉴定花生油，大豆油，菜籽油中关键挥发性化合物，发现其关键挥发性化合物包括戊醛，己醛，辛醛，壬醛，反式-2-庚烯和苯甲醛等，其中反式-2-庚烯和苯甲醛是油酸和亚油酸的重要氧化降解产物。香气活性值的计算需要准确浓度的定量数据，所以香气活性值法通常和GC-MS、GC-O法等方法结合使用。

2.5 电子鼻技术

电子鼻技术以类似于人类嗅觉系统的方式测量挥发性化合物，通过特定的传感器检测挥发性化合物，这些传感器将信号发送到识别器官，即大脑或计算机[49]。电子鼻技术能够快速提供挥发性风味成分的一些信息，在风味识别与区分上具有重要的意义。目前通常将电子鼻技术与其他方法结合使用如GC-MS等。

闫辉强等[50]采用GC-MS与电子鼻技术对20种橄榄油中的风味物质进行分析测定，通过电子鼻分析可知，橄榄油的品种不同其特征风味存在差异，且都能较好的区分。邓龙等[51]采用GC-MS-O法结合电子鼻技术分析鉴定了8种橄榄油中的挥发性成分，共检出橄榄油中挥发性成分108种，主要包括烃类、酯类、醛类、醇类。Park等[52]采用GC/MS、电子鼻/金属氧化物传感器(MOS)和电子鼻/质谱联用技术对9种不同焙烧条件下芝麻油的挥发物进行了分析，研究发现吡嗪类化合物是芝麻油中的主要挥发性成分。此外，还有研究者发现[53]电子鼻技术也能作为鉴别油掺假的一种快速简便的检测技术。

电子鼻技术不能高精度的测量复杂成分组成的混合挥发性风味物质中各个组分的浓度，设备成本高，但是该技术可有效的避免由于人的嗅觉疲劳、敏感度差异带来的误差，且是一种成本低并能快速得到检测结果的测定技术，它给植物中挥发性风味成分的分析带来了新的思路，因此电子鼻技术与其他方法结合使用将会应用的越来越广泛。

2.6 全二维气相色谱飞行时间质谱法

全二维气相色谱飞行时间质谱法与常规气质联用相比具有通量高、灵敏度高、分离度高等优点，对解决复杂体系中痕量组分和全组分挥发性成分分析效果较好。Hu等[54]通过全二维气相色谱飞行时间质谱法分析鉴定了大豆、花生、菜籽和葵花籽油中的挥发性化合物。周琦等[55]用全二维气相色谱飞行时间质谱法鉴定出冷榨菜籽油中156种挥发性成分，其中38种物质具有特征气味。但该法分离能力有限、价格高、不适于高沸点成分分析。植物油中挥发性风味成分鉴定技术总结如表2所示。

表2 植物油中挥发性风味成分鉴定技术总结

3 展望

随着人们对风味食用植物油的需求日益增加，其挥发性风味成分的分析鉴定研究与应用变得尤为重要。植物油中挥发性风味成分具有含量少、种类多、容易挥发散失等特点，因此对植物油中挥发性风味成分的分析前处理技术和检测方法有比较高的要求。

在分析前处理植物油中的挥发性风味成分时，SDE法和水蒸气蒸馏法对于提取热敏性挥发性成分效果差，而超临界萃取技术能有效的防止热敏性成分的氧化，从而保持植物油的特有风味；HS法只适用于挥发性高、含量高的成分，所以通常与SPME结合使用；HS-SPME法应用非常广泛，但该法的萃取头使用多次后吸附能力下降、平行性不好，所以应加强对萃取头的研究；溶剂辅助蒸发法对于保持植物油原有风味效果好，但杂质污染问题严重，解决该问题将是以后研究的方向。因此在以后的研究中，需根据风味成分的特点选择合适的一种或多种分析前处理技术。植物油中挥发性风味成分的鉴定技术应用最广泛的是GC-MS联用法，该法解决了GC定性能力差的问题，但对含量很低的物质效果不好，而嗅闻技术适合于分析低含量组分；同时香气活性值法有利于衡量油脂风味贡献的大小，电子鼻技术能快速的识别和区分风味物质。所以加强GC-MS法与其他鉴定方法(如嗅闻技术、香气活性值法、电子鼻技术等)的结合使用将会是未来重要的发展方向。

随着科学技术的发展，植物油中挥发性风味成分的分析鉴定方法会日趋完善。高效的分析前处理技术和鉴定方法实现在线联用，使其向价廉、快速简便、能耗低、无污染、选择性高等方向发展，将是植物油挥发性风味成分分析鉴定技术发展的必然趋势。