不同产地初榨菜籽油挥发性风味成分比较分析

仲 琴，杨 玲，薛 寒，楼展展，范国刚，严 成,*

（1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621000；2.四川安好众泰科技有限公司，四川绵阳 621000；3.四川斯菲提克科学仪器有限公司，四川绵阳 621000）

菜籽油（Rapeseed oil），也被称作菜油，一般为金黄色或者是棕黄色。菜籽油中含有一定量的芥子甙，具有刺激性气味，俗称“青气味”，菜籽油中的亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸和维生素E 等物质易被身体吸收，具有血管软化、抗衰老作用[1−2]。我国油菜籽年产量连续9年超过1300万吨，菜籽油产量约占植物油产量的1/3 以上，亩产量、总产量不断提高[3]。菜籽油的销售地和产地主要在长江流域，如四川省菜籽油产量占据全国的1/4，销量高，市场大[4]。不同地区菜籽油的风味存在差异，随着生活质量的提高，更好品质的菜籽油成为了消费者挑选的首要目标[5−6]。菜籽油的风味成分是反映菜籽油品质的重要标准之一，在食品加工和烹饪中对食品的风味具有显著作用[4,7]。

研究油脂挥发性风味成分在我国是一种大趋势[8−10]。不同种类的化合物组成的风味成分，其香味也不同。我国在研究油脂风味成分方面，主要是对不同加工方式、不同等级、不同品种的植物油以及加工精炼程度等进行检测和分析[7,11−15]，针对不同产地菜籽油的主体挥发性风味成分研究较少。张谦益等[5]利用气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技术研究了不同省份之间菜籽油风味成分的差异。Jing 等[16]研究了种子烘烤对初榨菜籽油中芥子油苷含量和风味的影响，发现挥发性风味成分、营养物质以及脂肪酸相对于未烘烤的菜籽增加了。Gracka 等[17]通过对炒籽温度对不同品种菜籽油风味分析，发现炒籽改善了风味，并显著增加了天然抗氧化剂的含量。由于我国自然生态条件的多样性，也会对菜籽油风味形成产生一定的影响，造成不同地区菜籽油的主体风味成分也差别。

为了研究不同产地初榨菜籽油挥发性风味成分的差异，寻找主体挥发性风味成分。本试验选择了四川7 个产量较高地区以及甘肃、江苏和安徽的相同品种的油菜籽，将初榨菜籽油利用电子鼻技术和顶空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，SPME）结合GC-MS 对挥发性风味成分检测分析。探究不同产地初榨菜籽油的风味成分，分析不同产地菜籽油挥发性风味成分差异，为生产浓香型、清香型以及原香等风味菜籽油提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

优质甘蓝型冬油菜籽 产自四川包括成都市、乐山市、中江县、广汉市、绵阳安州区、北川羌族自治县、内江市，甘肃、安徽、江苏的10 种新鲜、籽粒饱满；乙醚、异丙醇、三氯甲烷、冰乙酸 成都科龙试剂；所有有机溶剂均为分析纯。

ZYJ-9018-2 型全自动榨油机 江门市贝尔斯顿电器有限公司；GCMS-QP2020 型GC-MS 联用仪日本岛津公司；PEN3 电子鼻 德国Airsense 公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS 手动萃取头（1 cm） 美国Supelco 公司；手动SPME 进样器 上海安谱科学仪器有限公司；LDZ5-2 低速台式离心机 海安亭科学仪器厂；G20-PHOH 电磁炉 上海奔腾企业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 菜籽油的制备 将10 种不同产地干燥后的油菜籽经除杂后，分别称取800 g，倒入全自动榨油机，选择浓香型条件，自动进行炒籽以及压榨。毛油经过5000 r/min 离心后，装瓶密封。在分析前所有样品都置于4 ℃冰箱中避光条件下冷藏，静置24 h，待样品稳定后进行理化指标和挥发性风味成分检测。

1.2.2 菜籽油理化指标的测定 酸价（Acid value，AV）的测定：根据国标GB 5009.229-2016，《食品安全国家标准食品中酸价的测定》[18]的冷溶剂指示剂滴定法进行测定。过氧化值（Peroxide value，POV）的测定：根据国标GB 5009.227-2016，《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》[19]的直接滴定法进行测定。

1.2.3 菜籽油挥发性成分电子鼻检测 电子鼻用于采集和分析挥发性风味成分，它是由10 种金属氧化物气体传感器阵列组成。准确称取5 g 菜籽油样品于15 mL 顶空瓶中，用带有聚四氟乙烯硅胶垫的盖子密封，竖直放置顶空瓶。电子鼻的采样参数为：信号频率1.0 s、取样体积5.0 mL、清洗时间180 s，采集信号总时间150 s。

1.2.4 菜籽油挥发性成分GC-MS 检测

1.2.4.1 样品萃取 在15 mL 棕色顶空瓶中准确加入5 g 菜籽油样品，用带有聚四氟乙烯硅胶垫的盖子密封，竖直放置顶空瓶。80 ℃恒温预热20 min，插入老化的萃取头，顶空吸附40 min 后取出立刻插入进样口解析4 min。

1.2.4.2 GC-MS 条件 GC 条件[20]：色谱柱SH-Rxi-SSil MS（30 m×0.25 μm×0.25 mm）；设置柱箱温度40 ℃（保持5 min），进样口温度为250 ℃，不分流，以4 ℃/min，升高到180 ℃，再以10 ℃/min 程序升温到达220 ℃（保持5 min），总程序时间为44 min。

MS 条件[20]：采用EI 离子化方式，离子的源温度设置为200 ℃，接口温度25 ℃，溶剂延迟时间1 min，电子能量 70 eV，发射电流34.6 μA，质量扫描范围m/z 35～500。

1.2.5 主体风味成分评价 基于相对气味活度值（Relative Odor Activity Value，ROAV）法[21]评价各产地菜籽油主体风味成分，此法是根据化合物在风味组分中的浓度结合阈值判断食品风味中主要呈味成分方法之一，首先定义对样品风味贡献最大的组分ROAVm=100。则计算公式如式（1）：

式中：ROAVi为组分i 的相对气味活度值；Ci为组分i 的相对百分含量；Ti为组分i 在水中的感觉阈值；Cm与Tm为对样品总体风味贡献最大的组分的相对百分含量和感觉阈值。

选取ROAV>0.1 的风味成分进行主成分分析，进一步明确不同产地初榨菜籽油中的主体挥发性风味成分。采用IBM SPSS Statistic 22.0 对风味成分相对含量进行主成分分析（Principal Component Analysis，PCA），将数据标准化后确定特征值和特征向量、主成分载荷矩阵[22]。以主成分分析法构建的风味成分综合评价指标（general evaluation indexes,GEI）对10 个不同产地初榨菜籽油进行评价，然后依据式（2）对不同产地菜籽油进行风味评价，GEI 值越大，风味品质越好[23]。

式中：yi、λi分别为提取的主成分值及每个主成分对应的特征值。

1.3 数据处理

理化指标：每次试验重复三次，利用Microsoft Excel 2010、IBM SPSS Statistic 22.0 软件对实验数据进行处理并加以分析。不同平均值之间采用邓肯多重比较进行差异显著性检验。

电子鼻：运用Winmuster 软件对数据进行PCA 和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）。为确保实验数据的稳定性和精确度，选取测定过程中的142～146 s 的数据用于后续分析。

GC-MS：原始数据初步通过与NIST 谱库进行匹配定性，每个峰使用软件自动确定的背景校正和分辨率，将匹配度大于80（最大值为100）的鉴定结果才予以报道[24]。通过Microsoft Excel 2010 数据处理，运用面积归一化法求得各挥发性成分在各不同产地浓香菜籽油中的相对含量[25]。

2 结果与分析

2.1 各产地菜籽油理化指标测定结果

10 个不同产地初榨菜籽油的酸价（AV），过氧化值（POV）指标检测结果列于表1中。酸价和过氧化值是评价油脂安全性的基本指标，反映出油脂水解和氧化的程度[26]。AV 的范围为0.579～3.267 mg/g（≤4 mg/g）[27]，酸价越高，菜籽油中游离脂肪酸越多；由于是初榨菜籽油未经脱酸处理，AV 较高且不同产地有所差异，其中安州、北川、广汉、成都、内江、中江、安徽和江苏八地初榨菜籽油AV 差异显著（P<0.05），乐山和甘肃两地无显著差异（P>0.05）；不同产地初榨菜籽油PV 差异较大，其原因可能是不同产地初榨菜籽油游离脂肪酸和介酸含量不同引起的，初榨菜籽油未经脱水，其含水量相对较高且存在差异，油脂在脂肪酶的作用下易发生水解反应，产生低碳链的游离脂肪酸从而使酸价升高。POV 的范围为0.122～0.762 mmol/kg（≤7.5 mmol/kg）[27]，不同产地初榨菜籽油POV 经邓肯多重比较分析，广汉、成都、乐山、内江和江苏五地初榨菜籽油POV 显著差异（P<0.05），安州、北川和安徽三地样品POV 无显著差异（P>0.05），北川、成都和安徽三地样品POV 无显著差异（P>0.05），中江和甘肃两地样品POV 无显著差异（P>0.05），不饱和脂肪酸的含量与不饱和脂肪酸不饱和键的数量是影响菜籽油POV 的因素，不同产地样品不饱和脂肪酸含量不同，使得POV 存在差异。

表1 不同产地菜籽油酸价和过氧化值Table 1 Moisture and volatile content of rapeseed oil from different producing areas

2.2 不同产地菜籽油挥发性风味成分电子鼻分析

本研究使用带有10 个传感器的电子鼻，当每个传感器的响应值大于1，对研究有意义。电子鼻可以实现不同风味成分的识别分析，图1中每个椭圆代表同一产地初榨菜籽油风味的数据采集点，对10 个不同产地初榨菜籽油挥发性风味成分进行PCA，每个样品选取142～146 s 共5 个检测信号。由图1可以看出，10 个地区的样品菜籽油，第1 主成分（PC1）区分贡献率高达98.23%，第2 主成分区（PC2）分贡献率1.29%。两个主成分贡献率加起来共计达到99.52%，接近100%，由此说明，通过电子鼻测量分析的两个主成分可以代表此样品的主要风味信息特征，其中，由于PC2 的贡献率远远小于PC1 的贡献率，由此可知样品之间的差异基本都体现在PC1 上。因此，样品在横坐标上距离越大，样品间的风味差异越大。风味成分含量和种类不同会使风味存在差异，产地为广汉与乐山的初榨菜籽油样品在横坐标上距离最远，风味成分差异显著；产地为内江、安州、安徽和甘肃样品的风味相似。产地为内江和安州、北川和江苏以及甘肃和安徽样品间有重叠，差异不显著，因此重叠样品间风味接近。由图2可知，LDA 第1 主成分（LD1）方差贡献率为64.97%，第2 主成分（LD2）方差贡献率为20.10%，两主成分的累计贡献率为85.07%，相互之间能明显的区分，香气的数据采集点有不同的分布区域。10 种不同产地初榨菜籽油的分析数据点分布于各自区域，表明利用LDA 能准确识别出不同产地菜籽油的主体气味，并对其进行良好区分。样品的PCA 和LDA 相互验证关系成立。

图1 不同产地菜籽油风味成分PCA 分析Fig.1 PCA analysis of flavor components of rapeseed oils from different producing areas

图2 不同产地菜籽油风味成分LDA 分析Fig.2 LDA analysis of flavor components of rapeseed oils from different producing areas

2.3 各产地初榨菜籽油挥发性风味成分分析

2.3.1 挥发性成分种类及含量分析 不同产地初榨菜籽油各挥发性成分种类的相对含量和数量见图3、图4。由于10 种油菜籽来自不同的地区，产地不同导致菜籽油检测出的挥发性成分也存在一定的差异。在GC-MS 检测分析中，10 个地区菜籽油总共检测到177 种挥发性风味成分，其中醛类25 种、醇类12 种、酮类28 种、酸类20 种、酯类13 种、硫甙降解物质17 种、烃类33 种、杂环类19 种、吡嗪类7 种、其他3 种。其中安州共检测出74 种风味物质、北川67 种、广汉67 种、成都50 种、乐山75 种、内江65 种、中江63 种、安徽59 种、甘肃81 种、江苏62 种。10 个产地初榨菜籽油挥发性成分相对含量较高的主要为硫甙降解产物类和杂环类物质，其中广汉、内江、成都、中江以及甘肃硫甙降解产物相对含量较高，分别为51.20%、45.34%、44.42%、44.80%和48.57%，以3-甲基-2-丁烯腈、5-己腈、苯丙腈、苯乙腈和甲烯丙基氰为主，其中安州甲烯丙基氰相对含量为20.50%，苯乙腈相对含量为0.15%；甘肃甲烯丙基氰相对含量为22.69%，但苯乙腈未检出，苯乙腈贡献芳香气味和刺激味，使得这两个产地菜籽油风味有所差异；安徽、甘肃和江苏乙腈均为检出，可能是不同产地风味存在差异的原因。北川和乐山杂环类化合物含量相对其它产地较高，相对含量分别为33.04%和34.27%，以菜籽多酚、4-甲基-5-羟基乙基噻唑、2-乙酰基吡咯、2-乙酰基吡啶和吲哚等为主，其中安州和乐山萘相对含量分别为0.14%和0.13%；安州吲哚相对含量为0.12%，乐山为0.29%；萘的风味呈现焦油味，吲哚呈现香味，使得两个样品的风味有所差异。硫甙降解产物的形成与油菜籽在压榨过程中的美拉德反应有关，表现出浓郁辛辣味，这也是菜籽油具有强烈辛辣味的原因之一[28−31]；杂环类化合物表现出烤香、坚果和香辛料气味。氧化挥发物中的醛类化合物在各产地中的种类最多，安徽、安州、北川、甘肃、广汉、江苏、成都、乐山、内江和中江的醛类物质相对含量分别为4.64%、4.14%、1.97%、1.45%、1.35%、4.36%、3.87%、2.84%、1.64%和1.12%，以2,4-癸二烯醛、2-十一烯醛、壬醛为主，其中安徽初榨菜籽油中含醛类物质最多为17 种，醛类物质主要为青草味和油脂味[32]。吡嗪类化合物是美拉德反应的中间产物[33]，主要贡献烤香味和坚果香[34]，其中以3-乙基-2,5-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪为主，安徽相对含量分别为0.38%、1.73%、0.40%，内江分别为0.11%、0.71%、0.11%；成都以3-乙基-2,5-甲基吡嗪为主，相对含量为0.57%。各种化合物协同作用体现出菜籽油特征性风味。

图3 不同产地初榨菜籽油各类挥发性成分种类及数量Fig.3 Types and quantities of various volatile substances in virgin rapeseed oils from different producing areas

图4 不同产地初榨菜籽油各类挥发性成分相对含量Fig.4 Relative content of various volatile substances in virgin rapeseed oils from different producing areas

2.4 主体挥发性风味成分分析

虽然10 个不同产地初榨菜籽油中含有多种挥发性风味成分，但其中只有一部分对初榨菜籽油的整体风味有重要贡献，剩下部分化合物对整体风味成分起修饰与协同作用。挥发性成分对初榨菜籽油特征香气的贡献由其相对含量、气味阈值共同决定，一些含量低但气味阈值也很低的化合物也可能对初榨菜籽油的整体风味起重要作用，化合物相对含量的高低并不能说明其对风味的贡献度大小[35]。因此，本文结合各挥发性成分气味阈值，进行ROAV 分析。

10 种不同产地初榨菜籽油经HS/SPME–GC/MS分析，本文通过查阅文献[34,36−42]，共找到59 种挥发性风味成分阈值，因此，本文只对查到阈值的风味成分进行分析。挥发性成分的相对百分含量及部分化合物的阈值和ROAV 见表2。一般认为，ROAV≥1的组分为所测样品的主体挥发性成分，0.1≤ROAV<1的组分对所测样品的总体风味起重要修饰作用。烃类化合物、酸类化合物、酮类化合物、各别杂环类化合物以及部分酯类物质的ROAV 都小于0.1，对所检测初榨菜籽油的总体风味贡献极小。与Shahidi等[43]提出的无论饱和烃还是不饱和烃在食品风味形成过程中发挥的作用均较小的观点相符。由于饱和烷烃类物质阈值很高，几乎不产生明显嗅感；16 个碳原子以上的醇类、醛类、羧酸类和酯类等物质在食品中正常的浓度范围内几乎没有气味[44]。这些化合物虽然相对含量很高，但本研究目的是确定主体风味化合物，故此处不作详细研究。

风味描述能更加形象地描述所检测样品的主体风味成分。由表2可知，各产地初榨菜籽油的主体挥发性风味成分主要是醛类、吡嗪类和硫甙降解产物，其中醛类9 种，吡嗪类3 种，硫甙降解产物1 种。其中主体醛类物质多为油脂味、坚果味和焦糖味等，吡嗪类物质多为可可香气，为初榨菜籽油的风味的形成起着重要作用。醛类物质具有较强挥发性，浓度高且阈值较低，是菜籽油中的重要的风味化合物。（E,E）-2,4-癸二烯醛对安州、广汉、成都、乐山、内江、中江、甘肃以及江苏的风味贡献最大，并且是北川和安徽的共同主体风味成分，赋予了初榨菜籽油油脂香气；2,4-癸二烯醛对北川和安州的风味贡献最大，并且是安州的主体风味成分，赋予了初榨菜籽油坚果香；（E,E）-2,4-癸二烯醛（ROAV 在31.891～100范围内）是10 个产地共同的主体挥发性成分，油脂、柑橘、青味这些气味共同作用构成了初榨菜籽油的辛香味和焙烤香气。（E）-2-甲基-6-（1-丙烯基）-吡嗪和（E）-2-甲基-5-（1-丙烯基）-吡嗪分别是乐山和甘肃的初榨菜籽油的主体风味成分，赋予了菜籽油可可香和面包气。（Z）-2-甲基-6-（1-丙烯基）-吡嗪是成都和安徽初榨菜籽油的主体风味成分，主要呈霉香和可可香。一般来说氧化挥发物的感觉阈值都较高，对菜籽油的风味贡献低，但1-壬醇的感觉阈值极低，为2 μg/kg，是乐山初榨菜籽油的主体风味成分，提供玫瑰香和橙花香，使其风味更加协调。

表2 不同产地初榨菜籽油挥发性风味成分的阈值、ROAV 及气味描述Table 2 Threshold value,ROAV and odor description of volatile flavor substances of virgin rapeseed oil from different producing areas

2.5 主体挥发性风味成分的主成分分析

为进一步研究挥发性成分对不同产地初榨菜籽油风味的影响，根据ROAV 法选取22 种对初榨菜籽油风味有贡献（ROAV≥0.1）的挥发性风味成分进行PCA，结果如表3所示。分析结果表明，主成分1、2、3 和4 的方差贡献率分别为26.877%、20.349%、17.533%和11.280%，4 个主成分累计方差贡献率为76.040%，说明前4 个主成分代表了22 个指标76.040%的综合信息，这4 个主成分能较好地反映原始高维矩阵数据的信息，且可用于风味数据的分析。由表4可知，决定第1 主成分大小的是3-乙基-2,5-甲基吡嗪、壬醛，决定第2 主成分大小的是2,4-癸二烯醛，决定第3 主成分大小的是甲烯丙基氰、苯乙醛，决定第4 主成分大小的是月桂醛。不同产地初榨菜籽油风味成分的GEI 越高说明其风味品质越好，由图5可以看出，不同产地初榨菜籽油风味差别较大，风味品质最优的产地是成都，其次为乐山、广汉，品质最低的是江苏和安徽，产地为成都、乐山和广汉的初榨菜籽油更适合喜欢浓郁原香菜籽油风味的消费者，同时为风味菜籽油生产提供参考。

表3 主成分累积方差贡献率Table 3 Principal component cumulative variance contribution rate

表4 主成分载荷矩阵Table 4 Principal component load matrix

3 结论

本文围绕不同产地初榨菜籽油风味品质开展了一系列实验研究。电子鼻分析结果表明，PCA 和LDA 能有效地区分不同产地初榨菜籽油的风味，且产自广汉、成都、乐山的风味与产自甘肃、江苏、中江的风味成分差异较大。利用HS/SPME –GC/MS 以及ROAV，结合PCA 方法，对10 个不同产地初榨菜籽油主体风味成分检测，共鉴定出177 种挥发性成分，包括其中醛类、醇类、酮类、酸类、酯类、硫甙降解物质、烃类、杂环类、吡嗪类化合物等。利用ROAV 法确定不同产地初榨菜籽油的主体挥发性风味成分（ROAV≥1），2,4-癸二烯醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（E,E）-2,4-壬二烯醛、（E）-2-癸烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、壬醛等物质对初榨菜籽油风味贡献较大。利用HS/SPME-GC/MS 对初榨菜籽油挥发性风味成分进行检测和分析，同时PCA 能有效地区分不同产地样品的品质差异。

续表2

各产地初榨菜籽油的挥发性风味成分既有一定的相似性，也表现出较大的差异。相对含量较高的物质是硫甙降解产物、杂环类化合物和醛类物质，其中硫甙降解产物相对含量最高的产地是广汉51.20%，最低是乐山27.17%，其中安州甲烯丙基氰相对含量比甘肃低为2.19%，苯乙腈相对含量0.15%，甘肃苯乙腈却未检出。杂环类化合物中，安州和乐山萘相对含量分别是0.14%和0.13%，吲哚的相对含量分别是0.12%和0.29%，相对含量低却对菜籽油整体风味起着重要作用，萘的风味呈现焦油味，吲哚呈现香味，可能是导致风味呈现差异的原因。醛类物质相对含量少，但种类较多。上述原因使得菜籽油风味有所差异。通过本试验的研究，一方面初步得出醛类化合物为初榨菜籽油主体风味成分；另一方面可以为加工特别风味的菜籽油提供理论基础，开发出风味更佳、品质更优的菜籽油。在本研究中由于试验条件所限，未能结合气相色谱-嗅闻-质谱联用技术，分析每种挥发性风味成分的具体味道；今后应进一步研究菜籽油主体风味产生差异的原因，确定菜籽油主体风味成分合成和代谢的途径，为有效地控制菜籽油风味产生提供坚实的理论依据。