SDE-GC-O-MS鉴定浓香葵花籽油香气活性物质

师 瑞 尹文婷 马雪停 汪学德 王岸娜

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450052)

王岸娜，女，1972年出生，教授，食品资源加工及利用

葵花籽油有健康食用油之称，在人体中的消化率为95%以上，富含油酸、亚油酸和维生素E，其独特的风味深受消费者喜爱[1]。近年来我国葵花籽油消费量逐年增加，2018年我国葵花籽油消费量为326.7 t，仅次于大豆油、菜籽油和棕榈油，居于第四位[2]。

葵花籽油中已发现的挥发性风味物质有150多种，主要包括吡嗪类、呋喃类、吡啶类、吡咯类、萜烯类、醛酮类、酸类、酯类等[3-7]。国内外对葵花籽油挥发性风味物质研究多采用顶空固相微萃取(HS-SPME)[8-10]，但是该方法对于高沸点的、挥发性较弱的物质的萃取效果较差[11]。同时蒸馏萃取法(SDE)由Likens等[12]在1964年提出，它是将水蒸气蒸馏和溶剂萃取结合起来的一种方法，萃取效率高，对高沸点物质有较好的萃取率。该方法已经被广泛应用在橄榄油[13]、花生油[14]等挥发性风味物质的萃取。在众多的挥发性风味物质中，其中只有一小部分在食品中的浓度大于其气味阈值，对食品的整体香气具有贡献，称为香气活性物质。国内外对浓香型油脂香气活性物质的分析检测方法多采用气相色谱质谱联用技术(GC-MS)或者全二维飞行时间质谱(GC×GC-TOF/MS)，同时结合GC-O等技术[15-21]。目前鲜有研究利用GC-O-MS检测葵花籽油的香气活性物质。

因此，本研究采用同时蒸馏萃取法萃取浓香葵花籽油中的挥发性风味物质，对萃取条件进行优化(萃取溶剂、水添加量、萃取时间)，并利用GC-O-MS鉴定浓香葵花籽油中的香气活性物质。

1 材料与方法

1.1 实验材料与试剂

脱壳葵花籽：内蒙古巴彦淖尔；二氯甲烷、正戊烷均为分析纯。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C型气相色谱-质谱联用(GC-MS，Agilent MSD、质谱库：NIST17)，ODP3嗅辩仪，同时蒸馏萃取装置，6YZ-180 型自动液压榨油机，KD浓缩仪。

1.3 方法

1.3.1 压榨法制备葵花籽油

脱壳葵花籽仁，将葵花籽在160 ℃烘烤20 min，液压压榨，4 000 r/min离心10 min, 过滤得浓香葵花籽油，-20 ℃保存直至分析。

1.3.2 同时蒸馏萃取步骤

本方法在前人基础上进行了改进[22]，称取40 g葵花籽油，适量蒸馏水(120、160、200、240 mL)、氯化钠(添加量为蒸馏水的6%)，混合于500 mL蒸馏瓶中，加入转子，放入油浴锅中。装置另一侧的溶剂瓶中加入40 mL 有机溶剂(二氯甲烷或正戊烷)作为萃取溶剂，放入60 ℃水浴锅中。加热水浴锅和油浴锅，使两端蒸馏瓶中溶液同时沸腾，分别萃取1、2、3、4、5 h。冷却至室温后，加入2 g无水硫酸钠，4 ℃冷藏静止12 h后，用KD浓缩管浓缩至5 mL，氮吹至3 mL，过滤膜(0.22 μm)，进气相小瓶冷藏至分析。每个样品萃取3次，计算平均值和标准偏差。

1.3.3 GC-O-MS分析

GC条件：弹性石英毛细管柱：HP-5MS(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，载气为高纯氦气(99.999%)，流速1.8 L/min，升温程序：起始温度40 ℃，保持3.5 min；以4 ℃/min的速率升温到230 ℃，维持8 min；以10 ℃/min的速率升温至280 ℃，保持5 min。四级杆温度为150 ℃，离子源温度230 ℃，增益因子1.00。

MS条件: 电子轰击离子源(EI)，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；四级杆温度150 ℃；扫描范围(m/z)28～500。

GC-O：样品经GC分离后进入嗅辩仪检测器和质谱检测器，分流比为1∶1，由3名经培训的评价员描述闻到的气味特征。

采用Agilent MSD化学工作站，将葵花籽油挥发性成分的GC-MS谱图与Agilent NIST17质谱库进行比对，初步筛选出匹配度≥80%的挥发性风味物质。将正构烷烃C7～C30在相同GC-MS条件下进样，计算挥发性风味物质的保留指数(RI)[23]。利用RI定性，并利用面积归一化法计算每种挥发性风味物质的相对含量。

2 结果与讨论

2.1 同时蒸馏萃取条件的优化

2.1.1 萃取溶剂的选择

同时蒸馏萃取是依据相似相溶原理，挥发性组分在溶剂中的溶解度大于在样品中的溶解度，从而将挥发性组分从样品中萃取富集到溶剂中。因此，萃取溶剂的选择要考虑溶剂的极性、密度等。挥发性物质常用的萃取溶剂为二氯甲烷、正戊烷、乙醚、氯仿等[24]，其中，正戊烷为非极性溶剂，二氯甲烷为强极性溶剂。本实验研究两种不同极性萃取溶剂(正戊烷、二氯甲烷)对葵花籽油挥发性风味物质萃取效率的影响。

浓香葵花籽油的风味是由多种挥发性风味物质共同组成的。本研究选择化合物总峰面积以及各挥发性化合物相对含量为优化参数，比较不同的萃取条件对浓香葵花籽油风味的萃取效果。结果表明，二氯甲烷萃取得到的化合物峰面积(1.54×108)明显高于正戊烷(2.7×107)，二氯甲烷的萃取率较高。由图1可知，不同萃取溶剂对所得到化合物相对含量的影响不大。本研究选择二氯甲烷作为萃取溶剂。

图1 不同萃取溶剂对葵花籽油挥发性化合物相对含量的影响

2.2.2 水添加量的优化

萃取过程中，用于水蒸气蒸馏的水的添加量对萃取效果具有一定影响。由图2可知，随着水添加量的增多，化合物总峰面积先增加后减少。由图3可知，加水量对萃取的风味物质的相对含量没有明显的影响。随着水添加量的增多(120～200 mL)，水蒸气上升量增多，可以携带更多的挥发性成分，样品与萃取溶剂接触量增大，提高了萃取效率，测得的化合物总峰面积增多。但是随着水添加量的继续增加(200～240 mL)，样品端蒸气上升速度和冷凝速度加快，导致挥发性成分不能被溶剂充分萃取，从而化合物峰面积减少。因此，选择最佳的水添加量为200 mL。

图2 水添加量和萃取时间对葵花籽油挥发性化合物总峰面积的影响

图3 水添加量对萃取的葵花籽油挥发性化合物相对含量的影响

2.2.3 萃取时间的选择

随着萃取时间增长，溶剂与挥发性组分接触时间增加，但同时可能导致待测组分发生热降解和氧化。由图2可知，随着萃取时间的延长，化合物总峰面积增加。图4显示，杂环类化合物和萜烯类化合物含量随着萃取时间的延长出现先增加后减少，而醛酮类含量随着萃取时间的延长而增加。当萃取时间小于或等于2 h时，待测组分不能被溶剂完全萃取，因此萃取率较低。萃取4 h和5 h时，由于萃取时间过长，持续的加热导致脂肪氧化降解增加，醛酮类等萃取产生的后生物增加，此类萃取物质并不能代表葵花籽油本身的风味物质组成。因此，选择最佳萃取时间为3 h。

图4 萃取时间对葵花籽油挥发性化合物相对含量的影响

2.2 葵花籽油挥发性风味物质分析

浓香葵花籽油同时蒸馏萃取的最佳条件为：萃取溶剂为二氯甲烷，添加40 g葵花籽油，200 mL水，萃取时间3 h。利用最佳萃取条件，一共鉴定出96种挥发性风味物质。其中，含量最多的为醛类(22种，29.29%)、杂环类(19种，29.10%)和萜烯类(5种，26.79%)。此外，还含有醇类(6种，3.08%)、酮类(4种，1.47%)、烯烃类(12种，1.78%)、酸类(4种，0.25%)、烷烃类(10种，0.57%)、酯类(1种，0.43%)。杂环类物质中主要为吡嗪类(22.61%)、呋喃类(4.98%)、吡咯类(0.61%)和吡啶类(0.91%)。本实验与周萍萍等[25]采用HS-SPME-GC-MS检出的浓香葵花籽油中挥发性风味物质种类相似，但是本实验检出更多的萜烯类物质。

此外，GC-O-MS共鉴定出24种香气活性物质(表1)。吡嗪类物质主要具有烤坚果香等气味特征，它赋予葵花籽油特有的焙烤香味，主要来源于油籽加热过程中还原糖和氨基酸或蛋白质的美拉德反应[26]。萜烯类物质主要为α-蒎烯(21.52%)，气味特征为松针味，它赋予葵花籽油特有的植物清香。醛类物质主要来源于葵花籽油中的不饱和脂肪酸的氧化裂解[27]，其中一些醛类表现为果香、花香等正面气味特征，另外一些醛类物质表现为哈喇味等负面气味特征。呋喃类物质表现甜香、果香和豆香等气味特征，主要源于脂质氧化或糖类的热降解[28]。多种香气物质相互作用共同构成了浓香葵花籽油的独有香气。

表1 浓香葵花籽油中的香气活性物质组成及含量

3 结论

对同时蒸馏萃取法提取浓香葵花籽油的挥发性风味物质进行条件优化，采用气相色谱-质谱-嗅闻技术(GC-O-MS)对浓香葵花籽油挥发性风味物质和香气活性物质进行分离鉴定。最佳萃取条件：加油量40 g，水添加量200 mL，二氯甲烷40 mL，萃取3 h。在此条件下萃取浓香葵花籽油挥发性风味物质，经GC-MS分析共鉴定出96种挥发性风味物质，主要为醛类(29.29%)、杂环类(29.10%)和萜烯类(26.79%)。此外，利用GC-O首次在葵花籽油中检测到24种香气活性物质，主要为吡嗪类物质(烤香味)和萜烯类物质(植物清香)，为葵花籽油香气活性物质鉴定提供了参考。