菜籽油挥发性成分的多样性分析

李 银， 李祥慧， 易 阳， 胥 伟， 王宏勋

(武汉轻工大学食品科学与工程学院，武汉 430023)

菜籽油是仅次于大豆油和棕榈油的世界第三大植物油，2014—2018年全球菜籽油的年均生产总量约2 767.4万t，而我国年均产量达673.9万t[1]。由于食用油的自给率偏低，国产菜籽油极少外销(出口量约1.2万t/年)，每年从加拿大等国进口菜籽油约94.4万t，进口量仅次于美国[1]。菜籽油的脂肪酸组成合理，含有多酚、甾醇、维生素E等微量营养成分[2]。市售菜籽油产品十分丰富，产品多按产地、加工工艺、质量等级和包装方式等类目细分，以供消费者选择。品质是食品消费的重要诱导因素，但市售菜籽油的品质多样性及其不同分类的品质差异性鲜见报道。

风味是菜籽油品质形成的要素，主要由硫苷降解产物、氧化挥发物(醛、醇、酮等)及杂环类物质构成[3-5]，也可通过其他外加的香味物质调节[6]，主要可分为清香型、醇香型和浓香型[7]。现有文献中菜籽油挥发性成分种类及相对含量的报道存在明显差异，可能归因于检测方法的不同，亦或与油菜籽基因型[8]、加工工艺[9, 10]、质量等级[11]、产地[4]、储藏时间[3]等因素有关。此外，食用油的烹饪品质及稳定性受到广泛关注[12-14]，烹饪过程中高温导致的脂肪酸氧化、降解和聚合等反应对其风味有显著影响[15]。前期分析 6种菜籽油样品的挥发性组成发现，高温短时处理后的共有挥发性成分数量增加，有利于风味品质差异分析[16]。研究市售菜籽油烹饪前后的挥发性成分，分析其组成差异及主要关联因子，有利于产品风味品质的识别和调控。

相比于水蒸气蒸馏萃取法和超临界流体萃取法，顶空固相微萃取法(HS-SPME)能更有效地提取菜籽油中的挥发性成分，提高气相色谱-质谱联用法(GC-MS)检出的总峰面积、总峰数量和主峰面积[17]。风味是菜籽油品质形成的重要元素，本实验对采集的49种菜籽油样品按不同产地、种类、加工工艺、质量等级和上架期进行分类，结合HS-SPME和GC-MS检测其模拟烹饪前后的挥发性成分，通过研究其挥发性成分多样性和关联因子，进一步了解产品品质特征，并利用化学计量学方法明确菜籽油挥发性成分的多样性及影响因素，以期为产品风味品质的识别与控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

49 种菜籽油样品为市售，其中进口油样37 种，基本信息见表1。

表1 菜籽油信息汇总表

7890A/5975C气相色谱质谱联用仪，75 μm CAR/PDMS固相微萃取头。

1.2 食用油的模拟烹饪

模拟烹饪处理食用油[18]：铸铁锅置于210 ℃油浴中预热，倒入50 g油样，加热5 min后水浴冷却至室温，并用于挥发性成分检测。

1.3 食用油的GC-MS分析

参考文献测定食用油的挥发性成分[16]：取7 g油样置于20 mL顶空瓶中，70 ℃恒温预热20 min，将CAR/PDMS萃取头插入顶空瓶中吸附40 min后进样，250 ℃解析3 min，按文献条件进行GC-MS分析。

1.4 数据处理

通过NIST11.L谱库检索总离子流图中对应挥发性成分，并结合文献报道进行解析。采用ChemPattern化学计量学分析软件对色谱图进行积分，计算各成分峰面积的相对百分比(即相对含量)，以最小共有峰值1% 提取共有峰信息，并采用高斯曲线拟合共有模式图谱。采用Excel软件绘制箱式图，并计算中位数。

2 结果与讨论

2.1 菜籽油的挥发性成分组成及烹饪影响

针对49种菜籽油样品烹饪前后的挥发性成分GC图谱，分别构建其共有模式，如图1 所示。烹饪前的GC共有模式含25个色谱峰，通过物质解析排除含硅的杂质峰与保留时间偏移的干扰峰，确定21 种共有挥发性成分。同样，由烹饪后GC共有模式的33 个色谱峰中明确22 种共有挥发性成分。烹饪前油样共有挥发性成分包括醛类(6 种)、烯类(6 种)、酮类(3 种)、酸类(2 种)、杂环类(3 种)和苯环类(1 种)，基于共有模式统计其相对质量分数分别为22.21%、51.22%、9.83%、1.84%、13.96% 和0.95%，以1,3,5-环庚三烯(3.60 min)、己醛(4.24 min)、辛醛(10.30 min)和壬醛(13.96 min)的检出频次较高；烹饪后的共有挥发性成分包括醛类(11 种)、烯类(4 种)、醇类(1 种)、酯类(2 种)、酮类(1 种)和杂环类(3 种)，基于共有模式统计其相对质量分数分别为56.23%、24.22%、1.43%、15.55%、0.90% 和1.67%，以(E)-2-戊烯醛 (3.40 min)、己醛(4.21 min)、5-甲基-2-庚烯(4.54 min)、(E)-2-己烯醛(5.52 min)、庚醛(6.90 min)、(Z)-2-庚烯醛(8.67 min)、(E,E)-2,4-庚二烯醛(10.08 min)、辛醛(10.30 min)、1-乙基-环己烯(10.56 min)和壬醛(13.95 min)的检出频次较高；而烹饪前后均有检出的10 种共有成分包括(E)-2-戊烯醛、己醛、3-甲基-异噻唑、2-甲基-环戊酮、2-戊基呋喃、(E,E)-2,4-庚二烯醛、辛醛、1-乙基-环己烯、柠檬烯和壬醛。测定结果与前期文献报道存在一定差异，可能与检测方法、油菜籽品种、菜籽油贮藏时间、加工工艺等的不同有关[5, 8, 19]。

比较菜籽油样品烹饪前后的GC共有模式发现，烹饪后醛类和酯类挥发性成分的相对质量分数分别增加约34%和15%，而烯类、酮类和杂环类分别减少约27%、9%和12%。橄榄油、花生油、大豆油和紫苏油在210 ℃加热5 min后的挥发性醛类物质含量亦显著增加，且醛类物质形成与脂肪酸组成有关[15]。相较之下，大豆油与菜籽油高温模拟烹饪后的醛类挥发性成分增加规律相似，以(E,E)-2,4-庚二烯醛、(Z)-2-庚烯醛、己醛和壬醛为主。油脂的氧化挥发物由烃、醇、醛、酮、酸、酯等组分构成，对油脂的风味有着重要贡献，其中醛类成分占主要地位，如(E,E)-2,4-庚二烯醛和壬醛是油酸的主要氧化产物，(E,E)-2,4-癸二烯醛是亚油酸的主要氧化产物[9, 15]。总体而言烯醛类成分贡献青草味和脂肪风味，而己醛、辛醛和庚醛等直链饱和醛贡献青草味和辛辣刺激性气味，且阈值较低[5, 9]。

文献所报道的菜籽油烯类挥发性成分存在较大差异[5, 10, 17, 20, 21]，亦有部分油样未能检出[8, 9, 19]。49种菜籽油烹饪前后的主要共有烯类挥发性成分，即1,3,5-环庚三烯和1-乙基-环己烯，鲜见报道。但其结构近似成分，如环庚三烯酮酚和1-丙基-环己烯，均有在菜籽油中检出[3, 5, 20]。菜籽油中含有少量柠檬烯，产生柠檬和柑橘的水果香味[5]。烹饪前的共有挥发性成分中无异硫氰酸酯类，而烹饪后的少数油样被检出异硫氰酸烯丙酯和1-丁烯-异硫氰酸酯，可能因为高温烹饪导致菜籽油中硫苷发生热降解[22]。该硫苷降解产物是菜籽油的重要风味物质，赋予独特的辛辣味，尤其在菜籽毛油和浓香油中的相对含量较高，通常经过胶、脱酸、脱色等加工过程后在种类和相对含量上大幅减少[5, 8, 9, 17]。杂环化合物可能是菜籽油在高温过程中发生美拉德反应产生的风味物质[9]，其中2-戊基呋喃具有青草味、青豆味和黄油味[8]，而3-甲基-异噻唑可能是由脂肪醛与美拉德反应中间产物相互作用产生[23]。

2.2 菜籽油主要挥发性成分差异的影响因素分析

前期研究发现[3, 4, 8, 11, 24]，菜籽油的挥发性成分组成与油菜籽品种、产地、质量等级、加工工艺和贮藏时间存在密切联系。为排除极端数据对差异分析的影响，采用箱式图中位数，对49 种菜籽油样品的主要挥发性成分进行分类分析，如图2所示。加拿大油样和澳大利亚油样的挥发性成分相对含量较为接近，其己醛及总醛类相对含量明显高于国产菜籽油，而辛醛、1,3,5-环庚三烯及总烯类相对含量较低。McDowell等[21]分析多个欧盟国家的冷榨菜籽油的挥发性成分，结果发现己醛相对含量较高，而组成差异与地域无关。取不同产地(贵州、四川、安徽、湖北、湖南、江苏和内蒙)油菜籽所制浓香菜籽油的风味差异明显，其中贵州和四川油样因较高的硫苷降解产物含量而表现出浓郁的辛辣味[4]。类似地，蒋林利[3]发现3个产地的菜籽油亦呈现明显的风味差异，可能油菜籽品种不同有关。不同品种或基因型菜籽油的风味存在明显差异，主要涉及辛辣味、卷心菜味、青草味和酸味[8, 24]。相较于普通菜籽油，芥花籽油具有较高的己醛及总醛类相对含量，而总烯类相对含量较低。

冷榨制油工艺因较好地保留了油脂中天然脂质微量营养成分，且提高了饼粕的营养效价，故而备受推崇，在加拿大、德国等国家广泛推广[8, 21]。热榨油中的挥发性组分比冷榨油更为复杂，与加工工艺中更高温度引起的复杂化学反应有关[9]，而相较之下浸出油的挥发性组分更少[3, 11]。49 种菜籽油样品中，不同生产工艺标示(压榨、冷榨和浸出)产品的主要挥发性成分相对含量差异较小。此外，菜籽油精炼过程对成品油的挥发性成分亦有显著影响[9, 10]，故而不同等级菜籽油的风味构成有所不同。比如，相较一级压榨菜籽油，三级和四级浓香菜籽油的挥发性成分更为复杂[11]。由图 2可见，与一级菜籽油相比，三级菜籽油的总醛类相对含量略低，而1,3,5-环庚三烯、总烯类、杂环类和酮类的相对含量较高。不同上架期菜籽油的挥发性组成亦存在明显差异，其中己醛和总醛类含量随着上架期的延长而增加，总烯类含量则在贮藏6个月后显著减少，而后趋于稳定，这一规律可能与储藏过程中的不饱和脂肪酸氧化密切相关[15]。己醛和庚烯醛的相对含量是表征葵花籽油贮藏品质的重要指标[25]。

菜籽油烹饪后，不同分类样本的己醛和总醛类挥发性成分相对含量均有一定程度增加，且总醛类相对含量的中位数均超过57% (图 3)，说明醛类是其烹饪后风味的主要贡献成分。己醛作为亚油酸的氧化裂化产物，具有强烈的青香、木香、叶香、果香香气[16]。比较不同类别油样烹饪后的挥发性组成及相对含量(中位数)发现：相比进口油样(加拿大和澳大利亚)，国产油样的(Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-乙基-环己烯和总烯类含量较低，而己醛含量较高，但烹饪前国产油样的己醛含量低于进口油样，可能与不同产地油样脂肪酸组成和抗氧化能力的差异有关。课题组同时研究发现，国产样品的亚油酸质量分数(18.71%)显著低于进口油样(22.95%)。对于不同产地冷榨菜籽油，法国油样的抗氧化能力显著高于英国和爱尔兰油样[21]。芥花籽油的(Z)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-乙基-环己烯和总烯类含量略高于普通菜籽油。不同生产工艺菜籽油的醛类和烯类挥发性成分含量差异不明显，但浸出油样的己醛、壬醛、(Z)-2-庚烯醛和(E,E)-2,4-庚二烯醛相对含量略高。一级和三级菜籽油的主要挥发性成分组成及相对含量无明显差异；上架18 个月后，菜籽油的己醛和总醛类含量增加，而总烯类明显减少。

2.3 菜籽油挥发性成分的多元统计分析

基于相关系数法和夹角余弦法的GC图谱相似度分析发现，49 种菜籽油样品烹饪前的挥发性组分群存在较大差异，烹饪导致其风味多样性减弱，即相似度增加。菜籽油挥发性成分的多元统计分析广泛应用于不同属性(如品种和生产工艺)样本的区分[9, 24, 26]，对于不同产地的分类样本，国产油样烹饪前后的样本相对聚集，而进口油样(加拿大和澳大利亚)烹饪前后的样本明显分离；烹饪前的国产样本与两类进口样本明显分离，而烹饪后的国产样本仅与加拿大样本分离；醛类挥发性成分是导致样本离散的主要因子，包括(E)-2-己烯醛(变量10)、庚醛(变量13)、(Z)-2-庚烯醛(变量17)和(E,E)-2,4-癸二烯醛(变量33)。因此，结合GC-MS和化学计量学方法能对不同产地菜籽油样品进行初步区分。

对于不同生产工艺的分类样本，烹饪前的样本相对聚集，而烹饪后则明显发散；对于浸出和冷榨油样，烹饪前后的样本虽然分离，但区分度偏弱；导致样本离散的主要因子包括(E)-2-戊烯醛(变量 1)、5-甲基-2-庚烯(变量6)、(E)-2-己烯醛(变量10)、3-甲基-异噻唑(变量13)、2-庚酮(变量15)、2-戊基呋喃(变量26)、辛醛10.26(变量29)和3,5-辛二烯-2-酮(变量34)。多元方差分析并不能有效区分不同等级、种类和上架期的样本，经分析可推测：菜籽油等级与5-甲基-2-庚烯(变量6)、3-甲基-异噻唑(变量10)、丁基-环戊烷(变量14)和2-环己烯-1-醇(变量32)有关；普通菜籽油和芥花籽油的挥发性成分差异性可能涉及(E)-2-己烯醛(变量11)、3-甲基-异噻唑(变量14)和3,5-辛二烯-2-酮(变量35)；而不同贮藏期油样的挥发性差异可能主要涉及1-辛烯(变量3)、5-甲基-2-庚烯(变量6)、1-苄基吲哚(变量12)、3-甲基-异噻唑(变量13)、庚醛(变量16)、丁基-环戊烷(变量17)和辛醛(变量27)。

3 结论

以市售的 49 种不同品牌菜籽油为对象，结合HS-SPME和GC-MS分析其模拟高温短时烹饪前后的挥发性成分。采用化学计量学方法构建其挥发性成分GC共有模式，明确烹饪前后的共有成分各有21和22种，而相同成分仅10种。烹饪导致菜籽油挥发性成分组成显著改变，醛类和酯类的相对含量明显增加。油样挥发性组分的多样性与其产地、原料种类、生产工艺、产品等级和上架期有关，而烹饪后多样性减弱。其中，不同产地油样的挥发性组分差异相对明显，尤其是醛类，基于多元方差分析可有效区分国产油样与进口油样(加拿大和澳大利亚)。相较于普通菜籽油，芥花籽油具有较高的己醛及总醛类相对含量，而总烯类相对含量较低。己醛和总醛类相对含量随菜籽油上架期的延长而增加，而总烯类相对含量则在贮藏6个月后显著减少。