基于HS-SPME-GC-O-MS法测定大豆油中挥发性香气成分

徐莹，张姗姗，王艳梅，程亚鹏，王蓓，刘野

1. 北京工商大学食品与健康学院（北京 100048）；2. 香驰控股有限公司（博兴 256500）

大豆是我国重要的粮油兼用作物，其含有丰富的营养成分[1]，对维持人体健康、抵御疾病有一定作用。如大豆中的纤维素可以调节肠道菌群、促进肠道健康[2]；大豆中的磷脂可以使大脑中乙酰胆碱的释放明显增强、健脑益智[3]；大豆中含有多种功能性因子，如蛋白酶抑制素、大豆异黄酮等，对缓解骨质疏松症、防治癌症等方面有显著贡献[4-6]。

对于大豆油的研究涉及多个方面，如抗氧化[7]、提取工艺[8]、油脂组成[9]等。挥发性风味成分是食用油的关键组成成分，是评价食用油质量的重要指标，影响消费者的消费选择[10]。对大豆油挥发性风味化合物的研究，1951年Dutton等[11]研究表明亚麻酸是大豆油中“鱼腥、青草”风味的不稳定前体。近年来，Xiao等[12]研究大豆油在加热过程中的挥发性成分变化，共鉴定出72种挥发性化合物，并确定一些挥发物的形成温度：大部分挥发性醛和醇在120 ℃时形成，150 ℃时有酮和呋喃生成，180 ℃时有酸生成。王丹等[13]采用HS-SPME/GC-MS对大豆油香气进行分析，共检测出55种挥发性风味成分。

此外，利用气相色谱（GC）技术分析食用油中的挥发性化合物受到极大关注[14-17]。顶空固相微萃取（HS-SPME）是一种快速、灵敏、无溶剂和经济的样品制备方法，结合气相色谱（GC）和气相色谱-质谱（GC-MS）可以分析食用油中的挥发性有机化合物[18-19]。试验以同种工艺条件下不同批次大豆油为试验对象，通过HS-SPME/GC-O-MS对10个批次大豆油的挥发性化合物进行对比分析，以期为大豆油的生产加工、质量控制提供一定的理论与技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大豆油（山东香驰粮油有限公司）；正己烷（色谱纯，美国Thermo Fisher公司）；2-甲基-3-庚酮（99.99%）、C7～C30正构烷烃（色谱纯，美国Sigma公司）。

7890A/7000B气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司）；20 mL钳口顶空样品瓶（江苏杰岛高新材料科技有限公司）；Sniffer 9100型嗅闻仪（瑞士Brechbuhler公司）；SPME萃取头（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS，美国Supelco公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 大豆油中挥发性化合物的萃取

采用固相微萃取技术萃取大豆油中的挥发性风味成分。参考杨帆等[20]对样品的处理方法，准确量取5 mg大豆油样品置于20 mL顶空瓶中，加入1 μL 2-甲基-3庚酮（0.816 μg/μL）作为内标。顶空瓶置于55 ℃金属浴中平衡20 min，插入SPME萃取头吸附40 min。萃取头吸附完成后，在230 ℃进样口中解析5 min。

1.2.2 GC-O-MS条件

1.2.2.1 气相色谱条件

色谱柱J&W DB-WAX石英毛细柱（60 m×0.25mm×0.25 μm）。升温程序：40 ℃，保持3 min后以4 ℃/min升温至200 ℃，以7 ℃/min升至230 ℃，维持5 min。载气为氦气，恒定流速设为1 mL/min，进样口温度230 ℃。分流比设为不分流。

1.2.2.2 质谱条件

电子轰击（electron impact，EI），电子能量70 eV，传输线温度280 ℃，离子源温度维持230 ℃，四极杆温度设置150 ℃，质量扫描范围m/z50～350，溶剂延迟7 min。

1.2.2.3 嗅闻检测器条件

为使试验员在嗅闻过程中鼻腔保持湿润状态，氮气以20 mL/min的速度通入盛有蒸馏水的小瓶，使水蒸气供应到嗅闻口。

1.2.3 化合物的定性分析

定性分析采用质谱定性、保留指数（RI）和风味属性（O）与经典文献报道对比的方式。NIST库检索化合物；计算实际RI值并与已有文献中的理论RI值进行对比。

实际RI值的计算根据目标物及系列烷烃的出峰时间，按式（1）计算。

式中：n为系列正构烷烃的碳原子个数；Tn为正构烷烃Cn的保留时间；Ta为样品中未知化合物的保留时间（Tn≤Ta≤Tn+1）。

1.2.4 化合物的定量分析

对大豆油样品中的挥发性风味化合物的定量采用内标半定量的方式。GC-MS模式为全扫描，以2-甲基-3-庚酮（0.816 μg/μL）为内标物，即通过内标物的质量浓度和峰面积与未知物峰面积比值计算，如式（2）所示。

式中：f为校正因子，取值为1；A1、Ax分别为内标物峰面积和未知物峰面积；ρ1、ρx分别为内标物质量浓度和未知物质量浓度。

1.2.5 数据处理

图表制作由Microsoft Office Excel 2019软件完成，采用TBtools进行热图分析，采用联川生物云平台进行PCA分析，指纹图谱由中药色谱指纹图谱相似度评价系统2012计算。

2 结果与分析

2.1 GC-O-MS结果分析

挥发性风味成分评价植物油品质的重要指标，对植物油整体香气起着重要作用。食用油主要含有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，它们以三酰甘油的形式与甘油结合。不饱和脂肪酸含有烯丙基，这些基团很容易发生自由基反应，即使在低温有氧的情况下也会分解自氧化[21]。不饱和脂肪酸和甘油三酯与氧气反应形成过氧化氢作为初级产物，最终分解成挥发性化合物。植物油中已知的挥发性香气物质主要有醇类、醛类、酸类、呋喃类、吡嗪类、噻唑类、吡咯类等[22-25]。

如表1所示，10个批次的大豆油样品中共检测出105种香气化合物，其中醇类占20.00%，醛类占16.19%，酸类占5.71%，酮类占14.29%，酯类占6.67%，芳香类化合物占5.71%，杂环类化合物占23.81%（其中吡嗪类占13.33%），以及其他类化合物占7.62%。大豆油挥发性物质中，醇类物质主要呈现清香、清淡、甜香、醇香、酒香、果香等，赋予大豆油令人愉悦的味感。含量最高的醇类化合物为糠醇（焦糖味），糠醇是美拉德反应的重要产物之一[26]。

表1 10个批次大豆油风味化合物结果

醛类物质是大豆油香气成分的重要组成部分，大多数的醛类物质呈现较强的香气，如糠醛（烤面包味）、己醛（青草味）、苯甲醛（杏仁味）及苯乙醛（蜂蜜味）等。人们普遍认为醛来源于脂质氧化，主要是油酸、亚油酸和亚麻酸的氧化[27]。

大豆油中的吡嗪类物质较多，含量较高的有2，5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2, 3, 5-三甲基吡嗪，吡嗪类物质多呈“可可、烤坚果味”，使得大豆油呈现一种“烤香味”。同时，吡嗪类物质也是美拉德反应的重要产物，其形成途径包括Amadori重排、Strecker降解和杂环化[28]。酯类物质共有6种，大多数的酯类化合物都呈现甜味、焦糖味等特征香气；酮类物质分别呈现水果味（2-庚酮）、黄油味（2, 3-辛二酮）、棉花糖味（呋喃酮）、草药味（仲辛酮）等。但是，并不是所有的挥发性物质都能为大豆油提供良好的感官属性。如己醛含量被报道为大豆油风味质量的指标[29]，大豆油中己醛含量越高，其风味品质越差。其次是一些酸类物质，如己酸、乙酸，酸类具有的乳酪酸味、辛辣味对大豆油气味有一定影响。这些化合物共同构成大豆油的风味轮廓。

接表1

接表1

2.2 风味稳定性分析

2.2.1 热图分析

利用在10批次大豆油中检测到的105种风味化合物的浓度制作热图（图1），由图1可知，10批次大豆油中大部分化合物浓度差异不显著，因而风味物质组成无明显差异。

图1 10个批次大豆油样热图分析

2.2.2 主成分分分析

对10批次大豆油样进行主成分（PCA）分析，由图2可知，第一主成分（PC1）的贡献率为95.38%，第二主成分（PC2）的贡献率为2.67%，PC1和PC2的贡献率之和为96.05%，说明对原始数据进行线性变化和降维时，核心成分可以得到有效保留，分析结果较能反映出样品的总体特征。除了批次2#大豆油样主要差异在第二组分，其余9组油样的主要差异在第一主成分，且这9个批次的大豆油样都聚成一类，说明这9个批次的大豆油挥发性风味成分差异不明显。

图2 10个批次大豆油样PCA分析

2.2.3 指纹图谱分析

对1#～10#批次的大豆油样进行指纹图谱分析，对所有样品中出现的105种气味化合物计算相似度和夹角余弦值（表2），指纹图谱如图3所示。10批次大豆油样品的夹角余弦值介于88.71%到98.55%之间。10批次大豆油样相似度介于86.89%～98.27%，相似度大于90%的样品有9个，其中批次6#样品相似度为88.71%。整体而言，10批次大豆油样品气味属性相关性较大。

图3 10个批次大豆油样指纹图谱分析

表2 10个批次大豆油样指纹图谱计算结果

3 结论

试验综合利用现代感官科学技术对比分析同种生产工艺条件下10个批次大豆油样品的风味组成，在大豆油中共检测到105种风味化合物，以醇、醛、酮、酯及杂环类化合物为主，还有少量的酸类、芳香类化合物及其他类化合物。在检测到的杂环类化合物中，吡嗪类化合物的含量最为丰富，为大豆油的风味组成提供一定贡献。同时，对10个不同批次大豆油样中的挥发性风味物质进行PCA、热图及指纹图谱分析，结果显示组间差异不大，即10个批次的大豆油样风味组成相关性较大。

综上，运用HS-SPME-GC-O-MS技术结合相关性分析处理，可以有效地对不同批次大豆油的风味进行比较。该方法对大豆油企业生产中的质量控制及品质鉴定，可提供一种新的技术手段。