花生油在不同熱處理溫度下特征性香氣成分鑒別研究

顧賽麒，張晶晶

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306）

花生油淡黃透明，氣味芬芳，滋味可口，富含80%以上的不飽和脂肪酸（其中含油酸41.2%，亞油酸37.6%）和20%左右的飽和脂肪酸（軟脂酸，硬脂酸和花生酸）。花生油較好的脂肪酸構(gòu)成比例，非常易于人體消化吸收?；ㄉ椭兴拇罅坎伙柡椭舅?，同時(shí)又可作為風(fēng)味前體物質(zhì)，在加熱條件下轉(zhuǎn)化形成種類眾多的香氣成分（如不飽和醛酮、吡嗪、呋喃等）。這些香氣成分不僅可以給予消費(fèi)者愉悅的感官體驗(yàn)，也可以進(jìn)一步與食品中的其他香氣組分發(fā)生相加、相乘等協(xié)同作用，改善食品風(fēng)味品質(zhì)。因此研究和分析花生油在不同熱加工條件下的特征性香氣組分構(gòu)成，對(duì)評(píng)價(jià)其感官品質(zhì)及進(jìn)一步改進(jìn)花生油加工工藝具有十分重要的意義。近年來(lái)，頂空固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用法（HS-SPME-GC-MS）作為一種最常用的風(fēng)味檢測(cè)方法，已被廣泛運(yùn)用于食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。頂空固相微萃取技術(shù)，主要通過(guò)采用裝在注射器內(nèi)的石英纖維表面上的特殊固相涂層，對(duì)樣品頂空氣體組分進(jìn)行萃取和富集，具有無(wú)溶劑、操作簡(jiǎn)單、效率高及選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。此外，其還可與氣相色譜、液相色譜等分析儀器聯(lián)用，極大提高了分析速度和檢測(cè)靈敏度。目前，HS-SPMEGC-MS法已被報(bào)道應(yīng)用于植物油香氣成分的研究[2]。對(duì)于普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，并不是所有的香氣成分都具有氣味活性，只有那些濃度值超過(guò)其自身“閾值”的化合物才能被人們所感知。值得注意的是，由于人們對(duì)不同化合物的嗅覺(jué)敏感性不同，而且各種香氣成分的閾值相差很大（不同基質(zhì)中香氣成分的閾值也不盡相同），因此求得所有香氣物的濃度值及閾值再進(jìn)一步計(jì)算其活性值，將極大地耗費(fèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與人力。目前，一種較為方便、快捷的評(píng)價(jià)各香氣物氣味活性程度的指標(biāo)——“相對(duì)氣味活度值（Relative Odor Activity Value，ROAV）”，已被顧賽麒等[3]提出，本文將采用此指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)各香氣物質(zhì)活性。實(shí)驗(yàn)利用頂空固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用法分離鑒定了花生油在不同溫度下的特征性香氣成分，并通過(guò)查閱閾值計(jì)算所有香氣物的ROAV值，對(duì)其進(jìn)行主成分及聚類分析后，最終確定得到了20種表征不同溫度下花生油風(fēng)味特征的關(guān)鍵香氣成分。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

一級(jí)壓榨花生油 山東魯花集團(tuán)有限公司。

海爾SC-230冷藏柜 上海創(chuàng)橫儀器有限公司；手動(dòng)進(jìn)樣手柄、萃取頭（CAR/PDMS，涂層厚度75μm）美國(guó)Supelco公司；氣質(zhì)聯(lián)用儀6890-5975B 美國(guó)Agilent公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 揮發(fā)性成分的固相微萃取 取3g花生油置于30mL頂空瓶中，用聚四氟乙烯隔墊密封。將頂空瓶置于60、70、80、90℃恒溫水浴加熱平衡10min后，通過(guò)隔墊插入已活化好的SPME萃取頭（250℃活化60min），推出纖維頭，頂空吸附40min，于250℃解吸5min。

1.2.2 揮發(fā)性成分的分離鑒定 氣相色譜條件：色譜柱：DB-5MS彈性毛細(xì)管柱（60m×0.25mm×1μm）；不分流模式；升溫程序：起始柱溫40℃，保持2min，然后以4℃/min升至160℃，無(wú)保留；再以10℃/min升至250℃，保持3min；載氣（He）：流速1.0mL/min；汽化室溫度：250℃。

質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）離子源；電子能量70eV；傳輸線溫度275℃；離子源溫度200℃；激活電壓1.5V；質(zhì)量掃描范圍m/z 50～400。

1.3 數(shù)據(jù)處理

定性：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成。揮發(fā)性成分通過(guò)NIST和Wiley（2008）譜庫(kù)確認(rèn)定性，僅報(bào)道正、反匹配度大于800（最大值為1000）的鑒定結(jié)果。

定量：以峰面積表示某對(duì)應(yīng)化合物的物質(zhì)的量。

2 結(jié)果與討論

2.1 花生油主體香氣成分分析

用HS-SPME-GC-MS法分析不同溫度下花生油的香氣成分，所得結(jié)果見(jiàn)表1。本次實(shí)驗(yàn)共分離鑒定出54種化合物：醛類16種，酮類5種，醇類3種，芳香類5種，烴類12種，吡嗪類6種，酸類5種，呋喃類2種。這些化合物對(duì)花生油的風(fēng)味有著不同的貢獻(xiàn)。其中醛類、烴類和吡嗪類含量較高。而各類化合物里面，尤以戊醛、己醛、2-庚烯醛、乙酸、甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2，5-二甲基、D-檸檬烯等化合物的含量較高。史文青等[3]研究也表明高碳?xì)浠衔锖瓦拎侯惢衔锏荣x予了油脂濃郁的香氣，其中含量較高的2，5-二甲基吡嗪、己醛和2-乙基5-甲基吡嗪占所有化合物總含量的48%，對(duì)花生油的風(fēng)味有著很大的貢獻(xiàn)。進(jìn)一步查閱各化合物閾值并計(jì)算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物質(zhì)共17種（對(duì)整體香氣輪廓其關(guān)鍵作用），ROAV值為0.1～1的物質(zhì)有9種（對(duì)整體香氣輪廓起修飾作用），ROAV值小于0.1的有13種（對(duì)整體風(fēng)味輪廓無(wú)顯著作用）。

2.2 花生油香氣成分產(chǎn)生來(lái)源及感官特性

花生油的風(fēng)味主要是由于醛類和吡嗪類造成的，而這些化合物是通過(guò)特定的脂肪氧合酶作用于脂質(zhì)中的多不飽和脂肪酸衍生而來(lái)的。由表1可見(jiàn)，60℃加熱后的花生油風(fēng)味中，C4、C5的醛類含量較高（如戊醛等），研究表明這類醛通常具有愉快的香味，例如本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的糠醛就帶有甜的、焦糖和面包的味道[4-5]。此外，隨著油脂的進(jìn)一步氧化分解，尤其加熱到90℃，油脂的氧化產(chǎn)物如醇、醛、酮、酸等組分含量升高，這些混合物對(duì)油脂的風(fēng)味起著重要作用[6]。

醛類是脂肪降解的主要產(chǎn)物，一般閾值較低，對(duì)總體風(fēng)味影響巨大[7]。三至四個(gè)碳原子的醛具有強(qiáng)烈的刺激性風(fēng)味，中等分子量的醛（5至9個(gè)碳原子）則具有清香、油香、脂香和牛脂香[5]。如本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)前處理溫度達(dá)到90℃時(shí)，檢測(cè)到了2，4-庚二烯醛、辛醛、E-2-辛烯醛和癸醛等這些在低溫下沒(méi)有檢測(cè)到的物質(zhì)。這些物質(zhì)通常來(lái)自于油酸酯的氫過(guò)氧化物的氧化降解，且呈現(xiàn)一定的異味[8-9]。另外隨著溫度的升高，特別當(dāng)加熱溫度達(dá)到80℃和90℃時(shí)，壬醛的絕對(duì)峰面積也顯著上升。壬醛是油酸的主要氧化產(chǎn)物，通常呈現(xiàn)令人不愉快的草味和辛辣味[10-12]。楊湄等[13]研究加工工藝對(duì)菜籽油揮發(fā)性風(fēng)味的影響發(fā)現(xiàn)，菜籽油氧化后的醛類產(chǎn)物，主要為壬醛、反2，4-庚二烯醛等。Guadagn等[14]發(fā)現(xiàn)醛類在氣味中有加和作用，（E，E）-2，4-庚二烯醛等的作用尤為明顯，被認(rèn)為是腥味的代表物質(zhì)。從表1中可以證實(shí)，亞油酸的氧化產(chǎn)物——己醛的峰面積隨著溫度的升高而顯著增加。Kalua等[15]分析橄欖油氣味時(shí)也指出，脂肪氧化得到的己醛，常常具有刺鼻的異味，并且閾值較低，可能還存在一定毒性。與此同時(shí)，亞麻酸降解產(chǎn)物，如戊醛、2-己烯醛、庚醛、2-庚烯醛、2-辛烯醛、苯甲醛[10]隨加熱溫度升高，其含量也呈一定的上升趨勢(shì)。

酮類通常由多不飽和脂肪酸受熱氧化或降解、氨基酸分解或微生物代謝產(chǎn)生。醇類則由脂肪酸的二級(jí)氫過(guò)氧化物分解、脂質(zhì)氧化酶對(duì)脂肪酸的作用生成或由羰基化合物還原生成[16]。酸類的來(lái)源比較復(fù)雜：可能由長(zhǎng)鏈的脂肪酸裂解而來(lái)，也有一些報(bào)道表明乙酸、丙酸等小分子酸主要由微生物降解糖類產(chǎn)生[17]。

吡嗪類化合物是花生油特有的特征性風(fēng)味成分，為美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物，具有強(qiáng)烈的香氣，而且其香氣透散性好、極限濃度極低，呈現(xiàn)一種烤香、類似堅(jiān)果香和烘焙香的風(fēng)味特征[18]。另外，本實(shí)驗(yàn)還檢測(cè)出了2，3-二氫呋喃和2-戊基呋喃兩種呋喃類化合物。研究表明，該類化合物多帶有果香味，如乙?；秽哂衅咸丫葡?，而2-烷基呋喃類物質(zhì)則是亞油酸的氧化產(chǎn)物（如2-乙基呋喃和2-戊基呋喃等[10]），其作為肉品脂質(zhì)氧化的指示物對(duì)肉品的整體風(fēng)味作用巨大。

烷烴類的來(lái)源比較復(fù)雜，部分來(lái)自脂肪酸的降解，而芳香烴則是由帶芳香基的游離氨基酸氧化產(chǎn)生的[19]。C6～C19的烷烴可能是通過(guò)烷基自由基的脂質(zhì)自氧化過(guò)程或類胡蘿卜素的分解生成，其閾值較高，因此對(duì)風(fēng)味的形成直接貢獻(xiàn)不大，但有助于提高油脂的整體香味效果。當(dāng)花生油加熱到80℃時(shí)分別產(chǎn)生了蒎烯和D-檸檬烯兩種化合物，國(guó)外也有研究表明，貯藏一段時(shí)間的檸檬油，無(wú)論在含氧或不含氧的環(huán)境下，均會(huì)產(chǎn)生一定含量的蒎烯和D-檸檬烯[20]。

Table 1 四種溫度下花生油香氣成分構(gòu)成表Table 1 Aroma components of peanut oil under 4 different temperatures

續(xù)表

2.3 不同溫度下花生油特征性香氣成分研究

2.3.1 主成分分析結(jié)果 對(duì)四種溫度下所得花生油香氣物質(zhì)按各自類別編號(hào)后（見(jiàn)表1），取其相對(duì)活性值（共有39種香氣物可計(jì)算ROAV值，其中ROAV值大于1的物質(zhì)共17種，ROAV值為0.1～1的物質(zhì)有9種，ROAV值小于0.1的有13種），采用R軟件進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)圖1及圖2。圖1展示了4種溫度下花生油總體香氣輪廓主成分分析結(jié)果。由圖1可見(jiàn)，第一主成分與第二主成分貢獻(xiàn)度之和均在90%以上，表明不同溫度下（60、70、80、90℃），花生油香氣輪廓差異顯著，而此差異能在PC1、PC2構(gòu)建的平面上充分展示。進(jìn)一步分析圖1可知，60℃（較低溫度）和90℃（較高溫度下），花生油香氣輪廓差異達(dá)到最大值，其數(shù)據(jù)點(diǎn)分別位于第三及第一象限。相對(duì)而言，70℃和80℃條件下（中間溫度），花生油香氣輪廓較為相似，其數(shù)據(jù)點(diǎn)較為集中（均處于第二象限）。

圖1 4種不同溫度下花生油總體香氣輪廓主成分分析圖Fig.1 Principal Component Analysis(PCA)chart of integral aroma profile of peanut oil under four different temperatures

圖2 33種花生油香氣成分主成分分析圖Fig.2 Principal Component Analysis（PCA）chart of 33 aroma compounds in peanut oil

圖2為33種花生油香氣成分主成分分析圖：每個(gè)“符號(hào)”對(duì)應(yīng)某一香氣成分，“符號(hào)”距原點(diǎn)的距離可表示該“香氣成分”對(duì)花生油整體香氣輪廓的貢獻(xiàn)程度。此外，將圖1、圖2比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，若圖2中“符號(hào)”與圖1中“樣品點(diǎn)”在各自主成分圖中所處位置相近，則兩者相關(guān)性較高。分析得到各溫度下花生油特征性香氣成分分別為：60℃（對(duì)二甲苯和苯乙烯）；70℃（戊醇）；80℃（丁醛、2-丁烯醛、己醛、2-庚烯醛、苯甲醛、2-庚酮、辛烯和2，5-二甲基吡嗪）；90℃（2，4-庚二烯醛、辛醛、2-辛烯醛、癸醛、蒎烯、D-檸檬烯、十二烷、丁酸和2-戊基呋喃）。

表2 對(duì)第1、2主成分貢獻(xiàn)顯著的香氣物質(zhì)表Table 2 Aroma compounds that contributed significantly to the first and second principal components

分析表2可知，共有19種香氣成分對(duì)花生油香氣輪廓貢獻(xiàn)顯著，其中2-呋喃甲醇等9種化合物與第一主成分顯著相關(guān)，而2-戊基呋喃等10種物質(zhì)與第二主成分顯著相關(guān)。表2結(jié)果在圖2也能得到充分證明，此19種香氣成分均距離“原點(diǎn)”較遠(yuǎn)，表明其對(duì)花生油整體香氣輪廓貢獻(xiàn)較大。

2.3.2 一種全新的特征性香氣物質(zhì)篩選方法的提出

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用主成分分析法研究不同“樣本”間差異性的報(bào)道較多，對(duì)造成此差異的根本內(nèi)因——“變量”間的相互關(guān)系的研究報(bào)道較少，對(duì)不同“樣本”（宏觀表象）和“變量”（微觀成因）的相互關(guān)系的研究更是鮮見(jiàn)報(bào)道。由于兩者均是基于同樣的原始數(shù)據(jù)矩陣，故可推斷它們之間必然存在某種特定的關(guān)聯(lián)。以本研究“不同溫度下花生油的香氣成分鑒別”為例，闡明“樣本”（花生油整體香氣輪廓）與“變量”（香氣物質(zhì)）間的關(guān)聯(lián)性，就意味著能夠從數(shù)據(jù)分析的角度，確定表征該“樣本”風(fēng)味特性的特征性香氣成分，為廣大研究者提供了一個(gè)全新的思路。

本研究中，“樣本”與“變量”的主成分分析結(jié)果分別在圖1及圖2中展現(xiàn)。比較此兩者相關(guān)性時(shí)，參照國(guó)內(nèi)[21-22]及國(guó)外[23]文獻(xiàn)，通常做法為：將圖1、圖2重疊，經(jīng)肉眼比較“樣本”與“變量”是否處于同一象限，若處于同一象限，則兩者相關(guān)性較高。此方法存在一定的缺陷性：a.只判斷兩者是否處于同一象限，此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較為粗糙；b.“樣本”與“變量”主成分分析圖的坐標(biāo)軸量程不同，故兩者圖形“縮放”時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)位置的“失真”。故可提出如下改進(jìn)：可由它們?cè)谕幌笙拗信c坐標(biāo)軸的夾角是否接近來(lái)判斷其相關(guān)性高低。

本實(shí)驗(yàn)中，提出了一種篩選某樣品特征性香氣成分的全新方法：a.分別對(duì)“樣品”與“變量”進(jìn)行主成分分析；b.獲取“樣品”及“變量”數(shù)據(jù)點(diǎn)在各自主成分圖與坐標(biāo)軸的夾角余弦值；c.將兩者數(shù)據(jù)點(diǎn)的“余弦值”作為新的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析；d.找出和“樣品點(diǎn)”聚為一類的“變量”。

2.3.3 對(duì)主成分結(jié)果進(jìn)行聚類分析確定特征性香氣成分 圖3為四種溫度下33種花生油香氣成分聚類分析圖。若某“溫度”數(shù)據(jù)點(diǎn)與“香氣物質(zhì)”數(shù)據(jù)點(diǎn)可聚為一類，則能夠確定不同溫度下花生油的特征性香氣成分。由圖3可見(jiàn)，60℃下花生油共有2種特征性香氣成分：對(duì)二甲苯和苯乙烯；70℃下有1種：戊醇；80℃下有8種：丁醛、2-丁烯醛、己醛、2-庚烯醛、苯甲醛、2-庚酮、辛烯和2，5-二甲基吡嗪；90℃下有9種：2，4-庚二烯醛、辛醛、2-辛烯醛、癸醛、蒎烯、D-檸檬烯、十二烷、丁酸和2-戊基呋喃。

進(jìn)一步比較圖3與圖2的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，采用此新方法篩選得到的特征性香氣物質(zhì)與“傳統(tǒng)肉眼象限比較法”得到的物質(zhì)完全一致，但是本方法更為科學(xué)、精確、合理，且排除了人為因素的干擾。

圖3 4溫度下33種花生油香氣成分聚類分析圖Fig.3 Cluster Analysis(CA)of 33 aroma compounds in peanut oil under 4 different temperatures

3 結(jié)論

本文運(yùn)用頂空固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)，對(duì)某品牌花生油在四種不同熱處理溫度（60、70、80、90℃）下產(chǎn)生的香氣成分進(jìn)行了分離鑒定，共得到了八大類54種香氣化合物：醛類16種，酮類5種，醇類3種，芳香類5種，烴類12種，吡嗪類6種，酸類5種，呋喃類2種。同時(shí)對(duì)各香氣物的來(lái)源及感官特性進(jìn)行了探討。由查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得各化合物閾值，再計(jì)算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物質(zhì)共17種，ROAV值為0.1～1的物質(zhì)有9種，ROAV值小于0.1的有13種。以各香氣物質(zhì)ROAV值作為原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行主成分分析及聚類分析，并提出了一種“從復(fù)雜樣本中篩選特征性香氣物質(zhì)”的全新的方法。籍此方法，最終確定得到了20種表征不同溫度下花生油風(fēng)味特征的主要香氣成分。

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