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

（上海海洋大學食品學院，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）?；ㄉ洼^好的脂肪酸構成比例，非常易于人體消化吸收?；ㄉ椭兴拇罅坎伙柡椭舅?，同時又可作為風味前體物質，在加熱條件下轉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者愉悅的感官體驗，也可以進一步與食品中的其他香氣組分發生相加、相乘等協同作用，改善食品風味品質。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成，對評價其感官品質及進一步改進花生油加工工藝具有十分重要的意義。近年來，頂空固相微萃取-氣-質聯用法（HS-SPME-GC-MS）作為一種最常用的風味檢測方法，已被廣泛運用于食品衛生、環境監測等各個領域。頂空固相微萃取技術，主要通過采用裝在注射器內的石英纖維表面上的特殊固相涂層，對樣品頂空氣體組分進行萃取和富集，具有無溶劑、操作簡單、效率高及選擇性強等特點[1]。此外，其還可與氣相色譜、液相色譜等分析儀器聯用，極大提高了分析速度和檢測靈敏度。目前，HS-SPMEGC-MS法已被報道應用于植物油香氣成分的研究[2]。對于普通消費者來說，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，由于人們對不同化合物的嗅覺敏感性不同，而且各種香氣成分的閾值相差很大（不同基質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一步計算其活性值，將極大地耗費實驗時間與人力。目前，一種較為方便、快捷的評價各香氣物氣味活性程度的指標——“相對氣味活度值（Relative Odor Activity Value，ROAV）”，已被顧賽麒等[3]提出，本文將采用此指標來評價各香氣物質活性。實驗利用頂空固相微萃取-氣-質聯用法分離鑒定了花生油在不同溫度下的特征性香氣成分，并通過查閱閾值計算所有香氣物的ROAV值，對其進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味特征的關鍵香氣成分。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

一級壓榨花生油 山東魯花集團有限公司。

海爾SC-230冷藏柜 上海創橫儀器有限公司；手動進樣手柄、萃取頭（CAR/PDMS，涂層厚度75μm）美國Supelco公司；氣質聯用儀6890-5975B 美國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任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 揮發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 揮發性成分的分離鑒定 氣相色譜條件：色譜柱：DB-5MS彈性毛細管柱（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；質量掃描范圍m/z 50～400。

1.3 數據處理

定性：實驗數據處理由Xcalibur軟件系統完成。揮發性成分通過NIST和Wiley（2008）譜庫確認定性，僅報道正、反匹配度大于800（最大值為1000）的鑒定結果。

定量：以峰面積表示某對應化合物的物質的量。

2 結果與討論

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，所得結果見表1。本次實驗共分離鑒定出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。這些化合物對花生油的風味有著不同的貢獻。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]研究也表明高碳氫化合物和吡嗪類化合物等賦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%，對花生油的風味有著很大的貢獻。進一步查閱各化合物閾值并計算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物質共17種（對整體香氣輪廓其關鍵作用），ROAV值為0.1～1的物質有9種（對整體香氣輪廓起修飾作用），ROAV值小于0.1的有13種（對整體風味輪廓無顯著作用）。

2.2 花生油香氣成分產生來源及感官特性

花生油的風味主要是由于醛類和吡嗪類造成的，而這些化合物是通過特定的脂肪氧合酶作用于脂質中的多不飽和脂肪酸衍生而來的。由表1可見，60℃加熱后的花生油風味中，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，例如本實驗測得的糠醛就帶有甜的、焦糖和面包的味道[4-5]。此外，隨著油脂的進一步氧化分解，尤其加熱到90℃，油脂的氧化產物如醇、醛、酮、酸等組分含量升高，這些混合物對油脂的風味起著重要作用[6]。

醛類是脂肪降解的主要產物，一般閾值較低，對總體風味影響巨大[7]。三至四個碳原子的醛具有強烈的刺激性風味，中等分子量的醛（5至9個碳原子）則具有清香、油香、脂香和牛脂香[5]。如本實驗中，當前處理溫度達到90℃時，檢測到了2，4-庚二烯醛、辛醛、E-2-辛烯醛和癸醛等這些在低溫下沒有檢測到的物質。這些物質通常來自于油酸酯的氫過氧化物的氧化降解，且呈現一定的異味[8-9]。另外隨著溫度的升高，特別當加熱溫度達到80℃和90℃時，壬醛的絕對峰面積也顯著上升。壬醛是油酸的主要氧化產物，通常呈現令人不愉快的草味和辛辣味[10-12]。楊湄等[13]研究加工工藝對菜籽油揮發性風味的影響發現，菜籽油氧化后的醛類產物，主要為壬醛、反2，4-庚二烯醛等。Guadagn等[14]發現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，被認為是腥味的代表物質。從表1中可以證實，亞油酸的氧化產物——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，亞麻酸降解產物，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。

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生。醇類則由脂肪酸的二級氫過氧化物分解、脂質氧化酶對脂肪酸的作用生成或由羰基化合物還原生成[16]。酸類的來源比較復雜：可能由長鏈的脂肪酸裂解而來，也有一些報道表明乙酸、丙酸等小分子酸主要由微生物降解糖類產生[17]。

吡嗪類化合物是花生油特有的特征性風味成分，為美拉德反應的中間產物，具有強烈的香氣，而且其香氣透散性好、極限濃度極低，呈現一種烤香、類似堅果香和烘焙香的風味特征[18]。另外，本實驗還檢測出了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-烷基呋喃類物質則是亞油酸的氧化產物（如2-乙基呋喃和2-戊基呋喃等[10]），其作為肉品脂質氧化的指示物對肉品的整體風味作用巨大。

烷烴類的來源比較復雜，部分來自脂肪酸的降解，而芳香烴則是由帶芳香基的游離氨基酸氧化產生的[19]。C6～C19的烷烴可能是通過烷基自由基的脂質自氧化過程或類胡蘿卜素的分解生成，其閾值較高，因此對風味的形成直接貢獻不大，但有助于提高油脂的整體香味效果。當花生油加熱到80℃時分別產生了蒎烯和D-檸檬烯兩種化合物，國外也有研究表明，貯藏一段時間的檸檬油，無論在含氧或不含氧的環境下，均會產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成表Table 1 Aroma components of peanut oil under 4 different temperatures

續表

2.3 不同溫度下花生油特征性香氣成分研究

2.3.1 主成分分析結果 對四種溫度下所得花生油香氣物質按各自類別編號后（見表1），取其相對活性值（共有39種香氣物可計算ROAV值，其中ROAV值大于1的物質共17種，ROAV值為0.1～1的物質有9種，ROAV值小于0.1的有13種），采用R軟件進行主成分分析，結果見圖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果。由圖1可見，第一主成分與第二主成分貢獻度之和均在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構建的平面上充分展示。進一步分析圖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到最大值，其數據點分別位于第三及第一象限。相對而言，70℃和80℃條件下（中間溫度），花生油香氣輪廓較為相似，其數據點較為集中（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“符號”對應某一香氣成分，“符號”距原點的距離可表示該“香氣成分”對花生油整體香氣輪廓的貢獻程度。此外，將圖1、圖2比對后發現，若圖2中“符號”與圖1中“樣品點”在各自主成分圖中所處位置相近，則兩者相關性較高。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 對第1、2主成分貢獻顯著的香氣物質表Table 2 Aroma compounds that contributed significantly to the first and second principal components

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

2.3.2 一種全新的特征性香氣物質篩選方法的提出

近幾年來，國內外學者運用主成分分析法研究不同“樣本”間差異性的報道較多，對造成此差異的根本內因——“變量”間的相互關系的研究報道較少，對不同“樣本”（宏觀表象）和“變量”（微觀成因）的相互關系的研究更是鮮見報道。由于兩者均是基于同樣的原始數據矩陣，故可推斷它們之間必然存在某種特定的關聯。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）間的關聯性，就意味著能夠從數據分析的角度，確定表征該“樣本”風味特性的特征性香氣成分，為廣大研究者提供了一個全新的思路。

本研究中，“樣本”與“變量”的主成分分析結果分別在圖1及圖2中展現。比較此兩者相關性時，參照國內[21-22]及國外[23]文獻，通常做法為：將圖1、圖2重疊，經肉眼比較“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，此評價標準較為粗糙；b.“樣本”與“變量”主成分分析圖的坐標軸量程不同，故兩者圖形“縮放”時，容易造成數據點相對位置的“失真”。故可提出如下改進：可由它們在同一象限中與坐標軸的夾角是否接近來判斷其相關性高低。

本實驗中，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“樣品”與“變量”進行主成分分析；b.獲取“樣品”及“變量”數據點在各自主成分圖與坐標軸的夾角余弦值；c.將兩者數據點的“余弦值”作為新的原始數據進行聚類分析；d.找出和“樣品點”聚為一類的“變量”。

2.3.3 對主成分結果進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”數據點與“香氣物質”數據點可聚為一類，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，60℃下花生油共有2種特征性香氣成分：對二甲苯和苯乙烯；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。

進一步比較圖3與圖2的結果可發現，采用此新方法篩選得到的特征性香氣物質與“傳統肉眼象限比較法”得到的物質完全一致，但是本方法更為科學、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 結論

本文運用頂空固相微萃取-氣-質聯用技術，對某品牌花生油在四種不同熱處理溫度（60、70、80、90℃）下產生的香氣成分進行了分離鑒定，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。同時對各香氣物的來源及感官特性進行了探討。由查閱相關文獻獲得各化合物閾值，再計算其ROAV值，分析得到：ROAV值大于1的物質共17種，ROAV值為0.1～1的物質有9種，ROAV值小于0.1的有13種。以各香氣物質ROAV值作為原始數據，進行主成分分析及聚類分析，并提出了一種“從復雜樣本中篩選特征性香氣物質”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味特征的主要香氣成分。

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