精煉過程對茶籽油脂肪酸與揮發性物質的影響

李梓銘,李玉平,佘佳榮,喻寧華,黃 軍

(湖南省林產品質量檢驗檢測中心,湖南長沙 410007)

茶籽油是我國的一種天然高級木本食用油,主要成分是油酸甘油酯,并含有多種脂溶性維生素,對皮膚無刺激、有益于人體健康。研究茶籽油成為推進我國食用油木本化,緩解國產食用油緊缺的主要渠道和趨勢。

脂肪酸的分析方法主要有氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC)、近紅外光譜技術(NIRS)、紫外分光光度法(UV)等[1-3],氣相色譜因其高效的分離效能和靈敏的檢測限,被認為是分析復雜混合物中脂肪酸的可靠方法。此后分析脂肪酸的一個重大進步是把脂肪酸進行甲酯化,甲酯化后氣化溫度降低、分離效果提高,有利于GC法分離并逐一測定其種類和含量[4],可應用于地溝油的快速鑒別。

目前,應用于植物油風味檢測技術主要包括感官評定法、氣相色譜法、氣質聯用法以及電子鼻技術等[5]。我國對于食用油揮發性風味成分研究報道不多,且主要立足于生產工藝和品質控制。國外則通過測定食用油中揮發性風味成分,來判斷其致癌成分或生物活性成分,及是否具有遺傳毒性[6-7]。人們往往通過食用油的氣味來判斷其種類,食用油特有的香氣風味是其產品品質的主要構成因素,也是感官評定的重要指標,分析食用油中的揮發性成分,可為食用油的品質研究、摻偽鑒別和進一步優化加工儲藏條件提供理論依據[8-9]。食品中的風味物質成分復雜、相互影響、穩定性差且含量極微,因此,需采用適當的分離鑒定技術進行風味分析。固相微萃取(SPME)被廣泛應用于油脂揮發性成分的分析,已采用頂空固相微萃取結合氣質聯用技術對某些植物油如芝麻油、菜籽油等進行了揮發性成分的分析,也有研究比較冷榨和熱榨茶籽油的揮發性物質[10-12],但沒有對茶籽油精煉過程前后的粗榨茶籽油和精煉茶籽油的風味物質進行對比分析的研究。

本文以精煉前后茶籽油為實驗對象,采用氣相色譜法對比分析精煉前后茶籽油的脂肪酸,采用頂空固相微萃取氣質聯用法(HS-SPME-GC-MS)研究揮發性成分變化,以及為茶籽油特征香氣成分組成、脂肪酸成分對茶籽油特征香味的貢獻研究以及茶籽油鑒別、分級提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶籽油 樣品來自湖南衡陽大三湘茶油股份有限公司低溫物理壓榨方式得到的粗榨油,即粗榨茶籽油,以及此批次初級油經過脫膠、堿煉脫酸、脫色、脫臭等一系列工序之后的成品油,即精煉茶籽油;37種脂肪酸甲酯混標 上海安譜科學儀器有限公司;異辛烷、甲醇 色譜純,國藥集團化學試劑有限公司;氫氧化鉀、硫酸氫鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

GC-2010plus氣相色譜儀 日本島津公司;GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜質譜聯用儀 日本島津公司;Fresco17小型臺式高速離心機 美國Thermo公司;AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;85-2數顯恒溫磁力攪拌器 金壇市大地自動化儀器廠;WXH-2漩渦混合機 金壇市大地自動化儀器廠;10 mL具塞試管、固相微萃取器手柄、30/50 μm DVB/PDMS萃取頭 美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 粗榨茶籽油及精煉茶籽油中脂肪酸測定 根據GB5009.257-2016,采用氫氧化鉀—甲醇甲酯化法,稱取60 mg茶籽油,置于10 mL具塞試管中,加入4 mL異辛烷充分溶解,加入0.2 mL氫氧化鉀—甲醇溶液(13.2 g氫氧化鉀溶于80 mL甲醇,定容至100 mL),渦旋混勻1 min,放至試管內混合液澄清。加入1 g硫酸氫鈉,渦旋混勻30 s,于4000 r/min下離心5 min,上清液經0.45 μm濾膜過濾,濾液上氣相色譜儀測定,每個樣品做3次平行實驗。

氣相色譜條件:RtRR-2560色譜柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)色譜柱;載氣為氮氣;進樣口溫度為250 ℃;檢測器溫度為250 ℃;柱箱初始溫度為140 ℃,保持5 min,以1.8 ℃/min的速率升至220 ℃,保持20 min。進樣量1 μL;載氣流速1.3 mL/min;分流比30∶1。

1.2.2 粗榨茶籽油及精煉茶籽油中揮發性物質測定 采用HS-SPME-GC-MS法對粗榨茶籽油及精煉茶籽油中揮發性風味物質進行提取和分析[13]。

固相微萃取條件:分別取2 mL粗榨茶籽油和精煉茶籽油置于頂空瓶中,用隔墊密封。將頂空瓶置于40 ℃恒溫平衡20 min,通過隔墊插入已活化好的SPME萃取頭(270 ℃,1.5 h),在70 ℃下頂空吸附40 min,之后再插入GC進樣口,啟動待機模式,在250 ℃下解析3 min后開始檢測。

氣相色譜條件:RxiRR-5Sil MS(30 m×0.25 mm×0.20 μm)色譜柱,柱溫升溫程序:初始溫度40 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升到220 ℃,保持10 min;進樣口溫度250 ℃;載氣流速1.0 mL/min;載氣為He;進樣方式:不分流。

質譜條件:電子轟擊離子源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度150 ℃,接口溫度280 ℃,燈絲發射電流200 μA;掃描質量范圍35～350 amu。

1.2.3 數據統計分析 兩種茶籽油通過與脂肪酸甲酯標準對照定性,采用峰面積歸一計算樣品中脂肪酸成分相對百分含量,并采用Fisher最小顯著差異法進行方差顯著性分析,顯著水平為p<0.05,脂肪酸檢測結果采用平均值±標準差形式。

GC-MS揮發性物質定性實驗數據處理通過計算機檢索同時與NIST library質譜庫中的化合物進行匹配和CAS編號查詢,并結合有關文獻進行鑒定,僅當匹配度超過 85%的結果才予以報道。由峰面積歸一化法求得各風味物質的相對百分含量,并結合相對關鍵香氣值(ROAV)進行分析。

2 結果與分析

2.1 精煉前后茶籽油脂肪酸組成的分析

采用氣相色譜法分析了精煉前后茶籽油的脂肪酸組成和含量,結果見表1。

表1 茶籽油主要脂肪酸組成Table 1 Fatty acid composition of camellia seed oil

在粗榨茶籽油和精煉茶籽油樣品中檢測到的主要含量脂肪酸有6種,包括2種飽和脂肪酸(棕櫚酸、硬脂酸)和4種不飽和脂肪酸(油酸、亞油酸、花生一烯酸、α-亞麻酸)。粗榨茶籽油和精煉茶籽油均符合高油酸(>75%)標準,棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸是組成茶籽油樣品的主要脂肪酸,在粗榨茶籽油樣品中占脂肪酸總量的99.02%,在精煉茶籽油中占脂肪酸總量的98.54%。精煉后的茶籽油樣品中油酸、硬脂酸、棕櫚酸、花生一烯酸及飽和脂肪酸的含量降低,棕櫚酸降低最為明顯,可能是因為甘油三酯與棕櫚酸基連接較活潑,油脂在冬化的過程中,含有飽和脂肪酸多的甘油三酯因結晶而去除。而亞油酸和不飽和脂肪酸的含量升高。這是因為在油脂精煉過程中多不飽和脂肪酸雙鍵或三鍵容易發生斷裂,促成氧化、裂解等反應,轉化成具有相同碳原子數或更短鏈的單不飽和脂肪酸或者飽和脂肪酸[11]。

茶籽油的脂肪酸比例與世界衛生組織公布的橄欖油脂肪酸組成比例(飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸相對含量比為15∶75∶10)接近[14]。采用多樣化的飲食結構才更適合人體營養需求,適量涉入飽和脂肪酸,可作用于穩固細胞膜結構和血清中的固醇水平[15]。不飽和脂肪酸具有調節血脂、維持正常生理機能的作用,如促進神經系統發育、調節脂代謝、調節免疫及凝血過程等[16-18]。其中作為人體內必須的脂肪酸α-亞麻酸不僅具有降血壓、抗動脈粥樣硬化和益智等作用,還能促進大腦細胞代謝,提高認知能力、改善眼睛疾病防治糖尿病等作用。

2.2 精煉前后茶籽油中揮發性化合物分析

粗榨茶籽油和精煉茶籽油的氣質總離子流圖,以豐度為橫坐標,時間為縱坐標,如圖1所示。經過一定處理后,得到精煉前后茶籽油中的揮發性化合物的種類及相對含量見表2。

圖1 粗榨茶籽油揮發性成分和精煉茶籽油揮發性成分總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components from refined oils and crude oil

表2 粗榨油、精煉茶籽油揮發性化合物的種類和相對含量Table 2 Types and relative contents of volatile compounds in refined oils in crude oil

續表

續表

2.2.1 精煉前后茶籽油揮發性物質對比分析 通過粗榨茶籽油、精煉茶籽油主要風味物質成分比較,發現兩種樣品在揮發性成分的組成上存在較大差異,含量的差別也較為明顯。在粗榨茶籽油中檢測出的揮發性成分共有54種,最多的是醛類、烷烴類以及醇類,其含量分別占風味物質總量的43.59%、8.33%和14.42%。精煉茶籽油中檢測出的揮發性成分共有46種,風味物質種類最多的依次是醛類、烷烴類以及酯類,其含量分別占風味物質總量的35.28%、5.76%和23.03%。

根據茶籽油的脂肪酸檢測結果推測,風味物質形成的主要來源是茶籽油中的油酸和亞油酸,通過表3可知,醛類揮發性風味物質對茶籽油的風味起到主導作用。

在經過脫膠、脫酸、脫色和脫臭等工藝后,風味物質總數量減少,并且內酯類、醛類、酸類、酮類、雜環類、烷烴類化合物相對百分含量和數量出現大幅降低,特別是酮類化合物,從5種下降到1種,但酯類化合物明顯多于精煉前,在精煉過程中,主要來自醇類和酸類在特定條件下形成。在脫色過程中,白土除了吸附色素之外,部分極性醛、醇、酸會被白土吸附。在脫臭過程中,伴隨著高溫和高真空,低分子的醛、酮、酸被蒸餾出來,可能是導致醇類、酸類酮類的數量減少的原因。在精煉的過程中,去除部分醛、酮、酸等小分子物質和游離脂肪酸,但同時又生成了反式和異構體化合物。由表3還可看出,具有脂肪香氣的醛類化合物,在粗榨茶籽油中占43.59%,在精煉茶籽油中占35.28%,是茶籽油香氣的主要部分。在粗榨茶籽油中發現帶有烘焙香味的吡嗪類物質,是因為油茶籽在高溫高濕(蒸炒、壓榨)處理過程中發生美拉德反應[19-21],吡嗪類物質因此在粗榨茶籽油的風味形成中起著重要作用。

表3 粗榨茶籽油、精煉茶籽油主要成分比較Table 3 Comparison of main components of crude oil and refined camellia seed oil

2.2.2 茶籽油中關鍵特征性風味物質分析 由于揮發性風味物質的濃度與風味特征沒有直接關系,即不同物質的感官閾值差異較大。本研究選取粗榨茶籽油中相對氣味活度值(ROAV)[22]大于1的物質為分析對象,結合表2所示的揮發性物質成分的相對含量,取粗榨茶籽油中主體風味成分,與精煉茶籽油進行對比分析,結果見表4。

表4 精煉前后茶籽油特征風味物質變化Table 4 Characteristics of flavor compounds in crude oil and refined camellia seed oil

從表4中可知,茶籽油的主要風味是受醛類物質的影響,而醛類化合物的風味特征是帶有木香、煙熏香、焦香和脂香。粗榨茶籽油的香氣濃郁,色澤略顯暗黃色,精煉后,香氣不再那么強烈,以一種淡淡的茶果清香淡雅為主,色澤呈金黃色。

3 結論

茶籽油中主要脂肪酸是油酸、棕櫚酸和亞油酸,其中油酸的含量最高。分別為80.07%±0.03%(粗榨)和79.91%±0.18%(精煉)。在精煉后,各脂肪酸相對含量均有明顯變化,主要表現在飽和脂肪酸含量的降低，不飽和脂肪含量提高。采用頂空固相微萃取氣質聯用分析茶籽油中的揮發性成分,發現在精煉后,茶籽油中的揮發性成分總數量減少,風味物質的成分存在差異,但醛類還是占主要部分,分別為43.59%(粗榨)和35.28%(精煉),這與前人報道的醛類是最重要的風味物質相符。精煉后,茶籽油中的雜環類化合物減少,相對百分比從3.52%下降到1.62%，而酮類化合物從5種變為1種，相對百分比從2.33%下降到0.11%，酯類化合物大幅增加,相對含量超過3倍，對于改善茶籽油的不良風味起到了積極的作用,影響茶籽油中酯類物質形成的關鍵因素有待進一步的研究。

粗榨茶籽油和精煉茶籽油雖然特征風味物質都是醛類化合物,但粗榨化合物因為高溫等因素產生了美拉德反應,香氣特別濃郁,而精煉茶籽油則是以清香風味為主。通過分析茶籽油脂肪酸及特征風味物質的組成和含量,結合感官分析對茶籽油進行等級劃分,從而促進精煉工藝和流程革新。通過采集更多樣品數據繼續研究比對,有望建立基于揮發性風味物質的茶籽油真偽甄別技術,為茶籽油的質量控制與鑒別提供參考依據。

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