高溫條件下多酚對茶油揮發性成分的影響

孫韞理 李亞茹 鐘海雁 龍奇志

(中南林業科技大學食品科學與工程學院，長沙 410004)

茶油不飽和脂肪酸含量豐富，其中單不飽和脂肪酸質量分數可達80%以上[1]。同時茶油中還含有維生素E、角鯊烯和甾醇等生物活性成分，具有與棕櫚油相近的煎炸壽命，因此被認為是一種優質的煎炸油[2]。

食用油在反復加熱過程中品質會逐漸變差，同時伴隨脂肪酸的氧化生成一些如不飽和醛、多環芳烴和烷基苯等有害物質[3,4]。過去為了提高油脂的抗氧化穩定性，多在食用油中添加人工合成的抗氧化劑如BHA、BHT、TBHA等，存在一定的食品安全風險，在美國、歐盟等國家已被明令禁止使用[5]。植物多酚作為一類天然抗氧化劑，具有天然無害、良好的自由基清除效果等優點[6]。茶油中含有表兒茶素、山奈酚等酚類物質多達27種[7]，但因為這些內源性酚類物質本身抗氧化效果不強，且易受到茶油加工工藝等因素的影響，因此對提高油脂的抗氧化穩定性效果不明顯[8, 9]。添加多酚類物質能有效提高茶油的抗氧化穩定性[10]，但對茶油在煎炸過程中揮發性風味成分的影響還缺少進一步研究。本研究以標準煎炸所采用溫度(180 ℃)進行加熱實驗，采用固相微萃取纖維頭對茶油及添加多酚的茶油在加熱過程中的揮發性風味成分進行萃取，并采用GC-MS進行分析，目的是探明多酚對茶油加熱過程中風味成分的影響，為改善茶油在加熱過程中的風味提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

精煉茶油；沒食子酸丙酯(純度>99%)；槲皮素(純度>95%)；兒茶素(純度>98%)；3,4-二羥基苯乙酸(純度>98%)；沒食子酸(純度>98%)。

1.2 實驗儀器與設備

7890B/5977A型氣相色譜-質譜聯用儀；57348-U型固相微萃取手柄；50/30 μm DVB/CAR/PDMS型SPME萃取頭；RTC型集熱式磁力攪拌器。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

實驗組為添加0.02%多酚的茶油油樣，制備方法：準確稱取一定量的沒食子酸丙酯、沒食子酸、3,4-二羥基苯乙酸、兒茶素、槲皮素分別加入5份茶油中，使多酚添加物質量分數為0.02%。在50 ℃條件下攪拌10 min，待油溫冷卻后靜置過濾。同時制備一組空白對照組。

樣品在高溫干燥箱中(180±2) ℃下加熱，連續加熱4 d，每天6 h，冷卻后每天收集油樣并置于4 ℃冰箱儲存備用。

1.3.2 頂空固相微萃取(HS-SPME)條件

準確稱取(2.00±0.001) g油樣置于頂空萃取瓶中，在60 ℃下加熱10 min。將萃取裝置插入萃取瓶中，頂空萃取40 min。拔出萃取頭立即插入GC-MS儀器進樣口，將頂空萃取纖維頭熱解析10 min后，啟動儀器進行數據采集。

1.3.3 GC-MS條件

氣相色譜條件：色譜柱為Aiglent HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)毛細管柱，進樣口溫度250 ℃，柱溫35 ℃保持5 min，隨后以4 ℃/min升溫到70 ℃，再以5 ℃/min升溫到150 ℃，最后以10 ℃/min的速度升溫至220 ℃，保持5 min，解析時間為39 min。載氣為He，流速為1.0 mL/min。

質譜條件：離子源為EI源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃。四級桿溫度150 ℃，傳輸線溫度280 ℃，溶劑延遲時間3 min。質譜掃描范圍(m/z)為30～550 amu，質譜數據檢索庫為NIST14.L。根據相似度及質譜峰信息進行鑒定。采用面積歸一化法，根據峰面積計算每種組分相對含量。

1.3.4 數據處理

數據采用Excel 2010、SPASS Statistics 22.0和Origin 9.0分析。

2 結果分析

2.1 揮發性成分種類和總含量的變化

對比6組樣品加熱24 h后的揮發性成分GC-MS圖，發現在加熱24 h后，6組樣品的總峰個數均有所減少，但主要的揮發性成分基本一致，僅在含量上有一定差異。6組樣品加熱過程中的揮發性成分GC總峰個數及總峰面積的變化見圖1和圖2。

通過圖1可知，隨著加熱時間的增加，對照組中揮發性成分的總峰個數呈現減少趨勢，在加熱0～6 h期間急劇減少。添加的5種多酚均能顯著減緩茶油在加熱過程中總峰數量的減少，其中以3,4-二羥基苯乙酸的效果最佳。由圖2可知，對照組總峰面積隨加熱時間的增加呈上升趨勢，在加熱0～6 h和12～18 h期間有明顯上升。這主要是因為油茶籽油的氧化產物在加熱過程中進一步發生氧化分解生成小分子醛類、醇類和短鏈脂肪酸等導致[2]。添加的5種多酚均能有效抑制揮發性成分總量的增加，這主要是因為多酚對脂肪酸的保護作用。沒食子酸組中總峰面積隨時間變化增加不明顯，對抑制揮發性成分總峰面積的增加效果最佳。

圖1 添加不同多酚的茶油在加熱過程中揮發性成分總峰個數的變化

圖2 添加不同多酚的茶油在加熱過程中揮發性成分總峰面積的變化

2.2 茶油揮發性各組分相對含量的變化

揮發性醛類物質作為茶油中含量最豐富的揮發性成分，主要由不飽和脂肪酸熱氧化分解產生，可以作為判斷油脂在煎炸過程中劣變程度的參考指標[11]。茶油中檢測到的揮發性醛類物質可以分為揮發性正構醛類和揮發性不飽和醛類等。

2.2.1 多酚對茶油中揮發性正構醛含量的影響

通過GC-MS檢測到茶油中主要的揮發性正構醛分別是己醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛，是茶油青香風味的主要來源。多酚對茶油在加熱過程中揮發性正構醛相對含量的影響情況見圖3。在加熱過程中，6組樣品中5種正構醛類物質相對含量均有不同程度的減少，這也是隨著加熱時間的增加，茶油的青草香氣逐漸減弱的原因之一。對照組在加熱24 h后揮發性正構醛相對質量分數減少了59.22%，其中以癸醛和己醛損耗最為明顯，二者相對質量分數分別減少了81.67%和80.36%。對照組在加熱到6 h時揮發性正構醛相對質量分數已減少54.57%，說明茶油青草香氣的減弱主要發生在加熱前期。測得實驗組在加熱6 h時揮發性正構醛相對含量也有不同程度的減少，其中B組減少量為33.50%，C組減少量為24.65%，D組減少量為32.85%，E組減少量為22.74%，F組減少量為10.53%，說明添加的5種多酚對茶油中揮發性正構醛均有保護作用，能有效減緩加熱過程中茶油清香味的減弱，其中以沒食子酸效果最佳。

圖3 茶油在加熱過程中揮發性正構醛相對含量的變化情況

2.2.2 多酚對茶油中揮發性不飽和醛含量的影響

不飽和醛是多不飽和脂肪酸在加熱氧化過程中產生的一類次級氧化產物[12]。茶油中檢測到的不飽和醛有6種，分別是(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、2-十一烯醛。6組樣品加熱過程中揮發性烯醛相對含量的變化情況見圖4。由圖4可知，隨著加熱時間的增加，對照組中總烯醛相對含量呈現增加-趨于平緩-減小的趨勢，其中在0～6 h增加最明顯，達55.21%。通過添加多酚，減少了茶油在加熱初期揮發性烯醛相對含量的增加，這與添加多酚延長了茶油的氧化誘導時間有關[13]。在加熱0～6 h期間，沒食子酸對抑制揮發性烯醛相對含量升高的效果最佳，抑制率達95.30%。

在未加熱前，對照組中(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛的相對質量分數分別為16.89%和17.85%。(E,E)-2,4-庚二烯醛由亞麻酸氧化后產生的氫過氧化物發生β-均裂形成[14]，(E,E)-2,4-癸二烯醛則由亞油酸氧化后的氫過氧化物β-均裂形成[15]，這兩種揮發性物質在油茶籽油揮發性成分中相對質量分數高，可以作為特征揮發性成分。6組樣品中的(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛在加熱過程中的相對質量分數變化見圖5和圖6。

圖4 茶油在加熱過程中揮發性烯醛相對含量的變化情況

由圖5可知，對照組中(E,E)-2,4-庚二烯醛相對含量在加熱過程中不斷減少，添加多酚對加熱過程中(E,E)-2,4-庚二烯醛相對含量的減少具有抑制效果。圖6表明對照組中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相對含量在加熱過程中呈現先增加后減少的趨勢，其中在加熱0～6 h期間有明顯上升，相對含量增加了93.11%。添加多酚能明顯降低加熱過程中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相對含量的升高，其中以3,4-二羥基苯乙酸效果最佳，添加3,4-二羥基苯乙酸后油茶籽油中(E,E)-2,4-癸二烯醛的相對含量在加熱6 h后僅升高22.11%。

圖5 茶油在加熱過程中(E,E)-2,4- 庚二烯醛相對含量的變化情況

圖6 茶油在加熱過程中(E,E)-2,4- 癸二烯醛相對含量的變化情況

2.2.3 多酚對茶油中其他揮發性成分的影響

茶油中的揮發性成分除醛類物質外，還含有醇、酮、短鏈脂肪酸、酯和烴類物質等5種揮發性成分。其中酮類物質具有果香氣味，而揮發性短鏈脂肪酸隨著濃度的升高會逐漸呈現出酸敗的刺激性氣味。茶油在加熱過程中，酮類物質相對質量分數不斷降低，揮發性短鏈脂肪酸相對含量不斷升高。加熱24 h后，對照組中酮類物質相對質量分數降低了93.59%，而揮發性短鏈脂肪酸相對含量增加28倍，這種變化也是導致茶油在加熱過程中風味劣變的重要原因之一。

酮類物質相對含量的降低主要發生在加熱0～6 h期間，添加槲皮素對抑制酮類物質在此期間相對含量的降低效果最佳，保留率達96.70%；而在加熱24 h后，B組中酮類物質保留率最高，為59.03%，說明長時間加熱時，3,4-二羥基苯乙酸具有更好的效果。揮發性短鏈脂肪酸相對含量的升高主要發生在加熱0～6 h和18～24 h期間，添加的5種多酚對揮發性短鏈脂肪酸含量的升高均有明顯的抑制作用。

3 討論

油脂在高溫條件下的氧化過程與常溫下的自動氧化過程相比雖然機理相似，但是具有一定特殊性，所有的氧化反應速率加快。尤其是在烹飪時，往往是油脂和氧在高溫處理過程中直接反應，此時油脂氧化生成的初級氧化產物如氫過氧化物等物質會立刻又分解成各種不同的醛、酮、酸等小分子次級氧化產物。羥基自由基和單線態的氧是非常活潑的自由基，這些自由基非常容易與油脂中的不飽和脂肪酸結合發生脂過氧化反應，多酚化合物含有的酚羥基可以消滅自由基，阻止脂過氧基的形成從而抑制脂過氧化反應。從揮發性成分的抑制作用的總體情況來看，所選的5種多酚中以兒茶素和沒食子酸效果較好，這主要與酚羥基的數量與位置有關。茶油中的不飽和脂肪酸主要為油酸(占80%左右)，另含有少量亞油酸和亞麻酸。油酸的氧化產物辛醛、壬醛和癸醛都是由O-8-氫過氧化物分解得到的1-烯基自由基和羥基自由基組合物的酮-烯異構互變產物。(E)-2-癸烯醛、(E)-2-十一碳烯醛和(E)-2-壬烯醛的含量與油酸酰基緊密相關，是油酸氫過氧化物的β-均裂產物[14,15]。(E)-2-辛烯醛的含量與亞麻酸和油酸酰基的百分含量密切相關[16]。在高溫環境下，多酚的結構、脂肪酸組成與油脂氧化穩定性的關系還有待進一步研究。

(E,E)-2,4-庚二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛作為茶油中的特征揮發性成分，多酚對二者的作用效果截然不同，這可能是因為多酚對不同脂肪酸起到的抗氧化效果存在差異導致的。有研究表明(E,E)-2,4-癸二烯醛的相對含量與油脂加熱過程中不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的比值變化成反比[17]，多酚能抑制茶油中(E,E)-2,4-癸二烯醛相對含量的增加可能與多酚提高了茶油中不飽和脂肪酸尤其是亞油酸的抗氧化穩定性有關。添加的5種多酚均能減緩茶油在加熱過程中揮發性成分的劣變，但對不同揮發性成分的保護效果和發揮作用的時間段均存在一定差異，這與多酚自身的特性和油脂的脂肪酸組成密切相關[18, 19]。

油脂揮發性成分是衡量油脂品質好壞的一個重要指標[20]。茶油在加熱過程中因為揮發性成分的變化會導致風味變差，添加多酚能有效減緩茶油中揮發性成分的不良變化趨勢，從而使茶油在長時間煎炸過程中的風味有所改善。

4 結論

采用HS-SPME和GC-MS測定了180 ℃條件下多酚對茶油揮發性成分的影響。共檢測出42種可確定結構的揮發性化合物，主要包括醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、烴類化合物等，其中醛類物質是精煉茶油中主要的揮發性成分，占總檢出物的67.03%。

茶油在加熱過程中揮發性風味成分的不良變化主要發生在加熱0～6 h期間，主要表現在揮發性正構醛和酮類物質含量減少，揮發性不飽和醛和揮發性短鏈脂肪酸含量升高。添加多酚能有效的減緩揮發性正構醛和酮類物質相對含量的減少，抑制揮發性不飽和醛和短鏈脂肪酸含量的升高。