基于HS-SPME-GC-O-MS法測定大豆油中揮發性香氣成分

徐瑩，張姍姍，王艷梅，程亞鵬，王蓓，劉野

1. 北京工商大學食品與健康學院（北京 100048）；2. 香馳控股有限公司（博興 256500）

大豆是我國重要的糧油兼用作物，其含有豐富的營養成分[1]，對維持人體健康、抵御疾病有一定作用。如大豆中的纖維素可以調節腸道菌群、促進腸道健康[2]；大豆中的磷脂可以使大腦中乙酰膽堿的釋放明顯增強、健腦益智[3]；大豆中含有多種功能性因子，如蛋白酶抑制素、大豆異黃酮等，對緩解骨質疏松癥、防治癌癥等方面有顯著貢獻[4-6]。

對于大豆油的研究涉及多個方面，如抗氧化[7]、提取工藝[8]、油脂組成[9]等。揮發性風味成分是食用油的關鍵組成成分，是評價食用油質量的重要指標，影響消費者的消費選擇[10]。對大豆油揮發性風味化合物的研究，1951年Dutton等[11]研究表明亞麻酸是大豆油中“魚腥、青草”風味的不穩定前體。近年來，Xiao等[12]研究大豆油在加熱過程中的揮發性成分變化，共鑒定出72種揮發性化合物，并確定一些揮發物的形成溫度：大部分揮發性醛和醇在120 ℃時形成，150 ℃時有酮和呋喃生成，180 ℃時有酸生成。王丹等[13]采用HS-SPME/GC-MS對大豆油香氣進行分析，共檢測出55種揮發性風味成分。

此外，利用氣相色譜（GC）技術分析食用油中的揮發性化合物受到極大關注[14-17]。頂空固相微萃取（HS-SPME）是一種快速、靈敏、無溶劑和經濟的樣品制備方法，結合氣相色譜（GC）和氣相色譜-質譜（GC-MS）可以分析食用油中的揮發性有機化合物[18-19]。試驗以同種工藝條件下不同批次大豆油為試驗對象，通過HS-SPME/GC-O-MS對10個批次大豆油的揮發性化合物進行對比分析，以期為大豆油的生產加工、質量控制提供一定的理論與技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆油（山東香馳糧油有限公司）；正己烷（色譜純，美國Thermo Fisher公司）；2-甲基-3-庚酮（99.99%）、C7～C30正構烷烴（色譜純，美國Sigma公司）。

7890A/7000B氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司）；20 mL鉗口頂空樣品瓶（江蘇杰島高新材料科技有限公司）；Sniffer 9100型嗅聞儀（瑞士Brechbuhler公司）；SPME萃取頭（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS，美國Supelco公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆油中揮發性化合物的萃取

采用固相微萃取技術萃取大豆油中的揮發性風味成分。參考楊帆等[20]對樣品的處理方法，準確量取5 mg大豆油樣品置于20 mL頂空瓶中，加入1 μL 2-甲基-3庚酮（0.816 μg/μL）作為內標。頂空瓶置于55 ℃金屬浴中平衡20 min，插入SPME萃取頭吸附40 min。萃取頭吸附完成后，在230 ℃進樣口中解析5 min。

1.2.2 GC-O-MS條件

1.2.2.1 氣相色譜條件

色譜柱J&W DB-WAX石英毛細柱（60 m×0.25mm×0.25 μm）。升溫程序：40 ℃，保持3 min后以4 ℃/min升溫至200 ℃，以7 ℃/min升至230 ℃，維持5 min。載氣為氦氣，恒定流速設為1 mL/min，進樣口溫度230 ℃。分流比設為不分流。

1.2.2.2 質譜條件

電子轟擊（electron impact，EI），電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度維持230 ℃，四極桿溫度設置150 ℃，質量掃描范圍m/z50～350，溶劑延遲7 min。

1.2.2.3 嗅聞檢測器條件

為使試驗員在嗅聞過程中鼻腔保持濕潤狀態，氮氣以20 mL/min的速度通入盛有蒸餾水的小瓶，使水蒸氣供應到嗅聞口。

1.2.3 化合物的定性分析

定性分析采用質譜定性、保留指數（RI）和風味屬性（O）與經典文獻報道對比的方式。NIST庫檢索化合物；計算實際RI值并與已有文獻中的理論RI值進行對比。

實際RI值的計算根據目標物及系列烷烴的出峰時間，按式（1）計算。

式中：n為系列正構烷烴的碳原子個數；Tn為正構烷烴Cn的保留時間；Ta為樣品中未知化合物的保留時間（Tn≤Ta≤Tn+1）。

1.2.4 化合物的定量分析

對大豆油樣品中的揮發性風味化合物的定量采用內標半定量的方式。GC-MS模式為全掃描，以2-甲基-3-庚酮（0.816 μg/μL）為內標物，即通過內標物的質量濃度和峰面積與未知物峰面積比值計算，如式（2）所示。

式中：f為校正因子，取值為1；A1、Ax分別為內標物峰面積和未知物峰面積；ρ1、ρx分別為內標物質量濃度和未知物質量濃度。

1.2.5 數據處理

圖表制作由Microsoft Office Excel 2019軟件完成，采用TBtools進行熱圖分析，采用聯川生物云平臺進行PCA分析，指紋圖譜由中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統2012計算。

2 結果與分析

2.1 GC-O-MS結果分析

揮發性風味成分評價植物油品質的重要指標，對植物油整體香氣起著重要作用。食用油主要含有飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，它們以三酰甘油的形式與甘油結合。不飽和脂肪酸含有烯丙基，這些基團很容易發生自由基反應，即使在低溫有氧的情況下也會分解自氧化[21]。不飽和脂肪酸和甘油三酯與氧氣反應形成過氧化氫作為初級產物，最終分解成揮發性化合物。植物油中已知的揮發性香氣物質主要有醇類、醛類、酸類、呋喃類、吡嗪類、噻唑類、吡咯類等[22-25]。

如表1所示，10個批次的大豆油樣品中共檢測出105種香氣化合物，其中醇類占20.00%，醛類占16.19%，酸類占5.71%，酮類占14.29%，酯類占6.67%，芳香類化合物占5.71%，雜環類化合物占23.81%（其中吡嗪類占13.33%），以及其他類化合物占7.62%。大豆油揮發性物質中，醇類物質主要呈現清香、清淡、甜香、醇香、酒香、果香等，賦予大豆油令人愉悅的味感。含量最高的醇類化合物為糠醇（焦糖味），糠醇是美拉德反應的重要產物之一[26]。

表1 10個批次大豆油風味化合物結果

醛類物質是大豆油香氣成分的重要組成部分，大多數的醛類物質呈現較強的香氣，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。人們普遍認為醛來源于脂質氧化，主要是油酸、亞油酸和亞麻酸的氧化[27]。

大豆油中的吡嗪類物質較多，含量較高的有2，5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2, 3, 5-三甲基吡嗪，吡嗪類物質多呈“可可、烤堅果味”，使得大豆油呈現一種“烤香味”。同時，吡嗪類物質也是美拉德反應的重要產物，其形成途徑包括Amadori重排、Strecker降解和雜環化[28]。酯類物質共有6種，大多數的酯類化合物都呈現甜味、焦糖味等特征香氣；酮類物質分別呈現水果味（2-庚酮）、黃油味（2, 3-辛二酮）、棉花糖味（呋喃酮）、草藥味（仲辛酮）等。但是，并不是所有的揮發性物質都能為大豆油提供良好的感官屬性。如己醛含量被報道為大豆油風味質量的指標[29]，大豆油中己醛含量越高，其風味品質越差。其次是一些酸類物質，如己酸、乙酸，酸類具有的乳酪酸味、辛辣味對大豆油氣味有一定影響。這些化合物共同構成大豆油的風味輪廓。

接表1

接表1

2.2 風味穩定性分析

2.2.1 熱圖分析

利用在10批次大豆油中檢測到的105種風味化合物的濃度制作熱圖（圖1），由圖1可知，10批次大豆油中大部分化合物濃度差異不顯著，因而風味物質組成無明顯差異。

圖1 10個批次大豆油樣熱圖分析

2.2.2 主成分分分析

對10批次大豆油樣進行主成分（PCA）分析，由圖2可知，第一主成分（PC1）的貢獻率為95.38%，第二主成分（PC2）的貢獻率為2.67%，PC1和PC2的貢獻率之和為96.05%，說明對原始數據進行線性變化和降維時，核心成分可以得到有效保留，分析結果較能反映出樣品的總體特征。除了批次2#大豆油樣主要差異在第二組分，其余9組油樣的主要差異在第一主成分，且這9個批次的大豆油樣都聚成一類，說明這9個批次的大豆油揮發性風味成分差異不明顯。

圖2 10個批次大豆油樣PCA分析

2.2.3 指紋圖譜分析

對1#～10#批次的大豆油樣進行指紋圖譜分析，對所有樣品中出現的105種氣味化合物計算相似度和夾角余弦值（表2），指紋圖譜如圖3所示。10批次大豆油樣品的夾角余弦值介于88.71%到98.55%之間。10批次大豆油樣相似度介于86.89%～98.27%，相似度大于90%的樣品有9個，其中批次6#樣品相似度為88.71%。整體而言，10批次大豆油樣品氣味屬性相關性較大。

圖3 10個批次大豆油樣指紋圖譜分析

表2 10個批次大豆油樣指紋圖譜計算結果

3 結論

試驗綜合利用現代感官科學技術對比分析同種生產工藝條件下10個批次大豆油樣品的風味組成，在大豆油中共檢測到105種風味化合物，以醇、醛、酮、酯及雜環類化合物為主，還有少量的酸類、芳香類化合物及其他類化合物。在檢測到的雜環類化合物中，吡嗪類化合物的含量最為豐富，為大豆油的風味組成提供一定貢獻。同時，對10個不同批次大豆油樣中的揮發性風味物質進行PCA、熱圖及指紋圖譜分析，結果顯示組間差異不大，即10個批次的大豆油樣風味組成相關性較大。

綜上，運用HS-SPME-GC-O-MS技術結合相關性分析處理，可以有效地對不同批次大豆油的風味進行比較。該方法對大豆油企業生產中的質量控制及品質鑒定，可提供一種新的技術手段。