精煉過程對油茶籽油揮發性化合物的影響

吳雪輝, 何俊華, 黃梓煒, 藍小河, 張 兵

(華南農業大學食品學院1,廣州 510642)(廣東省油茶工程技術研究中心2,廣州 510642)

由于植物油毛油中存在一些非甘油三酯成分,如游離脂肪酸、磷脂、蠟質、水分、不良風味物質等,造成油脂色澤深、口感差、儲藏穩定性低,往往需要對其進行精煉后才能供消費者食用。目前,對植物油精煉的研究,主要集中在精煉過程油脂理化指標、營養成分、脂肪酸組成等變化[8-10]。風味作為植物油的品質評價指標之一,在精煉過程的變化研究相對較少。王笑園等[11]的研究表明,亞麻籽油精煉后揮發性化合物由毛油的77種降至成品油的18種;菜籽油精煉過程中風味物質的種類和數量都發生了變化,由毛油的39種風味物質變成脫臭油的16種,菜籽油中原有的吡嗪類化合物和硫甙降解產物的種類和含量顯著降低,同時也會產生一些新的成分[12]。但油茶籽油精煉過程中的風味變化研究較少,李梓銘等[13]測定了粗榨茶籽油和精煉成品油的揮發性組分,但對精煉各階段茶油揮發性物質的組成與變化規律沒有研究。因此,本研究在前期探討油茶籽油精煉過程中理化指標、有益脂質伴隨物含量、脂肪酸組成等變化的基礎上[14],采用頂空-固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術測定精煉各階段油茶籽油的揮發性化合物組成,闡明精煉過程中油茶籽油風味的變化規律,為優化和調控精煉工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

油茶籽毛油、脫膠油、脫酸油、脫色油、脫臭油、脫蠟油,毛油采用壓榨方法得到,其過氧化值和酸價分別為0.134 g/100 g和1.55 mg/g,所有油樣均取自同一批。

正構烷烴C7～C30、鄰二氯苯和甲醇均為色譜純。

GCMS-2010 ULTRA氣相色譜-質譜聯用儀,50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,DB-WAX色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。

1.2 實驗方法

1.2.1 HS-SPME-GC-MS分析

根據Cao等[15]的方法,采用頂空-固相微萃取法提取油茶籽油中的揮發性化合物。稱取1.0 g油樣于15 mL頂空瓶中,加入10 μL鄰二氯苯溶液(0.3 mg/mL)作為內標。隨后,插入老化后的萃取頭,于45 ℃水浴中萃取45 min。萃取結束后將萃取頭插入GC的進樣口,在240 ℃下解析3 min,待檢測。

根據He等[16]的方法,采用配備DB-WAX色譜柱的GC-MS來分析樣品的揮發性化合物。色譜升溫程序:初始溫度為40 ℃(保持3 min),然后以5 ℃/min升至180 ℃(保持5 min),最后10 ℃/min升至200 ℃(保持2 min)。載氣為氦氣,流速為1.0 mL/min。質譜條件:離子源溫度為230 ℃,四級桿溫度為150 ℃,電子轟擊離子源(EI),電子能量為70 eV,質譜掃描為30～450 m/z,溶劑延遲為4 min。

定性分析:先通過NIST11質譜庫篩選出匹配度大于80的化合物,然后通過比較化合物的計算保留指數與參考保留指數來確定最終的化合物。參考保留指數來自NIST標準庫,而計算保留指數則是根據C7～C30正構烷烴的標準品在樣品相同GC-MS條件下的出峰保留時間,可計算出每種化合物的保留指數[17]。

該區含水層巖性為第四系砂卵礫石，水位埋深大于50 m，水量豐富，砂卵礫石層滲透系數較大。翠山公園南部陡坡高度基本在10～50 m，通過比較陡坡高差與地下水埋深，可以判斷翠山南部第四系砂礫石層處于包氣帶，所以地下水入滲以垂向為主。當地表水經過上層粉土層到達下部砂卵礫石層時其滲透速度由慢變快。各類土的滲透系數見表1。

定量分析:采用內標法,根據化合物的峰面積、內標物的峰面積和內標物的濃度來計算。

1.2.2 氣味活度值分析

氣味活度值(OAV)是揮發性化合的濃度與其氣味閾值的比值,代表揮發性化合物對風味的貢獻大小,OAV>1的揮發性化合物為關鍵風味物質[18]。

1.3 數據處理軟件

采用SIMCA14.1 軟件進行主成分分析(PCA),采用Origin 2021軟件繪制作圖。

2 結果與分析

2.1 油茶籽油揮發性化合物在精煉過程的變化

采用HS-SPME-GC-MS分析測定了精煉各階段油茶籽油的揮發性化合物成分,結果如表1所示。

表1 精煉各階段油茶籽油的揮發性化合物

由表1可知,精煉過程的油茶籽油鑒定出76種揮發性化合物,其中,醛類15種、酮類5種、醇類13種、酸類7種、酯類24種、雜環類6種、烯類4種。隨著精煉過程的進行,油茶籽油中揮發性化合物的種類基本上逐漸減少,毛油、脫膠油、脫酸油、脫色油、脫臭油和脫蠟油中的揮發性化合物分別為56、51、51、54、42、39種。該結果與王笑園等[11]對亞麻籽油的研究結果相似,亞麻籽油毛油的揮發性化合物由77種降至成品油的18種。

在揮發性化合物的濃度方面,醛類中提供綠色和脂肪氣味的己醛、辛醛、壬醛和反-2-辛烯醛等脂肪醛[19],其濃度在精煉過程變化較大。酸類中的己酸、庚酸、辛酸和壬酸等的濃度在脫色工序中顯著上升,但是這些酸類表現為刺激的酸味、汗味和腐敗氣味[20],令人不愉快,從而影響油茶籽油的風味。隨著精煉過程的進行醇類中1-戊醇、1-己醇和1-庚醇等的濃度,呈現先上升后下降的趨勢;而3-甲基-1-丁醇、2,3-丁二醇和苯乙醇等的濃度則是逐漸下降;這些醇類物質提供綠色、水果和發酵氣味,主要來源于醛類的轉化產物,如己醛、苯乙醛、3-甲基1-丁醛可以相應的轉化為己醇、苯乙醛和3-甲基-1-丁醇[21]。酯類物質中,提供甜香和椰子氣味的γ-戊內酯、γ-丁內酯和γ-壬內酯等成分[22],在脫色工序中濃度顯著上升;而2-甲基丁酸乙酯、異丁酸異戊酯和異戊酸異戊酯等酯類則經過脫色后被除去了。

為了更加直觀地了解油茶籽油中揮發性化合物在精煉過程的變化規律,將精煉各階段的揮發性化合物的種類與濃度進行歸總,結果如圖1所示。

圖1 油茶籽油中不同類型揮發性化合物的數量圖和質量比圖

由圖1a可以看出,油茶籽油的揮發性化合物以酯類、醛類、醇類的數量較多,酮類、雜環類、酸類和烯類相對較少;在精煉過程中,醛與酮的種類變化不大;酯、醇和雜環的種類明顯減少,由毛油中的18、11、6種化合物減少至脫蠟油中的13、7、1種;酸類和烯類都是在脫色油中種類最多,毛油、脫膠油、脫酸油、脫色油、脫臭油、脫蠟油中的酸類分別是2、1、1、6、2、0種化合物,烯類則分別是1、1、1、4、2、1種化合物,可見除了脫色油,其他精煉階段的油中含量都較少,可能是因為活性白土促進了這兩類化合物的形成,類似的結果在菜籽油精煉中也有報道[12]。

圖1b顯示,除脫色油以外,精煉各階段油茶籽油揮發性化合物中濃度最高的都是醛類,其次是醇類和酯類。其中,毛油、脫膠油和脫酸油中揮發性化合物的組成和濃度差異不大;但脫色油中酸類物質顯著增加,濃度最高,醛類濃度僅次于酸類,且相比毛油、脫膠油和脫酸油也有大幅度的提升,醇類和酯類較前面的工序有少量提高;脫臭油、脫蠟油中揮發性化合物的濃度急劇下降,僅剩較低濃度的醛類和酯類。總之,隨著精煉程度的增加,油茶籽油揮發性化合物中的醛類、酮類、醇類、酸類和酯類化合物的濃度整體上呈現出先上升后下降的趨勢。其中,醛類、酸類和酯類的質量濃度變化較為顯著,分別由毛油中的26 483.90、66.10、9 785.41 μg/kg上升至脫色油中的100 894.76、129 947.50、17 618.19 μg/kg,隨后下降至脫臭油中的7 969.56、245.45、716.29 μg/kg;其原因可能是,脫色過程中較高的溫度和活性白土催化了脂肪酸氫過氧化物降解為醛類、酸類和酯類等,而這些化合物在脫臭過程中會隨水蒸氣逸出而損耗[13]。

2.2 精煉各階段對油茶籽油揮發性化合物的影響大小

基于表1中油茶籽油精煉各階段的揮發性化合物組成與濃度的數據,采用主成分分析法,得到不同精煉階段油茶籽油樣品的得分,并繪制了如圖2所示的PCA得分圖。

圖2 基于揮發性化合物的不同精煉過程油茶籽油主成分得分圖

由圖2可知,不同精煉階段油茶籽油樣品揮發性化合物濃度的得分差異明顯,其中,毛油、脫膠油和脫酸油三者差異較小,都位于第二象限;脫臭油和脫蠟油的揮發性化合物濃度得分接近,位于同一象限,第三象限;但脫色油與其他各精煉階段的樣品差異都很大,單獨位于第四象限。并且,從樣品在二維空間上的距離可以看出,脫色油與精煉前后工序樣品的距離都較遠,脫臭油與前一工序脫色油的距離也較遠,說明,在精煉過程中脫色和脫臭2道工序對油茶籽油揮發性化合物的影響較大。

2.3 基于氣味活度值分析篩選不同精煉過程油茶籽油的關鍵風味化合物

通過查閱不同精煉階段的油茶籽油揮發性化合物的閾值[23],根據其濃度,計算出相應化合物的氣味活度值(OAV),篩選出OAV >1的關鍵風味化合物37種,結果如表2所示。

由表2可知,在37種關鍵風味化合物中醛類、酮類、醇類、酸類、酯類和雜環類各有13、3、6、4、9、2種;毛油、脫膠油、脫酸油的關鍵風味化合物分別是29、30、30種,OAV大于或接近1 000的有8種,其中6種為醛類,這些醛類化合物的特征風味輪廓為綠色、水果和脂肪氣味;脫色油的關鍵風味化合物有33種,OAV大于1 000的有10種,醛類8種,醇類1種,酸類1種,且酸類物質在其他精煉工序都不是關鍵風味物質,因此,脫色油的風味與其他階段有點不同,除了具有綠色、水果、脂肪氣味外,還有一點發霉、腐敗和汗味等不良氣味;脫臭油和脫蠟油中的關鍵風味化合物是25種和24種,且OAV大于1 000只有3種,說明經過高溫脫臭后,油茶籽油的風味化合物在種類和濃度方面都明顯減少,不利于濃香油茶籽油生產。

3 結論

采用HS-SPME-GC-MS分析了精煉各階段油茶籽油中揮發性化合物的組成與濃度,共鑒定出76種揮發性化合物,通過氣味活度值篩選出關鍵化合物37種,主要是醛類、酯類和醇類。隨著精煉過程的進行,油茶籽油中揮發性化合物的種類和濃度大多數逐漸減少。脫臭工序對油茶籽油風味影響最大,雖然除去了脫色工序增加的酸類物質,但其他的風味物質種類和濃度也大幅下降。因此,采用適度精煉,重點調整和控制脫臭工藝參數,對減少油茶籽油風味物質的損失,提高和改善油茶籽油的風味品質具有重要作用。