基于GC-MS和GC-O的浓香菜籽油特征风味物质分析

苏晓霞，刘雄飞，黄一珍，郭 斐

(中粮营养健康研究院有限公司;营养健康与食品安全北京市重点实验室;老年营养食品研究北京市工程实验室，北京102209)

菜籽油作为最具中国代表性的传统风味食用 油，产量约占国产植物油总量50%［1］。浓香菜籽油的制取技术不断发展，由早期的带壳压榨、剥壳压榨发展到如今的炒籽压榨［2］，炒籽压榨的浓香菜籽油具有特殊的风味，深受中国消费者的喜爱［3］，但浓香菜籽油的原料种类多、生产地域广，同时没有形成统一的评价体系，因此研究特征风味物质的香气属性，对浓香菜籽油解析香气图谱、优化产品品质、分析呈香机理、建立质量评价体系具有重要意义。

固相微萃取(Solid phase micro－extraction，SPME)是将吸附、浓缩、解吸、进样集于一体的便捷萃取技术，能够有效萃取食品中的挥发性物质成分［4］。当前，固相微萃取技术结合气质联用技术(Gas chromatography－mass spectrometry，GC－MS)已广泛用于多种食品挥发性成分的测定，是用于分离与鉴定挥发性香气成分的便捷高效方法［5－6］。气相色谱嗅闻分析法(Gas chromatography－olfactometry，GC－O)可以将气相色谱的分离能力与人的鼻子的嗅闻能力相结合，从复杂的混合香气中筛选出对香气有贡献的风味物质，同时具有评价特征风味物质贡献大小的特点［7－8］。GC－O 分析法主要有芳香萃取物稀释分析法、频率检测法和时间强度法三类主要分析方法［9］，时间－强度法比稀释分析法难度小，比频率检测法精确性高，OSME(Odor－specific magnitude estimation)法是时间－强度法中应用最为广泛的方法，能够快速推断样品中的主要特征风味物质［10－12］。定量描述分析(Quantitative descriptive analysis，QDA)是美国的Targon公司于20世纪70年代创立的感官分析方法，能够利用统计方法对感官评价的数据进行分析，是一种定性和定量结合的描述分析检验方法［13－15］，在感官评价领域，QDA 是运用最为广泛的描述性分析方法。

本文通过SPME/GC－MS技术对市售畅销浓香菜籽油的风味成分进行分离鉴定，并结合GC－O分析中的OSME法和感官评价，对其特征风味物质进行深入的解析，将仪器检测结果与感官分析结果进行对比分析，较全面地研究了浓香菜籽油的风味特点，为菜籽油行业的工艺改进及香气品质控制提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

浓香菜籽油样品370、543和748 为市售畅销浓香菜籽油产品，干燥避光保存。

7890B－5977A气质联用仪 安捷伦科技有限公司;G6500 CTC PAL自动进样器 安捷伦科技有限公司;Sniffer9000型嗅闻仪 瑞士Brechbühler公司;50/30 um DVB/CAR/PDMS(2 cm)SPME萃取纤维头 美国Supeclco公司;HP－5型(30 m×250μm×0.25μm)型色谱柱 安捷伦科技有限公司;2102－1CN电子天平 德国赛多利斯公司;LHS－150HC－I恒温恒湿箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 感官评定

1.2.1.1 组建感官评价小组 参考标准《GBT 16291.1－2012感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分:优选评价员》组建一个10人的菜籽油评价小组。

1.2.1.2 确定感官特性描述词与定义 参考标准《GBT 16861－1997感官分析通过多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词》确定菜籽油感官特性描述词与定义。

1.2.1.3 建立评分标尺 采用线性标度为评分标尺，即在一条15 cm线段上面标记出能代表某感官性质强度的位置，线段最左端表示没有或者最弱，最右端表示最强。

1.2.1.4 风味评价 样品进行三位随机编码，放在配有盖子品尝杯中，每个杯子盛装的样品容量为10 mL，保持品尝杯内样品的温度在50±2℃，品尝时，要求评价员将样品放入口中，恰好覆盖舌面，在口腔中彻底搅动，微张开嘴吸气，再由鼻子呼出以加强香味感知，品尝后吐出样品，每个样品重复3次，采用FIZZ NETWORK感官分析软件进行数据采集。1.2.2 挥发性成分分析 采用SPME技术对菜籽油挥发性成分进行收集，采用GC－MS/GC－O技术对菜籽油挥发性香气成分进行分离鉴定。GC－MS/GC－O是由气相色谱、质谱和嗅闻装置组成，样品经进样口解析后，经GC分离后分别进入质谱检测器和嗅闻检测器，分流比为1∶1。

1.2.2.1 SPME条件 采用CTC PAL自动进样器进行菜籽油样品中挥发性成分的收集与进样，称取5 g菜籽油样品倒入样品瓶，萃取温度60℃，萃取时间30 min，平衡时间40 min，解析时间3 min。

1.2.2.2 GC条件 程序升温，初始温度40℃，保持5 min，以4℃/min升温到180℃，保持0 min，再以10℃/min升温到220℃，保持5 min。载气(He)，恒定流速为 1.0 mL/min，进样口温度 250℃，压力12.74 psi，不分流。

1.2.2.3 MS条件 电子轰击(Electron impact，EI)离子源，电子能量70 eV，传输线温度250℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃，质量扫描范围m/z 30～500，所得质谱数据用NIST 2011质谱数据库检索。

1.2.2.4 嗅辨仪条件 接口温度为220℃，持续通入湿润的空气为了防止评价员鼻腔干燥，评价员在嗅闻口进行嗅闻，同时记录所闻到的香味特征和强度。1.2.2.5 GC－O分析的OSME法 选取5名嗅觉较灵敏的评价员，采用Sniffer9000嗅辨仪配套的嗅辨人员培训包对评价员进行培训，要求能够描述所闻的香气及其强度，并记录香气出现时间，同时让评级员熟悉样品香气。评分采取4分制，1分表示该化合物香气似有似无，2分表示该化合物香气轻微，3分表示该化合物香气明显，4分表示该化合物香气很强。评价员嗅闻后记录气味描述的保留时间及香气强度值，每个香气强度值为该化合物5人嗅闻记录的香气强度平均值。

1.2.3 定性与定量分析 定性:实验数据通过GCMS化学工作站处理，未知化合物与NIST 2011谱库进行匹配定性，并与文献中对照定性，当匹配度大于800(最大值为1000)的鉴定结果予以报道。

定量:通过GC－MS化学工作站处理系统，并用气相色谱峰面积归一化，定量计算出各化合物在菜籽油中的峰面积的相对含量，每个样品重复3次，取其平均值。

1.3 数据处理

感官评定、GC－MS、GC－O的结果(平均值及标准偏差)和主成分分析(PCA)由 XLSTAT 14.1(Microsoft)软件分析。

2 结果与分析

2.1 基于SPME/GC－MS的菜籽油风味成分分析

对370、543和748菜籽油样品的挥发性成分进行SPME/GC－MS分析，挥发性成分的色谱图见图1，平均值及标准偏差结果见表1。由表1可以得到，菜籽油样品中共检测到68种风味物质，主要包括吡嗪类8种，醇类4种，硫甙降解产物15种，醛类20种，酸类6种，酮类4种，烯类3种，杂环类化合物6种和酯类2种。不同品牌菜籽油，挥发性成分的组成存在显著差异，菜籽油样品748得到的风味物质种类最少，为27种，其中未检测到醇类、烯类、酯类，硫甙降解产物(26.91%)、酸类(1.93%)相对含量明显低于另外两个菜籽油。菜籽油样品543得到的风味物质种类最多，为56种，其中硫甙降解产物(42.06%)、醛类(16.00%)相对含量最高，杂环类化合物含量(0.71%)明显低于另外两个菜籽油。菜籽油样品370醇类(10.83%)、酸类(4.38%)相对含量高于另外两个菜籽油，酮类(0.10%)相对含量明显低于另外两个菜籽油。

表1 基于SPME/GC－MS的370、543和748菜籽油样品的挥发性成分结果Table 1 Volatile compounds in the rapeseeds oil samples(370，543，and 748)identified by SPME/GC－MS

图1 菜籽油样品370、543和748的挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds in the rapeseeds oil samples 370，543，and 748

2.2 特征风味物质分析

续表

续表

采用SPME技术提取菜籽油的挥发性成分，并结合GC分析，结果表明菜籽油的挥发性成分比较复杂。由于挥发性成分相对含量与风味特征并没有直接的关系，其对总体风味的贡献由挥发性组分在风味体系中的浓度和感觉阈值共同决定，同时，并非每一种挥发性成分都具有香气。因此，为确定菜籽油的特征风味物质，就需要采用GC－O技术确定挥发性香气成分以及其对整体香气的贡献大小。利用OSME法分析三个菜籽油样品，结果如表2所示，共确定16种可被嗅闻到的香气成分，包括2，5－二甲基吡嗪、2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪、2－乙基－6－甲基－吡嗪、3－乙基－2，5－二甲基吡嗪、庚腈、3－丁烯基异硫氰酸酯、苯乙腈、己醛、庚醛、反－2－辛烯醛、壬醛、辛酸、5－氰基－1－戊烯、双戊烯和丁位己内酯，这些特征风味物质主要是吡嗪类、硫甙降解产物、醛类物质。

吡嗪类化合物具有典型的烤香味、坚果味，有很多研究报道吡嗪类化合物是食用植物油中的关键风味化合物，1966年Mason等［16］就发现吡嗪类化合物是花生油中的主要风味物质。吡嗪类化合物是美拉德反应的中间产物，阈值低，具有强烈的香气，而且香气发散性好，菜籽油中的2，5－二甲基吡嗪、2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪、2－乙基－6－甲基－吡嗪以及3－乙基－2，5－二甲基吡嗪对烤香风味起到重要贡献作用。硫甙降解产物具有明显的香辛料风味和刺激风味，硫甙是广泛存在于十字花科植物中的一类含硫次生代谢产物，目前在油菜中发现有20余种。硫甙本身是一类稳定的化合物，但当组织受挤压或损伤时，会发生水解反应，产生降解产物，这些物质是使菜籽油具有独特辛辣味的重要原因之一［17］。菜籽油中的3－丁烯基异硫氰酸酯和5－氰基－1－戊烯等相对含量较高，对香辛料风味起到了重要贡献作用。在精炼菜籽油中，硫甙降解产物由于受到脱胶、脱酸、脱色、脱臭等加工过程的破坏，在种类及相对含量上都大幅减少［18］，所以精炼菜籽油并没有明显的腌菜味和焦糊味。油脂的氧化挥发性成分由烃、醇、醛、酮、酸、酯等组分构成，这些物质对油脂的风味也起着重要作用，特别是醛类物质，呈现出脂肪香味以及刺激性的气味。菜籽油中己醛、任醛贡献了典型的青草风味、反－2－辛烯醛青味贡献了典型的脂肪风味、庚醛贡献了典型的刺激风味、双戊烯有典型的柠檬味。

表2 OSME法鉴定菜籽油中特征风味物质Table 2 Identification of characteristic compounds by OSME method

以菜籽油样本各个特征风味物质的百分比为数据源进行主成份分析，结果如图2所示。PCA分析中PC1(69.01%)和PC2(30.99%)累计方差贡献为100.00%，能够反映样本的全部信息，因此选取前两个主成分(PC1－PC2)进行分析。由图3可以看出，三个样品可以明显的被区分开，其中菜籽油543和菜籽油样品370含有的特征风味物质种类较多，其中样品543具有明显烤香味和坚果味(2－乙基吡嗪、2，3－二甲基吡嗪和3－乙基－2，5－二甲基吡嗪)、明显的香辛料味(苯乙腈)。菜籽油样品748具有明显的青味和脂肪味(己醛、庚醛、反－2－辛烯醛、壬醛)，但是其他特征风味物质种类较少。

图2 特征风味物质PCA分析图Fig.2 PCA plot of characteristic flavor compounds

2.3 感官评价

通过菜籽油评价小组的讨论分析，确定了菜籽油感官特性描述词与定义(坚果味、腌菜味、焦糊味、哈喇味、鱼味、白土味、碱味、金属味和化学味)，同时对菜籽油的感官属性进行了分类，如表3所示。积极属性，对菜籽油风味起到正向作用;中性属性风味强度在一定范围内，随着强度的增加，起到正向作用，当强度达到一定程度时，随着强度的增加，起到负向作用;消极属性，对菜籽油风味起到负向作用。

表3 菜籽油感官属性及定义Table 3 Sensory attribute and definition of rapeseed oil

评价员对菜籽油样品的感官属性进行感官评定，感官属性的平均值及标准偏差结果见表4，评价员可以区分三种菜籽油样品，经方差分析表明370、543和748这三个菜籽油样品的积极属性(坚果味)和中性属性(腌菜味和焦糊味)存在显著性的差异(p＜0.05)。

表4 370、543和748菜籽油样品的感官评定结果Table 4 Sensory evaluation results of three rapeseeds oil samples(370，543，and 748)

评价员可以区分三种菜籽油，菜籽油样品543的积极属性和中性属性强度高于菜籽油样品370和748。三个产品的其他属性强度均较弱，且没有显著性差异(p＞0.05)，如图3所示。由此，我们认为坚果味、腌菜味和焦糊味是菜籽油的主体风味。结合关键特征风味物质分析的结果来看，样品543整体风味较强，吡嗪类物质和硫甙降解产物的相对含量较高，样品748整体风味较弱，与感官评价分析结果具有一致性。

图3 370、543和748菜籽油样品的感官评定蜘蛛图Fig.3 Sensory evaluation profiles of three rapeseeds oil samples(370，543，and 748)

3 结论

采用 SPME/GC－MS、GC－O、OSME、感官评价对浓香菜籽油样品的特征风味物质的种类、香气特点、含量进行了较全面的分析。GC－MS的分析检测到挥发性风味物质共有68种，括吡嗪类8种，醇类4种，硫甙降解产物15种，醛类20种，酸类6种，酮类4种，烯类3种，杂环类化合物6种和酯类2种。GC－O分析OSME法鉴定出的菜籽油样品中有16种特征风味物质。感官评价结果表明坚果味、腌菜味以及焦糊味是菜籽油的主体风味，与特征风味物质分析结果一致。由此说明 SPME、GC－MS、GC－O、OSME以及感官评价可以综合评价浓香菜籽油的特征风味物质，鉴定浓香菜籽油的感官品质，全面的评价浓香菜籽油的特征风味。研究结果对浓香菜籽油解析香气图谱、优化产品品质、分析呈香机理、建立质量评价体系具有重要意义。