3种坚果油的挥发性成分提取及关键风味成分分析

贾 潇，周 琦，杨旖旎

(中国农业科学院油料作物研究所 油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室，农业部油料加工 重点实验室，油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，武汉430062)

花生、核桃和巴旦木是产量很高的3种坚果。据联合国粮农组织数据显示，2017年我国花生、核桃和巴旦木的产量分别为1 715.0万、192.5万、5.2万t。坚果中油脂含量较高，占果实质量的40%～60%[1]。与大宗植物油相比，坚果油不饱和脂肪酸含量较高。研究表明，不饱和脂肪酸可以有效降低低密度脂蛋白胆固醇的含量，并且可以有效预防心血管疾病、高血压、心肌梗塞等疾病的发生[2-3]，因此坚果油的开发具有十分广阔的前景和重要的意义。

风味是油脂的重要感官特性，直接影响消费者的接受程度。花生、核桃和巴旦木生产的油脂香味浓郁，香气接近但又各具特色。对于花生油风味的研究大多集中于加工工艺对其风味的影响。刘晓君[4]认为炒籽阶段对吡嗪类化合物形成非常重要。黄克霞等[5]研究表明微波处理可以显著提高花生油中具有烤香、坚果香、焦糖香和清香等气味特征的吡嗪、呋喃和吡啶类化合物的含量。另外，花生的烘烤时间[6-10]和烘烤温度[8-11]均会影响花生油气味的形成。而对于核桃油风味主要侧重于考察其气味化合物的组成。通常认为2,3-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、α-呋喃甲醇、2-乙酰基吡咯、D-柠檬烯、(E)-2-癸烯醛、苯甲醛是核桃油关键气味成分[12-17]。目前关于巴旦木油方面的研究较少，大多数研究主要集中于烘烤工艺与果仁风味的关系。烘烤时间[18-24]、烘烤温度[19-21]、传热介质[21,25]均会显著影响巴旦木果仁风味的形成。通常认为二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、苯甲醛、苯甲醇、糠醛、(E)-2-庚烯醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、(Z)-3-己烯-1-醇等是巴旦木主要气味组分[19-26]。

上述研究大多数采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)[5,7,12,14,18,24]、同时蒸馏提取法[22-23]和超临界流体萃取法[20]，但是在提取效果上都有一定的局限性。溶剂辅助蒸发(SAFE)是一种在低温、高真空下进行蒸馏提取挥发性物质的方法，挥发物经液氮冷冻收集，能够对中等和低挥发性成分进行高效提取，可以真实反映油脂中的原有风味组分，并在此基础上获得更准确的芳香提取物的稀释因子，通过确定每种挥发性成分在体系中的贡献从而明确不同坚果油中的关键风味物质。因此，本研究分别采用HS-SPME和SAFE对花生油、核桃油和巴旦木油风味物质进行提取，并比较两者的提取效果，通过芳香提取物稀释分析(AEDA)确定关键气味成分，确定上述3种坚果油的关键风味组分，从而为风味质量控制和掺伪判别提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

花生油、核桃油、巴旦木油均为市售一级压榨油。

二氯甲烷、正己烷、无水硫酸钠，分析纯；C7～C22正构烷烃、2-甲基-3-庚酮标准品，美国Sigma公司。

1.1.2 仪器与设备

7890A-7000型气质联用仪，美国Agilent公司；DB-WAX毛细管柱 (30 m×0.25 mm，0.25 μm) ，美国J&W公司；ODP2嗅闻检测仪，德国Gerstel公司；溶剂辅助风味蒸发装置，德国Glasblaserei公司；手动固相微萃取进样器，美国Supelco公司；JA2003数字型电子天平；HH-1超级恒温水浴锅；分子涡轮泵，英国爱德华公司；分液漏斗、萃取瓶，北京玻璃仪器厂；氮吹仪；摇床。

1.2 试验方法

1.2.1 HS-SPME提取坚果油风味成分

准确称取5 g坚果油样品置入40 mL顶空瓶中，加入10 μL质量浓度为0.816 μg/μL 2-甲基-3-庚酮作为内标，加盖密封。置于40℃的水浴中平衡20 min，用1 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS型萃取头进行风味成分萃取，30 min后插入气相色谱进样口，250℃条件下解吸5 min，待测。每种油脂重复3次。

1.2.2 SAFE提取坚果油风味成分

准确称取25 g 坚果油样品，加入75 mL二氯甲烷，在4℃摇床振荡8 h。安装好SAFE装置后，将混合物加到滴液漏斗中，将500 mL 圆底烧瓶作为蒸馏瓶置于40℃的恒温水浴中。将另一250 mL圆底烧瓶作为接收瓶置于液氮环境中，冷阱中也充满液氮。SAFE的蒸馏头夹层循环水温度为30℃，用分子涡轮泵使系统压力保持在10-5kPa。待收集完毕后，在溶有挥发性组分的二氯甲烷溶液中加入过量的无水Na2SO4除水，氮吹浓缩至0.5 mL，放入冰箱冻存待测。每种油脂重复3次。

1.2.3 GC-O-MS条件

气相色谱条件：DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气为高纯氦气(99.999%)，流速1.0 mL/min；进样口温度250℃；初始温度40℃，保持2 min，以5℃/min升温到220℃，保持5 min。

质谱条件：离子源温度230℃，电子能量70 eV，传输线温度280℃，质量扫描范围(m/z)50～400。

嗅觉检测器：接口温度200℃。3位评价员经培训后对样品进行嗅闻分析，记录下嗅闻到气味的时间、气味特性及气味强度。

挥发性化合物通过质谱数据库、保留指数(RI)和香气特性定性，通过内标法定量。

1.2.4 AEDA操作步骤

取SAFE提取液0.5 mL，用3n(n=1，2，3……)倍体积的二氯甲烷逐级稀释，再用GC-O-MS检测。直到在嗅闻口每位嗅闻员无法嗅闻到该化合物的气味为止。每个风味成分的最高稀释倍数即为香气稀释因子(FD)。

1.2.5 数据处理

使用Origin8.0作图，所有组别数据均测定3次后取平均值。

2 结果与分析

2.1 HS-SPME和SAFE对3种坚果油挥发性成分提取效果的比较

表1、表2分别为采用HS-SPME和SAFE提取的3种坚果油挥发性成分。

表1 HS-SPME提取的3种坚果油挥发性化合物

续表1

化合物RI气味特征含量/(μg/g)花生油核桃油巴旦木油鉴定方法 2-乙基-5-甲基吡嗪1 366水果、甜味1.233±0.2770.111±0.0180.477±0.347MS,RI,O 3-乙基-2,5-二甲基吡嗪1 422土豆、焙烤1.098±0.4700.194±0.0560.444±0.236MS,RI,O其他 2-戊基呋喃1 218青豆、黄油0.079±0.0100.281±0.1000.255±0.235MS,RI 1-甲基-4-异丙基苯1 253溶剂、汽油、柑橘--0.093±0.094MS,RI 2-乙酰基呋喃1 469香脂0.075±0.0220.176±0.1430.084±0.084MS,RI,O 4-烯丙基苯甲醚1 639茴香--0.377±0.029MS,RI,O 愈创木酚1 813烟味、甜味、药味0.034±0.0250.051±0.039-MS,RI 黄樟烯1 834香料、甜味--0.016±0.012MS,RI,O 2-乙酰基吡咯1 917坚果、核桃、面包0.099±0.091-0.223±0.279MS,RI 苯酚1 952苯酚味0.036±0.023--MS,RI 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚2 141丁香、咖喱0.228±0.249--MS,RI,O

注：-表示该化合物未检出；MS表示由质谱鉴定；RI表示由保留指数鉴定；O表示由嗅闻鉴定。下同。

表2 SAFE提取的3种坚果油挥发性化合物

续表2

化合物RI气味特征FD花生油核桃油巴旦木油鉴定方法酮类 2-辛酮1 269肥皂、汽油0909-MS,RI,O 3-辛烯酮1 385坚果-∗-MS,RI,O 3,5-辛二烯-2-酮1 492水果、脂肪、蘑菇-∗-MS,RI 2,5-二甲基-4-羟基- (2H)-呋喃-3-酮1 980焦糖--∗MS,RI萜烯类 (+)-α-蒎烯1 017松脂-∗-MS,RI 桧烯1 113胡椒、松脂、木头--∗MS,RI (+)-柠檬烯1 188柑橘、薄荷∗∗∗MS,RI 苯乙烯1 235香脂、汽油∗27∗MS,RI,O (-)-α-蒎烯1 484木头、香料--09MS,RI,O吡嗪类 2-甲基吡嗪1 239爆米花81∗∗MS,RI,O 2,5-二甲基吡嗪1 296可可、烤坚果、烤牛肉、药味81∗∗MS,RI,O 2,6-二甲基吡嗪1 303烤坚果、可可、烤牛肉∗-09MS,RI,O 2-乙基吡嗪1 308花生酱、木头272709MS,RI,O 2,3-二甲基吡嗪1 319坚果、花生酱、可可∗∗∗MS,RI 2-乙基-5-甲基吡嗪1 367水果、甜味8181∗MS,RI,O 3-乙基-2,5-二甲基吡嗪1 422土豆、焙烤819∗MS,RI,O 2-乙基-3,5-二甲基吡嗪1 438土豆∗--MS,RI 3,5-二乙基-2-甲基吡嗪1 473焙烤--∗MS,RI其他 甲苯1 024油漆--∗MS,RI 乙苯1 112塑料-∗-MS,RI 邻二甲苯1 125天竺葵--∗MS,RI 间二甲苯1 125塑料∗--MS,RI 2-戊基呋喃1 219青豆、黄油2781∗MS,RI,O 间异丙基甲苯1 254汽油-∗-MS,RI 对异丙基甲苯1 255溶剂、汽油、柑橘--09MS,RI,O 1,2,3-三甲基苯1 262塑料-∗-MS,RI 2-乙酰基呋喃1 469香脂-∗∗MS,RI 植醇1 481鲜花∗--MS,RI 4-烯丙基苯甲醚1 639茴香--27MS,RI,O 异戊酸香叶酯1 684水果、玫瑰花、苹果-∗-MS,RI 萘1 697焦油-81∗MS,RI,O 愈创木酚1 812烟味、甜味、药味-81-MS,RI,O 黄樟烯1 835香料、甜味--09MS,RI,O 2-乙酰基吡咯1 907坚果、核桃、面包∗27∗MS,RI,O 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚2 140丁香、咖喱09--MS,RI,O

注：*表示该化合物在初始浓度不能被嗅闻到。

如表1所示，花生油经HS-SPME提取得到21种挥发性化合物，包括醛类8种、酯类1种、酸类1种、吡嗪类5种、其他6种。其中含量较高的化合物包括糠醛、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2,5-二甲基吡嗪。如表2所示，花生油经SAFE提取得到27种挥发性化合物，其中FD≥3的风味化合物有16种。苯甲醛、2-苯乙醛、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2,5-二甲基吡嗪的FD均为81，对花生油气味贡献最大；其次是2-乙基吡嗪、2-戊基呋喃、庚醛、辛醛、2-辛酮、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、甲基糠醛、γ-丁内酯、己酸和油酸。除上述种类挥发性化合物外，吡啶、吡咯、吡喃、硫化物和烷烃类化合物也被报道[4,6,26-27]。花生的品种、焙烤工艺、挥发性成分萃取方法的差异均能导致风味化合物种类的不同。而吡嗪类化合物在所有关于花生油的研究中均被报道，被认为是花生油的关键气味成分[4,6,8-9]，其赋予花生油坚果、烘烤和焦糖气味，与本研究结果一致。

核桃油经HS-SPME提取得到26种风味化合物，主要有醛类9种、酯类1种、酸类5种、酮类2种、萜烯类1中、吡嗪类5种、其他3种。其中含量较高的化合物包括己醛、糠醛、乙酸和2-甲基吡嗪。核桃油经SAFE提取得到40种风味化合物，其中FD≥3的风味化合物有17种。其中，反,反-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、癸酸、辛酸、壬酸、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-戊基呋喃、萘和愈创木酚的FD均为81，对核桃油气味贡献最大；其次是辛醛、戊酸、苯乙烯、2-乙基吡嗪、2-乙酰基吡咯、2-辛酮、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪和γ-丁内酯。本研究中醛类化合物的含量较高，而在微波预处理的核桃油中，吡嗪类化合物是最重要的气味成分[12,28]。这与核桃的烘干和前处理方式有关。

巴旦木油经HS-SPME提取得到25种风味化合物，包括醛类8种、酯类2种、酸类1种、萜烯类3种、吡嗪类5种，其他6种。其中含量较高的化合物包括糠醛、2-苯乙醛、2-甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪。巴旦木油经SAFE提取得到40种风味化合物，其中FD≥ 3的风味化合物有21种。其中，壬醛、己酸、辛酸和4-烯丙基苯甲醚的FD均为27，对巴旦木油气味贡献最大；其次是辛醛、反-2-壬烯醛、甲基糠醛、2-苯乙醛、反-2-癸烯醛、对甲氧基苯甲醛、γ-辛内酯、戊酸、(-)-α-蒎烯、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、对异丙基甲苯、黄樟烯、糠醛、2-十一碳烯醛、乙酸和油酸。单从FD的分布看，巴旦木油的整体风味弱于花生油和核桃油。综上，SAFE不但检出与HS-SPME相同的3种坚果油的挥发性风味成分，还得到其他中等和低等挥发性成分。造成HS-SPME检出的挥发性风味成分含量低的原因，可能是挥发性成分在被吸附过程中存在平衡和竞争作用，从而影响一些化合物的提取效率。

2.2 3种坚果油关键风味成分

3种坚果油的挥发性成分主要有醛类、吡嗪类、吡咯类、呋喃类、酸类等化合物。醛类化合物主要来自于油脂氧化，阈值一般很低[29]，具有脂肪香味。苯甲醛、苯乙醛是苯丙氨酸相关代谢的产物[30]。糠醛具有烤香味，其衍生物可能是来源于糖类的降解[31]。而吡嗪类、吡咯类、呋喃类化合物普遍存在于烘烤坚果中，其形成与美拉德反应有关[23]，且属于低感官阈值物质[12]，具有强烈的焦糖香气和坚果烘烤香味。坚果油中呈香物质多，每种物质的含量和贡献差异导致综合风味的差异。醛类化合物多带有坚果味和脂肪味，吡嗪类化合物多是焙烤味、爆米花味或花生酱味，即为花生油的主体香气特征。酸类化合物多呈现奶酪和脂肪味，另有呈现坚果、核桃和面包风味的2-乙酰基吡咯以及焙烤风味的吡嗪类物质共同构成核桃油的香气特征。而巴旦木油的主体香气分别来源于呈现脂肪、柑橘、清新味的壬醛，汗味的己酸，奶酪味的辛酸和茴香味的4-烯丙基苯甲醚及烤坚果、可可味以及椰子的混合气味为主。

总体而言，挥发性物质的种类、含量和香气稀释因子决定了整体风味的差异，花生油、核桃油和巴旦木油香气浓郁，有共同的香气主体，也有可以区分彼此的特征物质。花生油中的关键风味化合物有8种，分别为苯甲醛、2-苯乙醛、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪和2-戊基呋喃；核桃油中的关键风味成分有7种，包括反,反-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、癸酸、辛酸、壬酸、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-戊基呋喃；巴旦木油的关键风味成分以壬醛、己酸、辛酸和4-烯丙基苯甲醚为主。

3 结 论

通过对比HS-SPME和SAFE对于3种坚果油风味成分的提取效果可以看出，SAFE可以更全面地提取挥发性成分。通过芳香提取物稀释分析确定不同坚果油的关键气味成分更为可靠。3种坚果油的主体香气都呈现浓郁焙烤风味，但又有所差异。综合而言，花生油的关键风味成分包括苯甲醛、2-苯乙醛、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪和2-戊基呋喃；核桃油的关键风味成分包括反,反-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、癸酸、辛酸、壬酸、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-戊基呋喃；巴旦木油的关键风味成分以壬醛、己酸、辛酸和4-烯丙基苯甲醚为主。