周 曄，樊 瑋，張俊佩，裴 東

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所，林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

檢測分析

壓榨和精煉核桃油揮發(fā)性成分的比較及其電子鼻判別

周 曄1,2，樊 瑋2，張俊佩1,2，裴 東1,2

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)研究所，林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家林業(yè)局林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100091)

利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)結(jié)合電子鼻技術(shù)，從揮發(fā)性成分和整體氣味兩方面對冷榨、熱榨和精煉核桃油進(jìn)行了差異分析。結(jié)果表明：冷榨、熱榨和精煉核桃油共有的揮發(fā)性成分中醛酮類占較大比例，相對含量分別為18.83%、 21.86%和50.13%，其中又以己醛的相對含量最高；冷榨油的特異性揮發(fā)成分是酯類和萜類化合物，可能是核桃仁/油原始風(fēng)味的基礎(chǔ)物質(zhì)；熱榨油中吡嗪類等雜環(huán)類化合物相對含量最高，達(dá)42.95%；同時(shí)糠醛的生成表明Maillard反應(yīng)的存在及戊糖組分對熱榨油風(fēng)味的重要影響；精煉油中揮發(fā)性成分以脂肪酸氧化產(chǎn)物醛酮類物質(zhì)為主，核桃仁/油原始風(fēng)味成分和Maillard風(fēng)味成分在精煉后損失嚴(yán)重；基于揮發(fā)性成分的主成分分析和電子鼻檢測結(jié)果一致，均能對3種核桃油進(jìn)行有效區(qū)分。因此，可利用GC-MS結(jié)合電子鼻，從特征揮發(fā)性成分和整體氣味兩個(gè)方面對核桃油進(jìn)行工藝控制和品質(zhì)評(píng)價(jià)。

核桃油；揮發(fā)性成分；風(fēng)味；電子鼻

核桃油不飽和脂肪酸含量豐富，ω-6和ω-3配比合理，且含有黃酮、生育酚等多種生物活性物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)學(xué)功效[1]。目前，我國核桃產(chǎn)量位居世界第一。作為重要的木本油料樹種，核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為國家糧油發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分。而核桃油生產(chǎn)工藝的完善和品質(zhì)特性的提升，不僅有利于木本油料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更能緩解我國食用油原料對外依存度過高的現(xiàn)狀[2]。

氣味是食品風(fēng)味的典型特征之一，是判斷食品品質(zhì)及質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。揮發(fā)性成分則是氣味產(chǎn)生的基礎(chǔ)，其形成與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)[3]。冷榨油營養(yǎng)成分保留高，但氣味清淡；熱榨油具有明顯的烤堅(jiān)果味，但其后續(xù)的精煉處理也會(huì)影響最終氣味。而利用這些氣味變化及相應(yīng)的揮發(fā)性成分組成差異，可以為核桃油生產(chǎn)中風(fēng)味品質(zhì)的控制或改良提供依據(jù)。

揮發(fā)性成分分析通常采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)，可對樣品中揮發(fā)性成分的具體種類和含量進(jìn)行檢測。而電子鼻則利用傳感器模擬嗅覺以評(píng)價(jià)樣品的整體風(fēng)味[4]。兩者相結(jié)合便可通過檢測氣味變化對油脂進(jìn)行質(zhì)量控制[5]。因此，本文利用GC-MS對冷榨、熱榨和精煉核桃油中的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分離鑒定；進(jìn)而通過電子鼻，基于整體氣味對3種不同核桃油進(jìn)行了比較區(qū)分，以期從微觀(揮發(fā)性成分)和宏觀(整體氣味)兩方面為核桃油的品質(zhì)控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

核桃品種為“大姚”，于2015年9月下旬采收自云南省大姚縣三臺(tái)鎮(zhèn)。經(jīng)脫青皮、清洗、干燥處理后，篩選出大小、形狀近似的堅(jiān)果。再經(jīng)人工破殼，選取大小一致、核仁飽滿、內(nèi)種皮呈淺黃色的1/2仁作為處理和壓榨原料。

凹凸棒土，食品級(jí)；氫氧化鈉等均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9203A電熱鼓風(fēng)干燥箱；DZF-6021真空干燥箱；QYZ-230型全自動(dòng)液壓榨油機(jī)，山東省泰安市良君益友機(jī)械有限公司；Agilent 7890A-5975C 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫科技有限公司；DVB/CAR/PDMS萃取頭，美國Supelco公司；PEN3電子鼻，德國AIRSENSE公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冷榨核桃油的制備

將500 g核桃仁用紗布包好后置于榨油機(jī)料筒中，調(diào)節(jié)壓力至50 MPa，壓榨10 min。毛油經(jīng)8 000 r/min離心15 min后，得到冷榨核桃油樣品。

1.2.2 熱榨核桃油的制備

將500 g核桃仁平鋪于烤盤中，于150℃烘箱中烘烤35 min[6]。待核桃仁冷卻至室溫后，用紗布包好置于榨油機(jī)料筒，調(diào)節(jié)壓力至50 MPa，壓榨10 min。毛油經(jīng)8 000 r/min離心15 min后，得到熱榨核桃油樣品。

1.2.3 精煉核桃油的制備

取1.2.2所得熱榨核桃油樣品200 mL，在加水量3%、攪拌速度60 r/min、溫度60℃下水化脫膠30 min；堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、攪拌速度50 r/min、溫度55℃下脫酸25 min；凹凸棒土1%、攪拌速度55 r/min、溫度65℃下脫色60 min；真空度0.09 MPa、溫度85℃下干燥30 min得到精煉核桃油樣品[7]。

1.2.4 揮發(fā)性成分的萃取

準(zhǔn)確稱取5.0 g核桃油樣品置于20 mL頂空瓶中，蓋緊密封后于50℃孵育10 min。利用CTC-PAL自動(dòng)進(jìn)樣器，將老化的DVB/CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶上空，50℃下萃取30 min。立即插入進(jìn)樣口在250℃下解吸1 min進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.5 GC-MS分析

GC條件：HP-INNOWAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣(He)流速1 mL/min；升溫程序?yàn)槌鯗?0℃，保持3 min，以4℃/min升溫至220℃，保持5 min；不分流進(jìn)樣。

MS條件：電子轟擊(EI)離子源; 電子能量70 eV; 傳輸線溫度280℃ ；離子源溫度 230℃，四級(jí)桿溫度150℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)33～650。

化合物分析：將化合物譜圖檢索結(jié)果與NIST2.0譜庫相匹配，僅報(bào)道匹配度大于80%的結(jié)果。采用峰面積歸一化法計(jì)算各成分的相對含量。結(jié)合文獻(xiàn)對所得結(jié)果進(jìn)行分析比較。

1.2.6 電子鼻判別

稱取1.0 g核桃油樣品置于20 mL頂空瓶，蓋緊密封后常溫條件下平衡10 min。利用PEN3電子鼻進(jìn)行測定，具體參數(shù)為：樣品測定間隔時(shí)間1s；樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s；樣品測試時(shí)間60 s；測量計(jì)數(shù)時(shí)間 1 s；清洗時(shí)間180 s；自動(dòng)調(diào)零時(shí)間10 s；內(nèi)部流量和進(jìn)樣流量300 mL/min。數(shù)據(jù)選取時(shí)間段47～51 s，每個(gè)處理重復(fù)測定3次。利用WinMuster軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)及區(qū)分度(DP)計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷榨、熱榨及精煉核桃油揮發(fā)性成分GC-MS鑒定結(jié)果

3種核桃油樣品的揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果如表1所示。

表1 3種核桃油揮發(fā)性的組成及來源分析

注：“-”表示未檢出。

由表1可知，鑒定出的揮發(fā)性物質(zhì)共包括醇類、醛酮類、酯類、羧酸類、雜環(huán)類和萜類六大類。不同核桃油中，各類物質(zhì)的組成和相對含量差異明顯。冷榨油中鑒定出13種化合物，其中醛酮類、醇類的相對含量較高，分別占18.83%、15.88%；熱榨油中鑒定出38種化合物，雜環(huán)類的相對含量(42.95%)顯著高于其他類化合物；精煉油中鑒定出26種化合物，以醛酮類(50.13%)為主。

2.2 冷榨、熱榨及精煉核桃油揮發(fā)性成分的分析

2.2.1 共性分析

3種核桃油中，醛酮類物質(zhì)均占較大比例，在冷榨、熱榨和精煉油中相對含量分別為18.83%、21.86%和50.13%。己醛是3種核桃油共有的最主要的醛酮類物質(zhì)，在冷榨、熱榨和精煉油中的相對含量分別為15.54%、10.66%和34.86%。醛酮類物質(zhì)主要來自脂肪酸氧化一級(jí)產(chǎn)物氫過氧化物的分解，而己醛主要來自核桃油中亞油酸的氧化[14]。在未經(jīng)烘烤的核桃仁中，己醛同樣是相對含量最高的揮發(fā)性成分[10]。

2.2.2 特征性分析

冷榨油揮發(fā)性成分中，檢測到一定比例的酯類和萜類化合物，即乙酸乙酯、乙酸丁酯、β-蒎烯和D-檸檬烯。四者均為常見的天然香氣成分。其中，乙酸乙酯和乙酸丁酯具有果香味；β-蒎烯和D-檸檬烯主要存在于天然精油中，主要呈松節(jié)油香和柑橘香。這4種揮發(fā)性成分主要存在于冷榨油中，在熱榨油和精煉油中不存在或者相對含量很小。Elmore等[10]在進(jìn)行核桃仁揮發(fā)性成分研究中，也鑒定出乙酸丁酯、β-蒎烯、D-檸檬烯幾種物質(zhì)。因此，這些化合物可能是核桃仁/油原始風(fēng)味的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，而冷榨法則較好地保留了這些成分。

熱榨油中最顯著的特征是雜環(huán)類化合物的大量生成。其中以吡嗪類的種類最多，共鑒定出9種，這些吡嗪類物質(zhì)具有典型的堅(jiān)果焙烤香氣，是花生油、芝麻油等熱榨植物油中特征香氣的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)，因此可利用其作為優(yōu)化堅(jiān)果焙烤條件的重要指標(biāo)[15-16]。包括吡嗪類在內(nèi)的雜環(huán)化合物主要來自烘烤過程中的Maillard反應(yīng)。熱榨油中占較大比例的糠醛(相對含量為26.48%)也證明了Maillard反應(yīng)的發(fā)生?？啡┦荕aillard反應(yīng)初始階段，氨基酸與還原糖(戊糖)的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)Amadori重排及2，3-烯醇化所生成。 這也表明，在熱榨工藝中，核桃仁中的戊糖組分對Maillard反應(yīng)的發(fā)生具有重要影響。因而，明確核桃仁中戊糖的種類與含量，可以為篩選易于發(fā)生Maillard反應(yīng)、適宜熱榨的核桃品種提供依據(jù)。

精煉油中，醛酮類物質(zhì)所占的比例達(dá)50.13%，顯著高于其他兩種油；同時(shí)，精煉油中，吡嗪類等Maillard風(fēng)味成分以及酯類等原始風(fēng)味成分幾乎全部損失。這也證明精煉對核桃油揮發(fā)性成分具有雙重影響。一方面，精煉導(dǎo)致了過氧化物的分解，從而形成更多的醛酮類物質(zhì)。Long等[17]發(fā)現(xiàn)，隨著活性白土用量增加和脫色時(shí)間的延長，茶油中過氧化值不斷減小，而其揮發(fā)性成分總量增加，其中醛酮類物質(zhì)增加最多；另一方面，精煉會(huì)對其他非脂肪酸來源的風(fēng)味成分造成破壞。濃香葵花籽油在精煉脫臭后香味消失殆盡[18]。精煉油中揮發(fā)性成分幾乎全部來自于脂肪酸的氧化。

2.3 冷榨、熱榨及精煉核桃油揮發(fā)性成分的主成分分析

對鑒定所得揮發(fā)性成分進(jìn)行PCA主成分分析，結(jié)果如圖1所示。

注：a.得分圖；b.載荷圖。

由圖1可知，兩個(gè)主成分PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到61.09%和38.09%，說明利用這兩個(gè)主成分可較全面地解釋原變量的信息。由圖1a可知，不同核桃油樣品經(jīng)主成分分析后可被很好地區(qū)分開。其中熱榨油與冷榨油及精煉油的PC1值相差較大，說明可利用PC1將熱榨油與其他兩種油區(qū)分開；精煉油與冷榨油的PC2值相差較大，說明兩者間可通過PC2進(jìn)行區(qū)分。進(jìn)一步由圖1b可知，與PC1相關(guān)性絕對值較大的化合物編號(hào)為2、3、10、26～39，可利用這幾種揮發(fā)性成分將熱榨油與其他兩種油區(qū)分開來；與PC2相關(guān)性絕對值較大的化合物編號(hào)為5、12、24，利用這幾種揮發(fā)性成分可將冷榨油與精煉油區(qū)分開來。

2.4 冷榨、熱榨及精煉核桃油整體氣味的電子鼻判別

運(yùn)用電子鼻對3種核桃油的氣味輪廓進(jìn)行采集, 依據(jù)傳感器響應(yīng)值進(jìn)行主成分分析和區(qū)分度計(jì)算，結(jié)果分別如圖2和表2所示。

圖2 核桃油風(fēng)味PCA主成分分析結(jié)果

樣品熱榨油精煉油冷榨油冷榨油0.969熱榨油0.952精煉油0.922

由圖2、表2可知，利用電子鼻能夠?qū)Σ煌颂矣偷恼w風(fēng)味進(jìn)行有效判別效果，且樣品間的區(qū)分度較高。因此，在核桃油生產(chǎn)中，可利用電子鼻實(shí)現(xiàn)利用標(biāo)準(zhǔn)樣品對未知樣品的質(zhì)量控制。在花椒油生產(chǎn)的品控環(huán)節(jié)上電子鼻的適用性得到證明[19]。相較于GC-MS分析，電子鼻判別更為簡單、快速，并且便于實(shí)行在線監(jiān)控。

3 結(jié) 論

(1)冷榨、熱榨和精煉核桃油中的揮發(fā)性成分組成具有一定共性。三者共有的揮發(fā)性成分中，以己醛為主的醛酮類物質(zhì)的相對含量較高；醇類物質(zhì)在3種油也均有分布，在冷榨油中相對含量較高。

(2)冷榨、熱榨和精煉核桃油中的揮發(fā)性成分組成也具有差異性。冷榨油含有一定量的酯類和萜類化合物，可能是核桃仁/油原始風(fēng)味的基礎(chǔ)物質(zhì)；熱榨油中以雜環(huán)類化合物為主，而糠醛的大量存在證明Maillard反應(yīng)的發(fā)生及戊糖組分對熱榨風(fēng)味的重要影響。精煉油中揮發(fā)性成分則以脂肪酸氧化產(chǎn)物醛酮類物質(zhì)為主。

(3)主成分分析結(jié)果顯示，正戊醇、正己醇、庚醛和雜環(huán)類化合物可用于區(qū)分熱榨油與其他兩種核桃油，正丁醛、辛醛、壬酸可用于區(qū)分冷榨油與精煉油。同時(shí)，電子鼻檢測結(jié)果顯示，3種油在整體氣味上存在明顯差異，彼此間區(qū)分度均在0.9以上。因此，利用GC-MS結(jié)合電子鼻，可從特征揮發(fā)性成分和整體氣味兩個(gè)方面對核桃油生產(chǎn)進(jìn)行工藝控制和品質(zhì)評(píng)價(jià)。

[1] 王丁丁, 趙見軍, 張潤光, 等. 核桃油研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技, 2013, 34(16): 383-387.

[2] 張有林, 原雙進(jìn), 王小紀(jì), 等. 基于中國核桃發(fā)展戰(zhàn)略的核桃加工業(yè)的分析與思考[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(21): 1-8.

[3] 黃江艷, 李秀娟, 潘思軼. 固相微萃取技術(shù)在食品風(fēng)味分析中的應(yīng)用[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(7):289-298.

[4] 周春麗, 劉偉, 陳冬, 等. 基于電子鼻與 SPME-GC-MS 法分析不同南瓜品種中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2015,31(7):293-301.

[5] 孫月娥. 基于電子鼻的植物油脂品質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 糧油加工, 2010 (6): 10-12.

[6] 徐月華, 蔣將, 孟宗, 等. 烘烤條件對核桃油品質(zhì)的影響[J]. 中國油脂, 2014, 39(7): 9-12.

[7] 王丁丁, 張潤光, 王小紀(jì), 等. 冷榨核桃油精煉工藝及其有效成分分析[J]. 陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 2015, 43(4): 103-108.

[8] VICHI S, PIZZALE L, CONTE L S, et al. Solid-phase microextraction in the analysis of virgin olive oil volatile fraction: modifications induced by oxidation and suitable markers of oxidative status[J]. J Agric Food Chem, 2003, 51(22): 6564-6571.

[9] FRANKEL E N, NEFF W E, SELKE E. Analysis of autoxidized fats by gas chromatography-mass spectrometry: VII. Volatile thermal decomposition products of pure hydroperoxides from autoxidized and photosensitized oxidized methyl oleate, linoleate and linolenate[J]. Lipids, 1981, 16(5): 279-285.

[10] ELMORE J S, NISYRIOS I, MOTTRAM D S. Analysis of the headspace aroma compounds of walnuts (JuglansregiaL.)[J]. Flavour Fragrance J, 2005, 20(5): 501-506.

[11] FORS S. Sensory properties of volatile Maillard reaction pr-oducts and related compounds Non-enzymatic browning reactions, heat-treated foods, chemical structures [C]. Washington DC： ACS Symposium series-American Chemical Society, 1983.

[12] NURSTEN H E. The Maillard reaction: chemistry, biochemistry, and implications[M]. London: Royal Society of Chemistry, 2005.

[13] FORS S M, OLOFSSON B K. Alkylpyrazines, volatiles formed in the Maillard reaction. I. Determination of odour detection thresholds and odour intensity functions by dynamicolfactometry[J]. Chem Sens, 1985, 10(3): 287-296.

[14] 曹文明, 薛斌, 袁超，等. 油脂氧化酸敗研究進(jìn)展[J]. 糧食與油脂, 2013,26(3): 1-5.

[15] LIU X J, JIN Q Z, LIU Y F, et al. Changes in volatile compounds of peanut oil during the roasting process for production of aromatic roasted peanut oil[J]. J Food Sci, 2011, 76(3): C404-C412.

[16] 李麗, 高彥祥, 袁芳. 堅(jiān)果焙烤香氣化合物的研究進(jìn)展[J]. 中國食品添加劑, 2011(3): 164-169.

[17] LONG Q Z, HUANG Y H, ZHONG H Y, et al. The quality and volatile-profile changes of camellia oil (CamelliaoleiferaAbel.) following bleaching[J]. Eur J Lipid Sci Technol, 2008, 110(8): 768-775.

[18] 朱正偉, 曹偉偉, 馬建國, 等. 濃香葵花籽油精煉脫色劑及脫色工藝的研究[J]. 中國油脂, 2015, 40(11): 16-21.

[19] 肖嵐, 孫俊秀, 谷學(xué)權(quán), 等. 基于電子鼻對花椒油生產(chǎn)環(huán)節(jié)品質(zhì)控制的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào), 2015, 30(4): 107-111.

Comparison of volatile profiles in pressed and refined walnut oils and their discrimination by electronic nose

ZHOU Ye1,2, FAN Wei2, ZHANG Junpei1,2, PEI Dong1,2

(1.Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation，State Forestry Administration, State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding，Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091,China；2.State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091,China)

From the aspects of volatile profiles and overall flavors, difference analysis of cold-pressed, hot-pressed and refined walnut oil were carried out by GC-MS combined with electronic nose. The results showed that aldehydes and ketones accounted for a higher proportion in volatile profiles in cold-pressed，hot-pressed and refined walnut oil, representing 18.83%, 21.86% and 50.13%, respectively, in which the relative content of hexanal was the highest; esters and terpenoids were the specific volatile profiles in cold-pressed oil,which could be the basic substances of original flavors of walnut kernel and walnut oil; heterocyclics such as pyrazines were dominant in hot-pressed oil, which reached42.95% of the total volatile amount. Meanwhile, the existence of furfural indicated the occurrence of Maillard reaction and the important role of pentose in the formation of roasted flavor of hot-pressed oil; aldehydes and ketones derived from fatty acid oxidation was the main volatile profile in the refined oil, but there were serious losses of original flavors of walnut kernel and walnut oil and Maillard flavors after refining. The principal component analysis based on volatile profile was consistant with detection results of electronic nose, and both of them could discriminate three walnut oils effectively. Therefore, the combination of GC-MS with electronic nose could be used for process control and quality evaluation of walnut oil from aspects of volatile profiles and overall flavors.

walnut oil; volatile profile; flavor; electronic nose

2016-04-20；

2016-10-27

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(2013BAD14B01)

周 曄(1987)，男，在讀博士，研究方向?yàn)槟颈居土霞庸ぜ夹g(shù)(E-mail)mangolovingman@126.com。

裴 東，研究員(E-mail)peigu@caf.ac.cn。

1003-7969(2017)02-0130-06

TS225.1;TQ646

A