于 杰，周宇林，劉元法，李進(jìn)偉

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

菜籽油是世界第三大食用油資源[1]。相當(dāng)部分菜籽油是作為精制油生產(chǎn)的，其有益組分含量降低，而濃香菜籽油的生產(chǎn)僅涉及簡(jiǎn)單物理壓榨和精煉，因此其具有風(fēng)味濃香、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、生物活性成分豐富的特點(diǎn)[2]。因此，未經(jīng)過高溫精煉的濃香菜籽油引起了越來越多消費(fèi)者的關(guān)注。

高溫調(diào)制是油菜籽壓榨制油前的關(guān)鍵一步[3]。高溫調(diào)制過程中，油菜籽的水分含量降低，微觀結(jié)構(gòu)被破壞，并生成大量風(fēng)味物質(zhì)，如己醛、糠醛、2,5-二甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基呋喃、呋喃甲醛、2,4-戊二烯腈、4-異硫氰酸、5-氰基戊烯和5-庚烯-2-酮等[4-6]。濃香菜籽油的風(fēng)味受到高溫調(diào)制工藝的影響。紅外線加熱技術(shù)是新興的加熱方式，具有能源利用率高、物料受熱均勻、加熱速度快、空間節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[7]。

目前，油菜籽焙炒工藝和風(fēng)味分析方法已日趨成熟，但對(duì)風(fēng)味化合物形成途徑的研究仍不充分。本文以紅外焙炒油菜籽為原料制備菜籽油，對(duì)菜籽油的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行分類分析，以探究風(fēng)味化合物的生成途徑，為揭示菜籽油風(fēng)味的形成機(jī)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

油菜籽(水分含量為8.56%)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)；三甲基硅油、正己烷、三氯乙酸、3,5-二硝基水楊酸、葡萄糖、羧甲基纖維素鈉、氯化鈀，均為分析純；乙腈、黑芥子硫苷酸鉀(>98%)，均為色譜純。

中短波紅外烤箱(1.5 kW，0.77～10 μm)，圣泰科紅外科技有限公司；MY5電加熱滾筒炒籽機(jī)(2.2 kW)，曲阜牧盈機(jī)械設(shè)備有限公司；6YY180立式液壓榨油機(jī)(60 MPa，1.5 kW)，鄭州豐邁機(jī)械設(shè)備有限公司；DVB/CAR/PDMS萃取纖維頭(50 μm/30 μm)；SCIONSQ-456-GC氣相色譜-質(zhì)譜儀，美國(guó)Bruker公司；DF101S油浴鍋(容量2 L)；RJ-TDL-50A大容量離心機(jī)，瑞江分析儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油菜籽的高溫調(diào)制與制油

紅外焙炒：油菜籽在中短波紅外烤箱中進(jìn)行紅外焙炒，參數(shù)為輻照距離80 mm，油菜籽厚度5 mm，焙炒溫度90～170℃，焙炒時(shí)間30 min。

傳統(tǒng)炒籽：在滾筒炒籽機(jī)中進(jìn)行傳統(tǒng)炒籽，參數(shù)為炒籽溫度170℃，炒籽時(shí)間30 min。

油菜籽制油：在立式液壓榨油機(jī)中壓榨制油，毛油靜置過濾后離心除雜(4 000 r/min，20 min)得到菜籽油。

1.2.2 揮發(fā)性成分的頂空固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜-嗅聞檢測(cè)

取2 g菜籽油樣品和10 μL內(nèi)標(biāo)(1,2-二氯苯，0.192 μg/mL)于20 mL棕色頂空瓶中，采用固相微萃取方法提取菜籽油的揮發(fā)性成分，萃取溫度為60℃，萃取時(shí)間為40 min，渦旋轉(zhuǎn)速為300 r/min。所用的萃取纖維頭在280℃下解吸，通過配備有DB-17色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)的氣相色譜儀分離附著在纖維頭上的化合物。質(zhì)譜和嗅聞檢測(cè)器的分流比為1∶1。升溫程序?yàn)槌跏紲囟?0℃保持2 min，以3℃/min升溫至180℃，再以10℃/min升溫至280℃，保持7 min。

由專業(yè)的嗅聞人員對(duì)氣相色譜分離出的組分進(jìn)行氣味描述，并按照1、2、3從輕微到強(qiáng)烈的強(qiáng)度描述。

1.2.3 油脂氧化來源的風(fēng)味分析

取100 g冷榨菜籽油(以未經(jīng)任何處理的油菜籽為原料壓榨制得)，在150℃油浴鍋中進(jìn)行避光加熱，定時(shí)取樣檢測(cè)油脂的揮發(fā)性成分。

1.2.4 硫苷降解來源的風(fēng)味分析

黑芥子硫苷酸鉀標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：取1 mL由蒸餾水配制的系列質(zhì)量濃度的黑芥子硫苷酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入2 mL 0.15%的羥甲基纖維素鈉溶液作為促凝劑，再加入1 mL氯化鈀溶液于30℃水浴反應(yīng)2 h進(jìn)行顯色，以蒸餾水、羧甲基纖維素鈉和氯化鈀作為空白溶液，在540 nm處測(cè)定吸光值。以黑芥子硫苷酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)，除去空白溶液吸光值的凈吸光值(y)為縱坐標(biāo)，得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.227 1x+0.040 1，R2=0.999 3，線性范圍為0.1～1 mg/mL。

硫苷化合物的提取參照任燕勤等[8]的方法，并適當(dāng)調(diào)整。將紅外焙炒、傳統(tǒng)炒籽或未經(jīng)任何處理的油菜籽粉碎，過0.38 mm(40目)篩，用正己烷除去其中的油脂(料液質(zhì)量比1∶1，每次6 h，重復(fù)3次)，得到脫脂油菜籽。取0.2 g脫脂油菜籽樣品于10 mL刻度管，加入8 mL 80℃蒸餾水，于沸水浴蒸煮20 min提取硫苷化合物。提取液與羧甲基纖維素鈉、氯化鈀于30℃水浴反應(yīng)2 h，在540 nm處測(cè)定吸光值，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算硫苷化合物含量。

1.2.5 美拉德反應(yīng)來源的風(fēng)味分析

按1.2.4方法對(duì)紅外焙炒、傳統(tǒng)炒籽或未經(jīng)任何處理的油菜籽進(jìn)行脫脂，得到脫脂油菜籽；測(cè)定其游離氨基酸和還原糖含量。

游離氨基酸含量的測(cè)定參照GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測(cè)定》。

還原糖含量的測(cè)定采用DNS試劑測(cè)定法。以葡萄糖為基準(zhǔn)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以葡萄糖質(zhì)量濃度(x)為橫坐標(biāo)，540 nm處吸光值(y)為縱坐標(biāo)，得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.795x+0.048，R2=0.999，線性范圍為0.1～1 mg/mL。稱取0.5 g脫脂油菜籽，加入25 mL蒸餾水，70℃水浴30 min提取還原糖，將得到的濃縮液定容至50 mL。取1 mL提取液與2 mL DNS試劑于沸水浴反應(yīng)2 min后迅速冷卻，在540 nm處測(cè)定吸光值，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算還原糖含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅外焙炒對(duì)菜籽油揮發(fā)性風(fēng)味化合物的影響

為評(píng)估紅外焙炒對(duì)油脂風(fēng)味的影響，對(duì)油菜籽進(jìn)行了傳統(tǒng)炒籽和不同溫度的紅外焙炒，壓榨后得到的菜籽油的揮發(fā)性化合物分析結(jié)果見表1和表2。

表1 菜籽油中揮發(fā)性化合物含量 μg/kg

續(xù)表1μg/kg

表2 菜籽油中揮發(fā)性化合物的氣味特征

由表1和表2可知，菜籽油中主要的揮發(fā)性組分為醛類、酮類、烷烴類、烯烴類、腈類、醇類、雜環(huán)類化合物。高溫調(diào)制的菜籽油中，醛類、烯烴類和雜環(huán)類占據(jù)較大比例。高溫調(diào)制對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響主要 體 現(xiàn)在4個(gè)方面：①醛類化合物，如己醛、(E，E)-2,4-庚二烯醛、(E，E)-2,4-癸二烯醛等隨焙炒溫度升高顯著增加，而這類化合物的主要風(fēng)味特征是強(qiáng)烈的油脂味。己醛、辛醛、壬醛等中短鏈醛也是油脂氧化酸敗氣味的代表化合物。傳統(tǒng)炒籽的菜籽油中己醛、庚醛含量高于紅外焙炒的菜籽油，這些化合物含量的增加會(huì)導(dǎo)致明顯的油脂味和酸敗味。②烯烴類化合物中，5-氰基-1-戊烯、4-異硫氰酸-1-丁烯、甲基烯丙基氰化物等是菜籽油專有的風(fēng)味化合物，它們主要的風(fēng)味特征是辛辣刺激味[9]，此類烯烴類化合物是油菜籽中硫苷化合物在高溫下降解的產(chǎn)物[10]。硫苷降解產(chǎn)物在傳統(tǒng)炒籽時(shí)生成量最高，其油脂的辛辣刺激味最為強(qiáng)烈。有研究表明硫苷在150℃達(dá)到最大降解速率[11]。③雜環(huán)類化合物，如呋喃、吡嗪類化合物，是烘烤誘人香氣特征的主要代表化合物。吡嗪、呋喃類化合物主要是高溫調(diào)制過程的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物。其中，2,5-二甲基吡嗪和 2-乙基-6-甲基吡嗪等化合物賦予油脂烤堅(jiān)果、面包的香氣特征。150℃紅外焙炒菜籽油中呋喃、吡嗪類化合物含量最高。④雜環(huán)類化合物中,在170℃?zhèn)鹘y(tǒng)炒籽菜籽油中檢測(cè)到苯并[a]芘、苯并[a]蒽、萘和苊4種有害成分，170℃紅外焙炒菜籽油中檢測(cè)到微量的苯并[a]芘和苯并[a]蒽2種有害成分。

綜上所述，可得出適宜的紅外焙炒溫度為150℃，在此條件下壓榨菜籽油的油脂風(fēng)味明顯，烤香味、刺激味突出，同時(shí)有害成分多環(huán)芳烴含量能夠得到較好控制。為進(jìn)一步說明紅外焙炒過程對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響機(jī)制，分別從油脂氧化、美拉德反應(yīng)和硫苷化合物降解3個(gè)方面進(jìn)行探究。

2.2 紅外焙炒對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響機(jī)制

2.2.1 油脂氧化來源的風(fēng)味化合物

為探究紅外焙炒時(shí)，油菜籽中油脂的受熱過程對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響，將冷榨菜籽油在150℃進(jìn)行油浴加熱[12],對(duì)其揮發(fā)性化合物含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表3。

表3 加熱冷榨菜籽油中揮發(fā)性化合物含量

由表3可知，菜籽油加熱過程中的主要揮發(fā)性化合物分為4類：醇、醛、酮類和酸類。在醛類揮發(fā)性化合物中，烯醛類化合物增加速度最快。醛類化合物特別是烯醛，如(E，E)-2,4-庚二烯醛和(E，E)-2,4-癸二烯醛是油脂熱降解過程中的標(biāo)志性化合物，具有較為突出的油脂味和酸敗味[13]。

焙炒過程中菜籽油中不飽和脂肪酸如亞油酸和亞麻酸快速降解，生成中短鏈醛和烯醛類化合物，在此過程中形成了濃厚的油脂風(fēng)味[14-15]。此外，此過程中還生成種類繁多的短鏈酮、醇和酸類化合物[16]。

2.2.2 硫苷降解來源的風(fēng)味化合物

為揭示焙炒時(shí)油菜籽中硫苷化合物的變化規(guī)律及其對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響，測(cè)定了脫脂油菜籽中硫苷化合物的含量，結(jié)果見圖1。

注：A、B、C、D、E分別代表90、110、130、150、170℃的紅外焙炒。下同

由圖1可知，脫脂油菜籽中硫苷化合物含量豐富，未處理的高達(dá)30.73 mg/kg，在紅外焙炒過程中，硫苷化合物發(fā)生了快速降解，且隨紅外焙炒溫度升高其降解率增加，170℃時(shí)降解率為50.44%，而170℃?zhèn)鹘y(tǒng)炒籽時(shí)其降解率為52.62%。硫苷降解產(chǎn)物主要是腈類化合物和異硫氰酸化合物[17]，賦予菜籽油特殊的辛辣味[18]。在傳統(tǒng)炒籽的脫脂油菜籽中，其硫苷化合物的含量和降解率較紅外焙炒處理的脫脂油菜籽更高，辛辣刺激味更強(qiáng)烈。

相關(guān)性分析顯示，經(jīng)過90～170℃紅外焙炒的油菜籽中硫苷化合物含量變化與硫苷降解來源的揮發(fā)性化合物含量變化呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.84。

2.2.3 美拉德反應(yīng)來源的風(fēng)味化合物(見表4、圖2)

由表4可知，在紅外焙炒過程中，隨焙炒溫度升高，脫脂油菜籽中主要氨基酸含量逐漸降低，其中蘇氨酸含量從未處理的4.91 mg/100 g減少至3.29 mg/100 g，甘氨酸含量從4.06 mg/100 g減少至2.05 mg/100 g，谷氨酸含量從3.76 mg/100 g減少至2.38 mg/100 g，天冬氨酸含量從2.97 mg/100 g減少至1.36 mg/100 g，而游離氨基酸總量則從25.61 mg/100 g減少至15.82 mg/100 g。在加熱過程中，油菜籽中的氨基酸涉及羰氨縮合、Strecker降解和脫羧、脫氨一系列反應(yīng)[6]。

表4 脫脂油菜籽中游離氨基酸含量 mg/100 g

圖2 脫脂油菜籽中還原糖含量

由圖2可知，隨焙炒溫度升高，紅外焙炒的脫脂油菜籽中還原糖含量顯著降低，從未處理的7.61 mg/g減少至2.29 mg/g。還原糖如葡萄糖、果糖含有半縮醛羥基結(jié)構(gòu)，能夠作為羰氨反應(yīng)的底物，與氨基酸發(fā)生縮合反應(yīng)，得到N-取代糖胺，之后進(jìn)行重排形成Amadori產(chǎn)物，Amadori產(chǎn)物脫水形成糠醛、還原酮和二羰基裂變產(chǎn)物。脫脂油菜籽中的還原糖含量變化與天冬氨酸含量變化相關(guān)系數(shù)為0.92，與谷氨酸含量變化相關(guān)系數(shù)為0.90，與甘氨酸含量變化的相關(guān)系數(shù)為0.94，與蘇氨酸含量變化的相關(guān)系數(shù)為0.83。

紅外焙炒過程中，油菜籽中的游離氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，形成吡嗪、呋喃類化合物，增強(qiáng)了菜籽油的烤香味。相關(guān)性分析顯示脫脂油菜籽中還原糖含量變化與菜籽油中雜環(huán)類化合物含量變化呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.84。

3 結(jié) 論

本研究深入探究了紅外焙炒過程中菜籽油風(fēng)味變化和形成的機(jī)制，主要是3類反應(yīng)：油脂氧化、硫苷降解和美拉德反應(yīng)。3類反應(yīng)協(xié)同賦予了菜籽油的濃厚風(fēng)味，各類化合物的生成途徑和風(fēng)味形成方式為：①在高溫焙炒過程中，菜籽油的不飽和脂肪酸降解生成中短鏈醛與烯醛類化合物，如己醛、(E，E)-2,4-庚二烯醛和(E，E)-2,4-癸二烯醛，它們?cè)鰪?qiáng)了菜籽油的油脂風(fēng)味；②油菜籽中的硫苷化合物在焙炒過程中快速降解，生成異硫氰酸和腈類化合物，如4-異硫氰酸-1-丁烯和5-氰基-1-戊烯，它們使菜籽油具有辛辣刺激味和菜青味；③油菜籽中的游離氨基酸和還原性半縮醛羥基化合物在高溫時(shí)發(fā)生美拉德反應(yīng)，形成吡嗪、呋喃類化合物，如2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪，它們?cè)鰪?qiáng)了菜籽油的烤香味。