油菜籽微波過程對油中焙烤風味形成的影響

油菜籽微波過程對油中焙烤風味形成的影響

周 琦1,2，張 敏2，賈 瀟1，黃鳳洪1
(1.中國農業科學院 油料作物研究所，油料油脂加工技術國家地方聯合工程實驗室，農業部油料加工重點實驗室，
油料脂質化學與營養湖北省重點實驗室， 武漢430062； 2.北京工商大學 北京食品營養與人類健康高精尖
創新中心，北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京 100048)

摘要：微波預處理油菜籽能使菜籽油形成濃郁的焙烤風味。利用頂空固相微萃取-氣質聯用技術結合香氣稀釋因子分析對微波壓榨菜籽油中具有焙烤風味的關鍵成分進行鑒定，同時考察油菜籽微波過程中游離糖、游離氨基酸、體系溫度和油菜籽水分的變化。結果表明：微波壓榨菜籽油中共鑒定出13種具有焙烤風味的揮發性成分，包括9種吡嗪類物質，以及醇類、醛類、呋喃和噻唑類物質各1種，其中FD因子大于等于32的包括 2，5-二甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、5-甲基呋喃醛、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2，5-二甲基吡嗪，這6種物質對菜籽油中焙烤風味的貢獻最大；油菜籽微波0~8 min過程中，除蔗糖外，其他游離糖（果糖、葡萄糖）和游離氨基酸呈現逐漸降低的趨勢，根據含量變化及相關性分析，初步推測參與菜籽油焙烤風味形成的可能前體物質是葡萄糖、果糖、天門冬氨酸、亮氨酸和賴氨酸。
關鍵詞：微波；油菜籽；焙烤風味；游離糖；游離氨基酸
中圖分類號：TS225;TS227    文獻標識碼：A

文章編號：1003-7969（2018）12-0035-06

Influence of rapeseed microwave process on roasting flavor forming of oils 
ZHOU Qi1,2, ZHANG Min2, JIA Xiao1, HUANG Fenghong1
(1.Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition, Key Laboratory of Oilseed Processing of 
Ministry of Agriculture, Oil Crops and Lipids Process Technology National & Local Joint Engineering Laboratory,
Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430062, China; 2.Beijing 
Engineering and Technology Research Center of Food Additives, Beijing Advanced Innovation Center for 
Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China）

Abstract：Rapeseed oil could form heavy roasting flavor during microwave pretreatment. The key components of roasting flavor of rapeseed oil were identified by the combination of headspace solid phase microextraction-GC-MS and aroma factor dilution analysis. The changes of free sugars, free amino acids, temperature and rapeseed water content were investigated in the microwave process of rapeseed. The results showed that a total of 13 volatile components of the roasting flavor were identified in microwave pressed rapeseed oil, including nine kinds of pyrazines, one alcohol, one aldehydes, one furan, and one thiazole. Six substances had the greatest contribution to the roasting flavor of rapeseed oil, including 2,5-dimethylpyrazine, 2,6-dimethylpyrazine, 5-methyl furfural, 2-ethyl-6-methylpyrazine, 2-ethyl-5-methylpyrazine and 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine, because their factor dilutions were greater than 32. During the process of microwave 0-8 min, free sugars (fructose, glucose) and free amino acids showed a decreasing trend except saccharose. According to the content variation and correlation analysis, the precursor substances involved in the Maillard reaction might be glucose, fructose, aspartic acid, leucine and lysine.
Key words：microwave; rapeseed; roasting flavor; free sugar; free amino acid

  根據我國居民的飲食消費習慣和特性，濃香菜籽油受到消費者青睞。傳統的濃香菜籽油是經過高溫蒸炒、高溫壓榨而成的。壓榨前對原料進行適當預處理是提高壓榨出油率和改善油脂氧化穩定性的有效途徑[1]。除傳統的干熱和濕熱預處理方式，微波預處理技術用于提高壓榨油品質已成為國內外研究的重點和熱點。微波能顯著提高油脂中多種微量營養成分（植物甾醇、維生素E、多酚等）的含量以及油脂氧化穩定性[1]。并且相對于傳統的炒制烘烤加熱方式而言，微波技術可實現連續化、標準化的高效節能工業生產。
     油菜籽經微波加熱后會發生美拉德反應、脂質氧化降解、氨基酸降解等一系列復雜反應，壓榨后濃郁的焙烤風味保留在油中。雜環類化合物主要包括吡嗪、呋喃和吡喃、吡咯和吡唑、吡啶和嘧啶、噻唑和噻吩這5大類化合物，其中前兩類物質主要來源于美拉德反應，后3類物質來源于美拉德反應和氨基酸的熱降解，這些物質都對焙烤風味起重要貢獻[2]。目前對于花生、芝麻、胡麻、南瓜籽、杏仁等油料烘烤過程對油脂焙烤風味的影響已有相關報道[3-7]，但是對油菜籽微波壓榨中關鍵的焙烤風味物質以及參與風味形成的前體物質研究較少。
     另外，以前對菜籽油焙烤風味的解析往往只通過質譜數據比對，而缺乏對香氣稀釋因子的計算，從而確定其中的關鍵致香成分。通過改變氣相色譜的分流比使嗅聞口出來的風味物質按比例減少，從而達到稀釋的目的。與采用溶劑進行稀釋的方法相比，這種方法的前處理較簡單。因此，本文利用頂空固相微萃取-氣質聯用技術結合嗅覺檢測器鑒別單個揮發性物質的氣味特征，同時監控油菜籽微波過程游離糖、游離氨基酸以及焙烤風味的變化規律，以期對菜籽油風味富集和制備的產業化提供基礎研究。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
     400 g油菜籽（初始水分為7%）經清理、除雜后在800 W功率下分別微波0、1、2、3、4、5、6、7 min和8 min，采用冷榨機壓榨，高速離心除雜后，將制取的油脂于4 ℃下密封保存待測。乙腈為色譜級，德國默克公司；磷酸二氫鉀、氯化亞錫、茚三酮、正己烷、甲醇為試劑級。
     7890A/5975C氣質聯用儀，美國 Agilent公司；ODP2嗅覺檢測器，德國Gesterl公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS 型萃取頭以及萃取手柄，美國Supelco公司；CA59G型單螺桿壓榨機，德國Komet公司；1100型高效液相色譜儀，美國 Agilent公司；L-8900型氨基酸分析儀，日本日立儀器公司。
1.2 實驗方法
1.2.1 油菜籽水分的測定
     采用烘箱法測定微波過程0~8 min后油菜籽水分含量，結果取3次平均值。
1.2.2 微波過程中體系溫度的測定
     采用紅外測溫器測定微波過程中的體系溫度，結果取3次平均值。
1.2.3 菜籽油中焙烤風味的鑒定
     菜籽油揮發性成分的提取與分離：準確稱取2 g菜籽油置于20 mL頂空瓶中，采用手動固相微萃取技術吸附菜籽油中揮發性風味物質，萃取溫度40 ℃，平衡時間20 min，萃取時間30 min。采用氣質聯用儀對萃取物進行分離鑒定：進樣口溫度250 ℃，解吸5 min；色譜柱為DB-5MS柱(60 m×250 μm×0.25 μm)，采用不分流方式進樣，進樣口溫度250 ℃；程序升溫條件為起始溫度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min的速率升溫至220 ℃，保持2 min；載氣為氦氣，流速1.0 mL/min。每個樣品做3次平行取平均值，結果以相對峰面積比表示。
     菜籽油中焙烤風味的氣味鑒定：采用氣質聯用儀聯用嗅覺檢測器對單個峰進行氣味嗅聞。揮發性成分在色譜柱與嗅覺檢測器的分配比為1∶ 1。每種物質由3名有經驗的風味評價人員進行嗅聞后記錄氣味特征。
1.2.4 香氣稀釋因子的測定
     萃取后的揮發性成分進樣時通過調整氣相色譜進樣口的分流比2n（如1∶ 2，1∶ 4，1∶ 8等）逐步稀釋樣品，并通過GC-O 檢測，對每個物質進行記錄，在嗅聞口聞不到氣味為止，結果采用香氣稀釋因子FD表示，即每個香氣成分的稀釋倍數n。
1.2.5 游離糖的測定
     稱取不同微波時間的油菜籽0.02~0.03 g，加05 mL水，置于-20 ℃冰箱過夜提取游離糖，然后煮沸10 min，用濾頭過濾后置于樣品瓶中待測。采用高效液相色譜進行分離，檢測器為蒸發光檢測器；柱溫40 ℃，流速1 mL/min，色譜柱為NH2柱，流動相A為水，B為乙腈；梯度洗脫程序為：0~20 min，A與B體積比為2∶ 8；20~25 min，A與B體積比為8∶ 2；25~32 min，A與B體積比為2∶ 8。鼠李糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖、阿拉伯糖6種標準品配制成混合標準品，配制質量濃度為0.25 μg/μL，按進樣量2、5、8、12、14、20、22 μL制作標準曲線。
1.2.6 游離氨基酸的測定
     游離氨基酸檢測方法：GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》。
1.2.7 相關性分析
     采用SPSS 18.0軟件對微波過程中焙烤風味物質的總量與游離氨基酸和游離糖分別進行相關性分析，p<0.05表示顯著相關。
2 結果與分析
2.1 油菜籽微波過程中油中焙烤風味的變化規律
     圖1和圖2分別為油菜籽微波過程中體系溫度和水分變化情況。
     由圖1、圖2可知，隨著微波時間的延長，體系溫度逐漸上升，7 min時達到130 ℃，8 min時達到146 ℃，同時由于熱作用油菜籽水分逐漸降低，6 min后水分下降到3%以下。
     表1顯示了油菜籽微波過程中油中主要焙烤風味的變化規律。

由表1可知，在油菜籽微波0~2 min時壓榨所得菜籽油中未檢出焙烤風味或未達到最低檢出限。利用頂空固相微萃取-氣質聯用技術在微波壓榨菜籽油中共鑒定出13種香氣成分。FD因子為微波7 min時的壓榨菜籽油中13種雜環類化合物的稀釋因子，FD因子越高說明其萃取物中濃度較大或是香氣強度較強，屬于關鍵的香味化合物，而相對較低的FD因子，說明其可能對整體香氣貢獻小或無貢獻。其中FD因子大于等于32的包括 2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪，5-甲基呋喃醛，2-乙基-6-甲基吡嗪，2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2，5-二甲基吡嗪，這6種物質對菜籽油中焙烤風味的貢獻最大。
     微波0~2 min期間，雜環類化合物中僅檢測到2，5-二甲基吡嗪，且含量極低，因此表1中未列出。微波3 min時2，5-二甲基吡嗪的含量僅為068%，通過氣味嗅聞能感到較強的可可、烤堅果和烤牛肉的香氣。微波4 min時能檢測到6種物質，包括甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、糠醇、2-乙基-5-甲基吡嗪、三甲基吡嗪和3-乙基-2,5-二甲基吡嗪。微波5 min時雜環類揮發性物質的種類及含量顯著上升，但未鑒定出吡咯和吡唑類物質。13種雜環類化合物的總量由3 min時0.68%增加至8 min時的35.11%。
     吡嗪類物質是焙烤食品最重要的風味物質之一，主要呈現烤香味、烤堅果味、爆米花味等。吡嗪類物質被認為是以游離糖和氨基酸為風味前體物質經過美拉德反應產生的，其中烷基吡嗪最可能的形成途徑是Strecker降解反應。甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪等氣味閾值比較高，當油脂中濃度較高時焙烤風味才能被嗅聞到，7 min時2,5-二甲基吡嗪的含量達到7.06%，且稀釋因子達到64，具有強烈的焙烤風味，甲基吡嗪具有爆米花味，微波4 min時出現，5 min開始含量顯著上升，到微波8 min時達到5.54%。三甲基吡嗪含量最高為120%，微波7 min時的壓榨菜籽油中甲基吡嗪和三甲基吡嗪的稀釋因子分別為8和16，說明對焙烤風味的貢獻并不大。通過調整分流比計算香氣稀釋因子分析能明確食品中的主要貢獻成分。Kim[8]在利用HS-SPME-GC-O技術分析柚子茶的風味時，采用改變分流比來稀釋，結果發現沉香萜醇和癸醛是重要的風味活性物質，結果也證明分流比是連續稀釋分析中一個比較適合并且可靠的工具。
     被乙基取代的吡嗪類氣味閾值則較低，低濃度下也極易被嗅聞到[9]。在微波7 min時，2-乙基-6-甲基吡嗪和2-乙基-5-甲基吡嗪含量分別為0.67%和0.89%，但由于閾值低氣味強度大，稀釋64倍仍能檢測到，對菜籽油中的焙烤風味具有重要貢獻。乙酰基吡嗪具有爆米花風味，并且氣味閾值很低，微波初期未檢測到，微波5~7 min無顯著差異，微波8 min時含量僅為0.25%，但與乙基取代的吡嗪類一樣，對菜籽油焙烤風味貢獻大。
     諸多研究表明，吡嗪類化合物其風味透散性好、閾值較低，呈現強烈的烘烤風味和堅果風味，也是高溫壓榨花生油中堅果風味和烘焙風味的主要呈香物質[10]。章紹兵等[11]的研究表明隨著花生烘烤溫度的升高，花生和花生油中吡嗪類化合物的種類和含量都逐步增加，這表明花生烘烤產生的吡嗪類化合物會在制油過程中進入油中，賦予花生油濃郁的風味。焙烤芝麻中的揮發性物質包括2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2,5-二甲基-3-乙基吡嗪、2-乙酰基吡嗪、6-甲基-2-乙基吡嗪和1-(6-甲基-2-吡嗪基)-1-乙酮，這些物質均在芝麻焙烤后期開始檢測出[12]。其中，2,6-二甲基吡嗪、2,5-二甲基-3-乙基吡嗪和3,5-二乙基-2-甲基吡嗪隨著焙烤時間的延長呈上升趨勢，與本文研究結論一致。
     醛類、呋喃類等物質能賦予焙烤食品令人愉悅的香甜味、焦糖味和焙烤風味，是美拉德反應最常見的產物之一。微波菜籽油中檢測到呋喃、糠醇和5-甲基呋喃醛，且均在微波6 min時含量出現拐點而大幅上升，微波6 min時體系溫度達到116 ℃（見圖1），呋喃呈現烤面包味、杏仁味，糠醇呈現燒烤味，而5-甲基呋喃醛呈現杏仁味和焦糖味，微波8 min時感覺到明顯的焦糊味可能源于5-甲基呋喃醛含量的增加。呋喃的香氣稀釋因子僅為4，在菜籽油焙烤風味中貢獻并不大。
     噻唑來源于美拉德反應和氨基酸的熱降解，噻唑類物質是芝麻油香氣中的關鍵風味組分，在微波菜籽油中僅發現了一種4-甲基噻唑具有明顯的烤肉味，微波5~8 min期間，其含量緩慢上升。吡咯類、吡啶類都具有烘炒味和煙熏味，也是美拉德反應的產物[13]。在240 ℃經過20 min以上時間的焙炒，吡咯和吡啶類物質的含量占總揮發性成分的含量分別為10%和4%左右[14]。微波焙烤油菜籽時，微波8 min時油菜籽水分下降到2%以下（見圖2），由于體系溫度未達200 ℃（見圖1），吡咯類、吡啶類物質很難在短時間內形成，因此微波壓榨菜籽油中未檢測到這兩種物質。
2.2 油菜籽微波過程中游離糖的變化
     通過高效液相色譜建立了油菜籽中6種游離糖的測定方法，包括果糖、葡萄糖、蔗糖、鼠李糖、海藻糖和阿拉伯糖，油菜籽微波過程中游離糖的變化規律見表2。

由表2可知，鼠李糖、海藻糖和阿拉伯糖3種糖初始含量低，且微波過程中變化不明顯,可能不是參與菜籽油的特征香氣形成的主要物質。果糖、葡萄糖和蔗糖的初始含量分別為5.70、16.23 mg/g和47.17 mg/g，隨著微波時間的延長，葡萄糖和果糖含量呈現逐漸降低的趨勢，果糖含量由初始的570 mg/g降到1.23 mg/g（微波8 min）。經與菜籽油中焙烤風味物質的相關性分析，微波過程中葡萄糖和果糖的含量變化與揮發性雜環類化合物的總量呈負相關（p<0.05），初步推斷葡萄糖和果糖可能是微波菜籽油特征香氣形成的重要前體物質，可為菜籽油揮發性香氣物質的形成提供碳源。而蔗糖呈現先降低后增加的趨勢，其變化原因尚不清楚。
2.3 油菜籽微波過程中游離氨基酸的變化
     油菜籽微波過程中游離氨基酸的變化規律見表3。

由表3可知，未微波油菜籽原料中谷氨酸含量最高為9.24 mg/100 g，蛋氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸5種氨基酸含量小于2 mg/100 g，其余氨基酸的含量為2.16~3.44 mg/100 g。這些氨基酸在熱反應過程中可能涉及美拉德反應、Strecker降解以及脫羧或脫氨等反應，最終形成的揮發性香氣物質的種類及含量也會存在較大差異[15]。不同微波時間（0~8 min）的油菜籽中總的游離氨基酸含量從40.35 mg/100 g降低至21.90 mg/100 g。對比未微波與微波8 min的油菜籽中氨基酸的變化差異，天門冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、賴氨酸含量變化明顯。根據相關性統計分析，天門冬氨酸、亮氨酸、賴氨酸含量與菜籽油中焙烤風味的總量呈顯著的負相關（p<0.05），而其他氨基酸相關性不顯著，推測這3種氨基酸對菜籽油焙烤風味的形成可能起到了重要的作用。
     綜上，后續若利用菜籽粕發酵進行酶法生香，可以將葡萄糖、果糖、天門冬氨酸、亮氨酸和賴氨酸進行復配模擬菜籽油生香反應，以期對菜籽油焙烤風味形成途徑進行進一步確證。
3 結 論
     油菜籽經微波處理壓榨制油能顯著提高油脂氧化穩定性、增加微量營養成分以及焙烤風味。利用頂空固相微萃取結合氣質聯用對菜籽油中揮發性成分進行鑒定，并通過嗅覺檢測器和稀釋因子分析的方法鎖定關鍵的呈味物質。結果表明：微波壓榨菜籽油中共鑒定出13種具有焙烤風味的揮發性成分，其中FD因子高的包括 2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪，5-甲基呋喃醛，2-乙基-6-甲基吡嗪，2-乙基-5-甲基吡嗪和3-乙基-2，5-二甲基吡嗪，這6種物質對菜籽油中焙烤風味的貢獻最大。微波7 min時油菜籽水分由7.1%降低到2.4%，體系溫度上升至130 ℃，此時壓榨菜籽油中焙烤風味濃郁，當微波8 min時體系溫度達到146 ℃，此時5-甲基呋喃醛含量高導致油中焦糊味較重。
     微波0~8 min過程中，對6種游離糖和16種游離氨基酸的變化進行監控，結果發現，蔗糖含量呈現先降低后增加的趨勢，鼠李糖、海藻糖和阿拉伯糖含量低且變化不顯著，果糖、葡萄糖呈現逐漸降低的趨勢。天門冬氨酸、亮氨酸、賴氨酸3種氨基酸的含量高且與焙烤風味形成具有顯著負相關性，初步推測參與美拉德反應的游離糖和游離氨基酸前體物質可能是葡萄糖、果糖、天門冬氨酸、亮氨酸和賴氨酸。
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