加工方式對大豆油中揮發性物質的影響

程建軍，王兆華，于殿宇，張 赫，尤美月，潘明喆

（東北農業大學食品學院 哈爾濱 150030）

大豆油是世界三大植物油之一，因獨特的風味以及烹飪特性而受到越來越多的關注。目前，大豆油的加工方式主要有壓榨法和浸提法2 種。浸提法的優勢是提取率較高，成本較低，餅粕中剩余油脂較少，且易于實現大規模的生產[1-2]。壓榨法又可分為熱榨和冷榨，采用熱榨工藝生產油脂時，在榨油環節前需對油料進行烘焙、炒制等預處理，其產品風味比較豐富，出油率也比較高。然而，冷榨工藝制油過程中沒有上述預處理環節，通常冷榨后的油脂只需經簡單的精煉處理就可以食用。此外，冷榨油壓榨過程的溫度較低，產品中維生素E、甾醇等生物活性物質的損失較少[3]，油脂的品質也較好。

油脂的風味是消費者選擇食用植物油的重要標準[4]。食用植物油的風味物質是由一些揮發性物質構成的混合物。其組成較為復雜，主要含有醛類、酮類、酯類、醇類、酚類、吡嗪類、呋喃類和含硫化合物[5-6]等成分。近年來，關于加工方式對食用植物油風味的影響研究較為廣泛。Zhang 等[7]研究發現菜籽烘焙過程中醛類化合物濃度會產生不同程度的改變，導致壓榨所得菜籽油的風味發生變化。在一些花生油的風味研究中，也發現因加工方式而導致的風味差異，如Dun 等[8]研究發現冷榨花生油的風味主要是醛類化合物表現出的清新、油脂的氣味。然而，熱榨花生油不僅呈現油脂的氣味，還具有烘焙和堅果味。這可能是由于熱榨花生油的風味物質中含有吡嗪類和更多的呋喃類化合物。Yin 等[9]研究發現籽粒經烘烤處理的花生油中存在一些特有的雜環類風味化合物，并且萜烯類化合物相較于冷榨花生油有一定的減少，從而導致這兩種花生油在風味上存在明顯的差異。上述研究表明加工方式與食用植物油的風味密切相關。

還有一些研究表明大豆油在加工中風味物質主要包括醇類、醛類、酮類、酯類、烷類和呋喃類化合物[10-13]。Multari 等[14]探究了大豆油的煎炸屬性，發現煎炸后大豆油的風味物質中醇類化合物含量下降，醛類、呋喃類化合物含量上升。Xiao 等[15]研究發現大豆油在烹飪過程中生成一些醛類、酮類、酸類和呋喃類風味化合物。上述研究主要針對大豆油揮發性風味物質種類和含量的檢測以及對應用中大豆油的風味特征進行分析，而不同加工方式對大豆油風味的影響鮮見研究報道。本研究采用電子鼻與氣質聯用（GC-MS）相結合的方法對3種加工方式（浸提、熱榨和冷榨）的大豆油產品的整體風味及其揮發性物質組成進行分析。通過主成分分析（PCA）、層次聚類分析（HCA）和偏最小二乘回歸分析（PLSR）等方法探究3 種加工方式對大豆油風味的影響，并根據氣味活度值（OAV）判定關鍵風味物質。研究結果旨在為追溯大豆油中風味物質的來源，改善大豆油風味提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本試驗用浸提油（EO）、熱榨油（HPO）、冷榨油（CPO）為九三糧油工業集團有限公司出品，置于陰涼避光處儲存。1，2-二氯苯（色譜純級），上海安譜公司，甲醇（色譜純級），美國Thermo Fisher Scientific 公司。

1.2 儀器與設備

PEN3 電子鼻，德 國Airsens 公 司；SAAB-57330U 頂空固相微萃取手動進樣支架，美國Supelco 公司；57328-U 頂空固相微萃取纖維（DVB/CAR/PDMS 50/30 μm），美 國Supelco 公 司；QP2020NX 氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS），日本島津儀器公司；DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細管色譜柱，日本島津儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 加工方式對大豆油風味物質的影響

1.3.1.1 電子鼻（E-Nose）參照Tian 等[16]的方法并稍作修改，使用電子鼻對3 種大豆油氣味特征進行分析，電子鼻系統包含10 個傳感器探針：W1C（對芳香化合物、苯敏感）、W5S（對氮氧化物敏感）、W3C（對氨敏感）、W6S（對氫化物敏感）、W5C（對烯烴、短鏈芳香族化合物敏感）、W1S（對甲基敏感）、W1W（對硫化物、吡嗪敏感）、W2S（對醇、醛、酮敏感）、W2W（對有機硫化物敏感）、W3S（對長鏈烷烴敏感）。8 mL 大豆油樣品放置到20 mL 頂空樣品瓶中，60 ℃水浴加熱30 min。電子鼻系統參數設定為腔室流速200 mL/min，注射流速200 mL/min，測量持續120 s。用空氣作為載氣對傳感器陣列進行清洗，使信號響應歸零；樣品注入量為200 μL。每個樣品重復測量3 次，取平均值作進一步分析。

1.3.1.2 頂空固相微萃取-氣質聯用（HS-SPME/GC-MS）參照秦早等[17]的GC-MS 方法并稍作修改，將浸提、熱榨、冷榨大豆油樣品各取8 mL 于20 mL 頂空樣品瓶中，每種樣品取3 份，分別加入4 μL 標準品1，2-二氯苯并混合，用聚四氟乙烯瓶蓋封隔，避光保存。將二乙烯基苯/羧基/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）纖維頭在GC-MS 進樣口處老化30 min，溫度為250 ℃，老化完成后再插入配備好的樣品頂空瓶內，在60 ℃條件下萃取40 min。采用DB-5 毛細管色譜柱分離揮發性化合物。將萃取頭插入氣GC-MS 進樣口，在250 ℃條件下解析5 min。升溫程序：40 ℃保持3 min，以5℃/min 升至80 ℃，保持5 min；以10 ℃/min 升至160 ℃，保持2 min；以10 ℃/min 升至230 ℃，保持8 min。載氣（He）流速為1 mL/min。質譜條件：電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230℃；質量掃描范圍m/z 30～450。通過將試驗質譜庫與NIST17 的質譜庫進行比較，鑒定了揮發性化合物。根據目標化合物的峰面積與內標物的峰面積之比，計算最終揮發性化合物的含量（以mg/kg 表示）。

1.3.2 關鍵風味物質的確定 根據Erten 等[18]的研究，進行GC-MS 定量檢測后，通過計算OAV 值來評價單個揮發性物質對整體風味的貢獻度，當OAV>1 時，則可以認為該揮發組分對整體風味產生了明顯的影響。

1.4 統計分析

采用SPSS 26 軟件進行顯著性分析（P＜0.05）。PCA 采用Origin 2022b 軟件。GC-MS 檢測的揮發性風味物質使用Tbtools 中的HCA 熱圖對比分析。PLSR 使用The Unscrambler X。上述所有試驗均進行3 次重復，取平均值。

2 結果與分析

2.1 電子鼻對大豆油風味化合物的分析

利用PCA 對大豆油風味的空間分布進行了分析。如圖1a 所示，PC1 和PC2 對總方差的貢獻率分別為74.30%和18.90%，總和達到93.20%，提示主成分分析能夠反映不同加工方式大豆油的風味特征。大豆油樣品之間的風味差異主要在PC1上，3 個樣品載荷圖分布差異明顯，EO、HPO、CPO都有各自的香氣區，且平行測定結果較為穩定。EO 風味主要聚集在PC2 正軸附近，與W2W、W3S傳感器較為相關。HPO 風味主要聚在PC1 的正軸上，與W1S、W2S、W5S、W6S、W1W 傳感器相關性較強；而CPO 風味主要聚在PC1 的負軸上，與W1C、W3C、W5C 傳感器相關性較強。這些結果表明EO、HPO 和CPO 揮發性風味物質的主要成分之間存在顯著差異（P＜0.05），也表明電子鼻很好的區分了不同加工工藝大豆油的風味。

圖1 加工方式對大豆油風味化合物的影響Fig. 1 Effects of processing methods on flavour compounds in soybean oil

電子鼻對3 種大豆油樣品響應值如圖1b 所示，W1W（對吡嗪等雜環物質敏感）、W1S（對甲基敏感）、W2S（對醇、醛、酮敏感）、W3S（對長鏈烷類敏感）、W5S（對烯烴敏感）、W6S（對氫化物敏感）和W1C（對芳香化合物、苯敏感）傳感器對不同加工方式大豆油樣品中揮發性化合物的響應值均有明顯差異。從整體上看，HPO 風味較為豐富，EO次之，而CPO 風味物質較寡淡。W1W、W1S、W6S和W5S 傳感器對HPO 的響應值高于EO 和CPO，表明在HPO 的風味物質中可能含有更多的雜環類、硫化物、烯烴及一些氫化物；W2S 傳感器對HPO 和EO 響應值高于CPO，表明HPO 和EO 的風味物質中醇類、醛類和酮類化合物多于CPO，因此3 種大豆油在傳感器上響應值的差異可以表明加工方式對大豆油揮發性風味物質組成的影響是顯著的（P＜0.05）。

2.2 HS-SPME/GC-MS 對大豆油風味成分的分析

采用HS-SPME/GC-MS 對EO、HPO 和CPO的揮發性風味物質進行檢測分析，具體風味成分和種類如表1 所示。共檢出86 種風味物質，包括醛類16 種、醇類14 種、酸類7 種、萜類4 種、酯類6 種、酮類12 種、烯烴5 種、雜環類14 種、烷烴4種、酚類2 種、其它物質2 種。不同加工方式的大豆油風味物質組成存在較大差異，其中EO 中檢測出53 種，HPO 中檢測出54 種，CPO 中檢測出45 種風味物質。3 種大豆油有相同的揮發性物質24 種。

表1 3 種大豆油中檢出揮發性風味化合物含量及CAS 號Table 1 Contents and CAS numbers of volatile flavour compounds detected in three soybean oils

2.2.1 大豆油樣品風味物質種類及所含物質數比較 將3 種大豆油樣品的檢測結果按照所含揮發性物質的種類進行統計。如圖2 所示，EO、HPO 和CPO 的風味物質存在一定的差別。在總體上，3 種大豆油樣品中檢出的醛類、醇類和酮類揮發性風味物質較多。CPO 檢出的揮發性物質較少（45種），這是由于加工過程經歷化學及熱處理程度較淺[19]，風味相對寡淡所致；HPO 樣品中檢出風味物質的種類最多，而且其中含有13 種雜環類物質，明顯多于另外2 種大豆油樣品（只檢測出3 種雜環類物質），這一結果與電子鼻的檢測結果一致。造成這種差異的原因可能是HPO 在加工過程中的熱炒或烘烤促進了油脂中的羰基與蛋白質分解出的氨基發生美拉德反應，從而生成酮類和雜環類等揮發性物質；此外，EO 中檢出醛類物質14種、醇類物質14 種，均多于另外2 種大豆油樣品，這可能是因為油料在加工過程中的升溫或者萃取劑的加入引起最終產品風味物質的變化。從風味物質的種類上也可以發現不同加工方式的大豆油存在著明顯的差異。

2.2.2 大豆油風味化合物的HCA 分析 采用層次聚類（HCA）分析EO、HPO 和CPO 中風味物質并繪制熱圖。如圖3 所示，3 種大豆油的揮發性化合物組成差異明顯，聚集在不同的區域。檢出的揮發性物質中醛類濃度最大，這主要是因為油脂發生氧化反應所產生的結果，例如，亞油酸發生氧化反應能夠產生己醛和（E，E）-2，4-癸二烯醛，而辛醛和庚醛等則是油酸氧化反應的衍生物[13]。此外，一些存在于油脂中經典的風味物質，例如1-辛烯-3-醇（20）、（E，E）-2，4-癸二烯醛（13）等在3種大豆油中均有大量的檢出，具有蘑菇和脂肪風味[20]。

圖3 大豆油GC-MS 定量檢測HCA 熱圖Fig. 3 Heat map for quantitative detection of HCA in soybean oil by GC-MS

在HPO 風味物質中檢出了具有焦糖風味的麥芽酚（83）以及多種風味閾值較低的雜環類化合物。例如，2，5-二甲基吡嗪（71），具有可可風味；糠醛（69）屬于呋喃醛的一種，具有烤土豆和面包風味；2-呋喃甲醇（70），具有燒焦的甜味，而在EO和CPO 中并未檢出上述物質。產生這種差異的原因可能是HPO 在加工中有一些加熱炒制的環節，促進了美拉德反應，會產生二羰基化合物，從而進一步形成雜環類化合物，其中糠醛就是在熱反應過程中由1-脫氧索酮生成[21]，從而使HPO 的風味更加豐富。此外，HPO 風味物質中還檢出了一些酸類（0.854 mg/L）和酮類（2.906 mg/L）化合物。這些揮發性物質在HPO 的整體風味中具有重要貢獻。

CPO 的揮發物中含有較多的醛類（6.491 mg/L）化合物，例如（E，E）-2，4-庚二烯醛（7）、己醛（3）等物質，其風味通常表現為清新味和脂肪味。CPO 中還含有較多的烷烴和烯烴，這些物質是在脂質過氧化過程中由脂質氫過氧化物所形成[22]，如3-甲氧基-1，7-辛二烯（61）（0.049 mg/L）、十二烷（79）（0.213 mg/L）。然而，烷烴和烯烴的氣味閾值較高，對整體風味影響很小。

EO 樣品中風味物質的種類較多，主要包括醇類（5.024 mg/L）、醛 類（3.809 mg/L）、酸 類（0.737 mg/L）和酮類（1.125 mg/L）等化合物。

值得注意的是，CPO 中醛類物質含量高于另外2 種大豆油的。原因在于EO、HPO 兩種油均經歷過高溫處理，會損失一些醛類物質；而EO 中醛類物質總體含量高于HPO 的（3.809 mg/L），這可能是因為EO 在精煉過程中的高溫導致油脂氧化程度較高，引起一些醛類物質的可逆增長[23]。此外，在CPO 和EO 樣品中還檢測出了一定濃度的α-蒎烯（38）、4-蒈烯（39）等萜烯類揮發性物質，具有松油和青草氣味，其對大豆油樣品整體風味具有一定的貢獻。

2.2.3 大豆油風味化合物的OAV 分析 揮發性物質濃度的高低并不能直接評判其對整體風味的影響。在眾多復雜的揮發性物質中，一些被稱為關鍵風味物質的化合物對整體風味產生強烈的影響。因此，應該確定這些關鍵風味化合物，而不是簡單地觀察揮發性物質的整體情況[5]。OAV 是評價揮發性化合物對風味貢獻的指標，計算方法是采用揮發性化合物的濃度除以其風味閾值，這表明濃度和氣味閾值共同影響揮發性物質對整體香氣的貢獻[24]。通常認為OAV＞1 的揮發性成分是關鍵風味化合物。

將GC-MS 定量分析數據與氣味閾值相結合，確定3 種大豆油樣品中揮發性物質OAV 值。EO、HPO 和CPO 中OAV＞1 的物質及其相應風味描述如表2 所示，大豆油樣品中OAV＞1 的揮發性物質主要是醛類、醇類、酮類和雜環類化合物。3 種大豆油樣品中共有的關鍵風味物質包括：己醛、庚醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E，E）-2，4-庚二烯醛、1-辛烯-3-醇、苯乙醇、2-戊基呋喃和3，5-辛二烯-2-酮。其中具有蘑菇和油脂味的1-辛烯-3-醇在3 個樣品中OAV 值較高，對大豆油風味有重要的影響。

表2 EO、HPO 和CPO 風味物質OAV 值Table 2 Flavour compounds OAV value of EO，HPO and CPO

比較3 種大豆油風味物質的OAV 值，CPO 的關鍵風味物質以醛類為主，其中具有綠色植物風味的（E，E）-2，4-庚二烯醛的OAV 值為71.03、己醛的OAV 值為8.61，大于EO 和HPO 中的OAV。（E，E）-2，4-庚二烯醛和己醛對CPO 整體風味影響較大，導致CPO 與天然油脂的風味較為接近。這可能是由于CPO 較低溫度下的直接壓榨，油料細胞破碎過程中脂氧合酶的鈍化程度低，使得脂氧合酶反應程度較大[8]。雷春妮等[25]的研究也發現促進脂氧合酶反應可以增強初榨橄欖油中的“綠色”風味。

EO 的關鍵風味物質以醛類、醇類、酮類化合物為主，其中3-壬烯-2-酮的OAV 值為62.91，其風味表現為漿果味、香料味和辛辣味；此外，EO 中雖然也檢出了一些雜環類揮發性物質，但只有2-戊基呋喃對整體風味具有貢獻。

HPO 的關鍵風味物質中含有很多雜環類揮發性物質，例如甲基吡嗪（1.52）、糠醛（1.53）、2，5-二甲基-吡嗪（16.86）等雜環類化合物，呈現為木質、烘焙和可可等風味[26]。這些風味化合物可能導致HPO 與EO、CPO 的風味特征存在較大差異。

使用韋恩圖對EO、HPO、CPO 中關鍵風味物質進行分類，進一步探究3 種大豆油樣品關鍵風味物質的差異。如圖4a 圖所示，HPO 中特有4 種關鍵風味化合物，EO 中特有3 種關鍵風味物質，這些化合物的存在可能是不同加工方式大豆油之間風味特征差異的原因。圖4b 中給出了差異風味物質的分子結構示意圖。HPO 中是甲基吡嗪、糠醛、5-甲基-2-呋喃甲醛和2，5-二甲基-吡嗪；EO中含有戊醛、3-壬烯-2-酮、（E，Z）-2，6-壬二烯醛。HPO 中特有關鍵風味物質與壓榨前進行的熱處理有很大關系?？啡┖?-甲基-2-呋喃甲醛是在美拉德反應第二階段中由Amadori 和Hyens 化合物發生1，2-烯醇化反應，釋放氨基，進一步降解脫掉一分子水后環化生成的[27]；甲基吡嗪和2，5-二甲基-吡嗪是在Strecker 降解過程中，α-氨基酮的自動縮合或與其它氨基酮縮合反應而來。吡嗪分子結構中的碳骨架則是來自于美拉德反應中碳水化合物的降解，而氮原子則可能來源于氨基酸[28，29]。這可能與HPO 在壓榨工藝之前對大豆籽粒采取了高溫炒制與烘烤處理有關。Siegmund等[30]的研究表明高溫烘焙過程中生成的烷基化吡嗪和2-乙?；量┯兄谀瞎献延偷膱怨秃姹猴L味的形成。Ho 等[31]的研究中也表明棕櫚油中含有的吡嗪類化合物是在油料的加熱處理過程中產生的。EO 在加工過程中經歷了較為復雜的精煉環節，其中脫臭環節的高溫和真空處理對風味物質的影響較大，會損失一些風味閾值較低的吡嗪類化合物[23]，導致油脂整體風味中烘焙味較弱，這與檢測結果相吻合。EO 中特有關鍵風味物質戊醛、3-壬烯-2-酮、（E，Z）-2，6-壬二烯醛的產生可能是因為精煉過程的熱處理導致油脂中生成一些不飽和脂肪酸，而這些不飽和脂肪酸的雙鍵被氧化又會生成性質不穩定的氫過氧化物，在高溫下分解成醛類和酮類等二級氧化產物[32-34]，從而導致EO 與HPO、CPO 的風味物質組成存在較大的差異。綜合上述分析，EO、HPO 和CPO 的整體風味差異較大，表明加工方式對大豆油風味產生了明顯的影響。

圖4 EO、HPO、CPO 中關鍵風味物質差異韋恩圖（a）和分子結構圖（b）Fig. 4 Venn diagram（a）and molecular structure chart（b）of key flavour substance differences in EO，HPO and CPO

2.3 電子鼻與GC-MS 檢測結果的相關性分析

采用PLSR 分析電子鼻與GC-MS 檢測結果的關聯性。如圖5 所示，紅色為電子鼻傳感器的響應值，藍色為GC-MS 檢出的揮發性化合物。

圖5 電子鼻傳感器響應值與GC-MS 檢出揮發性物質的相關性PLSR 圖Fig. 5 PLSR plot of the correlation between E-nose sensor response values and volatile compounds detected by GC-MS

傳感器響應值與GC-MS 檢測結果的總方差分別為82%和85%，因此PLSR 能夠較好的解釋2個變量之間的關系。電子鼻和GC-MS 檢測結果之間的關系可以采用它們在圖中的位置進行說明。位于兩個橢圓間的揮發性物質被認為與電子鼻的檢測結果相關。小橢圓內部的揮發性物質則與電子鼻檢測結果的關聯性較差。從整體上看，EO、HPO 和CPO 樣品中的大多數風味物質存在于兩個橢圓之間，這表明電子鼻與GC-MS 檢測結果之間存在較好的相關性。

傳感器W1C、W3C、W5C 位于因素1 和因素2 的正區域，與醇類、醛類、酮類和烷類等揮發性物質均有正相關性。這一區域包含（E，E）-2，4-癸二烯醛（13）、（E）-2-壬烯醛（11）、1-辛醇（24）、（E）-2-辛烯醛（8）、2-庚酮（48）、3，5-辛二烯-2-酮（52）、十二烷（79）和十四烷（82）等揮發性物質。

傳感器W1W、W5S 位于因素1 負區域和因素2 正區域，與壬醛（9）、十七烯酸（37）、乙二醇二乙酯（47），雜環類化合物例如2，5-二甲基-呋喃甲醇（71）、2-甲基-二氫呋喃酮（77）和吡咯（74），以及酚類化合物例如5-乙烯基-2-甲氧基-苯酚（84）等呈正相關關系。

傳感器W1S、W2S、W6S 位于因素1 和因素2的負區域，與2-乙基-3-甲基-2-環戊烯酮（49）、3-辛醇（21）和（E）-9-十八碳烯酸（33）等化合物存在一定程度的正相關性。

傳感器W2W、W3S 位于因素1 正區域和因素2 負區域，與1，3-壬二烯（62）、3-甲基-1，6-庚二烯-3-醇（29）、庚醛（5）、戊醛（1）、1-壬烯-4-醇（25）以及萜類化合物例如α-側柏烯（40）和4-蒈烯（39）等呈正相關性。綜合上述結果，采用電子鼻和GC-MS 的協同分析能夠鑒定不同加工方式大豆油的風味。

3 結論

本研究采用電子鼻與HS-SPME/GC-MS 相結合的方法對不同加工方式大豆油的風味進行研究。表明EO、HPO 和CPO 的風味物質存在較大差異。在3 種大豆油樣品中，GC-MS 共檢測出86 種揮發性風味物質；通過計算OAV 值確定EO 的關鍵風味物質中存在較多的醛類和酮類化合物，其中具有漿果味和辛辣味的3-壬烯-2-酮對油脂風味的影響很大，HPO 的關鍵風味物質中含有較多的雜環類化合物例如2，5-二甲基-吡嗪，使油脂具有烘焙和堅果風味，CPO 的風味受醛類物質影響較大，與天然油脂的風味相近，具有清新的、綠色植物味。另外，PLSR 表明電子鼻與GC-MS 檢測結果之間具有較好的相關性。這些結果表明加工方式對大豆油的揮發性物質組成以及風味特性有明顯的影響。