压榨和精炼核桃油挥发性成分的比较及其电子鼻判别

周 晔，樊 玮，张俊佩，裴 东

(1.中国林业科学研究院 林业研究所，林木遗传育种国家重点实验室，国家林业局林木培育重点实验室，北京100091；2.中国林业科学研究院 林木遗传育种国家重点实验室，北京100091)

检测分析

压榨和精炼核桃油挥发性成分的比较及其电子鼻判别

周 晔1,2，樊 玮2，张俊佩1,2，裴 东1,2

(1.中国林业科学研究院 林业研究所，林木遗传育种国家重点实验室，国家林业局林木培育重点实验室，北京100091；2.中国林业科学研究院 林木遗传育种国家重点实验室，北京100091)

利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)结合电子鼻技术，从挥发性成分和整体气味两方面对冷榨、热榨和精炼核桃油进行了差异分析。结果表明：冷榨、热榨和精炼核桃油共有的挥发性成分中醛酮类占较大比例，相对含量分别为18.83%、 21.86%和50.13%，其中又以己醛的相对含量最高；冷榨油的特异性挥发成分是酯类和萜类化合物，可能是核桃仁/油原始风味的基础物质；热榨油中吡嗪类等杂环类化合物相对含量最高，达42.95%；同时糠醛的生成表明Maillard反应的存在及戊糖组分对热榨油风味的重要影响；精炼油中挥发性成分以脂肪酸氧化产物醛酮类物质为主，核桃仁/油原始风味成分和Maillard风味成分在精炼后损失严重；基于挥发性成分的主成分分析和电子鼻检测结果一致，均能对3种核桃油进行有效区分。因此，可利用GC-MS结合电子鼻，从特征挥发性成分和整体气味两个方面对核桃油进行工艺控制和品质评价。

核桃油；挥发性成分；风味；电子鼻

核桃油不饱和脂肪酸含量丰富，ω-6和ω-3配比合理，且含有黄酮、生育酚等多种生物活性物质，具有较高的营养价值和医学功效[1]。目前，我国核桃产量位居世界第一。作为重要的木本油料树种，核桃产业的发展已成为国家粮油发展战略规划的重要组成部分。而核桃油生产工艺的完善和品质特性的提升，不仅有利于木本油料产业的发展，更能缓解我国食用油原料对外依存度过高的现状[2]。

气味是食品风味的典型特征之一，是判断食品品质及质量优劣的重要指标。挥发性成分则是气味产生的基础，其形成与生产工艺密切相关[3]。冷榨油营养成分保留高，但气味清淡；热榨油具有明显的烤坚果味，但其后续的精炼处理也会影响最终气味。而利用这些气味变化及相应的挥发性成分组成差异，可以为核桃油生产中风味品质的控制或改良提供依据。

挥发性成分分析通常采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术，可对样品中挥发性成分的具体种类和含量进行检测。而电子鼻则利用传感器模拟嗅觉以评价样品的整体风味[4]。两者相结合便可通过检测气味变化对油脂进行质量控制[5]。因此，本文利用GC-MS对冷榨、热榨和精炼核桃油中的挥发性成分进行了分离鉴定；进而通过电子鼻，基于整体气味对3种不同核桃油进行了比较区分，以期从微观(挥发性成分)和宏观(整体气味)两方面为核桃油的品质控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

核桃品种为“大姚”，于2015年9月下旬采收自云南省大姚县三台镇。经脱青皮、清洗、干燥处理后，筛选出大小、形状近似的坚果。再经人工破壳，选取大小一致、核仁饱满、内种皮呈浅黄色的1/2仁作为处理和压榨原料。

凹凸棒土，食品级；氢氧化钠等均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

DHG-9203A电热鼓风干燥箱；DZF-6021真空干燥箱；QYZ-230型全自动液压榨油机，山东省泰安市良君益友机械有限公司；Agilent 7890A-5975C 气相色谱质谱联用仪，美国安捷伦科技有限公司；DVB/CAR/PDMS萃取头，美国Supelco公司；PEN3电子鼻，德国AIRSENSE公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冷榨核桃油的制备

将500 g核桃仁用纱布包好后置于榨油机料筒中，调节压力至50 MPa，压榨10 min。毛油经8 000 r/min离心15 min后，得到冷榨核桃油样品。

1.2.2 热榨核桃油的制备

将500 g核桃仁平铺于烤盘中，于150℃烘箱中烘烤35 min[6]。待核桃仁冷却至室温后，用纱布包好置于榨油机料筒，调节压力至50 MPa，压榨10 min。毛油经8 000 r/min离心15 min后，得到热榨核桃油样品。

1.2.3 精炼核桃油的制备

取1.2.2所得热榨核桃油样品200 mL，在加水量3%、搅拌速度60 r/min、温度60℃下水化脱胶30 min；碱液质量分数10%、搅拌速度50 r/min、温度55℃下脱酸25 min；凹凸棒土1%、搅拌速度55 r/min、温度65℃下脱色60 min；真空度0.09 MPa、温度85℃下干燥30 min得到精炼核桃油样品[7]。

1.2.4 挥发性成分的萃取

准确称取5.0 g核桃油样品置于20 mL顶空瓶中，盖紧密封后于50℃孵育10 min。利用CTC-PAL自动进样器，将老化的DVB/CAR/PDMS萃取头插入顶空瓶上空，50℃下萃取30 min。立即插入进样口在250℃下解吸1 min进行GC-MS分析。

1.2.5 GC-MS分析

GC条件：HP-INNOWAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气(He)流速1 mL/min；升温程序为初温40℃，保持3 min，以4℃/min升温至220℃，保持5 min；不分流进样。

MS条件：电子轰击(EI)离子源; 电子能量70 eV; 传输线温度280℃ ；离子源温度 230℃，四级杆温度150℃；质量扫描范围(m/z)33～650。

化合物分析：将化合物谱图检索结果与NIST2.0谱库相匹配，仅报道匹配度大于80%的结果。采用峰面积归一化法计算各成分的相对含量。结合文献对所得结果进行分析比较。

1.2.6 电子鼻判别

称取1.0 g核桃油样品置于20 mL顶空瓶，盖紧密封后常温条件下平衡10 min。利用PEN3电子鼻进行测定，具体参数为：样品测定间隔时间1s；样品准备时间5 s；样品测试时间60 s；测量计数时间 1 s；清洗时间180 s；自动调零时间10 s；内部流量和进样流量300 mL/min。数据选取时间段47～51 s，每个处理重复测定3次。利用WinMuster软件进行主成分分析(PCA)及区分度(DP)计算。

2 结果与分析

2.1 冷榨、热榨及精炼核桃油挥发性成分GC-MS鉴定结果

3种核桃油样品的挥发性成分鉴定结果如表1所示。

表1 3种核桃油挥发性的组成及来源分析

注：“-”表示未检出。

由表1可知，鉴定出的挥发性物质共包括醇类、醛酮类、酯类、羧酸类、杂环类和萜类六大类。不同核桃油中，各类物质的组成和相对含量差异明显。冷榨油中鉴定出13种化合物，其中醛酮类、醇类的相对含量较高，分别占18.83%、15.88%；热榨油中鉴定出38种化合物，杂环类的相对含量(42.95%)显著高于其他类化合物；精炼油中鉴定出26种化合物，以醛酮类(50.13%)为主。

2.2 冷榨、热榨及精炼核桃油挥发性成分的分析

2.2.1 共性分析

3种核桃油中，醛酮类物质均占较大比例，在冷榨、热榨和精炼油中相对含量分别为18.83%、21.86%和50.13%。己醛是3种核桃油共有的最主要的醛酮类物质，在冷榨、热榨和精炼油中的相对含量分别为15.54%、10.66%和34.86%。醛酮类物质主要来自脂肪酸氧化一级产物氢过氧化物的分解，而己醛主要来自核桃油中亚油酸的氧化[14]。在未经烘烤的核桃仁中，己醛同样是相对含量最高的挥发性成分[10]。

2.2.2 特征性分析

冷榨油挥发性成分中，检测到一定比例的酯类和萜类化合物，即乙酸乙酯、乙酸丁酯、β-蒎烯和D-柠檬烯。四者均为常见的天然香气成分。其中，乙酸乙酯和乙酸丁酯具有果香味；β-蒎烯和D-柠檬烯主要存在于天然精油中，主要呈松节油香和柑橘香。这4种挥发性成分主要存在于冷榨油中，在热榨油和精炼油中不存在或者相对含量很小。Elmore等[10]在进行核桃仁挥发性成分研究中，也鉴定出乙酸丁酯、β-蒎烯、D-柠檬烯几种物质。因此，这些化合物可能是核桃仁/油原始风味的基础物质之一，而冷榨法则较好地保留了这些成分。

热榨油中最显著的特征是杂环类化合物的大量生成。其中以吡嗪类的种类最多，共鉴定出9种，这些吡嗪类物质具有典型的坚果焙烤香气，是花生油、芝麻油等热榨植物油中特征香气的主要贡献物质，因此可利用其作为优化坚果焙烤条件的重要指标[15-16]。包括吡嗪类在内的杂环化合物主要来自烘烤过程中的Maillard反应。热榨油中占较大比例的糠醛(相对含量为26.48%)也证明了Maillard反应的发生。糠醛是Maillard反应初始阶段，氨基酸与还原糖(戊糖)的反应产物经Amadori重排及2，3-烯醇化所生成。 这也表明，在热榨工艺中，核桃仁中的戊糖组分对Maillard反应的发生具有重要影响。因而，明确核桃仁中戊糖的种类与含量，可以为筛选易于发生Maillard反应、适宜热榨的核桃品种提供依据。

精炼油中，醛酮类物质所占的比例达50.13%，显著高于其他两种油；同时，精炼油中，吡嗪类等Maillard风味成分以及酯类等原始风味成分几乎全部损失。这也证明精炼对核桃油挥发性成分具有双重影响。一方面，精炼导致了过氧化物的分解，从而形成更多的醛酮类物质。Long等[17]发现，随着活性白土用量增加和脱色时间的延长，茶油中过氧化值不断减小，而其挥发性成分总量增加，其中醛酮类物质增加最多；另一方面，精炼会对其他非脂肪酸来源的风味成分造成破坏。浓香葵花籽油在精炼脱臭后香味消失殆尽[18]。精炼油中挥发性成分几乎全部来自于脂肪酸的氧化。

2.3 冷榨、热榨及精炼核桃油挥发性成分的主成分分析

对鉴定所得挥发性成分进行PCA主成分分析，结果如图1所示。

注：a.得分图；b.载荷图。

由图1可知，两个主成分PC1和PC2的贡献率分别达到61.09%和38.09%，说明利用这两个主成分可较全面地解释原变量的信息。由图1a可知，不同核桃油样品经主成分分析后可被很好地区分开。其中热榨油与冷榨油及精炼油的PC1值相差较大，说明可利用PC1将热榨油与其他两种油区分开；精炼油与冷榨油的PC2值相差较大，说明两者间可通过PC2进行区分。进一步由图1b可知，与PC1相关性绝对值较大的化合物编号为2、3、10、26～39，可利用这几种挥发性成分将热榨油与其他两种油区分开来；与PC2相关性绝对值较大的化合物编号为5、12、24，利用这几种挥发性成分可将冷榨油与精炼油区分开来。

2.4 冷榨、热榨及精炼核桃油整体气味的电子鼻判别

运用电子鼻对3种核桃油的气味轮廓进行采集, 依据传感器响应值进行主成分分析和区分度计算，结果分别如图2和表2所示。

图2 核桃油风味PCA主成分分析结果

样品热榨油精炼油冷榨油冷榨油0.969热榨油0.952精炼油0.922

由图2、表2可知，利用电子鼻能够对不同核桃油的整体风味进行有效判别效果，且样品间的区分度较高。因此，在核桃油生产中，可利用电子鼻实现利用标准样品对未知样品的质量控制。在花椒油生产的品控环节上电子鼻的适用性得到证明[19]。相较于GC-MS分析，电子鼻判别更为简单、快速，并且便于实行在线监控。

3 结 论

(1)冷榨、热榨和精炼核桃油中的挥发性成分组成具有一定共性。三者共有的挥发性成分中，以己醛为主的醛酮类物质的相对含量较高；醇类物质在3种油也均有分布，在冷榨油中相对含量较高。

(2)冷榨、热榨和精炼核桃油中的挥发性成分组成也具有差异性。冷榨油含有一定量的酯类和萜类化合物，可能是核桃仁/油原始风味的基础物质；热榨油中以杂环类化合物为主，而糠醛的大量存在证明Maillard反应的发生及戊糖组分对热榨风味的重要影响。精炼油中挥发性成分则以脂肪酸氧化产物醛酮类物质为主。

(3)主成分分析结果显示，正戊醇、正己醇、庚醛和杂环类化合物可用于区分热榨油与其他两种核桃油，正丁醛、辛醛、壬酸可用于区分冷榨油与精炼油。同时，电子鼻检测结果显示，3种油在整体气味上存在明显差异，彼此间区分度均在0.9以上。因此，利用GC-MS结合电子鼻，可从特征挥发性成分和整体气味两个方面对核桃油生产进行工艺控制和品质评价。

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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

国家“十二五”科技支撑计划课题(2013BAD14B01)

周 晔(1987)，男，在读博士，研究方向为木本油料加工技术(E-mail)mangolovingman@126.com。

裴 东，研究员(E-mail)peigu@caf.ac.cn。

1003-7969(2017)02-0130-06

TS225.1;TQ646

A