趙澤偉，丁筑紅*，顧苑婷，丁小娟

（貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025）

薏苡仁是1 a生或多年生的禾本科植物薏苡（Coix lacryma-jobi L. var. mayuen (Roman.) Stapf）的干燥成熟種仁，我國大部分省份均有種植[1]。薏苡仁油是薏苡仁中重要活性物質(zhì)，主要為甘油三酯類、薏苡仁酯、脂肪酸類等化合物[2-3]，其中不飽和脂肪酸油酸和亞油酸質(zhì)量分數(shù)分別達到31.42%和47.38%，并具有抗癌作用[4]。然而，薏苡仁油中高不飽和脂肪酸容易水解或氧化產(chǎn)生氫過氧化物和自由基，再進一步形成短鏈脂肪酸和具有揮發(fā)性的醛類、酮類、醇類、酸類、碳氫類、呋喃酮、內(nèi)酯等化合物[5-6]，導致油脂品質(zhì)及風味劣變，并帶來安全隱患[7]，成為薏苡仁資源開發(fā)利用面臨的關(guān)鍵共性問題。目前，國內(nèi)外薏苡仁油的研究主要關(guān)注油脂提取技術(shù)與藥理作用等，而油脂氧化方面鮮見報道。

氣味是評價油脂質(zhì)量的重要指標[8]，而固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)廣泛用于氧化與未氧化植物油和水包油乳液的揮發(fā)性物質(zhì)檢測[9-11]。SPME-GC-MS結(jié)合電子鼻風味分析能更好地區(qū)分油脂的風味化合物的特征差異[12]。本實驗通過SPME-GC-MS與電子鼻分析手段，結(jié)合線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）探討薏苡仁油加速氧化期間揮發(fā)性氧化產(chǎn)物變化規(guī)律及薏苡仁油揮發(fā)性風味成分，為科學合理控制薏苡仁油氧化提高其品質(zhì)穩(wěn)定性提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

薏苡仁油購自廣州合誠三先生物有限公司，采用超臨界CO2萃取，100%純天然，無農(nóng)殘，無溶劑殘留，呈淡黃色液體，氣、味微甜。

酚酞、95%乙醇溶液、氫氧化鉀、乙醚、異丙醇、冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HP6890/5975C GC-MS聯(lián)用儀、FB-5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國安捷倫公司；手動SPME進樣器、2 cm-50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取纖維美國Supelco公司；PEN3便攜式電子鼻 德國Airsense公司；BGZ-246電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料處理

采用烘箱加熱加速氧化實驗[13]，分別將70 mL薏苡仁油置于玻璃皿中，放入（60±1）℃的烘箱中連續(xù)加熱氧化30 d，每隔12 h對其進行攪拌，并更換其在烘箱中的位置，每隔5 d取樣分析。

1.3.2 理化指標測定

過氧化值的測定：參考GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》[14]中的滴定法；酸價的測定：參考GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》[15]中的冷溶劑指示劑滴定法。

1.3.3 薏苡仁油揮發(fā)性化合物SPME-GC-MS檢測

SPME條件：稱取1 g薏苡仁油置于10 mL采樣瓶中，60 ℃加熱處理隨后插入2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMS纖維頭的手動進樣器，頂空萃取40 min后，移出萃取頭并立即插入GC進樣口（溫度250 ℃）中，熱解吸5 min進樣。

GC條件：FB-5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：柱溫40 ℃，保持4 min，以2 ℃/min升溫至110 ℃，再以10 ℃/min升溫至280 ℃；運行時間56 min；汽化室溫度250 ℃；載氣為高純He（99.999%）；柱前壓7.62 psi；載氣流量1.0 mL/min；不分流進樣；溶劑延遲時間1 min。

MS條件：電子電離源；離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV；發(fā)射電流34.6 μA；質(zhì)量掃描范圍29～500 u。

定性定量分析：對總離子流圖中各峰經(jīng)質(zhì)譜計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索、人工解析圖譜及與NIST 2005和Wiley 275質(zhì)譜庫匹配，并參考有關(guān)文獻定性確定化合物，用峰面積歸一化法確定各化學成分的相對含量。

1.3.4 電子鼻檢測

準確稱取2 g薏苡仁油，放入10 mL樣品瓶，靜置1 h后進行電子鼻分析，采用頂空吸氣法，手動單樣品進樣，直接將進樣針頭插入樣品瓶，完成一次檢測后系統(tǒng)進行清零和標準化。

檢測參數(shù)：樣品準備時間5 s、檢測時間80 s、測量計數(shù)1 s、自動調(diào)零時間5 s、清洗時間300 s、內(nèi)部流量400 mL/min，進樣流量400 mL/min[16]。

1.3.5 相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）測定

參照文獻[17]ROAV法評價各揮發(fā)性風味化合物對薏苡仁油總體風味的貢獻程度，確定關(guān)鍵風味物質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2017和Excel 2016軟件對實驗數(shù)據(jù)處理制圖，用SPSS 22軟件中Duncan檢驗法進行差異顯著性分析，P＜0.05，差異顯著。利用電子鼻自帶的Win Muster軟件進行LDA。

2 結(jié)果與分析

2.1 薏苡仁油氧化期間過氧化值及酸價變化分析

圖1 加速氧化期間薏苡仁油過氧化值和酸價變化情況Fig. 1 Changes in peroxide value and acid value of coix seed oil during accelerated oxidation

從圖1可以看出，薏苡仁油在60 ℃烘箱中氧化30 d時，過氧化值逐漸增加。在氧化初期，過氧化值增長趨勢較平緩，屬低度氧化階段，15 d后開始加速增長進入中度氧化階段。25 d時油脂過氧化值達到最大，為319.193 mmol/kg，之后則略有降低，可能因油脂此時過氧化物自身不穩(wěn)定，在產(chǎn)生過氧化物的同時伴隨二級氧化反應形成醛、酮、酸及環(huán)氧化物等二級氧化產(chǎn)物，當過氧化物的分解速率大于形成速率時，過氧化值可能出現(xiàn)降低趨勢。在氧化初始階段，薏苡仁油酸價為5.334 mg/g，隨著氧化時間的延長，薏苡仁油中不飽和脂肪酸在較高溫度下發(fā)生氧化分解產(chǎn)生醛、酮等成分外，還形成短鏈揮發(fā)性脂肪酸甲酸、乙酸、丙酸等，使其酸價不斷升高[18]，在20 d后呈現(xiàn)出顯著升高的趨勢（P＜0.05），30 d時趨于平緩，此時油脂品質(zhì)劣變最嚴重?？梢姡訜峒铀傺趸瘜嶒災茌^好地反映油脂品質(zhì)劣變過程，這與曹君[19]研究結(jié)果相一致。但與肖小年等[20]對薏苡仁油氧化的研究有較大差別，這可能與油脂氧化方式不同有關(guān)。

2.2 薏苡仁油氧化期間揮發(fā)性化合物SPME-GC-MS分析

圖2 薏苡仁油氧化期間揮發(fā)性成分總離子流圖Fig. 2 Total ion current chromatograms of volatile components during oxidation of coix seed oil

表1 薏苡仁油氧化期間揮發(fā)性物質(zhì)SPME-GC-MS結(jié)果Table 1 Major volatile compounds identi fi ed from coix seed oil by SPME-GC-MS

續(xù)表1

如圖2、表1所示，剔除萃取頭過度受熱產(chǎn)生的少量硅氧烷類雜質(zhì)峰，采用SPME-GC-MS分析鑒別出樣品揮發(fā)性物質(zhì)共74 種，主要包括醛類（23 種）、酮類（8 種）、酸類（4 種）、醇類（7 種）、酯類（5 種）、烷烴類（24 種）、雜環(huán)類（3 種）。

在新鮮油中，醛類物質(zhì)相對含量達到84.848%，包括13 種不飽和醛（64.064%）和7 種飽和醛（20.784%）。其中，(E)-2-壬稀醛（30.760%）＞己醛（17.103%）＞(E)-2-癸烯醛（8.405%）＞(E,E)-2,4-癸二烯醛（6.766%）＞(E,Z)-2,4,-癸二烯醛（4.383%）＞(E)-2-辛烯醛（3.946%）＞(E)-2-庚烯醛（3.924%），這與Tura等[21]采用SPME-GC-MS分析得出醛類為橄欖油主要的揮發(fā)性結(jié)果相似。酸類、醇類、酮類物質(zhì)相對含量分別為2.394%、1.140%、1.137%。

新鮮油在60 ℃烘箱中加速氧化30 d后，醛類物質(zhì)相對含量減少，為73.815%，其中(E)-2-壬稀醛相對含量減少了30.145%，飽和醛相對含量為35.56%，較新鮮油增加了14.776%，這可能是由于薏苡仁油加速氧化期間飽和醛積累，不飽和醛類進一步氧化成小分子醛和二醛[22]，同時導致酸類化合物的相對含量增加8.865%，其中乙酸和己酸相對含量與氧化時間呈正相關(guān)，己酸相對含量增加了9.116%，可能是由己醛和2,4-癸二烯醛進一步氧化分解產(chǎn)生[23]，占酸類化合物總量的84.6%，這與油脂過氧化值、酸價在加速氧化后期逐漸增大結(jié)果相吻合[18]，并與油脂氧化后期酸敗味嚴重相一致；加速氧化后油脂醇類物質(zhì)相對含量增加5.286%，醇類衍生自脂肪酸的次級氫過氧化物的降解或羰基化合物的還原[24]。飽和醇1-戊醇是薏苡仁油氧化過程中含量最高的醇類，衍生自亞油酸基團，閾值較高，對氧化薏苡仁油風味貢獻較小。不飽和醇1-辛烯-3-醇相對含量達到1.427%，其閾值較低，對風味影響較大。2-正戊基呋喃是樣品氧化期間檢測的主要烷基呋喃，對薏苡仁油的風味有重要貢獻。

2.3 薏苡仁油關(guān)鍵風味化合物的ROAV分析

表2 薏苡仁油中呈味物質(zhì)及其ROAVTable 2 Taste-active substances and their ROAV in coix seed oil

采用ROAV篩選樣品總體風味貢獻組分結(jié)果，見表2。通常情況下，ROAV≥1，組分為所分析樣品的關(guān)鍵風味化合物，ROAV越大的組分對樣品總體風味的貢獻越大，0.1≤ROAV＜1，組分對樣品的總體風味具有重要的修飾作用[25]。

新鮮油中(E)-2-壬稀醛相對含量最高，且閾值0.08 μg/kg較小，綜合呈味分析其對新鮮薏苡仁油的總體風味貢獻最大，定義其ROAVstan為100；30 d氧化油中定義1-辛烯-3-酮的ROAVstan為100。由表2可知，新鮮油中，有6 種揮發(fā)性物質(zhì)ROAV不小于1，其貢獻度大小為：(E)-2-壬稀醛（100）＞(E,E)-2,4-癸二烯醛（25.14）＞(E)-2-癸烯醛（7.29）＞(E,Z)-2,6-壬二烯醛（6.01）＞1-辛烯-3-酮（3.43）＞癸醛（1.12）；己醛、2-正戊基呋喃、辛醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、1-辛烯-3-醇等對樣品總體風味具有重要修飾作用（0.1≤ROAV＜1）。醛類一般產(chǎn)生較好的風味，呈現(xiàn)油脂味、堅果味和青草味，多數(shù)醛類對油脂風味起積極貢獻作用[28-29]。(E)-2-壬稀醛具有青香、脂香、西瓜樣品味，己醛呈現(xiàn)出青草香味，是亞油酸一級氧化產(chǎn)物，(E,E)-2,4-癸二烯醛具有脂香、青香、土豆樣氣味，賦予新鮮油青草氣味、油脂味、西瓜樣品味。呋喃類化合物大多是亞油酸氧化產(chǎn)生，氧化期間均檢測出2-正戊基呋喃，因其閾值較低，對薏苡仁油貢獻了一定的蔬菜香、泥土味。

30 d氧化油中，有9 種揮發(fā)性物質(zhì)ROAV不小于1，其貢獻度大小為：1-辛烯-3-酮＞(E,E)-2,4-癸二烯醛＞(E)-2-癸烯醛＞癸醛＞(E)-2-壬稀醛＞壬醛＞辛醛＞己醛＞(E)-2-辛烯醛；庚醛、(E)-2-庚烯醛、2-正戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、正戊醛等物質(zhì)對30 d氧化油具有重要的修飾作用。與新鮮薏苡仁油相比，氧化薏苡仁油中檢測出的辛醛、己醛、壬醛、庚醛、1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、己酸、2-正戊基呋喃等化合物相對含量均增加，ROAV均增大，對氧化薏苡仁油酸敗味的貢獻產(chǎn)生較強的影響。新鮮油和氧化油共有的關(guān)鍵風味化合物有1-辛烯-3-酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E)-2-壬稀醛、癸醛。

研究表明，壬醛、己醛、戊醛等化合物與油脂酸敗味高度相關(guān)[30]。飽和直鏈醛通常呈現(xiàn)出令人不愉快的、辛辣的、刺激性氣味[31]。庚醛具有強烈和不愉快的油脂刺鼻氣味[32]。己醛高濃度時有酸敗、令人作嘔的氣味，1-辛烯-3-醇是亞油酸氫過氧化物的次級產(chǎn)物，呈現(xiàn)出土腥味、蘑菇味[33]，其氧化產(chǎn)物1-辛烯-3-酮具有強烈的蘑菇香和金屬味；己酸等中短鏈脂肪酸具有較為強烈的酸腐味[34]。這些小分子化合物可能是薏苡仁油氧化劣變的重要物質(zhì)，產(chǎn)生酸敗味的來源[35]。

2.4 薏苡仁油電子鼻檢測及揮發(fā)性成分分析

圖3 不同氧化時間薏苡仁油揮發(fā)性氣味雷達圖Fig. 3 Radar map of volatile odors of coix seed oil with different oxidation times

研究表明，電子鼻技術(shù)對油脂的分類具有較高的可信度和準確性[36-37]，可以對氧化油進行區(qū)分。圖3可直觀比較電子鼻對不同氧化時間薏苡仁油響應值的差異，可以看出，R1、R3、R4、R5、R6、R8、R10傳感器對樣品的響應值較小，而R2、R7、R9傳感器對不同氧化時間薏苡仁油的響應值最大，對氮氧化物、氫氧化合物、甲烷、硫化物和芳香成分靈敏[38]，PEN3電子鼻系統(tǒng)較好地區(qū)分油脂樣品間揮發(fā)性物質(zhì)的差異。

圖4 不同氧化時間薏苡仁油LDA圖Fig. 4 LDA score plot of coix seed oil with different oxidation times

由圖4可見，第1主成分和第2主成分的貢獻率分別為66.70%和25.54%，總貢獻率為92.24%。7 種樣品數(shù)據(jù)點互不重疊，區(qū)別明顯，說明LDA能夠很好地區(qū)分不同氧化時間薏苡仁油的揮發(fā)性風味。從樣品的距離看，新鮮油與氧化油之間的距離較遠，從兩兩之間的距離對比可知，20、25 d和30 d氧化油的距離更為接近，說明三者間風味接近，可以歸為一類，這與過氧化值和酸價的變化趨勢相一致，與GC-MS分析揮發(fā)性成分結(jié)果基本一致。LDA考慮了種間差異及組內(nèi)點集中程度，并將其最大化[39]，故判別效果較好，這一結(jié)果與Xu Lirong等[16]對氧化與未氧化植物油的研究結(jié)果相一致。

3 結(jié) 論

利用SPME-GC-MS、電子鼻及LDA得出，薏苡仁油在60 ℃加速氧化期間的特征揮發(fā)性風味物質(zhì)主要為醛類、酮類、醇類化合物。新鮮油與氧化油的各類揮發(fā)性化合物的相對含量均有差異，新鮮薏苡仁油中醛類物質(zhì)相對含量達到84.848%，以不飽和醛類化合物居多，酸類、醇類、酮類物質(zhì)相對含量分別為2.394%、1.140%、1.137%。隨著氧化時間的延長，醛類物質(zhì)相對含量逐漸減少，第30天時醛類物質(zhì)相對含量減少11.033%，醇類、酸類物質(zhì)逐漸增多，油脂品質(zhì)劣變嚴重。新鮮薏苡仁油的關(guān)鍵風味化合物及按貢獻度從大到小依次為(E)-2-壬稀醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、1-辛烯-3-酮、癸醛，共同賦予新鮮薏苡仁油青草氣味、油脂味、西瓜樣品味；30 d氧化薏苡仁油關(guān)鍵風味化合物依次為1-辛烯-3-酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、癸醛、(E)-2-壬稀醛、壬醛、辛醛、己醛、(E)-2-辛烯醛，與新鮮油相比，新增壬醛、辛醛、己醛等小分子醛類關(guān)鍵風味化合物，初步判斷為致薏苡仁油氧化后期出現(xiàn)酸敗氣味的主要來源。電子鼻線性判別分析明顯區(qū)分新鮮油與氧化油以及氧化前期及后期風味物質(zhì)差異，為油脂氧化鑒別提供理論依據(jù)。