袁彬宏,陳亞淑,周 琦,,鄧乾春,
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所,油料脂質(zhì)化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,油料油脂加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430062;2.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢 430023)
亞麻(Linum usitatissimumL.)又稱胡麻,其主產(chǎn)區(qū)為加拿大、中國(guó)、印度、美國(guó)、埃塞俄比亞和俄羅斯等國(guó)家[1],是我國(guó)重要的特色油料作物。目前我國(guó)亞麻籽年產(chǎn)量穩(wěn)定在38~40萬(wàn) t,居世界第四,主要分布在華北和西北地區(qū),種植面積最大的省區(qū)是甘肅、內(nèi)蒙、山西和寧夏,產(chǎn)量最高的省區(qū)是甘肅、寧夏、陜西和內(nèi)蒙[2]。亞麻籽油中的脂肪酸主要包括油酸(13.44%~19.39%)、亞油酸(12.25%~13.44%)、α-亞麻酸(alphalinolenic acid,ALA)(39.00%~60.42%)、棕櫚酸(4.90%~8.00%)和硬脂酸(2.24%~4.59%)[3],亞麻籽油是ALA最主要的植物來(lái)源,具有降血壓、降血脂、抗炎等多種功效,被譽(yù)為“液體黃金”[4]。此外,亞麻籽油還含有豐富的生育酚和類胡蘿卜素,是一種具有保健作用的健康食用油[5]。
風(fēng)味是評(píng)價(jià)油脂品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[6],對(duì)于油脂而言,通常來(lái)說風(fēng)味是指具有揮發(fā)性的香氣或者異味,而不同的油脂則具有不同的風(fēng)味輪廓和屬性[7],例如菜籽油具有焙烤味、焦糖味、辛辣味等獨(dú)特風(fēng)味[8];橄欖油具有典型的清新果香;葵花籽油具有獨(dú)特的清香、堅(jiān)果味、焙烤味等氣味特征[9];花生油具有烤花生味、脂肪味和堅(jiān)果味[10];而亞麻籽油主要呈現(xiàn)青草味、海腥味、烤香味和堅(jiān)果味等。亞麻籽油一般采用壓榨制取,主要分為冷榨亞麻籽油和熱榨亞麻籽油,楊金娥等[11]研究表明,冷榨亞麻籽油帶有一種固有的清香氣味,熱榨亞麻籽油則帶有一種濃香烤香味。亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味形成的物質(zhì)基礎(chǔ)繁多,主要包括醛酮類、醇類、雜環(huán)類、酸類、脂類、烷烴類等,本文主要從分子感官科學(xué)的角度,重點(diǎn)介紹亞麻籽油風(fēng)味提取技術(shù)、分析和檢測(cè)方法,亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味的物質(zhì)基礎(chǔ)與呈香特征,以及亞麻籽原料產(chǎn)地品種、生產(chǎn)工藝、儲(chǔ)存等因素對(duì)亞麻籽油風(fēng)味形成的影響,旨在更深入地了解亞麻籽油的風(fēng)味特性,為獲得高品質(zhì)亞麻籽油產(chǎn)品提供科學(xué)基礎(chǔ)。
亞麻籽油因富含較高的不飽和脂肪酸而易被氧化,因此油脂風(fēng)味物質(zhì)的提取不同于其他食品,如何真實(shí)、完整、高效地提取揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是亞麻籽油風(fēng)味提取的重點(diǎn)和難點(diǎn)。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取方法主要包括靜態(tài)頂空萃取(static headspace extraction,SHS)、動(dòng)態(tài)頂空萃取(dynamic headspace extraction,DHS)、頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)和攪拌棒吸附(stir bar sorptive extraction,SBSE)技術(shù)等。HS-SPME結(jié)合氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS)技術(shù)是目前亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究中使用最廣泛的一種樣品制備和檢測(cè)技術(shù)[12],具有簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。亞麻籽油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)多以醛類、酮類、雜環(huán)類和醇類等物質(zhì)構(gòu)成,種類較為復(fù)雜。前人在利用固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)技術(shù)對(duì)亞麻籽油風(fēng)味進(jìn)行萃取時(shí),通常選擇二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS)材料的復(fù)合型萃取頭,DVB/CAR/PDMS因其帶有多孔顆粒聚合物涂層DVB,并且復(fù)合涂層中固定相涂層的高分子材料性質(zhì)不同,因此對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)吸附富集效果更佳[13-16]。以往研究一般將萃取溫度設(shè)定在40~60 ℃之間,因?yàn)闇囟冗^低會(huì)影響萃取效果,溫度過高又可能導(dǎo)致油脂氧化,造成一些物質(zhì)鑒定的假陽(yáng)性,因此亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的推薦萃取溫度應(yīng)低于50 ℃。除了HS-SPME吸附萃取以外,一些新的吸附萃取方式具有吸附表面積大、吸附物質(zhì)多,選擇強(qiáng)等特點(diǎn),例如SBSE是從液體樣品中萃取香味成分非常有效的方法,已成功應(yīng)用于果汁、茶葉等食品中,與SPME相似,其也是通過聚合物涂層吸附樣品分子的方式完成的[17],但是目前商業(yè)化的SBSE的吸附涂層只有DVB、CAR和PDMS這幾種單涂層,而亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較多,更適合DVB/CAR/PDMS材料的復(fù)合型涂層,未來(lái)復(fù)合涂層如果應(yīng)用于SBSE的方法上,或者采用順序攪拌子方式將單涂層逐一萃取,將會(huì)有利于將該方法拓展到亞麻籽油風(fēng)味研究的體系中。
除了頂空萃取外,液-液微萃取(liquid-liquid microextraction,LLME)和超臨界流體萃?。╯upercritical fluid extraction,SFE)技術(shù)也曾應(yīng)用于油脂風(fēng)味物質(zhì)的提取中,但是有機(jī)溶劑的使用可能會(huì)引入其他雜質(zhì),可能會(huì)改變食品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的原有性質(zhì)[18]。而溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(solvent assisted flavor evaporation,SAFE)技術(shù)是一種新型的風(fēng)味物質(zhì)提取分離技術(shù),對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的破壞較小,熱敏性風(fēng)味成分損失少,提取的風(fēng)味物質(zhì)更接近于真實(shí)樣品,既可以從高脂肪的食品基質(zhì)中獲取到較高得率的風(fēng)味物質(zhì),也可以應(yīng)用于提取乳制品、啤酒、橙汁、果漿等食品中的風(fēng)味物質(zhì)[12]。Yang Yini等[19]采用SAFE結(jié)合GC-O-MS對(duì)亞麻籽粉中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析,共鑒定出52 種氣味活性化合物,發(fā)現(xiàn)己醛、D-檸檬烯、1-己醇、β-水芹烯、α-水芹烯和壬醛具有青草、新鮮的薄荷氣味等特征,是亞麻籽粉中典型的風(fēng)味。Yin Wenting等[20]采用SAFE和HS-SPME提取葵花籽油中的揮發(fā)性化合物,并采用GC-O-MS技術(shù)和香氣提取物稀釋分析(aroma extract dilution analysis,AEDA)對(duì)香氣進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)SAFE方法萃取能進(jìn)一步補(bǔ)充HS-SPME萃取的不足??偠灾?,HS-SPME是目前應(yīng)用較多的技術(shù),同時(shí)SAFE亦可以作為新的提取手段應(yīng)用于亞麻籽油風(fēng)味的提取中。
揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分離檢測(cè)技術(shù)是風(fēng)味研究不可或缺的技術(shù)手段,主要有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、全二維氣相色譜(comprehensive two-dimensional gas chromatography,GC×GC)、氣相色譜-串聯(lián)四極桿質(zhì)譜(gas chromatography-tandem quadrupole mass spectrometry,GC-MS/MS)、氣相-離子遷移譜(gas phase-ion mobility spectrometry,GC-IMS)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)等。目前在亞麻籽風(fēng)味的分析檢測(cè)中GC-MS使用廣泛,Wei Changqing等[21]利用HS-SPME-GC-MS對(duì)不同焙炒程度的亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析,在不同的亞麻籽油中共檢測(cè)出69 種揮發(fā)性成分,并發(fā)現(xiàn)隨焙炒溫度升高而增多,然而不是所有揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)都有實(shí)際貢獻(xiàn),因此還需借助嗅聞技術(shù)才能進(jìn)一步明確其特征風(fēng)味化合物;于文龍等[16]運(yùn)用GC-O-MS技術(shù)對(duì)熱榨和冷榨工藝的亞麻籽油關(guān)鍵香氣成分進(jìn)行分析,分別檢測(cè)出16 種和14 種特征香氣成分。除了傳統(tǒng)的GC-O-MS技術(shù)外,全二維氣相色譜-嗅覺-質(zhì)譜(comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfaction-mass spectrometry,GC×GC-O-MS)技術(shù)可以在一維和二維分析模式之間切換,對(duì)于一維上的重疊峰可以再次進(jìn)行分離,實(shí)現(xiàn)二維分析條件下的嗅聞功能。例如Zhao Mu等[22]考慮到花椒香氣的復(fù)雜性,采用GC-MS對(duì)漢源花椒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和關(guān)鍵芳香活性成分進(jìn)行了研究,利用GC-O-MS共鑒定出72 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中28 種物質(zhì)具有風(fēng)味貢獻(xiàn),利用GC×GC-O-MS共鑒定出116 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中43 種具有風(fēng)味貢獻(xiàn),相對(duì)常規(guī)GC-O-MS能鑒定出更多的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。
另外,代謝組學(xué)是基于核磁共振、GC-MS、LC-MS、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜等技術(shù)手段發(fā)展起來(lái)的用于識(shí)別和量化生物系統(tǒng)中所有代謝產(chǎn)物的系統(tǒng)方法[23],在食品風(fēng)味領(lǐng)域主要用于確定非揮發(fā)性風(fēng)味前體物和追蹤反應(yīng)途徑,確定揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的貢獻(xiàn)度和建立預(yù)測(cè)模型等[12]。Zhang Dong等[24]采用脂質(zhì)組學(xué)方法對(duì)未焙炒和焙炒亞麻籽油的脂質(zhì)組變化進(jìn)行了對(duì)比分析,共鑒定出238 種單體脂質(zhì),通過生物信息學(xué)分析,確定了淺色和深色亞麻籽油中23 種結(jié)構(gòu)顯著不同的脂質(zhì),為了解焙炒工藝對(duì)亞麻籽油脂質(zhì)譜變化的影響提供了基礎(chǔ)。Hu Qian等[25]采用脂質(zhì)組學(xué)、風(fēng)味組學(xué)和模擬分析相結(jié)合的方法,比較了4 種植物油(棕櫚油、大豆油、菜籽油和亞麻籽油)在熱加工過程中的氧化產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)高棕櫚酸含量的植物油的潛在標(biāo)記物為十一烷烴、十二烷烴和2-己酮;高油酸含量的植物油的潛在標(biāo)記物為2-十一烯醛;而(E,E)-2,4-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮和3-壬烯-2-酮?jiǎng)t是高亞油酸含量植物油的潛在標(biāo)記物;高亞麻酸類植物油的潛在標(biāo)記物為1-戊烯-3-醇、(E)-2-丁烯醛、(E)-2-戊烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-乙基呋喃、2-戊酮和3-己烯-2-酮。Sun Jiayang等[26]采用超高液相色譜串聯(lián)四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜動(dòng)態(tài)檢測(cè)榛子油加速儲(chǔ)藏24 d過程中的脂質(zhì)組成,鑒定出103 種脂類中的10 個(gè)亞類,證實(shí)了儲(chǔ)藏對(duì)榛子油脂類的影響,并且基于生物信息學(xué)分析檢測(cè)出榛子油在儲(chǔ)藏過程中的7 個(gè)最重要的代謝途徑,闡明了榛子油的脂質(zhì)組成及儲(chǔ)藏對(duì)植物油脂質(zhì)組成的影響。就脂質(zhì)代謝組學(xué)而言,亞麻籽油富含多不飽和脂肪酸,在焙炒過程中,脂肪酸總含量會(huì)隨著焙炒溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著降低,其中油酸、亞油酸和ALA等不飽和脂肪酸的降解會(huì)產(chǎn)生(E)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-戊烯-3-醇等風(fēng)味物質(zhì),其中ALA降解對(duì)風(fēng)味形成的貢獻(xiàn)較大。最新研究表明磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、溶血磷脂酰膽堿含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì);甘油三酯(18∶3/18∶3/18∶3)和甘油三酯(18∶2/18∶3/18∶2)含量下降,而其他甘油三酯含量變化差異不明顯,氧化脂肪酸的含量先增加后減少,表明它們?cè)诒撼闯跗诜e累,后期隨著焙炒的進(jìn)行而降解,說明脂質(zhì)代謝物中有多種脂質(zhì)成分參與了亞麻籽油風(fēng)味的形成[23-24,27-28]。未來(lái)脂質(zhì)代謝組學(xué)用于亞麻籽油風(fēng)味的研究難度在于,首先關(guān)于亞麻籽原料的全脂質(zhì)組分析還有待進(jìn)一步挖掘,需要建立相關(guān)的脂質(zhì)代謝組學(xué)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),才能明晰脂質(zhì)氧化與亞麻籽關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)生成的關(guān)聯(lián);其次,脂質(zhì)代謝組學(xué)獲得的大量數(shù)據(jù),需要進(jìn)一步通過靶向代謝物的精準(zhǔn)定量進(jìn)行差異物的挖掘,將有助于理清前體物與風(fēng)味產(chǎn)物直接的量效與呈香之間的關(guān)系。最后,風(fēng)味組學(xué)、脂質(zhì)代謝組學(xué)等多組學(xué)的聯(lián)合分析也為更精準(zhǔn)地開展調(diào)控油脂風(fēng)味提供思路。
1.3.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定
揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的準(zhǔn)確鑒定往往通過4 個(gè)層面,即保留指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)品、嗅聞和質(zhì)譜。同時(shí),并不是所有化合物都對(duì)食品風(fēng)味有貢獻(xiàn),各風(fēng)味物質(zhì)的貢獻(xiàn)大小不僅取決于含量,還與其閾值有關(guān)[29]。通過比較各化合物對(duì)食物香氣的貢獻(xiàn)度,可以確定食品中的重要關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。當(dāng)氣味活性值(odor activity value,OAV)≥1時(shí),表示該化合物對(duì)物質(zhì)整體風(fēng)味有明顯貢獻(xiàn),即可判定為重要風(fēng)味化合物,且OAV越高,貢獻(xiàn)越大[30]。現(xiàn)今關(guān)于亞麻籽油閾值的測(cè)定并不是基于亞麻籽油基質(zhì)本身[16,31-33],所以亞麻籽油的閾值還需要進(jìn)一步測(cè)定,以期獲得更加準(zhǔn)確的OAV,從而有利于進(jìn)行關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的篩選。
關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)是食品復(fù)雜揮發(fā)物中的一小部分,但是決定了食品整體氣味。關(guān)于關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的鑒定方法主要包括香氣提取物稀釋分析法和動(dòng)態(tài)頂空稀釋分析(dynamic headspace dilution analysis,DHDA)法。AEDA法是氣相色譜嗅聞(gas chromatographyolfactometry,GC-O)檢測(cè)技術(shù)中比較常用的一種分析方法,通過逐步稀釋萃取物,然后再由一組經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的評(píng)價(jià)員對(duì)經(jīng)GC-O分析的每個(gè)稀釋度下的樣品進(jìn)行評(píng)價(jià),直到不能嗅聞出氣味為止,能夠被嗅聞到的最高稀釋值即為風(fēng)味化合物的風(fēng)味稀釋(flavour dilution,F(xiàn)D)因子,一般來(lái)說FD因子值越高說明其濃度越大或者其香味強(qiáng)度越大,屬于重要的風(fēng)味化合物[34];而DHDA是針對(duì)DHS設(shè)計(jì)的一種香氣稀釋分析方法,其結(jié)果可以直接反映氣味化合物對(duì)樣品風(fēng)味的貢獻(xiàn)。
1.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定量分析
風(fēng)味物質(zhì)的定量分析方法主要有面積歸一化法、內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法和穩(wěn)定同位素稀釋分析(stable isotope dilution analysis,SIDA)法。段旭林等[35]對(duì)濃香菜籽油、濃香花生油、濃香亞麻籽油的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析,并用峰面積歸一化法對(duì)匹配度不低于80的物質(zhì)進(jìn)行了定量,共檢測(cè)出66 種揮發(fā)性物質(zhì),其中濃香菜籽油35 種、濃香花生油8 種、濃香亞麻籽油32 種。劉國(guó)琴等[15]采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)熱榨和冷榨亞麻籽油中的醇類、醛類、酮類等揮發(fā)性物質(zhì)的含量及其占總揮發(fā)性物質(zhì)含量的比例進(jìn)行探討,發(fā)現(xiàn)冷榨亞麻籽油中醇類物質(zhì)含量相對(duì)較高,而熱榨亞麻籽油中醛類物質(zhì)含量相對(duì)較高。Yang Yini等[19]利用外標(biāo)法定量了亞麻籽粉中的33 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中有24 種化合物的OAV大于1。Matheis等[36]以分子感官科學(xué)的系統(tǒng)研究方法為基礎(chǔ),通過AEDA、GC-O-MS鑒定實(shí)驗(yàn),利用SIDA法對(duì)冷榨菜籽油中關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了定量,該方法是采用與待測(cè)物具有相同分子結(jié)構(gòu)的某種濃縮同位素物質(zhì)作為稀釋劑,通過同位素豐度的精確質(zhì)譜測(cè)量和所加稀釋劑的準(zhǔn)確稱量,經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算求得樣品中待測(cè)物絕對(duì)量的一種靈敏、準(zhǔn)確的定量分析方法[29]。目前,由于SIDA法所需要的標(biāo)準(zhǔn)品成本較高,且很多物質(zhì)需要重新合成,因此還未廣泛應(yīng)用于食品風(fēng)味物質(zhì)的定量中。目前亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定量多采用面積歸一化法和內(nèi)標(biāo)法這兩種相對(duì)定量的方法,但未來(lái)對(duì)于一些重要風(fēng)味物質(zhì)的研究,如果需要進(jìn)一步了解其加工過程中準(zhǔn)確的含量變化,有必要通過SIDA法進(jìn)行精準(zhǔn)定量分析。
1.3.3 亞麻籽油香氣的重組與還原
在風(fēng)味分離萃取和檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)過程中,香氣化合物難免會(huì)有損失,因此,可以通過香氣回填重組實(shí)驗(yàn),在模擬體系或物質(zhì)真實(shí)體系中驗(yàn)證該物質(zhì)的呈香屬性,通過一一缺失從而判斷各種香氣化合物對(duì)整體香氣的貢獻(xiàn)。在油脂風(fēng)味的重組研究中,Yin Wenting等[37]通過分子感官科學(xué)的方法,對(duì)焙炒花生油和冷榨花生油的關(guān)鍵芳香活性化合物和感官品質(zhì)進(jìn)行表征和比較,在精制無(wú)味的花生油中將關(guān)鍵香氣化合物進(jìn)行了重組,分析驗(yàn)證了花生油的特征香氣。Jia Xiao等[38]對(duì)甘藍(lán)型和芥菜型兩種濃香菜籽油的關(guān)鍵香氣化合物進(jìn)行了重組實(shí)驗(yàn),重組體的脂肪味和青草味與原始樣品一致,而魚腥味和堅(jiān)果味與真實(shí)樣品有微小差異。因此,需要進(jìn)一步對(duì)亞麻籽油的關(guān)鍵香氣物質(zhì)進(jìn)行重組與還原實(shí)驗(yàn),以建立亞麻籽油香氣的關(guān)鍵靶標(biāo),從而應(yīng)用于原料篩選、工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制中。
植物油中的風(fēng)味物質(zhì)主要包括由脂氧合酶途徑、支鏈氨基酸降解、美拉德反應(yīng)、糖(蛋白質(zhì))熱分解和維生素降解途徑產(chǎn)生的小分子醇類、醛類、酮類、酯類、吡嗪類、呋喃類和吡咯類[39]。從整體工藝上來(lái)看,亞麻籽油一般可分為冷榨亞麻籽油和熱榨亞麻籽油,近年來(lái)關(guān)于冷榨和熱榨亞麻籽油風(fēng)味物質(zhì)差別的研究也較多。楊金娥等[11]研究表明,冷榨亞麻籽油帶有一種固有的清香氣味,熱榨亞麻籽油則帶有一種濃香烤香味。郝楠[40]對(duì)不同烘烤溫度下的亞麻籽油揮發(fā)性成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),隨溫度升高醛類物質(zhì)含量也不斷增加,并伴有大量雜環(huán)類物質(zhì)生成,賦予熱榨亞麻籽油烤香以及堅(jiān)果香,但是當(dāng)溫度升高到200 ℃時(shí),就會(huì)產(chǎn)生焦糊味等不愉快的味感。韓玉澤等[41]對(duì)青海亞麻籽油風(fēng)味進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),醛類化合物對(duì)整體風(fēng)味起主導(dǎo)作用;烷烯類化合物具有植物固有的清香味,但其性質(zhì)不穩(wěn)定且閾值較高,對(duì)亞麻籽油風(fēng)味貢獻(xiàn)不大;同時(shí)相對(duì)含量較低的醇類、酯類也因閾值較高而對(duì)亞麻籽油風(fēng)味貢獻(xiàn)較低。本文通過總結(jié)前人研究,梳理了文獻(xiàn)中常見的亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其代謝途徑,并分別對(duì)各類物質(zhì)的香氣特征進(jìn)行論述。
醛酮類化合物是油脂分解或氧化的產(chǎn)物,植物油的氧化會(huì)導(dǎo)致碳?xì)溥^氧化物的形成,從而生成各種易揮發(fā)的短鏈次生氧化產(chǎn)物,其中有些產(chǎn)物易揮發(fā),形成不愉快的氣味而影響植物油的整體風(fēng)味[42]。表1總結(jié)了亞麻籽油中常見的醛類物質(zhì),醛類物質(zhì)的閾值相對(duì)較低,所以對(duì)亞麻籽油整體的風(fēng)味貢獻(xiàn)很大,且多數(shù)起到積極貢獻(xiàn)作用,呈現(xiàn)出油脂味、堅(jiān)果味和青草味[13]。己醛呈現(xiàn)油脂香、青草香,可由亞油酸或花生四烯酸氧化產(chǎn)生,對(duì)熱榨亞麻籽油香氣成分有突出貢獻(xiàn);辛醛呈現(xiàn)油脂香、蜂蜜香,可由油酸氧化產(chǎn)生;壬醛呈現(xiàn)花生香、香草香,可由油酸氧化產(chǎn)生;(E)-2-己烯醛呈現(xiàn)油脂香、杏仁香,可由亞麻酸氧化產(chǎn)生;(E,E)-2,4-庚二烯醛呈現(xiàn)油脂香、果香,是亞麻酸的主要氧化產(chǎn)物,也是濃香亞麻籽油中的特征風(fēng)味物質(zhì)[40-41,43]。苯甲醛是芳香氨基酸苯丙氨酸的降解產(chǎn)物,苯丙氨酸具有宜人的杏仁香氣,是亞麻籽油中的特征風(fēng)味[44]。
表1 亞麻籽油中已鑒定出的醛類風(fēng)味物質(zhì)[5,8,11,13-16,40,45-50]Table 1 Common aldehydes identified in flaxseed oil[5,8,11,13-16,40,45-50]
酮類物質(zhì)對(duì)亞麻籽油香氣的形成也有重要影響[44]。亞麻籽油中主要的酮類揮發(fā)性物質(zhì)有2-丁酮、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、3,5-辛二烯-2-酮、6-羥基-2-己酮、(E)-3-辛烯-2-酮等。酮類物質(zhì)通常具有甜味和果香味,這使得焙炒油及其制品具有一定的果香[6]。(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮和(E)-3-辛烯-2-酮都是亞麻籽油揮發(fā)性物質(zhì)中最常見的酮類物質(zhì),前者主要呈現(xiàn)出杏仁味和輕微的酸味,后者主要呈現(xiàn)青草香和蘑菇香。酮類物質(zhì)可能是非端位羥基醇的氧化產(chǎn)物,也可能是酯類物質(zhì)分解的產(chǎn)物[32]。另外,ALA作為亞麻籽油中含量最高的不飽和脂肪酸,在有氧條件下發(fā)生熱反應(yīng),并通過酯氧合酶途徑降解生成氫過氧化物[51]。研究顯示,ALA與亞油酸等不飽和脂肪酸的降解途徑非常相似,在進(jìn)入脂氧合酶途徑后,經(jīng)立體定向氧化,形成9-氫過氧化物和13-氫過氧化物中間產(chǎn)物,9-氫過氧化物和13-氫過氧化物在裂解酶的作用下生成烯醛,再進(jìn)一步形成烯醇、烯酯等物質(zhì)[52],這些物質(zhì)相互作用或參與美拉德反應(yīng)形成更多的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。但是目前關(guān)于ALA降解途徑、降解產(chǎn)物與亞麻籽油風(fēng)味之間的具體關(guān)聯(lián)還有待進(jìn)一步研究。
在揮發(fā)性成分中,醇類物質(zhì)氣味閾值較高,所以其對(duì)亞麻籽油整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)率相對(duì)較低[15]。由表2可知,亞麻籽油常見的醇類關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)有1-戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇等。醇類揮發(fā)性物質(zhì)通常是由油脂中不飽和脂肪酸生物降解形成,并且是生成酯類物質(zhì)的主要前體物質(zhì),一般在果類產(chǎn)品特征香氣中較為常見[13],主要呈現(xiàn)清香、清淡、甜香等。熱榨工藝對(duì)醇類揮發(fā)性有一定破壞作用,會(huì)明顯地降低亞麻籽油產(chǎn)生的酒香、果香、清香、清淡、甜香、醇香等氣味特征。己醇、1-辛烯-3-醇是由亞油酸降解產(chǎn)生,分別呈現(xiàn)青草香和蘑菇香,賦予熱榨亞麻籽油令人愉悅的味感[40]。1-戊醇、庚醇、壬醇由油酸降解產(chǎn)生,2-丁醇是由亞麻酸降解產(chǎn)生,呈現(xiàn)出甜杏味。除此之外,常見的醇類揮發(fā)性物質(zhì)還有(E)-2-己烯-1-醇、糠醇等,(E)-2-己烯-1-醇具有青草、水果的香味,對(duì)油脂香氣的貢獻(xiàn)是中性的,糠醇僅存在于未加熱的亞麻籽油中,可由糖前體轉(zhuǎn)化或糠醛的酶促/化學(xué)還原方式形成[31]。
表2 亞麻籽油中已鑒定出的醇類風(fēng)味物質(zhì)[5,8,11,13-16,40,45-50]Table 2 Common alcohols identified in flaxseed oil[5,8,11,13-16,40,45-50]
雜環(huán)類物質(zhì)主要包括吡嗪、呋喃、吡咯等,對(duì)熱榨亞麻籽油的香氣具有重要貢獻(xiàn),是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物[40]。吡嗪類化合物閾值極低,呈現(xiàn)典型焙烤堅(jiān)果香氣,是構(gòu)成亞麻籽油風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)。此外,呋喃、噻唑、吡咯、吡啶類化合物的不同香氣對(duì)亞麻籽油的風(fēng)味也有一定貢獻(xiàn),如某些呋喃類化合物具有各種果香和烤香,吡咯類化合物一般呈堅(jiān)果香味,但是這類物質(zhì)在一定濃度下可能具有安全性問題[42]。表3總結(jié)了亞麻籽油中常見雜環(huán)類風(fēng)味物質(zhì)的代謝途徑及其氣味描述。熱榨工藝能夠促進(jìn)2-乙基呋喃的生成,減少2-甲基呋喃的生成,呋喃類物質(zhì)呈焦甜氣息,通常是由果糖和葡萄糖等糖的熱降解產(chǎn)生[31],含有這種物質(zhì)的食品具有濃郁的烤芝麻油香甜味,所以熱榨工藝能影響亞麻籽油的焦甜和香甜味[15]。吡嗪類化合物由美拉德反應(yīng)生成,通常呈現(xiàn)出堅(jiān)果香和焙烤香[40]。2-乙基呋喃、2-戊基呋喃、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪的閾值都特別低,對(duì)熱榨亞麻籽油風(fēng)味的形成有很大貢獻(xiàn),構(gòu)成了熱榨亞麻籽油特有的烤香味、焦糊味和金屬味。
表3 亞麻籽油中已鑒定出的雜環(huán)類風(fēng)味物質(zhì)[5,8,11,13-16,40,45-50]Table 3 Common heterocyclic substances identified in linseed oil[5,8,11,13-16,40,45-50]
表4列舉了其他幾類亞麻籽油中常見的風(fēng)味物質(zhì),常見的酸類揮發(fā)性物質(zhì)有乙酸、己酸、丙酸、戊酸、辛酸、壬酸等。乙酸是冷榨亞麻籽油特有的香氣成分,賦予其辛辣味;己酸主要是由亞油酸降解產(chǎn)生,具有干酪味和腥味,且在冷榨亞麻籽油中含量較高,可能與亞麻籽油青腥味有關(guān)[40]。酯類的閾值一般較低,對(duì)植物油的整體氣味既可能起促進(jìn)作用,也可能起抑制作用。大多數(shù)酯類具有果味和甜味[53]。亞麻籽油中的主要酯類揮發(fā)性物質(zhì)有γ-己內(nèi)酯、γ-丁內(nèi)酯、乙酸乙酯,其中,γ-己內(nèi)酯在亞麻籽油中呈現(xiàn)甜香、中藥香,γ-丁內(nèi)酯呈現(xiàn)甜香、焦糖香,乙酸乙酯呈現(xiàn)果香和甜香。烷烴類化合物主要由脂肪酸烷氧自由基均裂產(chǎn)生,此類化合物閾值較高,一般認(rèn)為難以對(duì)植物油風(fēng)味產(chǎn)生較大影響[54]。此外,甲基苯、α-蒎烯、β-蒎烯、D-檸檬烯、二甲基亞砜、2-丁烯腈、二甲基硫醚等在亞麻籽油中也是較為常見的物質(zhì)。腈類是在油脂風(fēng)味中比較少見的一種揮發(fā)性物質(zhì),楊金娥等[11]僅在經(jīng)140 ℃烤籽處理后的壓榨亞麻籽油揮發(fā)性物質(zhì)中檢測(cè)到了2-丁烯腈和3-丁烯腈這兩種腈類物質(zhì),并認(rèn)為是由亞麻籽中毒性化合物生氰糖苷分解產(chǎn)生的。劉國(guó)琴等[15]認(rèn)為熱榨工藝能夠促進(jìn)亞麻籽油中二甲基硫醚的生成,二甲基硫醚呈青草味、濕土味、腥味,由甲硫氨酸降解產(chǎn)生,能明顯增強(qiáng)亞麻籽油的青草味和腥味。
表4 亞麻籽油中已鑒定出的其他類風(fēng)味物質(zhì)[5,8,11,13-16,40,45-50]Table 4 Common other flavor substances identified in linseed oil[5,8,11,13-16,40,45-50]
亞麻籽的品種會(huì)因其種植區(qū)域氣候、土壤等因素的差異而不同,目前我國(guó)的亞麻籽主要種植于甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、山西和河北等地區(qū),且各個(gè)地區(qū)均有其比較經(jīng)典的系列品種,例如甘肅省主要栽培品種有‘隴亞’‘定亞’‘張亞’等系列,寧夏地區(qū)有‘寧亞’系列,內(nèi)蒙古地區(qū)有‘內(nèi)亞’和‘小黃籽’系列。亞麻籽油的揮發(fā)性成分也會(huì)因其品種和果實(shí)成熟度的不同而有所差異,甚至同一區(qū)域種植不同品種或者同一品種在不同區(qū)域種植得到的油料在同一工藝條件下制得的油脂的特征香氣物質(zhì)也會(huì)存在差異[55]。Krist等[49]采用HS-SPMEGC-MS對(duì)不同產(chǎn)地、不同生產(chǎn)條件的亞麻籽油和亞麻薺油樣品進(jìn)行揮發(fā)性成分分析,發(fā)現(xiàn)在亞麻薺油中可檢測(cè)出31 種揮發(fā)性成分,而亞麻籽油中可檢測(cè)出54 種揮發(fā)性成分,并且兩個(gè)品種的特征香氣成分也有所差異。魏長(zhǎng)慶[56]采用HS-SPME-GC-MS對(duì)新疆3 個(gè)品種的亞麻籽油進(jìn)行分析,共鑒定出60 種揮發(fā)性物質(zhì),其中,對(duì)亞麻籽油整體香氣影響比較顯著的有醛類、醇類、雜環(huán)類及少數(shù)酸類,3 個(gè)不同品種之間亞麻籽油整體香氣強(qiáng)度不同,并且香氣屬性也存在顯著性差異。韓玉澤等[41,57]對(duì)青海40 種亞麻籽油中揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定,共鑒定出58 種揮發(fā)性組分,其中醛類物質(zhì)對(duì)亞麻籽油風(fēng)味起主導(dǎo)作用。根據(jù)聚類分析,將40 個(gè)品種分為3 個(gè)類群,發(fā)現(xiàn)同一類群之間揮發(fā)性成分組成類似,不同類群之間存在差異,這可能與亞麻籽油品種、成熟度、種植條件相關(guān)。
3.2.1 預(yù)處理方式
油料預(yù)處理是指在制油之前對(duì)油料進(jìn)行清理除雜,并將其制成具有一定結(jié)構(gòu)性能的物料[58]。油料常見的預(yù)處理方式有焙炒、烘烤、濕熱、微波輻射、紅外輻射等。預(yù)熱處理之所以能提高油料的出油率、油脂的氧化穩(wěn)定性,同時(shí)增加其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類,是因?yàn)轭A(yù)處理過程中物料內(nèi)部會(huì)發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化,如細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞、水分散失、活性成分溶出、還原糖和蛋白質(zhì)反應(yīng)生成美拉德反應(yīng)產(chǎn)物等[59-62]。焙炒不僅能提高油脂出油率,賦予植物油特殊的風(fēng)味,還能增加游離多酚等脂質(zhì)伴隨物的含量,提高抗氧化活性,是亞麻籽最常用、最主要的一種預(yù)處理方式。方昭西[63]研究了不同的炒籽條件對(duì)亞麻籽油揮發(fā)性物質(zhì)的影響,認(rèn)為亞麻籽的含水率、炒籽時(shí)間、炒籽溫度對(duì)亞麻籽油的風(fēng)味物質(zhì)具有顯著的影響,通過控制炒籽條件能夠控制亞麻籽油中二甲基硫醚等關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)的生成,從而進(jìn)一步對(duì)亞麻籽油“青草味或腥味”的程度進(jìn)行調(diào)控。濕熱處理是在一定的壓力下,系統(tǒng)加熱而產(chǎn)生的蒸汽作用對(duì)油料造成實(shí)質(zhì)性的結(jié)構(gòu)損傷,如壓碎細(xì)胞膜[58]。烘烤是熱榨亞麻籽油風(fēng)味物質(zhì)形成的主要途徑,對(duì)其香氣成分的探究可實(shí)現(xiàn)對(duì)亞麻籽油品質(zhì)的控制[40]。王淑珍等[64]對(duì)青海亞麻籽分別進(jìn)行焙炒、烘烤、高壓高溫濕熱、脫膠、真空冷凍干燥前處理,再分別采用螺旋壓榨法和液態(tài)靜壓法制油,結(jié)果表明不同制油方法對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量有明顯的影響,其中焙炒螺旋壓榨處理組的揮發(fā)性組分種類最多,為72 種,其他處理組為40~60 種。雜環(huán)類化合物是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物,主要存在于焙炒螺旋壓榨法、脫膠螺旋壓榨法、焙炒液壓壓榨法制備的亞麻籽油中。
3.2.2 油脂提取方式
目前,亞麻籽油的提取方式主要有壓榨法、溶劑浸提法、水酶法、超臨界CO2萃取法和亞臨界萃取等,不同的提取方法對(duì)油脂品質(zhì)有著不同程度的影響,我國(guó)主要以焙炒壓榨法和溶劑浸提法為主[55]。不同的提取方式對(duì)亞麻籽油的風(fēng)味物質(zhì)有較大的影響,超臨界CO2萃取和低溫壓榨工藝能夠使亞麻籽油揮發(fā)性物質(zhì)中具有更多的醛類,而熱榨工藝則使其具有較多的吡嗪類、吡啶類物質(zhì)[43],索氏抽提法提取油中主要的揮發(fā)性物質(zhì)是醛類、醇類、烯烴類和烷烴類,烷烴類物質(zhì)在索氏抽提法提取油中含量豐富可能是基于相似相溶原理,導(dǎo)致此類物質(zhì)在正己烷中具有良好的溶解度[54]。Zeng Junpeng等[65]研究了溶劑萃取、熱榨、低溫壓榨和水酶法4 種不同工藝對(duì)亞麻籽油品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)溶劑萃取得到的亞麻籽油因?yàn)橛袡C(jī)試劑殘留而具有輕微的刺激性氣味,熱榨的亞麻籽油具有濃烈的烘烤香,低溫壓榨的亞麻籽油具有淡淡的亞麻香,并且熱榨和低溫壓榨得到的亞麻籽油環(huán)肽含量幾乎是溶劑萃取和水酶萃取的2 倍,使亞麻籽油在后續(xù)儲(chǔ)存過程中更易產(chǎn)生苦味。在生產(chǎn)過程中,需綜合考慮亞麻籽油的出油率、品質(zhì)、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)等因素,根據(jù)需求和目的選擇不同的亞麻籽油提取方法。
亞麻籽油富含不飽和脂肪酸,尤其是富含ALA,所以在儲(chǔ)存過程中容易氧化酸敗,使亞麻籽油原有的品質(zhì)和風(fēng)味改變。鮮榨的亞麻籽油以清郁芳香的堅(jiān)果味道和濃厚的烤香味為主,帶有一絲魚腥味,在常溫下僅儲(chǔ)藏1 d后就會(huì)釋放苦澀味;精煉的亞麻籽油在存放幾個(gè)月后會(huì)氧化產(chǎn)生令人難以接受的酸敗哈喇味[66],須添加外源抗氧化劑改善。除了氧化酸敗帶來(lái)的異味外,亞麻籽油在儲(chǔ)藏過程中產(chǎn)生的苦味物質(zhì)也是影響其風(fēng)味劣變和品質(zhì)下降的主要原因。目前認(rèn)為造成亞麻籽油苦味的原因有3 種:1)亞麻籽中含有內(nèi)源性生氰糖苷物質(zhì)(如亞麻苦苷、龍膽二糖甲乙酮氰醇、百脈根苷等);2)在亞麻籽皮中分離出的木酚素成分(如馬臺(tái)樹酯醇、落葉松樹脂醇、異落葉松脂素等物質(zhì))造成了這種苦味;3)大多數(shù)研究認(rèn)為,環(huán)亞油肽E(cyclolinopeptide E,CLE)是亞麻籽油苦味的主要來(lái)源,環(huán)肽是亞麻籽油重要的副產(chǎn)物,和普通直鏈小分子肽相比,環(huán)肽化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定,在體外具有高效的抗菌活性以及其他生理活性,如抗腫瘤、消炎、護(hù)肝等[67-68]。Brühl等[69]首次報(bào)道冷榨亞麻籽油中形成的苦味化合物是CLE,其閾值濃度為12.3 μmol/L(水),而Lang等[70]利用制備高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和核磁共振技術(shù)對(duì)新鮮和儲(chǔ)存的亞麻籽油和亞麻籽中環(huán)肽進(jìn)行了分析,對(duì)純化的化合物進(jìn)行了所有(25 種)人類苦味受體的激活測(cè)試,最終認(rèn)為蛋氨酸亞砜環(huán)素肽-4是亞麻油產(chǎn)生苦味的主要決定因素。也有研究者發(fā)現(xiàn)低溫壓榨亞麻籽油的苦味不只取決于環(huán)肽,因?yàn)榄h(huán)肽也可能會(huì)隨著亞麻籽油的氧化發(fā)生氧化,并且氧化后的小分子揮發(fā)物是否會(huì)與大分子產(chǎn)生相互作用從而影響風(fēng)味也不清楚,因此亞麻籽油的苦味形成機(jī)理還需進(jìn)一步深入研究[71-72]。
亞麻籽油風(fēng)味獨(dú)特,主要由醛類、酮類、醇類、雜環(huán)類、酯類、酸類等物質(zhì)構(gòu)成,一般可以采用HS-SPME或SAFE方法進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)的提取,結(jié)合GC-O-MS和標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定性,通過計(jì)算OAV和FD因子對(duì)亞麻籽油中風(fēng)味物質(zhì)的貢獻(xiàn)進(jìn)行排序,然而目前尚未通過分子感官科學(xué)中的重組與還原技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的確證。本文通過梳理以往研究進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)亞麻籽油中醛類物質(zhì)種類最多、閾值低,是亞麻籽油風(fēng)味構(gòu)成的主要來(lái)源,而雜環(huán)類化合物則提供重要的焙烤味。焙炒壓榨是最常見的亞麻籽預(yù)處理和制油方法,炒制溫度和壓榨方式是影響亞麻籽油風(fēng)味的重要條件,低溫壓榨亞麻籽油帶有清香味,而熱榨亞麻籽油帶有海腥味、烤香味和堅(jiān)果味。亞麻籽油在儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生的異味除了有氧化酸敗產(chǎn)生的因素外,還有亞麻籽油中重要副產(chǎn)物環(huán)肽帶來(lái)的苦味。
隨著風(fēng)味組學(xué)和脂質(zhì)代謝組學(xué)的不斷發(fā)展,對(duì)于油脂風(fēng)味的研究也愈漸深入,但是關(guān)于亞麻籽油風(fēng)味的研究還存在著許多問題。首先,目前關(guān)于亞麻籽油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取方法還具有一定的局限性,導(dǎo)致風(fēng)味構(gòu)成的物質(zhì)基礎(chǔ)研究還不夠全面,新的吸附材料的應(yīng)用可能有助于發(fā)現(xiàn)更多新的風(fēng)味物質(zhì),關(guān)于亞麻籽油風(fēng)味相關(guān)的可標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)和檢測(cè)方法也暫未建立;其次,脂質(zhì)代謝組學(xué)將有助于提供更為全面的風(fēng)味前體物的挖掘,例如ALA極易氧化,它的初級(jí)氧化產(chǎn)物是許多揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的前體物,但目前對(duì)于ALA及其相關(guān)脂質(zhì)在亞麻籽油整體風(fēng)味形成中的作用仍不清楚,特征風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生途徑、產(chǎn)生條件、相互作用關(guān)系的研究也較為薄弱;最后,如何結(jié)合消費(fèi)者的喜好度對(duì)亞麻籽油的風(fēng)味特征進(jìn)行分類和精準(zhǔn)調(diào)控,如何平衡其風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng),如何減少亞麻籽油在儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生的異味和苦味,這些問題都需要開展更深層次的探索。