赵泽伟，丁筑红*，顾苑婷，丁小娟

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 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）的干燥成熟种仁，我国大部分省份均有种植[1]。薏苡仁油是薏苡仁中重要活性物质，主要为甘油三酯类、薏苡仁酯、脂肪酸类等化合物[2-3]，其中不饱和脂肪酸油酸和亚油酸质量分数分别达到31.42%和47.38%，并具有抗癌作用[4]。然而，薏苡仁油中高不饱和脂肪酸容易水解或氧化产生氢过氧化物和自由基，再进一步形成短链脂肪酸和具有挥发性的醛类、酮类、醇类、酸类、碳氢类、呋喃酮、内酯等化合物[5-6]，导致油脂品质及风味劣变，并带来安全隐患[7]，成为薏苡仁资源开发利用面临的关键共性问题。目前，国内外薏苡仁油的研究主要关注油脂提取技术与药理作用等，而油脂氧化方面鲜见报道。

气味是评价油脂质量的重要指标[8]，而固相微萃取-气相色谱-质谱（solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）联用技术已经广泛用于氧化与未氧化植物油和水包油乳液的挥发性物质检测[9-11]。SPME-GC-MS结合电子鼻风味分析能更好地区分油脂的风味化合物的特征差异[12]。本实验通过SPME-GC-MS与电子鼻分析手段，结合线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）探讨薏苡仁油加速氧化期间挥发性氧化产物变化规律及薏苡仁油挥发性风味成分，为科学合理控制薏苡仁油氧化提高其品质稳定性提供理论依据与技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

薏苡仁油购自广州合诚三先生物有限公司，采用超临界CO2萃取，100%纯天然，无农残，无溶剂残留，呈淡黄色液体，气、味微甜。

酚酞、95%乙醇溶液、氢氧化钾、乙醚、异丙醇、冰乙酸、三氯甲烷、碘化钾、硫代硫酸钠均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

HP6890/5975C GC-MS联用仪、FB-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国安捷伦公司；手动SPME进样器、2 cm-50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取纤维美国Supelco公司；PEN3便携式电子鼻 德国Airsense公司；BGZ-246电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料处理

采用烘箱加热加速氧化实验[13]，分别将70 mL薏苡仁油置于玻璃皿中，放入（60±1）℃的烘箱中连续加热氧化30 d，每隔12 h对其进行搅拌，并更换其在烘箱中的位置，每隔5 d取样分析。

1.3.2 理化指标测定

过氧化值的测定：参考GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》[14]中的滴定法；酸价的测定：参考GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》[15]中的冷溶剂指示剂滴定法。

1.3.3 薏苡仁油挥发性化合物SPME-GC-MS检测

SPME条件：称取1 g薏苡仁油置于10 mL采样瓶中，60 ℃加热处理随后插入2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMS纤维头的手动进样器，顶空萃取40 min后，移出萃取头并立即插入GC进样口（温度250 ℃）中，热解吸5 min进样。

GC条件：FB-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升温：柱温40 ℃，保持4 min，以2 ℃/min升温至110 ℃，再以10 ℃/min升温至280 ℃；运行时间56 min；汽化室温度250 ℃；载气为高纯He（99.999%）；柱前压7.62 psi；载气流量1.0 mL/min；不分流进样；溶剂延迟时间1 min。

MS条件：电子电离源；离子源温度230 ℃；电子能量70 eV；发射电流34.6 μA；质量扫描范围29～500 u。

定性定量分析：对总离子流图中各峰经质谱计算机数据系统检索、人工解析图谱及与NIST 2005和Wiley 275质谱库匹配，并参考有关文献定性确定化合物，用峰面积归一化法确定各化学成分的相对含量。

1.3.4 电子鼻检测

准确称取2 g薏苡仁油，放入10 mL样品瓶，静置1 h后进行电子鼻分析，采用顶空吸气法，手动单样品进样，直接将进样针头插入样品瓶，完成一次检测后系统进行清零和标准化。

检测参数：样品准备时间5 s、检测时间80 s、测量计数1 s、自动调零时间5 s、清洗时间300 s、内部流量400 mL/min，进样流量400 mL/min[16]。

1.3.5 相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）测定

参照文献[17]ROAV法评价各挥发性风味化合物对薏苡仁油总体风味的贡献程度，确定关键风味物质。

1.4 数据处理

采用Origin 2017和Excel 2016软件对实验数据处理制图，用SPSS 22软件中Duncan检验法进行差异显著性分析，P＜0.05，差异显著。利用电子鼻自带的Win Muster软件进行LDA。

2 结果与分析

2.1 薏苡仁油氧化期间过氧化值及酸价变化分析

图1 加速氧化期间薏苡仁油过氧化值和酸价变化情况Fig. 1 Changes in peroxide value and acid value of coix seed oil during accelerated oxidation

从图1可以看出，薏苡仁油在60 ℃烘箱中氧化30 d时，过氧化值逐渐增加。在氧化初期，过氧化值增长趋势较平缓，属低度氧化阶段，15 d后开始加速增长进入中度氧化阶段。25 d时油脂过氧化值达到最大，为319.193 mmol/kg，之后则略有降低，可能因油脂此时过氧化物自身不稳定，在产生过氧化物的同时伴随二级氧化反应形成醛、酮、酸及环氧化物等二级氧化产物，当过氧化物的分解速率大于形成速率时，过氧化值可能出现降低趋势。在氧化初始阶段，薏苡仁油酸价为5.334 mg/g，随着氧化时间的延长，薏苡仁油中不饱和脂肪酸在较高温度下发生氧化分解产生醛、酮等成分外，还形成短链挥发性脂肪酸甲酸、乙酸、丙酸等，使其酸价不断升高[18]，在20 d后呈现出显著升高的趋势（P＜0.05），30 d时趋于平缓，此时油脂品质劣变最严重。可见，加热加速氧化实验能较好地反映油脂品质劣变过程，这与曹君[19]研究结果相一致。但与肖小年等[20]对薏苡仁油氧化的研究有较大差别，这可能与油脂氧化方式不同有关。

2.2 薏苡仁油氧化期间挥发性化合物SPME-GC-MS分析

图2 薏苡仁油氧化期间挥发性成分总离子流图Fig. 2 Total ion current chromatograms of volatile components during oxidation of coix seed oil

表1 薏苡仁油氧化期间挥发性物质SPME-GC-MS结果Table 1 Major volatile compounds identi fi ed from coix seed oil by SPME-GC-MS

续表1

如图2、表1所示，剔除萃取头过度受热产生的少量硅氧烷类杂质峰，采用SPME-GC-MS分析鉴别出样品挥发性物质共74 种，主要包括醛类（23 种）、酮类（8 种）、酸类（4 种）、醇类（7 种）、酯类（5 种）、烷烃类（24 种）、杂环类（3 种）。

在新鲜油中，醛类物质相对含量达到84.848%，包括13 种不饱和醛（64.064%）和7 种饱和醛（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%），这与Tura等[21]采用SPME-GC-MS分析得出醛类为橄榄油主要的挥发性结果相似。酸类、醇类、酮类物质相对含量分别为2.394%、1.140%、1.137%。

新鲜油在60 ℃烘箱中加速氧化30 d后，醛类物质相对含量减少，为73.815%，其中(E)-2-壬稀醛相对含量减少了30.145%，饱和醛相对含量为35.56%，较新鲜油增加了14.776%，这可能是由于薏苡仁油加速氧化期间饱和醛积累，不饱和醛类进一步氧化成小分子醛和二醛[22]，同时导致酸类化合物的相对含量增加8.865%，其中乙酸和己酸相对含量与氧化时间呈正相关，己酸相对含量增加了9.116%，可能是由己醛和2,4-癸二烯醛进一步氧化分解产生[23]，占酸类化合物总量的84.6%，这与油脂过氧化值、酸价在加速氧化后期逐渐增大结果相吻合[18]，并与油脂氧化后期酸败味严重相一致；加速氧化后油脂醇类物质相对含量增加5.286%，醇类衍生自脂肪酸的次级氢过氧化物的降解或羰基化合物的还原[24]。饱和醇1-戊醇是薏苡仁油氧化过程中含量最高的醇类，衍生自亚油酸基团，阈值较高，对氧化薏苡仁油风味贡献较小。不饱和醇1-辛烯-3-醇相对含量达到1.427%，其阈值较低，对风味影响较大。2-正戊基呋喃是样品氧化期间检测的主要烷基呋喃，对薏苡仁油的风味有重要贡献。

2.3 薏苡仁油关键风味化合物的ROAV分析

表2 薏苡仁油中呈味物质及其ROAVTable 2 Taste-active substances and their ROAV in coix seed oil

采用ROAV筛选样品总体风味贡献组分结果，见表2。通常情况下，ROAV≥1，组分为所分析样品的关键风味化合物，ROAV越大的组分对样品总体风味的贡献越大，0.1≤ROAV＜1，组分对样品的总体风味具有重要的修饰作用[25]。

新鲜油中(E)-2-壬稀醛相对含量最高，且阈值0.08 μg/kg较小，综合呈味分析其对新鲜薏苡仁油的总体风味贡献最大，定义其ROAVstan为100；30 d氧化油中定义1-辛烯-3-酮的ROAVstan为100。由表2可知，新鲜油中，有6 种挥发性物质ROAV不小于1，其贡献度大小为：(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-醇等对样品总体风味具有重要修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。醛类一般产生较好的风味，呈现油脂味、坚果味和青草味，多数醛类对油脂风味起积极贡献作用[28-29]。(E)-2-壬稀醛具有青香、脂香、西瓜样品味，己醛呈现出青草香味，是亚油酸一级氧化产物，(E,E)-2,4-癸二烯醛具有脂香、青香、土豆样气味，赋予新鲜油青草气味、油脂味、西瓜样品味。呋喃类化合物大多是亚油酸氧化产生，氧化期间均检测出2-正戊基呋喃，因其阈值较低，对薏苡仁油贡献了一定的蔬菜香、泥土味。

30 d氧化油中，有9 种挥发性物质ROAV不小于1，其贡献度大小为：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、正戊醛等物质对30 d氧化油具有重要的修饰作用。与新鲜薏苡仁油相比，氧化薏苡仁油中检测出的辛醛、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对含量均增加，ROAV均增大，对氧化薏苡仁油酸败味的贡献产生较强的影响。新鲜油和氧化油共有的关键风味化合物有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、戊醛等化合物与油脂酸败味高度相关[30]。饱和直链醛通常呈现出令人不愉快的、辛辣的、刺激性气味[31]。庚醛具有强烈和不愉快的油脂刺鼻气味[32]。己醛高浓度时有酸败、令人作呕的气味，1-辛烯-3-醇是亚油酸氢过氧化物的次级产物，呈现出土腥味、蘑菇味[33]，其氧化产物1-辛烯-3-酮具有强烈的蘑菇香和金属味；己酸等中短链脂肪酸具有较为强烈的酸腐味[34]。这些小分子化合物可能是薏苡仁油氧化劣变的重要物质，产生酸败味的来源[35]。

2.4 薏苡仁油电子鼻检测及挥发性成分分析

图3 不同氧化时间薏苡仁油挥发性气味雷达图Fig. 3 Radar map of volatile odors of coix seed oil with different oxidation times

研究表明，电子鼻技术对油脂的分类具有较高的可信度和准确性[36-37]，可以对氧化油进行区分。图3可直观比较电子鼻对不同氧化时间薏苡仁油响应值的差异，可以看出，R1、R3、R4、R5、R6、R8、R10传感器对样品的响应值较小，而R2、R7、R9传感器对不同氧化时间薏苡仁油的响应值最大，对氮氧化物、氢氧化合物、甲烷、硫化物和芳香成分灵敏[38]，PEN3电子鼻系统较好地区分油脂样品间挥发性物质的差异。

图4 不同氧化时间薏苡仁油LDA图Fig. 4 LDA score plot of coix seed oil with different oxidation times

由图4可见，第1主成分和第2主成分的贡献率分别为66.70%和25.54%，总贡献率为92.24%。7 种样品数据点互不重叠，区别明显，说明LDA能够很好地区分不同氧化时间薏苡仁油的挥发性风味。从样品的距离看，新鲜油与氧化油之间的距离较远，从两两之间的距离对比可知，20、25 d和30 d氧化油的距离更为接近，说明三者间风味接近，可以归为一类，这与过氧化值和酸价的变化趋势相一致，与GC-MS分析挥发性成分结果基本一致。LDA考虑了种间差异及组内点集中程度，并将其最大化[39]，故判别效果较好，这一结果与Xu Lirong等[16]对氧化与未氧化植物油的研究结果相一致。

3 结 论

利用SPME-GC-MS、电子鼻及LDA得出，薏苡仁油在60 ℃加速氧化期间的特征挥发性风味物质主要为醛类、酮类、醇类化合物。新鲜油与氧化油的各类挥发性化合物的相对含量均有差异，新鲜薏苡仁油中醛类物质相对含量达到84.848%，以不饱和醛类化合物居多，酸类、醇类、酮类物质相对含量分别为2.394%、1.140%、1.137%。随着氧化时间的延长，醛类物质相对含量逐渐减少，第30天时醛类物质相对含量减少11.033%，醇类、酸类物质逐渐增多，油脂品质劣变严重。新鲜薏苡仁油的关键风味化合物及按贡献度从大到小依次为(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，共同赋予新鲜薏苡仁油青草气味、油脂味、西瓜样品味；30 d氧化薏苡仁油关键风味化合物依次为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，与新鲜油相比，新增壬醛、辛醛、己醛等小分子醛类关键风味化合物，初步判断为致薏苡仁油氧化后期出现酸败气味的主要来源。电子鼻线性判别分析明显区分新鲜油与氧化油以及氧化前期及后期风味物质差异，为油脂氧化鉴别提供理论依据。