冷榨石榴籽油的气味组分判别分析

陈云帮,李 雪,张 旭,翟立公*

(1.安徽硕佳生物科技有限公司,安徽 蚌埠 233000;2.安徽科技学院 食品工程学院,安徽 凤阳 233100)

0 引言

石榴为多结籽粒,果实风味独特,有“水果之冠”之称,目前石榴主要以新鲜食用为主[1].石榴籽约占果实总含量12.54%,由于口感较为苦涩,消化吸收率不高等原因而没有得到充分利用.而石榴籽中的脂肪含量在15%～20%之间[2],石榴籽油中不饱和脂肪酸含量达 90%以上[3],主要以石榴酸为主[4], 石榴籽油还含有一定量的酚类、甾醇、鱼鲨烯、生育酚等生物活性物质[5].因此,石榴籽油具有延缓衰老、抗癌抗肿瘤、美容养颜和提高机体免疫力等功效[6].

冷榨法是依靠物理压力直接将油脂从原料中分离出来,加工温度一般控制在 60 ℃[7],最大限度地保留原材料中的营养成分,采用直接榨取的方式,无添加,保证产品安全,得到的成品油颜色较好[8].目前,食用油脂分析的方法有理化分析、气相色谱—质谱法[9]、核磁共振[10]、多光谱技术[11]等,这些方法受到仪器和操作方法的限制,对于食用油的快速检测有一定的局限性.电子鼻具有方便携带以及无需对食用油进行预处理等特点,可以实现食用油的无损检测,电子鼻是利用传感器捕获不同的气味将其转化为电信号对油脂质量进行识别.目前,电子鼻技术主要应用于油脂氧化判别分析[12]、食用油脂掺假和鉴伪[13]、地沟油检测分析[14]等方面.本实验以石榴籽为实验原料,利用分级混合,使油料在冷榨机发挥最大的摩擦力,从而提高出油率,利用电子鼻探究其对不同冷榨条件下石榴籽油的鉴别是否具有可行性.

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜干制石榴籽、PEN3电子鼻(德国AIRSENSE有限公司)、FORZA CS7冷榨机(深圳奥斯达电子有限公司).

1.2 实验方法

通过预实验,发现完整的石榴籽较硬,利用冷榨机挤压困难,出油率极低,所以在榨油之前,为了在冷榨机中最大限度地获得摩擦力,对石榴籽进行适当的破碎.通过预实验得出具体的冷榨步骤如下:称取经过破碎处理的石榴籽100 g和过筛的石榴籽50 g,两者均匀混合备用,将冷榨机打开预热 20～30 min,设置出渣温度80,90,100,110,120 ℃,达到出渣温度以后进料,同时,从冷榨段下方收取石榴籽油,离心除杂备用.

1.3 测定项目及分析方法

1.3.1 出油率测定

计算在不同实验条件下的石榴籽油质量占石榴籽质量的百分比.

1.3.2 酸价测定

根据GB5009.229—2016方法进行酸价测定.

1.3.3 气味组分测定

将经过离心处理的石榴籽油放置在样品瓶中,用于测定气味组分.

1.4 数据处理

数据结果采用平均值±标准差的形式表示,对冷榨石榴籽出油率和酸价进行方差分析,冷榨石榴籽油挥发出的气味物质用电子鼻进行检测,用WinMuster软件进行主成分分析和传感器贡献率分析.

2 结果与分析

2.1 不同出渣温度和分级混合预处理方式对石榴籽出油率的影响

在不同冷榨条件下石榴籽的出油率如表1所列.当分级混合条件一致时,随着出渣温度的升高,石榴籽的出油率缓慢降低;当出渣温度一致时,随着分级混合的精细程度增加,石榴籽的出油率在逐渐升高.究其原因可能是:当分级混合条件一致时,因石榴籽外壳占总体积的88%,出油物和水分含量较少,导致在出渣温度逐步升高时,石榴籽中的水分也在逐步减少,不能很好地满足榨油条件,使料胚呈粉末状不易成型,减少了石榴籽的出油率;当出渣温度一致时,随着分级混合的精细程度增加,石榴籽外壳含量减少,一定质量原料的含油物质增加,石榴籽的出油率在逐渐升高.

表1 不同出渣温度和分级混合下的出油率

2.2 不同出渣温度和分级混合预处理方式对石榴籽油酸值的影响

石榴籽油在不同出渣温度和分级混合预处理方式下的酸值变化如表2所列.

表2 不同冷榨温度和目数下石榴籽油酸值的平均数多重比较(SSR法)

由表2可以看出,当分级混合条件一致时,出渣温度在120 ℃时石榴籽油中酸值较高,说明高温对石榴籽油的品质有一定影响;当出渣温度一定时,8目、10目、12目所得石榴籽油中的酸值高于16目与20目石榴籽油的酸值,这可能是由于当分级混合不够精细时,含有较多的外壳造成石榴籽油的酸值较高.结合出油率数据,应该控制冷榨石榴籽的分级等级为20目,出渣温度为80 ℃.

2.3 建立不同冷榨温度和分级混合预处理油脂的质量判别分析模型

2.3.1 不同出渣温度油脂主成分(PCA)分析

利用电子鼻WinMuster软件对80,90,100,110,120 ℃不同出渣温度时的气味组分建立模板,对气味组分进行PCA分析.

由图1可知,5个样品测定的数据均呈椭圆形,说明电子鼻测定结果具有一定重复性和稳定性[9].

图1 不同出渣温度下石榴籽油主成分分析图

由表3可知,出渣温度为120 ℃时,油样与80,90,100,110 ℃出渣温度的区分度在0.8以上.说明建立的模板可以对出渣温度120 ℃与80,90,100,110 ℃ 2个区域进行分析.

表3 不同出渣温度下石榴籽油区分度

2.3.2 不同出渣温度下石榴籽油的气味成分贡献率分析

利用电子鼻WinMuster软件对其气味成分进行Loadings分析,根据测定结果来判断传感器对物质的识别程度.若结果接近零,则传感器对被测样品的识别程度较弱,反之则越强[10].同时可以通过观察离原点越远,传感器对主成分的贡献越大,反之则越小[11].电子鼻传感器对物质响应类型的性能描述列于表4.

表4 电子鼻传感器对物质响应类型的性能描述

不同压榨温度下石榴籽油Loadings分析见图2.

(a)80 ℃

(b)90 ℃

(c)100 ℃

(d)110℃

(e)120 ℃

由图2(a)可知,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,该物质位于图中右下角,为第1主成分贡献率,其值为98.46%,W2W传感器所检测到的物质为芳香成分类,为第2主成分,贡献率为1.54%.

由图2(b)可知,根据距离原点的远近,分别是传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,为第1主成分,贡献率为91.15%;传感器W1S所检测到的气味物质为甲基类,为第2主成分,贡献率为7.91%.

由图2(c)可知,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,该物质位于图中右下角,为第1主成分,贡献率为99.13%;W2W传感器所检测到的物质为芳香成分类,为第2主成分,贡献率为0.87%.

由图2(d)可知,传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,该物质位于图中右下角,为第1主成分,贡献率为99.55%;传感器W1S所检测到的气味物质为甲基类,为第2主成分,贡献率为0.44%.

由图2(e)可知,传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,该物质位于图中右下角,为第1主成分贡献率,其值为98.35%;W2W传感器所检测到的物质,根据距离原点的远近,分别为芳香成分类、芳香成分类,为第2主成分,贡献率为1.61%.

通过对比不同出渣温度下气味感应器的分布中,各出渣温度下的气味组分较为接近,与主成分分析结果相近,说明提高出渣温度对石榴籽油的成分影响较小.

2.3.3 不同分级混合预处理油脂主成分(PCA)分析

利用电子鼻WinMuster软件对8目、10目、12目、16目、20目不同分级混合预处理下的气味组分建立模板,对气味组分进行PCA分析.不同分级混合预处理下石榴籽油的主成分分析图如图3.不同分级混合预处理下石榴籽油区分度如表5所列.

图3 不同分级混合预处理下石榴籽油主成分分析图

由表5可知,分级混合预处理8目油样与12,16,20目油样区分度在0.8以上,10目与12,16,20目油样区分度在0.7以上,区分度良好.说明建立的模板可以对8,10,12,16,20目油样分3个区域进行分析.

表5 不同分级混合预处理下石榴籽油区分度

2.3.4 不同分级混合预处理下石榴籽油的气味成分贡献率(Loadings)分析

利用电子鼻WinMuster软件对其气味物质进行Loadings分析,根据测定结果来判断传感器对物质的识别程度.若结果接近零,则传感器对被测样品的识别程度较弱,反之则越强[12].同时可以通过观察发现离原点越远,传感器对主成分的贡献越大,反之则越小[9].不同分级混合预处理下石榴籽油Loadings分析见图4.

由图4(a)可知,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,该物质位于图中右下角,为第1主成分贡献率,其值为98.46%,W2W传感器所检测到的物质为芳香成分类,为第2主成分,贡献率为1.54%.

由图4(b)可知,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,该物质位于图中右下角,为第1主成分贡献率,其值为93.91%;传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,W2W传感器所检测到的物质为芳香成分类,为第2主成分,贡献率为6.09%.

由图4(c)可知, 传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,为第1主成分贡献率,其值为99.52%;W2W传感器所检测到的物质为芳香成分类,为第2主成分,贡献率为0.38%.

由图4(d)可知,传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,为第1主成分贡献率,其值为98.76%;传感器W1C所检测到的气味物质为芳香成分,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,为第2主成分贡献率,其值为0.94%.

由图4(e)可知,传感器W1W所检测到的气味物质为无机硫化物,为第1主成分贡献率,其值为99.33%;传感器W1C所检测到的气味物质为芳香成分,传感器W5S所检测到的气味物质为氮氧化物类,为第2主成分贡献率,其值为0.66%.

(a)8目

(b)10目

(c)12目

(d)16目

(e)20目

3 结论

本实验通过出油率和石榴籽油酸值确定了最佳冷榨工艺:分离等级为20目,出渣温度为80 ℃.对不同出渣温度时的油样气味组分进行传感器贡献率分析,石榴籽油的气味组分种类主要包括芳香型化合物、氮氧化合物;从感应器分布来看,80,90,100,110,120℃时气味组分较为接近,与主成分分析结果相近,说明提高出渣温度对石榴籽油的成分影响较小;对比不同分级混合预处理下气味感应器的分布,12目、16目与20目的气味组分较为接近,8目与10目气味组分较为接近,说明改变分级程度会影响石榴籽油的气味成分,与理化性质检测指标影响结果互应.