《食品科学》：武汉轻工大学周琦研究员等：不同物理场处理对番茄籽油挥发性物质与异构体2,3-丁二醇的影响

番茄加工过程中会产生大量副产物，其中番茄籽含油量较高，是具有开发潜力的特色植物油资源。番茄籽油被《中华人民共和国食品安全法》和《新食品原料安全性审查管理办法》列为新食品原料，作为一种新型特色植物油走向市场。番茄籽油不仅富含不饱和脂肪酸、维生素及抗氧化物质，还具有独特的浓郁香气，因此在食品、化妆品及保健品等领域具有广阔的应用前景。其香气特征由种类繁多的挥发性物质构成，风味品质受到原料品种、产地环境、果实成熟度及加工工艺等多重因素的复杂影响。近年来，随着特色油脂消费需求的增长，对番茄籽油风味物质的研究日益受到重视。采用亚临界萃取能最大程度地保留番茄籽中的活性成分，结合不同物理场在提高提取率的同时可能带来风味的变化。例如，微波（MW）、油炸、烘烤和蒸煮等预处理方法能够显著改变植物油中挥发性有机化合物的含量和种类，从而影响其最终香气特征。

物理场处理技术，如蒸汽膨爆（SE）、MW和红外（IR）处理，因具有强化传质、破壁及快速加热等特性，被广泛应用于植物油前处理过程。这些技术不仅可以提高油脂提取效率，还可能通过促进Maillard反应、脂质氧化及前体物质转化，改变挥发性风味物质的生成路径。然而，现有研究多聚焦于油脂得率及脂溶性营养成分溶出，对物理场处理如何调控挥发性风味物质组成及其香气活性贡献的机制探讨仍显不足，尤其缺乏针对番茄籽油体系的系统研究。

目前，顶空固相微萃取（HS-SPME）技术因其快捷、灵敏、无溶剂残留的优势，已成为植物油香气提取的常用方法之一。该技术已被广泛应用于菜籽油、葡萄籽油、葵花籽油等多种植物油的挥发性成分分析中。结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，HS-SPME能够高效地分离和鉴定复杂的挥发性化合物。目前已有研究对我国新疆、内蒙古、甘肃、浙江四地低温压榨番茄籽油的挥发性成分进行了分析，共鉴定出醛类、烯类、酯类、醇类等58 种化合物，揭示了不同地域番茄籽油风味组成的差异。

此外，挥发性风味物质中部分化合物具有手性结构，不同异构体可能呈现显著差异的感官特性和香气阈值，它们在天然产物及加工食品中广泛存在，由于不同异构体往往具有截然不同的香气特征与感官阈值，其组成比例直接影响产品的整体风味轮廓。例如，R-柠檬烯呈现柑橘香气，其香气阈值为1.2 mg/L，而其异构体S-柠檬烯带有松节油般的气味，其阈值为1.04 mg/L；R-芳樟醇气味阈值为0.8 μg/L，具有木质和薰衣草样气味；S-芳樟醇气味阈值为7.4 μg/L，具有甜味、花香和橙子样香气。

手性色谱柱的分离原理是基于立体空间结构的概念，通过不同构型的手性异构体分子与色谱柱上固定相的手性位点相互作用，根据作用力的强弱差别，实现对手性化合物的拆分。手性GC-MS分析法采用以改性环糊精衍生物为代表的手性固定相毛细管气相色谱柱，其原理是通过手性固定相与异构体的特异性相互作用。近年来，手性挥发物的分离与鉴定已成为葡萄、蜂蜜、水果、精油等物质风味研究的前沿方向，不仅有助于深入解析香气形成机制，也为产品产地追溯、真实性鉴别与掺假识别提供了重要手段。手性风味物质在食品风味研究中逐渐受到关注，但在植物油体系中的研究仍较为薄弱。特别是在加工过程中，热作用及物理场效应可能改变手性化合物的生成途径及异构体比例，从而影响整体风味品质。

目前关于番茄籽油的研究主要集中于脂肪酸组成及脂溶性功能成分，而针对不同物理场预处理对其挥发性风味物质组成及关键手性香气成分变化规律的研究仍较为缺乏，尤其缺少对手性风味物质调控机制的系统分析研究。因此，武汉轻工大学食品科学与工程学院的徐雅、周琦*和中国农业科学院油料作物研究所的赵冉等人采用HS-SPME-GC-MS技术系统分析番茄籽经SE、MW和IR物理场处理、亚临界萃取后获得的油脂中整体挥发性成分的组成与含量变化，并着重开展手性化合物的鉴定与异构体分析，揭示异构体分布的影响规律及其可能的形成机制，为番茄籽油的风味调控和品质控制提供科学依据。

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不同物理场处理番茄籽油中挥发性化合物分析

采用HS-SPME-GC-MS技术对不同物理场处理结合亚临界萃取番茄籽油的挥发性化合物进行分析。 由表1可知，对照组番茄籽油（67 种）、SE组（87 种）、MW组（86 种）和IR组（80 种）共检测出103 种挥发性风味成分，包括酯类27 种、醛类15 种、酮类14 种、醇类12 种、吡嗪类8 种、酸类7 种、呋喃类7 种、烯类3 种、含硫化合物2 种和其他类化合物8 种。与对照组（468.949 mg/kg）相比，SE处理组的挥发性物质总含量最高（501.895 mg/kg），IR处理组次之（416.811 mg/kg），MW处理组含量最低（385.793 mg/kg）。在3 种物理场预处理条件下，番茄籽油挥发性物质的组成与含量发生显著变化，总含量降低的原因主要归因于酸类含量的显著下降：与对照组（333.980 mg/kg）相比，MW组酸类含量降低至237.449 mg/kg，IR组降低至264.176 mg/kg，其降幅分别达到酸类物质总含量降幅的116.1%和133.9%。值得注意的是，SE组虽然酸类含量也下降了34.353 mg/kg，但由于呋喃类、醛类、酮类和吡嗪类等物质的含量大幅增加，最终总含量反而上升。

番茄籽油的整体风味轮廓含量最高的是酸类，常见的酸类挥发性物质有乙酸、己酸、丙酸、戊酸、辛酸、壬酸等，共同构成了其风味的基础酸香框架。其中，乙酸含量最高，丁酸与己酸是赋予乳脂香与果香的关键成分。在SE、MW和IR处理后酸类含量普遍下降，可能由于挥发损失或参与酯化反应。这一变化一方面减少了尖锐酸味，使整体风味更加柔和；另一方面也可能削弱部分乳脂和果香特征的基础支撑。

番茄籽油中酯类物质种类最多且含量仅次于酸类物质，其中各组己酸丙酯与己酸乙酯含量均较高，具有明显的果香和甜香特征，是番茄籽油中愉悦气味的重要来源。对照组中己酸乙酯（8.859 mg/kg）含量最高，而经SE、MW和IR处理后己酸乙酯含量分别降低至5.261、5.614 mg/kg和4.666 mg/kg，说明果香和清甜感有所减弱，己酸丙酯含量变化不明显。酯类通常具有较低阈值且存在协同增香效应，其减少不仅会影响单一气味强度，还可能削弱整体风味的协调性与圆润度。

醛类因其低气味阈值有助于增强番茄籽油的甜味和青草香气，是其主要呈香物质。番茄籽油中主要以C4～C10小分子醛类物质为主，包括2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、戊醛、己醛、2-甲基-2-丁烯醛、2-乙基-2-丁烯醛、庚醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、柠檬醛、反式-2,4-癸二烯醛等。经SE处理显著增加了苯甲醛含量，其是烘焙食品中常见的香气物质，可能来源于苯丙氨酸的美拉德反应。2-甲基丁醛和3-甲基丁醛都是小分子支链醛，也称为Strecker醛，与热处理有关，是许多食品及油脂中的重要风味化合物，具有巧克力、坚果、麦芽等风味。因此，处理后样品整体风味更趋向“坚果-烘焙-焦香”方向，而青草清香属性相对减弱。MW处理后2-甲基丁醛含量达到1.295 mg/kg，SE处理后3-甲基丁醛含量达到3.145 mg/kg。MW和SE处理显著提高了支链醛含量，表明物理场处理促进了氨基酸Strecker降解反应，从而增强了番茄籽油的坚果和烘焙香气。

醇类化合物是脂质氧化的二次产物，主要来自不饱和脂肪酸的氧化降解，是酯类物质的主要前体物质。一般在果类产品特征香气中较为常见，主要呈清香、清淡、甜香、醇香、酒香、果香等。番茄籽油醇类物质中2,3-丁二醇含量占总含量的40%以上，具有黄油奶香味和甜味。苯乙醇是苯丙氨酸的典型降解产物。SE、MW和IR处理对醇类挥发性有一定破坏作用，一方面减少了酒香、清香和甜润感，另一方面为醛类和酮类的生成提供了氧化前提条件，使风味从“柔和清甜”向脂质氧化与热诱导风味（如熟香、烘烤香）转变。这与文献中热处理过程醇类减少、醛类增加的规律一致。

番茄籽油主要含有2-丁酮、2-戊酮、2-庚酮、3-羟基-2-丁酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和2-吡咯啉酮等酮类物质，能够提供奶酪、霉味或甜味特征。相较于对照组，酮类化合物含量在SE、MW和IR处理下呈现增加趋势，其含量分别为20.511、14.148 mg/kg和16.412 mg/kg。这可能与脂肪氧化、碳水化合物降解或氨基酸降解途径的活化有关。酮类主要由不饱和脂肪酸氧化分解产生，研究表明饱和脂肪酸氧化分解会产生烯烃、醇等物质，这些物质在高温下可能进一步氧化生成酮类。因此，酮类斜体含量的升高在一定程度上增强了风味厚重感，但也提示过度热处理可能带来品质劣变隐患。

杂环化合物是一类重要的芳香化合物，包括吡嗪类、呋喃类、吡咯类、吡啶类、噻吩类、噻唑类等，它们在许多热加工食品中通过美拉德反应产生，是食物呈现烘烤香气的原因。呋喃类化合物的形成，如糠醛和5-羟甲基糠醛，通常与糖的脱水和降解有关。而吡嗪类化合物的形成则与氨基酸和还原糖反应产生的α-二羰基化合物的缩合有关。番茄籽油杂环化合物中吡嗪类和呋喃类含量和种类最多，2-戊基呋喃对番茄籽油的整体风味有较大贡献。甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、 2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、 四甲基吡嗪、糠醛等是番茄籽油中含量最丰富的芳香化合物。糠醛赋予其焦糖色与烘焙甜香；吡嗪类物质含量增加则带来明显的坚果和烘烤香气，这类物质通常气味强烈、阈值低，对整体香气风格具有决定性影响。其中相较于对照组（9.725、1.770 mg/kg），SE处理后呋喃类及吡嗪类物质含量明显升高，分别增加到47.033 mg/kg 和12.806 mg/kg；MW处理后呋喃类及吡嗪类物质含量分别增加到13.793 mg/kg和16.499 mg/kg；IR处理组呋喃类及吡嗪类物质含量分别增加到12.543 mg/kg和11.275 mg/kg。因此，SE处理样品表现出更强烈的烘焙和焦香风格，而MW处理与IR处理后2 种物质整体的提升幅度相对较低，风味强度相对温和。其他类化合物中吡咯具有甜、坚果和烤面包的特征香气，而吡啶具有坚果味，是由二羰基化合物与还原糖的羰基反应形成糖胺，然后糖胺进行重排和缩合反应形成的。

综上所述，不同物理场处理对番茄籽油风味的影响呈现出由“清新果甜型”向“烘焙坚果型”转变的趋势。酯类与醇类减少削弱了清甜和果香特征，而醛类、酮类及杂环类（特别是吡嗪类和呋喃类）物质含量的增加则强化了焙烤风味与坚果香气。SE处理对美拉德相关产物的促进作用最为显著，因此其风味转化程度最大；MW与IR处理则表现为中等程度的风味强化。

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番茄籽油中手性挥发性化合物定性定量分析

根据Zhu Yin等的研究方法，对番茄籽油中手性挥发性成分进行鉴定分析，结果发现番茄籽油中手性挥发成分有且仅有1 种，为2,3-丁二醇，研究表明它属于天然发酵产物，其不同的立体异构体在香气特征上存在差异。由图1可知，通过与标准品比较，共鉴定出其3 种异构体，其中色谱图中12.775、13.091 min和13.649 min处的峰分别对应S-、R-和meso-2,3-丁二醇，且R-型峰面积最大。

2,3-丁二醇3 种异构体定量分析如表2所示，S-2,3-丁二醇、R-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇的线性范围分别为4.94～9 870、49.35～98 700、19.60～39 200 μg/kg，决定系数R2均大于0.99，表明3 种异构体在其对应的浓度范围内线性关系良好。LOD和LOQ分别为0.130 μg/kg和0.394 μg/kg、3.991 μg/kg和12.031 μg/kg、1.410 μg/kg和4.271 μg/kg，加标回收率分别为98.445%、101.080%、101.161%。以上结果表明本研究拟合的标准曲线方程可以满足对番茄籽油中2,3-丁二醇手性异构体定量分析的基本要求。

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不同物理场处理番茄籽油中2,3-丁二醇的异构体定量分析

如表3所示，经感官品评小组测定在番茄籽油中S-2,3-丁二醇、R-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇的OT分别为0.064、0.069、0.160 mg/kg，meso-2,3-丁二醇的OT明显高于其他2 种。这些结果证实分子的立体化学结构对它们的感知有很大的影响。此外，R-2,3-丁二醇的OAV范围为665.088～1 331.221 mg/kg，远高于其他两种异构体，表明它是番茄籽油中果味和奶香味特征的关键贡献者。S-和meso-2,3-丁二醇虽然含量较低，但其OAV（范围分别为58.497～102.471 mg/kg和62.630～225.006 mg/kg） 均大于1，表明它们也对番茄籽油整体香气轮廓起到了重要的辅助作用。

此外，对照组中S-、R-和meso-2,3-丁二醇的含量分别为6.009、81.170 mg/kg和15.823 mg/kg。经SE处理后，meso-2,3-丁二醇含量从对照组的15.823 mg/kg显著提升至19.350 mg/kg，增幅达22.286%，而S-与R-2,3-丁二醇含量则有所下降。这表明SE处理可促进meso-2,3-丁二醇的生成，抑制S-与R-2,3-丁二醇的生成。该效应可能与高饱和的蒸汽环境更有利于meso-2,3-丁二醇前体物质的转化，或对其分子结构具有稳定作用有关。SE破坏细胞结构后可能释放更多丙酮醛或相关中间体，提高meso-构型生成。MW处理使meso-2,3-丁二醇含量大幅升高至26.374 mg/kg，增幅高达66.67%，说明在MW作用下，meso-2,3-丁二醇分子的选择性生成效应更为显著。而在IR处理后，3 种异构体含量均呈现降低趋势。该差异表明不同物理场对2,3-丁二醇异构体分布具有明显的选择性调控效应。

综上，物理场预处理后番茄籽油中的2,3-丁二醇物质总含量降低，但SE、MW处理后meso-2,3-丁二醇含量增加，说明SE与MW处理能选择性地促进meso-2,3-丁二醇的积累。这种差异化效应与不同构型分子的极性、空间结构及其在特定物理场中的热稳定性有关，其中，meso-2,3-丁二醇因具有内部对称面，其空间构型相对更稳定；与之相比，S-与R-2,3-丁二醇可能在相同条件下更易发生热分解或构型转变。相关研究表明，SE处理在高饱和蒸汽压条件下进行，瞬时SE可能促进前体释放，从而提高meso-构型的生成速率。MW处理则通过偶极旋转实现体加热，极性分子在MW场中的取向效应可能改变局部反应能垒，增强立体选择性生成。相较之下，IR处理以表面辐射加热为主，氧暴露程度较高，体系更易发生自由基氧化反应。已有报道表明，醇类在氧化环境中可逆转为羰基化合物，因此3 种构型在IR条件下均显著下降。

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结论

本研究比较了SE、MW和IR 3 种物理场预处理对番茄籽油挥发性物质组成的影响，并针对手性风味物质2,3-丁二醇分布的影响，阐明了不同物理场对番茄籽油风味形成路径的调控差异。结果表明，相比MW和IR预处理，SE预处理提升番茄籽油挥发性物质的总量，显著促进醛类和美拉德反应产物（呋喃类、吡嗪类）的生成；建立了番茄籽油的手性挥发性成分的色谱分离方法，鉴定出其3 种手性异构体，即R-2,3-丁二醇、S-2,3-丁二醇和meso-2,3-丁二醇。其中R-2,3-丁二醇在番茄籽油中含量最高且呈现果味和奶香味；不同物理场处理对3 种异构体的含量产生差异化影响，SE和MW处理使S-和R-2,3-丁二醇含量降低，而meso-2,3-丁二醇含量升高，但IR处理则使所有异构体含量降低。本研究表明不同物理场处理不仅会影响挥发性物质总量，还可能改变手性化合物2,3-丁二醇立体构型分布，从而影响番茄籽油的感官品质。通过选择适宜的物理场预处理（如SE与MW），可定向调控番茄籽油中2,3-丁二醇异构体的组成比例，从而为其风味品质的精细化调控提供工艺依据，同时为开发风味稳定、品质优良的番茄籽油产品奠定基础。

引文格式：

徐雅, 赵冉, 姚岚航, 等. 不同物理场处理对番茄籽油挥发性物质与异构体2,3-丁二醇的影响[J]. 食品科学, 2026, 47(12): 263-270. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260105-015.

XU Ya, ZHAO Ran, YAO Lanhang, et al. Effects of different physical field treatments on volatile substances and 2,3-butanediol isomers in tomato seed oil[J]. Food Science, 2026, 47(12): 263-270. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260105-015.

实习编辑：李帆；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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