油菜是全球第二大油料作物，其加工工艺除传统炒籽工艺外，微波、烘烤、气流膨化、脉冲电场等新型物理预处理技术日益受到关注。油菜籽蛋白富含赖氨酸和含硫的必需氨基酸，且富含多种生物活性肽，同时具备良好的持油、乳化等功能特性。本研究对比分析冷榨、炒籽和微波3种不同工艺预处理，结合电子鼻、电子舌和顶空固相微萃取法比较不同工艺条件下菜籽蛋白的感官差异。

 

01 不同预处理方法对菜籽蛋白提取率和颜色的影响

   研究通过弱酸高盐法提取不同加工工艺下菜籽饼中的蛋白，分别记作低温冷压菜籽蛋白（LCRP）、炒制菜籽蛋白（RRP）和微波菜籽蛋白（MRP）。如图1A所示，3种菜籽蛋白提取率最高的是LCRP，其次是MRP，RRP最低。该结果表明，预处理工艺对菜籽蛋白的提取率具有显著影响。未处理的油菜籽在低温条件下进行压榨，最大程度地避免了蛋白质的热变性，使蛋白质分子保持了天然的构象和良好的溶解性，在后续盐提过程中，这些未变性的蛋白能够更有效地溶解到水相中，从而被高效提取。相比之下，微波和炒籽这两种加工工艺的蛋白提取率均大幅降低，揭示了微波物理场和炒籽热加工诱导蛋白变性是导致提取率下降的核心机制。

 

图1 菜籽蛋白提取率（A）和色差（B）

   微波处理的快速热效应与炒籽处理的传统渐进式加热均会导致菜籽蛋白分子结构展开、疏水基团暴露，并进一步发生聚集反应，形成不溶性聚集体。这些变性的蛋白聚集体在盐提过程中难以溶解，在最终阶段无法被有效回收，导致提取率显著下降。这意味着微波物理场下，高频电磁场诱导水分子快速旋转的加热方式对细胞结构的破坏在一定程度上降低了因热变性导致的提取难度。然而，与冷榨处理的低温优势相比，蛋白质在加工过程中的变性对提取率的负面影响仍是主导因素。

   由菜籽蛋白的色度值可知，RRP的L*值最高，表明其蛋白粉颜色最浅、最亮；LCRP次之；MRP的L*值显著最低（图1B），表明其蛋白粉颜色最深、最暗。不同预处理菜籽蛋白a*值均为正数，表示颜色偏向红色。MRP的a*值最高，显著高于LCRP和RRP，表明其红色调最强。b*值也均为正数，表示颜色偏向黄色。3组间的b*值差异相对较小，但冷榨菜籽蛋白的b*值略高，表明色调偏黄。

   微波工艺导致蛋白颜色最深、红度值最高，主要归因于美拉德反应和焦糖化反应。该反应会生成类黑精等褐色聚合物，导致产品颜色加深（L*值下降）、红色调增强（a*值显著升高），与微波后产生浓郁“坚果香”“焦香”的风味形成过程一致。

   炒籽工艺产生最浅的颜色，L*值最高，表明其颜色最白。尽管微波加热速度快，但炒籽工艺通过渐进式的热传导，其美拉德反应程度更易精准受控，生成的褐色物质相对更少，从而比微波更好地保持了原料的天然色泽。因此，在通过钝酶改善风味的同时，炒籽工艺能更稳定地维持蛋白质的天然结构特性。

   冷榨工艺温度最低，几乎不发生热诱导的美拉德反应。其产品的颜色主要来源于原料本身固有的色素（如叶黄素等导致b*值略高）以及在压榨过程中可能发生的轻微酶促褐变。因此，其L*值与微波组无明显差异，但a*值显著低于炒籽组，颜色状态更接近天然。

   菜籽蛋白的色度问题主要由酚类化合物引起，而通过采用温和的提取条件（如弱酸性盐提取）、结合乙醇预处理、脱壳和膜过滤等工艺，可以显著改善其颜色，获得浅色、更符合食品工业需求的蛋白产品。

 

02 电子鼻分析

   对不同预处理工艺下的菜籽蛋白进行主成分分析，结果如图2所示，PC1方差贡献率为78.6%，PC2方差贡献率为11.6%，累计方差贡献率为90.2%。通过电子鼻传感器的响应值分析，W1W（对硫化物、萜烯类敏感）和W3C（对氨类、芳香族化合物敏感）传感器的响应值最为突出，这初步揭示了硫化物和芳香类物质是构成菜籽蛋白特征气味的关键组分。通过对比发现，尽管预处理工艺不同，但3种蛋白的气味特征具有一致性。这表明预处理工艺并未从根本上改变菜籽蛋白气味的整体属性与轮廓，其差异主要体现为气味响应强度的强弱。

   LCRP在W5S（对氮氧化合物与醇醛类敏感）传感器的响应值最高，而MRP最低。醛类物质（如己醛、戊醛、壬醛）是油脂哈败的标志性风味物质。酮类则通常带有果香或霉味。LCRP响应值最高表明冷榨工艺可能保留了更多由脂质氧化产生的醛类等“青草味”成分，或某些含氮杂味物质。而微波和炒籽可能促进了这些物质的挥发或进一步反应，导致其含量下降。

 

图2 基于电子鼻信号的不同处理下油菜籽蛋白感官雷达图（A）和PCA图（B）

   LCRP特征气味表现为硫化物、氨类和芳香族化合物含量最高，整体气味轮廓更偏向于原料的原始特征，但可能伴随更强的刺激性硫味和青草味。微波与炒籽工艺能有效降低硫化物和部分不良氧化风味物质的含量。特别是微波工艺，在多数传感器上显示出最低的响应值，表明其整体挥发性风味强度可能更为柔和、协调。同时微波过程中美拉德反应生成的美味香气掩盖了不良气味。本研究充分证实，电子鼻能够有效反映不同预处理菜籽蛋白风味间存在显著差异。

 

03 电子舌分析

   如图3所示，3种不同工艺对菜籽蛋白味觉特性有显著影响，能够有效反映菜籽蛋白的风味差异。PC1方差贡献率为67.4%，PC2方差贡献率为25.6%，累计方差贡献率为93.0%。从整体上看，3种菜籽蛋白的味觉响应值在多数指标上较为接近，这表明其基本味觉特征具有一定的相似性。

   然而，通过细致比较可以发现，MRP在多个指标上呈现出与冷榨和炒籽样品不同的趋势，尤其是在SCS传感器和鲜味（NMS）的响应上。LCRP的鲜味（NMS）和ANS传感器响应值均为最高。相比之下，微波和炒籽样品因美拉德反应消耗了部分呈味氨基酸，导致其鲜味响应略有降低。3种蛋白在咸味（CTS）和酸味（AHS）上的差异较小，表明预处理工艺对这两种基本味觉的影响不大。

 

图3 基于电子舌信号的不同处理下油菜籽蛋白感官雷达图（A）和PCA图（B）

 

04 顶空-固相微萃取-GC-MS分析

   如表1所示，LCRP（66种）、RRP（69种）和MRP（81种）3种不同菜籽蛋白在气味特征上有显著区别，其中共鉴定出挥发性化合物111种，包括醛类（18种）、醇类（12种）、呋喃类（12种）、酮类（11种）、酯类（11种）、烯烃类（7种）、吡啶类（3种）、吡嗪类（10种）、腈类（6种）、氰化物类（2种）、酸类（10种）和其他类（9种）。

   冷榨蛋白LCRP醛、醇类物质含量最高，低温无法钝化内源酶，不饱和脂肪酸酶促氧化生成大量带生青、脂腥刺激性气味的醛醇类物质，吡啶类带来苦涩腥味，呋喃、吡嗪等美拉德产物含量极低，整体风味以硫苷降解的辛辣味与脂质氧化产生的青草哈败味为主；

   炒籽蛋白RRP依靠美拉德与Strecker降解形成风味，加热条件充足使呋喃、吡嗪大量富集，赋予样品烘烤坚果香气，高温钝化酶后醛、醇含量远低于LCRP，同时硫苷热降解生成高含量腈、氰化物并带来辛辣刺激味，同等温度下红外烘焙可生成更多吡嗪香气物质且保留酚类抗氧化物，印证加工方式对风味形成作用显著；

   微波蛋白MRP吡嗪、腈、醇含量为三者最高，微波瞬时高温快速灭活内源酶，醛类异味显著低于冷榨样品，高温诱发美拉德反应生成大量吡嗪，坚果香气突出，但硫苷热降解产生极高浓度辛辣味3-丁烯基异硫氰酸酯，含量最高的醇类物质2-乙基-1-己醇赋予其果香，综合来看微波工艺去除酶促异味效果突出，坚果类愉悦风味生成量也优于炒籽工艺。

表1 不同菜籽蛋白中的挥发性化合物含量