臭氧對(duì)干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味化合物及特征成分的影響

丁筑紅，王知松，韓江雪，李貴筑，俞 露

臭氧對(duì)干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味化合物及特征成分的影響

丁筑紅，王知松，韓江雪，李貴筑，俞 露

(貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

采用固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用(SPEM-GC-MS)、高效液相色譜(HPLC)以及分光光譜(UV)分析技術(shù)，探討臭氧對(duì)干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味化合物、辣椒堿、辣椒紅素指標(biāo)影響情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著臭氧處理時(shí)間增加，干椒揮發(fā)性風(fēng)味成分種類及含量明顯減少，對(duì)照組與臭氧處理1、2、3h各實(shí)驗(yàn)組檢出揮發(fā)性風(fēng)味化合物分別為35種、34種、31種、12種，相對(duì)含量分別為99.364%、63.259%、49.076%、57.879%。干椒中辣椒堿、辣椒紅素含量水平隨著臭氧處理時(shí)間增加而逐漸減少，對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組差異顯著(P＜0.05)。實(shí)驗(yàn)表明，采用臭氧處理干辣椒，產(chǎn)品品質(zhì)發(fā)生了不良變化。

辣椒；臭氧；風(fēng)味化合物；辣椒堿；辣椒紅素

臭氧作為一種強(qiáng)氧化性氣體，具有廣譜、高效、快速、安全、無(wú)二次污染特點(diǎn)，在食品工業(yè)中作為一種冷殺菌技術(shù)可殺滅細(xì)菌芽胞、病毒、真菌等，并可破壞肉桿菌毒素，為綠色的氧化劑和消毒劑[1]，廣泛應(yīng)用于飲用水殺菌處理、果蔬保鮮及空氣的除臭消毒等[2-4]，并在脫臭、脫色方面也顯示良好的應(yīng)用前景[5]。干辣椒是辣椒產(chǎn)品加工的主要原料，作為一種低水分原料和產(chǎn)品，微生物污染是目前辣椒生產(chǎn)中的突出問(wèn)題，微波、輻射、臭氧技術(shù)、活性包裝殺菌、沖擊波殺菌、磁力殺菌等[6-7]，對(duì)低水份產(chǎn)品殺菌研究已見(jiàn)報(bào)道，臭氧殺菌由于其特點(diǎn)在低水分產(chǎn)品殺菌中顯示出明顯優(yōu)勢(shì)和適用性，在干辣椒殺菌中也顯示明顯效果[8]，但目前相關(guān)報(bào)道主要關(guān)注臭氧殺菌保鮮等特性，而對(duì)在臭氧對(duì)食品品質(zhì)影響方面報(bào)道甚少?？茖W(xué)合理選擇臭氧處理技術(shù)，對(duì)提高安全保藏品質(zhì)的同時(shí)減少對(duì)營(yíng)養(yǎng)風(fēng)味品質(zhì)的影響十分必要。實(shí)驗(yàn)采用固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用(SPEMGC-MS)技術(shù)分析干辣椒臭氧殺菌處理后產(chǎn)品風(fēng)味化合物變化，同時(shí)對(duì)辣椒特征成分辣椒堿、辣椒紅素變化情況進(jìn)行分析，探討臭氧對(duì)干辣椒制品主要品質(zhì)的影響，為科學(xué)合理利用該技術(shù)應(yīng)用于辣椒及相關(guān)食品生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干辣椒：本地農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的新鮮成熟紅色辣椒，無(wú)損傷霉變，無(wú)蟲(chóng)害雜質(zhì)；在50℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干，粉碎，過(guò)40目篩備用。

丙酮、甲醇、乙醇、濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、氫氧化鈉、鹽酸、重鉻酸鉀、氯化鈷、三氯化鋁、亞硝酸鈉、硝酸鋁、四氫呋喃等，均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

5G臭氧發(fā)生器 廣州佳環(huán)臭氧科技有限公司；UV-7502紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海欣茂儀器有限公司；固相微萃取器(100μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取纖維頭)美國(guó)Supelco公司；HP6890/5975C型GC-MS聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫公司；LC-20高效液相色譜儀 日本島津公司。1.3方法

1.3.1 干辣椒臭氧處理

采用臭氧處理?xiàng)l件為：臭氧質(zhì)量濃度3mg/L、干椒粉物料濕度50%、料層厚度0.5cm，待臭氧發(fā)生器開(kāi)啟20min后，送入物料，處理時(shí)間分別為1、2、3h后，50℃電熱烘干待測(cè)。

1.3.2 干辣椒揮發(fā)性物質(zhì)的測(cè)定

采用SPEM-GC-MS方法，將裝有辣椒樣品的進(jìn)樣瓶在80℃下加熱10min，保持恒溫，再將100μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取纖維頭插入進(jìn)樣瓶，頂空萃取30min。

色譜條件：色譜柱為HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane (30m×0.25mm，0.25μm)彈性石英毛細(xì)管柱，柱溫45℃(保留0.5min)，以5℃/min升溫至290℃，保持2min；汽化室溫度250℃；載氣為高純He (99.999%)；柱前壓7.62psi，載氣流量1.0mL/min；分流比20:1。

離子源為EI源；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70eV；發(fā)射電流34.6μA；倍增器電壓1037V；接口溫度280℃；質(zhì)量范圍20～550u。

1.3.3 辣椒堿測(cè)定

參照GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質(zhì)測(cè)定及辣度表示方法》。

1.3.4 辣椒紅色素測(cè)定

參照GB/T 22299—2008《辣椒粉天然著色物質(zhì)總含量的測(cè)定》。

2 結(jié)果與分析

2.1 臭氧處理前后揮發(fā)性風(fēng)味化合物檢測(cè)結(jié)果

干椒原料和臭氧處理后的可揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1～4總離子流色譜圖。

圖1 干辣椒原料揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatogram of volatile flavor components in non-ozone-treated dried capsicum

圖2 臭氧處理1h干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 1 h ozone treatment

圖3 臭氧處理2h干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS總離子流圖Fig.3 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 2 h ozone treatment

圖4 臭氧處理3h干辣椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS總離子流圖Fig.4 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 3 h ozone treatment

由圖1～4可知，臭氧處理對(duì)干辣椒粉的揮發(fā)性成分影響明顯，出峰時(shí)間在30min之前，干椒原料揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)集中，可分離和定性的可揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測(cè)出峰多，峰值較高，檢出物種類及含量均較豐富，而經(jīng)臭氧處理1、2、3h的樣品，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，30min之前揮發(fā)性物質(zhì)的出峰數(shù)量及峰值呈明顯減少和降低趨勢(shì)，在30min后被檢出的物質(zhì)的種類及相對(duì)含量明顯增多，而30min后出峰的主要為大分子的烷烴及酯類物質(zhì)，在檢出物中且其相對(duì)含量較高。臭氧處理前后辣椒粉可分離和定性的可揮發(fā)性風(fēng)味成分組分及含量明顯不同且呈一定規(guī)律性變化。

2.2 臭氧處理前后辣椒粉揮發(fā)性化合物變化比較

表1 臭氧處理干椒揮發(fā)性成分比較Table 1 Volatile composition of dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

臭氧處理前后干椒揮發(fā)性風(fēng)味化合物結(jié)果比較如表1所示。干椒原料分離定性可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)35種，占揮發(fā)性成分總量的99.364%。臭氧處理1h后分離定性可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)34種，占揮發(fā)性成分總量的63.259%。臭氧處理2h后分離定性可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)31種，占揮發(fā)性成分總量的49.076%。臭氧處理3h后分離定性可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)12種，占揮發(fā)性成分總量的57.879%?？梢?jiàn)，臭氧處理對(duì)辣椒粉分離和鑒定的可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響大。隨著臭氧處理時(shí)間的增加，分離和定性的可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和相對(duì)含量均呈逐漸減少趨勢(shì)。

分離和定性的可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中，原料經(jīng)臭氧處理3h后，含量增加突出的成分烷烴類化合物，相對(duì)含量由18.379%上升到49.834%，占所檢出物質(zhì)比例由18.50%上升到86.10%，另外，酯類物質(zhì)由4.403%增加到5.525%，由于其均為大分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)，大多不具備明顯呈味特征[9]，由于其相對(duì)含量比重增加，造成臭氧處理后干椒風(fēng)味品質(zhì)下降。

除大分子烷烴類、酯類化合物以外，干椒的其他可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)經(jīng)臭氧處理后，含量均呈降低趨勢(shì)，酮類化合物由16.160%下降為1.625%，占檢出物質(zhì)比例由16.26%下降到2.81%；含氮雜環(huán)類化合物由7.276%減少為0.895%，占檢出物質(zhì)比例由7.32%下降為1.55%；其他萜烯類化合物、醛類、芳香族化合物、醇類化合物分別由21.068%、16.204%、3.247%、1.024%下降至0，未能檢出。而相對(duì)原料干椒，其甲基吡嗪類雜環(huán)化合物7.276%，具有堅(jiān)果香、花生香和面包香[10]；芳樟醇含量1.806%，具有令人愉悅的鈴蘭花香氣[11]；羅勒烯、欖香烯、雪松烯、香橙烯，共21.068%，具有松柏植物香油特征[12]且含量高，對(duì)辣椒香味有重要的貢獻(xiàn)；丁醛、甲基丁醛，共16.204%，一般香氣強(qiáng)度大[13]。而這些良好的風(fēng)味化合物，經(jīng)過(guò)臭氧處理后，普遍呈下降趨勢(shì)，甚至完全消失。

由此可見(jiàn)，辣椒中揮發(fā)性風(fēng)味化合物對(duì)臭氧敏感，隨著臭氧處理時(shí)間的延長(zhǎng)，可揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組分和含量均逐漸減少，呈香呈味物質(zhì)消失或者含量驟減，無(wú)明顯特征風(fēng)味的大分子烷烴物質(zhì)增加。劉通訊等[14]曾研究臭氧處理普洱茶，香氣成分同樣發(fā)生顯著的變化，由于原料差異，風(fēng)味物質(zhì)變化情況與干辣椒有所不同，其產(chǎn)生大量醛類中性致香成分，酮類化合物也有一定程度增加，但其香氣成分中酸類和酯類物質(zhì)則顯著減少。所以，臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，在食品生產(chǎn)加工中應(yīng)用過(guò)程中，也應(yīng)關(guān)注其對(duì)食品風(fēng)味品質(zhì)的不同影響，針對(duì)不同食品特點(diǎn)和應(yīng)用需求，合理選擇的臭氧處理?xiàng)l件和原料狀態(tài)，以最大限度保證產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 臭氧處理對(duì)干辣椒中辣椒堿的影響

辣椒堿是一種極度辛辣的香草酰氨類生物堿，是辣椒辛辣味的主要來(lái)源，具有多種功能特性[15]，為辣椒特征成分，也是辣椒精深加工的有效成分。干椒臭氧處理后辣椒堿的含量的變化如圖5所示。

圖5 臭氧處理干辣椒辣椒堿含量變化Fig.5 Numbers of volatile flavor components in dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

由圖5可知，不同臭氧處理時(shí)間辣椒粉辣椒堿含量的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，隨著臭氧處理時(shí)間的延長(zhǎng)，辣椒堿的含量逐漸減少，據(jù)報(bào)道[16-17]，辣椒果實(shí)中辣椒堿被氧化，可生成其他次生物質(zhì) 5’,5-二辣椒堿聚合體、4’-O-5-二辣椒堿酯以及一些高度聚合的脫氫產(chǎn)物。臭氧處理1、2、3h，辣椒中的辣椒堿的含量分別為175.2、164.7、161.4mg/100g，與對(duì)照198.2mg/100g相比，分別下降11.60%、16.90%和18.57%，經(jīng)方差分析，對(duì)照組與處理組辣椒堿含量差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理1、2、3h。組間差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理對(duì)辣椒粉中的辣椒堿有破壞作用。臭氧處理2h與3h組結(jié)果間差異不顯著(P＞0.05)，可能是由于隨著臭氧處理時(shí)間延長(zhǎng)，相對(duì)于料層表面，臭氧氣體擴(kuò)散進(jìn)入辣椒料層內(nèi)部的速度減慢，致使內(nèi)部辣椒堿接受的臭氧減少，氧化變化減緩。

2.4 臭氧處理對(duì)干辣椒中辣椒紅色素的影響

對(duì)臭氧處理組與對(duì)照組進(jìn)行辣椒紅色素的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖6所示。

圖6 臭氧處理干辣椒辣椒紅素含量變化Fig.6 Contents of volatile flavor component groups in dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

辣椒紅素屬于類胡蘿卜素中含氧衍生物類(葉黃素類)色素。辣椒紅素作為辣椒特征成分，通常作為衡量辣椒品質(zhì)的主要指標(biāo)，也是工業(yè)上提取天然紅色素的重要來(lái)源，且具有多種生理功能[18]。辣椒色素色價(jià)降低、生理功能下降[19]，嚴(yán)重影響其開(kāi)發(fā)應(yīng)用價(jià)值。由圖8可知，臭氧處理對(duì)辣椒中的辣椒紅素有破壞作用，隨著臭氧處理時(shí)間的增長(zhǎng)，辣椒紅素的含量減少。研究報(bào)道也表明[20]，辣椒紅素對(duì)氧化劑不穩(wěn)定，易被氧化，可被逐步氧化為β-烏酸[21]。臭氧處理時(shí)間1、2、3h，干辣椒粉中的辣椒紅素的含量分別為393.0、374.0、365.1mg/100g，與對(duì)照519.2mg/100g相比，分別下降24.3%、28.0%和29.7%，經(jīng)方差分析得出，對(duì)照組與處理組辣椒紅素存在顯著性差異(P＜0.05)，臭氧處理1h與臭氧處理2、3h組間差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理2h與3h組結(jié)果差異不顯著(P＞0.05)。

辣椒紅色素儲(chǔ)存在辣椒果實(shí)的完整組織細(xì)胞中，由于受到細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)某些成分的保護(hù)并形成脂類，具有較高的穩(wěn)定性。當(dāng)需完整細(xì)胞受損或辣椒紅色素被提取出來(lái)以后，失去了細(xì)胞膜等生物保護(hù)機(jī)制，更易被氧化分解而褪色[22]。本研究采用辣椒粉為實(shí)驗(yàn)樣品，由于原料料層厚度影響臭氧穿透作用，另外也可能由于原料色素細(xì)胞未被完全破壞，同時(shí)辣椒中含有防止辣椒紅色素褪色的穩(wěn)定劑有蘆丁、兒茶素、槲皮素、咖啡酸，綠原酸、VE、VC等[23]，可能造成后期色素氧化變化差異不顯著，也可能使以完整果塊、辣椒粉或色素提取物為原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果出現(xiàn)差異。

3 討 論

干辣椒在臭氧處理過(guò)程揮發(fā)性成分發(fā)生了很大的變化，呈香風(fēng)味化合物的種類及含量明顯減少和降低，特征功能成分辣椒堿及辣椒紅素的含量也減少，總體品質(zhì)呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明臭氧作為一種簡(jiǎn)單實(shí)用的殺菌劑，在生產(chǎn)實(shí)踐中其對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的負(fù)面影響值得關(guān)注。實(shí)驗(yàn)采用粉碎后干椒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，較整果或大塊形的辣椒原料而言，原料完整的組織細(xì)胞破壞，生物保護(hù)作用喪失，會(huì)增強(qiáng)臭氧氣體對(duì)底物的接觸和作用；同時(shí)，原料經(jīng)一定潤(rùn)水處理，強(qiáng)化了臭氧條件，提高了臭氧的殺菌能力[24-25]，但同時(shí)，也增強(qiáng)了臭氧對(duì)底物的破壞，從而加速了辣椒品質(zhì)的劣變。因此，在臭氧技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，針對(duì)不同目的需求，科學(xué)合理制定臭氧處理參數(shù)條件，同時(shí)考慮原料特征對(duì)臭氧的適應(yīng)性，最大限度減少臭氧技術(shù)帶來(lái)的不良影響具有重要意義。

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Influence of Ozone Treatment on the Volatile Flavor and Characteristic Components of Dried Capsicum

DING Zhu-hong，WANG Zhi-song，HAN Jiang-xue，LI Gui-zhu，YU Lu
(College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

Head space solid-phase microextraction coupled with capillary gas chromatography-mass spectrometry (SPMEGC-MS), high performance liquid chromatography (HPLC) and ultraviolet (UV)-visible absorption spectrometry were employed to explore the influence of ozone treatment on the volatile flavor components, capsaicin and capsanthin in dried capsicum. As ozone treatment time prolonged, the number and amount of volatile flavor components in dried capsicum both decreased. A total of 35, 34, 31 and 12 volatile flavor components were found in non-ozone-treated dried capsicum and ones treated with ozone for 1, 2 h and 3 h, respectively. Dried capsicum treated for a longer period of time had lower contents of both capsaicin and capsanthin, and there was a significant difference between the control and the experimental groups (P ＜ 0.05). These findings demonstrate that ozone treatment deteriorate the quality of dried capsicum.

capsicum；ozone；volatile flavor components；capsaicin；capsanthin

TS255.5

A

1002-6630(2010)19-0186-04

2010-06-22

貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目[黔科合NY字(2008)3027]

丁筑紅(1966—)，女，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏加工與利用。E-mail：gzdxdzh@163.com