SPME-GC-MS對五種加工工藝鮮花椒油揮發(fā)性風味成分的分析

王立艷，陳吉江，安駿，王冶，趙蕓，郭佳，鄧龍

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 102209；3.南昌大學(xué)，南昌 330047)

SPME-GC-MS對五種加工工藝鮮花椒油揮發(fā)性風味成分的分析

王立艷1，陳吉江2，安駿2，王冶2，趙蕓2，郭佳2，鄧龍3

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 102209；3.南昌大學(xué)，南昌 330047)

以5種加工工藝制取的鮮花椒油為原料，采用固相微萃取(SPME)裝置頂空取樣，用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)對鮮花椒油揮發(fā)性風味成分進行鑒定。結(jié)果表明：共鑒定出107個化合物，鮮花椒油的主要揮發(fā)性風味成分為芳樟醇及檸檬烯，2種風味成分占鮮花椒油總風味成分的76.7%～93.0%，芳樟醇占15.0%～51.5%，檸檬烯占38.6%～67.7%，5種加工工藝制取的鮮花椒油中芳樟醇、檸檬烯含量有明顯差異。其中低溫浸提工藝制取鮮花椒油的芳樟醇含量最高為51.5%，常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油最低為15.0%。常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油的檸檬烯含量最高為67.7%，高溫油淋-浸提結(jié)合工藝制取鮮花椒油最低為38.6%。在高溫條件下芳樟醇、檸檬烯易揮發(fā)損失，為得到高品質(zhì)的花椒油，需要采用適宜的加工工藝，研究為制取風味、口感良好的花椒油提供理論依據(jù)，以便生產(chǎn)企業(yè)有效組織花椒油的生產(chǎn)和品質(zhì)控制。

工藝；花椒油；揮發(fā)性風味成分；芳樟醇；檸檬烯；氣相色譜-質(zhì)譜

花椒是一種常用調(diào)味料，給菜品帶來麻香風味及口感。除此之外，花椒也常用于去除各種肉類的腥氣；促進唾液分泌，增加食欲；使血管擴張，從而起到降低血壓的作用；溫中散寒，除濕止痛，殺蟲解毒；治療嘔吐，風寒濕痹，齒痛等癥；據(jù)李時珍《本草綱目》記載：“花椒堅齒、烏發(fā)、明目，久服，好顏色，耐老、增年、健神?！?/p>

花椒油作為一款調(diào)味品，為消費者的烹調(diào)帶來極大便利。特別是鮮花椒油具有原汁原味、口感爽潔、貯運及使用方便等優(yōu)點?；ń酚涂捎糜跊霭璨?如雞絲涼皮、夫妻肺片、豆腐絲、海帶、黃瓜絲等)；熱菜(如水煮魚、水煮牛肉、毛血旺、蒸魚頭、扇貝、辣子雞、麻香美蛙、花椒鴨掌、椒香鵝腸等)；面食(涼拌面等)。

市場上已有黎紅、幺麻子、樹上鮮、金龍魚、鄉(xiāng)王等品牌小包裝花椒油銷售?；ń酚鸵蛲瑫r具有清香氣和麻味，所以備受消費者和廚師喜愛，由于花椒油加工工藝不同，產(chǎn)品的香氣和麻度有較大差異。余德順[1]、莫彬彬等[2]用GC-MS分析超臨界CO2萃取干花椒中揮發(fā)油的化學(xué)成分，花椒的芳香物質(zhì)在花椒干燥及貯存期間會大量損失。石愛華等[3]用GC-MS分析超聲波和微波輔助提取法從花椒籽和殼中提取花椒油的化學(xué)成分，由于花椒籽榨取的花椒籽油有苦澀味，酸價及過氧化值偏高，沒有花椒香味，因此不作為花椒油食用。石雪萍[4]、路純明[5]、Amran Waheed等[6]用GC-MS分析水蒸氣蒸餾法提取花椒揮發(fā)油的化學(xué)成分，主要成分為烯類和醇類，水蒸氣蒸餾法制取的花椒芳香精油通常在食品、化妝品中作為香精使用。謝慶娟等[7]用GC-MS分析市售花椒油的化學(xué)成分，文中未寫明花椒油品牌及生產(chǎn)工藝。百永鐸等[8]用GC-MS分析傳統(tǒng)有機溶劑萃取花椒油中的香味物質(zhì)，溶劑殘留問題導(dǎo)致產(chǎn)品香氣不純，溶劑揮發(fā)增加產(chǎn)品成本，且對大氣環(huán)境造成一定程度污染。花椒油的麻度可以通過紫外分光光度計或高效液相色譜儀來測定花椒麻味素含量來判斷。市售高品質(zhì)花椒油均采用新鮮花椒當天加工成香氣濃郁的鮮花椒油，而花椒油的香氣目前大多通過嗅聞來測試。本研究采用5種典型加工工藝從當天采摘的新鮮花椒中提取鮮花椒油，并用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)對鮮花椒油揮發(fā)性風味成分進行鑒定[9]。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)是一項新穎的樣品前處理與富集技術(shù)，具有無溶劑、簡便、經(jīng)濟、高效、選擇性好及實用性強等特點[10]，被廣泛應(yīng)用于油脂揮發(fā)性風味成分的分析[11]。采用頂空固相微萃取技術(shù)(HS-SPME)與氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)分析[12]比較5種加工工藝制取的鮮花椒油揮發(fā)性風味成分的差異，探究加工工藝對鮮花椒油揮發(fā)性風味成分的影響。研究結(jié)果為建立鮮花椒油揮發(fā)性風味成分圖譜數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

鮮青花椒產(chǎn)地為四川省資陽市樂至縣，由四川帥青花椒開發(fā)有限公司提供，2015年8月份采摘于國家農(nóng)業(yè)標準化青花椒示范區(qū)帥青有機青花椒示范基地。為更好地保留鮮花椒油濃郁、純正的香氣，均在采摘后當天用5種加工工藝來制取鮮花椒油，保證產(chǎn)品的新鮮度和良好風味。

1.2 儀器與設(shè)備

手動固相微萃取裝置SPME Fiber Assembly 50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭[13]美國Supelco公司；7890B/597A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋 上海博迅實業(yè)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 5種花椒油加工工藝

1.3.1.1 低溫浸提

鮮青花椒粉碎過18目篩，粉碎的鮮青花椒與一級菜籽油重量比為1∶3，浸提油溫恒定在65 ℃，時間2 h，得到麻味素含量為(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.2 高溫浸提

鮮青花椒粉碎過18目篩，粉碎的鮮青花椒與一級菜籽油重量比為1∶3，浸提油溫恒定在100 ℃，時間10 min，得到麻味素含量為(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.3 蒸汽蒸餾-高溫浸提結(jié)合法

向密閉容器中的鮮青花椒通壓力為1 MPa的蒸汽，蒸汽蒸餾溫度110 ℃，時間20 min后常溫冷凝分別得到花椒芳香精油及蒸椒，蒸椒與一級菜籽油重量比為2∶1，浸提溫度105 ℃，時間25 min后得到高麻味素含量的花椒油，將花椒芳香精油、高麻味素含量的花椒油與一級菜籽油調(diào)配成麻味素含量為(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.4 高溫油淋-浸提結(jié)合法

鮮青花椒與一級菜籽油重量比為1∶3，50%用量180 ℃一級菜籽油油淋在鮮青花椒上面，油淋后的鮮青花椒再投入剩余50%用量100 ℃一級菜籽油中恒溫浸提15 min，最后將油淋和浸提分別得到的花椒油進行混合，得到麻味素含量為(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.5 常溫常壓壓榨

鮮青花椒與一級菜籽油重量比按1∶1，在常溫常壓下用壓榨機絞破花椒果皮的油泡，油水分離得到花椒精后用一級菜籽油稀釋，得到麻味素含量為(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.2 頂空固相微萃取條件

取6 g花椒油入15 mL玻璃瓶中，旋緊蓋子后放在80 ℃恒溫水浴鍋中平衡20 min后，將SPME針管穿過樣品瓶墊，用已活化好的SPME纖維頭(270 ℃活化30 min)頂空萃取40 min，縮回纖維頭，抽出針頭；待氣相色譜儀處于準備狀態(tài)后，將SPME針管迅速穿過進樣口硅膠隔墊，伸出纖維頭，240 ℃解吸4 min，進行GC-MS分析[14，15]。

1.3.3 GC條件

對于花椒油采用如下條件能達到較好的分離度：色譜柱DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱溫50 ℃，以5 ℃/min升至240 ℃保持1 min；載氣：氦氣，流量0.9 mL/min，不分流進樣；進樣口溫度250 ℃。

1.3.4 MS條件

連接質(zhì)譜接口溫度240 ℃；離子源為EI源；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對5種加工工藝制取的鮮花椒油開展GC-MS檢測風味成分，通過譜庫檢索和人工解析[16-18]，扣除由萃取頭帶來的硅氧烷類雜質(zhì)峰和少量增塑劑的雜質(zhì)峰，從5種加工工藝制取的鮮花椒油中鑒定出匹配度大于850(最大值1000)的化合物。按峰面積歸一化法計算各組分的相對含量[19-22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種工藝制取花椒油揮發(fā)性風味成分的GC-MS總離子流圖

5種工藝制取花椒油揮發(fā)性風味成分的GC-MS總離子流圖見圖1。

圖1 不同工藝制取花椒油揮發(fā)性風味成分的GC-MS總離子流圖

由圖1可知，HS-SPME可以很好地吸附鮮花椒油的揮發(fā)性風味成分，通過GC-MS的分析檢測，可以得到良好的總離子圖，整個GC-MS分析過程僅需要38 min。

2.2 5種加工工藝鮮花椒油揮發(fā)性風味成分

5種加工工藝鮮花椒油揮發(fā)性成分的種類及含量見表1。

表1 5種加工工藝鮮花椒油揮發(fā)性成分的種類及含量

續(xù) 表

續(xù) 表

續(xù) 表

注：“-”表示未檢出或含量低于0.01%；RI為NIST數(shù)據(jù)庫匹配結(jié)果導(dǎo)出的保留指數(shù)。

經(jīng)NIST 2.2質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索和文獻[23]，由表1可知，5種加工工藝制取的鮮花椒油共鑒定出107種風味成分，其中酸類物質(zhì)有2個，醇類物質(zhì)30個，烯類物質(zhì)33個，酮類物質(zhì)5個，醛類物質(zhì)16個，酯類物質(zhì)12個，烷烴類物質(zhì)3個，硫氰類物質(zhì)2個，雜環(huán)類物質(zhì)2個，胺類物質(zhì)2個。

2.3 5種工藝鮮花椒油主要揮發(fā)性風味成分比較

5種工藝鮮花椒油主要揮發(fā)性風味成分比較見表2。

表2 5種工藝鮮花椒油主要揮發(fā)性風味成分比較 %

注：“-”表示未檢出或含量低于0.01%。

由表2可知，5種加工工藝制取的鮮花椒油風味成分主要為醇類及烯類，2種風味成分合計占鮮花椒油風味成分76.7%～93.0%，芳樟醇成分占比15.0%～51.5%，檸檬烯成分占比38.6%～67.7%，不同加工工藝制取的鮮花椒油中芳樟醇、檸檬烯成分有明顯差異。其中低溫浸提工藝制取鮮花椒油的芳樟醇含量最高為51.5%，常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油最低為15.0%。常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油的檸檬烯含量最高為67.7%，高溫油淋-浸提結(jié)合工藝制取鮮花椒油最低為38.6%。

5種加工工藝制取的鮮花椒油均有檢出芳樟醇、α-松油醇，其中醇類成分中主要為芳樟醇，占醇類成分79.2%以上，高溫油淋-浸提結(jié)合法制取的鮮花椒油芳樟醇含量占醇類成分高達92.8%，α-松油醇占醇類成分1.0%～3.6%，蒸汽蒸餾-高溫浸提結(jié)合法制取的鮮花椒油中α-松油醇含量占醇類成分3.6%。

5種加工工藝制取的鮮花椒油中均有檢出檸檬烯、β-月桂烯、1-石竹烯、律草烯、γ-衣蘭油烯、大根香葉烯，其中烯類成分中含量最高的為檸檬烯，占烯類成分45.0%～59.0%，常溫常壓壓榨制取的鮮花椒油檸檬烯含量最高，占整體風味成分39.8%，占烯類成分58.8%；烯類成分中含量第二高的是β-月桂烯，占烯類成分8.9%～26.2%，常溫常壓壓榨制取的鮮花椒油中β-月桂烯含量最多，占整體風味成分17.7%，占烯類成分26.2%；1-石竹烯占烯類成分0.4%～1.8%，律草烯占烯類成分0.2%～4.9%，蒸汽蒸餾-高溫浸提結(jié)合法制取的鮮花椒油中律草烯含量最高，占整體風味成分2.4%，占烯類成分4.9%。

5種加工工藝制取的鮮花椒油中均有檢出乙酸芳樟酯風味成分，占整體花椒油風味成分1.9%～16.5%，高溫浸提制取的鮮花椒油中乙酸芳樟酯含量最高，占整體風味成分16.5%，占酯類風味成分87.3%。

5種加工工藝制取的鮮花椒油中均有檢出(E,E)-2,4-己二烯醛風味成分，占整體鮮花椒油風味成分0.1%～1.7%，蒸汽蒸餾-高溫浸提結(jié)合法制取的鮮花椒油(E,E)-2,4-己二烯醛含量最高，占整體風味成分1.7%，占醛類風味成分52.3%。

3 結(jié)論

HS-SPME與GC-MS聯(lián)用可準確分析鮮花椒油的揮發(fā)性風味成分。本研究采用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法對5種加工工藝制取的鮮花椒油揮發(fā)性風味成分進行了有效的分離鑒定。

共鑒定出107種化合物，鮮花椒油的主要揮發(fā)性風味成分為芳樟醇及檸檬烯，2種風味成分合計占鮮花椒油風味成分76.7%～93.0%，芳樟醇成分占比15.0%～51.5%，檸檬烯成分占比38.6%～67.7%，不同加工工藝制取的鮮花椒油中芳樟醇、檸檬烯成分有明顯差異。

低溫浸提工藝制取鮮花椒油的芳樟醇含量最高為51.5%，常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油最低為15.0%。常溫常壓壓榨工藝制取鮮花椒油的檸檬烯含量最高為67.7%，高溫油淋-浸提結(jié)合工藝制取鮮花椒油最低為38.6%。

對5種不同工藝鮮花椒油揮發(fā)性風味成分的分析，為花椒油風味成分研究及花椒油的制取提供技術(shù)參考。芳樟醇、檸檬烯是花椒油的主要芳香成分，初步判斷芳樟醇、檸檬烯在高溫條件易揮發(fā)損失，為獲得較好香氣的鮮花椒油，需要采用適宜的加工工藝，本研究為制取風味、口感較好的鮮花椒油提供理論依據(jù)，便于生產(chǎn)企業(yè)有效組織鮮花椒油的生產(chǎn)和品質(zhì)控制。

鮮花椒油的香味并不是由一種或幾種化合物來體現(xiàn)，而是由多種成分協(xié)同作用，體現(xiàn)出不同的特征香味，醇類和烯類化合物對花椒油的風味貢獻最大。生產(chǎn)上可以利用該方法分析鮮花椒油風味成分的組成和含量，結(jié)合感官分析判斷花椒油的優(yōu)劣和評價等級，從而改進生產(chǎn)工藝和流程。

綜合考慮多種因素，認為低溫浸提工藝制取的鮮花椒油芳樟醇含量最高，屬于清香型花椒油。常溫常壓壓榨制取的鮮花椒油檸檬烯含量最高，屬于清香和濃香兼具的花椒油，企業(yè)可根據(jù)區(qū)域目標消費者口味偏好，采用相應(yīng)加工工藝獲得合適的花椒油芳香組分。

[1]余德順,秦軍,呂晴,等.超臨界CO2萃取花椒揮發(fā)油及化學(xué)組分研究[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2003,21(1):1-3.

[2]莫彬彬,萬固存,劉毅,等.超臨界 CO2萃取九葉青花椒和大紅袍花椒揮發(fā)油的化學(xué)成分分析及香氣比較[J].中國調(diào)味品,2009，34(3):102-105.

[3]石愛華,歐陽玉祝,李佑稷,等.食用花椒油化學(xué)成分的GC-MS分析[J].吉首大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,29(2):101-105.

[4]石雪萍,張衛(wèi)明.紅花椒和青花椒的揮發(fā)性化學(xué)成分比較研究[J].中國調(diào)味品,2010，35(2):102-105.

[5]路純明,張小麟,趙英杰,等.花椒揮發(fā)油提取方法及其組分研究[J].中國糧油學(xué)報,1996(4):12-16.

[6]Waheed A,Mahmud S,Akhtar M,et al.Studies on the components of essential oil ofZanthoxylumarmatumby GC-MS[J].American Journal of Analytical Chemistry,2011(2):258.

[7]謝慶娟,鄧才彬,曲中堂.GC-MS聯(lián)用法分析花椒油化學(xué)成分[J].中國藥房,2009,20:1653-1654.

[8]百永鐸,陳威.GC-MS 法分析花椒油樹脂主要成分[J].黑龍江環(huán)境通報,2011(2):49-50.

[9]Wang X G,Yang Y Y,Mi P.Microwave-assisted extraction and GC-MS analysis of "Zanthoxylum" oil from "Zanthoxylumbungeanum"[J].Advance Journal of Food Science and Technology,2015,7(9):723-726.

[10]傅若農(nóng).固相微萃取 (SPME) 的演變和現(xiàn)狀[J].化學(xué)試劑,2008,30(1):13-22.

[11]高會云,何娟,劉德倉,等.固相微萃取萃取頭的研究進展[J].分析儀器,2007(2):1-6.

[12]王茜茜,易起達,袁建,等.頂空-氣質(zhì)聯(lián)用分析一級菜籽油儲藏期間揮發(fā)性成分變化[J].食品科技,2013(1):187-190.

[13]張麗珠,黃湛,唐潔,等.同時蒸餾萃取法和固相微萃取法分析棕櫚油與菜籽油復(fù)合火鍋底料中的風味物質(zhì)[J].食品科學(xué),2014,35(18):156-160.

[14]吳浪,徐俐,謝婧,等.不同炒制溫度對菜籽毛油揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響[J].中國油脂,2012,37(11):39-43.

[15]楊湄,劉昌盛,周琦,等.加工工藝對菜籽油主要揮發(fā)性風味成分的影響[J].中國油料作物學(xué)報,2010,32(4):551-557.

[16]周琦,楊湄,黃鳳洪,等.不同工藝市售菜籽油品質(zhì)及風味差異研究[J].中國油料作物學(xué)報,2013,35(增刊下):469.

[17]楊春英,劉學(xué)銘,王思遠,等.SPME-GC-MS 分析植物油揮發(fā)性風味成分[J].中國糧油學(xué)報,2015,30(10):127-134.

[18]謝婧,徐俐,吳浪,等.SPME-GC-MS 對菜籽毛油和精煉菜籽油揮發(fā)性風味成分的分析[J].中國油脂,2012,37(8):84-87.

[19]龍奇志,黃永輝,鐘海雁,等.茶油揮發(fā)性成分的固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜分析[J].中國食品學(xué)報,2009,9(3):187-194.

[20]謝婧,徐俐,張秋紅,等.頂空固相微萃取法提取菜籽油揮發(fā)性風味成分[J].食品科學(xué),2013,34(12):281-285.

[21]董紅健,萬忠民,劉兵.油菜籽儲藏中揮發(fā)性成分的變化研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(19):254-259.

[22]張麗平,余曉琴,闞建全,等.花椒中檸檬烯和芳樟醇的含量測定與比較分析[J].中國調(diào)味品,2013,38(1):99-101.

[23]Wang L,Wang Z,Li X,et al.Analysis of volatile compounds in the pericarp ofZanthoxylumbungeanumMaxim.by ultrasonic nebulization extraction coupled with headspace single-drop microextraction and GC-MS[J].Chromatographia,2010,71(5-6):455-459.

Analysis of Volatile Flavor Compounds in Five ProcessingZanthoxylumOil by SPME-GC-MS

WANG Li-yan1, CHEN Ji-jiang2, AN Jun2, WANG Ye2, ZHAO Yun2, GUO Jia2, DENG Long3

(1.School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083,China;2.COFCO Nutrition and Health Research Institute, Beijing 102209,China;3.Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Zanthoxylumoil is produced by five processing technics, the oil samples are extracted by solid-phase microextraction(SPME)method.Zanthoxylumoil produced by five processing technics is analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).107 components separated from the extract have been identified, the results show that main volatile flavor compounds are linalool and limonene, the two kinds of flavor components account for 76.7%～93.0% of the total flavor components, linalool accounts for 15.0%～51.5%, while limonene accounts for 38.6%～67.7%, low-temperature extracting technic has the highest content of linalool, which is 51.5%. While normal pressure and temperature extracting technic has the lowest content of linalool, which is 15.0%. Normal pressure and temperature extracting technic has the highest content of d-limonene, which is 67.7%. While high-temperature watering oil and extracting technic have the lowest content of limonene, which is 38.6%. Linalool and limonene are easily volatile at higher temperature. In order to attain high-qualityZanthoxylumoil, it is necessary to adopt appropriate processing technic. The purpose of our research is to provide some theoretical foundation for producing high-qualityZanthoxylumoil, so enterprises can organize production and quality control ofZanthoxylumoil effectively.

technics;Zanthoxylumoil;volatile flavor compounds;linalool;limonene;gas chromatography-mass spectrometry

2017-03-19

國家自然科學(xué)基金資助項目(31471699)

王立艷(1976-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，博士，主要從事精細化工、環(huán)境化工及食品化學(xué)研究。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.032

1000-9973(2017)09-0128-06