頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法分析花椒油中的揮發(fā)性成分

韓卓濤，王燕，王延云，廖化針，胡強(qiáng)*

(1.樂山師范學(xué)院竹類病蟲防控與資源開發(fā)四川省重點實驗室，四川 樂山 614000；2.樂山師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000)

花椒是蕓香科(Rutaceae)花椒屬(ZanthoxylumL.)植物花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)或青椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.)的成熟果皮。它是一種辛香料，含揮發(fā)性油，性熱，味辛香，在《本草綱目》中被譽為“八大味”之一?；ń穼僦参锏幕瘜W(xué)成分主要有生物堿、酰胺、木脂素、香豆素、揮發(fā)油和脂肪酸等，其中酰胺類物質(zhì)是花椒的主要麻味成分，揮發(fā)油則主要是其香氣成分，它們是反映花椒內(nèi)在品質(zhì)的主要指標(biāo)[1,2]?；ń烦似涔ず袧庥舻南銡夂吐槲叮勺鳛槭秤煤腿沼孟懔贤?，其果實、根、莖、葉均可入藥，具有溫中散寒、除濕、鎮(zhèn)痛、麻醉、抗菌、殺蟲止痛等藥理功效，因而具有廣泛的應(yīng)用前景[3-5]。我國除東北、新疆和內(nèi)蒙古等少數(shù)地區(qū)外，其他各地均有分布，特別是四川省漢源、西昌、冤寧等地區(qū)盛產(chǎn)花椒[6,7]。

花椒油是一種從花椒中提取出呈香、呈麻味物質(zhì)于食用植物油中的調(diào)味品，然而不同的生產(chǎn)方法其香味、口感存在較大的差異。其主要由以下2種方法制取[8-10]：(1)通過油浸法、油淋法、油溶法等傳統(tǒng)方法生產(chǎn)花椒油，油浸法在國內(nèi)被大部分花椒油廠使用。(2)通過超臨界CO2萃取法將花椒中的有效成分提取出來，得到花椒提取物，即花椒精油和花椒油樹脂，然后與食用植物油調(diào)制成為花椒油(萃取法)。市場上反映，傳統(tǒng)花椒油(油浸法)芳香濃郁、醇麻爽口，而花椒油(萃取法)氣味和口感稍差，通常略帶有苦澀味。目前已有不少文獻(xiàn)對花椒精油或揮發(fā)油成分進(jìn)行了分析研究[11-16]，但很少有對花椒油成分進(jìn)行分析研究，本文采用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法(HS-GC-MS)對2種不同生產(chǎn)工藝(油浸法和萃取法)生產(chǎn)的花椒油的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析，分別鑒定其主要化學(xué)成分，并對2種花椒油的揮發(fā)性成分進(jìn)行了比較，旨在比較2種花椒油的揮發(fā)性成分差異，為花椒油的生產(chǎn)加工、質(zhì)量評價及進(jìn)一步的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

帥麻婆花椒油(油浸法)、花椒油樹脂：均由峨眉山市中王食品廠提供；金龍魚菜籽油：益海嘉里食品營銷有限公司市購。

7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(配有7696A頂空自動進(jìn)樣器、MussHunter數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))、20 mL頂空進(jìn)樣瓶及瓶蓋、壓蓋器、啟蓋器 美國安捷倫科技有限公司；ML203/02分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；200～1000 μL移液槍 歐辰自動化科技有限公司。

1.2 實驗條件

1.2.1 頂空進(jìn)樣器參數(shù)

定量環(huán)/閥：110 ℃；傳輸線：120 ℃；加熱箱：100 ℃；平衡時間：10 min。

1.2.2 色譜條件參數(shù)

HP-5MS色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度為250 ℃；色譜程序升溫條件：起始溫度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min的升溫速率升至150 ℃，再以8 ℃/min的升溫速率升至260 ℃，保持10 min；載氣(He)流量1 mL/min；分流進(jìn)樣，分流比5∶1；進(jìn)樣量1 μL。

1.2.3 質(zhì)譜條件參數(shù)

質(zhì)量掃描范圍(m/z)：50～500 amu；電子電離(electron ionization,EI)離子源：70 eV；離子源溫度230 ℃；連接質(zhì)譜結(jié)口溫度280 ℃；溶劑切除時間3 min。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

花椒油(油浸法)：準(zhǔn)確稱取約10.00 g帥麻婆花椒油置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，封口后，待測。

花椒油(萃取法)：將花椒油樹脂和食用植物油按1∶29的比例(質(zhì)量比)混合調(diào)制成花椒油(萃取法)，準(zhǔn)確稱取約10.00 g花椒油(萃取法)置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，封口后，待測。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

將處理好的樣品放入自動頂空進(jìn)樣器中，經(jīng)GC-MS分析，分別得到2種不同生產(chǎn)工藝(油浸法和萃取法)的總離子流圖5(見圖1和圖2)。將圖中各個色譜峰的質(zhì)譜圖與NIST14.L譜庫進(jìn)行比對，并結(jié)合文獻(xiàn)報道進(jìn)行圖譜解析。采用峰面積歸一法計算各個成分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 花椒油的GC-MS總離子流圖

HP-5MS屬于非極性毛細(xì)管柱，樣品中揮發(fā)性成分按照沸點依次升高的順序出峰，經(jīng)HP-5MS毛細(xì)管柱分離、MS檢測，2種不同生產(chǎn)工藝花椒油(油浸法和萃取法)的總離子流圖分別見圖1和圖2。此色譜條件下，花椒油(油浸法和萃取法)樣品的主要成分達(dá)到良好分離，峰形尖銳且對稱性好，易于質(zhì)譜定性。油浸法所生產(chǎn)的花椒油的GC-MS總離子流圖見圖1。組分出峰時間主要集中在8～18 min；花椒油樹脂與菜籽油按比例調(diào)制成的花椒油的GC-MS總離子流圖見圖2，組分出峰時間主要集中在4～18 min。

圖1 花椒油(油浸法)GC-MS總離子流圖Fig.1 The total ions chromatogram of GC-MS of Zanthoxylumbungeanum oil(the oil-immersion method)

圖2 花椒油(萃取法)GC-MS總離子流圖Fig.2 The total ions chromatogram of GC-MS of Zanthoxylumbungeanum oil(the extraction method)

2.2 花椒油的揮發(fā)性成分組成

總離子流圖中的色譜峰經(jīng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索、人工譜圖解析，并參考相關(guān)文獻(xiàn)資料[17-21]，從油浸法和萃取法的花椒油中分別分離鑒定出17種和25種揮發(fā)性化合物，然后采用峰面積歸一化計算化合物的相對含量，見表1。

表1 2種花椒油揮發(fā)性成分分析Table 1 Analysis of volatile components in two kinds of Zanthoxylum bungeanum oils

續(xù) 表

注：“-”表示未檢出或含量低于0.01%。

由表1可知，花椒油(油浸法)中共分離鑒定出17種揮發(fā)性成分，其中烯類化合物有10種，主要是右旋萜二烯65.27%、β-月桂烯18.35%、羅勒烯4.00%；醇類化合物有2種，主要是芳樟醇4.88%；酯類化合物有3種，主要是乙酸芳樟酯1.87%；另外，還存在少量的酮類、炔類化合物，即3,5-辛二烯-2-酮和1-十一炔0.04%。

花椒油(萃取法)中共分離出25種揮發(fā)性成分，其中烯類化合物有12種，主要是右旋萜二烯33.57%、檜烯12.26%、β-月桂烯5.77%；醇類化合物有6種，主要是芳樟醇26.43%；酯類化合物有1種，即乙酸芳樟酯6.91%；另外，還存在少量的酸類、醛類、腈類及苯類化合物，即2,5-二氫-1H-吡咯-2-羧酸0.29%、(E,E)-2,4-己二烯醛0.65%、辛醛0.17%、3-甲基巴豆腈0.73%、5-己烯腈0.22%和鄰-異丙基苯0.33%。

2.3 花椒油揮發(fā)性成分的比較

由表1可知，油浸法和萃取法的花椒油分別鑒定出17種和25種揮發(fā)性成分，其中有13種揮發(fā)性成分相同，分別為α-蒎烯、檜烯、β-月桂烯、α-水芹烯、右旋萜二烯、反式-β-羅勒烯、羅勒烯、γ-松油烯、4-側(cè)柏醇、萜品油烯、芳樟醇、別羅勒烯、乙酸芳樟酯，分別占總含量的99.92%和90.3%；其中有12種揮發(fā)性成分花椒油(萃取法)分離出，而花椒油(油浸法)未分離出，占9.7%；其中有4種揮發(fā)性成分花椒油(油浸法)分離出，而花椒油(萃取法)未分離出，占0.08%。

2種花椒油揮發(fā)性成分相對含量最高的均是右旋萜二烯，又稱為(+)-檸檬烯，但所占含量相差近1倍，分別為65.27%和33.57%?；ń酚?油浸法)≥4%的揮發(fā)性成分有4種，即右旋萜二烯65.27%、β-月桂烯18.35%、芳樟醇4.88%及羅勒烯4.00%，占總含量的92.5%；花椒油(萃取法)≥4%的揮發(fā)性成分有6種，即右旋萜二烯33.57%、芳樟醇26.43%、檜烯12.26%、乙酸芳樟酯6.91%、β-月桂烯5.77%及α-苧烯崖柏烯4.38%，占總含量的89.32%；花椒油(油浸法)中右旋萜二烯、β-月桂烯、羅勒烯、反式-β-羅勒烯的相對含量比花椒油(萃取法)的含量高；而檜烯、芳樟醇、乙酸芳樟酯等組分，花椒油(萃取法)比花椒油(油浸法)相對含量高；2種花椒油中α-蒎烯、α-水芹烯、γ-松油烯、4-側(cè)柏醇、萜品油烯、別羅勒烯的含量都低于1%。

表2 2種花椒油揮發(fā)性成分比較Table 2 Comparison of volatile components in two kinds of Zanthoxylum bungeanum oils

注：“-”表示未檢出或含量低于0.01%。

由表2可知，花椒油(油浸法)的揮發(fā)性成分是烯類、醇類、酯類、酮類及炔類，花椒油(萃取法)的揮發(fā)性成分是烯類、醇類、酸類、酯類、醛類、腈類及苯類；花椒油(油浸法)的主要揮發(fā)性成分是烯類93.15%、醇類4.9%及酯類1.89%，合計占總含量的99.94%，花椒油(萃取法)的主要揮發(fā)性成分同樣是烯類60.47%、醇類30.23%及酯類6.91%，合計占總含量的97.61%；花椒油(萃取法)的揮發(fā)性成分中還存在少量酸類(0.29%)、醛類(0.82%)、腈類(0.95%)及苯類(0.33%)，合計占總含量的2.39%。

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)油浸法和萃取法花椒油在氣味和口感上的差異是由于2種不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的花椒油中揮發(fā)性成分組成及相對含量有明顯差異所導(dǎo)致的；油浸法工藝中植物油主要提取了花椒果皮中的呈香、呈麻味物質(zhì)，有效成分雖不能充分溶解，僅有部分進(jìn)入植物油中，造成浪費和產(chǎn)品成本偏高，但風(fēng)味純正；花椒油(萃取法)工藝由于溶劑萃取能力強(qiáng)，且將花椒果皮連同花椒籽一起粉碎、萃取，因此將花椒籽中部分影響風(fēng)味的物質(zhì)也萃取出來，花椒油中揮發(fā)性成分組成明顯增多，特別是酸類、醛類、腈類及苯類，產(chǎn)生了苦澀味，導(dǎo)致風(fēng)味有所改變。

3 結(jié)論

花椒油的揮發(fā)性成分會因花椒產(chǎn)地、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)條件的差異而不同[22,23]。本實驗采用HS-GC-MS對2種不同生產(chǎn)工藝的花椒油進(jìn)行了揮發(fā)性成分分析，結(jié)果顯示揮發(fā)性成分組成及相對含量有明顯的差異：花椒油(油浸法)和花椒油(萃取法)中分別分離鑒定出17種和25種揮發(fā)性化合物，其中有13種揮發(fā)性成分相同，分別占總含量的99.92%和90.3%；有12種揮發(fā)性成分花椒油(萃取法)分離出，而花椒油(油浸法)未分離出，占9.7%；有4種揮發(fā)性成分花椒油(油浸法)分離出，而花椒油(萃取法)未分離出，占0.08%；2種花椒油揮發(fā)性成分相對含量最高的均是右旋萜二烯，但所占含量相差近1倍，分別為65.27%和33.57%；花椒油(油浸法)≥4%的揮發(fā)性成分有4種，占總含量的92.5%；花椒油(萃取法)≥4%的揮發(fā)性成分有6種，占總含量的89.32%；油浸法和萃取法花椒油的主要揮發(fā)性成分都是由烯類、醇類及酯類組成，但比例有明顯差異；花椒油(萃取法)的揮發(fā)性成分中還存在少量酸類(0.29%)、醛類(0.82%)、腈類(0.95%)及苯類(0.33%)。上述差異導(dǎo)致了傳統(tǒng)花椒油(油浸法)芳香濃郁、醇麻爽口，而花椒油(萃取法)氣味和口感稍差，通常略帶有苦澀味，花椒油中揮發(fā)性成分組成及相對含量影響花椒油的品質(zhì)，因此可將花椒油的組成成分和相對含量作為指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)，提高花椒油的感官品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]余曉琴,鄭顯義,闞建全,等.紅花椒和青花椒主要品質(zhì)特征指標(biāo)值的評價[J].食品科學(xué),2009，30(15):45-48.

[2]盧俊宇,梅國榮,劉飛,等.GC-MS-AMDIS結(jié)合保留指數(shù)分析比較青椒與竹葉花椒揮發(fā)油的組成成分[J].中藥與臨床,2015,6(5):18-21.

[3]楊瀟,芮光偉,鐘智超.9種花椒超臨界CO2萃取物中化學(xué)成分的GC/MS/AMDI分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(3):158-162.

[4]Zhang J,Jiang L.Acid-catalyzed esterification ofZanthoxylumbungeanum,seed oil with high free fatty acids for biodiesel production[J].Bioresource Technology,2008,99(18):8995-8998.

[5]Xia L,You J,Li G,et al.Compositional and antioxidant activity analysis ofZanthoxylumbungeanumseed oil obtained by supercritical CO2fluid extraction[J].Journal of the American Oil Chemists Society,2011,88(1):23-32.

[6]陳丹丹.花椒揮發(fā)油的研究進(jìn)展及開發(fā)前景[J].基層醫(yī)學(xué)論壇,2013(31):4180-4182.

[7]王旭彤,王海英,馬麗娜,等.花椒精油的揮發(fā)性化學(xué)成分及其香氣進(jìn)展[J].廣東化工,2015,42(6):84-85.

[8]蔣燕,蒲彪,王漢清,等.不同方法提取冷榨藤椒油中的油樹脂及其成分分析[J].食品與機(jī)械,2016(1):130-134.

[9]李躍金,胡晉昭.超臨界萃取花椒中主要成分[J].食品研究與開發(fā),2015(11):50-53.

[10]王勁.超臨界二氧化碳提取花椒油工藝研究[J].中國調(diào)味品,2016,41(4):92-95.

[11]孟永海,史連宏,楊欣,等.花椒揮發(fā)油成分GC-MS分析[J].化學(xué)工程師,2015,235(4):26-28.

[12]王洪偉,羅凱,黃秀芳,等.不同方法定量檢測花椒油中花椒麻味物質(zhì)的效果比較研究[J].食品工業(yè)科技,2014,5(7):272-278.

[13]鄭良,朱華勇,沈慧,等.GC-MS分析山東野花椒果皮中揮發(fā)油的化學(xué)成分[J].華西藥學(xué)雜志,2009,24(4):386-388.

[14]Chang K M,Kim G H.Analysis of aroma components fromZanthoxylum[J].Food Science & Biotechnology,2008,17:669-674.

[15]Gong Y W,Huang Y F,Zhou L G,et al.Chemical composition and antifungal activity of the fruit oil ofZanthoxylumbungeanumMaxim.(Rutaceae) from China.[J].Journal of Essential Oil Research,2009,21(2):174-178.

[16]樂薇,吳士筠,高欣.大紅袍花椒揮發(fā)油的提取及化學(xué)成分的氣相色譜-質(zhì)譜分析[J].食品科學(xué),2014(2):261-265.

[17]楊崢,公敬欣,張玲,等.漢源紅花椒和金陽青花椒香氣活性成分研究[J].中國食品學(xué)報,2014(5):226-230.

[18]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,2008,29(2):101-105.

[19]閻建輝,唐課文,許友,等.GC/MS法分析花椒揮發(fā)油的化學(xué)成分[J].質(zhì)譜學(xué)報,2003,24(2):326-331.

[20]賈利蓉,趙志峰,雷紹榮,等.漢源青花椒揮發(fā)油的成分分析[J].食品與機(jī)械,2008,24(3):105-108.

[21]郭治安,趙景嬋,謝志海.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析花椒揮發(fā)油的成分[J].色譜,2001,19(6):567-568.

[22]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,1996,11(4):12-17.

[23]樊丹青,劉榮,楊麗,等.不同產(chǎn)地花椒揮發(fā)油含量及組成成分比較研究[J].中藥與臨床,2014,5(2):16-19.