基于SPME-GC-MS結(jié)合ROAV分析評價不同加工方式下皺椒辣椒粉風(fēng)味品質(zhì)

杜勃峰，丁筑紅* ，李達(dá)，陳思奇，肖仕蕓

(1.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴陽 550025；2.天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350)

獨山皺椒是貴州省著名的地方品種，其果實細(xì)長、色澤鮮紅、香味濃烈，是線椒中的珍品[1]。皺椒產(chǎn)品以鮮椒加工和干椒加工兩種途徑為主，種類多樣，作為干制的皺椒辣椒粉，是人們餐桌上不可缺少的調(diào)味料之一。辣椒粉風(fēng)味品質(zhì)的好壞是影響辣椒粉商品價值的重要指標(biāo)[2,3]，皺椒辣椒粉風(fēng)味品質(zhì)受到多種因素的影響。不同的加工方式下，皺椒辣椒粉的風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成及風(fēng)味特征各不相同[4]，本文通過探討分析不同加工方式下皺椒辣椒粉的風(fēng)味物質(zhì)，為企業(yè)生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

辣椒：貴州省獨山縣成熟皺椒，顏色紅色或深紅色，香氣濃郁，無霉變和蟲害。清洗后去除果蒂，自然晾干。

試劑：石油醚、甲醇、乙醇、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、硝酸鋁、三氯化鋁、亞硝酸鈉等，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器

手動固相微萃取裝置(萃取纖維為50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex) 美國Supelco公司；HP6890/5975C型GC/MS聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；R-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海申勝生物技術(shù)有限公司；101-3A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

辣椒粉制備：對照組(直接粉碎)、傳統(tǒng)炒制(40 ℃，焙烤10 min后粉碎)、電熱焙烤(120 ℃，焙烤10 min后粉碎)。

1.4 萃取方法

稱量混合樣品8 g，放入10 mL固相微萃取儀采樣瓶中，在轉(zhuǎn)速200 r/min的磁力攪拌器上80 ℃水浴加熱，5 min后插入裝有50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex纖維頭的手動進(jìn)樣器，并持續(xù)加熱，萃取40 min后，移出萃取頭并立即插入到氣相色譜儀進(jìn)樣口中，在250 ℃下熱解吸3 min，然后進(jìn)樣進(jìn)行分析。

1.5 GC-MS分析條件

色譜條件[5]：色譜柱為HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane (30 m×0.25 mm×0.25 μm)彈性石英毛細(xì)管柱，采取程序升溫的方式，初始柱溫45 ℃，保持0.5 min后，以5 ℃/min升溫至290 ℃并保持2 min；汽化室溫度250 ℃；載氣為高純He(99.999%)；柱前壓7.62 psi，載氣流量1.0 mL/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70 eV；發(fā)射電流34.6 μA；倍增器電壓1037 V；接口溫度280 ℃；質(zhì)量范圍20～550 u。

定性與定量分析：測定結(jié)果在NIST 2005和Wiley 275這兩個數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，定性分析時，正反匹配度的結(jié)果都不小于800時[6]，才能確認(rèn)結(jié)果。定量分析用峰面積歸一化法[7]，測算各揮性風(fēng)味化合物的相對百分含量。

1.6 相對氣味活度值(relative odor activity value，ROAV)[8]

定義一個新的參數(shù)ROAV，定義檢測結(jié)果中對樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分：ROAVstan=100，其他的組分(A)：

式中：C%A、TA為測得的結(jié)果中各風(fēng)味組分的相對百分含量和對應(yīng)的感覺閾值；C%stan、Tstan分別為設(shè)定的對樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分的相對百分含量和對應(yīng)的感覺閾值。

1.7 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果分析

2.1 不同加工方式皺椒辣椒粉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)結(jié)果分析

不同加工方式皺椒辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分及相對含量見表1。

表1 不同加工方式皺椒辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分及相對含量Table 1 The composition and relative content of volatile compounds in Capsicum annuum paprika with different processing methods

續(xù) 表

注：“-”表示結(jié)果未檢出。

不同加工方式制得皺椒辣椒粉共鑒定出77種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中直接粉碎鑒定出42種，傳統(tǒng)炒制鑒定出37種，電熱焙烤鑒定出44種，根據(jù)皺椒辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味化合物檢測結(jié)果，將這些揮發(fā)性風(fēng)味化合物歸類為烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物、醛類化合物、酯類化合物、酚類化合物、吡嗪類化合物和其他類化合物。每類化合物的種類數(shù)量和相對含量見表2。

表2 不同加工方式皺椒辣椒粉中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和相對含量Table 2 The types and relative content of main volatile flavor components in Capsicum annuum paprika with different processing methods

烴類化合物在3組辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測結(jié)果中相對含量較高，種類也是最多的，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為烷烴類化合物和烯烴類化合物。烷烴類化合物分子量大且閾值高[9]，香氣不突出，因此烷烴類化合物對辣椒粉的風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。烯烴中的萜類化合物閾值不高。熊學(xué)斌等[10]研究表明，在干辣椒的揮發(fā)性香氣成分中，萜烯類化合物是最主要的一類。直接粉碎檢測出較多的萜烯類物質(zhì)，而傳統(tǒng)炒制組和電熱焙烤組萜稀類含量較少，這和馬軍輝[11]的研究報道一致。萜烯類在高溫下發(fā)生環(huán)化、脫水，產(chǎn)生了其他的風(fēng)味物質(zhì)。雖然烯烴類物質(zhì)的閾值未見相關(guān)報道，但不可否認(rèn)烯烴類對辣椒粉風(fēng)味的貢獻(xiàn)。

醇類物質(zhì)是脂肪氧化分解或由羰基化合物還原產(chǎn)生的。直接粉碎橙花叔醇相對含量為3.57%，賦予辣椒獨特的青香、花香和水果香氣[12]。醇類物質(zhì)的相對含量和種類都較少，雖然相對含量低，但對辣椒粉風(fēng)味的貢獻(xiàn)不可替代。

醛類物質(zhì)主要由不飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生。Saskia等[13]研究結(jié)果表明2-甲基丁醛、3-甲基丁醛性質(zhì)比較活躍，是辣椒香氣的重要組成成分。直接粉碎和電熱焙烤組都檢測出糠醛和壬醛，壬醛賦予皺椒辣椒粉油香、脂香和清香氣味[14]?？啡┏尸F(xiàn)焦糖香[15]，賦予皺椒辣椒粉獨特的香氣。經(jīng)過電熱焙烤后的壬醛和糠醛含量都有下降，原因是醛類物質(zhì)受熱揮發(fā)或參與氧化還原反應(yīng)使其相對含量減少[16]。

酯類和酚類是辣椒粉重要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。酯類化合物具有水果香，是水果成熟度的一個重要指標(biāo)。直接粉碎組檢測出相對含量為4.21%的戊酸乙酯，賦予辣椒粉果香、水果酯香，傳統(tǒng)炒制組檢測出二氫獼猴桃內(nèi)酯，呈現(xiàn)帶有香豆素樣香氣和麝香樣氣息[17]。傳統(tǒng)炒制檢出相對含量為1.389%的愈創(chuàng)木酚，賦予辣椒粉花香味和香辛料香氣[18]。傳統(tǒng)工藝炒制的風(fēng)味物質(zhì)中獨有γ-丁內(nèi)酯，這種氣味是生青味的特征[19]。產(chǎn)生的原因是傳統(tǒng)炒制工藝一般使用較大的鐵質(zhì)容器，原料添加量大，會產(chǎn)生受熱不均勻的狀況，從而會使辣椒粉帶有不同程度的生青味。

酮類和吡嗪類化合物在檢測結(jié)果中相對含量較低，但各自對辣椒粉的風(fēng)味有其獨特的貢獻(xiàn)。酮類物質(zhì)具有花香香氣，性質(zhì)較為穩(wěn)定且香氣持久[20]。傳統(tǒng)工藝炒制檢測出α-紫羅酮，賦予辣椒紫羅蘭型香氣，并持有香脂的花香香韻[21]。電熱焙烤檢測出2-甲基四氫呋喃-3-酮，賦予辣椒甜香、堅果香、奶油香[22]。吡嗪類物質(zhì)是脂肪氧化產(chǎn)物參與美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物，主要呈現(xiàn)肉香味和烤香味，且吡嗪類化合物具有較低的香氣閾值，呈現(xiàn)焙烤香氣[23]。電熱焙烤組經(jīng)過高溫加工，檢測出較多的吡嗪類化合物，2-甲基吡嗪具有堅果香、霉香、烤香、壤香[24]，2,6-二甲基吡嗪賦予辣椒堅果、花生醬、可可和烤肉味[25]。這些化合物共同構(gòu)成貴州皺椒辣椒粉的風(fēng)味成分。

2.2 皺椒辣椒粉風(fēng)味化合物的ROAV分析

采用ROAV篩選樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的風(fēng)味物質(zhì)，ROAV值越大，對樣品的風(fēng)味貢獻(xiàn)越大，ROAV>1的物質(zhì)為樣品的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)，0.1≤ROAV<1的物質(zhì)對樣品的總體風(fēng)味起修飾作用[26]。各相關(guān)組分的ROAV結(jié)果見表3。

表3 3種加工方式下皺椒辣椒粉的關(guān)鍵性風(fēng)味化合物及ROAV值Table 3 ROAV of key flavor compounds in Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表1可知，根據(jù)所測風(fēng)味物質(zhì)的相對含量及其感覺閾值，確定2-異丁基-3-甲氧基吡嗪直接粉碎的相對含量為0.09%，其閾值僅為0.016 μg/kg，在傳統(tǒng)炒制組中，3-甲基丁醛相對含量為2.29%，其閾值為0.2 μg/kg，在電熱焙烤中，α-紫羅酮相對含量為1.42%，其閾值為1 μg/kg，綜合分析，其在各自組分中的總體氣味貢獻(xiàn)最大，所以定義2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、3-甲基丁醛、α-紫羅酮的ROAVstan為100。由表3可知，直接粉碎關(guān)鍵風(fēng)味成分主要是壬醛、苯乙醛、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創(chuàng)木酚、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪；傳統(tǒng)炒制組的關(guān)鍵風(fēng)味成分主要是壬醛、3-甲基丁醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫羅酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪；而電熱焙烤組的關(guān)鍵風(fēng)味成分主要是2-甲基丁醛、壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫羅酮、愈創(chuàng)木酚、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基-3-丙烯基吡嗪。在這些關(guān)鍵風(fēng)味成分中，ROAV>1且共有的物質(zhì)是壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創(chuàng)木酚，這幾種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是皺椒辣椒粉風(fēng)味的重要組成部分。

2.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主成分分析

對不同加工方式的皺椒辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表4。

表4 主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率Table 4 The eigenvalues and contribution rates of the principal components

在主成分分析中，特征值>1的組分能夠較好地反映樣品的風(fēng)味信息[29]。由表4可知，主成分1和主成分2的特征值>1且累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)100%，因此選擇這兩個主成分進(jìn)行風(fēng)味品質(zhì)分析。

對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和以主成分方差貢獻(xiàn)率做內(nèi)積，綜合得到風(fēng)味品質(zhì)函數(shù)Y，各皺椒辣椒粉風(fēng)味綜合評價得分見表5。

表5 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)處理后的主成分綜合得分Table 5 The comprehensive scores of principal components after standardization

圖1 3種處理方式辣椒粉主成分得分分布圖Fig.1 Distribution of main component scores of Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表5和圖1可知，第1主成分中，電熱焙烤組得分最高；第2主成分中，手工組得分最高。從綜合評價得分可以看出，電熱焙烤組得分最高，為0.714。其余依次是傳統(tǒng)炒制組和直接粉碎組。

電熱焙烤避免了傳統(tǒng)炒制辣椒受熱不均的弊端，同時又是在一定溫度和時間條件下進(jìn)行的，高溫會使一些如氨基酸、脂肪和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)發(fā)生裂解等物理和化學(xué)變化，這些反應(yīng)混合作用，產(chǎn)生低分子雜環(huán)類、酮類、醛類、內(nèi)酯類、吡嗪類等有特殊焙烤香味的風(fēng)味物質(zhì)，共同組成電熱焙烤組皺椒辣椒粉的香氣風(fēng)味物質(zhì)。

3 結(jié)論

對皺椒進(jìn)行直接粉碎、傳統(tǒng)炒制、電熱焙烤3種處理制取辣椒粉，通過SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)檢測不同加工方式下皺椒辣椒粉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，共分離鑒定出77種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物、醛類化合物、酯類化合物、酚類化合物、吡嗪類化合物和其他類化合物。ROAV探討不同加工方式下皺椒辣椒粉的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)，結(jié)果表明壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創(chuàng)木酚為3種皺椒辣椒粉的共有物質(zhì)且ROAV>1，是皺椒辣椒粉重要的風(fēng)味物質(zhì)。

采用主成分分析，得出電熱焙烤組辣椒粉風(fēng)味品質(zhì)最高，其余依次是傳統(tǒng)炒制組和直接粉碎組。電熱焙烤能有效提升皺椒辣椒粉的風(fēng)味品質(zhì)。皺椒辣椒粉香氣與產(chǎn)品加工方式、辣椒品質(zhì)、皺椒辣椒粉輔料都有關(guān)系，通過研究3種加工方式下皺椒辣椒粉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，為企業(yè)生產(chǎn)皺椒辣椒粉提供了技術(shù)參考和理論依據(jù)。