兩種生產(chǎn)工藝藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分對(duì)比分析

胡 強(qiáng),王延云,王 燕,廖化針,韓卓濤

(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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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)

藤椒,學(xué)名為竹葉花椒(ZanthoxylumarmatumDC.),是青花椒的一種,蕓香科(Rutaceae)花椒屬(ZanthoxylumL.)植物,主要分布于西南、華東、華中和華北等地,在四川盆地、盆周山區(qū)以及重慶江津地區(qū)被廣泛種植[1]。其根、莖、葉和種子均可入藥,具有祛風(fēng)除濕、消食健胃、散瘀止痛的作用[2-4]。藤椒果皮中富含由鏈狀不飽和脂肪酰胺產(chǎn)生的麻味物質(zhì),以山椒素為例,具有強(qiáng)烈的刺激性[5-6];同時(shí)果皮中的揮發(fā)油構(gòu)成了其香味的主要成分[7-8]。正是由于藤椒果皮中這種獨(dú)特的麻味和香味,使得藤椒被廣泛地用于調(diào)味品,深受人們的喜愛。但新鮮藤椒采摘時(shí)期短,且采摘后不易保存,因此人們通常將藤椒煉油后進(jìn)行保存和食用。目前,常采用生產(chǎn)加工藤椒油的方法有兩種:一種是普遍使用的傳統(tǒng)物理加工方法油浸法;另一種是超臨界CO2萃取法,是一種新型的提取技術(shù)[9],其首先采用超臨界CO2萃取工藝,從天然藤椒中萃取具有香氣(味)成分和特征麻味物質(zhì)的濃縮萃取物,然后再將其與植物油按一定比例調(diào)制,即為藤椒油產(chǎn)品。兩種生產(chǎn)工藝相比,從產(chǎn)量上,超臨界CO2萃取法明顯高于油浸法,但從口感上略差于傳統(tǒng)油浸法,存在苦澀味,傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來的藤椒油更具有口味清爽、香味濃郁、麻味綿長的特點(diǎn)[10]。因此,有必要對(duì)兩種工藝生產(chǎn)藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分進(jìn)行比較,為超臨界CO2萃取工藝的改進(jìn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

目前對(duì)藤椒油產(chǎn)品的研究報(bào)道并不多見,李東等[11]研究了如何優(yōu)化傳統(tǒng)藤椒油生產(chǎn)的工藝條件;蔣燕等[12]探討了水浴、超聲波和微波輔助溶劑法對(duì)冷榨藤椒油油樹脂風(fēng)味成分的影響;周婷等[13]對(duì)冷榨和熱浸藤椒油產(chǎn)品的脂肪酸組成成分進(jìn)行了分析,但對(duì)傳統(tǒng)油浸法和超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分的研究尚未見報(bào)道。植物揮發(fā)性成分通常采用感官分析、氣相色譜(gas chromatography,GC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、快速氣相電子鼻等分析技術(shù)[14-18],其中GC-MS是目前使用較為廣泛的一種分析方法,氣相色譜具有很強(qiáng)的分離混合物的能力,質(zhì)譜對(duì)化合物的碎片離子具有高選擇性和高靈敏度,是一個(gè)很好的定性工具。GC-MS廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化學(xué)、環(huán)境保護(hù)[19]等多種領(lǐng)域,如測(cè)定香料中有毒有機(jī)溶劑的殘留、污水中有機(jī)物的組成、食物風(fēng)味物質(zhì)的研究等[20-22]。

本實(shí)驗(yàn)以傳統(tǒng)油浸法和超臨界CO2萃取法生產(chǎn)的藤椒油產(chǎn)品為研究對(duì)象,采用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法(HS-GS-MS)對(duì)其揮發(fā)性成分進(jìn)行定性、定量分析,并比較了兩種生產(chǎn)工藝藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分組成、種類和相對(duì)含量的區(qū)別,為進(jìn)一步改善生產(chǎn)加工工藝和提高藤椒油產(chǎn)品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

峨眉山老麻婆藤椒油(油浸法)、藤椒油樹脂(超臨界CO2萃取法) 峨眉山中王食品廠提供;金龍魚菜籽油 益海嘉里食品營銷有限公司。

7696A-7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(配有頂空自動(dòng)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、壓蓋器及啟蓋器 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(dòng)化科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 藤椒油的前處理 油浸法藤椒油:準(zhǔn)確稱取10.0 g左右的油浸法藤椒油(精確至0.001 g)于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中,用壓蓋器封口后,待測(cè)。

超臨界CO2流體萃取法藤椒油:將藤椒油樹脂與金龍魚菜籽油按1∶29(質(zhì)量比)混合均勻后,準(zhǔn)確稱取10.0 g(精確至0.001 g)于20 mL 頂空進(jìn)樣瓶中,用壓蓋器封口后,待測(cè)。

1.2.2 香氣成分的測(cè)定

1.2.2.1 頂空進(jìn)樣器參數(shù) 加熱箱:100 ℃;定量環(huán)/閥:110 ℃;傳輸線:120 ℃;平衡時(shí)間:10 min。

1.2.2.2 色譜條件 色譜柱為HP-5MS石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持1 min,先以5 ℃/min升至150 ℃;再以8 ℃/min升至260 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度為250 ℃;載氣:高純氦氣(99.999%);流速:1.0 mL/min;進(jìn)樣方式:分流進(jìn)樣,分流比為5∶1。

1.2.2.3 質(zhì)譜條件 傳輸線溫度:280 ℃;電離方式:EI;離子源溫度230 ℃;電離電壓:70 eV;質(zhì)量掃描范圍m/z:50～500 amu;溶劑延遲時(shí)間3 min。

1.2.3 定性與定量方法 藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分經(jīng)GC-MS分析后利用NIST14質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索,人工分析,并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道來鑒定其中的化學(xué)成分,采用峰面積歸一法來計(jì)算藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分中各成分的百分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分GC-MS總離子流圖

考慮到實(shí)驗(yàn)中所用菜籽油的香氣成分可能會(huì)對(duì)超臨界CO2萃取法藤椒油揮發(fā)性成分的結(jié)果產(chǎn)生影響,因而前期對(duì)菜籽油進(jìn)行了空白實(shí)驗(yàn),見圖1。由圖1可知,菜籽油中揮發(fā)性成分極少且響應(yīng)很低,不會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響,在數(shù)據(jù)分析時(shí)也和樣品進(jìn)行了對(duì)比確認(rèn)處理。

圖1 菜籽油GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion flow diagram of colleseed oil

兩種不同生產(chǎn)工藝藤椒油產(chǎn)品(油浸法和超臨界CO2萃取法)的揮發(fā)性成分總離子流圖分別見圖2～圖3,藤椒油產(chǎn)品中主要揮發(fā)性成分經(jīng)色譜柱得到了良好分離。由圖2可知,油浸法藤椒油產(chǎn)品組分的出峰時(shí)間主要集中在4～25 min,由圖3可知,超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品組分的出峰時(shí)間主要集中在4～18 min。

圖2 油浸法藤椒油GC-MS總離子流圖Fig.2 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by oil immersion method

圖3 超臨界CO2萃取法藤椒油GC-MS總離子流圖Fig.3 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by supercritical CO2 extraction

2.2 兩種工藝藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果

兩種工藝藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分經(jīng)GC-MS分析,參考NIST14質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)[10,23-26]進(jìn)行人工分析,并采用峰面積歸一法計(jì)算各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量,結(jié)果見表1。

表1 兩種藤椒油揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果Table 1 Identification results of volatile constituents of two kinds of rattan pepper oil

續(xù)表

兩種工藝藤椒油產(chǎn)品中共分離鑒定出33種揮發(fā)性成分,油浸法藤椒油產(chǎn)品中分離鑒定出22種,超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中分離鑒定出27種。其中,油浸法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量≥1%的有4種,分別是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量≥1%的有7種,

分別為α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、檜烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%)。另外,油浸法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量在0.1%～1%之間的有15種,分別為α-苧烯崖柏烯、α-蒎烯、辛醛、α-水芹烯、羅勒烯、γ-松油烯、順式水合檜烯、異松油烯、(+)-b-側(cè)柏酮、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、乙酸芳樟酯、β-欖香烯、1-石竹烯和大根香葉烯D;相對(duì)含量≤0.1%的有3種,分別為桃金娘烯醛、癸醛和α-石竹烯。超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量在0.1%～1%之間的有9種,分別為3-甲基-2-丁烯腈、α-水芹烯、α-松油烯、羅勒烯、γ-松油烯、順式水合檜烯、異松油烯、(+)-b-側(cè)柏酮和乙酸芳樟酯;相對(duì)含量≤0.1%的有11種,分別為5-氰基-1-戊烯、1-甲基-異己酸、(E,E)-2,4-己二烯醛、3,3-二甲基己醇、反式-β-羅勒烯、(+)-香茅醛、苯乙酸甲酯、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、桃金娘烯醛和乙酸-4-松油烯醇酯?？梢?兩種工藝藤椒油產(chǎn)品中揮發(fā)性成分的組成、相對(duì)含量存在一定差異。

2.3 兩種工藝藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分比較分析

油浸法藤椒油和超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量≥4.5%的揮發(fā)性成分均是右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、檜烯(21.71%、19.42%)和月桂烯(4.63%、8.36%),相對(duì)含量分別占總含量的94.77%和89.79%?？梢?這4種揮發(fā)性成分是藤椒油產(chǎn)品中的主要揮發(fā)性成分,構(gòu)成了藤椒油產(chǎn)品的主要香氣物質(zhì);油浸法藤椒油產(chǎn)品中主要揮發(fā)性成分高于超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品,因而香氣和口感上油浸法藤椒油產(chǎn)品香味更加濃郁。

從相對(duì)含量≥1%的揮發(fā)性成分可見,油浸法藤椒油產(chǎn)品中揮發(fā)性成分有4種,分別是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%),占總含量的94.77%;超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中主要揮發(fā)性成分有7種,分別為α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、檜烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%),占總含量的96.15%。超臨界CO2萃取法比油浸法藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量≥1%的揮發(fā)性成分多3種,分別是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相對(duì)含量是油浸法藤椒油產(chǎn)品的2倍,而這4種烯類化合物是重要香料物質(zhì),因此,相對(duì)含量≥1%的揮發(fā)性成分及其相對(duì)含量的差異也影響著兩種工藝藤椒油產(chǎn)品的風(fēng)味。

油浸法藤椒油和超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品共有的揮發(fā)性成分有16種,分別是α-苧烯崖柏烯(0.32%、1.28%)、α-蒎烯(0.97%、2.99%)、檜烯(21.71%、19.42%)、月桂烯(4.63%、8.36%)、α-水芹烯(0.18%、0.27%)、右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、羅勒烯(0.99%、0.74%)、γ-松油烯(0.18%、0.26%)、順式水合檜烯(0.46%、0.41%)、異松油烯(0.12%、0.25%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、(+)-b-側(cè)柏酮(0.11%、0.19%)、(-)-4-萜品醇(0.13%、0.04%)、α-松油醇(0.13%、0.04%)、桃金娘烯醛(0.05%、0.05%)、乙酸芳樟酯(0.31%、0.74%);油浸法藤椒油產(chǎn)品存在的特有揮發(fā)性成分有6種,分別是β-欖香烯(0.33%)、1-石竹烯(0.31%)、大根香葉烯(0.13%)、α-石竹烯(0.09%)、辛醛(0.36%)和癸醛(0.08%),占總含量的1.30%;超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中存在的特有揮發(fā)性成分有11種,分別是3-甲基-2-丁烯腈(0.19%)、5-氰基-1-戊烯(0.08%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、α-松油烯(0.17%)、反式-β-羅勒烯(0.07%)、3,3-二甲基己醇(0.06%)、乙酸-4-松油烯醇酯(0.08%)、苯乙酸甲酯(0.05%)、(E,E)-2,4-己二烯醛(0.08%)、(+)-香茅醛(0.04%)和1-甲基-異己酸(0.07%),占總含量的2.98%。因此,揮發(fā)性成分的不同可能也是影響兩種工藝藤椒油產(chǎn)品風(fēng)味差異的因素之一。

2.4 兩種工藝藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分種類比較

由表2可知,兩種工藝藤椒油產(chǎn)品中相對(duì)含量最高的均為烯類化合物,油浸法藤椒油產(chǎn)品中烯烴類化合物有14種,占總含量65.28%,主要是右旋萜二烯(34.87%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中烯烴類化合物有15種,占總含量73.35%,主要是右旋萜二烯(36.80%)、檜烯(19.42%)、月桂烯(8.36%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)和α-苧烯崖柏烯(1.28%)。其次為醇類化合物,油浸法藤椒油產(chǎn)品中醇類化合物有3種,占總含量33.82%,主要是芳樟醇(33.56%);超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中醇類化合物有4種,占總含量25.35%,主要是芳樟醇(25.21%)。兩種工藝藤椒油產(chǎn)品中都還存有少量的酯類、酮類和醛類化合物,油浸法藤椒油產(chǎn)品中各組分含量分別為0.31%、0.11%和0.48%,占總含量的0.90%;超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中各組分含量分別為0.87%、0.19%和0.17%,占總含量的1.17%。另外,相對(duì)于油浸法藤椒油產(chǎn)品,超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分種類中還含有微量的酸類化合物(0.07%)。

表2 兩種工藝藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分種類比較Table 2 Comparison of volatile components of in rattan pepper oil from two production processes

油浸法藤椒油產(chǎn)品和超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品中揮發(fā)性成分的種類差異很小,烯類和醇類化合物是構(gòu)成藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分的主要種類,總含量分別為99.10%和98.70%,說明烯類和醇類化合物是影響藤椒油產(chǎn)品香味和口感的主要因素;烯類和醇類化合物相對(duì)含量差異較大,前者烯類化合物相對(duì)含量(65.28%)低于后者烯烴類化合物(73.35%),而前者醇類化合物相對(duì)含量(33.82%)高于后者醇類化合物(25.35%),可能因?yàn)閮煞N工藝藤椒油產(chǎn)品烯類和醇類化合物相對(duì)含量比例的差異導(dǎo)致了香味和口感的差異。另外,超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分種類含有的微量酸類化合物(1-甲基-異己酸)可能也是影響香味和口感的因素之一。

3 結(jié)論

本文研究對(duì)比分析了傳統(tǒng)油浸法和超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分,結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩種藤椒油產(chǎn)品中共分離鑒定出33種揮發(fā)性成分,分別為22、27種;共有的揮發(fā)性成分有16種,傳統(tǒng)油浸法特有的揮發(fā)性成分有6種(β-欖香烯、1-石竹烯、大根香葉烯、α-石竹烯、辛醛和癸醛),超臨界CO2萃取法特有揮發(fā)性成分有11種(3-甲基-2-丁烯腈、5-氰基-1-戊烯、左旋-β-蒎烯、α-松油烯、反式-β-羅勒烯、3,3-二甲基己醇、乙酸-4-松油烯醇酯、苯乙酸甲酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、(+)-香茅醛和1-甲基-異己酸)。兩種藤椒油產(chǎn)品中主要揮發(fā)性成分(相對(duì)含量≥4.5%)均是右旋萜二烯、芳樟醇、檜烯和月桂烯,是藤椒油產(chǎn)品的主要香氣物質(zhì)。相對(duì)含量≥1%的揮發(fā)性成分,超臨界CO2萃取法比油浸法藤椒油產(chǎn)品多3種,分別是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相對(duì)含量是油浸法藤椒油產(chǎn)品的2倍。烯類和醇類化合物是構(gòu)成藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分的主要種類,但兩者相對(duì)含量不同;超臨界CO2萃取法藤椒油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分中含有的微量酸類化合物(1-甲基-異己酸,0.07%),而傳統(tǒng)油浸法藤椒油產(chǎn)品未檢出。可見,兩種藤椒油產(chǎn)品揮發(fā)性成分的組成和種類及相對(duì)含量存在差異,影響了藤椒油產(chǎn)品的風(fēng)味和口感,本研究結(jié)果可結(jié)合藤椒油產(chǎn)品的感官評(píng)定為超臨界CO2萃取法生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供理論依據(jù),同時(shí)為藤椒油組分的研究提供數(shù)據(jù)參考。