永豐辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)分析

丁詩瑤，王晶晶，王蓉蓉，肖茜，劉成國，周輝*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學 食品科技學院，食品科學與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，長沙 410128；2.湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，長沙 410128)

永豐辣醬是湖南省極具地方特色的發(fā)酵調(diào)味品，距今已有300多年的歷史，早在明崇禎年間，湖南省雙峰縣永豐鎮(zhèn)一帶的居民就有曬制永豐辣醬的風俗。雙峰縣地處湘中，氣候及地理環(huán)境十分適宜辣醬中主要原料作物燈籠椒的生長，本地所產(chǎn)燈籠辣椒肉質(zhì)肥厚、辣而帶甜，富含蛋白質(zhì)和人體所需的鐵、磷、鈣及多種維生素[1]。除燈籠椒外，辣醬還輔以優(yōu)質(zhì)小麥、黃豆、糯米等原料，經(jīng)過蒸煮、發(fā)酵、研磨、加鹽、調(diào)水、日曬等天然工序，且按照各人喜好加入地蠶、刀豆等配料制作而成，色澤鮮艷、氣質(zhì)芳香、辣中帶甜、味鮮可口、營養(yǎng)豐富，能開胃健脾、增進食欲、散寒祛濕[2]。

目前，當?shù)厝耸秤糜镭S辣醬更傾向于自己制作或購買農(nóng)貿(mào)市場中家庭式小作坊的產(chǎn)品，這些辣醬一般采用傳統(tǒng)工藝，自然發(fā)酵，產(chǎn)品風味較有差異。且近年來對永豐辣醬的研究多著重于工藝方面，尤其是對發(fā)酵過程中微生物的探究。蘇東林等[3]研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)永豐辣醬產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各類微生物在不同的生產(chǎn)階段起著不同的作用，其中優(yōu)勢霉菌主要是米曲霉、醬油曲霉、黑曲霉等；酵母菌主要是魯氏酵母；細菌主要是鹽水四聯(lián)球菌。蘇東林等[4]對永豐辣醬人工接種發(fā)酵工藝進行了研究，結(jié)果表明：添加8%的食鹽、0.83%的魯氏酵母種子液，在定期撳醬的前提下，28～40 ℃間歇式控溫發(fā)酵31 d，所得人工接種發(fā)酵產(chǎn)品與傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的氨基酸態(tài)氮量基本相當，發(fā)酵時間節(jié)約一半，總酯含量提高74%，食鹽含量降低38%，其余理化和衛(wèi)生指標均達到或超過傳統(tǒng)產(chǎn)品，滋氣味與傳統(tǒng)產(chǎn)品比較接近。本文主要采用頂空微萃取結(jié)合GC/MS技術(shù)對不同品牌永豐辣醬的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行研究，分析永豐辣醬中存在的主要揮發(fā)性成分，評價不同加工方式對辣椒揮發(fā)性成分的影響，進而更好的了解永豐辣醬的物質(zhì)組成及為相關(guān)品質(zhì)的改進提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

永豐辣醬：購于雙峰縣農(nóng)貿(mào)市場；樣品YF-1：燈籠椒、小麥、黃豆、刀豆等；樣品YF-2：燈籠椒、小麥、黃豆、刀豆、地蠶等；樣品YF-A、YF-B：無配料表。

1.1.2 儀器與設備

PUCHUN型電子天平 上海精密科學儀器有限公司；SC-320D型冷藏柜 青島海爾股份有限公司；GZ-400-S型生化培養(yǎng)箱 韶關(guān)市廣智科技設備有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 金壇市醫(yī)療器械廠；SW-CJ-2D型雙人單面垂直凈化工作臺 蘇州博萊爾凈化設備有限公司；GCMS-QP2010型氣質(zhì)聯(lián)用儀 島津企業(yè)管理(中國)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

50 g辣椒醬加入50 mL超純水，在相同的條件下勻漿。稱取1.0000 g剁辣椒勻漿，加至20 mL的干燥頂空進樣瓶中，以密封墊片加蓋密封。

1.2.2 GC-MS檢測1.2.2.1 萃取吸附

將樣品瓶置入集熱式恒溫加熱磁力攬拌器，70 ℃恒溫預熱15 min。再插入萃取針，推出萃取纖維頭，使之距樣品液面約5 mm，70 ℃恒溫萃取30 min，然后縮回萃取纖維到萃取針中。而后將萃取纖維頭放入GC/MS 聯(lián)用儀進樣口進行GC/MS分析5 min。

1.2.2.2 活化萃取頭

將萃取纖維頭放入GC/MS聯(lián)用儀進樣口，270 ℃下活化1 h，直至色譜檢測無干擾峰出現(xiàn)。

1.2.2.3 氣相色譜條件

載氣：氦氣；柱箱溫度：初始階段(40 ℃，恒溫2 min)，第二階段(4 ℃/min升溫至80 ℃，恒溫3 min)，終末階段(3.5 ℃/min升溫至240 ℃，恒溫4 min)；柱箱溫度：40 ℃，柱型：DB-5MS 彈性石英毛細管柱(30.0 m×0.25 mm，0.25 μm)；分流模式：不分流。高壓進樣模式：關(guān)；載氣節(jié)省器：關(guān)；分流阻尼固定：關(guān)。

1.2.2.4 質(zhì)譜條件

GC/MS接口溫度：220 ℃；離子源溫度：200 ℃；電離方式：EI；電離電壓：70 eV；質(zhì)核比掃描范圍：45～500 m/z。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

質(zhì)譜圖采用NIST 08和Wiley 09數(shù)據(jù)庫進行檢索，人工譜圖解析，確定化合物成分，僅保留相似度大于80的結(jié)果，相對含量按峰面積歸一化計算。采用Origin Pro 2019軟件對樣品進行主成分分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

所購4種永豐辣醬經(jīng)GC-MS分析后，所得數(shù)據(jù)見表1。

表1 4種辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)及其相對含量Table 1 The volatile flavor substances and their relative content in four kinds of chilli sauce

續(xù) 表

2.1 不同辣醬的揮發(fā)性物質(zhì)組成分析

4種辣醬共檢測到120種揮發(fā)性風味物質(zhì)，其中YF-1有47種，YF-2有60種，YF-A有53種，YF-B有44種。4種辣醬的各類揮發(fā)性風味物質(zhì)含量及組成見表2和圖1。

表2 4種辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)含量組成及數(shù)量Table 2 The content composition and quantity of volatile flavor substances in four kinds of chilli sauce

圖1 4種辣醬中揮發(fā)性風味物質(zhì)的組成情況Fig.1 The composition situation of volatile flavor substances in four kinds of chilli sauce

除YF-A外，其他3種辣醬的最高組成物質(zhì)均為酯類物質(zhì)，YF-A的風味物質(zhì)主要由烴類、醛類和醇類組成，占總揮發(fā)性風味物質(zhì)的75.36%，且酮類物質(zhì)達到其他辣醬的4.5～7.5倍，其他類物質(zhì)含量也遠高于另外3種辣醬，可以推測YF-A尚未發(fā)酵充分，故而揮發(fā)性風味物質(zhì)與其他3種區(qū)別較大，且含有大量烴類物質(zhì)。

2.1.1 烴類化合物

烷烴類化合物分子量大且閾值高，香氣不突出[5]。本次4種辣醬共有的烴類化合物有提供木香的α-雪松烯，以及賦予辣醬辛香、木香、柑橘香、樟腦香風味的β-石竹烯，二者均屬于萜烯類化合物，α-雪松烯可能來源于辣椒原料，β-石竹烯可能由辣椒發(fā)酵所得[6]；另外，YF-A的香樹烯含量達到10.25%，是其相對含量最高的風味物質(zhì)，YF-A和YF-2的正十七烷含量都超過了7%，二者在不同品種的發(fā)酵辣椒中均有檢出[7]。

2.1.2 醇類化合物

醇類化合物一般被認為除了乙醇是微生物經(jīng)無氧代謝產(chǎn)生，其他高分子的醇類大多來自脂肪氧化分解或由羰基化合物還原產(chǎn)生[8]，通常具有芳香味和植物香味[9]。芳樟醇為4種辣醬所共有且含量相對較高(>1.5%)，它賦予產(chǎn)品木香、柑橘香、花香等氣味，在YF-A中含量高達9.89%，僅次于香樹烯，芳樟醇在含辣椒的發(fā)酵產(chǎn)物中普遍存在；YF-B特有的乙醇含量為11.66%，它賦予辣醬特殊的、令人愉快的酒香味，永豐辣醬的工藝過程中有日曬，YF-B中高含量的乙醇可能來自于人工添加的白酒，以豐富辣醬的風味并有助于保藏；另外，相對含量5.58%的苯乙醇為YF-B貢獻了玫瑰香味。

2.1.3 酸類化合物

酸類物質(zhì)一般來源于烷烴類有機化合物的氧化，酯類物質(zhì)的水解[10]，或人為添加的食品用防腐劑。YF-A只檢出山梨酸和棕桐酸2種酸類物質(zhì)，且酸類物質(zhì)含量相對不高，可解釋其為酯類含量大大低于其他幾種辣醬；另外，YF-B的酸類揮發(fā)性風味物質(zhì)僅為1.32%，但種類較YF-A豐富，加之YF-B醇類物質(zhì)含量較高，可能是部分酸與醇反應生成了酯類物質(zhì)。酸類物質(zhì)含量較多的YF-1和YF-2均檢出高含量的苯甲酸(8.25%、14.73%)，GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規(guī)定[11]，苯甲酸作為防腐劑一般添加量不超過1 g/kg。由此推斷，一部分制作辣醬的家庭式作坊也可能是使用人工接種的工業(yè)式制醬。

2.1.4 酯類化合物

酯類物質(zhì)是具有芳香型氣味的揮發(fā)性化合物，通常來源于脂質(zhì)代謝生成的羧酸和醇的酯化作用[12]，在發(fā)酵過程中，酯化反應是主要反應之一[13]。4種辣醬樣品中酯類揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢出情況見表3。

表3 4種辣醬中各酯類物質(zhì)相對含量Table 3 The relative content of various esters in four kinds of chilli sauce

續(xù) 表

YF-A的酯類含量較低可能是由于其酸類物質(zhì)種類過少；YF-B中的酯類風味物質(zhì)絕大部分為乙酯類，故而它的高酯類化合物種類和含量可能來源于乙醇的貢獻。在38種酯類物質(zhì)中，只有亞油酸甲酯、棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯為4種樣品所共有，它們給予辣醬微弱的蠟香和甜香氣[14]，棕櫚酸甲酯在豆類發(fā)酵食品中存在更為普遍[15,16]，在永豐辣醬中來源于原料黃豆。另外，有月桂酸甲酯、棕櫚油酸甲酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯和苯乙酸乙酯在YF-1和YF-2中共有，但不存在于傳統(tǒng)農(nóng)家制作的YF-A和YF-B中；YF-B中19.81%為棕櫚酸乙酯，它貢獻了微弱蠟香、果醬和奶油香氣[17]，且具有一定的抗炎作用；油酸乙酯次之，為12.22%，具有花香、果香以及油脂氣息；此外，7.89%的水楊酸甲酯給予了YF-1冬青油香氣。

2.1.5 醛類化合物

醛類物質(zhì)香氣濃烈，多為花香及果香氣味[18]，主要來源于脂肪酸代謝、氨基酸轉(zhuǎn)氨基作用或Strecker降解[19]。在4個辣醬樣品中，共有的苯甲醛和苯乙醛在發(fā)酵豆醬產(chǎn)品中廣泛存在，苯乙醛具有花香和果香味，苯甲醛的氣味被描述為杏仁、燒焦的糖，可能來自于原料蒸煮、日曬時發(fā)生的美拉德反應，能參與形成“加熱過”的氣味[20]。除此之外，糠醛和可卡醛在YF-1(6.20%、6.38%)中含量較高，可卡醛呈苦可可、堅果、蜜糖和烘烤香味，糠醛呈焦香味[21]，可能主要來自于日曬這一工藝過程。

2.2 不同辣醬的主成分分析

PCA是考察多個變量間相關(guān)性一種多元統(tǒng)計方法，將所獲取的多指標信息進行轉(zhuǎn)換和降維，得出貢獻率最大和最主要的因子，利用PCA空間分布圖可最大程度上體現(xiàn)4種永豐辣醬樣品間的差異[22]。

圖2 4種辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分分析圖Fig.2 Principal component analysis chart of volatile flavor substances in four kinds of chilli sauce

由圖2可知，兩個主成分的方差貢獻率分別為43.41%和28.80%，總貢獻率為72.2%，可以反映各辣醬樣品的大部分信息，故選取PC1、PC2進行辣醬的PCA分析。由結(jié)果可知，YF-A與YF-B區(qū)別較大，但YF-1和YF-2彼此交疊，成分相似，且與YF-A和YF-B相距較遠，加之YF-1和YF-2苯甲酸的含量較高，故推測工業(yè)式制醬工藝生產(chǎn)的辣醬相較于傳統(tǒng)自然發(fā)酵辣醬可以提供更穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。

圖3 4種辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)主成分分析載荷圖Fig.3 PCA loading diagrams of volatile flavor substances in four kinds of chilli sauce

由圖3可知，對PC1正軸有影響的主要是一些醛類和烯烴類，這些物質(zhì)給辣醬提供了木香、甜香、花果香等香氣，如3-蒈烯的松木樣香氣，α-柏木烯的柏木香，3-甲硫基丙醛的[23]，反式-2-辛烯醛的青葉香氣，癸醛的柑橘香、花香。影響PC2的主要物質(zhì)是酯類化合物，如棕櫚酸異丙酯、十四酸乙酯、己酸乙酯、乙酸異戊酯、十四酸甲酯等，這些酯類化合物具有油脂香、酒香和果香。在發(fā)酵過程中，烴類的差異可能來自于原料，而酯類化合物一般通過發(fā)酵產(chǎn)生。

3 結(jié)論

本研究采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對4種永豐辣醬中的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行測定，結(jié)果共檢測到120種揮發(fā)性風味物質(zhì)，依次有47，60，53，44種，其中酯類物質(zhì)應為永豐辣醬的主要揮發(fā)性成分。主成分分析進一步發(fā)現(xiàn)，同為使用工業(yè)式制醬工藝生產(chǎn)的YF-1和YF-2在第一、第二主成分上部分重疊，不能很好地區(qū)分，但農(nóng)家自制工藝生產(chǎn)的YF-A和YF-B在PCA主圖上很好地區(qū)分開，與YF-1和YF-2距離較遠。

永豐辣醬歷史悠久，風味獨特，但目前市場對原料、工藝無統(tǒng)一標準，使得各式各樣產(chǎn)品魚龍混雜，對于永豐辣醬的研究不多，盡管本文在研究永豐辣醬揮發(fā)性風味物質(zhì)方面做了部分工作，得出了一些理論層面的研究結(jié)論，但收集的樣品數(shù)量有限，未對每種樣品的生產(chǎn)工藝及參數(shù)進行詳細比較，故而只能初步得出永豐辣醬的主要風味成分，但其風味的形成，與原料、生產(chǎn)工藝的關(guān)系還需要進一步深入的研究。