基于頂空-氣相色譜-離子遷移譜法研究干燥方式對(duì)小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

葛 帥，陳宇昱，彭爭(zhēng)光，周 輝，丁勝華，蔣立文，秦 丹，王蓉蓉*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.長(zhǎng)沙海關(guān)技術(shù)中心，長(zhǎng)沙410004；3.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，長(zhǎng)沙 410125）

辣椒（Capsicum annuumL.）又名牛角椒、辣茄、番椒，為茄科辣椒屬一年或多年生草本植物。2017年，全球辣椒種植面積約為199億公頃，年產(chǎn)量為3610萬噸，其產(chǎn)值和效益在不斷增加[1]。辣椒富含Vc、多酚、辣椒紅素、辣椒素等多種成分，具有抗菌、祛寒、除濕、抗氧化、降低膽固醇等功效[2]。新鮮辣椒含水量較高，采后易腐爛變質(zhì)，失去商品價(jià)值，因此常將其加工成多種產(chǎn)品，如干辣椒、辣椒醬、剁辣椒等[2]。干制可有效降低產(chǎn)品含水量，抑制微生物生長(zhǎng)，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)單、成本低、便于貯藏等優(yōu)點(diǎn)，仍是目前辣椒加工的主要方式。然而，辣椒干制過程不單是一個(gè)脫水的傳熱傳質(zhì)過程，還伴隨著諸多生化反應(yīng)，影響產(chǎn)品的理化品質(zhì)[3-5]。風(fēng)味作為衡量干制辣椒品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其由多種揮發(fā)性物質(zhì)組成，因揮發(fā)性物質(zhì)種類、比例及平衡關(guān)系的不同而變化。目前，關(guān)于干制辣椒風(fēng)味方面的研究主要集中在不同辣椒品種和分析方法等方面。Li等[6]采用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和氣相色譜嗅覺技術(shù)對(duì)四川辣椒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析，共鑒定出83種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；王永曉等[7]通過GC-MS技術(shù)研究了不同辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分，確定了清香味辣椒粉主要由蔬菜味、青草味和鮮味組成；王知松等[8]運(yùn)用GC-MS技術(shù)探討電熱和微波烘烤對(duì)辣椒粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，表明微波烘焙比電熱干燥更能提升辣椒風(fēng)味物質(zhì)的含量。然而，關(guān)于不同干燥方式對(duì)辣椒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，目前仍研究得較少。

離子遷移譜法（ion mobility spectrometry，IMS）是一種基于氣相離子在電場(chǎng)中遷移速率的差異來檢測(cè)痕量氣體和表征化學(xué)離子物質(zhì)的分析技術(shù)，相比傳統(tǒng)質(zhì)譜法，其具有對(duì)高電負(fù)性和高質(zhì)子親和力的化合物響應(yīng)靈敏度高、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì)[9-10]，但其分析特性在復(fù)雜樣品中有局限性，尤其是在食品和農(nóng)產(chǎn)品的復(fù)雜系統(tǒng)中[11]。因此，常將IMS與其他儀器聯(lián)用以更好發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。近年來，頂空-氣相色譜-離子遷移譜（headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry，HS-GC-IMS）法已被廣泛運(yùn)用于食品風(fēng)味分析，如糧油、食用菌、肉類、果蔬等。Gerhardt-Delgado等[12]通過HS-GC-IMS鑒定了橄欖油的揮發(fā)性風(fēng)味成分，并成功區(qū)分了西班牙橄欖油和意大利橄欖油；Li等[13]采用HS-GC-IMS發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥會(huì)導(dǎo)致松茸口蘑的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量降低；Sun等[14]運(yùn)用HS-GC-IMS分析了棗果實(shí)發(fā)酵過程的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程對(duì)棗風(fēng)味有顯著的影響；Arroyo-Manzanaresa等[15]利用HS-GC-IMS所得風(fēng)味數(shù)據(jù)對(duì)利比亞火腿進(jìn)行了分類，以避免市場(chǎng)上欺詐消費(fèi)者的行為。干制辣椒是一種特色調(diào)味品，風(fēng)味是衡量其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。HS-GC-IMS能快速檢測(cè)食品風(fēng)味的特點(diǎn)，但關(guān)于HS-GC-IMS技術(shù)在干制辣椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)方面的研究目前仍未見報(bào)道。

本研究采用HS-GC-IMS技術(shù)對(duì)經(jīng)熱風(fēng)干燥、紅外干燥、真空冷凍干燥和自然晾曬處理的小米椒（Capsicum frutescens）進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成鑒定，分析干燥方式對(duì)小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，并運(yùn)用主成分分析（principal component analysis，PCA）和熱圖聚類探究不同干燥方式處理的小米椒樣品間的相關(guān)性與差異性，以期為干制辣椒風(fēng)味品質(zhì)的調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

小米椒，產(chǎn)地湖南，購于湖南省長(zhǎng)沙市湘樺連鎖超市，挑選成熟度一致、大小均一、顏色均勻以及無病蟲害和機(jī)械損傷的小米椒作為試驗(yàn)材料。

1.2 主要儀器與設(shè)備

101-2AB電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津泰斯特儀器有限公司）；LGJ-25G冷凍干燥機(jī)（北京四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展有限公司）；SAK-505紅外烘干機(jī)（泰州圣泰科紅外科技有限公司）；DE-50g萬能粉碎機(jī)（浙江紅景天工貿(mào)有限公司）；HS-GC-IMS FlavourSpec?風(fēng)味分析儀（德國Gesellschaft für analytische Sensorsysteme mbH公司）。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將小米椒洗凈瀝干并去蒂，均勻平鋪于篩盤中，分別進(jìn)行熱風(fēng)干燥、紅外干燥、真空冷凍干燥和自然晾曬處理至含水率達(dá)10%以下。將干制后的樣品冷卻至室溫后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，于避光鋁箔袋中進(jìn)行真空包裝后在-20℃冰箱中保藏備用。

1.3.2 干燥工藝參數(shù)

熱風(fēng)干燥：溫度為65℃，風(fēng)速為1.5 m/s；紅外干燥：溫度為65℃、輻照功率為675 W；真空冷凍干燥：冷阱溫度為-50℃，絕對(duì)壓力為30 Pa；自然晾曬：在25℃熱風(fēng)干燥中進(jìn)行模擬。

1.3.3 HS-GC-IMS分析

自動(dòng)進(jìn)樣器條件：孵化溫度為90℃；孵化時(shí)間為15 min；進(jìn)樣方式為頂空進(jìn)樣；進(jìn)樣針的溫度為95℃；進(jìn)樣量為500 μL，且不分流。

GC條件：FS-SE-54-CB-1毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm）；色譜柱溫度為60℃；載氣為純度≥99.999%的N2；載氣流流量為2 mL/min并保持2 min，18min內(nèi)載氣流流量線性升至100mL/min后停止。

IMS條件：漂移管的溫度為45℃；漂移氣為純度≥99.999%的N2；漂移氣流速為150 mL/min。

數(shù)據(jù)庫：GC×IMS Library Search應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用GC-IMS儀器配套的分析軟件LAV（laboratory analytical viewer）及 3 款插件 Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA對(duì)樣品離子遷移譜圖進(jìn)行分析；運(yùn)用Origin 2017和Origin 2017 Heat Map with Dendrogram作圖；運(yùn)用IBM SPSS Statistics 23軟件進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-IMS譜圖分析

不同干燥方式處理的小米椒GC-IMS譜圖如圖1所示。其中，圖1a為三維GC-IMS譜圖，圖1b為二維GC-IMS譜圖。二者的橫坐標(biāo)均為揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)于反應(yīng)離子峰的離子遷移時(shí)間，縱坐標(biāo)均為氣相保留時(shí)間。圖1a中的第三維坐標(biāo)為離子反應(yīng)峰強(qiáng)度，圖1b水平坐標(biāo)1.0處的紅色垂直線為反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP），遷移時(shí)間約為 7.9 ms，GC-IMS譜圖的遷移時(shí)間相對(duì)于RIP進(jìn)行了歸一化處理，以避免檢測(cè)過程中溫度和壓強(qiáng)偏差導(dǎo)致離子遷移時(shí)間發(fā)生變化[16]。由于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)各組分離子質(zhì)量、電荷數(shù)等的差異，不同離子在設(shè)備離子遷移區(qū)中性氣體分子的碰撞作用及外加電場(chǎng)作用下分離，通過離子遷移時(shí)間與離子反應(yīng)峰強(qiáng)度可對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的各組分進(jìn)行定性定量分析[10,17-18]。如圖1b所示，RIP右側(cè)的點(diǎn)可反映揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類，顏色與峰強(qiáng)度呈正相關(guān)對(duì)應(yīng)，可間接表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量，顏色越深則含量越高[14]?？傮w來看，4種干燥方式處理的小米椒其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的遷移時(shí)間大都集中在1.0～1.5區(qū)間內(nèi)，保留時(shí)間為100～400 s區(qū)間。冷凍干燥的樣品在保留時(shí)間為100～200 s區(qū)間內(nèi)時(shí)，大部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量明顯低于其他干燥方式，而熱風(fēng)干燥與紅外干燥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分非常相似，這可能與兩者的干燥溫度相同有關(guān)。自然晾曬介于熱風(fēng)干燥與真空冷凍干燥之間，其紅點(diǎn)分布近似于熱風(fēng)干燥，這可能是由于自然晾曬和熱風(fēng)干燥的處理方式相似所致。

2.2 揮發(fā)性成分定性分析

熱風(fēng)干燥、紅外干燥、真空冷凍干燥、自然晾曬處理的小米椒分別鑒定出39、37、36、34種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)?；跓犸L(fēng)干燥的小米椒中揮發(fā)性物質(zhì)種類最多，且熱風(fēng)干燥中鑒定的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)涵蓋了其他3種干燥方式，因此，本研究以熱風(fēng)干燥為例對(duì)離子遷移譜進(jìn)行了進(jìn)一步分析。圖2為熱風(fēng)干燥的樣品離子遷移譜圖，其中每一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)為一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。在保留時(shí)間為100～400 s的區(qū)間內(nèi)共出現(xiàn)了40個(gè)信號(hào)峰，400～1 200 s區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了6個(gè)信號(hào)峰，可見大部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留時(shí)間在 100～400 s區(qū)間內(nèi)。通過 GC×IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與IMS遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫對(duì)信號(hào)峰進(jìn)行二維定性，共鑒定出46個(gè)信號(hào)峰、39種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)可產(chǎn)生多個(gè)信號(hào)。如表1所示，己酸異戊酯、乙酸丁酯、苯乙醛、苯甲醛、甲硫基丙醛、糠醛、2,6-二甲基-4-庚酮同時(shí)存在單體和二聚體。同一物質(zhì)的單體和二聚體的保留時(shí)間相似，但遷移時(shí)間不同，這與化合物的濃度有關(guān)，高濃度的物質(zhì)能促進(jìn)電離區(qū)質(zhì)子化分子與中性分子結(jié)合生成二聚體[15-16,19]。此外，Lantsuzskaya 等[20-21]發(fā)現(xiàn)，二聚體的形成還與其分析物的高質(zhì)子親和力有關(guān)，由于某些化合物的質(zhì)子親和力高于水的質(zhì)子親和力，導(dǎo)致反應(yīng)物的質(zhì)子向這類高質(zhì)子親和力化合物轉(zhuǎn)移，進(jìn)而生成二聚體或多聚體。新生成的二聚體質(zhì)量大于單體，故遷移時(shí)間增加，導(dǎo)致檢測(cè)過程中某些物質(zhì)會(huì)在離子遷移譜中出現(xiàn)多個(gè)信號(hào)，而單體、二聚體的二重?cái)?shù)據(jù)可更加精準(zhǔn)地對(duì)化合物進(jìn)行定性。

圖1 不同干燥方式處理的小米椒三維GC-IMS譜圖（a）和二維譜圖（b）Fig.1 Three-dimensional GC-IMS spectrum(a)and two-dimensional spectrum(b)of chilis treated by different drying methods

2.3 指紋譜圖分析

圖2 熱風(fēng)干燥小米椒離子遷移譜圖Fig.2 Ion mobility spectrometry of chilis treated by hot air drying

表1 熱風(fēng)干燥小米椒46種定性揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)信息Tab.1 Information on 46 qualitative volatile substances of chilis treated by hot air drying

圖3為不同干燥方式處理的小米椒指紋圖譜，其中方格代表揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，顏色代表該物質(zhì)的濃度，每一行為一個(gè)樣品中所有的揮發(fā)性成分，同一列為同種物質(zhì)在不同樣品中的含量。如圖3所示，4種干燥方式處理的小米椒經(jīng)HS-GC-IMS技術(shù)共鑒定出46種信號(hào)峰，未鑒定出的信號(hào)有35種。干燥方式對(duì)小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)都有明顯的影響，熱風(fēng)干燥與紅外干燥的結(jié)果較類似，而真空冷凍干燥與自然晾曬間存在差異。為進(jìn)一步比較不同干燥方式小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分的差異，本研究對(duì)指紋圖譜中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分類，紅框區(qū)域?yàn)轷ヮ愇镔|(zhì)，綠框區(qū)域?yàn)槿╊愇镔|(zhì)，黃框區(qū)域?yàn)榇碱愇镔|(zhì)，其余為一些雜環(huán)化合物、酮類化合物和有機(jī)酸。小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要由酯類、醛類和醇類化合物構(gòu)成。對(duì)已鑒定的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析后發(fā)現(xiàn)，種類最多的為熱風(fēng)干燥，有39種，其次為紅外干燥，有37種，真空冷凍干燥為36種，最少的為自然晾曬，僅有34種。相較于自然晾曬，其他干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類都有所增加，真空冷凍干燥較自然晾曬增加了乙酸丙酯和2,3-丁二醇；紅外干燥比真空冷凍干燥增加了2,5-二甲基吡嗪；熱風(fēng)干燥相較于其他3種干燥方式增加了己酸乙酯、2,6-二甲基-4-庚酮。吡嗪與酮類可能是由于熱風(fēng)干燥和紅外干燥的溫度較高從而促進(jìn)了Maillard反應(yīng)生成的風(fēng)味物質(zhì)。鄧媛元等[22]在研究干燥方式對(duì)苦瓜茶的揮發(fā)性物質(zhì)的影響中也有類似的發(fā)現(xiàn)，但增加的種類有限?？傮w而言，干燥方式對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類影響不大。

2.4 主要揮發(fā)性成分分析

表2為不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)峰體積值。如表2所示，主要有7類物質(zhì)，分別是酯類、醛類、醇類、呋喃類、吡嗪類、酮類和有機(jī)酸類。其中，熱風(fēng)干燥樣品的酯類物質(zhì)和呋喃類物質(zhì)的含量較高，且己酸乙酯、乙酸丙酯等酯類物質(zhì)幾乎只在熱風(fēng)干燥中出現(xiàn)。真空冷凍干燥的醛類物質(zhì)除了苯甲醛、辛醛外，其他物質(zhì)基本都維持在較高水平。同時(shí)，部分醇類、酮類化合物在真空冷凍干燥中也有較高的含量。吡嗪類、有機(jī)酸類物質(zhì)在小米椒中的種類較少，2,5-二甲基吡嗪僅在熱風(fēng)干燥和紅外干燥中出現(xiàn)。

圖3 不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜Fig.3 Fingerprint of volatile substances in chilis treated by different drying methods

酯類化合物是影響小米椒辣度的重要原因，辣度越大，酯類物質(zhì)含量越高，刺激性氣味越明顯[26]。其中，己酸己酯提供的“刺激”氣味是構(gòu)成辣椒刺激性風(fēng)味的主要物質(zhì)[26]。酯類物質(zhì)主要是由高溫作用下辣椒中不飽和脂肪酸氧化或裂解產(chǎn)生的[8]。馬燕等[27]發(fā)現(xiàn)辣椒籽中含有大量的不飽和脂肪酸，其中亞油酸和油酸居多，辣椒籽中豐富的不飽和脂肪酸是辣椒干燥形成大量酯類物質(zhì)的重要原因。通過比較發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥的酯類化合物含量最高，冷凍干燥最少，這可能是由于辣椒長(zhǎng)時(shí)間處于真空低溫環(huán)境，造成了酯類物質(zhì)的損失，而熱風(fēng)干燥由于較高的溫度會(huì)促進(jìn)醇類的酯化，從而導(dǎo)致酯類含量增加[28]。鄧媛元等[22]也發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥后的苦瓜茶酯類物質(zhì)相較于真空冷凍干燥、日曬干燥等方式處理后的含量較高。由表2可知，熱風(fēng)干燥的小米椒己酸乙酯和己酸丙酯的含量較其他干燥方式有明顯的差異，尤其是己酸乙酯，其只在熱風(fēng)干燥的小米椒中檢出?？傮w而言，4種干燥方式的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類差別僅為1～2種，說明干燥方式對(duì)酯類化合物種類的影響不大。

醛類化合物在小米椒中種類最為豐富，共有10種，且醛類物質(zhì)的閾值較低，賦予香氣的能力強(qiáng)，較低含量就可對(duì)風(fēng)味的呈現(xiàn)產(chǎn)生較大影響[29]。C5～C9醛類主要來源可能是亞油酸等不飽和脂肪酸的氧化，其他部分醛類可能來源于Maillard反應(yīng)中的Strecker降解[30]。其中，3-甲基丁醛是該反應(yīng)的典型產(chǎn)物，具有水果和堅(jiān)果味香氣，然而高濃度的3-甲基丁醛則具有強(qiáng)烈刺激性氣味[31]。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)：糠醛主要提供焦香和辛香味，其在自然晾曬的樣品中的含量最少，這可能是由于晾曬時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致糠醛揮發(fā)所致；乙縮醛具有新鮮的青果香味，在冷凍干燥與自然晾曬的樣品中具有較高含量；苯甲醛具有苦杏仁、櫻桃及堅(jiān)果香味，主要來源于亞油酸氧化及異亮氨酸在Maillard反應(yīng)中的Strecker降解，其在4種干燥方式中的含量差別不大；甲硫基丙醛可能來源于含硫氨基酸的分解，對(duì)風(fēng)味有較大的貢獻(xiàn)，其在真空冷凍干燥與自然晾曬的樣品中含量高于熱風(fēng)干燥與紅外干燥?？傊稍锓绞綄?duì)小米椒醛類化合物影響顯著，真空冷凍干燥的樣品醛類物質(zhì)能被最大程度地保留，其他干燥方式可能由于長(zhǎng)時(shí)間加熱導(dǎo)致醛類物質(zhì)揮發(fā)或轉(zhuǎn)化為吡嗪等物質(zhì)，或與樣品組分間產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合力而沒有足夠的蒸汽壓使之形成特征風(fēng)味，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性醛類物質(zhì)的含量較低[32]。

醇類化合物在干燥小米椒中的種類也十分豐富，其主要來源于脂肪氧化分解和羰基化合物還原[33]。由表2可知，不同干燥方式處理的小米椒其醇類物質(zhì)差異明顯。其中，乙醇在高濃度時(shí)能提供醇香，但乙醇的閾值較高，對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)不大[34]；甲基支鏈醇主要由氨基酸代謝作用產(chǎn)生[35]，其中3-甲基丁醇表現(xiàn)為辛辣香味，提供辣椒中“辣”的特征風(fēng)味，在紅外干燥與自然晾曬樣品中有較高含量；（E）-2-己烯醇具有強(qiáng)烈的青香香氣并伴有果香、蔬菜香，相較真空冷凍干燥和自然晾曬，其在熱風(fēng)干燥和紅外干燥的含量很低。綜合來看，醇類物質(zhì)在這4種干燥方式中含量各有高低，熱風(fēng)干燥和紅外干燥的高溫條件易促使部分醇類物質(zhì)酯化[22]。關(guān)于干燥方式對(duì)醇類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響仍有待進(jìn)一步研究。

呋喃、吡嗪、酮類和有機(jī)酸類化合物在不同干燥方式處理的小米椒中種類不多，卻對(duì)風(fēng)味的形成起著不可或缺的作用。雜環(huán)化合物的閾值低，主要是氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成的，并帶有特殊的香氣，其多種香氣成分可極大地豐富辣椒的風(fēng)味。吡嗪類物質(zhì)主要是由己醛基和氨基酸縮合形成的中間產(chǎn)物經(jīng)Strecker降解生成氨基還原酮氧化縮合而成，這些物質(zhì)常常具有焦香味和焙烤味[36-37]。呋喃及2,5-二甲基吡嗪在熱風(fēng)和紅外干燥中都有較高的含量，主要原因是高溫能促進(jìn)Maillard反應(yīng)，同時(shí)部分醛類化合物可反應(yīng)生成吡嗪化合物。酮類物質(zhì)較為穩(wěn)定，且香氣持久，但丙酮這類C3～C5低碳脂肪族酮類化合物香氣較弱，對(duì)小米椒風(fēng)味的貢獻(xiàn)不大[24]。加熱可一定程度上促進(jìn)酮類物質(zhì)的生成，除低碳酮類化合物，2-庚酮在熱風(fēng)干燥和自然晾曬中都有較高的含量，而2,6-二甲基-4-庚酮只在熱風(fēng)干燥的小米椒中檢出，其分別具有類似梨的水果香味和薄荷的香味。此外，Barros等[38]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間低溫真空環(huán)境也可能會(huì)使多不飽和脂肪酸降解為酮類物質(zhì)。有機(jī)酸類化合物主要呈現(xiàn)刺激性酸味來協(xié)調(diào)其他風(fēng)味，其在受熱時(shí)不穩(wěn)定，容易脫酸脫羧生成酮類物質(zhì)[39]。

綜上所述，干制小米椒風(fēng)味是由各類物質(zhì)共同作用形成的，酯類、醛類、醇類物質(zhì)為干制小米椒的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，呋喃類、吡嗪類、酮類、有機(jī)酸類起到豐富香氣組成和調(diào)和其他風(fēng)味物質(zhì)的作用。此外，不同干燥方式對(duì)小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量有顯著的影響，熱風(fēng)干燥和紅外干燥能一定程度上促進(jìn)酯類、呋喃類和吡嗪類物質(zhì)生成，而真空冷凍干燥和自然晾曬能較好地保留醛類物質(zhì)。

2.5 PCA及熱圖聚類分析

不同干燥方式處理的小米椒PCA分析結(jié)果如圖4所示，主成分1與主成分2的貢獻(xiàn)率之和高達(dá)86%，說明這2種主成分可表達(dá)原有變量的大部分信息。由圖4可知，熱風(fēng)干燥與紅外干燥的樣品具有相似性，而真空冷凍干燥與自然晾曬間存在差異。為了進(jìn)一步探究不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，本研究運(yùn)用Origin 2017中Heat Map with Dendrogram插件，采用Ward最小方差和歐式距離法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，具體如圖5所示。聚類分析是一種對(duì)變量進(jìn)行分類的多元統(tǒng)計(jì)法，并能通過可視化圖形直觀反映樣品的相關(guān)程度。圖5中橫向?yàn)楦稍锓绞降木垲?，縱向?yàn)閾]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的聚類，右側(cè)標(biāo)尺數(shù)值表示各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的峰體積，熱圖中相應(yīng)顏色對(duì)應(yīng)標(biāo)尺中的峰體積范圍。被聚為同一類的干燥方式表示相關(guān)程度高，歐式距離越短表示樣品相關(guān)程度越高。從圖5中可以看出，經(jīng)不同干燥方式干燥的小米椒可分成3類：自然晾曬和冷凍干燥的小米椒各自為單獨(dú)一類，紅外干燥與熱風(fēng)干燥的小米椒被聚為同一類。由此可知，熱風(fēng)干燥與紅外干燥處理的樣品其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成及含量較為類似，具有較高的相關(guān)性；而相較于熱風(fēng)干燥與紅外干燥，真空冷凍干燥與自然晾曬間相關(guān)程度較低，這與PCA結(jié)果及前文分析一致。此外，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間多為單體與二聚體、酯類與醇類、醛類與醇類之間的聚類，表明這類物質(zhì)相關(guān)性較強(qiáng)，同時(shí)也側(cè)面反映了其在干燥過程中可通過各種化學(xué)反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化或生成新的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[40]。如酯類在高溫條件下被水解為醇類[39]；醇也能在高溫加熱條件下與酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成酯[22,28]；醇和醛能發(fā)生縮合反應(yīng)生成雜環(huán)類化合物[39]，如2-戊基呋喃。

表2 不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)峰體積值Tab.2 The peak volume value of volatile substances in chilis treated by different drying methods

圖4 不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)PCA分析結(jié)果Fig.4 PCA analysis results of volatile substances in chilis treated by different drying methods

圖5 不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)熱圖聚類Fig.5 Heat map clustering of volatile substances in chilis treated by different drying methods

3 討論

通過HS-GC-IMS技術(shù)對(duì)不同干燥方式處理的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，共鑒定出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)39種，包括9種酯類、10種醛類、10種醇類、2種呋喃類、3種吡嗪類、3種酮類和2種有機(jī)酸類。就風(fēng)味物質(zhì)的種類而言，酯類、醛類和醇類化合物種類較為豐富，構(gòu)成了干制小米椒的主體風(fēng)味物質(zhì)?；赑CA及熱圖聚類分析發(fā)現(xiàn)，相比于真空冷凍干燥與自然晾曬，熱風(fēng)干燥與紅外干燥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)具有較高的相關(guān)性。而與熱風(fēng)干燥和紅外干燥相比，真空冷凍干燥與自然晾曬間的差異較大，干燥過程中部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，能通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)味化合物間的轉(zhuǎn)化。干燥方式對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類影響較小，熱風(fēng)干燥、紅外干燥、真空冷凍干燥、自然晾曬的小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類分別為39、37、36、34種。然而，干燥方式對(duì)小米椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量有明顯的影響，其中在熱風(fēng)干燥和紅外干燥所得樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中，己酸己酯、壬酸乙酯、己酸異戊酯、乙酰呋喃和2,5-二甲基吡嗪的峰體積值遠(yuǎn)高于真空冷凍干燥和自然晾曬所得的樣品；而醛類物質(zhì)易在熱風(fēng)干燥和紅外干燥過程中損失，其甲硫基丙醛、己醛和丁醛的峰體積值均低于真空冷凍干燥和自然晾曬，特別是3-甲基丁醛、苯乙醛和糠醛的峰體積值均遠(yuǎn)小于真空冷凍干燥。相較于真空冷凍干燥和自然晾曬，熱風(fēng)干燥和紅外干燥能一定程度上促進(jìn)酯類、呋喃類和吡嗪類物質(zhì)的生成；而真空冷凍干燥和自然晾曬相較于其他2種干燥方式能較好地保留醛類物質(zhì)?？傮w而言，熱風(fēng)干燥與紅外干燥的樣品其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較多，且大部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量都高于真空冷凍干燥與自然晾曬，對(duì)豐富干制小米椒的風(fēng)味具有積極影響。