HS-SPME結(jié)合GC-MS分析麻辣火鍋底料炒制和熬煮過程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化

楊 莉,賈洪鋒,楊 芳,宋璐衫,黃 英,張 淼,涂夢婕,何 蓮

(四川旅游學(xué)院食品學(xué)院,四川成都 610100)

火鍋是獨(dú)特的中國飲食,麻辣火鍋?zhàn)鳛榛疱伒奈缎脱a(bǔ)充,受到越來越多消費(fèi)者的青睞[1]。近幾年,年輕人作為麻辣火鍋的主要消費(fèi)力群體,人均消費(fèi)不斷增長,對麻辣火鍋的滋味、香氣要求更加嚴(yán)格[2]?；疱伒南銡庵饕苫疱伒琢嫌绊?火鍋底料中包含多種香辛料:辣椒、八角、香葉、桂皮、花椒等,在加熱特別是炒制過程中,調(diào)味料中的多種揮發(fā)性物質(zhì)(Volatile Components,VCs)會逸散出來,炒制時(shí)間長短影響香氣的種類[3]。傳統(tǒng)火鍋底料制作過程中,除了合理的炒制時(shí)間,其熬煮過程也影響著火鍋的口感。在熬煮過程中,一部分VCs散播到空氣中,一部分非VCs溶解在湯底中,這樣就形成了火鍋十里飄香、口味濃郁的特點(diǎn)。火鍋底料中的香辛料除了提供香氣成分,也能達(dá)到一定的防腐、抑菌效果[4]。

近年來,綠色分析化學(xué)概念進(jìn)入到食品分析行業(yè),研究者設(shè)計(jì)出了成本更低、儀器設(shè)備更小的樣品制備方法——微萃取方法。微萃取方法能有效減少或消除化學(xué)試劑引起的環(huán)境污染問題。此外,能用于樣品量小甚至痕量物質(zhì)的分析,例如固相微萃取技術(shù)(Solid-phase Micro Extraction,SPME)、攪拌棒吸附萃取、分散固相微萃取、填充注射器中的微萃取等。SPME由于其操作方便、靈敏度高、損失小等特點(diǎn)廣泛運(yùn)用于食品樣品前處理。填充在SPME柱中的填充劑決定吸附的物質(zhì)種類,近年來,由于納米材料的多樣性,這些材料在樣品和預(yù)濃縮過程中起著重要的作用[5-8]。

本實(shí)驗(yàn)采用頂空固相微萃取(Headspace Solid-phase Micro Extraction,HS-SPME)與氣相色譜-質(zhì)譜(Gas Chromatography-mass Spectrometry,GC-MS)聯(lián)用的方法,研究火鍋底料中的VCs。通過分析火鍋底料中VCs在炒制和熬煮過程中的變化,可以窺探火鍋?zhàn)涛兜淖兓?為探究火鍋底料開發(fā)利用及質(zhì)量控制、使用安全性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛油 重慶市帥克食品有限公司;干辣椒、郫縣豆瓣、姜、蒜、酵母抽提物、味精、雞精、花椒粉、香辛料(八角、桂皮、茴香、山奈、香葉)、醪糟 四川永輝超市。

SQ8型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國鉑金埃爾默儀器有限公司;萃取頭(75 μm CAR/PDMS) 美國Supelco公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 火鍋底料主要原輔料 牛油40%,干辣椒8%,郫縣豆瓣30%,老姜末2.5%,大蒜2.5%,酵母抽提物1%,味精1%,雞精2%,花椒粉1.5%,食鹽1%,香辛料2.5%(八角、桂皮、茴香、山奈、香葉)、醪糟汁8%。

1.2.2 火鍋底料炒制和熬煮工藝流程 用電磁爐將牛油加熱5 min后,冷卻至80 ℃,然后加入干辣椒、郫縣豆瓣、老姜末、大蒜、酵母抽提物、味精、雞精、花椒粉、香辛料、醪糟汁,于400 W功率下炒制30 min。30 min后,于800 W功率下再按底料∶水=1∶4熬煮火鍋底料,熬煮100 min。

1.2.3 取樣方法 取混合均勻的火鍋底料樣品4 g于15 mL頂空瓶中,作為火鍋底料原料樣品;炒制的火鍋底料取樣:分別取400 W功率下炒制15、30 min的樣品4 g置于15 mL頂空瓶中。

熬煮的火鍋底料取樣:取火鍋底料湯底,在800 W功率下,連續(xù)熬煮100 min,每隔25 min取樣4 g置于15 mL頂空瓶中(熬煮0 min的樣品和炒制30 min的樣品處于同一時(shí)刻,因此從熬煮第25 min開始取樣)。

1.2.4 頂空條件 將裝有樣品的頂空瓶置于65 ℃平衡30 min。然后將老化(250 ℃,10 min)的萃取頭插入頂空瓶中吸附30 min,再將針頭插入GC-MS進(jìn)樣口,250 ℃解析5 min。

1.2.5 色譜條件 色譜柱:Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升溫程序:進(jìn)樣口溫度250 ℃。起始溫度65 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升至130 ℃,再以20 ℃/min升至250 ℃,保持2 min;載氣(He,純度99.99%)流速1.0 mL/min;分流比:10∶1[3,9]。

1.2.6 質(zhì)譜條件 EI離子源,電子轟擊能量為70 eV;離子源溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍m/z 40～450。

1.3 化合物定性

將質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖(NIST2011)對照,并對比相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行確定。各組分相對含量按照峰面積歸一化法計(jì)算[10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,采用Origin 8.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 火鍋底料炒制和熬煮過程中VCs的變化

取炒制過程中的火鍋底料測量其VCs,GC-MS總離子圖如圖1所示。炒制得到的火鍋底料,按底料∶水=1∶4熬煮火鍋底料,取熬煮過程中的火鍋湯底測其VCs,GC-MS總離子圖如圖2所示。各色譜峰按照面積歸一化法確定相應(yīng)樣品中各化合物的相對含量。炒制和熬煮過程中分別最多得到53、50種VCs,包括烯類、醛類、酮類、醇類、酸及酯類等(如表2、表3所示),其中烯類和醇類化合物含量較高,各類化合物占總面積的百分比如圖3所示。

圖1 火鍋底料炒制過程中GC-MS的總離子圖

圖2 火鍋底料熬煮過程中GC-MS的總離子圖

圖3 火鍋底料炒制和熬煮過程中VCs相對含量

炒制火鍋底料的過程中(圖1),隨著炒制時(shí)間的延長,產(chǎn)生的VCs種類和含量都發(fā)生了變化。與火鍋底料原料相比,VCs的種類發(fā)生了較大的變化,炒制過程中VCs的含量變化較大。這可能與炒制的時(shí)間和溫度有關(guān)。

熬煮火鍋底料的過程中(圖2),VCs的種類變化不大,含量變化較大。保留時(shí)間第7、11 min左右、15 min左右的VCs含量較多,其種類和含量也完全不同于炒制的火鍋底料。這可能是底料中的香辛料等溶解的溶劑不同造成的,炒制過程中使用的是牛油,而熬煮過程中加入了食用水。另一方面,調(diào)味料所處的溫度不一樣,炒制過程中調(diào)味料所處的溫度較高,而熬煮過程中溫度相對較低,火鍋底料中的糖類物質(zhì)、氨基酸受美拉德反應(yīng)的影響,會生成醛類、內(nèi)酯類等具有香氣的VCs。溫度越高,受熱時(shí)間越長,香氣物質(zhì)越多。這些都可能對其中的VCs產(chǎn)生不同的影響。

從圖3中可以看出,炒制和熬煮過程中,醇類物質(zhì)、烯類物質(zhì)相對含量較多,尤其是醇類,炒制過程中相對含量增加,加水熬煮后其含量先降低后增加。醛類物質(zhì)等炒制過程中,其相對含量先增加后降低,加水熬煮后其相對含量持續(xù)增加,但增加趨勢不顯著。酮類物質(zhì)、酸及酯類物質(zhì)相對含量在整個(gè)操作過程中變化相對不明顯。

2.2 火鍋底料炒制和熬煮過程中VCs的種類及成分

2.2.1 烯類 烯類物質(zhì)是火鍋底料炒制和熬煮過程中重要的VCs,其化合物主要源自于脂肪酸烷氧自由基的斷裂[11]。本次實(shí)驗(yàn)檢測出了多種烯類物質(zhì)(炒制過程16種,熬煮過程18種,具體類別如表1,表2所示),許多種烯類物質(zhì)是目前火鍋底料研究中未發(fā)現(xiàn)過的:d-檸檬烯是香料中的天然成分,存在于檸檬草油、松針油、香菜油,有新鮮的橙子香味及檸檬樣香氣,并在抑制活性氧和炎癥因子上有一定成效[12];松油烯常存在于小豆蔻油、芫荽油中,可由α-蒎烯異構(gòu)化得到。它具有環(huán)內(nèi)共軛雙鍵結(jié)構(gòu),可與親雙烯體(如乙醛、丙烯醛、丙烯腈、丁烯酮等)加成,生成具有木香、花香、草香、龍涎香、紫羅蘭香的環(huán)化產(chǎn)物[13];α-姜黃烯是姜科植物姜黃、生姜和郁金塊莖揮發(fā)油的主要成分,具有一定抗生育活性,且無雌激素樣和抗雌激素活性[14]。其中混旋體的α-姜黃烯有一定的抗生育活性,光學(xué)活性的(-)-姜烯避孕率近100%[15]。菖蒲烯是一種倍半萜烯,可能存在于香葉中,可調(diào)節(jié)人單核細(xì)胞樹突狀細(xì)胞的分化,增強(qiáng)人體內(nèi)免疫應(yīng)答[16]。目前通過HS-SPME檢測出來的揮發(fā)性烯類大部分具有生理活性,對人體健康有一定益處。

表1 火鍋底料炒制過程中VCs種類及含量

表2 火鍋底料熬煮過程中VCs種類及含量

火鍋底料中檢測出的多種天然烯類可構(gòu)成火鍋底料的風(fēng)味物成分,同時(shí)也對火鍋底料食用安全性造成一定影響。從加工過程來看,未加工的火鍋底料揮發(fā)性烯類物質(zhì)含量較高,炒制階段烯類物質(zhì)先急劇下降再緩慢回升,可能溫度會影響揮發(fā)性烯類物質(zhì)的含量;熬煮階段,烯類物質(zhì)的含量逐漸增多,說明揮發(fā)性烯類物質(zhì)的含量與加工時(shí)間有關(guān),時(shí)間越長,含量越多。

2.2.2 醛類 油脂中脂肪酸氧化降解產(chǎn)生直鏈醛類化合物,脂肪氧化生成六個(gè)碳原子以上醛類;美拉德反應(yīng)也會產(chǎn)生醛[17],一些氨基酸代謝會產(chǎn)生醛類,比如苯丙氨酸代謝會產(chǎn)生苯乙醛。短鏈醛2-甲基丁醛具有很強(qiáng)的揮發(fā)性,其可能與牛油脂肪降解、糖類代謝或蛋白質(zhì)的分解有關(guān)[18]。

炒制過程中檢測出10種醛類,熬煮過程中檢測出12種醛類,本次實(shí)驗(yàn)除了檢測出苯甲醛、苯乙醛和檸檬醛外,還有許多之前有關(guān)火鍋底料研究未檢測到的醛類(具體類別如表1、表2所示)。熬煮過程中新檢測到2種醛類:3-甲硫基丙醛和壬醛。揮發(fā)性硫化物是造成燒焦味的主要因素,也是氨基酸代謝的產(chǎn)物。少量的3-甲硫基丙醛具有醬香、蔥香和紅燒肉味,量多時(shí)是火鍋底料熬煮過程中的不良?xì)馕禰19]。壬醛在濃度較低時(shí)為清香味,濃度較高時(shí)為動物油脂味,是脂肪氧化的產(chǎn)物[20]。3-甲硫基丙醛和壬醛是亞油酸氧化的產(chǎn)物,都有脂肪氣味[21]。3-甲硫基丙醛和壬醛都在熬煮過程后期出現(xiàn),說明熬制時(shí)間過長,會導(dǎo)致火鍋底料中氨基酸和脂肪的變化,改變營養(yǎng)價(jià)值。

2.2.3 酮類 炒制過程中檢測到3-羥基-2-丁酮、(-)-α-側(cè)柏酮兩種,3-羥基-2-丁酮在炒制過程中呈下降趨勢,(-)-α-側(cè)柏酮呈上升趨勢,如表1所示。熬煮過程中檢測到香芹酮,其含量隨著熬煮時(shí)間的延長而降低。

3-羥基-2-丁酮廣泛存在于覆盆子、咖啡、奶油、可可等物質(zhì)中,具有甜香、奶制品香,并帶有脂肪味[22],其引起的香味只存在于炒制過程中,熬煮過程未發(fā)現(xiàn)。(-)-α-側(cè)柏酮是萜類化合物,具有濃郁的特殊香氣,但動物實(shí)驗(yàn)表明,其有輕度致抑郁的作用[23]。(-)-α-側(cè)柏酮是在加熱炒制過程中逐漸出現(xiàn)的,可能與物質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān),其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。香芹酮是一種呈香芹味的VCs,存在于茴香、蒔蘿籽、葛縷子中,對食源性細(xì)菌有強(qiáng)烈的抑制作用[24]。

2.2.4 醇類 醇類是火鍋底料中含量最多的VCs,主要來源于脂肪的氧化分解[1]。炒制過程中主要是直鏈飽和醇類,熬煮過程主要是不飽和醇類,如表1、表2所示。直鏈飽和醇例如異丁醇、正戊醇、異戊醇,其閾值較高,對風(fēng)味影響不顯著,其含量也隨著炒制過程逐漸降低。不飽和醇類,比如桉葉油素、芳樟醇、苯乙醇、2-茨醇、4-萜烯醇、α-松油醇、2-亞芐基丙二醇、L-香芹醇等閾值較低,對風(fēng)味的形成貢獻(xiàn)較大[3]。

醇類物質(zhì)相對含量隨著炒制時(shí)間延長而增多,而熬煮過程受到湯底影響其相對含量下降后逐漸回升,說明兩種工序加工過程中,油脂一直被氧化分解。在火鍋底料熬煮過程中,乙醇對去腥、去臭有一定幫助?？反加煽啡┺D(zhuǎn)化生成,其來自于底料中聚戊糖的裂解產(chǎn)物,是一種致癌物[25]。2-茨醇具有樟腦氣味,較易升華,主要來源于香料中。

2.2.5 酸及酯類 炒制過程只檢測出了低分子質(zhì)量的酸類物質(zhì):乙酸,其含量隨著炒制時(shí)間的延長而減少,熬煮過程完全消失。由于原料中未發(fā)現(xiàn)乙酸的出現(xiàn),說明其可能是油脂中的天然物質(zhì)。

炒制過程檢測出了4種酯類,熬煮過程檢測出了3種酯類,具體如表1、表2所示。其中乙酸乙酯出現(xiàn)在未炒制及炒制前期和熬煮第50 min時(shí)期。乙酸乙酯是具有水果香味的VCs,可以賦予火鍋底料愉悅的香氣,在酯化反應(yīng)中,乙醇和乙酸反應(yīng)可生成乙酸乙酯。實(shí)驗(yàn)表明(表1),乙酸乙酯相對含量與乙酸相對含量呈反比,這可能是酯化反應(yīng)的影響。肉桂酸乙酯存在于水果和葡萄酒等中,具有水果香氣。在熱源下,可由肉桂醛和乙醇酯化生成,具有一定的抗促癌作用[26]。熬煮過程中,肉桂酸乙酯的含量持續(xù)增加,這可能與肉桂醛的含量變化有關(guān)。

2.2.6 其他 炒制和熬煮過程還檢測出少量苯類、肟類、醚類、萘類化合物等,具體如表1、表2所示。其中鄰-異丙基苯在兩個(gè)加工過程中皆有較高含量;草蒿腦在熬煮過程中含量逐漸增多,草蒿腦不溶于水,溶于有機(jī)溶劑,存在于香料特別是茴香中,有香料的特征香氣[27]。熬煮過程才檢測到草蒿腦,這可能是草蒿腦的溢出與時(shí)間和溫度都有關(guān)系。芐基肼是一種毒性物質(zhì),主要用于制藥[28]。炒制過程未發(fā)現(xiàn)芐基肼,熬煮前段檢測出了芐基肼,說明熬煮時(shí)間越長,肼的含量越低。茴香腦又名茴香烯,是一種易揮發(fā)的簡單化合物,常存在于果實(shí)中,特別是八角茴香中。茴香腦具有一定甜味,同時(shí)也是殺蟲劑,可有效預(yù)防和治療與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的疾病,與骨骼肌、心血管、糖尿病、胃腸道疾病和傷口愈合等有關(guān)[29]。

火鍋底料烹飪過程中,有大量的VCs產(chǎn)生,其中絕大部分與火鍋的香氣有關(guān),構(gòu)成了火鍋底料醇厚的氣味。這些物質(zhì)要么來源于香料中的精油,要么來源于有關(guān)油脂的氧化降解,要么是復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。在這個(gè)過程中,也產(chǎn)生了極少量的有毒有害物質(zhì),有可能增加火鍋食用的未知風(fēng)險(xiǎn)。

3 討論與結(jié)論

通過HS-SPME的方法富集火鍋底料炒制和熬煮過程中的VCs,再結(jié)合GC-MS對物質(zhì)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:炒制過程共檢測分析到53種VCs,熬煮過程共檢測分析到50種VCs,其種類包含烯類物質(zhì)(主要是萜烯類)、醇類物質(zhì)、醛類物質(zhì)、酮類物質(zhì)、酸及酯類物質(zhì),還有少量的醚類、烴類等。

烯類物質(zhì)是火鍋底料烹飪過程中相對含量較多的一類物質(zhì),其含量隨著炒制和熬煮的過程不斷變化,但種類變化不大。熬煮后期,烯類物質(zhì)含量最多,氣味最濃郁。這可能是采用牛油為油脂制作火鍋底料所致,熬煮時(shí)間越久,脂肪酸烷氧化程度越高,形成的烯類物質(zhì)越多。醛類物質(zhì)是火鍋底料中營養(yǎng)物質(zhì)分解代謝產(chǎn)生的,炒制過程中醛類物質(zhì)含量波動較大,熬煮過程醛類物質(zhì)逐漸增多,說明加工時(shí)間越長,火鍋底料的營養(yǎng)價(jià)值下降越多。酮類物質(zhì)在炒制和熬煮過程中都較少,其相對含量也基本不變,說明加熱溫度和加熱方式,不會影響酮類物質(zhì)在火鍋湯底中的含量。閾值最低的酯類物質(zhì)在檢測到的物質(zhì)中所占比例不大,但對香氣的貢獻(xiàn)可能較多。閾值較高的直連飽和醇類物質(zhì),如乙醇、戊醇等,雖然其相對含量較高,但對香氣的貢獻(xiàn)可能較低[30]。具體貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步研究。

火鍋底料炒制過程中檢測到的有害VCs較少,糠醇是其中一種,其急性毒性經(jīng)大鼠口服為LD50:275 mg/kg;小鼠口服為LC50:160 mg/kg,屬中等毒類[31]。炒制后期檢測出糠醇,說明炒制時(shí)間越久,其產(chǎn)生的積累越多。和人們實(shí)際預(yù)想的不一樣,熬煮過程中有毒物質(zhì)芐基肼出現(xiàn)在熬煮前期,熬煮時(shí)間越長,芐基肼含量越低,最終完全消失,說明熬煮時(shí)間越長,有害成分可能越少(僅考慮VCs)。

綜上,基于HS-SPME-GC-MS分析麻辣火鍋底料炒制和熬煮過程中VCs的變化是一種較可靠的方法,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加工方式及時(shí)間會影響火鍋底料VCs的種類和含量。就有害物質(zhì)而言,炒制時(shí)間越長,有害物質(zhì)越多;而熬煮時(shí)間越長,則有害物質(zhì)越少;但是由于本實(shí)驗(yàn)測定的物質(zhì)含量為相對含量,所以這些有害物質(zhì)的含量是否達(dá)到對火鍋底料食用安全性產(chǎn)生影響的程度,還有待進(jìn)一步的研究。從營養(yǎng)方面考慮,加熱時(shí)間越長,可能越不利于營養(yǎng)物質(zhì)的保存。因此,人們食用麻辣火鍋的時(shí)候,適當(dāng)炒制和熬煮是較合理的加工方式。