南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)鑒定及差異研究

王林，胡金祥，喬明鋒，何蓮，魯?shù)涝?，吳華昌，鄧靜，易宇文*

(1.四川旅游學(xué)院，成都 610100; 2.四川國之味供應(yīng)鏈管理有限公司，成都 610100)

花椒是蕓香科、花椒屬落葉小喬木的果實統(tǒng)稱[1]?；ń菲贩N眾多，依據(jù)果實顏色大體可分為紅花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)和青花椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.)?；ń饭じ缓鞣N揮發(fā)性物質(zhì)，麻而清香，屬傳統(tǒng)調(diào)味品[2]，在川菜中有廣泛應(yīng)用；揮發(fā)性物質(zhì)可治療高血壓、腹痛、腹瀉、頭痛、痢疾等疾病，是典型的藥食兩用植物[3]。花椒揮發(fā)性物質(zhì)主要是烯烴類、醇類、醛類、酮類和酯類等物質(zhì)[4-6]?；ń饭ぶ袚]發(fā)性物質(zhì)化學(xué)組成和含量與花椒品種、地域、海拔、土壤、光照等外部環(huán)境密切相關(guān)，且差異較大[7]。樊丹青等[8]采用GC-MS對四川、甘肅產(chǎn)區(qū)的6個紅花椒樣品進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)紅花椒主要揮發(fā)性物質(zhì)芳樟醇、乙酸芳樟酯的含量存在差異。魏泉增等[9]采用水蒸氣蒸餾法和頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS分析河南、山東和四川紅花椒樣品，發(fā)現(xiàn)檸檬烯為主要揮發(fā)性物質(zhì)，且含量差異較大。陳光靜等[10]采用GC-MS分析陜西、甘肅和四川等8個產(chǎn)地的紅花椒，發(fā)現(xiàn)紅花椒共有組分含量差異較大，非共有揮發(fā)性物質(zhì)含量大多低于1%。目前針對花椒揮發(fā)性物質(zhì)的研究多集中在四川與秦嶺以北產(chǎn)區(qū)的樣品上，未見南方產(chǎn)區(qū)花椒樣品組分的相關(guān)研究。秦嶺是我國南北的分界線，南北氣候條件差異較大。在不同地域、氣候條件下農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)是有差異的。胡文杰等[11]研究生姜精油組分發(fā)現(xiàn)品種相同但產(chǎn)地不同的生姜揮發(fā)性組分存在差異。另外，固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)技術(shù)是Berladi等[12]提出的集采樣、萃取、富集和進(jìn)樣于一體的操作方便快捷、綠色環(huán)保的前處理方法[13]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(gas chromatography-mass spectrometry， GC-MS)是分離復(fù)雜有機(jī)化合物的有效方法，是從分子層面探究食品風(fēng)味差異的方法[14]。

本實驗擬利用固相微萃取(SPME)結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)鑒定湖南、四川、云南和貴州產(chǎn)區(qū)紅花椒揮發(fā)性組分，從而比較南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)的差異，可為調(diào)味品的加工提供參考，也可為進(jìn)一步完善紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜庫提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

紅花椒樣品由成都市桃李食品公司提供，具體見表1。

表1 紅花椒樣品產(chǎn)地Table 1 The producing areas of Zanthoxylum bungeanumMaxim. samples

1.2 儀器與設(shè)備

PC-420D專用磁力加熱攪拌裝置、75 μm CAR/PDMS手動萃取頭 美國Supelco公司；Clarus 680氣相色譜儀；Clarus SQ8T質(zhì)譜儀；Elite-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；20 mL頂空瓶 美國PerkinElmer公司；其他實驗室常用設(shè)備。

1.3 GC-MS樣品處理及檢測方法

樣品前處理：將花椒去梗去籽，選擇顏色紅潤的花椒作為樣品。

其他前處理：將20 mL的樣品瓶洗凈，用蒸餾水潤洗3次，然后烘干備用。

固相微萃?。簻?zhǔn)確稱取樣品1.00 g置于20 mL樣品瓶中，加入攪拌子(聚四氟乙烯，3 mm×10 mm)，加蓋密封，磁力攪拌裝置溫度65 ℃，轉(zhuǎn)速1 r/s，平衡600 s，然后將老化(250 ℃，600 s)的萃取針扎入樣品瓶中，并伸出萃取頭，萃取吸附1200 s，隨后插入GC-MS進(jìn)樣口，解吸600 s。

色譜條件：色譜柱Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；升溫程序:起始溫度40 ℃，保留2 min，以5 ℃/min升溫至220 ℃，保留2 min。載氣(99.999% He)流速1.0 mL/min。

MS條件：EI離子源，電子轟擊能量為70 eV，離子源溫度250 ℃，電子倍增電壓1450 V；質(zhì)量掃描范圍：45～400 m/z；掃描延遲70 s；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧文件。

定性方法：選取正反匹配度均大于700，參考NIST 2011譜庫，同時結(jié)合人工和參考文獻(xiàn)解譜。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅花椒總離子流圖

PE Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管柱分離、質(zhì)譜檢測得到的樣品總離子流圖見圖1。

圖1 紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)總離子流圖

湖南樣品共檢測到揮發(fā)性物質(zhì)50種，四川54種，云南55種，貴州53種。云南樣品檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)最多，湖南最少。樣品出峰時間主要集中在5～25 min之間。

2.2 紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)差異比較

2.2.1 紅花椒非共有揮發(fā)性物質(zhì)分析

紅花椒樣品GC-MS檢測結(jié)果的非共有揮發(fā)性物質(zhì)見表2。

表2 紅花椒非共有揮發(fā)性物質(zhì)Table 2 Non-common volatile compounds inZanthoxylum bungeanum Maxim.

續(xù) 表

由表2可知，4個樣品共檢測到非共有組分32種，其中烯烴類物質(zhì)12種，醇類2種，醛類8種，酯類6種，酮類4種。檜烯是云南樣品特有的物質(zhì)，含量低(0.047%)；α-法呢烯是湖南樣品獨有的揮發(fā)性物質(zhì)，含量低(0.034%)。月桂烯在湖南(5.188%)和貴州(0.971%)樣品中有檢出，湖南樣品中含量較高。β-水芹烯在四川(4.047%)、云南(3.696%)和貴州(2.454%)樣品中有檢出。非共有醇類物質(zhì)2種，其中云南(8.286%)和貴州(4.991%)樣品的桉樹醇含量較高。共檢測到8種非共有醛類物質(zhì)，(Z)-檸檬醛是四川樣品特有的揮發(fā)性物質(zhì)，水芹醛是貴州樣品特有的揮發(fā)性物質(zhì)，所有醛類物質(zhì)含量均較低。共檢測到6種酯類物質(zhì)，其中貴州樣品的乙酸芳樟酯含量高(19.984%)，為貴州樣品特有的揮發(fā)性物質(zhì)。酮類物質(zhì)共檢測到4種，1-(2-甲基-1-環(huán)戊烯基)乙酮是云南樣品特有的揮發(fā)性物質(zhì)，但含量低(0.068%)。湖南(11.821%)、四川(1.973%)和云南(1.841%)樣品中均檢測到胡椒酮，湖南樣品的胡椒酮含量高，各樣品含量差異大。

2.2.2 紅花椒共有揮發(fā)性物質(zhì)分析

紅花椒樣品GC-MS分析結(jié)果的共有揮發(fā)性物質(zhì)見表3。

表3 紅花椒共有揮發(fā)性物質(zhì)Table 3 Common volatile compounds in Zanthoxylum bungeanum Maxim.

續(xù) 表

由表3可知，4個產(chǎn)區(qū)紅花椒樣品中共檢測到共有物質(zhì)34種，其中烯烴類物質(zhì)24種，醇類4種，醛類1種，酯類2種，酮類2種，其他1種。相對含量均大于1%的物質(zhì)有7種(烯烴類4種、醇類2種、酯類1種)：檸檬烯、(E)-β-羅勒烯、羅勒烯、γ-松油烯、芳樟醇、α-萜品醇和乙酸松油酯。4個樣品中共有組分相對百分含量：湖南(64.596%)、四川(81.355%)、云南(75.270%)、貴州(59.283%)，說明南方4產(chǎn)區(qū)的紅花椒在共有組分含量上差異較大。湖南(18.487%)、四川(28.002%)和云南(18.635%)紅花椒樣品中含量最高的物質(zhì)均為檸檬烯，貴州紅花椒樣品含量最高的為乙酸芳樟酯(19.984%)，其次為檸檬烯(16.502%)。4個產(chǎn)區(qū)紅花椒中檸檬烯含量均高于16%，檸檬烯是南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒中最主要的共有揮發(fā)性物質(zhì)。結(jié)合表2和表3進(jìn)一步分析可知，4個樣品共鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)66種。其中烯烴類36種，醇類6種，醛類9種，酯類8種，酮類6種，其他1種。云南紅花椒樣品檢測到揮發(fā)性物質(zhì)含量最高(93.653%)，其次為四川(92.042%)、貴州(90.533%)，湖南(85.983%)最低。

2.2.3 紅花椒主要揮發(fā)性物質(zhì)分析

4個樣品主要揮發(fā)性物質(zhì)見表4。

表4 紅花椒主要揮發(fā)性物質(zhì)Table 4 Main volatile compounds in Zanthoxylum bungeanum Maxim.

由表4可知，4個樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)為烯烴類、醇類、酯類和酮類。4個樣品主要共有組分為檸檬烯(16%～29%)、乙酸松油酯(4%～18%)，含量差異大。檸檬烯是含量最高的共有物質(zhì)，這說明南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒的主要揮發(fā)性物質(zhì)為檸檬烯。乙酸芳樟酯是貴州樣品特有的揮發(fā)性物質(zhì)，含量高(19.984%)，其他樣品中均未檢出。

2.2.4 紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)類別差異分析

紅花椒樣品揮發(fā)性物質(zhì)類別差異分析結(jié)果見表5。

表5 紅花椒揮發(fā)性物質(zhì)類別差異分析Table 5 Category difference analysis of volatile compounds inZanthoxylum bungeanum Maxim.

由表5可知，4個樣品在揮發(fā)性組分類別上相似。烯烴類物質(zhì)是紅花椒的主要揮發(fā)性組分，是種類最多的物質(zhì)，其中四川紅花椒烯烴類物質(zhì)含量最高(68.498%)，其次為湖南(59.976%)、云南(56.572%)，貴州樣品含量最低(42.600%)；4個樣品的烯烴類物質(zhì)種類在數(shù)量上基本一致，但具體物質(zhì)有差異。在醇類物質(zhì)上，貴州和云南這兩個樣品的含量高(均在13%以上)，最低的為四川(3.898%)。酯類物質(zhì)含量差異較大，貴州(7種)的含量高達(dá)32.311%，為最高；最低的為湖南紅花椒(4種)，僅為5.231%。酮類物質(zhì)含量差異較大，最高的為湖南(12.552%)，最低的為貴州(1.489%)。

3 討論

4個樣品檢測到的烯烴類物質(zhì)相對含量最高的為四川(68.498%)，最低的為貴州(42.600%)，湖南和云南均高于56%。能夠說明4個產(chǎn)區(qū)的紅花椒主要揮發(fā)性物質(zhì)的種類相似，也能說明烯烴類物質(zhì)是南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒的主要揮發(fā)性物質(zhì)。檸檬烯是一種具有柑橘香氣的物質(zhì)，其閾值較低(10 μg/kg)[15]，是共有組分中含量最高(均高于16%)的物質(zhì)，說明檸檬烯是南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒的主要揮發(fā)性物質(zhì)。陳光靜等通過GC-MS分析了陜西商洛、陜西韓城、陜西韓城富平縣、陜西韓城富平縣宮里鎮(zhèn)、甘肅武都、甘肅秦安、甘肅臨夏、四川西昌等地的紅花椒，發(fā)現(xiàn)檸檬烯是上述8個產(chǎn)區(qū)紅花椒的主要共有揮發(fā)性物質(zhì)，且含量最高，這說明秦嶺南北的紅花椒主要揮發(fā)性物質(zhì)均為檸檬烯。在主要揮發(fā)性物質(zhì)中，3-蒈烯(10.974%)在湖南樣品中含量較高，在貴州樣品中含量低。曹雁平等[16]在陜西韓城紅花椒樣品中檢出3-蒈烯，但含量較低，說明3-蒈烯可能是某些產(chǎn)地紅花椒特有的揮發(fā)性物質(zhì)。β-蒎烯在四川(10.481%)、云南(7.943%)和貴州(6.479%)的樣品中均有檢出，含量較高。在秦嶺以北的紅花椒樣品中未檢測到β-蒎烯，市售花椒油中有檢出[17-18]，這可能與原料產(chǎn)地及采摘后貯藏加工等因素有關(guān)。β-蒎烯可能是四川、云南、貴州紅花椒特有的揮發(fā)性物質(zhì)。湖南樣品中檢出的月桂烯(5.188%)是主要揮發(fā)性物質(zhì)，而在四川、云南和貴州的樣品中含量低或未檢測到。陳光靜等的研究表明，月桂烯是秦嶺以北及四川西昌紅花椒樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)。但本文四川樣品中并未檢出，這可能與產(chǎn)地的地質(zhì)、氣候等有關(guān)。 (E)-β-羅勒烯在湖南(6.325%)、四川(6.773%)和云南(5.211%)的樣品中檢出含量較高。(E)-β-羅勒烯在秦嶺以北樣品中均有檢出，但含量不高，非主要揮發(fā)性物質(zhì)。羅勒烯在湖南(4.272%)和四川(5.038%)的樣品中有檢出，是主要揮發(fā)性物質(zhì)。β-水芹烯(4.047%)是四川樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)，湖南樣品中未檢出；云南(3.696%)和貴州(2.454%)樣品中有檢出。β-水芹烯在陜西韓城紅花椒和韓國青花椒[19]中有檢出，是其主要揮發(fā)性物質(zhì)。

4個樣品中檢測到的主要醇類揮發(fā)性物質(zhì)為芳樟醇和桉樹醇。有研究表明秦嶺以北的樣品中均有檢出這兩種物質(zhì)，是主要揮發(fā)性物質(zhì)。芳樟醇是一種具有柑橘氣味的物質(zhì)，4個樣品均有檢出，但非四川(1.607%)、云南(2.421%)樣品中的主要揮發(fā)性物質(zhì)。說明芳樟醇是秦嶺南北紅花椒的共有揮發(fā)性物質(zhì)，但產(chǎn)地不同導(dǎo)致含量有差異。有研究表明芳樟醇是四川漢源紅花椒中氣味最強勢的化合物[20]。桉樹醇是云南(8.286%)和貴州(4.991%)樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)，湖南和四川樣品中未檢出。

4個樣品檢測到的主要酯類物質(zhì)是乙酸松油酯和乙酸芳樟酯，陳光靜等研究發(fā)現(xiàn)秦嶺以北的紅花椒樣品中均有檢出這兩種物質(zhì)。乙酸松油酯是本實驗檢測到的主要共有揮發(fā)性物質(zhì)之一。這表明乙酸松油酯是秦嶺南北紅花椒的共有揮發(fā)性物質(zhì)。乙酸芳樟酯(19.984%)是貴州樣品檢測到含量最高的物質(zhì)，是貴州樣品特有揮發(fā)性物質(zhì)，其他樣品均未檢測出。乙酸芳樟酯是一種具有花果香的物質(zhì)，閾值低(9 μg/kg)，參考其含量，其對貴州紅花椒獨特香味形成貢獻(xiàn)大。

4個樣品檢出酮類主要揮發(fā)性物質(zhì)1種，為湖南樣品中的胡椒酮。貴州樣品中未檢出，四川、云南樣品有檢出。胡椒酮是一種具有辛香味的物質(zhì)，在秦嶺以北的樣品中均有檢出，但非主要揮發(fā)性物質(zhì)。湖南樣品的胡椒酮含量高，可能是顯示其地域特色的物質(zhì)。

4 結(jié)論

采用固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用分析南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒的揮發(fā)性物質(zhì)。實驗共鑒定出66種揮發(fā)性物質(zhì)，湖南、四川、云南和貴州分別鑒定出50，54，55，53種，分別占相對含量的85.983%、92.042%、93.653%、90.533%。鑒定出共有組分34種，共有組分相對百分含量占總百分含量的59%～82%，南方4產(chǎn)區(qū)的紅花椒在共有組分含量上差異較大；相對含量均大于4%的共有物質(zhì)為檸檬烯、乙酸松油酯；湖南、四川和云南樣品中含量最高的物質(zhì)均是檸檬烯；貴州樣品含量最高的為乙酸芳樟酯，其次為檸檬烯，4個產(chǎn)區(qū)的檸檬烯含量均高于16%；檸檬烯、乙酸松油酯是南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒的主要共有揮發(fā)性物質(zhì)。鑒定出非共有組分32種，非共有組分相對百分含量在10%～32%之間。非共有組分中，湖南樣品中胡椒酮(11.821%)、月桂烯(5.188%)，四川樣品中β-水芹烯(4.047%)，云南樣品中桉樹醇(8.286%)，貴州樣品中乙酸芳樟酯(19.984%)、桉樹醇(4.991%)，是其主要揮發(fā)性物質(zhì)。非共有物質(zhì)的存在是南方4產(chǎn)區(qū)紅花椒氣味差異的主要來源。湖南樣品的其他主要揮發(fā)性物質(zhì)：3-蒈烯(10.974%)、(E)-β-羅勒烯(6.325%)、羅勒烯(4.272%)、芳樟醇(4.623%)；四川樣品的其他主要揮發(fā)性物質(zhì)：β-蒎烯(10.481%)、(E)-β-羅勒烯(6.773%)、羅勒烯(5.038%)；云南樣品的其他主要揮發(fā)性物質(zhì)：β-蒎烯(7.943%)、(E)-β-羅勒烯(5.211%)；貴州樣品的其他主要揮發(fā)性物質(zhì)：β-蒎烯(6.479%)、芳樟醇(5.133%)。實驗結(jié)論可為調(diào)味品的生產(chǎn)加工提供參考，也可為進(jìn)一步完善紅花椒的指紋圖譜提供參考。