基于感官和氣相色譜-離子遷移譜分析油溫對(duì)辣椒油風(fēng)味的影響

楊 慧，黃綠紅，張 帆，文宇娟，張 群，于美娟*

（1 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 2 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 長(zhǎng)沙410125 3 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 長(zhǎng)沙410125）

辣椒油俗稱(chēng)紅油，主要是由植物油脂和干辣椒制成的，是具有特殊工藝的食用油脂[1]。辣椒油作為中國(guó)傳統(tǒng)風(fēng)味的一種調(diào)味油，具有色澤紅亮、香味濃郁、辣味適口、回味厚重的特點(diǎn)，多用于加工麻辣休閑食品及烹飪菜肴，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)。

直接法制備辣椒油是生產(chǎn)生活中最常用的方法，其工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品風(fēng)味多樣，然而，產(chǎn)品風(fēng)味受浸制條件（尤其是油溫）的影響較大[2]。目前對(duì)辣椒油加工工藝與風(fēng)味成分的研究已有部分報(bào)道，如張雪春等[3]以感官評(píng)分為響應(yīng)值，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化棕櫚油基風(fēng)味辣椒油的工藝，所得產(chǎn)品色澤亮紅、光亮，辣香味濃郁、香純；季德勝等[4]對(duì)不同條件煎制的北京紅辣椒油進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并結(jié)合頂空-固相微萃取技術(shù)研究其風(fēng)味物質(zhì)組成，結(jié)果表明：不同煎制程度顯著影響辣椒油所含風(fēng)味化合物的種類(lèi)和峰面積比，尤其是酮類(lèi)、呋喃類(lèi)、萜烯類(lèi)及烯醛類(lèi)等化合物的峰面積比；何小龍等[5]利用電子舌對(duì)不同時(shí)段制成的辣椒油進(jìn)行主成分分析，不同時(shí)段的辣椒油互不重疊地落在各自區(qū)域內(nèi)，可很好地區(qū)分。然而，不同油溫浸提對(duì)辣椒油風(fēng)味物質(zhì)的影響鮮見(jiàn)研究報(bào)道。

氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用（Gas-Chromatography Ion-Mobility Spectrometry，GC-IMS）是目前國(guó)際上比較先進(jìn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds，VOCs）檢測(cè)技術(shù)之一[6]，GCIMS 先利用氣相色譜對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)分離，然后通過(guò)離子遷移譜（Ion-Mobility Spectrometry，IMS）檢測(cè)器進(jìn)行揮發(fā)性組分的分析。該方法具有簡(jiǎn)單、速度快、靈敏高的優(yōu)點(diǎn)，目前已成功應(yīng)用于品質(zhì)檢測(cè)、食品風(fēng)味分析等多個(gè)生命化學(xué)領(lǐng)域[7-8]。

本研究以干辣椒為原料，采用直接法制備辣椒油，通過(guò)感官評(píng)價(jià)及GC-IMS 分析不同油溫制備的辣椒油的風(fēng)味特征及揮發(fā)性化合物，用化學(xué)計(jì)量法處理數(shù)據(jù)后進(jìn)行聚類(lèi)分析，旨在為辣椒油風(fēng)味特性及產(chǎn)品工藝改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

朝天椒，四川友嘉食品有限公司；干辣椒，上海新閩融食品有限公司；孜然，錦江麥德龍現(xiàn)購(gòu)自運(yùn)有限公司；胡椒、花椒，購(gòu)于麥德龍超市；金健純香菜籽油，金健植物油有限公司；食鹽，湖南省湘澧鹽化有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec 1H1-00089 型氣相色譜離子遷移譜，德國(guó)G.A.S.公司；PAL3 自動(dòng)進(jìn)樣器，瑞士CTCAnalytics AG 公司；FS-SE-54-CB-1 毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm），德國(guó)CS Chromatographie Service GmbH 公司；小型粉碎機(jī)，永康市鉑歐五金制品有限公司；可控溫電爐，彭州鑫益電爐加工廠；天平，上海卓精電子科技有限公司；溫度計(jì)（0～250 ℃），深圳市拓爾為電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣椒油樣品的制備 辣椒油的制備參考李昌文[9]、董道順等[10]并稍作修改。干辣椒（香辛料）→粉碎（顆粒0.5～1 mm）→加入2%（以辣椒香辛料粉末質(zhì)量計(jì)）食鹽→混合均勻，備用。菜籽油→熬制到不同的溫度（120，140，160，180，200 ℃）→加到預(yù)先備好的辣椒（香辛料）粉末→迅速攪拌1min→自然降溫浸提12 h，備用。其中，干辣椒香辛料粉末配比：m辣椒∶m孜然∶m胡椒∶m花椒=4∶4∶2∶1，植物油與干辣椒香辛料粉末（加入食鹽后的質(zhì)量）比例為4∶1。樣品編號(hào)L1、L2、L3、L4、L5，分別對(duì)應(yīng)的制備油溫為120，140，160，180，200 ℃。對(duì)每個(gè)樣品取上清油液3 份，取原料菜籽油及香辛料混合物各3 份作為參照樣，編號(hào)分別為L(zhǎng)0、L6，用于GC-IMS 檢測(cè)。剩余辣椒油樣品用于感官評(píng)價(jià)。

1.3.2 感官評(píng)價(jià)方法 本感官評(píng)價(jià)邀請(qǐng)10 名長(zhǎng)期從事食品研究、有豐富感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)的人員組成感官評(píng)估小組，滿足GB/T 16291.1-2012《感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評(píng)價(jià)員一般導(dǎo)則》。評(píng)價(jià)前對(duì)小組成員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)指標(biāo)和注意事項(xiàng)的培訓(xùn)。為獲取比較真實(shí)的評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)在通風(fēng)良好、采光充足的房間內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行。辣椒油樣品分別放在封閉的培養(yǎng)皿中以保持香味，隨機(jī)順序提供給小組成員。對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行4 次品評(píng)，根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)打分。不同樣品評(píng)價(jià)時(shí)要求評(píng)定人員用純凈水漱口。評(píng)分采用100 分制，評(píng)定項(xiàng)目包括色澤、滋味、香氣，辣椒油感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 辣椒油感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of chilli oil

1.3.3 GC-IMS 測(cè)定條件

1.3.3.1 自動(dòng)進(jìn)樣條件 頂空孵化溫度：80 ℃；孵化時(shí)間：10 min；孵化轉(zhuǎn)速：500 r/min；加熱方式：振蕩加熱；進(jìn)樣方式：頂空進(jìn)樣；頂空進(jìn)樣針溫度：85℃；進(jìn)樣量：100 μL，不分流模式；清洗時(shí)間：0.5 min。

1.3.3.2 GC 條件 色譜柱：FS-SE-54-CB-1 毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm）；色譜柱溫度：60 ℃；載氣：高純氮?dú)猓兌取?9.999%）；運(yùn)行時(shí)間：30 min；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min，在8 min內(nèi)線性增至20 mL/min，在10 min 內(nèi)線性增至100 mL/min，最后10 min 線性增至150 mL/min。

1.3.3.3 IMS 條件 漂移管長(zhǎng)度9.8 cm，管內(nèi)線性電壓500 V/cm，漂移管溫度45 ℃，漂移氣為N2（純度≥99.999%），漂移氣流速150 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

感官評(píng)定數(shù)據(jù)采用SPSS 17 軟件統(tǒng)計(jì)分析，使用方差分析（analysis of variance，ANOVA）法分析顯著性，顯著性差異水平為P＜0.05。

GC-IMS 數(shù)據(jù)采用設(shè)備自帶Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件及GC×IMS Library Search 定性軟件對(duì)辣椒油中的VOCs 進(jìn)行采集和分析。LAV 中的Reporter 插件和Gallery Plot 插件構(gòu)建VOCs 的差異圖譜和指紋圖譜，用powerpoint2010 進(jìn)行圖片編輯，用Dynamic PCA 插件進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)價(jià)

馮勇[11]研究表明菜籽油在辣椒油制作過(guò)程中所起作用比調(diào)和油的效果佳，菜籽油相比調(diào)和油提色、增香效果更為明顯。本研究辣椒油的制作選用菜籽油為原料。由表2 感官評(píng)定值可知，不同油溫制備的辣椒油樣品間色澤的差異不顯著，辣椒油的色澤生成是利用植物油為溶劑對(duì)辣椒中的辣椒色素的浸提過(guò)程，成品油的色澤除與辣椒本身的辣椒素含量有關(guān)外，還與浸提溫度有關(guān)，辣椒色素的浸提溫度在120～180 ℃間較理想[12]，這與本研究結(jié)果基本一致。不同油溫制備的辣椒油滋味差異不明顯，麻辣味均適口；而油溫對(duì)辣椒油香氣的影響很明顯，L4、L5 的香氣最佳，辣香味濃郁，略帶焦香，L2、L3 次之，辣香味相對(duì)平淡，L1 分值最低，有生青味；在一定油溫的作用下，辣椒油香氣的類(lèi)別與濃度隨油溫而變化，與美拉德反應(yīng)和斯特累克降解反應(yīng)有關(guān)[13]。

表2 辣椒油感官評(píng)定Table 2 Sensory evaluation of chilli oil

2.2 辣椒油中VOCs 來(lái)源分析

為了探明辣椒油中香氣的變化，采用GC-IMS技術(shù)分析樣品L0～L6 的揮發(fā)性化合物。圖1 是菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）和香辛料混合物（L6）7 個(gè)樣品的三維GC-IMS 譜圖，圖2 是將圖1 的三維GC-IMS 譜圖投影到二維平面上生成的圖。由圖1、圖2 可知，菜籽油、辣椒油與香辛料混合物具有不同GC-IMS 的特征譜信息，存在明顯的差異性，辣椒油及香辛料混合物中的VOCs明顯多于菜籽油，也含有一些共性的VOCs。為分析辣椒油VOCs 的來(lái)源，比較菜籽油、辣椒油與香辛料混合物VOCs 的離子峰圖庫(kù)。由圖3 橙色框標(biāo)識(shí)部分可知辣椒油L1～L5 含有的VOCs 的種類(lèi)一致，僅濃度有差別。辣椒油中部分的VOCs 在菜籽油和辣椒油中同時(shí)存在，如圖3 紅框標(biāo)識(shí)部分。大部分辣椒油中的VOCs 在香辛料中也被檢測(cè)出來(lái)，其中部分物質(zhì)在香辛料中含量較高，在辣椒油中含量較低，可能是因?yàn)槔苯酚驮诩庸み^(guò)程中香辛料的香氣成分被菜籽油稀釋或香氣成分并未完全融入菜籽油中等原因造成的。圖3 中綠框中所示VOCs 在辣椒油中含量較高，而在原料中含量很低或不存在，這些VOCs 可能與辣椒油加工過(guò)程中發(fā)生的美拉德、Strecker 降解以及酯化反應(yīng)有關(guān)。此外，還有部分成分僅在菜籽油或香辛料中可檢測(cè)到。如圖3 中藍(lán)色框所示，這些成分可能在加工過(guò)程易降解，或參與美拉德或酯化反應(yīng)等轉(zhuǎn)變成其它物質(zhì)。以上說(shuō)明不同油溫制備的辣椒油樣品中所含VOCs 的種類(lèi)一致，這些VOCs 均來(lái)源于原料，并在熱油浸提過(guò)程產(chǎn)生新的VOCs。

圖1 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）三維GC-IMS 譜圖Fig.1 Three-dimensional GC-IMS images of rapeseed oil（L0），chilli oil-（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

圖2 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）GC-IMS 譜圖Fig.2 GC-IMS spectra of rapeseed oil（L0），chilli oil-（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

圖3 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）HS-GC-IMS 譜圖中VOCs 的圖庫(kù)Fig.3 Gallery pattern of VOCs in HS-GC-IMS spectra of rapeseed oil（L0），chilli oil（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

2.3 辣椒油揮發(fā)性有機(jī)物定性分析

從圖4 可以看出，辣椒油揮發(fā)性組分可以通過(guò)GC-IMS 技術(shù)很好地分離。反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP）右側(cè)的每個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物。顏色深淺代表該物質(zhì)的濃度，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深含量越高。通過(guò)內(nèi)置的NIST 2014 氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與G.A.S.的IMS 遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)二維定性，共鑒定出揮發(fā)性氣味物質(zhì)45 種（包含單體及二聚體），其中醛類(lèi)16 種、醇類(lèi)9 種、酮類(lèi)7 種、萜烯類(lèi)6種、酸類(lèi)3 種、酯類(lèi)1 種、其它3 種，揮發(fā)性有機(jī)物信息見(jiàn)表3。醛類(lèi)化合物來(lái)源于不飽和脂肪酸的氧化、美拉德反應(yīng)以及Strecker 降解，醛類(lèi)物質(zhì)閾值較低，對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大，主要為辣椒油貢獻(xiàn)甜香、脂香、辛辣味、木香、果香、焦香等風(fēng)味。醇類(lèi)中飽和醇類(lèi)閾值較高，對(duì)辣椒油氣味貢獻(xiàn)率不大；不飽和醇類(lèi)閾值低，主要來(lái)自脂肪的氧化[14]，對(duì)辣椒油氣味貢獻(xiàn)率較大，主要形成了青香、玫瑰花香、果香、辛香、甜香，蜜香等香氣。萜烯類(lèi)為不飽和烴，大多具有宜人的香氣，閾值較低，賦香作用較大[15]。酮類(lèi)是脂肪氧化的另一產(chǎn)物，酸類(lèi)物質(zhì)主要來(lái)自脂肪的水解以及氧化過(guò)程中產(chǎn)生的小分子脂肪酸，酯類(lèi)主要來(lái)源于醇類(lèi)和酸類(lèi)化合物物質(zhì)之間發(fā)生的酯化反應(yīng)[16]。這幾類(lèi)物質(zhì)閾值較高，OAV較小，大部分能產(chǎn)生令人愉快的香味，也是構(gòu)成辣椒油風(fēng)味的重要補(bǔ)充部分。部分物質(zhì)被分離出來(lái)，其含量也較高，然而，由于數(shù)據(jù)庫(kù)還不夠完善，因此未能被定性，如圖4 中的“Δ”標(biāo)識(shí)區(qū)域。

表3 GC-IMS 鑒定辣椒油中揮發(fā)性風(fēng)味化合物結(jié)果表3 Analytical results for GC-IMS identification of volatile flavor compounds in chilli oil

圖4 辣椒油的氣相離子遷移Fig.4 GC-IMS topographic plots of chilli oil

2.4 油溫對(duì)辣椒油VOCs 含量的影響

為進(jìn)一步分析不同油溫對(duì)辣椒油風(fēng)味的影響，僅保留辣椒油中已被定性的45 個(gè)VOCs 的離子峰進(jìn)行排列，見(jiàn)圖5。己醛、戊醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、（E）-2-己烯醇、萜烯類(lèi)（月桂烯、檸

檬烯、α-蒎烯）、1，8-桉樹(shù)腦、乙酸、丙酸、1-辛烯-3-酮在L1 到L5 中呈降低的趨勢(shì)，如圖5 紅框區(qū)域，表明以上VOCs 隨油溫的升高在辣椒油中的濃度降低。己醛是亞油酸氧化的基本產(chǎn)物，散發(fā)令人作嘔的酸敗氣味[17]。戊醛、乙酸和丙酸呈酸味或酸敗味，這些不愉快的氣味濃度的降低有利于辣椒油風(fēng)味的提升。支鏈醛2-甲基丁醛和3-甲基丁醛具有干果味、奶酪味，分別來(lái)源于亮氨酸、異亮氨酸的Strecker 降解[18-19]。萜烯類(lèi)物質(zhì)主要來(lái)源于香辛料，花椒的檸檬烯含量較高，部分品種檸檬烯的含量高達(dá)50%[20]。有研究表明花椒油中月桂烯、檸檬烯含量較高，且當(dāng)浸提溫度在85 ℃以上，檸檬烯隨溫度的上升得率下降[21]。本研究中辣椒油制作原料中含有花椒，浸提溫度在120 ℃以上，檸檬烯隨油溫的變化也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。萜烯類(lèi)物質(zhì)的熱穩(wěn)定性差[22]，是導(dǎo)致萜烯類(lèi)物質(zhì)含量隨油溫升高而下降的原因。以萜烯類(lèi)含量較高的香辛料作為配料的風(fēng)味辣椒油，或可以根據(jù)油溫分步浸提的工藝來(lái)提高辣椒油的風(fēng)味品質(zhì)。

如圖5 綠框所示，醛類(lèi)（壬醛、辛醛、庚二烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、丙醛、糠醛、5-甲基糠醛）、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、異丁酸在L4、L5中的濃度最高。其中醛類(lèi)的閾值低，濃度的變化對(duì)辣椒油風(fēng)味的影響大。Hall 等[23]認(rèn)為壬醛、辛醛、丙醛是α-亞麻酸主要的次級(jí)氧化產(chǎn)物，壬醛有助于增加甜味和果味香氣，而辛醛具有油脂味和辛辣味[24]，辛醛具有果香和脂肪香氣[25]?？啡?、5-甲基糠醛等醛類(lèi)主要來(lái)自于美拉德反應(yīng)，5-甲基糠醛濃度的升高有利于辣椒油焦香的形成，這與感官評(píng)定的結(jié)果是一致的。異丁酸是短鏈酸，常在酒類(lèi)等發(fā)酵類(lèi)食品中被檢測(cè)到，在適當(dāng)濃度時(shí)可以為酒類(lèi)提供良好的水果風(fēng)味，然而濃度過(guò)高時(shí)可能產(chǎn)生不良風(fēng)味，出現(xiàn)類(lèi)似酸敗的氣味[26-27]本研究中，人工感官評(píng)價(jià)未感知到不愉快的氣味，這可能與異丁酸的濃度有關(guān)，在低濃度下或許有助于提高辣椒油風(fēng)味。乙酸苯乙酯、二甲基二硫濃度增大有利于提高辣椒油甜香、花香及洋蔥香。而芳樟醇、香葉醇、2-甲基丙醛、2，3-丁二酮、丙酮、3-羥基-2-丁酮在所有樣品中濃度都較高，說(shuō)明不同油溫對(duì)辣椒油中這些VOCs 的形成影響不大。

圖5 辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）中GC-IMS 定性的45 個(gè)離子遷移譜出峰的匯總圖Fig.5 Peak appearance summary of the 45 ion mobility spectra of chilli oil（L1，L2，L3，L4，L5）by GC-IMS

2.5 不同油溫制備的辣椒油樣品相似度分析

根據(jù)各樣品的VOCs 種類(lèi)和濃度進(jìn)行相似度分析（見(jiàn)表4）。組內(nèi)相似度均高于97%，表明氣相離子遷移譜氣味測(cè)定試驗(yàn)的可信度及重復(fù)率極高，而L4 與L5 相似度高達(dá)91%，其它組間相似度相對(duì)較低。這與離子遷移譜出峰的匯總圖（圖5）所反映的總體情況一致。對(duì)辣椒油樣品中的VOCs進(jìn)行動(dòng)態(tài)主成分分析，將以VOCs 種類(lèi)為變量的高維數(shù)組進(jìn)行維度壓縮和去噪處理，所得綜合變量可通過(guò)二維空間的數(shù)據(jù)位置分布觀察樣品間的差異性。由圖6 可見(jiàn)，主成分1 和主成分2 的總貢獻(xiàn)率大于80%，可表達(dá)原有變量的絕大部分信息，二維空間的數(shù)據(jù)分布差異顯示組間和組內(nèi)樣品間的差異性，同一油溫制備的樣品間隔很近，集中在一定的范圍，而不同油溫的樣品間有明顯的間距，這說(shuō)明同一油溫制備的樣品重復(fù)性好，不同油溫制備的樣品特異性較明顯。

圖6 不同油溫制備的辣椒油PCA 分析Fig.6 PCA analysis of chilli oil prepared at different oil temperatures

表4 不同油溫制備辣椒油的相似度分析Table 4 Similarity analysis of chilli oil prepared at different oil temperatures

3 結(jié)論

采用感官評(píng)價(jià)及HS-GC-IMS 分析不同油溫制備的辣椒油的風(fēng)味特征及揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。感官結(jié)果表明，不同油溫制備的辣椒油香氣差異明顯，滋味及色澤無(wú)明顯差異。對(duì)辣椒油及原料中VOCs 的分析結(jié)果表明，辣椒油中的VOCs 主要來(lái)源于原料，同時(shí)在加工過(guò)程中也有新的VOCs 形成，油溫對(duì)辣椒油的VOCs 的種類(lèi)沒(méi)有影響。從辣椒油樣品中共鑒定出45 中VOCs，其中醛類(lèi)16種、醇類(lèi)9 種、酮類(lèi)7 種、萜烯類(lèi)6 種、酸類(lèi)3 種、酯類(lèi)1 種、其它3 種，它們?yōu)槔苯酚拓暙I(xiàn)了辛香、花香、脂香、干菜香、甜香、果香、焦香等風(fēng)味特征。相似度及PCA 結(jié)果顯示，不同油溫的辣椒油有明顯的差異性，醛類(lèi)（己醛、戊醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛）、萜烯類(lèi)（月桂烯、檸檬烯、α-蒎烯）、（E）-2-己烯醇、1，8-桉樹(shù)腦、乙酸、丙酸、1-辛烯-3-酮隨辣椒油制備油溫的升高呈下降趨勢(shì)，醛類(lèi)（壬醛、辛醛、庚二烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、丙醛、糠醛、5-甲基糠醛）、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、異丁酸的含量在油溫180，200 ℃制備的辣椒油中含量較高，這些VOCs 的變化影響辣椒油整體風(fēng)味形成。這些VOCs 在不同油溫下的釋放規(guī)律對(duì)于開(kāi)發(fā)特異香型辣椒油，以及直接法生產(chǎn)風(fēng)味辣椒油的工藝具有一定的參考意義。