不同質量分數食鹽腌漬艷紅辣椒的風味物質分析

吳 凱，覃業(yè)優(yōu)，蔣立文,，周 輝，鄧放明，李 跑，王蓉蓉

（1.湖南農業(yè)大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；3.湖南壇壇香食品科技有限公司，湖南 長沙 410300）

辣椒（Capsicum annuumL.）原產于拉丁美洲和北美后傳入我國[1]。辣椒營養(yǎng)價值高，富含VC。辣椒的主要規(guī)模種植地在陜西、河北、河南、云南、海南等地區(qū)，嗜辣人群集中在湖南、湖北、江西、四川、重慶、貴州等區(qū)域，湖南辣椒產量約占全國5%，但消費量達到全國總量的10%[2]。剁辣椒是湖南地方特色調味料產業(yè)之一，剁辣椒的生產一般是在新鮮辣椒產地進行腌漬處理后，將腌漬后的辣椒運輸至湖南進行加工而成，所以新鮮辣椒產地預處理是品質安全保障的重要環(huán)節(jié)之一[3-4]。

剁辣椒是發(fā)酵辣椒制品的典型代表，辣椒的辣味、脆度、色澤以及特殊發(fā)酵風味是剁辣椒品質的4 個主要元素，既可直接食用，又是調味佳品[5]。工業(yè)化生產剁辣椒是將新鮮線椒品種在產地進行預處理獲得鹽胚（食鹽質量分數20%左右保存）。發(fā)酵成熟后，進行脫鹽、調味、殺菌處理后成為產品。考慮產品市場消費者對辣味的需求，一般采用微辣的線椒作為主要加工原料，對于嗜辣人群通過配比一定比例朝天椒、艷紅辣椒等品種提升產品辣度，但此類品種水分含量比較低，所以需要采用不同腌漬方式進行處理以滿足工業(yè)化生產要求。

目前對辣椒及其制品的風味成分分析的主流方法是氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法[6-8]，但是該方法對同分異構體跟極性相近的物質分辨率較差，且對低保留指數（retention index，RI）和痕量物質的靈敏度較低。氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）是近年來出現(xiàn)的一種新型氣相分離和檢測技術[9-10]，具有高靈敏度、高分辨率、操作簡便、分析高效等特點，特別適合于一些揮發(fā)性有機化合物的痕量檢測[11-15]。目前使用二維GC-IMS數據的化學計量學技術進行的食品風味研究已經大大增加，如主成分分析（principal components analysis，PCA）、主題生成模型（latent dirichlet allocation，LDA）、K最近鄰算法（K-nearest neighbor，K-NN）、偏最小二乘（partial least-squares，PLS）法。這些方法為GC-IMS在食品風味化學中的應用提供了重要的貢獻[16]。目前國內外將GC-IMS用于食品檢測分析主要集中于植物油工藝[17]、植物油種類鑒別及摻假檢測[18-19]、菌類風味成分[20]、鮮凍肉品貯藏時間及解凍方式判別[21-22]、減肥類保健食品檢測[23]、水產品風味[24-25]等方面，而GCIMS應用于辣椒醬方面的報道甚少[26]。

基于上述問題，本研究以艷紅辣椒為研究對象，采用6%、9%、12%、15%、18%五個梯度質量分數食鹽對艷紅辣椒進行腌漬，探討分析腌漬1 a艷紅辣椒的主要理化及風味變化，旨在為優(yōu)化辣度較高、水分含量較低的辣椒品種標準化生產剁辣椒提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

腌漬辣椒坯：來源于湖南壇壇香食品科技有限公司山東曹縣辣椒基地，辣椒品種為艷紅辣椒，食鹽質量分數為6%、9%、12%、15%、18%，每袋20 kg，采用食品級袋包裝，外套黑色塑料袋遮光保存1 a。

亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、對氨基苯磺酸、氫氧化鈉、無水乙醇、硝酸銀、鄰苯二甲酸氫鉀（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；硼酸鈉（分析純） 廣東光華科技股份有限公司；甲醇、濃硫酸、鉻酸鉀（均為分析純）天津市光復科技發(fā)展有限公司；鹽酸奈乙二胺、酚酞（均為分析純） 天津市化學試劑研究所有限公司；草酸、乙酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸（標準品純度≥99.9%） 上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Flavour Spec?GC-IMS聯(lián)用儀 德國G.A.S.公司；液相色譜儀 日本島津公司；CP114電子天平 奧豪斯儀器有限公司；KQ3200E超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UV-2450分光光度計、FE20K pH計梅特勒-托利多儀器有限公司；TG16-WS臺式高速離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；磁力攪拌機、20133419超純水機 貝徠美生物科技有限公司；HWS-28電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 感官評價法評定腌漬辣椒

挑選10 名熟悉感官評價流程的食品專業(yè)學生，相關人員保持一定距離，禁止相互交談商議。根據表1感官評價標準，分別對5種不同質量分數食鹽腌漬辣椒的色澤、脆度、香氣、滋味4 個指標進行感官評分。在感官質量評定中，色澤權重占20%，脆度權重占30%，香氣權重占30%，滋味權重占20%，最終評分按照對應的權重占比計算綜合得分。

表1 腌漬辣椒感官質量評定標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of pickled pepper

1.3.2 總酸、食鹽質量分數和氨基酸態(tài)氮含量的測定

總酸含量：GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》[27]；食鹽質量分數：GB 5009.42—2016《食鹽指標的測定》[28]；氨基酸態(tài)氮含量：GB 5009.235—2016《食品中氨基酸態(tài)氮的測定》[29]。

1.3.3 高效液相色譜法測定有機酸含量

1.3.3.1 色譜條件

流動相：甲醇-0.01 mol/L磷酸二氫鉀（3∶97，V/V），磷酸二氫鉀用磷酸調節(jié)pH值至2.8，經0.22 μm濾膜過濾后使用；流速1.0 mL/min；柱溫30 ℃；檢測波長210 nm；進樣量10 μL。

1.3.3.2 標準曲線的繪制

利用電子天平精確稱取草酸18 mg（精確到0.000 1 g），蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸各300 mg（精確到0.000 1 g），用甲醇-0.01 mol/L磷酸二氫鉀（3∶97，V/V）的溶液溶解并定容至50 mL容量瓶，得到草酸質量濃度為0.36 mg/mL，蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸質量濃度為6 mg/mL；酒石酸質量濃度為1.5 mg/mL，用流動相分別將其稀釋2、4、6、8、10、12 倍，得到不同質量濃度的有機酸標準溶液，經0.45 μm水系濾膜過濾2 mL進樣瓶中，進行分析。以有機酸質量濃度為橫坐標，色譜峰面積為縱坐標繪制標準曲線。

1.3.3.3 樣品處理

利用電子天平準確稱取5.00 g樣品，100 mL容量瓶定容，接著放置于75 ℃水浴鍋提取20 min，冷卻至室溫過濾，濾液經0.45 μm水系膜過濾，最后進樣分析。

1.3.4 GC-IMS法測定揮發(fā)性物質

1.3.4.1 樣品處理

取樣品1.0 g置于20 mL頂空瓶中待分析。

1.3.4.2 頂空進樣條件

頂空進樣體積500 μL；孵化時間15 min；孵化溫度40 ℃。

1.3.4.3 GC-IMS分析條件

分析時間：30 min；色譜柱類型：FS-SE-54-CB-0.5（15 m×0.53 mm）；柱溫：60 ℃；載氣/漂移氣：高純氮氣（純度≥99.999%）；IMS溫度：45 ℃；漂移氣流量：150 mL/min；載氣流量：0～2 min，2 mL/min；2～10 min，2～10 mL/min；10～20 min，10～120 mL/min；20～30 min：120～130 mL/min。

1.3.4.4 分析軟件

儀器配套的分析軟件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GC×IMS Library Search，可以分別從不同角度進行樣品分析。LAV：用于查看分析譜圖，圖中每一個點代表一種揮發(fā)性有機物；對其建立標準曲線后可進行定量分析；Reporter插件：直接對比樣品之間的譜圖差異；Gallery Plot插件：指紋圖譜對比，直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機物差異；Dynamic PCA插件：動態(tài)PCA，用于將樣品聚類分析，以及快速確定未知樣品的種類；GC×IMS Library Search；應用軟件內置的NIST數據庫和IMS數據庫可對物質進行定性分析，可根據需求利用標準品自行擴充數據庫。

每次樣品均采用重復3 次，結果采用SPSS 26.0軟件處理數據，顯著性分析采用最小顯著差異法。

2 結果與分析

2.1 主要理化指標變化測定結果

2.1.1 不同質量分數食鹽腌漬辣椒的感官評價

對5種質量分數食鹽腌漬艷紅辣椒的色澤、脆度、香氣及滋味進行感官評價，結果如表2所示。6%～15%質量分數食鹽腌漬辣椒的色澤評分具有顯著差異（P＜0.05），食鹽質量分數越高色澤評分越高，最低評分6.06，最高評分8.24，原因是高質量分數食鹽腌漬會抑制微生物生長，腌漬辣椒沒有被腐蝕。脆度評分也是隨著鹽含量的增加而增加，最低5.12，最高8.33，表明在食鹽質量分數低的環(huán)境下，辣椒中的微生物活動產生的果膠酶，導致辣椒在腌漬過程中組織軟化，脆度降低。5種質量分數食鹽腌漬的辣椒在香氣與滋味評分方面都具有顯著差異（P＜0.05），食鹽質量分數為6%、15%、18%腌漬辣椒評分較低，表明食鹽質量分數較低或者較高對腌漬辣椒的香氣及滋味都會有影響。食鹽質量分數為12%腌漬辣椒香氣和滋味評分最高，分別為9.38和8.33，并且綜合評分最高也是食鹽質量分數12%腌漬的辣椒，得分為8.51。

表2 不同質量分數食鹽腌漬辣椒感官評分結果Table 2 Sensory scores of pickled peppers with different salt contents

2.1.2 不同質量分數食鹽腌漬辣椒總酸含量的變化

總酸含量反映了腌漬剁辣椒中酸味物質含量，決定剁辣椒的酸味特性。由圖1可知，隨著腌漬辣椒食鹽質量分數的增加，腌漬辣椒中總酸含量逐漸下降，因為食鹽質量分數高會抑制乳酸菌的發(fā)酵，導致酸味物質產量下降，從而導致總酸含量的下降。5種不同質量分數食鹽腌漬辣椒總酸含量分別為（5.431±0.014）、（4.575±0.009）、（4.227±0.012）、（4.125±0.013）、（3.882±0.005）g/kg，不同質量分數食鹽腌漬的辣椒之間總酸差異顯著（P＜0.05）。食鹽質量分數為6%的腌漬辣椒總酸含量最高，與其他質量分數食鹽腌漬辣椒間差異顯著（P＜0.05），食鹽質量分數為18%的腌漬辣椒總酸含量最少，與其他質量分數食鹽腌漬辣椒總酸含量之間有顯著性差異（P＜0.05），其結果與歐陽晶等[30]研究結果一致。

圖1 不同質量分數食鹽腌漬辣椒總酸的含量Fig.1 Changes in total acid content in pickled pepper with different salt contents

2.1.3 不同質量分數食鹽腌漬辣椒氨基酸態(tài)氮含量的變化

腌漬辣椒中氨基酸態(tài)氮含量反映了鮮物質的多少，決定剁辣椒的鮮味。由圖2可知，隨著食鹽質量分數的增加，腌漬辣椒中氨基酸態(tài)氮的含量逐漸減少，原因是高鹽會抑制微生物的生長，同時也抑制水解酶的水解反應。5種不同質量分數食鹽腌漬辣椒氨基酸態(tài)氮質量分數分別為（0.165 5±0.000 5）%、（0.128 5±0.001 2）%、（0.086 2±0.000 8）%、（0.056 3±0.001 0）%、（0.033 6±0.000 5）%，不同質量分數食鹽腌漬的辣椒之間氨基酸態(tài)氮含量差異顯著（P＜0.05）。在食鹽質量分數為6%的腌漬辣椒中氨基酸態(tài)氮含量最高，與其他食鹽質量分數腌漬辣椒有顯著差異（P＜0.05），在食鹽質量分數為18%的腌漬辣椒中氨基酸態(tài)氮的含量，也與其他質量分數食鹽之間有顯著差異（P＜0.05）。

圖2 不同質量分數食鹽腌漬辣椒氨基酸態(tài)氮的含量Fig.2 Changes in amino nitrogen content in pickled pepper with different salt contents

2.1.4 不同質量分數食鹽腌漬的辣椒有機酸含量的變化如圖3所示，可以看出方法具有較好分離效果。

圖3 6種標準有機酸的色譜圖Fig.3 Chromatogram of a mixture of six organic acid standards

將6種不同質量濃度的混合有機酸從低到高依次進樣，采用外標法定量，根據各種有機酸的峰面積與濃度之間的關系進行線性回歸，得方程見表3。

表3 6種不同有機酸的標準曲線Table 3 Calibration curve equations for determination of six organic acids

從表3可知，在實驗質量濃度范圍內，得出的各有機酸的標準曲線相關系數均大于0.999，線性相關可滿足線性分析要求。

根據各有機酸的線性回歸曲線，再根據每個樣品的色譜圖中峰面積和出峰時間，可以計算出樣品中有機酸的含量。

從表4可以得出，隨著食鹽質量分數的增加，有機酸含量不斷減少，因為食鹽質量分數高抑制微生物生長。其中草酸含量在5種質量分數食鹽腌漬辣椒中最高，酒石酸含量最少，在12%以上質量分數食鹽腌漬的辣椒中未檢測出，可能原因是物質中沒有酒石酸或者被其他物質干擾無法檢測，賈洪鋒等[31]研究也表明腌漬辣椒中酒石酸未檢測出，可能是由于樣品中含量少或者是草酸影響了酒石酸的檢測。

表4 不同質量分數食鹽腌漬辣椒中有機酸的含量Table 4 Contents of organic acids in pickled pepper with different salt contents μg/g

2.2 GC-IMS的結果分析

圖4中標識的6%-4、9%-4、12%-4、15%-4、18%-4分別表示5種質量分數食鹽腌漬艷紅辣椒的GC-IMS二維圖譜。整個圖的背景為深藍色，反應離子峰右側箭頭所指為乙醇峰，乙醇濃度較高會拖尾成條狀。反應離子峰兩側的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物，顏色越深代表濃度越大，白色表示濃度低，紅色表示濃度高。從圖4可以看出，5種質量分數食鹽腌漬辣椒之間的揮發(fā)性物質有差異性。如圖5所示，以最左側6%-4為參照，其他幾張圖譜中濃度相同的物質顏色抵消為白色。被參比樣品中的藍色區(qū)域表示該物質濃度低于參比樣品，藍色越深，表示濃度越低；被參比樣品中的紅色區(qū)域表示該物質濃度高于參比樣品，紅色越深，表示濃度越高。圖5以6%質量分數食鹽腌漬辣椒的圖譜為參照，可以明顯看出食鹽質量分數在12%以上的腌漬辣椒揮發(fā)性物質更多，與9%質量分數食鹽腌漬的辣椒有明顯差異。其中紅色箭頭表示揮發(fā)出的乙醇，腌漬辣椒食鹽質量分數越高，揮發(fā)出的乙醇越多，這與趙馳等[32]研究結果一致，究其原因可能是在食鹽質量分數較高的環(huán)境下腌漬辣椒中部分微生物代謝活動受到抑制，而酵母菌可以在高滲透環(huán)境下通過HOP-MAP激酶的誘導并級聯(lián)提高膨壓劑甘油的水平，從而導致一系列滲透適應反應產生了乙醇[33]。

圖4 不同質量分數食鹽腌漬辣椒的GC-IMSFig.4 GC-IMS spectra of pickled peppers with different salt contents

圖5 不同質量分數食鹽腌漬辣椒的GC-IMS差異圖Fig.5 GC-IMS spectra showing difference in volatile composition of pickled peppers with different salt contents

從表5可知，5種質量分數食鹽腌漬辣椒中共檢測出61種揮發(fā)性物質，其中酯類22種、醛類11種、醇類9種、酸類9種、酮類6種、其他物質4種。酯類種類最多，是發(fā)酵過程中酸跟醇反應產生的，賦予腌漬辣椒獨特的香味。其中乙酸異戊酯具有強烈的香蕉、生梨、蘋果的甜水果香氣，并帶有梨的甜酸味，周曉媛等[34]在自然發(fā)酵辣椒中也檢出了類似的氣味物質，酯類物質對腌漬辣椒的香氣具有十分重要的影響。醛類物質風味閾值較低，但也是辣椒揮發(fā)性物質的重要組成成分，醛類物質的香氣能夠作用于感官使香氣更為明顯，從腌漬辣椒中測出醛類物質具有11種，大大提高了腌漬辣椒的香氣。9種醇類物質主要來源于酵母菌等微生物降解糖類或者辣椒原料得到，在不同質量分數食鹽腌漬辣椒中醇類物質含量及種類不同，醇類常賦予產品新鮮的氣味，也是生成重要的風味物質酯類的主要來源[35]，酸類物質是腌漬辣椒過程中的重要產物，主要來源于乳酸發(fā)酵，獨特的酸味是香味的主要組成部分。

續(xù)表5

為了更加全面地對比不同樣品間揮發(fā)性有機物組分的差異，可選取譜圖中所有的待分析峰，自動生成指紋圖譜，結果如圖6所示。

從圖6可以看出，每種樣品的完整揮發(fā)性有機物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機物的差異。觀察圖6指紋圖譜再結合表5，由圖6A、E區(qū)域可知：腌漬辣椒食鹽質量分數為6%和9%時乳酸乙酯、DL-白氨酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丁酯、4-羥基丁酸內酯、甲乙酮、異丁醇、2-庚酮、苯甲醛、異戊醛、2-乙酰基噻唑等風味物質釋放的非常多，隨著食鹽質量分數增加，這些物質的釋放量減少。由圖6B、D區(qū)域可以得知：隨著食鹽質量分數增加，腌漬辣椒釋放出的己酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、丙酸乙酯、己酸乙酯、苯乙醛、3-甲基戊酸、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-甲基丁酸乙酯、2-辛醇、3-甲基-1-戊醇、正戊醇、2,3-丁二酮、3-戊酮、2-戊基呋喃等風味物質會逐漸增多，隨著這些物質的增加，使腌漬后的辣椒更加具有風味，口感更佳。由圖6C區(qū)域可知，丁酸丁酯、戊酸乙酯、丁酸、(E)-2-庚烯醛這些風味物質基本上只存在于食鹽質量分數為12%的腌漬辣椒中。

圖6 不同質量分數食鹽腌漬辣椒揮發(fā)性物質指紋圖譜Fig.6 Volatile fingerprints of pickled peppers with different salt contents

如圖7所示，PC1貢獻率為50%，PC2貢獻率為20%，累計貢獻率達到70%，表明這兩個PC能夠代表原始數據的絕大部分有效信息，分析所得數據能夠反映出不同質量分數食鹽腌漬辣椒的總體特征[36]。5種質量分數食鹽腌漬辣椒很好地分布在5 個區(qū)域，表明它們之間的揮發(fā)性物質存在明顯差異。其中食鹽質量分數為12%、15%、18%腌漬辣椒的主要差異在PC2，食鹽質量分數為6%、9%、15%腌漬辣椒的主要差異在PC1。

圖7 不同質量分數食鹽腌漬辣椒PCA結果Fig.7 PCA plot discriminating pickled peppers with different salt contents

3 結 論

根據5種不同質量分數食鹽腌漬辣椒的感官評定結果分析，食鹽質量分數為6%腌漬辣椒的色澤、脆度、香氣及滋味評分都較低，食鹽質量分數為15%以上腌漬辣椒的香氣及滋味評分也較低。測定5種不同質量分數食鹽腌漬辣椒的總酸、氨基酸態(tài)氮以及有機酸含量，從結果得出食鹽質量分數較低的腌漬辣椒總酸、有機酸以及氨基酸態(tài)氮含量高，低食鹽質量分數環(huán)境乳酸發(fā)酵不能很好地被抑制，且微生物生長不能被抑制導致總酸跟氨基酸態(tài)氮的增加。根據GC-IMS檢測結果分析，在低質量分數食鹽腌漬的辣椒中，揮發(fā)性成分少，導致香味不佳，可能與總酸較高有關，食鹽質量分數高腌漬的辣椒揮發(fā)性成分較多，香氣成分高。綜合分析后可以得出9%～12%質量分數食鹽腌漬艷紅辣椒風味及品質較好，可直接用于剁辣椒的加工調味，對辣椒加工具有一定的指導意義。