辣椒皮與籽在辣椒油香氣中的貢獻研究

董殊廷，聶加賢，徐懷德，李梅

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 咸陽 712100)

辣椒屬于一年或多年生植物，具有治療胃寒氣滯、脘腹脹痛、嘔吐、瀉痢、風(fēng)濕痛、凍瘡等功效[1]。辣椒中含有多種香氣物質(zhì)，如醛類、吡嗪類、酮類、烯類、醇類等[2-3]，這些香氣物質(zhì)的提取可作為添加劑應(yīng)用到辣味食品中[4]。曹雁平、張東以河北朝天辣椒為原料，運用蒸餾萃取法，結(jié)合固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)、氣相色譜-質(zhì)譜法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)鑒定，研究了風(fēng)干辣椒和烤辣椒油樹脂的揮發(fā)性成分，結(jié)果顯示兩者的揮發(fā)性組分差異很大[5]。劉艷敏等報道了貴州8種不同品種辣椒制成的辣椒油的揮發(fā)性成分，其利用固相微萃取、GC-MS 鑒定、峰面積歸一化法以及SPSS數(shù)據(jù)分析，得出8種辣椒油共檢測到10類40種揮發(fā)性成分，辣椒油的主要揮發(fā)性成分是萜烯類、酯類和醛類，前兩者為辣椒油的主效風(fēng)味物質(zhì)[6]。

目前，較多學(xué)者已檢測出辣椒香味物質(zhì)的成分，但大多基于辣椒層面，關(guān)于辣椒油的香氣成分主要來源于辣椒皮還是辣椒籽尚沒有報道。辣椒由辣椒皮和辣椒籽構(gòu)成，辣椒籽占辣椒的40%左右[7]。文章基于高溫油浸法提取辣椒香氣成分，以感官評價和辣椒辣素含量為評價指標，確定提取辣椒香氣成分的最適油溫、料液比，通過固相微萃取富集香氣成分，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測定不同辣椒樣品中的揮發(fā)性成分，得出高溫油浸條件下辣椒籽與辣椒皮對辣椒油香氣的貢獻度。本研究將為高效利用辣椒皮與辣椒籽提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

陜西干秦椒：購于楊凌蔬菜市場；食用菜籽油：購于楊凌好又多超市。

DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；JHF-250A型高速多功能粉碎機 昆明鐵申商貿(mào)有限公司；HC-3018R高速冷凍離心機 北京科普順科技有限公司；GC-MS-QP201氣質(zhì)聯(lián)用儀、UV-1750紫外可見分光光度計 島津企業(yè)管理有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 辣椒樣品前處理

將干秦椒用60～300目粉碎機整顆粉碎，收集全辣椒粉；從干秦椒中挑出辣椒皮，單獨粉碎，收集辣椒皮粉；從干秦椒中挑出辣椒籽，單獨粉碎，收集辣椒籽粉。將上述3種樣品置于密封袋中保存?zhèn)溆肹8-9]。

1.2.2 辣椒油樣的制備

分別稱取一定量的辣椒粉、辣椒皮粉和辣椒籽粉，將菜籽油加熱到一定溫度時停止加熱，按一定料液比轉(zhuǎn)入辣椒樣品中進行浸提，密封冷卻，將樣品于4 ℃冰箱中放置24 h，離心、過濾，濾液備用[10-11]。

1.2.3 單因素試驗

1.2.3.1 油溫的確定

油溫對辣椒油品質(zhì)及氣味物質(zhì)的揮發(fā)程度具有重要影響，本研究設(shè)置5個油溫梯度，分別為90，120，150，180，210 ℃，以油樣中辣椒辣素含量及氣味類型與程度雙指標確定最適浸提油溫[12-13]。

1.2.3.2 料液比的確定

辣椒樣品與菜籽油的料液比設(shè)置4個梯度，分別為1∶2、1∶4、1∶6、1∶8，以油樣中揮發(fā)性物質(zhì)出峰數(shù)為指標來確定最佳料液比。

1.2.3.3 固相微萃取條件優(yōu)化

萃取溫度的確定：固相微萃取頭設(shè)置6個萃取溫度，分別為20，30，40，50，60，70 ℃，以辣椒樣品中揮發(fā)性成分數(shù)量為指標確定最佳萃取溫度[14-16]。萃取時間的確定：固相微萃取頭設(shè)置7個萃取時間，分別為2，4，6，8，10，12，14 min，以辣椒樣品中揮發(fā)性成分數(shù)量為指標確定最佳萃取時間。解吸時間的確定：固相微萃取頭設(shè)置5個解吸時間，分別為1，2，3，4，5 min，以辣椒樣品中揮發(fā)性成分數(shù)量為指標確定最佳解吸時間。

1.2.4 辣椒辣素含量的測定

準確稱取天然辣椒堿25 mg于25 mL容量瓶中，用甲醇溶液溶解并稀釋到刻度，得辣椒素標準溶液儲備液，濃度為1 mg/mL，再分別稀釋為0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30 mg/mL，用紫外可見分光光度計在280 nm波長處測定吸光度，以辣椒素濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標，繪制標準曲線(y=8.549x，R2=0.9948)[17-18]。

吸取1 mL油樣于試管中，加入9 mL甲醇，稀釋10倍，超聲振蕩，靜置分層。以甲醇溶液做空白對照，于280 nm波長處測定樣液吸光度值，并從標準曲線上查得相應(yīng)濃度，即得辣椒中辣椒辣素含量。

1.2.5 辣椒油樣香氣與焦糊氣的測定

對于不同油溫下辣椒油氣味類型與濃度的測定，采用感官評定法[19]，選取10個感官評價員，針對香味與焦糊味分別設(shè)定無氣味(1)、微弱(2)、明顯(3)、較強烈(4)、強烈(5)5個評價指標，得出不同溫差油樣香味與焦糊味評價圖。

1.2.6 揮發(fā)性成分的富集

揮發(fā)性成分的富集主要采用固相微萃取法。根據(jù)相應(yīng)條件設(shè)置好固相微萃取條件，將樣品揮發(fā)性成分富集到萃取頭涂層中[20-21]。

換取針頭進樣器面板操作：Robotarm left→plunger Drive→options→change Tool OK→Move→手動換萃取頭→Next→OK。

SPME條件見表1。

表1 SPME條件

1.2.7 揮發(fā)性成分的測定

氣體富集后，設(shè)置好 GC-MS參數(shù)，將氣體注入到GC孔中，進行揮發(fā)性成分分析[22-23]。色譜條件：HP-5色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；程序升溫：起始溫度40 ℃，保留3 min，升至120 ℃，無保留，升至240 ℃，保持9 min,其余部分條件見表2[24]。

表2 部分色譜條件Table 2 Partial chromatographic conditions

質(zhì)譜條件：接口溫度230 ℃，離子源溫度為230 ℃，電離方式為 EI，電子能量為70 eV，溶劑延遲從3 min 開始全譜掃描，掃描質(zhì)譜范圍為45～550 u。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組樣品分別重復(fù)3次，通過Excel 2019和Origin 2019軟件進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 最適油溫的確定

由圖1可知，辣椒素含量隨著浸提油溫的升高而增加，當(dāng)溫度達到180 ℃以后，辣椒素含量隨著浸提油溫的升高增加的速度變得緩慢；結(jié)合圖 2，在180 ℃之前，辣椒油中主要是香氣，且隨著溫度升高香氣濃度增加，在180 ℃時，辣椒油中開始出現(xiàn)微弱的焦糊氣，大于180 ℃之后，香氣濃度急速下降，焦糊味成為辣椒油的主要氣味。綜合分析，180 ℃為最適浸提溫度。

圖1 油樣中辣椒素含量Fig.1 Capsaicin content in chili oil samples

圖2 不同油溫對浸出油氣味的影響Fig.2 Effects of different oil temperatures on the flavor of extracted oil

2.2 料液比的確定

分別取油溫為180 ℃的食用油10，20，30，40 mL對辣椒樣品進行浸提，由圖3可知，除1∶2的料液比外，其余比例對出峰數(shù)無明顯影響，可能原因為1∶2的比例油較少，浸提不完全，因此選取1∶4為最佳料液比，既保證了油樣揮發(fā)性成分數(shù)量相對較多，又節(jié)約了試驗原料。

圖3 不同料液比對樣品出峰數(shù)的影響Fig.3 Effects of different ratios of solid to liquid on the number of peaks of samples

2.3 萃取條件的確定

2.3.1 萃取溫度的確定

在恒定其他參數(shù)的情況下，根據(jù)萃取溫度對萃取效果的影響，設(shè)置不同萃取溫度為20，30，40，50，60，70 ℃，不同萃取溫度對萃取揮發(fā)性成分總峰面積的影響見圖4。

圖4 不同萃取溫度對油樣揮發(fā)性物質(zhì)總峰面積的影響Fig.4 Effects of different extraction temperatures on the total peak area of volatile compounds in oil samples

由圖4可知，隨著萃取溫度的升高，待測組分在頂空瓶中的濃度不斷加大，總峰面積不斷增加，在40 ℃時達到最高峰，40 ℃之后，可能由于溫度過高，影響待測組分在萃取頭上的吸附，峰面積開始降低。傅彥斌[25]在固相微萃取分析條件的優(yōu)化實驗中得出溫度對HS-SPME具有雙重作用，溫度升高時，液體分子熱運動加劇，利用揮發(fā)性待測組分從油樣進入樣品頂空瓶中，增加待測物在樣品頂空瓶中的分配，促進萃取頭的吸附，從而縮短萃取時間。但溫度過高會影響待測組分在萃取頭涂層中的分配系數(shù)，減少涂層對待測物的吸附量，降低結(jié)果的準確性，同時樣品物質(zhì)在頂空瓶中會與萃取頭涂層物質(zhì)產(chǎn)生熱降解、氧化反應(yīng)等化學(xué)變化，減少原本揮發(fā)性物質(zhì)成分，生成干擾雜質(zhì)。因此，選取40 ℃為辣椒油樣揮發(fā)性物質(zhì)富集的最適萃取溫度。

2.3.2 萃取時間的測定

在恒定其他參數(shù)的情況下，根據(jù)萃取時間對萃取效果的影響，設(shè)置不同萃取時間為2，4，6，8，10，12，14 min，不同萃取時間對萃取揮發(fā)性物質(zhì)總峰面積的影響見圖5。

圖5 不同萃取時間對油樣揮發(fā)性物質(zhì)總峰面積的影響Fig.5 Effects of different extraction time on the total peak area of volatile compounds in oil samples

由圖5可知，隨著萃取時間的增加，揮發(fā)性物質(zhì)組分總峰面積不斷增加，當(dāng)萃取時間為10 min時，總峰面積達到最大值，之后一直趨于恒定，說明在10 min時頂空瓶內(nèi)達到了相平衡，因此最優(yōu)萃取時間為10 min。

2.3.3 解吸時間的確定

在恒定其他參數(shù)的情況下，根據(jù)解吸時間對萃取效果的影響，設(shè)置不同解吸時間為1，2，3，4，5 min，不同解吸時間對揮發(fā)性物質(zhì)總峰面積的影響見圖6。

圖6 不同解吸時間對油樣揮發(fā)性物質(zhì)總峰面積的影響Fig.6 Effects of different desorption time on the total peak area of volatile compounds in oil samples

由圖6可知，當(dāng)解吸時間達到3 min后，總峰面積趨于平緩，因此選取3 min為解吸時間，既能保證解吸完全，又能保護萃取頭涂層，延長使用壽命。

對于萃取條件的優(yōu)化，與周萍萍等在濃香葵花油揮發(fā)性風(fēng)味成分的鑒定研究中所得條件有所出入，其最優(yōu)萃取組為萃取溫度50 ℃、萃取時間50 min、解吸時間5 min，可能的原因是雖然都是測揮發(fā)性物質(zhì)，但樣品成分不同，所需條件也不同。

2.4 揮發(fā)性成分分析

本文采用頂空固相微萃取法-氣質(zhì)聯(lián)用儀對辣椒油樣中的揮發(fā)性風(fēng)味成分進行分析，在最優(yōu)萃取條件下(萃取溫度 40 ℃、萃取時間10 min、解吸時間3 min)測得全辣椒油樣品中的揮發(fā)性成分有100種，辣椒皮油中有94種，辣椒籽油中有97種，經(jīng)數(shù)據(jù)處理去除相似度較低的物質(zhì)，得到62，54，56種揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)果見表3。

表3 全辣椒油、辣椒籽油和辣椒皮油揮發(fā)性成分GC-MS鑒定結(jié)果及其相對含量Table 3 The identification results and relative content of volatile components in whole Capsicum oil, Capsicumseed oil and Capsicum peel oil by GC-MS

續(xù) 表

由表3可知，辣椒全油、辣椒籽油、辣椒皮油中共同含有的揮發(fā)性物質(zhì)有乙醛、戊烷、二硫化碳、2-甲基丙醛、2,3-丁二酮、丁醛、2-丁烯醛、2-甲基丁醛、1-戊烯-3-醇、戊醛、乙偶姻、2-乙基-呋喃、庚烷、(E)-2-戊烯醛、1-戊醇、[S-(R*，R*)]-2,3-丁二醇、2,3-丁二醇、己醛、1-辛烯、辛烷、(E)-2-辛烯、3-己烯-2-酮、(E)-2-己烯醛、2-庚酮、庚醛、2-庚烯醛、4-丙基-環(huán)己烯、1-辛烯-3-醇、(E，E)-2,4-庚二烯醛、二氫-5-甲基-2(3H)-二苯甲酮、八甲基-環(huán)四硅氧烷、反-2-辛烯醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、十甲基-環(huán)戊硅氧烷、癸醛、(E)-2-癸烯醛、(E，E)-2,4-癸二烯醛、十二甲基-環(huán)己硅氧烷。

辣椒皮油特有的揮發(fā)性物質(zhì)有甲硫醇、甲基-環(huán)氧乙烷、二甲基硫醚、3-甲基-3-丁烯-2-酮、1-戊烯-3酮、1-甲基-1H-吡咯、5-氰基-1-戊烯、1,3-二甲基-苯、2,6-二甲基-吡嗪、壬烷、八甲基-環(huán)四硅氧烷、苯乙醛、5,9-十一烯-2-酮，6,10-二甲基-，(Z)-十六烷、角鯊烯。辣椒籽油中特有的揮發(fā)性物質(zhì)有(S)-1-丙氨酸乙酰胺、丙醛、(E)-1,3-戊二烯、1-丁醇、二甲基-西拉二醇、(CH3)2C=CHCN、2-甲基-丙酸、2-羥基-2-甲基-乙酯丙酸、2-甲基-丁酸、對二甲苯、2,5-二甲基-吡嗪、反-4-壬烯醛、十四烷。

對3種樣品中香氣物質(zhì)進行分析，見表4。

表4 樣品中所含香氣成分分析Table 4 The analysis of aroma components contained in samples

續(xù) 表

在3種辣椒油中，大部分香氣物質(zhì)的檢測頻率都較高，因此，這些香氣物質(zhì)可能在油潑辣椒的風(fēng)味表征中起到重要作用。

對表4中香氣物質(zhì)根據(jù)峰面積進行比較分析可知，辣椒油中主要香氣物質(zhì)成分為2,3-丁二酮、1-戊烯-3-醇、戊醛、乙偶姻、2-乙基-呋喃、己醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、2-庚烯醛、壬醛10種物質(zhì)，其中1-戊烯-3-醇、2-乙基-呋喃、己醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、2-庚烯醛、壬醛7種物質(zhì)在辣椒籽油中的峰面積大于辣椒皮油；全辣椒油中香味物質(zhì)總峰面積為67.587×106，辣椒皮油中香味物質(zhì)總峰面積為60.077×106，辣椒籽油中香味物質(zhì)總峰面積為66.132×106，辣椒籽油的香味物質(zhì)總峰面積大于辣椒皮油；而單獨來自于辣椒皮的物質(zhì)間二甲苯、苯乙醛的總峰面積為0.67×106；單獨來自于辣椒籽的物質(zhì)異丁酸、2-甲基-丁酸、對二甲苯、2,5-二甲基-吡嗪的總峰面積為2.623×106，辣椒籽油中的獨有香氣物質(zhì)總峰面積大于辣椒皮油中。

綜上可知，辣椒籽在全辣椒油中香氣物質(zhì)成分的貢獻大于辣椒皮。

3 結(jié)論

基于辣椒皮與辣椒籽對油潑辣椒中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的貢獻研究，通過高溫油浸法，經(jīng)固相微萃取、氣質(zhì)聯(lián)用儀分析樣品，共檢測到21種香氣物質(zhì)成分，其中，有15種物質(zhì)籽樣皮樣共有，有2 種物質(zhì)來自于皮樣，有4 種物質(zhì)來自于籽樣。根據(jù)對籽樣和皮樣中主要香氣物質(zhì)峰面積、獨有香氣物質(zhì)峰面積以及所有香氣物質(zhì)總峰面積的比較，得出辣椒籽對油潑辣椒香氣的貢獻大于辣椒皮。