SPME/GC-MS分析火鍋中常見6種香辛料揮發(fā)性成分物質(zhì)

劉江，朱大軍，李洪亮，何高潔，朱林

(四川天味食品集團(tuán)股份有限公司，成都 610200)

火鍋具有悠久的歷史，最早來(lái)源于民間，是大家熟悉并喜愛的一種飲食方式，其中以“麻、辣、鮮、香”為特點(diǎn)的四川麻辣火鍋深受消費(fèi)者喜愛[1]?；疱佌{(diào)味料是以多種原料為基礎(chǔ)構(gòu)成，香辛料是火鍋重要的一部分，起到增香、增味、增色等作用。火鍋底料麻辣鮮香的風(fēng)味與底料配方組成有著密切的關(guān)系?；疱伒琢舷銡獾膩?lái)源廣，通常麻辣火鍋底料的基礎(chǔ)原料配方中有小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角等香辛料[2-5]。

香辛料是一類天然植物性調(diào)味品，常用于各類食品的加香調(diào)味，由于它們能給食品呈現(xiàn)辛、香、辣等味道，簡(jiǎn)稱為香辛料[6-10]。香辛料的辛味和香氣是目前任何一種化合物所不能比擬和替代的，而且這些香辛料的安全性高、資源豐富，不但具有一定的藥用價(jià)值，而且能賦予食品一定的香型，改善食品風(fēng)味，達(dá)到提高食品品質(zhì)與價(jià)值的效果，使人們?cè)诟泄偕舷硎芨鄻啡さ耐瑫r(shí)還有助于食品的消化吸收[11-17]?；疱伒琢显谘邪l(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)火鍋中的香辛料揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有明確的認(rèn)識(shí)，來(lái)保證其特有的風(fēng)味，并以此為基礎(chǔ)來(lái)研究火鍋風(fēng)味形成的機(jī)理。目前對(duì)火鍋底料中香辛料揮發(fā)性物質(zhì)的分析參差不齊，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)香辛料的風(fēng)味成分做了一定的研究工作，但尚未見有系統(tǒng)的報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用國(guó)際前沿的風(fēng)味鑒定與識(shí)別技術(shù)對(duì)香辛料的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)與分析，利用固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)以及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技術(shù)對(duì)火鍋底料中常用6種香辛料(小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角)的香味物質(zhì)進(jìn)行分析，以期獲得6種香辛料中特征香味物質(zhì)的突出風(fēng)味，旨在為火鍋調(diào)味料企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品提供理論依據(jù)，為火鍋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

1 材料與儀器

1.1 材料

小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角：均由本公司統(tǒng)一提供，粉碎后過(guò)40目篩網(wǎng)。

1.2 儀器和設(shè)備

HH-2型恒溫水浴鍋 冠森生物科技(上海)有限公司；TB-214型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；H5273型粉碎機(jī) 河北慧采科技有限公司；Agilent 7890-5977型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫公司；手動(dòng)固相微萃取(SPME)進(jìn)樣器及萃取頭 美國(guó)Supelco公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 頂空固相微萃取香味物質(zhì)

香味物質(zhì)采用頂空固相微萃取技術(shù)進(jìn)行提取。取粉碎過(guò)40目篩的不同香辛料樣品2.5 g于20 mL的頂空瓶?jī)?nèi)，蓋上瓶蓋，置于60 ℃恒溫水浴鍋中平衡20 min，采用固相微萃取裝置將萃取頭手動(dòng)插入頂空瓶中，頂空吸附20 min后，直接將萃取頭注入氣相色譜儀進(jìn)樣口處在250 ℃條件下脫附5 min。

2.2 香味物質(zhì)GC-MS的測(cè)定

氣相色譜(GC)條件：采用 DB-5MS 毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，用氦氣作載氣，流速為1.0 mL/min。升溫程序：色譜柱起始柱溫30 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升到100 ℃，再以3 ℃/min升到175 ℃，然后以10 ℃/min升到215 ℃，保持10 min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃。

質(zhì)譜(MS)條件：采集方式：全掃描，采集質(zhì)量范圍 40～350 m/z；電離方式：電子轟擊(EI)；發(fā)射能量：70 eV；離子源溫度：200 ℃；接口溫度：250 ℃。

2.3 樣品測(cè)定定性和定量方法

2.3.1 定性分析

將所測(cè)香味物質(zhì)的質(zhì)譜信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中已知香味物質(zhì)的質(zhì)譜信息進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)相似度的高低進(jìn)行定性分析。

2.3.2 定量分析

根據(jù)被測(cè)化合物占所有化合物總色譜峰面積之比，來(lái)計(jì)算被測(cè)組分的相對(duì)含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 6種香辛料香味物質(zhì)分析

小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角香味物質(zhì)的揮發(fā)性成分見圖1。

圖1 6種香辛料揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components in six spices

6種香辛料檢測(cè)出的揮發(fā)性物質(zhì)種類包括烴類、醇類、醚類、酮類、醛類、酸類、酯類和其他類。曾朝懿等采用同種分析方法對(duì)川渝地區(qū)市售的10種特色火鍋底料進(jìn)行了揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有的火鍋樣品中均含有烴類、醇類、醛類、酮類、酯類和其他類，雖然樣品中種數(shù)和相對(duì)含量不同，但可以明確的是它們共同構(gòu)成了火鍋底料的主體風(fēng)味物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的香辛料中也均存在各種香味物質(zhì)種類，說(shuō)明6種香辛料在火鍋底料中起著重要作用。

不同香辛料(小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角)香味物質(zhì)的相對(duì)含量和種數(shù)的對(duì)比見圖2。

圖2 6種香辛料揮發(fā)性成分的相對(duì)含量和種數(shù)對(duì)比Fig.2 Comparison of relative content and species of volatile components in six spices

小茴香共檢測(cè)出香味物質(zhì)43種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占72.22%)和醚類(占17.64%)；小椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)79種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占73.17%)和醇類(占11.00%)；青花椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)74種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占72.30%)和醇類(占13.43%)；紅花椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)92種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占46.76%)和酯類(占43.45%)；山奈共檢測(cè)出香味物質(zhì)76種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占72.81%)和酯類(占16.04%)；八角共檢測(cè)出香味物質(zhì)55種，主要香味物質(zhì)種類為烴類(占58.13%)和醚類(占25.10%)。烴類為6種香辛料共有的主要香味物質(zhì)種類。

3.2 6種香辛料主體香味物質(zhì)對(duì)比分析

為了進(jìn)一步明確火鍋中常見6種香辛料主體揮發(fā)性成分的作用及差異，將總相對(duì)含量≥1.00%的物質(zhì)單獨(dú)進(jìn)行分析，幾種香辛料主體香味物質(zhì)種數(shù)和總相對(duì)含量對(duì)比見圖3，6種香辛料主體香味物質(zhì)相對(duì)含量對(duì)比見表1。

表1 6種香辛料主體揮發(fā)性成分分析Table 1 Analysis of main volatile components in six spices

續(xù) 表

續(xù) 表

由圖3可知，小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角主體香味物質(zhì)種數(shù)分別為10，11，16，11，17，22種，總相對(duì)含量分別為95.18%、92.79%、87.73%、84.81%、85.07%、90.94%。幾種香辛料共有的主體香味物質(zhì)種類為烴類、醇類和醚類物質(zhì)，烴類物質(zhì)含量最高。

圖3 6種香辛料主體揮發(fā)性成分種數(shù)和總相對(duì)含量對(duì)比Fig.3 Comparison of total relative content and species of main volatile components in six spices

小茴香主體烴類物質(zhì)為檜烯、β-蒎烯、γ-松油烯、莰烯、(E)-β-羅勒烯和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，均為烯烴類，其閾值低，對(duì)小茴香整體香味貢獻(xiàn)大，主要呈現(xiàn)檸檬香和花果香；主體香味物質(zhì)種類醇類物質(zhì)為芳樟醇，具有花香和木香味；主體醚類物質(zhì)為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香味；主體酮類物質(zhì)為D(+)-樟腦和表樟腦，具有清新香和草木香。在火鍋底料中主要提供花果香和清涼的香氣。

辣椒的特殊香氣是由其揮發(fā)性成分產(chǎn)生的，小椒主體烴類物質(zhì)為β-蒎烯(10.49%)、(+)-檸檬烯(28.35%)和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯(18.15%)，具有花草香和木香味，這3種物質(zhì)在小椒揮發(fā)性物質(zhì)中占比超過(guò)10%，對(duì)小椒整體香味貢獻(xiàn)大，為主要香氣成分；主體醇類物質(zhì)為芳樟醇，有濃青帶甜的木青氣息；小椒主體醚類物質(zhì)為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味，是辣味的主要貢獻(xiàn)成分。Buttery等[18]研究發(fā)現(xiàn)，辣椒香氣成分中重要的特征揮發(fā)性物質(zhì)是3-甲氧基-3-異丁基吡嗪、(E,Z)-2,6-壬二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛，其結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)不同，這可能與辣椒品種和提取方法有關(guān)。辣椒揮發(fā)性成分與辣椒的品種有關(guān)，每一種辣椒的揮發(fā)性成分多，且不同品種辣椒揮發(fā)性成分的含量也不同，后續(xù)應(yīng)加大對(duì)辣椒香氣成分的進(jìn)一步研究。

青花椒和紅花椒主體揮發(fā)性成分分析發(fā)現(xiàn)，青花椒和紅花椒共有的主體烴類物質(zhì)為月桂烯和大根香葉烯D，具有花草香和藥香；共有的主體醇類物質(zhì)為芳樟醇，具有花香、清香和木香味；共有的主體醚類物質(zhì)為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味。青花椒特有主體香味物質(zhì)種類烴類物質(zhì)為3-蒈烯、β-蒎烯、α-蒎烯、γ-松油烯、α-石竹烯、β-石竹烯、十五烷和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，其中烯烴類閾值低，對(duì)青花椒整體香味貢獻(xiàn)大，主要呈現(xiàn)花香味；特有主體香味物質(zhì)種類醇類物質(zhì)為4-萜烯醇和α-松油醇，4-萜烯醇具有胡椒香，α-松油醇具有芳香味；特有主體香味物質(zhì)種類酯類物質(zhì)為乙酸芳樟酯，具有青苦香味和花果香。紅花椒特有主體香味物質(zhì)種類烴類物質(zhì)為檜烯、羅勒烯和(E,E)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯，呈現(xiàn)花香味和辛香味；特有主體香味物質(zhì)種類酯類物質(zhì)為甲酸芳樟酯、乙酸松油酯和乙酸橙花酯，甲酸芳樟酯具有水果和玫瑰花的香，乙酸松油酯具有油脂香，乙酸橙花酯具有橙花和玫瑰花香。麻味是火鍋底料中非常關(guān)鍵且重要的一種原料，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，青花椒青苦香更加濃烈，紅花椒辛香味更為醇厚，且伴有淡淡果油香，這與王花俊等測(cè)定花椒中揮發(fā)性主要成分結(jié)果類似。

山奈主體揮發(fā)性物質(zhì)為十六烷(29.92%)、莎草烯(6.79%)、(-)-α-古蕓烯(5.89%)，烴類閾值低，對(duì)山奈整體香味貢獻(xiàn)大，主要呈現(xiàn)花果草木香；主體酯類物質(zhì)為肉桂酸乙酯(12.41%)，具有樟腦味和木頭香。主體香味物質(zhì)種類醇類物質(zhì)為芳樟醇、1-十四醇和龍腦，具有木香味。烴類與酯類為山奈的主體特征揮發(fā)性物質(zhì)，提供樟腦味和青草香。

八角主體揮發(fā)性物質(zhì)為4-烯丙基苯甲醚(21.18%)、茴香甙(3.02%)、4′-甲氧基苯丙酮(2.64%)，醚類對(duì)八角整體香味貢獻(xiàn)大，具有辛香味，茴香甙清香味；烴類物質(zhì)α-蒎烯(6.6%)、(+)-檸檬烯(9.23%)、α-石竹烯(6.23%)、2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)雙環(huán)[3.1.1]庚-2烯(11.42%)，主要呈現(xiàn)花果香和檸檬香；主體香味物質(zhì)種類醇類物質(zhì)為芳樟醇和4-萜烯醇，芳樟醇具有花香和木香，4-萜烯醇具有胡椒香。烴類與醚類的總含量相差不大，但醚類所含的種類較少，含量最高的物質(zhì)是4-烯丙基苯甲醚，其次是2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)雙環(huán)[3.1.1]庚-2烯，這與袁華偉等[19]采用相同方法測(cè)定八角中揮發(fā)性成分結(jié)果類似。

4 結(jié)論

香辛料是火鍋開發(fā)中必不可少的原料，通過(guò)對(duì)原料中香辛料的特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析研究，能進(jìn)一步開拓香辛料在火鍋市場(chǎng)的加工應(yīng)用。本文采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HS-SPME-GC-MS)測(cè)定火鍋中6種常見香辛料的揮發(fā)性物質(zhì)，檢測(cè)出6種香辛料的揮發(fā)性成分的種類和數(shù)量差異較大。幾種香辛料揮發(fā)性成分中種類最多的為烴類。小茴香共檢測(cè)出香味物質(zhì)43種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和醚類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為(E)-β-羅勒烯(27.10%)，具有花果香和清涼香；小椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)79種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和醇類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為(+)-檸檬烯(28.35%)，具有果木辛香和辛辣味；青花椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)74種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和醇類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為β-蒎烯(24.83%)，具有濃烈的青苦香；紅花椒共檢測(cè)出香味物質(zhì)92種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和酯類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為甲酸芳樟酯(34.74%)，具有醇厚的辛香味；山奈共檢測(cè)出香味物質(zhì)76種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和酯類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為十六烷(29.92%)，具有樟腦香和青草香；八角共檢測(cè)出香味物質(zhì)55種，主要香味物質(zhì)種類為烴類和醚類，含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為4-烯丙基苯甲醚(21.18%)，具有濃烈的辛香味、茴香甙香味。各種香辛料具有各自的特征風(fēng)味物質(zhì)，根據(jù)其主要特征風(fēng)味組合原料，應(yīng)用于火鍋底料中，構(gòu)成火鍋底料的獨(dú)特風(fēng)味。希望本實(shí)驗(yàn)?zāi)転橄阈亮显诨疱佌{(diào)料中的加工應(yīng)用提供參考依據(jù)。