4種胡椒精油風(fēng)味特征分析

段夢(mèng)雅，王福清，吳桂蘋，李 鑫，谷風(fēng)林,*，林 毅，侯梅芳*

（1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，海南 萬(wàn)寧 571533；3.青藏高原特色農(nóng)牧產(chǎn)品深加工國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，西藏 拉薩 850600；4.國(guó)家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心，海南 萬(wàn)寧 571533；5.海南省特色熱帶作物適宜性加工與品質(zhì)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 萬(wàn)寧 571533；6.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

胡椒科胡椒屬植物胡椒（Piper nigrumL.）是最古老而聞名的香辛料作物，含有揮發(fā)油、胡椒堿、粗脂肪、粗蛋白、淀粉和可溶性氮等物質(zhì)[1]，被廣泛應(yīng)用。胡椒精油，又叫胡椒揮發(fā)油，是胡椒風(fēng)味物質(zhì)之一[2]，主要成分包括檸檬烯、石竹烯、蒎烯和蒈烯等，具有抗氧化、抑菌等活性[3-4]，應(yīng)用于醫(yī)藥、食品行業(yè)[5-6]。

目前，關(guān)于胡椒精油的研究多在于精油成分[7-12]及功能活性[13-14]，而胡椒精油的風(fēng)味綜合評(píng)價(jià)甚為少見。風(fēng)味的研究多采用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）法、氣相色譜-嗅覺(jué)法、電子鼻、感官評(píng)價(jià)等，通過(guò)主成分分析（principal component analysis，PCA）、偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）法等分析數(shù)據(jù)。宋詩(shī)清等[15]PLSR分析得出對(duì)金佛手香氣貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)是檸檬烯、芳樟醇、α-蒎烯、β-蒎烯。Wang Lu等[16]采用氣相色譜-質(zhì)譜和電子鼻結(jié)合PLSR分析了甘蔗汁的香氣特性。Wang Juan等[17]通過(guò)氣相色譜法和感官評(píng)價(jià)結(jié)合PLSR處理對(duì)白酒關(guān)鍵氣味進(jìn)行研究。

黑胡椒、白胡椒和青胡椒分別通過(guò)日曬脫水、去皮脫水、凍干脫水制得的干果。本研究比較黑胡椒、白胡椒、青胡椒3種干果和胡椒鮮果的精油提取得率及其風(fēng)味特征。通過(guò)GC-MS法鑒定不同胡椒的精油成分，采用電子鼻和感官分析胡椒精油的風(fēng)味特征，結(jié)合PLSR分析胡椒精油的風(fēng)味特征及三者變量的相關(guān)性，相關(guān)研究可為胡椒精油產(chǎn)品的深加工和品質(zhì)提升提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑胡椒、白胡椒、青胡椒、胡椒鮮果（印尼大葉種）均由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所提供。

甲苯（分析純） 西隴科學(xué)股份有限公司；環(huán)己酮（標(biāo)準(zhǔn)品） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ISQ GC-MS氣相色譜-離子阱質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有電子噴霧離子源及Xcalibur 2.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)） 美國(guó)賽默飛世爾科技公司；Alpha MOS Gemini電子鼻分析系統(tǒng)（配有6種金屬氧化物電極和AlphaSoft 12.0工作站） 法國(guó)Alpha M.O.S公司。

1.3 方法

1.3.1 含水量測(cè)定

參照GB 5009.3ü2016《食品中水分的測(cè)定》[18]中的共沸蒸餾法（第三法）進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 胡椒精油提取得率測(cè)定

參考GB/T 17527ü2009《胡椒精油含量的測(cè)定》[19]，并稍作修改。稱取40 g胡椒原料，黑胡椒、白胡椒和青胡椒粉碎過(guò)孔徑841 μm篩，加入400 mL蒸餾水，而40 g胡椒鮮果加400 mL水后磨漿至全部過(guò)孔徑841 μm篩，置于圓底燒瓶，蒸餾4 h得到精油，通過(guò)揮發(fā)油測(cè)定器讀取精油體積，根據(jù)式（1）計(jì)算胡椒干基精油提取得率：

式中：V為精油體積/mL；m為胡椒質(zhì)量/g；H為含水量/%。

1.3.3 精油成分的GC-MS測(cè)定

參考Kapoor等[13]的方法，并稍作改動(dòng)。取100 μL精油加入0.5 mL 0.98 mg/mL的環(huán)己酮（溶劑為正己烷）作為內(nèi)標(biāo)混勻，用正己烷定容至5 mL，經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水后過(guò)0.45 μm微孔膜，待測(cè)。

GC條件：參考Kapoor等[13]的方法，并稍作改動(dòng)。J&W DB-5石英毛細(xì)柱（30 m?0.25 mm，0.25 μm）。升溫程序：柱溫50 ℃，以3 ℃/min升至75 ℃，再以1.5 ℃/min升至140 ℃，然后以10 ℃/min升至230 ℃，保持2 min，最后以20 ℃/min升至280 ℃，保持3 min。載氣（He）流速1 mL/min，進(jìn)樣量1 μL，不分流。

MS條件：參考趙文紅等[20]的方法，并稍作改動(dòng)。電子噴霧離子源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z35～450。

定性：通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)（NIST11）的譜圖進(jìn)行比較鑒定化合物，保留匹配度大于750的結(jié)果。

定量：采用內(nèi)標(biāo)半定量法對(duì)胡椒精油成分含量進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)化合物與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值進(jìn)行計(jì)算[21]，所用的內(nèi)標(biāo)物為環(huán)己酮。

1.3.4 電子鼻分析

參考張水平等[9]的方法，并稍作改動(dòng)。取胡椒精油（10 μL）裝入10 mL玻璃床頭瓶（一式三份），密封待檢。樣品在40 ℃下孵化1 min，頂空分析注射量為1 500 μL，采集延遲為210 s，注射器溫度為50 ℃。使用電子鼻系統(tǒng)自帶的軟件（法國(guó)Alpha M.O.S公司的AlphaSoft 12.0工作站）分析響應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

1.3.5.1 不同胡椒精油風(fēng)味特征評(píng)價(jià)

采用定量描述分析法對(duì)不同胡椒精油進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)GB/T 1629.1ü2012《感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評(píng)價(jià)員一般導(dǎo)則 第1部分 優(yōu)選評(píng)價(jià)員》[22]對(duì)感官評(píng)價(jià)小組人員進(jìn)行篩選和培訓(xùn)，通過(guò)感官靈敏度、參與積極性等基本測(cè)試，擇優(yōu)選擇10 名年齡在20～30 歲之間的成員（3 名男性和7 名女性）組建感官評(píng)價(jià)小組。室內(nèi)溫度（27f2）℃、相對(duì)濕度（55f3）%，取0.1 mL精油于試管中，樣品用阿拉伯?dāng)?shù)字隨機(jī)編碼，針對(duì)5種感官屬性進(jìn)行評(píng)分，包括草本、芳香、胡椒香、松木香、刺鼻[23-25]。呈味強(qiáng)度采用10 分制，其中0 分表示沒(méi)有味道，10 分表示味道最強(qiáng)。數(shù)據(jù)結(jié)果采用方差分析（ANOVA）。

1.3.5.2 不同胡椒精油接受度評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)小組成員（3 名男性和7 名女性）根據(jù)自己對(duì)不同胡椒精油產(chǎn)品氣味的接受程度進(jìn)行評(píng)分，采用10 分制（0 分表示極其不喜歡，10 分表示極其喜歡）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果用Excel 2013、Origin 9.0、SPSS Statistics 23及儀器自帶軟件處理。通過(guò)The Unscrambler X 10.4（CAMO ASA, Oslo, Norway）軟件進(jìn)行PLSR判斷感官評(píng)價(jià)、電子鼻數(shù)據(jù)結(jié)合GC-MS數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種胡椒原料的含水量測(cè)定

如圖1所示，黑胡椒、白胡椒、青胡椒和胡椒鮮果的含水量分別為8.945%、6.993%、6.696%、69.127%，鮮果含水量是干果的7～10 倍，3種干果含水量差異不大。因黑胡椒、白胡椒、青胡椒分別由胡椒鮮果通過(guò)日曬皺縮、脫皮暴曬、真空凍干制得，因此鮮果水分含量顯著高于其他3種干果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與陳曉龍[12]、朱紅英[26]等結(jié)果略有差異，主要原因是檢測(cè)原料來(lái)源不同。

圖1 4種原料的含水量Fig.1 Water contents of four raw materials used fro extracting essential oils

2.2 4種胡椒原料的精油提取得率

如圖2所示，黑胡椒、白胡椒、青胡椒和胡椒鮮果的精油提取得率分別為1.718、1.867、1.487、3.229 mL/100 g，鮮果精油提取得率是干果的2 倍左右。胡椒鮮果在加工過(guò)程中因日曬、脫皮和干燥等導(dǎo)致部分揮發(fā)性成分損失[27]，從而造成精油總含量降低，故鮮果精油提取得率顯著高于其他3種干果。3種干果彼此差異顯著，也說(shuō)明了不同加工方式對(duì)胡椒精油提取得率影響很大。青胡椒加工前需較長(zhǎng)時(shí)間沸水殺青護(hù)色[26]，導(dǎo)致熱敏性成分散失[28]，降低了其精油提取得率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Li Yongxin[4]、張水平[9]等和柳中[29]結(jié)果基本一致。

圖2 4種原料的精油提取得率Fig.2 Extraction yield of the essential oils from four raw materials

2.3 4種胡椒精油的GC-MS分析

如表1所示，4種胡椒精油共檢測(cè)出48種揮發(fā)性化合物，包括9種單萜烯類、21種倍半萜烯類、13種醇類、2種醛類、2種酮類、1種醚與氧化物類，其中共有揮發(fā)性成分26種，黑胡椒精油主要成分為β-石竹烯、3-蒈烯、D-檸檬烯、β-蒎烯、δ-欖香烯、(-)-α-胡椒烯、β-月桂烯、(+)-α-蒎烯、萜品油烯、α-律草烯等，白胡椒精油主要成分為D-檸檬烯、3-蒈烯、β-蒎烯、δ-欖香烯、β-月桂烯、β-石竹烯、α-律草烯、(+)-α-蒎烯、萜品油烯、(-)-α-胡椒烯等，青胡椒精油主要成分為β-石竹烯、3-蒈烯、δ-欖香烯、D-檸檬烯、β-蒎烯、(-)-α-胡椒烯、α-律草烯、(+)-α-蒎烯、β-月桂烯、萜品油烯等，胡椒鮮果精油主要成分為β-石竹烯、3-蒈烯、β-蒎烯、D-檸檬烯、(+)-α-蒎烯、β-月桂烯、δ-欖香烯、萜品油烯、(-)-α-胡椒烯、α-律草烯等，與其他參考文獻(xiàn)[7,10,12]檢測(cè)成分組成結(jié)果基本相同。

表1 4種胡椒精油成分及含量Table 1 Composition and content of volatile constituents in four pepper essential oils

表2 4種胡椒精油相對(duì)含量及種類Table 2 Type and content of volatile components in four pepper essential oils

從表2可以看出，黑胡椒、白胡椒、青胡椒、胡椒鮮果4種原料提取的胡椒精油分別檢測(cè)鑒定出38、34、38、36種成分，均以萜烯類化合物為主。黑胡椒精油、青胡椒精油、胡椒鮮果精油的揮發(fā)性成分中β-石竹烯含量最高，且均顯著高于白胡椒含量，前后兩部分最大的差別在于是否脫皮，說(shuō)明胡椒果皮中可能含有豐富的β-石竹烯物質(zhì)。4種精油的3-蒈烯含量相差不大，表明胡椒加工方式對(duì)該物質(zhì)影響較小。

白胡椒精油中檢測(cè)出右旋樟腦、2-(4-甲基苯基)丙-2-醇，黑胡椒、青胡椒中未檢測(cè)出；青胡椒精油檢測(cè)出(+)-γ-古蕓烯、反式-橙花叔醇，而其他2種干果沒(méi)有檢測(cè)到。3種干果的精油成分差異可能是與原料處理方法、干燥方法及精油組分的揮發(fā)性及化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[30]。鮮果精油中的(+)-α-蒎烯含量明顯高于干果，δ-欖香烯、(-)-α-胡椒烯、α-律草烯含量均低于其他3種干果，鮮果精油中的(-)-表藍(lán)桉醇、(2Z,6E)-金合歡醛和E,E-金合歡醛3種化合物在其他3種干果中未檢出，4-萜烯醇、順式-檜萜醇2種醇類化合物在其他3種干果中均被檢測(cè)出，而鮮果中沒(méi)有檢測(cè)出，鮮果和干果成分的這些差異，可能與產(chǎn)品的加工工藝有關(guān)，加工環(huán)節(jié)可能會(huì)造成胡椒精油成分的組成及含量變化[27]。

2.4 4種胡椒精油的電子鼻測(cè)定

圖3 4種胡椒精油的PCA圖Fig.3 PCA plot of four pepper essential oils

為了顯示4種胡椒精油的風(fēng)味差異，通過(guò)PCA對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如圖3所示，前2個(gè)PC累計(jì)貢獻(xiàn)率高達(dá)99.968 1%，說(shuō)明這2個(gè)PC能夠反映樣本整體信息。4種精油樣本相互獨(dú)立，說(shuō)明彼此之間風(fēng)味存在差異，這2個(gè)PC可以代表樣品的主要風(fēng)味成分。胡椒鮮果精油位于圖3的左半部，青胡椒精油位于圖3的右半部，因此在PC1中，可以區(qū)分胡椒鮮果精油、青胡椒精油。胡椒鮮果精油、青胡椒精油位于圖3的上半部，兩者具有一定的相似性，而黑胡椒精油位于下半部，因此在PC2中，可以區(qū)分黑胡椒精油與胡椒鮮果精油、青胡椒精油。白胡椒精油分布在左半部和上半部，不能與其他胡椒精油明顯區(qū)分。這些結(jié)果表明，電子鼻結(jié)合PCA區(qū)分4種胡椒精油具有一定的局限性。

圖4 4種胡椒精油的DFA圖Fig.4 DFA plot of four pepper essential oils

判別因子分析（discriminant function analysis，DFA）是在充分保留現(xiàn)有信息的前提下，使同類數(shù)據(jù)間的差異性盡量縮小，不同類數(shù)據(jù)間的差異盡量擴(kuò)大[31]。通過(guò)DFA對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定測(cè)量值的辨別度。如圖4所示，DF1、DF2的貢獻(xiàn)率分別為92.956 0%、7.026 0%。胡椒鮮果精油位于圖4的左下部，青胡椒精油位于左上部，黑胡椒精油位于右上部，白胡椒精油位于右下部。4個(gè)胡椒精油樣本組內(nèi)分布集中且離散程度小，組間分布分散離散程度大，說(shuō)明DF1和DF2可以區(qū)分不同胡椒的精油氣味。結(jié)果表明，電子鼻結(jié)合DFA可作為快速識(shí)別不同胡椒精油的一種潛在可行方法。

2.5 4種胡椒精油感官評(píng)價(jià)分析

如圖5所示，對(duì)不同胡椒精油的5種感官屬性（即草本、芳香、胡椒香、松木香、刺鼻）的數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)分析。單因素方差分析表明，胡椒鮮果精油的芳香屬性評(píng)分顯著高于白胡椒精油（P＜0.05），與黑、青胡椒精油無(wú)顯著差異（P＞0.05），這與4種精油成分有關(guān)，因?yàn)楦泄傧銡獾牟町愔饕伤械膿]發(fā)性物質(zhì)差異導(dǎo)致[32]。白胡椒精油的刺鼻，屬性顯著高于黑胡椒精油、胡椒鮮果精油（P＜0.05），是由于白胡椒生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的3-甲基吲哚、4-甲基苯酚、3-甲基苯酚和丁酸有異味[33]，但是胡椒精油中并未檢測(cè)到，可能因?yàn)檫@些化合物含量低于檢出限，而這類化合物的閾值很低導(dǎo)致[34]。4種胡椒精油草本、胡椒香、松木香屬性的強(qiáng)度沒(méi)有顯著差異（P＞0.05），但鮮果精油得分比干果精油的略高，因?yàn)轷r果精油的(+)-α-蒎烯、β-月桂烯等成分[35]含量高于干果。因此，胡椒鮮果提取精油可能成為未來(lái)胡椒鮮果直接進(jìn)行精深加工的一個(gè)方向。

圖5 4種胡椒精油的感官特征Fig.5 Sensory characteristics of four pepper essential oils

圖6 4種胡椒精油的接受度評(píng)價(jià)Fig.6 Sensory acceptance evaluation of four pepper essential oils

由圖6可知，胡椒鮮果精油的接受度最高，其次是黑胡椒精油、青胡椒精油，最后是白胡椒精油，與定量描述分析結(jié)果一致。鮮果精油接受度得分顯著高于其他精油，因?yàn)楹孵r果精油的草本、芳香、胡椒香屬性得分均高于其他胡椒精油，松木香屬性與青胡椒精油得分相同，高于黑、白胡椒精油得分，刺鼻屬性低于其他精油，胡椒鮮果精油的接受度最高。

2.6 4種胡椒精油成分、電子鼻及感官特征的相關(guān)性

為探究精油化合物、電子鼻分析和描述性感官評(píng)價(jià)的相關(guān)性，將精油化合物、電子鼻作為X變量，描述性感官評(píng)價(jià)作為Y變量，對(duì)4種胡椒精油進(jìn)行PLSR分析[36]。如圖7所示，2個(gè)橢圓之間的感官特征參數(shù)可能與精油成分和電子鼻響應(yīng)值相關(guān)性較強(qiáng)，而內(nèi)部橢圓內(nèi)的相關(guān)性較弱。圖7A中樣本與感官屬性分布近，則相關(guān)性強(qiáng)。圖7B中，位于同一象限的樣本之間相關(guān)性較強(qiáng)[37]，且感官屬性與同象限變量相互接近，具有正相關(guān)[38]，與對(duì)角象限中的變量，具有負(fù)相關(guān)。由圖7可知，前2個(gè)變量建立的PLSR模型解釋了74%的X變量和92%的Y變量。圖7B表明草本、胡椒香和芳香的屬性與(+)-α-蒎烯、(-)-表藍(lán)桉醇、(2Z,6E)-金合歡醛、E,E-金合歡醛、β-蒎烯、β-月桂烯呈正相關(guān)，與大根香葉烯、α-萜品醇、δ-欖香烯、芳樟醇呈負(fù)相關(guān)。刺鼻屬性與順式-檜萜醇、α-律草烯、β-蓽澄茄烯、(-)-氧化石竹烯、桉油烯醇、(-)-桉油烯醇、α-紅沒(méi)藥醇呈正相關(guān)，與(-)-α-古蕓烯、α-木羅烯、δ-畢橙茄醇負(fù)相關(guān)。松木香在解釋方差50%的橢圓內(nèi)，不能被氣體傳感器聚集在一起，這些傳感器對(duì)4種胡椒精油共有的風(fēng)味成分β-蒎烯、β-月桂烯、γ-萜品烯有相似的響應(yīng)值。

圖7 胡椒精油得分圖（A）和載荷圖（B）Fig.7 Score (A) and loading plots (B) of four pepper essential oils

如圖7可知，4種胡椒精油可以相互區(qū)分，與DFA的結(jié)果一致。芳香、草本、胡椒香屬性與所有電子鼻傳感器呈正相關(guān)，刺鼻屬性與所有傳感器呈負(fù)相關(guān)，松木香位于內(nèi)橢圓內(nèi)部，不能被模型所解釋。胡椒鮮果精油在芳香、草本、胡椒香這些風(fēng)味屬性與其他3種精油有明顯區(qū)分，白胡椒精油與其他3種胡椒精油最大的區(qū)分在于刺鼻屬性，這些結(jié)論與感官評(píng)價(jià)結(jié)果相符合。

3 結(jié) 論

通過(guò)GC-MS法、電子鼻和感官分析結(jié)合PLSR分析4種胡椒精油的風(fēng)味特征及三者變量的相關(guān)性。胡椒鮮果精油提取得率顯著高于3種干果精油，4種精油共鑒定出48種化合物，主要成分均為β-石竹烯、3-蒈烯、D-檸檬烯、β-蒎烯等，且DFA法比PCA區(qū)分效果更好。胡椒鮮果精油綜合感官評(píng)價(jià)高于其他3種精油。PLSR分析結(jié)果表明，胡椒精油的芳香、草本、胡椒香屬性與(+)-α-蒎烯成分呈正相關(guān)。本研究結(jié)果加深了對(duì)4種胡椒精油差異的認(rèn)識(shí)，可對(duì)未來(lái)胡椒精油的深入研究和應(yīng)用、胡椒精油產(chǎn)品的深加工和品質(zhì)提升提供參考依據(jù)。