基于HS-SPME-GC-MS及主成分分析綜合評價貴州典型辣椒品種香氣品質

杜勃峰，李達，肖仕蕓，陳思奇，丁筑紅，*

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025；2.天津現代職業技術學院，天津300350）

辣椒是常用蔬菜和調味品[1]。目前辣椒是我國栽培面積最大的三大蔬菜之一[2]，而貴州是我國的辣椒種植大省，貴州省辣椒研究所整理的貴州現有辣椒品種資源材料共400余份[3]，根據產地的地理氣候不同形成了很多具有地方特色的優勢辣椒品種[4]，這些地方品種辣椒香氣濃郁、營養成分含量高，是辣椒加工的優質原料。

獨特的香氣成分對果蔬及其加工產品的風味有極其重要的影響[5]，探討研究辣椒的香氣成分，了解不同辣椒的香氣品質，有助于篩選優化辣椒加工原料，生產優質辣椒調味品。而目前對貴州地方辣椒研究報道主要集中在氨基酸、VC、辣椒堿[6-7]等方面，其風味物質及風味特征分析少見報道。因此本文通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（headspacesolid-phasemicroextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯用法對5種貴州典型地方干辣椒的揮發性風味物質進行分析比較，用SPSS軟件進行主成分分析，構建干辣椒香氣品質的評價模型，結合主成分得分分布圖對結果進行分析，旨在為辣椒的篩選加工提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

朝天椒：產自貴州省遵義市；米椒：產自貴州省綏陽縣；平板椒：產自貴陽市花溪區；皺椒：產自貴州省獨山縣；線椒：產自貴州省大方縣。選擇充分成熟、無腐爛變質辣椒樣品，電熱鼓風干燥箱60℃烘干至恒重，去梗去籽，粉碎后備用。

蒽酮、石油醚（沸程60℃～90℃）、葡萄糖標準品、甲醇、乙醇、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、硫酸銅、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、鹽酸、硝酸鋁、三氯化鋁等，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器

手動固相微萃取裝置（萃取纖維為：2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMSStableFlex）：美國Supelco公司；HP6890/5975C型GC/MS聯用儀：美國安捷倫公司；RE-5298型旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠；3 000 W電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器總廠。

1.3 方法

萃取方法[8]：稱取混勻樣品8 g，置于10 mL固相微萃取儀采樣瓶中，在磁力攪拌器上水浴加熱，轉速200 r/min溫度80℃，加熱5 min后，插入裝有2 cm-50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex纖維頭的手動進樣器，繼續加熱，頂空萃取40 min時間后，移出萃取頭并立即插入氣相色譜儀進樣口（溫度250℃）中，熱解析3 min進樣。

色譜柱條件[9]：色譜柱為HP-5MS5%Phenyl Methyl Siloxane（30 m×0.25 mm×0.25 μm）彈性石英毛細管柱，柱溫45℃（保留0.5 min），以5℃/min升溫至290℃，保持2 min；汽化室溫度250℃；載氣為高純He（99.999%）；柱前壓 7.62 psi，載氣流量 1.0 mL/min；分流比 20∶1。

離子源為EI源；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70 eV；發射電流34.6 μA；倍增器電壓1 037 V；接口溫度280℃；質量范圍20 u～550 u。

1.4 定性與定量分析

GC-MS測定各揮發性組分結果通過NIST 2005和Wiley 275圖庫檢索，確認各揮發性風味物質的化學組成，當正反匹配度均大于800[10]，鑒定結果才予以確認。并用峰面積歸一法進行定量分析[11]，測算各化學成分的相對百分含量。

1.5 數據處理

利用SPSS19.0軟件作數據分析并進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒揮發性化合物檢測結果分析

采用HS-SPME-GC-MS分別對5種干辣椒的揮發性成分進行分析，結果如表1。

表1 不同品種辣椒中的揮發性物質成分及相對含量Table 1 The composition and relative content of volatile compounds in different peppers

續表1 不同品種辣椒中的揮發性物質成分及相對含量Continue table 1 The composition and relative content of volatile compounds in different peppers

續表1 不同品種辣椒中的揮發性物質成分及相對含量Continue table 1 The composition and relative content of volatile compounds in different peppers

采用HS-SPME-GC-MS對貴州5種干辣椒的揮發性風味物質進行分析，共檢出62種揮發性風味物質組分，其中，朝天椒有23種、米椒有33種、平板椒有29種、皺椒有36種、線椒有31種。根據辣椒揮發性風味物質組成不同可將這些物質歸類為烴類、酯類、醛類、醇類、酮類、吡嗪類、其他類化合物。每類物質的數量和相對含量如表2所示。

烴類化合物是干辣椒揮發性成分中種類最多、相對含量最高的一類化合物，分為烷烴類化合物和烯烴類化合物。烷烴類化合物分子量較大，風味閾值較高，且烷烴類物質一般香氣較弱或無氣味[12]。對辣椒果實風味貢獻較小[13]。烯烴類化合物主要包括萜烯類和烯烴類化合物，萜烯類化合物大都閾值較低，且具有花香、水果香，對風味貢獻較大[14]。熊學斌等[15]報道萜烯類物質是干辣椒的香氣主要成分，5種干辣椒中都檢測出 δ-3-蒈烯、α-雪松烯、γ-雪松烯、5-倍半萜烯，說明烯烴類物質是辣椒的香氣主要成分。倍半萜烯類的含氧衍生物大部分都具有較強的生物活性和香氣，是食品、醫藥、化妝品和香料的重要原料[16-17]。但烯烴類物質的閾值未見相關報道，無法確定烯烴類物質對干辣椒香氣的貢獻度，但不可否認烯烴類物質對干辣椒風味的貢獻。

表2 不同品種辣椒中主要的揮發性風味物質種類和相對含量Table 2 Chemical groups and amounts of aroma compounds in different dried peppers

醇類、醛類、酯類也是構成辣椒揮發性成分的重要組成成分[13]。線椒揮發性物質中醇類、酯類物質相對其余4個品種較高，相對含量分為34.11%、16.48%。羰基化合物還原或脂肪氧化分解生成醇類化合物[18]。醇類化合物大都具有令人愉快的香氣，對辣椒的揮發性風味起著重要的作用[19]。朝天椒、米椒、平板椒中檢測出芳樟醇，相對含量分別為3.95%、1.54%、4.28%，芳樟醇呈現帶甜的濃青香和木青香香氣[20]。米椒檢測出苯乙醇，相對含量為2.95%，苯乙醇呈現花香和玫瑰香[21]。線椒中有較多含量的呋喃甲醇，相對含量為21.97%，呋喃甲醇能夠產生令人愉快的焦甜香韻和花果香韻且效果持久[22]。醛類化合物的感官閾值較低，香氣濃烈，多為花香及果香氣味[23]。5種干辣椒中均檢測出壬醛，相對含量分別為6.54%、4.31%、3.82%、3.96%、0.37%，壬醛賦予辣椒玫瑰、柑橘等香氣和油脂氣味[24]。米椒中檢測出E-檸檬醛，相對含量為5.35%，E-檸檬醛能夠使人感到愉悅的檸檬氣息[25]。線椒中檢測出相對含量較高的5-甲基糠醛，5-甲基糠醛是天然香料[26]，賦予線椒獨特的果香味。酯類化合物具有水果香，是水果成熟度的一個重要指標[13]，線椒中檢測出γ-丁內酯，相對含量為12.15%。γ-丁內酯具有牛奶、奶油的香氣[27]，米椒、平板椒、皺椒、線椒中戊酸乙酯的相對含量分別為0.65%、4.61%、4.21%、0.34%，戊酸乙酯賦予辣椒一定的甜香味[28]。

酮類、吡嗪類、其他類化合物雖然含量不高，但對干辣椒的風味也有不可替代的作用。線椒中酮類物質的相對含量較高于其他4種辣椒，為5.58%。酮類性質穩定，并且香氣持久，一般具有花香氣味[29]，對食品風味貢獻較大。吡嗪化合物具有較低的香氣閾值，是烤香味的重要成分[30]，平板椒和線椒中檢測出樟腦，相對含量分別為1.58%、1.1%，樟腦具有清涼的草藥味道，有抗菌、抗氧化、降壓等作用[31]，這些化合物對辣椒的風味有一定的貢獻。

線椒中的醇類、酯類和酮類揮發性風味物質相對含量較高于其他4種辣椒，這幾類揮發性物質是辣椒揮發性成分重要組成成分[13]。線椒中相對含量較高的5-甲基糠醛和獨有的呋喃甲醇賦予線椒獨特的香氣。不同品種辣椒中揮發性風味物質含量差異，在一定程度上反映了辣椒風味的差異。

2.2 不同品種辣椒揮發性風味物質的主成分分析

對5種辣椒揮發性風味物質進行主成分分析，所得相關特征值見表3。主成分的特征向量與載荷矩陣見表4。

表3 主成分的特征值及其貢獻率Table 3 Eigenvalues and contribution rates of first three principal components

如表3所示，選取特征值大于1的成分作為主成分，可見有3個主成分，并且這3個主成分的方差累計貢獻率達93.934%，能夠較好的代表干辣椒香氣的成分信息，因此，選擇這3個主成分代表所有香氣因子進行風味品質分析。

表4 主成分的特征向量與載荷矩陣Table 4 Eigenvectors and loading matrix of first three principal components

由表3和表4可知，第1主成分的貢獻率為46.965%，主要反映烴類、醇類和酮類這3種風味成分的信息；第2主成分的貢獻率為32.375%，主要反映醛類、酯類這2種風味成分的信息；第3主成分的貢獻率為14.595%，主要反映吡嗪類、烴類這2類風味成分的信息。

2.3 基于主成分分析結果建立香氣品質綜合評價模型

由表3、4，以及3個成分代表7類風味成分所表述的信息，建立干辣椒風味品質的評價模型，得出如下干辣椒風味成分的線性關系式，式中X1～X7為原始變量標準化后的值，Y1、Y2和Y3表示3個主成分的得分值，得分值相對越大，干辣椒風味品質越好。

將表4中的特征向量進行標準化處理，與對應的3個主成分方差貢獻率做內積，得到綜合風味品質的評價函數Y，Y的表達式為Y=0.469 7Y1+0.323 8Y2+0.146 0Y3，根據各式得到的風味評價綜合得分值及排序，見表5。

表5 標準化后主成分綜合得分Table 5 Overall scores of principal components after standardization

由表5可知，第1主成分得分最高的是線椒，其次為米椒。第2主成分得分最高的是平板椒，第3主成分得分最高的也是平板椒。結合圖1和圖2，在風味品質綜合評價得分中可以更加直觀地看出，線椒得分最高，為0.947，其次為平板椒、朝天椒、皺椒、米椒。綜合以上分析，線椒的風味評價最好，平板椒、朝天椒、皺椒、米椒次之。

圖1 不同干辣椒的主成分得分圖Fig.1 PCA score plot of different dried peppers

圖2 不同干辣椒香氣得分坐標圖Fig.2 Aroma scores of different dried peppers

3 結論

通過HS-SPME-GC-MS聯用對5種貴州典型品種干辣椒的揮發性物質進行分析，共鑒定出62種揮發性化合物，其中，朝天椒有23種、米椒有33種、平板椒有29種、皺椒有36種、線椒有31種。主要有烴類、酯類、醛類、醇類、酮類、吡嗪類、其他類化合物等揮發性物質。

主成分分析結果表明，酯類、醇類、酮類物質載荷值較高，是影響干辣椒香氣成分的主要因素。利用主成分分析結果建立風味品質綜合評價模型，計算出不同品種干辣椒綜合得分，根據得分的高低判斷不同品種干辣椒整體風味的高低，計算得出線椒的綜合得分最高，結合HS-SPME-GC-MS檢測分析結果可知，5種干辣椒中線椒的品質依次優于平板椒、朝天椒、皺椒、米椒。辣椒的香氣與生長地理環境、采收時間、辣椒干制方式等都有關系，特征風味成分的鑒定是一個復雜的過程。本文通過探討5種典型辣椒的香氣成分，為為企業加工篩選原料提供理論依據。