基于SPME-GC-MS結合ROAV分析評價不同加工方式下皺椒辣椒粉風味品質

杜勃峰，丁筑紅* ，李達，陳思奇，肖仕蕓

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

獨山皺椒是貴州省著名的地方品種，其果實細長、色澤鮮紅、香味濃烈，是線椒中的珍品[1]。皺椒產品以鮮椒加工和干椒加工兩種途徑為主，種類多樣，作為干制的皺椒辣椒粉，是人們餐桌上不可缺少的調味料之一。辣椒粉風味品質的好壞是影響辣椒粉商品價值的重要指標[2,3]，皺椒辣椒粉風味品質受到多種因素的影響。不同的加工方式下，皺椒辣椒粉的風味物質構成及風味特征各不相同[4]，本文通過探討分析不同加工方式下皺椒辣椒粉的風味物質，為企業生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

辣椒：貴州省獨山縣成熟皺椒，顏色紅色或深紅色，香氣濃郁，無霉變和蟲害。清洗后去除果蒂，自然晾干。

試劑：石油醚、甲醇、乙醇、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、硝酸鋁、三氯化鋁、亞硝酸鈉等，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50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex) 美國Supelco公司；HP6890/5975C型GC/MS聯用儀 美國安捷倫公司；R-201型旋轉蒸發器 上海申勝生物技術有限公司；101-3A型電熱鼓風干燥箱 天津泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

辣椒粉制備：對照組(直接粉碎)、傳統炒制(40 ℃，焙烤10 min后粉碎)、電熱焙烤(120 ℃，焙烤10 min后粉碎)。

1.4 萃取方法

稱量混合樣品8 g，放入10 mL固相微萃取儀采樣瓶中，在轉速200 r/min的磁力攪拌器上80 ℃水浴加熱，5 min后插入裝有50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex纖維頭的手動進樣器，并持續加熱，萃取40 min后，移出萃取頭并立即插入到氣相色譜儀進樣口中，在250 ℃下熱解吸3 min，然后進樣進行分析。

1.5 GC-MS分析條件

色譜條件[5]：色譜柱為HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane (30 m×0.25 mm×0.25 μm)彈性石英毛細管柱，采取程序升溫的方式，初始柱溫45 ℃，保持0.5 min后，以5 ℃/min升溫至290 ℃并保持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1037 V；接口溫度280 ℃；質量范圍20～550 u。

定性與定量分析：測定結果在NIST 2005和Wiley 275這兩個數據庫中進行檢索，定性分析時，正反匹配度的結果都不小于800時[6]，才能確認結果。定量分析用峰面積歸一化法[7]，測算各揮性風味化合物的相對百分含量。

1.6 相對氣味活度值(relative odor activity value，ROAV)[8]

定義一個新的參數ROAV，定義檢測結果中對樣品風味貢獻最大組分：ROAVstan=100，其他的組分(A)：

式中：C%A、TA為測得的結果中各風味組分的相對百分含量和對應的感覺閾值；C%stan、Tstan分別為設定的對樣品風味貢獻最大組分的相對百分含量和對應的感覺閾值。

1.7 數據分析

用SPSS 19.0進行數據處理分析。

2 結果分析

2.1 不同加工方式皺椒辣椒粉的揮發性風味物質結果分析

不同加工方式皺椒辣椒粉揮發性風味物質成分及相對含量見表1。

表1 不同加工方式皺椒辣椒粉揮發性風味物質成分及相對含量Table 1 The composition and relative content of volatile compounds in Capsicum annuum paprika with different processing methods

續 表

注：“-”表示結果未檢出。

不同加工方式制得皺椒辣椒粉共鑒定出77種揮發性風味物質，其中直接粉碎鑒定出42種，傳統炒制鑒定出37種，電熱焙烤鑒定出44種，根據皺椒辣椒粉揮發性風味化合物檢測結果，將這些揮發性風味化合物歸類為烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物、醛類化合物、酯類化合物、酚類化合物、吡嗪類化合物和其他類化合物。每類化合物的種類數量和相對含量見表2。

表2 不同加工方式皺椒辣椒粉中主要的揮發性風味物質種類和相對含量Table 2 The types and relative content of main volatile flavor components in Capsicum annuum paprika with different processing methods

烴類化合物在3組辣椒粉揮發性風味物質檢測結果中相對含量較高，種類也是最多的，根據結構不同分為烷烴類化合物和烯烴類化合物。烷烴類化合物分子量大且閾值高[9]，香氣不突出，因此烷烴類化合物對辣椒粉的風味貢獻較小。烯烴中的萜類化合物閾值不高。熊學斌等[10]研究表明，在干辣椒的揮發性香氣成分中，萜烯類化合物是最主要的一類。直接粉碎檢測出較多的萜烯類物質，而傳統炒制組和電熱焙烤組萜稀類含量較少，這和馬軍輝[11]的研究報道一致。萜烯類在高溫下發生環化、脫水，產生了其他的風味物質。雖然烯烴類物質的閾值未見相關報道，但不可否認烯烴類對辣椒粉風味的貢獻。

醇類物質是脂肪氧化分解或由羰基化合物還原產生的。直接粉碎橙花叔醇相對含量為3.57%，賦予辣椒獨特的青香、花香和水果香氣[12]。醇類物質的相對含量和種類都較少，雖然相對含量低，但對辣椒粉風味的貢獻不可替代。

醛類物質主要由不飽和脂肪酸氧化產生。Saskia等[13]研究結果表明2-甲基丁醛、3-甲基丁醛性質比較活躍，是辣椒香氣的重要組成成分。直接粉碎和電熱焙烤組都檢測出糠醛和壬醛，壬醛賦予皺椒辣椒粉油香、脂香和清香氣味[14]。糠醛呈現焦糖香[15]，賦予皺椒辣椒粉獨特的香氣。經過電熱焙烤后的壬醛和糠醛含量都有下降，原因是醛類物質受熱揮發或參與氧化還原反應使其相對含量減少[16]。

酯類和酚類是辣椒粉重要的揮發性風味物質。酯類化合物具有水果香，是水果成熟度的一個重要指標。直接粉碎組檢測出相對含量為4.21%的戊酸乙酯，賦予辣椒粉果香、水果酯香，傳統炒制組檢測出二氫獼猴桃內酯，呈現帶有香豆素樣香氣和麝香樣氣息[17]。傳統炒制檢出相對含量為1.389%的愈創木酚，賦予辣椒粉花香味和香辛料香氣[18]。傳統工藝炒制的風味物質中獨有γ-丁內酯，這種氣味是生青味的特征[19]。產生的原因是傳統炒制工藝一般使用較大的鐵質容器，原料添加量大，會產生受熱不均勻的狀況，從而會使辣椒粉帶有不同程度的生青味。

酮類和吡嗪類化合物在檢測結果中相對含量較低，但各自對辣椒粉的風味有其獨特的貢獻。酮類物質具有花香香氣，性質較為穩定且香氣持久[20]。傳統工藝炒制檢測出α-紫羅酮，賦予辣椒紫羅蘭型香氣，并持有香脂的花香香韻[21]。電熱焙烤檢測出2-甲基四氫呋喃-3-酮，賦予辣椒甜香、堅果香、奶油香[22]。吡嗪類物質是脂肪氧化產物參與美拉德反應的產物，主要呈現肉香味和烤香味，且吡嗪類化合物具有較低的香氣閾值，呈現焙烤香氣[23]。電熱焙烤組經過高溫加工，檢測出較多的吡嗪類化合物，2-甲基吡嗪具有堅果香、霉香、烤香、壤香[24]，2,6-二甲基吡嗪賦予辣椒堅果、花生醬、可可和烤肉味[25]。這些化合物共同構成貴州皺椒辣椒粉的風味成分。

2.2 皺椒辣椒粉風味化合物的ROAV分析

采用ROAV篩選樣品總體風味貢獻最大的風味物質，ROAV值越大，對樣品的風味貢獻越大，ROAV>1的物質為樣品的關鍵風味物質，0.1≤ROAV<1的物質對樣品的總體風味起修飾作用[26]。各相關組分的ROAV結果見表3。

表3 3種加工方式下皺椒辣椒粉的關鍵性風味化合物及ROAV值Table 3 ROAV of key flavor compounds in Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表1可知，根據所測風味物質的相對含量及其感覺閾值，確定2-異丁基-3-甲氧基吡嗪直接粉碎的相對含量為0.09%，其閾值僅為0.016 μg/kg，在傳統炒制組中，3-甲基丁醛相對含量為2.29%，其閾值為0.2 μg/kg，在電熱焙烤中，α-紫羅酮相對含量為1.42%，其閾值為1 μg/kg，綜合分析，其在各自組分中的總體氣味貢獻最大，所以定義2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、3-甲基丁醛、α-紫羅酮的ROAVstan為100。由表3可知，直接粉碎關鍵風味成分主要是壬醛、苯乙醛、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創木酚、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪；傳統炒制組的關鍵風味成分主要是壬醛、3-甲基丁醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫羅酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪；而電熱焙烤組的關鍵風味成分主要是2-甲基丁醛、壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫羅酮、愈創木酚、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基-3-丙烯基吡嗪。在這些關鍵風味成分中，ROAV>1且共有的物質是壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創木酚，這幾種揮發性風味物質是皺椒辣椒粉風味的重要組成部分。

2.3 揮發性風味物質的主成分分析

對不同加工方式的皺椒辣椒粉揮發性風味物質進行主成分分析，結果見表4。

表4 主成分的特征值及其貢獻率Table 4 The eigenvalues and contribution rates of the principal components

在主成分分析中，特征值>1的組分能夠較好地反映樣品的風味信息[29]。由表4可知，主成分1和主成分2的特征值>1且累計方差貢獻率達100%，因此選擇這兩個主成分進行風味品質分析。

對原始數據進行標準化處理和以主成分方差貢獻率做內積，綜合得到風味品質函數Y，各皺椒辣椒粉風味綜合評價得分見表5。

表5 數據標準處理后的主成分綜合得分Table 5 The comprehensive scores of principal components after standardization

圖1 3種處理方式辣椒粉主成分得分分布圖Fig.1 Distribution of main component scores of Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表5和圖1可知，第1主成分中，電熱焙烤組得分最高；第2主成分中，手工組得分最高。從綜合評價得分可以看出，電熱焙烤組得分最高，為0.714。其余依次是傳統炒制組和直接粉碎組。

電熱焙烤避免了傳統炒制辣椒受熱不均的弊端，同時又是在一定溫度和時間條件下進行的，高溫會使一些如氨基酸、脂肪和蛋白質等大分子物質發生裂解等物理和化學變化，這些反應混合作用，產生低分子雜環類、酮類、醛類、內酯類、吡嗪類等有特殊焙烤香味的風味物質，共同組成電熱焙烤組皺椒辣椒粉的香氣風味物質。

3 結論

對皺椒進行直接粉碎、傳統炒制、電熱焙烤3種處理制取辣椒粉，通過SPME-GC-MS聯用技術檢測不同加工方式下皺椒辣椒粉的揮發性風味物質，共分離鑒定出77種揮發性風味物質，包括烴類化合物、醇類化合物、酮類化合物、醛類化合物、酯類化合物、酚類化合物、吡嗪類化合物和其他類化合物。ROAV探討不同加工方式下皺椒辣椒粉的關鍵風味物質，結果表明壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈創木酚為3種皺椒辣椒粉的共有物質且ROAV>1，是皺椒辣椒粉重要的風味物質。

采用主成分分析，得出電熱焙烤組辣椒粉風味品質最高，其余依次是傳統炒制組和直接粉碎組。電熱焙烤能有效提升皺椒辣椒粉的風味品質。皺椒辣椒粉香氣與產品加工方式、辣椒品質、皺椒辣椒粉輔料都有關系，通過研究3種加工方式下皺椒辣椒粉的揮發性風味物質，為企業生產皺椒辣椒粉提供了技術參考和理論依據。