兩種生產工藝藤椒油產品揮發性成分對比分析

胡 強,王延云,王 燕,廖化針,韓卓濤

(1.樂山師范學院竹類病蟲防控與資源開發四川省重點實驗室,四川樂山 614000; 2.樂山師范學院生命科學學院,四川樂山 614000)

藤椒,學名為竹葉花椒(ZanthoxylumarmatumDC.),是青花椒的一種,蕓香科(Rutaceae)花椒屬(ZanthoxylumL.)植物,主要分布于西南、華東、華中和華北等地,在四川盆地、盆周山區以及重慶江津地區被廣泛種植[1]。其根、莖、葉和種子均可入藥,具有祛風除濕、消食健胃、散瘀止痛的作用[2-4]。藤椒果皮中富含由鏈狀不飽和脂肪酰胺產生的麻味物質,以山椒素為例,具有強烈的刺激性[5-6];同時果皮中的揮發油構成了其香味的主要成分[7-8]。正是由于藤椒果皮中這種獨特的麻味和香味,使得藤椒被廣泛地用于調味品,深受人們的喜愛。但新鮮藤椒采摘時期短,且采摘后不易保存,因此人們通常將藤椒煉油后進行保存和食用。目前,常采用生產加工藤椒油的方法有兩種:一種是普遍使用的傳統物理加工方法油浸法;另一種是超臨界CO2萃取法,是一種新型的提取技術[9],其首先采用超臨界CO2萃取工藝,從天然藤椒中萃取具有香氣(味)成分和特征麻味物質的濃縮萃取物,然后再將其與植物油按一定比例調制,即為藤椒油產品。兩種生產工藝相比,從產量上,超臨界CO2萃取法明顯高于油浸法,但從口感上略差于傳統油浸法,存在苦澀味,傳統工藝生產出來的藤椒油更具有口味清爽、香味濃郁、麻味綿長的特點[10]。因此,有必要對兩種工藝生產藤椒油產品的揮發性成分進行比較,為超臨界CO2萃取工藝的改進提供基礎數據。

目前對藤椒油產品的研究報道并不多見,李東等[11]研究了如何優化傳統藤椒油生產的工藝條件;蔣燕等[12]探討了水浴、超聲波和微波輔助溶劑法對冷榨藤椒油油樹脂風味成分的影響;周婷等[13]對冷榨和熱浸藤椒油產品的脂肪酸組成成分進行了分析,但對傳統油浸法和超臨界CO2萃取法藤椒油產品的揮發性成分的研究尚未見報道。植物揮發性成分通常采用感官分析、氣相色譜(gas chromatography,GC)、氣相色譜-質譜聯用技術(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、快速氣相電子鼻等分析技術[14-18],其中GC-MS是目前使用較為廣泛的一種分析方法,氣相色譜具有很強的分離混合物的能力,質譜對化合物的碎片離子具有高選擇性和高靈敏度,是一個很好的定性工具。GC-MS廣泛應用于食品、醫藥、化學、環境保護[19]等多種領域,如測定香料中有毒有機溶劑的殘留、污水中有機物的組成、食物風味物質的研究等[20-22]。

本實驗以傳統油浸法和超臨界CO2萃取法生產的藤椒油產品為研究對象,采用頂空-氣相色譜-質譜法(HS-GS-MS)對其揮發性成分進行定性、定量分析,并比較了兩種生產工藝藤椒油產品揮發性成分組成、種類和相對含量的區別,為進一步改善生產加工工藝和提高藤椒油產品品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

峨眉山老麻婆藤椒油(油浸法)、藤椒油樹脂(超臨界CO2萃取法) 峨眉山中王食品廠提供;金龍魚菜籽油 益海嘉里食品營銷有限公司。

7696A-7890B-5977A氣相色譜-質譜聯用儀(配有頂空自動進樣器、MussHunter數據處理系統)、20 mL頂空進樣瓶及瓶蓋、壓蓋器及啟蓋器 美國安捷倫科技有限公司;ML203/02分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;200-1000 μL移液槍 歐辰自動化科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 藤椒油的前處理 油浸法藤椒油:準確稱取10.0 g左右的油浸法藤椒油(精確至0.001 g)于20 mL頂空進樣瓶中,用壓蓋器封口后,待測。

超臨界CO2流體萃取法藤椒油:將藤椒油樹脂與金龍魚菜籽油按1∶29(質量比)混合均勻后,準確稱取10.0 g(精確至0.001 g)于20 mL 頂空進樣瓶中,用壓蓋器封口后,待測。

1.2.2 香氣成分的測定

1.2.2.1 頂空進樣器參數 加熱箱:100 ℃;定量環/閥:110 ℃;傳輸線:120 ℃;平衡時間:10 min。

1.2.2.2 色譜條件 色譜柱為HP-5MS石英毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持1 min,先以5 ℃/min升至150 ℃;再以8 ℃/min升至260 ℃,保持10 min;進樣口溫度為250 ℃;載氣:高純氦氣(99.999%);流速:1.0 mL/min;進樣方式:分流進樣,分流比為5∶1。

1.2.2.3 質譜條件 傳輸線溫度:280 ℃;電離方式:EI;離子源溫度230 ℃;電離電壓:70 eV;質量掃描范圍m/z:50～500 amu;溶劑延遲時間3 min。

1.2.3 定性與定量方法 藤椒油產品揮發性成分經GC-MS分析后利用NIST14質譜數據庫檢索,人工分析,并結合文獻報道來鑒定其中的化學成分,采用峰面積歸一法來計算藤椒油產品揮發性成分中各成分的百分含量。

2 結果與分析

2.1 藤椒油產品揮發性成分GC-MS總離子流圖

考慮到實驗中所用菜籽油的香氣成分可能會對超臨界CO2萃取法藤椒油揮發性成分的結果產生影響,因而前期對菜籽油進行了空白實驗,見圖1。由圖1可知,菜籽油中揮發性成分極少且響應很低,不會對結果產生影響,在數據分析時也和樣品進行了對比確認處理。

圖1 菜籽油GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion flow diagram of colleseed oil

兩種不同生產工藝藤椒油產品(油浸法和超臨界CO2萃取法)的揮發性成分總離子流圖分別見圖2～圖3,藤椒油產品中主要揮發性成分經色譜柱得到了良好分離。由圖2可知,油浸法藤椒油產品組分的出峰時間主要集中在4～25 min,由圖3可知,超臨界CO2萃取法藤椒油產品組分的出峰時間主要集中在4～18 min。

圖2 油浸法藤椒油GC-MS總離子流圖Fig.2 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by oil immersion method

圖3 超臨界CO2萃取法藤椒油GC-MS總離子流圖Fig.3 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by supercritical CO2 extraction

2.2 兩種工藝藤椒油產品的揮發性成分鑒定結果

兩種工藝藤椒油產品揮發性成分經GC-MS分析,參考NIST14質譜數據庫檢索結果和相關文獻[10,23-26]進行人工分析,并采用峰面積歸一法計算各揮發性成分的相對含量,結果見表1。

表1 兩種藤椒油揮發性成分鑒定結果Table 1 Identification results of volatile constituents of two kinds of rattan pepper oil

續表

兩種工藝藤椒油產品中共分離鑒定出33種揮發性成分,油浸法藤椒油產品中分離鑒定出22種,超臨界CO2萃取法藤椒油產品中分離鑒定出27種。其中,油浸法藤椒油產品中相對含量≥1%的有4種,分別是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超臨界CO2萃取法藤椒油產品中相對含量≥1%的有7種,

分別為α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、檜烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%)。另外,油浸法藤椒油產品中相對含量在0.1%～1%之間的有15種,分別為α-苧烯崖柏烯、α-蒎烯、辛醛、α-水芹烯、羅勒烯、γ-松油烯、順式水合檜烯、異松油烯、(+)-b-側柏酮、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、乙酸芳樟酯、β-欖香烯、1-石竹烯和大根香葉烯D;相對含量≤0.1%的有3種,分別為桃金娘烯醛、癸醛和α-石竹烯。超臨界CO2萃取法藤椒油產品中相對含量在0.1%～1%之間的有9種,分別為3-甲基-2-丁烯腈、α-水芹烯、α-松油烯、羅勒烯、γ-松油烯、順式水合檜烯、異松油烯、(+)-b-側柏酮和乙酸芳樟酯;相對含量≤0.1%的有11種,分別為5-氰基-1-戊烯、1-甲基-異己酸、(E,E)-2,4-己二烯醛、3,3-二甲基己醇、反式-β-羅勒烯、(+)-香茅醛、苯乙酸甲酯、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、桃金娘烯醛和乙酸-4-松油烯醇酯。可見,兩種工藝藤椒油產品中揮發性成分的組成、相對含量存在一定差異。

2.3 兩種工藝藤椒油產品的揮發性成分比較分析

油浸法藤椒油和超臨界CO2萃取法藤椒油產品中相對含量≥4.5%的揮發性成分均是右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、檜烯(21.71%、19.42%)和月桂烯(4.63%、8.36%),相對含量分別占總含量的94.77%和89.79%?？梢?這4種揮發性成分是藤椒油產品中的主要揮發性成分,構成了藤椒油產品的主要香氣物質;油浸法藤椒油產品中主要揮發性成分高于超臨界CO2萃取法藤椒油產品,因而香氣和口感上油浸法藤椒油產品香味更加濃郁。

從相對含量≥1%的揮發性成分可見,油浸法藤椒油產品中揮發性成分有4種,分別是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%),占總含量的94.77%;超臨界CO2萃取法藤椒油產品中主要揮發性成分有7種,分別為α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、檜烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%),占總含量的96.15%。超臨界CO2萃取法比油浸法藤椒油產品中相對含量≥1%的揮發性成分多3種,分別是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相對含量是油浸法藤椒油產品的2倍,而這4種烯類化合物是重要香料物質,因此,相對含量≥1%的揮發性成分及其相對含量的差異也影響著兩種工藝藤椒油產品的風味。

油浸法藤椒油和超臨界CO2萃取法藤椒油產品共有的揮發性成分有16種,分別是α-苧烯崖柏烯(0.32%、1.28%)、α-蒎烯(0.97%、2.99%)、檜烯(21.71%、19.42%)、月桂烯(4.63%、8.36%)、α-水芹烯(0.18%、0.27%)、右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、羅勒烯(0.99%、0.74%)、γ-松油烯(0.18%、0.26%)、順式水合檜烯(0.46%、0.41%)、異松油烯(0.12%、0.25%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、(+)-b-側柏酮(0.11%、0.19%)、(-)-4-萜品醇(0.13%、0.04%)、α-松油醇(0.13%、0.04%)、桃金娘烯醛(0.05%、0.05%)、乙酸芳樟酯(0.31%、0.74%);油浸法藤椒油產品存在的特有揮發性成分有6種,分別是β-欖香烯(0.33%)、1-石竹烯(0.31%)、大根香葉烯(0.13%)、α-石竹烯(0.09%)、辛醛(0.36%)和癸醛(0.08%),占總含量的1.30%;超臨界CO2萃取法藤椒油產品中存在的特有揮發性成分有11種,分別是3-甲基-2-丁烯腈(0.19%)、5-氰基-1-戊烯(0.08%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、α-松油烯(0.17%)、反式-β-羅勒烯(0.07%)、3,3-二甲基己醇(0.06%)、乙酸-4-松油烯醇酯(0.08%)、苯乙酸甲酯(0.05%)、(E,E)-2,4-己二烯醛(0.08%)、(+)-香茅醛(0.04%)和1-甲基-異己酸(0.07%),占總含量的2.98%。因此,揮發性成分的不同可能也是影響兩種工藝藤椒油產品風味差異的因素之一。

2.4 兩種工藝藤椒油產品揮發性成分種類比較

由表2可知,兩種工藝藤椒油產品中相對含量最高的均為烯類化合物,油浸法藤椒油產品中烯烴類化合物有14種,占總含量65.28%,主要是右旋萜二烯(34.87%)、檜烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超臨界CO2萃取法藤椒油產品中烯烴類化合物有15種,占總含量73.35%,主要是右旋萜二烯(36.80%)、檜烯(19.42%)、月桂烯(8.36%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)和α-苧烯崖柏烯(1.28%)。其次為醇類化合物,油浸法藤椒油產品中醇類化合物有3種,占總含量33.82%,主要是芳樟醇(33.56%);超臨界CO2萃取法藤椒油產品中醇類化合物有4種,占總含量25.35%,主要是芳樟醇(25.21%)。兩種工藝藤椒油產品中都還存有少量的酯類、酮類和醛類化合物,油浸法藤椒油產品中各組分含量分別為0.31%、0.11%和0.48%,占總含量的0.90%;超臨界CO2萃取法藤椒油產品中各組分含量分別為0.87%、0.19%和0.17%,占總含量的1.17%。另外,相對于油浸法藤椒油產品,超臨界CO2萃取法藤椒油產品的揮發性成分種類中還含有微量的酸類化合物(0.07%)。

表2 兩種工藝藤椒油產品揮發性成分種類比較Table 2 Comparison of volatile components of in rattan pepper oil from two production processes

油浸法藤椒油產品和超臨界CO2萃取法藤椒油產品中揮發性成分的種類差異很小,烯類和醇類化合物是構成藤椒油產品揮發性成分的主要種類,總含量分別為99.10%和98.70%,說明烯類和醇類化合物是影響藤椒油產品香味和口感的主要因素;烯類和醇類化合物相對含量差異較大,前者烯類化合物相對含量(65.28%)低于后者烯烴類化合物(73.35%),而前者醇類化合物相對含量(33.82%)高于后者醇類化合物(25.35%),可能因為兩種工藝藤椒油產品烯類和醇類化合物相對含量比例的差異導致了香味和口感的差異。另外,超臨界CO2萃取法藤椒油產品的揮發性成分種類含有的微量酸類化合物(1-甲基-異己酸)可能也是影響香味和口感的因素之一。

3 結論

本文研究對比分析了傳統油浸法和超臨界CO2萃取法藤椒油產品的揮發性成分,結果發現:兩種藤椒油產品中共分離鑒定出33種揮發性成分,分別為22、27種;共有的揮發性成分有16種,傳統油浸法特有的揮發性成分有6種(β-欖香烯、1-石竹烯、大根香葉烯、α-石竹烯、辛醛和癸醛),超臨界CO2萃取法特有揮發性成分有11種(3-甲基-2-丁烯腈、5-氰基-1-戊烯、左旋-β-蒎烯、α-松油烯、反式-β-羅勒烯、3,3-二甲基己醇、乙酸-4-松油烯醇酯、苯乙酸甲酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、(+)-香茅醛和1-甲基-異己酸)。兩種藤椒油產品中主要揮發性成分(相對含量≥4.5%)均是右旋萜二烯、芳樟醇、檜烯和月桂烯,是藤椒油產品的主要香氣物質。相對含量≥1%的揮發性成分,超臨界CO2萃取法比油浸法藤椒油產品多3種,分別是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相對含量是油浸法藤椒油產品的2倍。烯類和醇類化合物是構成藤椒油產品揮發性成分的主要種類,但兩者相對含量不同;超臨界CO2萃取法藤椒油產品的揮發性成分中含有的微量酸類化合物(1-甲基-異己酸,0.07%),而傳統油浸法藤椒油產品未檢出。可見,兩種藤椒油產品揮發性成分的組成和種類及相對含量存在差異,影響了藤椒油產品的風味和口感,本研究結果可結合藤椒油產品的感官評定為超臨界CO2萃取法生產工藝的改進提供理論依據,同時為藤椒油組分的研究提供數據參考。