不同產地鲊辣椒風味成分比較分析

張曼，湯艷燕，魏雪，鐘濤，闞建全，武運，杜木英*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(中匈食品科學合作研究中心，重慶，400715) 3(新疆農業大學 食品科學與藥學學院，新疆 烏魯木齊，830052)

鲊辣椒，又稱鲊海椒、鲊金椒，是我國一種特色鮮明的發酵辣椒制品[1]。鲊辣椒作為調味品用途廣泛，色澤鮮艷，風味獨特，頗受消費者青睞[2]。但由于鲊辣椒是地方特色食品，作坊式生產居多，發酵周期長，發酵過程不穩定，導致產品品質差異性大[3]，從而制約了鲊辣椒的工業化生產。

風味物質作為評價鲊辣椒品質的重要指標，受到多重因素影響，如辣椒原料、發酵菌種、發酵工藝等。陸寬等[4]發現不同辣椒品種發酵后的風味能夠有效被電子鼻和GC-MS技術區分。宋煜婷等[5]發現接種體積分數為2%的乳酸菌、添加50 g/L葡萄糖或30 g/L乳糖有利于促進發酵液中乳酸菌的生長及的保持糟辣椒脆度。XU等[6]發現在紅辣椒自然發酵過程中，曲霉、芽孢桿菌、短桿菌與1-丁醇、3-甲基-乙酸酯的形成高度相關。張東亞等[7]發現采用新工藝配方制作的風味糟辣椒更具商品價值。本實驗室前期也對發酵辣椒生物胺、不同品種鲊辣椒形成的風味物質以及發酵過程中微生物群落結構演替進行了初步探究[8-10]。但研究僅限于特定辣椒品種且研究范圍較小，因此研究不同產地鲊辣椒風味對其品質提升是十分有必要的。

本實驗以采自5個偏好辣味的地區(重慶武隆、重慶石柱、貴州遵義、湖南常德、湖北荊州)的鲊辣椒為研究對象，通過比較分析其理化指標、有機酸、游離氨基酸以及揮發性成分的差異，旨在為鲊辣椒風味改良提供基礎數據，為不同地區鲊辣椒品質評價提供科學依據，對實現其工業化生產具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5種鲊辣椒分別采自重慶武隆、重慶石柱、貴州遵義、湖南常德、湖北荊州的農貿市場，采集后低溫運回實驗室，4 ℃保存備用。5種鲊辣椒均采用傳統自然發酵方式[11]制備而成。

3,5-二硝基水楊酸(分析純)，成都科龍化工試劑廠；有機酸標準品，索萊寶生物科技有限公司；2-辛醇，上海阿拉丁生化股份有限公司。

1.2 儀器與設備

雷磁PHS-3C pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司；L-8900氨基酸全自動分析儀，日本日立公司；LC-20A高效液相色譜儀、GCMS-GP2010氣相色譜-質譜聯用儀，日本島津公司；100 μm聚二甲基硅氧烷固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME) 裝置，美國 Supleco公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同產地鲊辣椒基本理化指標測定

水分含量根據GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》，采用直接干燥法測定；pH根據GB 5009.237—2016《食品pH值的測定》，采用pH計測定；總酸根據GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》，采用中和滴定法測定；食鹽含量根據GB 5009.44—2016《食品中氯化物的測定》，采用直接沉淀法測定；還原糖采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定[12]；可溶性糖采用蒽酮法測定[12]。

1.3.2 不同產地鲊辣椒有機酸含量測定

有機酸含量的測定參考尹小慶等[10]方法，并進行適當優化。

樣品前處理[13-14]：稱取2.5 g樣品，加入40 mL純水于超聲處理30 min(25 ℃)，冷卻后定容至50 mL，經雙層濾紙過濾。取濾液20 mL加入1 mL 30%(體積分數)硫酸鋅溶液和1 mL 10.6%(體積分數)亞鐵氰化鉀溶液，搖勻后靜置30 min，離心后將上清液經0.45 μm濾膜過濾后上機分析。

色譜條件：色譜柱：Agilent C18(4.6 mm×150 mm，5 μm)；流動相：V(體積分數為1%的甲醇)∶V(0.06 mol/L KH2PO4)=1∶99，用磷酸調節pH值至2.5；流速：0.6 mL/min；進樣量：15 μL；柱箱溫度：28 ℃；紫外檢測波長：210 nm。

1.3.3 不同產地鲊辣椒游離氨基酸含量測定

采用氨基酸全自動分析儀測定鲊辣椒中游離氨基酸種類和含量。

1.3.4 不同產地鲊辣椒揮發性成分測定

揮發性成分測定參考王巧碧等[15]的方法，并做適當修改。

萃取方法：準確稱取5 g鲊辣椒樣品置于20 mL頂空進樣瓶中，加入2-辛醇(10 μL 500 mg/L)，加蓋密封。然后將裝有100 μm聚二甲基硅氧烷萃取頭的手動進樣器插入瓶中，50 ℃頂空吸附40 min。吸附完成后，迅速拔出手動進樣器放置于氣相色譜儀進樣口(250 ℃)，推出萃取頭解析5 min后進行數據采集。

GC條件：DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：40 ℃保持2 min，以10 ℃/min升溫到150 ℃，保持2 min，再以4 ℃/min升溫到250 ℃，保持5 min；不分流進樣；高純氮氣流速為1 mL/min。

MS條件：離子源溫度250 ℃；電子能量70 eV；接口溫度250 ℃；四極桿質量分析器；質量掃描范圍m/z為40～400。

以正構烷烴標準品的實際測量值校正保留時間[16]，通過NIST17 Library譜庫檢索所得揮發性成分(匹配度>80%)；再利用內標對各揮發性成分進行定量分析。

1.3.5 香氣活度值的計算

采用香氣活度值(odor activity value，OAV)表征鲊辣椒中各香氣化合物對主體香氣成分的貢獻。查閱相關文獻確定各揮發性成分的風味閾值后按公式(1)計算OAV[17]：

(1)

式中：Ci為化合物的含量，μg/kg；Ti為該化合物的香氣閾值濃度，μg/kg。

1.3.6 數據分析

所有數據均使用SPSS Statistic 20.0軟件進行數據的線性回歸分析，熱圖采用R語言繪制，主成分分析圖采用SMICA 14.0軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 不同產地鲊辣椒理化指標分析

由表1可知，不同產地鲊辣椒水分含量均介于40%～50%，符合DB S52/010—2016標準中規定水分≤70%的要求[18]。水分含量與微生物的生長代謝有著密切的關系。5種鲊辣椒的pH值均<4.5，發酵過程中pH的降低能夠抑制部分腐敗微生物的生長繁殖，有利于提高鲊辣椒的安全性[19]。不同產地鲊辣椒的總酸含量差異顯著(P<0.05)，其中常德鲊辣椒的總酸含量最高，達到0.981%，是遵義鲊辣椒的1.96倍。石柱鲊辣椒還原糖質量分數最低，僅為0.12%，在發酵過程中還原糖為微生物提供碳源，其含量高低直接影響微生物的生長活動。不同產地鲊辣椒中鹽含量均遠低于辣椒制品地方標準[18]，符合消費者的新興消費需求。適宜的鹽濃度能夠抑制雜菌，為乳酸菌提供良好生長環境。

表1 不同產地鲊辣椒的理化指標Table 1 Physio-chemical indicators of zha-chili from different places

2.2 不同產地鲊辣椒有機酸分析

有機酸是衡量鲊辣椒風味品質的重要指標。由表2可知，從樣品中共檢測到6種有機酸，各地區鲊辣椒有機酸含量顯著差異(P<0.05)，其中常德鲊辣椒有機酸含量最高，為(17.73±0.45) mg/g；武隆鲊辣椒含量最低，僅為(4.86±0.21) mg/g。草酸和乳酸在5種鲊辣椒中均被檢出，而檸檬酸未被檢出，可能是因為檸檬酸作為三羧酸循環中間產物一般不會在細胞內積累[20]。石柱鲊辣椒中乳酸含量最高，為(5.73±0.04) mg/g，占總有機酸含量的53%，且僅在該樣品中檢測到蘋果酸。乳酸不僅能由糖酵解途徑產生，還可以直接由蘋果酸脫羧生成[21]。乙酸是其他鲊辣椒中含量最高的有機酸，分別占總有機酸含量的50.8%、58.8%、49.5%、40.6%。在鲊辣椒自然發酵過程中，乙酸主要由異型乳酸發酵的乳酸菌生成[13]。乙酸的積累主要取決于糖代謝和發酵原料[22]。在石柱鲊辣椒中未檢測到乙酸，可能是因為在自然發酵過程中乙酸與酵母代謝所產生的醇類物質發生酯化反應[23]。琥珀酸是典型的鮮味成分，能夠中和過量乙酸帶來的刺激性，使得鲊辣椒的口感更柔和[13]。

表2 不同產地鲊辣椒中有機酸含量 單位：mg/g

2.3 不同產地鲊辣椒游離氨基酸分析

由表3可知，鲊辣椒中共檢出17種游離氨基酸，包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸。不同地區總游離氨基酸含量從高到低為：荊州鲊辣椒>常德鲊辣椒>石柱鲊辣椒>遵義鲊辣椒>武隆鲊辣椒。其中武隆鲊辣椒和遵義鲊辣椒中必需氨基酸所占比例均超過40%，營養價值更高[24]，且兩者氨基酸構成比例近似，均以苦味氨基酸和甜味氨基酸為主。石柱、常德和荊州鲊辣椒中甜味氨基酸含量最高，分別占氨基酸總量的34%、71%和73%，鮮味和無味氨基酸所占比例均低于2%。相比其余樣品，武隆鲊辣椒的芳香族氨基酸占比最高，為13%。芳香族氨基酸主要包括酪氨酸和苯丙氨酸，可作為前體物質被相關酶催化形成酚類化合物[25]。

表3 不同產地鲊辣椒中游離氨基酸含量 單位：mg/kg

游離氨基酸對食品風味的貢獻取決于它們在每種食品中的味覺活度值(taste activity value，TAV)。TAV是呈味化合物含量與該化合物閾值的比值[26]，反映了各呈味化合物對味道的貢獻，將TAV>1的化合物認為是特征呈味物質，值越大，代表貢獻越大。由表4可知，武隆鲊辣椒中游離氨基酸組成相對均衡，但所有氨基酸的TAV<1，說明游離氨基酸對風味的貢獻不大，但苦味氨基酸低于閾值可增強其他氨基酸呈味效應[28]。石柱鲊辣椒和遵義鲊辣椒的特征呈味氨基酸是谷氨酸，谷氨酸是最重要的呈鮮味氨基酸，其含量與鮮味程度高度相關[29]。絲氨酸和丙氨酸的TAV>1，所以常德鲊辣椒主要呈現甜味。絲氨酸和谷氨酸對荊州鲊辣椒的風味有貢獻，但由于絲氨酸的OAV值比谷氨酸的OAV值大，所以荊州鲊辣椒的甜味強于鮮味。

表4 不同產地鲊辣椒中游離氨基酸的味覺活度值Table 4 TAVs of free amino acids in zha-chili from different places

2.4 不同產地鲊辣椒揮發性成分分析

在5種鲊辣椒中共鑒定出79種揮發性物質，其中酯類31種、萜類16種、碳氫類14種、醇類7種、酸類5種、醛類3種、酚類2種以及1種吡嗪類物質。采用R語言繪制熱圖(圖1)，用不同的顏色表示每種揮發性成分的含量，藍色越深代表含量越少，紅色越深代表含量越多。不同產地鲊辣椒的揮發物質種類和含量存在較大差異，其中石柱鲊辣椒中揮發性成分總相對含量最高(20 472.01 μg/kg)，荊州鲊辣椒中揮發性成分總相對含量最低(2 580.84 μg/kg)。

在不同產地鲊辣椒中，酯類含量較高且種類最為豐富，這與歐陽晶等[30]的研究結果相同，出現該結果可能與乳酸菌厭氧發酵產酸與醇類形成酯類有關[15]。5種鲊辣椒共有的酯類揮發性物質共有15種，包括乙酸戊酯、乙酸戊酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯等，可賦予鲊辣椒花香和果香。在武隆鲊辣椒中，含量最多的是月桂酸乙酯，具有脂肪、奶油香。棕櫚酸乙酯在其他鲊辣椒中含量最高，具有陳油香氣，味醇甜。醇類不僅是芳香酯類前體物質，還能夠抑制腐敗微生物生長[7]。苯乙醇是5種鲊辣椒共有成分，主要呈現玫瑰香味。武隆鲊辣椒中,1,2-丁二醇的含量最高。正戊醇在石柱鲊辣椒、荊州鲊辣椒和常德鲊辣椒中含量最高，賦予鲊辣椒辛辣味，但高級醇含量過高會對鲊辣椒品質產生不利影響。醛類香氣濃郁，但在鲊辣椒中檢測出的醛類物質種類和含量均較少，該結果與前人研究一致[7,10]。萜類化合物主要呈現花香和木香，其感官閾值比較低，能賦予鲊辣椒特殊的香氣。萜類總含量僅次于酯類、碳氫類，β-欖香烯、(-)-β-花柏烯、β-石竹烯、β-雪松烯、α-金合歡烯在5種鲊辣椒中均檢出。碳氫類化合物相對含量僅次于酯類，但因其閾值高，對風味貢獻小。酸類只在武隆和石柱鲊辣椒中檢出，但二者均未檢出酚類物質。從聚類的層次分析，常德鲊辣椒和荊州鲊辣椒被聚為一類，武隆鲊辣椒和遵義鲊辣椒被聚為一類，說明各自組內香氣成分相對近似，石柱鲊辣椒為單獨一類，說明其與其他地區鲊辣椒香氣成分差異較大。揮發性成分差異與各地鲊辣椒的辣椒品種、原料生長環境、發酵溫度、發酵周期等因素密切相關。

2.5 揮發性成分主成分分析

主成分分析(principal component analysis，PCA)是研究發酵制品香氣成分的一種重要手段，目的是為了簡化變量和揭示變量之間的關系。圖2為不同產地鲊辣椒揮發性成分的得分圖和載荷圖。由得分圖可知，5種不同產地鲊辣椒在置信區間內區分明顯，說明不同產地鲊辣椒的揮發性成分存在明顯差異。結合載荷圖可發現，相比常德鲊辣椒和荊州鲊辣椒，武隆鲊辣椒、石柱鲊辣椒、遵義鲊辣椒揮發性風味物質組成更豐富。與石柱鲊辣椒密切相關的揮發性成分主要有羅勒烯、2-甲氧基-3-異丁基吡嗪等。與武隆鲊辣椒和遵義鲊辣椒密切相關的揮發性成分主要有α-金合歡烯、β-石竹烯等。與常德鲊辣椒和荊州鲊辣椒密切相關的揮發性成分主要有4-乙基愈創木酚、反油酸乙酯等。但由于不同揮發性成分的感官閾值不同，對主體香氣成分的貢獻也有差異，因此還需結合香氣活度值進一步分析。

2.6 香氣活度值分析

采用OAV表征鲊辣椒中各香氣化合物對主體香氣成分的貢獻。當OAV >1時，認為該化合物對樣品的香氣有貢獻，當OAV>10時，可認為其是重要香氣成分[30]。從樣品中共鑒定出17種OAV >1的成分，包括7種酯類化合物，1種醇類化合物，8種萜類化合物和1種吡嗪類化合物。

2-甲氧基-3-異丁基吡嗪具有強烈的青椒味、蔬菜味，除武隆鲊辣椒外，其OAV值在其他4種鲊辣椒中均為最高，是鲊辣椒主要香氣成分之一。在武隆鲊辣椒中未檢測到2-甲氧基-3-異丁基吡嗪，可能是因為該樣品發酵周期較短。尹小慶等[10]研究表明，2-甲氧基-3-異丁基吡嗪是在鲊辣椒發酵30 d之后生成的。5種鲊辣椒中乙酸己酯和α-金合歡烯的OAV值均>1，表明這2種成分也是構成鲊辣椒風味的主要物質。

表5 不同產地鲊辣椒中主要成分的OAV值Table 5 The OAVs of major aroma compounds in zha-chili from different places

3 結論

通過對來自不同產地的5種鲊辣椒進行風味比較分析發現，各地鲊辣椒理化指標均符合地方質量標準，且均呈現低鹽特點，總酸差異顯著(P<0.05)，常德鲊辣椒總酸最高。不同產地鲊辣椒中有機酸含量差異顯著(P<0.05)，石柱鲊辣椒以乳酸為主，其他鲊辣椒均以乙酸為主。TAV分析結果顯示，武隆鲊辣椒無特征呈味氨基酸，石柱鲊辣椒和遵義鲊辣椒主要呈鮮味，常德鲊辣椒和荊州鲊辣椒主要呈甜味。從5種鲊辣椒中共鑒定出79種揮發性物質，確定了17種關鍵香氣成分(OAV>1)，其中2-甲氧基-3-異丁基吡嗪、乙酸己酯、α-合金歡烯是構成鲊辣椒風味的關鍵物質。聚類分析顯示武隆鲊辣椒和遵義鲊辣椒風味相近，常德鲊辣椒和荊州鲊辣椒風味相近，石柱鲊辣椒則單獨為一類。