鹵湯中5種香辛料主效成分的提取檢測和溶出規律研究

蔣瑩，邢政，吳婷，徐曉云*

(1.華中農業大學 食品科學技術學院，武漢 430070；2.華中農業大學果蔬加工與品質調控湖北省重點實驗室，武漢 430070)

醬鹵加工是中國傳統食品的加工方式之一，是將香辛料、原料及其他輔料加入水中經過煮制而獲得的具有典型風味特征的醬鹵制品。丁香、八角、桂皮、辣椒、胡椒等是醬鹵常用的香辛料[1]，其鹵煮時主效成分的溶出在很大程度上影響甚至決定產品風味。桂皮香氣濃郁，先有甜感，后覺辛辣[2]，由樟科植物肉桂的樹皮經干燥而成，桂皮含有豐富的揮發油，其中肉桂醛為肉桂揮發油的主要成分[3]。丁香屬桃金娘科植物，其花蕾干燥后被用作香辛料，丁香酚是其揮發油的主要非特有成分，占比75%～88%，有強烈的丁香味和辛香味[4]。胡椒被贊譽為“香料之王”，是世界上用途最廣泛的香辛料之一，胡椒果實中的主效成分是胡椒堿，能夠給食材提供熱辣的口感，促進食欲[5]。辣椒屬茄科草本植物，干辣椒作為天然香辛調味料是醬鹵食品中不可或缺的香料，而辣椒堿和二氫辣椒堿則是承載辣椒辛辣味的主要來源，占總辣椒堿的90%左右[6]。研究表明，以上幾種香辛料的主效成分脂溶性好，在煮制過程中大部分溶解在油相中。

鹵湯中香辛料的主效成分是醬鹵產品風味的決定性因素之一，因此高效、準確檢測鹵湯中香辛料的主效成分對于產品風味的控制具有重要意義，但是目前的研究只針對鹵湯中單一主效成分或各主效成分的分開提取檢測研究，如楊莉等[7]通過甲醇提取火鍋底料湯底中的辣椒素類物質(Cap-S)并用HPLC檢測含量；程琦等[8]采用HPLC分別檢測鹵湯中丁香酚、羥基-β-山椒素和橙皮苷。但關于鹵湯中肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿這幾種主效成分的同時提取和檢測國內外尚未見報道，有必要建立多種香辛料主效成分同時定量檢測的方法。此外，為提高香辛料主效成分在鹵制加工中的溶出率，使原材料得以充分利用，探索主效成分的溶出規律有著重要意義。有研究表明，鹵煮時間[9]、油脂類型[10]等因素對某些香辛料主效成分的溶出有顯著影響。因此，本研究以鹵煮中鹵煮時間、食鹽濃度、油脂種類和添加量為主要工藝參數，探究不同鹵煮條件下香辛料主效成分的溶出規律，為香辛料的科學使用提供了參考。

本研究在簡化鹵煮體系下，探索了不同鹵煮條件下4種香辛料的溶出規律，比較了3種提取方式提取凈化的目標物，優化了鹵湯中主效成分的提取，建立了5種香辛料主效成分同時進行UPLC定量檢測的方法，為傳統醬鹵加工制品加工過程中風味的標準化控制提供了參考。

圖1 辣椒堿、二氫辣椒堿、胡椒堿、肉桂醛及丁香酚分子結構式

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣椒堿標準品(純度≥98%)：CAS號2444-46-4；二氫辣椒堿標準品(純度≥98%)：CAS號19408-84-5；丁香酚標準品(純度≥98%)：CAS號97-53-0；胡椒堿標準品(純度≥98%)：CAS號94-62-2；肉桂醛標準品(純度≥98%)：CAS號104-55-2，均購于上海源葉生物科技有限公司；甲醇(色譜級)、乙腈(色譜級)：美國TEDIA公司；甲酸(色譜級)、二甲基亞砜(色譜級)：天津市科密歐化學試劑有限公司；甲醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷：國藥集團化學試劑有限公司；桂皮、丁香、辣椒、胡椒及油脂樣品：均為市售。

1.2 儀器與設備

Acquity UPLC H-Class超高效液相色譜儀；Cenlee 20R臺式高速冷凍離心機；DF-101S加熱磁力攪拌器；R-1001VN旋轉蒸發儀；DC150-2氮吹儀；KQ-600DE超聲波清洗器；Milli-Q超純水儀；Heratherm電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

干香辛料樣品的預處理：將辣椒、胡椒、丁香、桂皮放入60 ℃干燥箱中烘制12 h至恒重(辣椒樣品需除雜除蒂)，分別粉碎，過100目篩，稱量，裝袋于-20 ℃備用。

鹵湯的制備：本實驗以通常醬鹵企業鹵湯中14%平均油脂含量構建簡化鹵湯來研究辣椒、胡椒、丁香、桂皮等在鹵煮過程中主效成分的溶出規律。分別稱量上述預處理的香辛料樣品：辣椒2.60 g，丁香、胡椒、桂皮各0.08 g，置于500 mL的圓底燒瓶中，加入186.00 g純凈水、14.00 g大豆油，于130 ℃的油浴中加熱20 min得到鹵湯。

1.3.2 UPLC檢測香辛料主效成分

1.3.2.1 色譜條件

色譜柱：Acquity UPLC HSS T3反向色譜柱(2.1 mm×100 mm，1.8 μm)，流動相：乙腈(A)-0.1%甲酸(B)，洗脫梯度：0～10 min，30%～60% A；10～12 min，60%～62%A；12～14 min，62%～70% A；14～15 min，70%～30% A；15～16 min，30% A；柱溫：25 ℃；流速：0.2 mL/min；進樣量：2 μL；檢測波長：280 nm(肉桂醛、丁香酚、辣椒堿和二氫辣椒堿)和343 nm(胡椒堿)。

1.3.2.2 標準溶液的配制及標準曲線的繪制

混合標準溶液：精密稱量肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿、二氫辣椒堿標準品適量，配成100 mmol/L的儲備液，于-80 ℃保存。取上述標準液，以甲醇為溶劑，配制肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿、二氫辣椒堿的混合梯度稀釋溶液，現配現用。以5種標準品的濃度(μg/mL)為橫坐標、峰面積為縱坐標繪制標準曲線。

1.3.2.3 檢出限、定量限、回收率

按S/N約為3和S/N約為10分別確定該方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)，單位為μg/mL，將定量限溶液重復進樣6次，計算峰面積的RSD，確認方法在定量限濃度下的精密度；在大豆油空白樣品中添加濃度分別為0.15,0.30,0.60 μg/mL的混合標準溶液，按照1.3.2和1.3.3已確定的方法提取、檢測，計算回收率和RSD。

1.3.3 提取方法

將1.3.1制備好的鹵湯倒入分液漏斗中，靜置后獲得上層油相。

甲醇[11]：稱取上層油樣2.0 g于50 mL離心管中，加入10 mL甲醇，渦旋混勻1 min，超聲頻率70 kHz，提取15 min，8000 r/min冷凍離心5 min，收集溶劑于試管中，再重復加入4 mL甲醇提取2次，合并3次提取液。

乙腈飽和的正己烷[12]：稱取上層油樣2.0 g于50 mL離心管中，加入10 mL乙腈飽和的正己烷溶液，渦旋混勻1 min，經過10 min靜置后，再向離心管中加入10 mL乙腈飽和的正己烷溶液，超聲頻率70 kHz，提取2 min，8000 r/min離心5 min，取出乙腈層溶液，另外重復加入4 mL乙腈飽和的正己烷提取2次，合并3次提取液。

石油醚[13]：稱取上述鹵煮液中的上層油樣2.0 g于50 mL離心管中，加入10 mL石油醚溶解油液，而后加入10 mL甲醇，超聲頻率70 kHz，提取2 min，8000 r/min離心5 min，收集甲醇相，再重復加入4 mL甲醇提取2次，合并3次提取液。

分別取上述3種提取處理的樣品，加入甲醇(乙腈、甲醇)定容至20 mL，用移液槍移取5 mL樣液于45 ℃水浴中并用氮氣吹至近干，甲醇(乙腈、甲醇)定容至1 mL，將提取液過0.22 μm的有機濾膜，留作UPLC測定。

1.3.4 不同鹵煮條件對主效成分溶出的影響

1.3.4.1 鹵煮時間對香辛料主效成分溶出的影響

稱量烘干磨成粉的辣椒2.60 g，丁香、胡椒、桂皮各0.08 g，置于500 mL的圓底燒瓶中，加入186.00 g純凈水、14.00 g大豆油，放入130 ℃的油浴中分別加熱20，50，80，110，140 min得到鹵湯。

1.3.4.2 油脂類型對香辛料主效成分溶出的影響

稱量烘干磨成粉的辣椒2.60 g，丁香、胡椒、桂皮各0.08 g，置于500 mL的圓底燒瓶中，加入186.00 g純凈水、14.00 g油脂，放入130 ℃的油浴中加熱20 min，油脂類型分別為玉米油、葵花籽油、花生油、牛油、豬油和羊油。

1.3.4.3 油脂含量對香辛料主效成分溶出的影響

稱量烘干磨成粉的辣椒2.60 g，丁香、胡椒、桂皮各0.08 g，置于500 mL的圓底燒瓶中，加入質量比分別為3.5%、7.0%、14.0%、28.0%、56.0%的葵花籽油，剩余質量用純凈水補齊，放入130 ℃的油浴中加熱20 min得到不同油脂含量的鹵湯。

1.3.4.4 食鹽濃度對香辛料主效成分溶出的影響

稱量烘干磨成粉的辣椒2.60 g，丁香、胡椒、桂皮各0.08 g，置于500 mL的圓底燒瓶中，加入372.00 g純凈水、28.00 g葵花籽油、質量比分別為1%、2.5%、5%、10%、20%的食用鹽，充分溶解后，放入130 ℃的油浴中加熱20 min得到鹵湯。

1.3.5 數據處理

采用儀器自帶的Empower軟件對UPLC所得的數據進行峰面積積分處理，利用SPSS 20進行統計分析，GraphPad Prism 8 進行繪圖處理，設置顯著性水平為P<0.05，結果表示為平均值±標準差，每組實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 色譜條件的優化

查閱文獻得知肉桂醛[14]、丁香酚[15]、胡椒堿[16]、辣椒堿和二氫辣椒堿的最大吸收波長分別為289，283，340，280，280 nm。對這5種目標物質進行全波長掃描，當波長為280 nm時，肉桂醛、丁香酚、辣椒堿、二氫辣椒堿有較大的吸收，而胡椒堿在340 nm下有較高的吸光度，因此選擇280 nm和340 nm對目標物質進行雙波長同時檢測，見圖2。甲醇-水和乙腈-水是反向高效液相分析中最常用的流動相組合，在等度洗脫模式下，嘗試了不同種類及不同比例的有機溶劑與水和甲酸水作為流動相都沒有將目標物質明確分開，可能是因為目標物質性質差別較大，單一的流動相極性不能將這5種物質有效分離。用乙腈代替甲醇，物質峰峰寬較窄，峰形較好，加酸可以改善分離度，減少峰拖尾，因此最終采用乙腈(A)-0.1%甲酸水，梯度洗脫程序為：0～10 min，30%～60% A；10～12 min，60%～62% A；12～14 min，62%～70% A；14～15 min，70%～30% A；15～16 min，30% A，見圖3。5種組分均在16 min內被檢出，出峰完好，峰形尖銳。

圖2 肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿全波長掃描圖

圖3 肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿5種混標色譜圖

2.2 方法的線性范圍、檢出限和定量限

按照1.3.2對不同質量濃度的鹵煮液上層油相中5種目標物質的標準溶液進行測定，肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿的標準曲線回歸方程、相關系數、線性范圍、檢出限和定量限見表1。5種目標物質在相應線性范圍內線性關系良好，相關系數均≥0.9998。

表1 5種目標物質的線性范圍、線性方程和相關系數

2.3 提取方法的選擇

甲醇和乙腈是液液萃取中常用的有機溶劑，其溶解范圍廣，但通常不與油脂混溶，許多溶解在植物油中的脂溶性物質都可以用甲醇和乙腈有效提取。實驗結果表明，甲醇和乙腈飽和的正己烷提取5種目標物質，UPLC檢測時基質干擾較低，且目標物質能較好地分離，但乙腈飽和的正己烷提取出的各個主效成分含量都更高(P<0.05)。另有文獻表明富含油脂的基質需要通過溶油試劑處理，再用有機試劑萃取得到目標物質，因此，選用與油脂混溶的石油醚、甲醇提取，此提取溶劑與乙腈飽和的正己烷萃取目標物質的含量不顯著(P>0.05)，但樣品溶液較為渾濁，長期使用會污染色譜柱，使色譜柱壽命降低。結果顯示各溶劑檢出的各個目標物質含量為乙腈飽和的正己烷>石油醚>甲醇。

表2 不同提取方法檢測的主效成分含量

2.4 回收率實驗

選擇乙腈飽和的正己烷為最終的樣品前處理手段，進行加標回收實驗。分別吸取1.3.2配制的標準溶液，添加濃度分別為0.15，0.30，0.60 μg/mL的混合標準溶液于0.5 g大豆油中，超聲提取，每個濃度平行測定3次。由表3可知，肉桂醛的平均回收率為88.1%～102.9%，丁香酚的平均回收率為92.8%～101.5%，胡椒堿的平均回收率為99.6%～107.6%，辣椒堿的平均回收率為84.6%～91.4%，二氫辣椒堿的平均回收率為100.2%～101.9%，相對標準偏差(RSD)為0.2%～2.2%，表明該方法有較好的穩定性，能實現準確定量。

表3 加標回收率實驗結果

2.5 不同鹵煮條件對主效成分溶出的影響

2.5.1 鹵煮時間對香辛料主效成分溶出的影響

由圖4可知，隨著鹵煮時間的延長，在20～80 min之間辣椒堿、二氫辣椒堿的溶出量先升高，80 min后逐漸下降，二者溶出趨勢一致；胡椒堿溶出呈現波動趨勢，在110 min溶出量達到最大值，隨后持續加熱分解，溶出量顯著下降；而丁香酚和肉桂醛在第20 min時溶出量已經達到了最大值，隨著時間的延長，溶出量逐漸降低，且之前已溶出的主效成分經過長時間的加熱后部分分解，在80～140 min之間變化趨于平緩，但丁香酚在煮制20～80 min時下降較快，說明丁香酚易溶出，且加熱穩定性較差。在110～140 min，5種目標物質的溶出量均有所下降，溶出量不會隨鹵煮時間的繼續延長而增加。

圖4 鹵煮時間對5種主效成分溶出規律的影響

鹵煮時間影響主效成分的溶出和降解，各主效成分在鹵煮過程中水相和油相不斷遷移，達到溶出平衡后，隨著加熱時間延長而逐漸分解，辣椒堿和二氫辣椒堿的溶出和降解趨勢相似，這與Cheok等[17]的研究結論一致。肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿達到溶出平衡的時間點不同，可能與物質本身的極性和鹵煮液的性質有關，實際生產中掌握鹵煮時間對各主效成分溶出規律的影響可節省時間和原料。

2.5.2 油脂類型對香辛料主效成分溶出的影響

5種香辛料主效成分都是脂溶性物質，不同油脂類型可能會影響其在鹵煮過程中的溶出情況。動植物油的脂肪酸比例差異顯著，各油脂的脂肪酸含量見表4，植物油含有豐富的多不飽和脂肪酸，而動物油中飽和脂肪酸含量居多。使用葵花籽油進行鹵煮，各主效成分溶出含量最多，見圖5。與其他油脂相比，葵花籽油鹵煮體系中胡椒堿溶出顯著(P<0.05)，丁香酚、辣椒堿和二氫辣椒堿在葵花籽油和玉米油中與其他油脂相比溶出差異顯著(P<0.05)，而肉桂醛在牛油和豬油及其他幾種油脂中的溶出均不顯著(P>0.05)。

表4 油脂的脂肪酸含量組成

圖5 油脂類型對5種主效成分溶出規律的影響

不同油脂的脂肪酸組成不同，且油脂在鹵煮過程中會產生質量的變化，包括脂肪酸含量的改變，有文獻表明，在加熱過程中已溶出的辣椒堿不僅會受到熱損失，同時脂肪酸氧化生成的自由基也會使辣椒堿降解[18]，由此可以猜測不同油脂在鹵煮過程中的變化會影響5種香辛料主效成分的含量。葵花籽油、花生油等不飽和脂肪酸含量高，而牛油等動物性油脂的不飽和脂肪酸含量則較低，有研究認為由于食用油脂在加熱過程中發生熱氧化、熱聚合等反應，脂肪酸生成極性大的物質，且相同加熱條件下植物油如葵花籽油比牛油生成的極性物質更多[19]，因此各主效成分在葵花籽油中溶出更高，與其他油脂相比更有利于肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿的溶出。

2.5.3 油脂含量對香辛料主效成分溶出的影響

肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿都屬于脂溶性物質，能很好地溶于油脂中。不同油脂含量對5種主效成分溶出量的影響見圖6。隨著鹵湯中油脂比例逐漸升高，各主效成分的溶出量均有所上升，丁香酚、胡椒堿和辣椒堿在油脂含量為28%時已完全溶于油脂中，增加油脂含量反而相當于稀釋了其濃度，而肉桂醛和二氫辣椒堿隨著油脂含量升高，其溶出量也逐漸上升，表明油脂含量越高越有利于肉桂醛和二氫辣椒堿的溶出，油脂含量為56%時，其溶出量達到最大值，但考慮到實際醬鹵生產過程中，油脂含量不可能超過56%，因此未對更高的油脂比例進行考察。

圖6 油脂含量對5種主效成分溶出規律的影響

2.5.4 食鹽濃度對香辛料主效成分溶出的影響

食鹽是烹飪中必不可少的調味料之一，食鹽添加量會影響鹵煮液中離子強度，進而影響鹵煮過程中香辛料主效成分的溶出。不同食鹽添加量下5種主效成分的溶出情況見圖7，食鹽濃度為1%～5%時，肉桂醛和丁香酚的溶出量呈降低趨勢，而10%時兩者的溶出量達到最高值，當食鹽濃度升到20%時溶出量急劇下降。胡椒堿的含量在食鹽濃度為1%時最高，隨著食鹽濃度的增加，其溶出量先顯著下降后緩慢上升，隨后在20%的急劇下降。辣椒堿和二氫辣椒堿隨著食鹽濃度的升高溶出規律相似，鹽濃度為1%～5%時，兩者溶出量逐漸上升到最高，達到5%后，和另外3種主效成分一致，辣椒堿和二氫辣椒堿的含量出現驟然下降的趨勢。說明適當的食鹽濃度對于各主效成分的溶出有一定的促進作用，而過高的食鹽濃度則不利于主效成分的溶出，可能是食鹽的離子強度影響鹵煮液的極性，從而影響主效成分的溶出量[20]。

圖7 食鹽濃度對5種主效成分溶出規律的影響

3 結論

乙腈飽和的正己烷提取法屬于液液分配凈化法，香辛料主效成分和油脂被正己烷提取后，由于這5種主效成分的極性比油脂大，加入極性溶劑乙腈后，通過振搖或者超聲能使目標物質進入乙腈相中，重復提取幾次能使目標物質幾乎完全與油脂分離。本文通過UPLC分析比較了甲醇、乙腈飽和的正己烷和石油醚對5種主效成分的提取效果，乙腈飽和的正己烷提取效果最好，對鹵湯上層油相中5種主效成分的回收率可達84.6%～107.6%，說明該方法穩定性好。

另外，研究了桂皮、丁香、胡椒和辣椒的主效成分肉桂醛、丁香酚、胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿在模擬鹵煮體系中的溶出規律。鹵煮時間影響香辛料主效成分的溶出平衡，油脂含量和類型影響鹵煮液的極性，而食鹽濃度對鹵湯中的離子強度產生影響。通過實驗最終得到了4種鹵煮常用香辛料中的5種主效成分在不同鹵煮條件下的溶出規律，丁香酚和肉桂醛、辣椒堿和二氫辣椒堿、胡椒堿分別在第20，80，110 min時溶出量最大，葵花籽油對各主效成分的溶出最顯著，油脂含量為28%時丁香酚、胡椒堿和辣椒堿幾乎全部溶出，而二氫辣椒堿和肉桂醛在油脂含量為56%時還在繼續溶出，胡椒堿、辣椒堿和二氫辣椒堿、丁香酚和肉桂醛在食鹽濃度分別為1%、5%、10%時溶出量最高。鹵煮條件與這5種主效成分的溶出密切相關，因此應多關注實際生產中的鹵煮過程，后期可對鹵煮條件影響溶出的機制進行深入研究。