香氣活性值結(jié)合氣相色譜-嗅聞技術(shù)分析辣椒油的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味化合物

余進(jìn),曾艷,白艷,張良

(西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,四川 成都,610039)

辣椒油俗稱紅油,是一種由辣椒粉和多種香辛料經(jīng)特定工藝油炸而成的復(fù)合調(diào)味油[1]。辣椒油因具有香味濃郁、色澤紅亮和味道鮮辣厚重等特點(diǎn)深受人們喜愛(ài),常用于烹調(diào)中國(guó)傳統(tǒng)菜肴和加工各類麻辣休閑食品[2]。目前關(guān)于辣椒油品質(zhì)和整體風(fēng)味成分的研究已經(jīng)有了較多報(bào)道,張雪春等[3]研究了熬制溫度和時(shí)間以及浸提對(duì)辣椒油品質(zhì)的影響,通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化出了棕櫚油基辣椒油的最佳工藝參數(shù)。楊慧等[2]基于感官和氣相色譜-離子遷移譜分析了油溫對(duì)辣椒油風(fēng)味的影響,感官結(jié)果表明不同油溫制備的辣椒油香氣差異顯著,氣相離子遷移譜(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)分析結(jié)果表明,不同油溫的辣椒油香氣特異性明顯。葉夢(mèng)宇等[4]研究了油溫對(duì)辣椒油品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)辣椒油中關(guān)鍵揮發(fā)性成分以低香氣閾值的醛類、醇類為主,且含量隨著油溫的升高而增加,在180 ℃時(shí)達(dá)到最高值。

頂空固相微萃取-全二維氣相色譜-質(zhì)譜法(headspace solid phase micro extraction-gas chromatography×gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC×GC-MS)是目前國(guó)際上比較主流的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)技術(shù)之一,解決了傳統(tǒng)一維氣相色譜在分離復(fù)雜樣品時(shí)峰容量嚴(yán)重不足的問(wèn)題,具有簡(jiǎn)單、速度快、靈敏高的優(yōu)點(diǎn)。香氣活性值(odor activity value, OAV)法結(jié)合氣相色譜-嗅聞(gas chromatography-olfactometry, GC-O)技術(shù)是鑒定食品關(guān)鍵香氣物質(zhì)的常用方法,李揚(yáng)等[5]使用此法分析乳脂的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,從8種乳脂產(chǎn)品中共檢出40種揮發(fā)物,相對(duì)氣味活度值(relative odor activity value, ROAV)法確定關(guān)鍵風(fēng)味物共17種,GC-O可識(shí)別7種關(guān)鍵風(fēng)味物。趙玉等[6]使用GC-O結(jié)合OAV鑒定隴南初榨橄欖油關(guān)鍵香氣成分,采用GC-O在3種初榨橄欖油中各篩選出12～15種香氣活性成分,OAV分析發(fā)現(xiàn)了11～13種關(guān)鍵香氣成分(OAV≥1),兩者結(jié)合,科學(xué)篩選出了3種初榨橄欖油的關(guān)鍵香氣成分。但是,運(yùn)用此法在辣椒油關(guān)鍵香氣物質(zhì)方面的研究鮮有報(bào)道。

關(guān)于制作辣椒油的最佳油溫還存在爭(zhēng)議,如董道順等[1]利用感官評(píng)定方法測(cè)得最佳油溫為140 ℃;李昌文[7]利用正交試驗(yàn)和感官評(píng)定等方法測(cè)得最佳油溫為180 ℃;段輝煌[8]的研究則表明油溫為230 ℃時(shí)滋味評(píng)分值達(dá)到最大。綜上所述,不同油溫制作的辣椒油風(fēng)味各異,能被不同偏好的人群所接受。本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)150、190、230 ℃ 3種油溫制作的辣椒油分別具有特殊的脂香味、熟香味和糊香味,將這3種香型的辣椒油作為研究對(duì)象有利于更加科學(xué)全面地分析出辣椒油的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。故本研究采用HS-SPME-GC×GC-MS分析3種辣椒油在揮發(fā)性風(fēng)味化合物組成上的差異,然后采用OAV法和GC-O技術(shù)篩選辣椒油的關(guān)鍵風(fēng)味化合物,旨在進(jìn)一步明確辣椒油的關(guān)鍵香氣成分并為辣椒油產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

二荊條辣椒和燈籠椒,當(dāng)?shù)叵懔吓l(fā)市場(chǎng),于4 ℃冰箱中密封存放待用;道道全濃香菜籽油,湖南巴陵油脂有限公司;鄰二氯苯標(biāo)準(zhǔn)品,美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GC×GC-MS 2020型全二維氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(配有NIST數(shù)據(jù)庫(kù)),日本島津公司;ODP3嗅覺(jué)檢測(cè)器,德國(guó)Gerstel公司;75 μm CARD PDMS萃取頭以及手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣手柄,美國(guó)Supelco公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 辣椒粉的制備

參照文獻(xiàn)[9-10]的方法,采用電熱風(fēng)箱干制辣椒,溫度為60 ℃,經(jīng)數(shù)小時(shí)烘干至含水量在15%[11],干辣椒經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后過(guò)18目篩制得辣椒粉[12]。

1.3.2 辣椒油的制備

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,確定二荊條辣椒和燈籠椒的質(zhì)量比為1∶1,菜籽油與辣椒粉的質(zhì)量比為4∶1,將菜籽油加熱至280 ℃,除煙,在恒溫油浴鍋中用150、190、230 ℃的油溫分別熬制辣椒粉30 s,熬制后迅速放置于冷水浴中冷卻至室溫,浸提12 h后過(guò)濾備用。

1.3.3 辣椒油揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

采用HS-SPME-GC×GC-MS測(cè)定[13-14],取5 g辣椒油樣品置于20 mL螺口玻璃瓶中,加入1 μL質(zhì)量濃度為1 mg/mL的鄰二氯苯甲醇溶液[15],充分混勻后用聚四氟乙烯襯里的硅橡膠墊密封。60 ℃預(yù)熱20 min,然后插入75 μm CARD PDMS萃取頭,頂空萃取30 min,將萃取頭插入進(jìn)樣口解析5 min。

色譜條件[16]:色譜柱:DB-FFAP彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。載氣為He,流量1.0 mL/min,不分流,進(jìn)樣口溫度230 ℃。升溫程序:起始溫度50 ℃,保持1 min,以6 ℃/min的升溫速度升至220 ℃,保持7 min。

質(zhì)譜條件:接口溫度230 ℃,離子源溫度230 ℃,電子能量70 eV,掃描速率0.5 s/scan[11]。

定性與定量分析:通過(guò)與軟件自帶的NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比,保留匹配度>800的化合物[17]。根據(jù)內(nèi)標(biāo)物鄰二氯苯的峰面積與濃度的比值,用風(fēng)味化合物的峰面積換算出化合物的濃度進(jìn)行半定量分析,計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:Cx,物質(zhì)x的含量,mg/kg;Ax和As,分別為物質(zhì)x與內(nèi)標(biāo)物s的峰面積;mx和ms,分別表示用于萃取的樣品質(zhì)量(kg)與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量(mg)。

1.3.4 關(guān)鍵風(fēng)味化合物的鑒定

1.3.4.1 OAV分析

OAV為風(fēng)味化合物的濃度與自身的氣味閾值的比值,通常用OAV表示呈香物質(zhì)在香氣中起作用的強(qiáng)度[18]。一般認(rèn)為OAV≥1的化合物對(duì)辣椒油的氣味輪廓貢獻(xiàn)較大,被確定為辣椒油的關(guān)鍵風(fēng)味化合物[19],而OAV<1的化合物則對(duì)辣椒油的風(fēng)味具有一定的修飾作用,并無(wú)實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。

1.3.4.2 GC-O分析

GC條件與HS-SPME-GC×GC-MS色譜條件相同,組分在色譜柱分離后以1∶1模式分別進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器和嗅聞儀。挑選8位經(jīng)過(guò)感官訓(xùn)練的人員(4男4女)進(jìn)行嗅聞分析[19]。嗅聞人員準(zhǔn)確記錄感知到的每個(gè)流出物的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間及香氣描述。最終以流出物被嗅聞到的總次數(shù)即檢測(cè)頻率(detection frequency, DF)作為量化指標(biāo),8位評(píng)價(jià)人員中有4位及以上人員感知到的香氣物質(zhì)視為關(guān)鍵氣味活性物質(zhì)[19]。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

以上所有試驗(yàn)均做3次平行并以平均值作為結(jié)果。采用SPSS 23進(jìn)行方差分析,Origin 21繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種辣椒油HS-SPME-GC×GC-MS分析

采用HS-SPME-GC×GC-MS對(duì)不同溫度下制作的3種辣椒油的揮發(fā)性成分進(jìn)行對(duì)比分析,3種辣椒油共鑒定出108種揮發(fā)性成分。其中,醛類30種、醇類15種、酸類9種、酮類15種、酯類9種和30種其他類物質(zhì)。150、190、230 ℃制作的辣椒油分別檢測(cè)到82、64及98種揮發(fā)性成分,總含量分別為72.00、87.27、120.52 mg/kg(表1)。對(duì)每類物質(zhì)的含量匯總分析發(fā)現(xiàn)(圖1)辣椒油揮發(fā)性物質(zhì)的總含量隨著溫度的升高而上升,且均富含醛類、酸類、酯類和酮類物質(zhì)。從含量上看,醛類物質(zhì)在各辣椒油中的占比最高且均穩(wěn)定在46 mg/kg左右,其中以2,4-庚二烯醛、反式-2-癸烯醛、壬醛、2-十一烯醛、反-2-辛烯醛和2-庚烯醛為主導(dǎo)。醛類化合物主要來(lái)源于植物油中不飽和脂肪酸的氧化、美拉德反應(yīng)以及Strecker降解[20];此外,辣椒中醛類物質(zhì)的遷移也是辣椒油中醛類物質(zhì)的重要來(lái)源。醇類、酮類和其他雜環(huán)類物質(zhì)的含量隨著油溫的升高而呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì),這2類物質(zhì)是脂肪氧化的主要產(chǎn)物[20],較高的油溫有利于脂肪氧化。酸類和酯類物質(zhì)含量則是先上升再降低,酸類物質(zhì)主要來(lái)自脂肪的水解以及氧化過(guò)程中產(chǎn)生的小分子脂肪酸,酯類物質(zhì)主要來(lái)自醇類和酸類化合物物質(zhì)之間發(fā)生的酯化反應(yīng)[21],一定溫度的煎制為這一系列反應(yīng)提供了有利條件,同時(shí)過(guò)高油溫又致使酸類和酯類化合物裂解并產(chǎn)生較多雜環(huán)化合物,這與季德勝等[22]的研究較為一致。總體來(lái)看,本次研究結(jié)果與葉夢(mèng)宇等[4]的研究存在一定差異,其報(bào)道醛類、酮類、酯類、酸類、醇類物質(zhì)在升溫過(guò)程中相對(duì)含量先升高再降低,但是變化幅度較小。本次研究中3種辣椒油醛類物質(zhì)含量較為穩(wěn)定,酮類和醇類含量顯著上升。推測(cè)兩次實(shí)驗(yàn)中采用的菜籽油品牌、辣椒品種、熬制溫度和時(shí)間等方面的差異是導(dǎo)致研究結(jié)果不一致的重要原因。

圖1 不同辣椒油中各類物質(zhì)總含量分析Fig.1 Analysis of total contents of each group in different samples

表1 三種不同辣椒油HS-SPME-GC×GC-MS分析結(jié)果 單位:mg/kg

續(xù)表1

2.2 三種辣椒油揮發(fā)性成分OAV分析

根據(jù)各化合物的香氣閾值及其在辣椒油中的濃度,在3種辣椒油中確定了26種在所有或部分樣品中OAV≥1的香氣物質(zhì)。由表2可知,150、190、230 ℃制作的辣椒油中分別有19、16和18種OAV≥1的香氣成分,3種辣椒油含有12種共同關(guān)鍵風(fēng)味成分,包含9種醛類和乙酸、1-辛烯-3-酮及2-正戊基呋喃。(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式-2-癸烯醛、壬醛、反-2-辛烯醛、正己醛、2,4-癸二烯醛和1-辛烯-3-酮在所有樣品種皆具有較高的OAV(OAV>10)。其中,反式-2-癸烯醛和反-2-辛烯醛因具有極低的閾值和較高的濃度,致使其OAV均達(dá)到500以上,是辣椒油蘑菇味、雞肉香氣和新鮮黃瓜味、油膩味的主要來(lái)源。相比之下,(E,E)-2,4-庚二烯醛、壬醛、正己醛和2,4-癸二烯醛的氣味閾值較高,甚至達(dá)0.36 mg/kg,但由于其含量較高,同樣這些物質(zhì)對(duì)辣椒油的呈香具有重要作用,為辣椒油提供了豐富的脂肪香、堅(jiān)果味、青草味和雞肉香味。

表2 揮發(fā)性成分的OAV分析Table 2 OAV analysis of aroma compounds

除以上物質(zhì)外,所有辣椒油中OAV>1的物質(zhì)還有正辛醛、苯甲醛、戊醛、(Z)-壬-2-烯醛、(Z)-癸-2-烯醛、順式-4-庚烯醛、苯乙醛、糠醇、正戊醇、反式-2-辛烯-1-醇、正辛醇、乙酸、2-乙基-6-甲基吡嗪和2-正戊基呋喃,它們對(duì)辣椒油風(fēng)味輪廓的貢獻(xiàn)不可忽視。HALL等[23]認(rèn)為辛醛和戊醛是α-亞麻酸主要的次級(jí)氧化產(chǎn)物,辛醛具有油脂味和辛辣味[24],戊醛則具有甜美的面包和酒香氣味;2-正戊基呋喃具有豆香、果香、泥土香味,1-辛烯-3-酮具有蘑菇和泥土香味,乙酸則為辣椒油提供了酸香。糠醇和2-乙基-6-甲基吡嗪只在230 ℃制作的辣椒油中有檢出,且OAV均大于1,是此樣品中特有的焦糖面包香和烤土豆香。反式-2-辛烯-1-醇和正辛醇只有在150 ℃的樣品中有檢出且閾值極低,可認(rèn)為是此樣品的特有風(fēng)味物質(zhì)。

2.3 三種辣椒油揮發(fā)性成分GC-O分析

通過(guò)GC-O分析,從3種辣椒油中各篩選出12種、17種和15種檢測(cè)頻率≥4的揮發(fā)性成分,包括9種醛、4種酮、2種酸和1種吡嗪及其他類物質(zhì),這些物質(zhì)被稱為香氣活性成分。醛類物質(zhì)普遍具有強(qiáng)烈的氣味特征,經(jīng)GC-O篩選出的9種醛類中有8種為3個(gè)樣品共有,分別為2-甲基丁醛、糠醛、反式-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式2-庚烯醛、壬醛、苯甲醛和正己醛,評(píng)價(jià)人員在所有樣品中皆可感知到這些物質(zhì)的特征氣味。其中,糠醛主要來(lái)自于美拉德反應(yīng)[24],糠醛和苯甲醛皆具有油性堅(jiān)果氣息;反式-2-癸烯醛和2,4-癸二烯醛則呈現(xiàn)香菇與雞肉香氣,(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式2-庚烯醛和壬醛具有油脂的氣味特征;羥基丙酮和5-甲基-2-呋喃甲醇具有明顯的焦糖味,且在所有樣品中都有較高的DF值,對(duì)辣椒油焦糖呈香屬性的形成至關(guān)重要。吡嗪類和醛類中的2-甲基丁醛、已醛等被認(rèn)為是干辣椒的特征風(fēng)味物質(zhì)[25],分別具有烤土豆香氣、咖啡和可可香氣、青草香氣,在煎制過(guò)程中遷移至辣椒油中,是辣椒油烘烤香韻和青草香韻的重要貢獻(xiàn)者。2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮和乙酸是辣椒油主要易揮發(fā)的頭香成分[12],為辣椒油貢獻(xiàn)了獨(dú)特的清香氣和酸香氣。正己酸具有令人不愉悅的椰肉油氣味,可能對(duì)辣椒油的整體風(fēng)味具有負(fù)面作用。

對(duì)比表2和表3可知,OAV法和GC-O法篩選出的關(guān)鍵化合物并不完全一致,馬士成等[26]和田淑琳等[27]也報(bào)道過(guò)2種方法所得結(jié)果不一致的情況。整個(gè)嗅聞過(guò)程中以空氣為基質(zhì),通過(guò)評(píng)價(jià)人員實(shí)施感官嗅聞,可能具有些許人為誤差;OAV分析絕大多數(shù)以載體油脂為基質(zhì)測(cè)定香氣閾值,這種不同評(píng)測(cè)基質(zhì)會(huì)引起兩種方式鑒定結(jié)果出現(xiàn)不一致的情況[28]。此外,由于未能查詢到部分化合物的閾值,不同文獻(xiàn)報(bào)道的化合物閾值也存在較大差異,所以導(dǎo)致部分化合物OAV有所缺失和誤差。綜上所述,只有將OAV法和GC-O法合理的結(jié)合起來(lái),才是篩選辣椒油關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的最佳方法。

表3 不同辣椒油GC-O篩選的香氣活性化合物(DF≥4)Table 3 Aroma active compounds screened by GC-O of different chilli oils (DF≥4)

由圖2可直觀看出OAV法和GC-O法各篩選出26和22種關(guān)鍵香氣成分,其中有10種是兩種鑒定方法共同篩選出的關(guān)鍵成分,包括(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式-2-癸烯醛、糠醛、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、2,4-癸二烯醛、正己酸、乙酸、2-乙基-6-甲基吡嗪。這10種共同關(guān)鍵成分擁有較高的含量和較低的閾值而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的氣味特征,因此具有較高的OAV且均能被評(píng)價(jià)人員準(zhǔn)確感知,可認(rèn)為它們對(duì)辣椒油風(fēng)味的形成有極其重要的貢獻(xiàn)。此外,在非共有成分中,由OAV法篩選出的4種成分[(Z)-壬-2-烯醛、反式-2-辛烯-1-醇、正辛醇、1-辛烯-3-酮]的OAV均在10以上,但在嗅聞過(guò)程中可能被其他風(fēng)味物質(zhì)所掩蓋而未能被嗅聞人員識(shí)別;由GC-O法篩選出的4種成分(2-甲基丁醛、羥基丙酮、5-甲基-2-呋喃甲醇、2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮)的DF值均可達(dá)到最大值(8),但由于部分閾值數(shù)據(jù)的缺失,未能計(jì)算出OAV,它們同樣可被認(rèn)為是辣椒油風(fēng)味的重要組成部分。

圖2 辣椒油關(guān)鍵香氣成分的Venn圖分析Fig.2 Venn diagram analysis of key aroma components of chilli oil

3 結(jié)論

通過(guò)HS-SPME-GC×GC-MS檢測(cè)150、190、230 ℃油溫制作的3種辣椒油共得到117種揮發(fā)性風(fēng)味化合物,化合物總含量分別為72.00、87.27、120.52 mg/kg,主要為醛類、酸類、酯類和酮類物質(zhì)。隨著油溫的升高,醛類物質(zhì)總量始終保持在46.00 mg/kg左右,醇類、酮類和其他雜環(huán)類物質(zhì)的含量隨著油溫的升高而呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì),酸類和酯類物質(zhì)含量則是先上升再降低。油溫對(duì)辣椒油風(fēng)味成分的種類和含量都有較大影響,是影響辣椒油風(fēng)味的關(guān)鍵因素。OAV法和GC-O法分別篩選出26種和22種關(guān)鍵風(fēng)味化合物,2種方法結(jié)合共同篩選出的10種成分[(E,E)-2,4-庚二烯醛、反式-2-癸烯醛、糠醛、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、2,4-癸二烯醛、正己酸、乙酸、2-乙基-6-甲基吡嗪]對(duì)辣椒油特征風(fēng)味的形成極其重要。除共有的10種成分外,(Z)-壬-2-烯醛、反式-2-辛烯-1-醇、正辛醇和1-辛烯-3-酮在所有樣品中的OAV均在10以上;GC-O嗅聞分析中,2-甲基丁醛、羥基丙酮、5-甲基-2-呋喃甲醇和2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮的DF值在部分樣品中可達(dá)最大值(8),兩種鑒定方法篩選出的這8種成分對(duì)辣椒油風(fēng)味輪廓的貢獻(xiàn)同樣不可忽視。綜上所述,本研究采用GC-O結(jié)合OAV分析,科學(xué)篩選出辣椒油38種關(guān)鍵風(fēng)味化合物,其中18種為極其重要的風(fēng)味化合物,研究結(jié)果可為辣椒油品質(zhì)改善及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。