SDE和SPME法对鲊海椒发酵中香气组成的比较分析

王巧碧，王 丹，赵 欠，周才琼（西南大学食品科学学院，重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400715）

SDE和SPME法对鲊海椒发酵中香气组成的比较分析

王巧碧，王 丹，赵 欠，周才琼*
（西南大学食品科学学院，重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400715）

为确定评价鲊海椒挥发性香气组成的最优方法，以粳米粉为淀粉原料制备鲊海椒，采用固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）法和同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）法并结合感官评价比较研究其在发酵过程中风味物质的变化。结果发现，SPME法萃取发酵0、45 d和90 d鲊海椒挥发性成分种类分别为76、131 种和122 种，SDE法挥发性成分分别为23、42 种和82 种；随着发酵时间的延长，SDE法挥发性香气成分增加，而SPME法在发酵45 d时挥发性香气物质种类达峰值并保持稳定。酯类是鲊海椒发酵过程中主要的挥发性成分，采用SPME法和SDE法萃取发酵45～90 d鲊海椒，分别检出挥发性酯类42～50 种（相对含量46.7%～55.3%）和15～27 种（相对含量60.28%～67.28%）；SPME法检出较多醇类、醛类，发酵45～90 d鲊海椒醇类14～21 种（相对含量15.7%～22.6%）和醛类17 种（相对含量5.8%～12.3%）。SPME法可萃取得到更多低沸点、小分子化合物；而SDE法得到更多高沸点化合物；感官评定显示发酵45 d后的鲊海椒色泽鲜艳，具有特殊的酸味和醇香味。结果表明，采用SPME法结合SDE法评价鲊海椒挥发性香气组成更加全面客观，鲊海椒适宜发酵时间为45～90 d。

鲊海椒；自然发酵；同时蒸馏萃取；固相微萃取；挥发性成分

鲊海椒是在自然条件下，利用微生物的发酵作用，产生的具特殊风味、色泽、质地且保质期较长的主要流行于西南地区的地方特色传统发酵制品。目前有关报道主要涉及鲊海椒发酵工艺及改进、危害分析的临界控制点在发酵中的应用以及微生物的分离等[1-7]，而对鲊海椒发酵过程中风味形成鲜见报道。而在挥发性风味物质研究中，由于成分组成的复杂性，目前尚鲜见能准确提供食品中香气化合物的完整信息的方法，常用提取方法有顶空法、蒸馏法、溶剂萃取、吸附萃取和超临界流体萃取等[8-13]。为确定评价鲊海椒挥发性香气组成的较优方法，本研究拟采用同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）和固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）法比较分析鲊海椒发酵过程中挥发性风味物质变化，并结合感官评价研究鲊海椒发酵过程中风味形成及影响，为传统鲊海椒风味食品工业化提供有关风味化学研究数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜二荆条辣椒 市购；晶心加碘食用盐 重庆市盐业（集团）有限公司；氯化钠、无水乙醚、无水硫酸钠（均为分析纯） 成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

HH-6型数显恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司；2010气相色谱-质谱（gas chromatographymass spectrometer，GC-MS）联用仪 日本岛津公司；50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/ CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司；SDE装置重庆北碚玻璃仪器厂；RE-52A真空旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

鲊海椒制作：红辣椒洗净切碎，粳米面过40 目筛，以辣椒-粳米面（1∶1，m/m）混合后，添加质量分数5%食盐，充分混匀，装坛，倒置水密封后自然发酵，温度范围为20～30 ℃。取发酵0、45、90 d的鲊海椒进行香气比较分析。

1.3.2 SPME萃取

参考Watkins等[10]方法。将50/30 μm DVB/CAR/ PDMS萃取头在270 ℃条件下活化30 min，直至色谱检测无干扰峰出现。然后利用打浆机将样品打成匀浆，取一定质量样品匀浆，加至20 mL顶空进样瓶中，再加入6 mL蒸馏水和一定质量NaCl后摇匀，用密封垫与铝帽进行密封，密封后在一定萃取温度条件下在恒温水浴锅中加热平衡15 min，将已活化的萃取头通过隔垫插入顶空进样瓶内，推出纤维头，使之距样品液面约5 mm，顶空吸附一段时间，插入GC进样口解吸一段时间。将萃取的挥发性成分利用GC-MS分析，将分析所得各组分的质谱与已知物质质谱进行比较。

萃取条件：萃取温度50 ℃、萃取时间70 min、NaCl添加质量浓度0.1 g/mL、解吸时间3 min、萃取质量2 g。与GC-MS联用分别测定自然发酵0、45、90 d鲊海椒的挥发性成分。

1.3.3 SDE条件

样品切碎（大小约为1 mm×1 mm）混匀后，称取100 g样品加入SDE仪的烧瓶中，同时加入纯净水500 mL，加热并保持沸腾；小烧瓶中加入50 mL无水乙醚，用调温电热套加热，并保持在45 ℃左右。提取2 h后收集乙醚提取物，加入活化的无水硫酸钠，置冰箱中过夜，无水硫酸钠除水后的样品经过滤后用旋转蒸发仪浓缩至0.5 mL，直接上样分析[14]。

1.3.4 GC-MS分析条件

GC条件：DB-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 mm）；程序升温：初温40 ℃，接着以10 ℃/min升温至150 ℃，保留2 min，然后以4 ℃/min升温至250 ℃，保留5 min。进样口温度250 ℃；进样量1 μL；分流比50∶1；He流速33 cm/s；载气压力35.3 kPa。

MS条件：接口温度250 ℃；离子源温度230 ℃；质量扫描范围m/z 35～500；电子电离源；电子能量70 eV；标准谱库：NIST 05和NIST 05s。

定性定量：化合物经计算机检索与标准谱库相匹配，选取匹配度不小于80%的组分，采用峰面积归一化法计算化学组分的相对含量。

1.3.5 感官评价

邀请10 位有经验的食品专业人士和10 位消费者（非专业人员）组成评价小组，对不同发酵时段鲊海椒样品色泽、组织形态、滋味和气味、口感进行描述性评价。

2 结果与分析

2.1 SDE和SPME提取的挥发性成分检测结果

表1 鲊海椒发酵过程中挥发性成分变化Table 1 Changes in volatile compounds from Zhahaijiao during fermentation %

续表1 %

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图1 SDE和SPME萃取挥发性成分种类Fig.1 Chemcial classification of volatile components extracted by SDE and SPME

由表1可知，发酵0 d的鲊海椒原料共检出92 种挥发性化合物。经SDE萃取检出23 种，酯类和烷类占比69.6%；主要挥发性成分包括棕榈酸、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯和反油酸乙酯等。经SPME萃取共检出76 种挥发性成分，主要有醛类、醇类、烯类和酯类，占比72.4%；主要挥发性风味成分包括2-己烯醛、双戊烯、正己醇和肉豆蔻醛等。发酵45 d鲊海椒检出154 种挥发性化合物。经SDE萃取检出42 种，其中酯类和烷类占比64.3%；主要挥发性成分包括棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、反油酸乙酯和棕榈酸等。经SPME萃取检出131 种挥发性成分，其中酯类、烯类、醛类和烷类占比74.1%；主要挥发性风味成分包括正己酸乙酯、棕榈酸乙酯、芳樟醇、亚油酸乙酯和肉豆蔻酸乙酯等。发酵90 d鲊海椒共检出162 种挥发性化合物。经SDE萃取检出82 种，其中酯类、烷类、烯类和醛类占比75.6%，主要挥发性成分包括棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、乳酸乙酯和芳樟醇等。经SPME萃取检出122 种挥发性成分，其中酯类、醇类、醛类、烯类和烷类占比86.9%；主要挥发性风味成分包括棕榈酸乙酯、芳樟醇、亚油酸乙酯和肉豆蔻酸乙酯等。

SDE和SPME 2 种萃取方法得到的香气种类均随发酵时间延长，挥发性风味物质种类呈增加趋势，但SPME萃取得到的香气种类远高于SDE法，如图1所示。香气组成也有所不同，SDE法得到更多酯类和烷类香气，SPME法除酯类外，还得到更多的醇类、醛类、烯类和烷类化合物。表明不同的萃取方法得到挥发性成分有较大差异。

2.2 鲊海椒发酵过程中挥发性成分动态变化

2.2.1 SDE法萃取挥发性香气成分种类和相对含量分析

图2 SDE法萃取鲊海椒发酵过程中挥发性风味物质种类（aa）和相对含量（b）的变化Fig.2 Changes in the number and content of volatile substances belonging to different chemical classes extracted from Zhahaijiao by SDE during fermentation

如图2所示，除酸类外，SDE法萃取鲊海椒各类香气物质种类在发酵后均有不同程度增加，主要有烷类、烯类、酯类和醛类，酯类种类占比最高，发酵45～90 d时达32.9%～35.7%。相对含量方面，醇类、烷类、烯类和醛类随发酵时间延长呈逐渐增加的趋势，酯类发酵中先增后降，并一直保持较高的相对含量，发酵45～90 d时达60.28%～67.28%。此外，在发酵90 d时检出了少量的酚类和酮类，延长发酵时间可提升发酵鲊海椒风味层次。

2.2.2 SPME萃取法挥发性香气成分种类和相对含量分析

图3 SPME法萃取鲊海椒发酵过程中风味物质种类（aa）和相对含量（b）的变化Fig.3 Changes in the number and content of volatile substances belonging to different chemical classes extracted from Zhahaijiao by SPME during fermentation

如图3所示，SPME法萃取鲊海椒发酵过程中挥发性物质种类呈现快速增加后略降的趋势，发酵后风味物质种类大幅增加，除醛类、酮类、芳香类、酚类及其他在发酵中保持相对稳定外，增加较多的是酯类、烷类和醇类，其中酯类占比最高，发酵45～90 d时达38.2%～34.4%。相对含量方面，发酵过程中快速条件下降的包括醛类和烯类，而增加较多的为酯类、醇类和烷类，以酯类相对含量最高，占比达46.7%～55.3%。醇类、醛类检出较多，发酵45～90 d鲊海椒醇类14～21 种（相对含量15.7%～22.6%）和醛类17种（相对含量5.8%～12.3%）。

SDE和SPME 2 种萃取方法得到的风味物质在种类上差异较大，SPME法能捕获更多风味成分，在具体风味成分种类上，SPME法检出更多酯类、醇类、酮类、醛类和烯类，表明不同香气萃取方法可影响对该发酵食品风味的判断。

2.2.3 各类挥发性物质赋予鲊海椒香气的作用

SDE或SPME萃取检测发现酯类种类和相对含量均较高，2 种萃取法检出的共有酯类有棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、亚油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯和（Z）-4-癸烯酸乙酯等，其中亚油酸乙酯在稀释后略有油脂味，棕榈酸乙酯有微弱蜡香和奶油香气。SPME法检出较多的正己酸乙酯有强的香蕉和菠萝香，SDE法检出较多的乳酸乙酯有醇香风味，乙酸异戊酯有强烈的香蕉、梨和苹果甜的气味，并带梨的甜酸味。酯类物质气味浓郁，香气持久，低分子质量的酯类一般具芳香气味或特定水果香味，因此鲊海椒发酵中酯类的产生对风味形成极其重要。

SDE和SPME共检出的其他风味成分有芳樟醇、α-松油醇、苯乙醛、顺-7-十四烯醛、硬脂烷醛、2-甲基十四烷和2-甲基十三烷；SDE法单独检出相对含量较高的有二氢芳樟醇、（Z）-橙花叔醇、糠醛、间二甲苯和棕榈酸，SPME法单独检出相对含量较高的有苯甲醛、己醛、正己醇、苯乙醇、异戊醇和乙酸，以及吡嗪类和酚类化合物。脂肪醇类随相对分子质量增大，气味从弱到强后转弱，发酵后相对含量增加的异戊醇是氨基酸降解产物，苯乙醇有新鲜面包和蔷薇样甜香气[15]；萜醇类大多呈花香、青果和蜜香气[16]，芳樟醇具百合花或玉兰花的香气[17]，橙花醇具有令人愉快的玫瑰和橙花香气，α-松油醇有樟脑及辛辣气味，异戊醇有特殊的苹果、香蕉、葡萄糖香及酒香，与其他成分间存在相乘效果[18]；酮类与醛类属羰基化合物，酮类香味优异持久[19]，可赋予食品奶油香气；醛类具有清香和坚果香，如糠醛有苦杏仁风味，苯乙醛有类似风信子香气，己醛有青草和水果香气。醛类气味阈值较低，对风味的形成有重要作用[18]。SPME法检出的酚类多有药香及木香，2-甲氧基-3-异丁基吡嗪有甜椒、胡椒、咖啡味，是辣椒主要的风味物质[20]。酸类如乙酸、辛酸、肉豆蔻酸和己酸等有浓郁的发酵清香，如辛酸有微弱的水果酸和油脂的气息[21]，可赋予鲊海椒特有的酸味。检出旳其他类物质中包括旳少量呋喃类物质，虽然检出量少，但具有阈值低、特征性强等特点，多具有强烈气味，如检出旳2-正戊基呋喃是甜香味物质[22]，其相对含量随发酵时间旳延长不断降低。

2.3 不同发酵时段鲊海椒感官评定

对不同发酵时段鲊海椒进行感官评定，结果见表2。未发酵鲊海椒色泽鲜红有新鲜辣椒和粳米的自然香味，发酵45 d后出现鲊海椒特有的酸辣风味和醇香味。

表 22 鲊海椒发酵过程中感官评价Table 2 Changes in sensory evaluation of Zhahaijiao during fermentation

3 讨 论

发酵食品特有风味来自材料中活跃酶系统与发酵微生物的新陈代谢相互作用形成。醇类含量增加主要来自于氨基酸的降解或微生物的发酵作用[21]，但醇类气味阈值较大，对风味贡献较小。酯类是鲊海椒中相对含量和种类最多的挥发性成分，这与发酵过程中乳酸菌厌氧发酵产酸后与醇类酯化反应有关。发酵过程中形成的酯类还可用于合成各种芳樟酯类香料和维生素、β-胡萝卜素、角鲨烯及一些重要的药物[23]。相比于SDE法，SPME法萃取得到更多低沸点、小分子化合物如乙酸、异戊醇、乙酸异戊酯、乙酸庚酯、庚醛、（Z）-2-庚烯醛等，而SDE法得到更多高沸点化合物如肉豆蔻酸、棕榈酸、邻苯二甲酸二异辛酯等长链脂肪酸、长链脂肪酸酯等。表明不同萃取方法捕获到的风味物质种类和相对含量有差异，2 种方法综合考虑能更好评价发酵食品风味特征。这与田怀香[24]、王道平[25]等结论一致。

SDE法挥发性香气成分随发酵时间延长而增加，SPME法在发酵60 d是挥发性香气物质种类达峰值，2 种方法结合考虑，鲊海椒发酵过程中挥发性成分随发酵时间延长呈逐渐增加的趋势，发酵45 d和90 d时挥发性成分种类分别检出154 种和162 种，结合感官评定，鲊海椒发酵时间在45 d以上即可，可以延长发酵时间至90 d。

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Comparative Analysis of Aroma Composition of Zhahaijiao, a Traditional Chinese Fermented Chili Product, during Fermentation by SDE and SPME Extraction

WANG Qiaobi, WANG Dan, ZHAO Qian, ZHOU Caiqiong*
(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

In order to establish the best extraction method for evaluating volatile aroma composition of Zhahaijiao, a traditional Chinese fermented chili product, changes in the aroma compounds of the Zhahaijiao made with japonica rice powder during fermentation were determined comparatively by solid phase micro extraction (SPME) and simultaneous distillation extraction (SDE) combined with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Besides, changes in sensory qualities were also evaluated. SPME could extract 76, 131 and 122 of volatile components from Zhahaijiao fermented for 0, 45 and 90 days, respectively, whereas SDE could extract 23, 42 and 82 of volatile components from the three samples, respectively. With the extension of fermentation time, the contents of aroma components extracted by SDE increased continuously while those obtained by SPME reached the highest level at 45 days and kept stable. Esters were the major volatile components in the fermentation process. Totally 42–50 and 15–27 volatile esters with relative contents of 46.7%–55.3% and 60.28%–67.28% were extracted from Zhahaijiao fermented for 45–90 days by SDE and SPME, respectively. More alcohols (14–21 alcohols, accounting for 15.7%–22.6% of the total volatiles) and aldehydes (17 aldehydes, accounting for 5.8%–12.3% of the total volatiles) could be detected from Zhahaijiao fermented for 45–90 days by SPME. Meanwhile, more low-boiling-point and small-molecule compounds were extracted by SPME, while more high-boiling-point compounds were obtained by SDE. The sensory evaluation showed that the 45-day fermented Zhahaijiao had a bright color, special sour taste and mellow flavor. These results showed that SPME combined with SDE allowed more comprehensive and objective evaluation of volatile aroma composition of Zhahaijiao and that the optimal fermentation time for Zhahaijiao made with japonica rice powder was 45–90 days.

Zhahaijiao; natural fermentation; simultaneous distillation extraction (SDE); solid phase microextraction (SPME); volatile components

10.7506/spkx1002-6630-201604020

TS219

A

1002-6630（2016）04-0108-07

王巧碧, 王丹, 赵欠, 等. SDE和SPME法对鲊海椒发酵中香气组成的比较分析[J]. 食品科学, 2016, 37(4): 108-114.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201604020. http://www.spkx.net.cn

WANG Qiaobi, WANG Dan, ZHAO Qian, et al. Comparative analysis on aroma composition of Zhahaijiao, a traditional Chinese fermented chili product, during fermentation by SDE and SPME extraction[J]. Food Science, 2016, 37(4): 108-114. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201604020. http://www.spkx.net.cn

2015-06-09

重庆市特色食品工程技术研究中心能力提升项目（cstc2014pt-gc8001）

王巧碧（1991—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：273572340@qq.com

*通信作者：周才琼（1964－），女，教授，博士，研究方向为食品营养化学。E-mail：zhoucaiqiong@swu.edu.cn