基于SPME-GC-MS结合ROAV分析评价不同加工方式下皱椒辣椒粉风味品质

杜勃峰，丁筑红* ，李达，陈思奇，肖仕芸

(1.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵阳 550025；2.天津现代职业技术学院，天津 300350)

独山皱椒是贵州省著名的地方品种，其果实细长、色泽鲜红、香味浓烈，是线椒中的珍品[1]。皱椒产品以鲜椒加工和干椒加工两种途径为主，种类多样，作为干制的皱椒辣椒粉，是人们餐桌上不可缺少的调味料之一。辣椒粉风味品质的好坏是影响辣椒粉商品价值的重要指标[2,3]，皱椒辣椒粉风味品质受到多种因素的影响。不同的加工方式下，皱椒辣椒粉的风味物质构成及风味特征各不相同[4]，本文通过探讨分析不同加工方式下皱椒辣椒粉的风味物质，为企业生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

辣椒：贵州省独山县成熟皱椒，颜色红色或深红色，香气浓郁，无霉变和虫害。清洗后去除果蒂，自然晾干。

试剂：石油醚、甲醇、乙醇、硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、盐酸、硼酸、氢氧化钠、硝酸铝、三氯化铝、亚硝酸钠等，以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器

手动固相微萃取装置(萃取纤维为50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex) 美国Supelco公司；HP6890/5975C型GC/MS联用仪 美国安捷伦公司；R-201型旋转蒸发器 上海申胜生物技术有限公司；101-3A型电热鼓风干燥箱 天津泰斯特仪器有限公司。

1.3 方法

辣椒粉制备：对照组(直接粉碎)、传统炒制(40 ℃，焙烤10 min后粉碎)、电热焙烤(120 ℃，焙烤10 min后粉碎)。

1.4 萃取方法

称量混合样品8 g，放入10 mL固相微萃取仪采样瓶中，在转速200 r/min的磁力搅拌器上80 ℃水浴加热，5 min后插入装有50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex纤维头的手动进样器，并持续加热，萃取40 min后，移出萃取头并立即插入到气相色谱仪进样口中，在250 ℃下热解吸3 min，然后进样进行分析。

1.5 GC-MS分析条件

色谱条件[5]：色谱柱为HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane (30 m×0.25 mm×0.25 μm)弹性石英毛细管柱，采取程序升温的方式，初始柱温45 ℃，保持0.5 min后，以5 ℃/min升温至290 ℃并保持2 min；汽化室温度250 ℃；载气为高纯He(99.999%)；柱前压7.62 psi，载气流量1.0 mL/min；分流比20∶1。

离子源为EI源：离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；发射电流34.6 μA；倍增器电压1037 V；接口温度280 ℃；质量范围20～550 u。

定性与定量分析：测定结果在NIST 2005和Wiley 275这两个数据库中进行检索，定性分析时，正反匹配度的结果都不小于800时[6]，才能确认结果。定量分析用峰面积归一化法[7]，测算各挥性风味化合物的相对百分含量。

1.6 相对气味活度值(relative odor activity value，ROAV)[8]

定义一个新的参数ROAV，定义检测结果中对样品风味贡献最大组分：ROAVstan=100，其他的组分(A)：

式中：C%A、TA为测得的结果中各风味组分的相对百分含量和对应的感觉阈值；C%stan、Tstan分别为设定的对样品风味贡献最大组分的相对百分含量和对应的感觉阈值。

1.7 数据分析

用SPSS 19.0进行数据处理分析。

2 结果分析

2.1 不同加工方式皱椒辣椒粉的挥发性风味物质结果分析

不同加工方式皱椒辣椒粉挥发性风味物质成分及相对含量见表1。

表1 不同加工方式皱椒辣椒粉挥发性风味物质成分及相对含量Table 1 The composition and relative content of volatile compounds in Capsicum annuum paprika with different processing methods

续 表

注：“-”表示结果未检出。

不同加工方式制得皱椒辣椒粉共鉴定出77种挥发性风味物质，其中直接粉碎鉴定出42种，传统炒制鉴定出37种，电热焙烤鉴定出44种，根据皱椒辣椒粉挥发性风味化合物检测结果，将这些挥发性风味化合物归类为烃类化合物、醇类化合物、酮类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酚类化合物、吡嗪类化合物和其他类化合物。每类化合物的种类数量和相对含量见表2。

表2 不同加工方式皱椒辣椒粉中主要的挥发性风味物质种类和相对含量Table 2 The types and relative content of main volatile flavor components in Capsicum annuum paprika with different processing methods

烃类化合物在3组辣椒粉挥发性风味物质检测结果中相对含量较高，种类也是最多的，根据结构不同分为烷烃类化合物和烯烃类化合物。烷烃类化合物分子量大且阈值高[9]，香气不突出，因此烷烃类化合物对辣椒粉的风味贡献较小。烯烃中的萜类化合物阈值不高。熊学斌等[10]研究表明，在干辣椒的挥发性香气成分中，萜烯类化合物是最主要的一类。直接粉碎检测出较多的萜烯类物质，而传统炒制组和电热焙烤组萜稀类含量较少，这和马军辉[11]的研究报道一致。萜烯类在高温下发生环化、脱水，产生了其他的风味物质。虽然烯烃类物质的阈值未见相关报道，但不可否认烯烃类对辣椒粉风味的贡献。

醇类物质是脂肪氧化分解或由羰基化合物还原产生的。直接粉碎橙花叔醇相对含量为3.57%，赋予辣椒独特的青香、花香和水果香气[12]。醇类物质的相对含量和种类都较少，虽然相对含量低，但对辣椒粉风味的贡献不可替代。

醛类物质主要由不饱和脂肪酸氧化产生。Saskia等[13]研究结果表明2-甲基丁醛、3-甲基丁醛性质比较活跃，是辣椒香气的重要组成成分。直接粉碎和电热焙烤组都检测出糠醛和壬醛，壬醛赋予皱椒辣椒粉油香、脂香和清香气味[14]。糠醛呈现焦糖香[15]，赋予皱椒辣椒粉独特的香气。经过电热焙烤后的壬醛和糠醛含量都有下降，原因是醛类物质受热挥发或参与氧化还原反应使其相对含量减少[16]。

酯类和酚类是辣椒粉重要的挥发性风味物质。酯类化合物具有水果香，是水果成熟度的一个重要指标。直接粉碎组检测出相对含量为4.21%的戊酸乙酯，赋予辣椒粉果香、水果酯香，传统炒制组检测出二氢猕猴桃内酯，呈现带有香豆素样香气和麝香样气息[17]。传统炒制检出相对含量为1.389%的愈创木酚，赋予辣椒粉花香味和香辛料香气[18]。传统工艺炒制的风味物质中独有γ-丁内酯，这种气味是生青味的特征[19]。产生的原因是传统炒制工艺一般使用较大的铁质容器，原料添加量大，会产生受热不均匀的状况，从而会使辣椒粉带有不同程度的生青味。

酮类和吡嗪类化合物在检测结果中相对含量较低，但各自对辣椒粉的风味有其独特的贡献。酮类物质具有花香香气，性质较为稳定且香气持久[20]。传统工艺炒制检测出α-紫罗酮，赋予辣椒紫罗兰型香气，并持有香脂的花香香韵[21]。电热焙烤检测出2-甲基四氢呋喃-3-酮，赋予辣椒甜香、坚果香、奶油香[22]。吡嗪类物质是脂肪氧化产物参与美拉德反应的产物，主要呈现肉香味和烤香味，且吡嗪类化合物具有较低的香气阈值，呈现焙烤香气[23]。电热焙烤组经过高温加工，检测出较多的吡嗪类化合物，2-甲基吡嗪具有坚果香、霉香、烤香、壤香[24]，2,6-二甲基吡嗪赋予辣椒坚果、花生酱、可可和烤肉味[25]。这些化合物共同构成贵州皱椒辣椒粉的风味成分。

2.2 皱椒辣椒粉风味化合物的ROAV分析

采用ROAV筛选样品总体风味贡献最大的风味物质，ROAV值越大，对样品的风味贡献越大，ROAV>1的物质为样品的关键风味物质，0.1≤ROAV<1的物质对样品的总体风味起修饰作用[26]。各相关组分的ROAV结果见表3。

表3 3种加工方式下皱椒辣椒粉的关键性风味化合物及ROAV值Table 3 ROAV of key flavor compounds in Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表1可知，根据所测风味物质的相对含量及其感觉阈值，确定2-异丁基-3-甲氧基吡嗪直接粉碎的相对含量为0.09%，其阈值仅为0.016 μg/kg，在传统炒制组中，3-甲基丁醛相对含量为2.29%，其阈值为0.2 μg/kg，在电热焙烤中，α-紫罗酮相对含量为1.42%，其阈值为1 μg/kg，综合分析，其在各自组分中的总体气味贡献最大，所以定义2-异丁基-3-甲氧基吡嗪、3-甲基丁醛、α-紫罗酮的ROAVstan为100。由表3可知，直接粉碎关键风味成分主要是壬醛、苯乙醛、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、戊酸乙酯、愈创木酚、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪；传统炒制组的关键风味成分主要是壬醛、3-甲基丁醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫罗酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪；而电热焙烤组的关键风味成分主要是2-甲基丁醛、壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、α-紫罗酮、愈创木酚、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基-3-丙烯基吡嗪。在这些关键风味成分中，ROAV>1且共有的物质是壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈创木酚，这几种挥发性风味物质是皱椒辣椒粉风味的重要组成部分。

2.3 挥发性风味物质的主成分分析

对不同加工方式的皱椒辣椒粉挥发性风味物质进行主成分分析，结果见表4。

表4 主成分的特征值及其贡献率Table 4 The eigenvalues and contribution rates of the principal components

在主成分分析中，特征值>1的组分能够较好地反映样品的风味信息[29]。由表4可知，主成分1和主成分2的特征值>1且累计方差贡献率达100%，因此选择这两个主成分进行风味品质分析。

对原始数据进行标准化处理和以主成分方差贡献率做内积，综合得到风味品质函数Y，各皱椒辣椒粉风味综合评价得分见表5。

表5 数据标准处理后的主成分综合得分Table 5 The comprehensive scores of principal components after standardization

图1 3种处理方式辣椒粉主成分得分分布图Fig.1 Distribution of main component scores of Capsicum annuum paprika with three different processing methods

由表5和图1可知，第1主成分中，电热焙烤组得分最高；第2主成分中，手工组得分最高。从综合评价得分可以看出，电热焙烤组得分最高，为0.714。其余依次是传统炒制组和直接粉碎组。

电热焙烤避免了传统炒制辣椒受热不均的弊端，同时又是在一定温度和时间条件下进行的，高温会使一些如氨基酸、脂肪和蛋白质等大分子物质发生裂解等物理和化学变化，这些反应混合作用，产生低分子杂环类、酮类、醛类、内酯类、吡嗪类等有特殊焙烤香味的风味物质，共同组成电热焙烤组皱椒辣椒粉的香气风味物质。

3 结论

对皱椒进行直接粉碎、传统炒制、电热焙烤3种处理制取辣椒粉，通过SPME-GC-MS联用技术检测不同加工方式下皱椒辣椒粉的挥发性风味物质，共分离鉴定出77种挥发性风味物质，包括烃类化合物、醇类化合物、酮类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酚类化合物、吡嗪类化合物和其他类化合物。ROAV探讨不同加工方式下皱椒辣椒粉的关键风味物质，结果表明壬醛、苯乙醛、己酸己酯、戊酸乙酯、愈创木酚为3种皱椒辣椒粉的共有物质且ROAV>1，是皱椒辣椒粉重要的风味物质。

采用主成分分析，得出电热焙烤组辣椒粉风味品质最高，其余依次是传统炒制组和直接粉碎组。电热焙烤能有效提升皱椒辣椒粉的风味品质。皱椒辣椒粉香气与产品加工方式、辣椒品质、皱椒辣椒粉辅料都有关系，通过研究3种加工方式下皱椒辣椒粉的挥发性风味物质，为企业生产皱椒辣椒粉提供了技术参考和理论依据。