基于感官和气相色谱-离子迁移谱分析油温对辣椒油风味的影响

杨 慧，黄绿红，张 帆，文宇娟，张 群，于美娟*

（1 湖南省农业科学院农产品加工研究所 长沙410125 2 湖南省农业科学院茶叶研究所 长沙410125 3 湖南农业大学食品科学技术学院 长沙410125）

辣椒油俗称红油，主要是由植物油脂和干辣椒制成的，是具有特殊工艺的食用油脂[1]。辣椒油作为中国传统风味的一种调味油，具有色泽红亮、香味浓郁、辣味适口、回味厚重的特点，多用于加工麻辣休闲食品及烹饪菜肴，深受广大消费者的喜爱。

直接法制备辣椒油是生产生活中最常用的方法，其工艺简单，产品风味多样，然而，产品风味受浸制条件（尤其是油温）的影响较大[2]。目前对辣椒油加工工艺与风味成分的研究已有部分报道，如张雪春等[3]以感官评分为响应值，通过响应面法优化棕榈油基风味辣椒油的工艺，所得产品色泽亮红、光亮，辣香味浓郁、香纯；季德胜等[4]对不同条件煎制的北京红辣椒油进行感官评价，并结合顶空-固相微萃取技术研究其风味物质组成，结果表明：不同煎制程度显著影响辣椒油所含风味化合物的种类和峰面积比，尤其是酮类、呋喃类、萜烯类及烯醛类等化合物的峰面积比；何小龙等[5]利用电子舌对不同时段制成的辣椒油进行主成分分析，不同时段的辣椒油互不重叠地落在各自区域内，可很好地区分。然而，不同油温浸提对辣椒油风味物质的影响鲜见研究报道。

气相色谱-离子迁移谱联用（Gas-Chromatography Ion-Mobility Spectrometry，GC-IMS）是目前国际上比较先进的挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）检测技术之一[6]，GCIMS 先利用气相色谱对样品进行预分离，然后通过离子迁移谱（Ion-Mobility Spectrometry，IMS）检测器进行挥发性组分的分析。该方法具有简单、速度快、灵敏高的优点，目前已成功应用于品质检测、食品风味分析等多个生命化学领域[7-8]。

本研究以干辣椒为原料，采用直接法制备辣椒油，通过感官评价及GC-IMS 分析不同油温制备的辣椒油的风味特征及挥发性化合物，用化学计量法处理数据后进行聚类分析，旨在为辣椒油风味特性及产品工艺改进提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

朝天椒，四川友嘉食品有限公司；干辣椒，上海新闽融食品有限公司；孜然，锦江麦德龙现购自运有限公司；胡椒、花椒，购于麦德龙超市；金健纯香菜籽油，金健植物油有限公司；食盐，湖南省湘澧盐化有限责任公司。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec 1H1-00089 型气相色谱离子迁移谱，德国G.A.S.公司；PAL3 自动进样器，瑞士CTCAnalytics AG 公司；FS-SE-54-CB-1 毛细管柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm），德国CS Chromatographie Service GmbH 公司；小型粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司；可控温电炉，彭州鑫益电炉加工厂；天平，上海卓精电子科技有限公司；温度计（0～250 ℃），深圳市拓尔为电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣椒油样品的制备 辣椒油的制备参考李昌文[9]、董道顺等[10]并稍作修改。干辣椒（香辛料）→粉碎（颗粒0.5～1 mm）→加入2%（以辣椒香辛料粉末质量计）食盐→混合均匀，备用。菜籽油→熬制到不同的温度（120，140，160，180，200 ℃）→加到预先备好的辣椒（香辛料）粉末→迅速搅拌1min→自然降温浸提12 h，备用。其中，干辣椒香辛料粉末配比：m辣椒∶m孜然∶m胡椒∶m花椒=4∶4∶2∶1，植物油与干辣椒香辛料粉末（加入食盐后的质量）比例为4∶1。样品编号L1、L2、L3、L4、L5，分别对应的制备油温为120，140，160，180，200 ℃。对每个样品取上清油液3 份，取原料菜籽油及香辛料混合物各3 份作为参照样，编号分别为L0、L6，用于GC-IMS 检测。剩余辣椒油样品用于感官评价。

1.3.2 感官评价方法 本感官评价邀请10 名长期从事食品研究、有丰富感官评定经验的人员组成感官评估小组，满足GB/T 16291.1-2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则》。评价前对小组成员进行感官评价指标和注意事项的培训。为获取比较真实的评价，感官评价在通风良好、采光充足的房间内单独进行。辣椒油样品分别放在封闭的培养皿中以保持香味，随机顺序提供给小组成员。对每个样品进行4 次品评，根据评分标准打分。不同样品评价时要求评定人员用纯净水漱口。评分采用100 分制，评定项目包括色泽、滋味、香气，辣椒油感官评价标准见表1。

表1 辣椒油感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of chilli oil

1.3.3 GC-IMS 测定条件

1.3.3.1 自动进样条件 顶空孵化温度：80 ℃；孵化时间：10 min；孵化转速：500 r/min；加热方式：振荡加热；进样方式：顶空进样；顶空进样针温度：85℃；进样量：100 μL，不分流模式；清洗时间：0.5 min。

1.3.3.2 GC 条件 色谱柱：FS-SE-54-CB-1 毛细管柱（15 m×0.53 mm，1.0 μm）；色谱柱温度：60 ℃；载气：高纯氮气（纯度≥99.999%）；运行时间：30 min；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min，在8 min内线性增至20 mL/min，在10 min 内线性增至100 mL/min，最后10 min 线性增至150 mL/min。

1.3.3.3 IMS 条件 漂移管长度9.8 cm，管内线性电压500 V/cm，漂移管温度45 ℃，漂移气为N2（纯度≥99.999%），漂移气流速150 mL/min。

1.4 数据处理

感官评定数据采用SPSS 17 软件统计分析，使用方差分析（analysis of variance，ANOVA）法分析显著性，显著性差异水平为P＜0.05。

GC-IMS 数据采用设备自带Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析软件及GC×IMS Library Search 定性软件对辣椒油中的VOCs 进行采集和分析。LAV 中的Reporter 插件和Gallery Plot 插件构建VOCs 的差异图谱和指纹图谱，用powerpoint2010 进行图片编辑，用Dynamic PCA 插件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 结果与分析

2.1 感官评价

冯勇[11]研究表明菜籽油在辣椒油制作过程中所起作用比调和油的效果佳，菜籽油相比调和油提色、增香效果更为明显。本研究辣椒油的制作选用菜籽油为原料。由表2 感官评定值可知，不同油温制备的辣椒油样品间色泽的差异不显著，辣椒油的色泽生成是利用植物油为溶剂对辣椒中的辣椒色素的浸提过程，成品油的色泽除与辣椒本身的辣椒素含量有关外，还与浸提温度有关，辣椒色素的浸提温度在120～180 ℃间较理想[12]，这与本研究结果基本一致。不同油温制备的辣椒油滋味差异不明显，麻辣味均适口；而油温对辣椒油香气的影响很明显，L4、L5 的香气最佳，辣香味浓郁，略带焦香，L2、L3 次之，辣香味相对平淡，L1 分值最低，有生青味；在一定油温的作用下，辣椒油香气的类别与浓度随油温而变化，与美拉德反应和斯特累克降解反应有关[13]。

表2 辣椒油感官评定Table 2 Sensory evaluation of chilli oil

2.2 辣椒油中VOCs 来源分析

为了探明辣椒油中香气的变化，采用GC-IMS技术分析样品L0～L6 的挥发性化合物。图1 是菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）和香辛料混合物（L6）7 个样品的三维GC-IMS 谱图，图2 是将图1 的三维GC-IMS 谱图投影到二维平面上生成的图。由图1、图2 可知，菜籽油、辣椒油与香辛料混合物具有不同GC-IMS 的特征谱信息，存在明显的差异性，辣椒油及香辛料混合物中的VOCs明显多于菜籽油，也含有一些共性的VOCs。为分析辣椒油VOCs 的来源，比较菜籽油、辣椒油与香辛料混合物VOCs 的离子峰图库。由图3 橙色框标识部分可知辣椒油L1～L5 含有的VOCs 的种类一致，仅浓度有差别。辣椒油中部分的VOCs 在菜籽油和辣椒油中同时存在，如图3 红框标识部分。大部分辣椒油中的VOCs 在香辛料中也被检测出来，其中部分物质在香辛料中含量较高，在辣椒油中含量较低，可能是因为辣椒油在加工过程中香辛料的香气成分被菜籽油稀释或香气成分并未完全融入菜籽油中等原因造成的。图3 中绿框中所示VOCs 在辣椒油中含量较高，而在原料中含量很低或不存在，这些VOCs 可能与辣椒油加工过程中发生的美拉德、Strecker 降解以及酯化反应有关。此外，还有部分成分仅在菜籽油或香辛料中可检测到。如图3 中蓝色框所示，这些成分可能在加工过程易降解，或参与美拉德或酯化反应等转变成其它物质。以上说明不同油温制备的辣椒油样品中所含VOCs 的种类一致，这些VOCs 均来源于原料，并在热油浸提过程产生新的VOCs。

图1 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）三维GC-IMS 谱图Fig.1 Three-dimensional GC-IMS images of rapeseed oil（L0），chilli oil-（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

图2 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）GC-IMS 谱图Fig.2 GC-IMS spectra of rapeseed oil（L0），chilli oil-（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

图3 菜籽油（L0）、辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）、香辛料粉末（L6）HS-GC-IMS 谱图中VOCs 的图库Fig.3 Gallery pattern of VOCs in HS-GC-IMS spectra of rapeseed oil（L0），chilli oil（L1，L2，L3，L4，L5）and spice mixture（L6）

2.3 辣椒油挥发性有机物定性分析

从图4 可以看出，辣椒油挥发性组分可以通过GC-IMS 技术很好地分离。反应离子峰（reaction ion peak，RIP）右侧的每个点代表一种挥发性有机物。颜色深浅代表该物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深含量越高。通过内置的NIST 2014 气相保留指数数据库与G.A.S.的IMS 迁移时间数据库二维定性，共鉴定出挥发性气味物质45 种（包含单体及二聚体），其中醛类16 种、醇类9 种、酮类7 种、萜烯类6种、酸类3 种、酯类1 种、其它3 种，挥发性有机物信息见表3。醛类化合物来源于不饱和脂肪酸的氧化、美拉德反应以及Strecker 降解，醛类物质阈值较低，对风味的贡献较大，主要为辣椒油贡献甜香、脂香、辛辣味、木香、果香、焦香等风味。醇类中饱和醇类阈值较高，对辣椒油气味贡献率不大；不饱和醇类阈值低，主要来自脂肪的氧化[14]，对辣椒油气味贡献率较大，主要形成了青香、玫瑰花香、果香、辛香、甜香，蜜香等香气。萜烯类为不饱和烃，大多具有宜人的香气，阈值较低，赋香作用较大[15]。酮类是脂肪氧化的另一产物，酸类物质主要来自脂肪的水解以及氧化过程中产生的小分子脂肪酸，酯类主要来源于醇类和酸类化合物物质之间发生的酯化反应[16]。这几类物质阈值较高，OAV较小，大部分能产生令人愉快的香味，也是构成辣椒油风味的重要补充部分。部分物质被分离出来，其含量也较高，然而，由于数据库还不够完善，因此未能被定性，如图4 中的“Δ”标识区域。

表3 GC-IMS 鉴定辣椒油中挥发性风味化合物结果表3 Analytical results for GC-IMS identification of volatile flavor compounds in chilli oil

图4 辣椒油的气相离子迁移Fig.4 GC-IMS topographic plots of chilli oil

2.4 油温对辣椒油VOCs 含量的影响

为进一步分析不同油温对辣椒油风味的影响，仅保留辣椒油中已被定性的45 个VOCs 的离子峰进行排列，见图5。己醛、戊醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、（E）-2-己烯醇、萜烯类（月桂烯、柠

檬烯、α-蒎烯）、1，8-桉树脑、乙酸、丙酸、1-辛烯-3-酮在L1 到L5 中呈降低的趋势，如图5 红框区域，表明以上VOCs 随油温的升高在辣椒油中的浓度降低。己醛是亚油酸氧化的基本产物，散发令人作呕的酸败气味[17]。戊醛、乙酸和丙酸呈酸味或酸败味，这些不愉快的气味浓度的降低有利于辣椒油风味的提升。支链醛2-甲基丁醛和3-甲基丁醛具有干果味、奶酪味，分别来源于亮氨酸、异亮氨酸的Strecker 降解[18-19]。萜烯类物质主要来源于香辛料，花椒的柠檬烯含量较高，部分品种柠檬烯的含量高达50%[20]。有研究表明花椒油中月桂烯、柠檬烯含量较高，且当浸提温度在85 ℃以上，柠檬烯随温度的上升得率下降[21]。本研究中辣椒油制作原料中含有花椒，浸提温度在120 ℃以上，柠檬烯随油温的变化也呈现下降趋势。萜烯类物质的热稳定性差[22]，是导致萜烯类物质含量随油温升高而下降的原因。以萜烯类含量较高的香辛料作为配料的风味辣椒油，或可以根据油温分步浸提的工艺来提高辣椒油的风味品质。

如图5 绿框所示，醛类（壬醛、辛醛、庚二烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、丙醛、糠醛、5-甲基糠醛）、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、异丁酸在L4、L5中的浓度最高。其中醛类的阈值低，浓度的变化对辣椒油风味的影响大。Hall 等[23]认为壬醛、辛醛、丙醛是α-亚麻酸主要的次级氧化产物，壬醛有助于增加甜味和果味香气，而辛醛具有油脂味和辛辣味[24]，辛醛具有果香和脂肪香气[25]。糠醛、5-甲基糠醛等醛类主要来自于美拉德反应，5-甲基糠醛浓度的升高有利于辣椒油焦香的形成，这与感官评定的结果是一致的。异丁酸是短链酸，常在酒类等发酵类食品中被检测到，在适当浓度时可以为酒类提供良好的水果风味，然而浓度过高时可能产生不良风味，出现类似酸败的气味[26-27]本研究中，人工感官评价未感知到不愉快的气味，这可能与异丁酸的浓度有关，在低浓度下或许有助于提高辣椒油风味。乙酸苯乙酯、二甲基二硫浓度增大有利于提高辣椒油甜香、花香及洋葱香。而芳樟醇、香叶醇、2-甲基丙醛、2，3-丁二酮、丙酮、3-羟基-2-丁酮在所有样品中浓度都较高，说明不同油温对辣椒油中这些VOCs 的形成影响不大。

图5 辣椒油（L1、L2、L3、L4、L5）中GC-IMS 定性的45 个离子迁移谱出峰的汇总图Fig.5 Peak appearance summary of the 45 ion mobility spectra of chilli oil（L1，L2，L3，L4，L5）by GC-IMS

2.5 不同油温制备的辣椒油样品相似度分析

根据各样品的VOCs 种类和浓度进行相似度分析（见表4）。组内相似度均高于97%，表明气相离子迁移谱气味测定试验的可信度及重复率极高，而L4 与L5 相似度高达91%，其它组间相似度相对较低。这与离子迁移谱出峰的汇总图（图5）所反映的总体情况一致。对辣椒油样品中的VOCs进行动态主成分分析，将以VOCs 种类为变量的高维数组进行维度压缩和去噪处理，所得综合变量可通过二维空间的数据位置分布观察样品间的差异性。由图6 可见，主成分1 和主成分2 的总贡献率大于80%，可表达原有变量的绝大部分信息，二维空间的数据分布差异显示组间和组内样品间的差异性，同一油温制备的样品间隔很近，集中在一定的范围，而不同油温的样品间有明显的间距，这说明同一油温制备的样品重复性好，不同油温制备的样品特异性较明显。

图6 不同油温制备的辣椒油PCA 分析Fig.6 PCA analysis of chilli oil prepared at different oil temperatures

表4 不同油温制备辣椒油的相似度分析Table 4 Similarity analysis of chilli oil prepared at different oil temperatures

3 结论

采用感官评价及HS-GC-IMS 分析不同油温制备的辣椒油的风味特征及挥发性风味物质。感官结果表明，不同油温制备的辣椒油香气差异明显，滋味及色泽无明显差异。对辣椒油及原料中VOCs 的分析结果表明，辣椒油中的VOCs 主要来源于原料，同时在加工过程中也有新的VOCs 形成，油温对辣椒油的VOCs 的种类没有影响。从辣椒油样品中共鉴定出45 中VOCs，其中醛类16种、醇类9 种、酮类7 种、萜烯类6 种、酸类3 种、酯类1 种、其它3 种，它们为辣椒油贡献了辛香、花香、脂香、干菜香、甜香、果香、焦香等风味特征。相似度及PCA 结果显示，不同油温的辣椒油有明显的差异性，醛类（己醛、戊醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛）、萜烯类（月桂烯、柠檬烯、α-蒎烯）、（E）-2-己烯醇、1，8-桉树脑、乙酸、丙酸、1-辛烯-3-酮随辣椒油制备油温的升高呈下降趋势，醛类（壬醛、辛醛、庚二烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、丙醛、糠醛、5-甲基糠醛）、乙酸苯乙酯、二甲基二硫、异丁酸的含量在油温180，200 ℃制备的辣椒油中含量较高，这些VOCs 的变化影响辣椒油整体风味形成。这些VOCs 在不同油温下的释放规律对于开发特异香型辣椒油，以及直接法生产风味辣椒油的工艺具有一定的参考意义。