氣相色譜-離子遷移譜分析不同植物油浸提的花椒油的揮發(fā)性成分

肖 嵐，幸 勇，唐英明，熊 敏

(1.四川旅游學(xué)院 食品學(xué)院，成都 610100； 2.四川五豐黎紅食品有限公司，四川 雅安 625300； 3.四川旅游學(xué)院 烹飪學(xué)院，成都 610100)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是蕓香科花椒屬植物，其成熟果皮干燥后，味辛麻，香氣濃郁?；ń酚褪峭ㄟ^(guò)植物油浸提工藝從花椒中浸提出呈香呈味物質(zhì)的一種食用調(diào)味油，其味道鮮美、醇麻可口，且方便食用、易保存。四川地區(qū)的傳統(tǒng)花椒油均采用原香純菜籽油對(duì)花椒進(jìn)行高溫(100～200℃)浸提[1]，因此花椒油辛麻口感比較重，同時(shí)保留了菜籽油清香；此外，浸提過(guò)程中，菜籽油中的風(fēng)味成分可與花椒中的風(fēng)味成分相互作用，有助于形成四川花椒油的特殊風(fēng)味。然而，原香純菜籽油的成本較高，因此部分中小企業(yè)常采用大豆油、調(diào)和油作為浸提用油生產(chǎn)花椒油。目前，花椒油的研究主要集中在花椒原料、制備工藝對(duì)其風(fēng)味、麻味的影響[2-4]，關(guān)于浸提用植物油對(duì)花椒油風(fēng)味影響的相關(guān)報(bào)道鮮見。因此，本研究采用一級(jí)浸出菜籽油、一級(jí)壓榨菜籽油、四級(jí)壓榨菜籽油、一級(jí)浸出大豆油以及特級(jí)初榨橄欖油作為浸提用植物油，采用專利技術(shù)[5]對(duì)漢源紅花椒進(jìn)行浸提，制備花椒油。為了從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面分析花椒油的風(fēng)味，本研究采用 GC-IMS 聯(lián)用技術(shù)對(duì)不同植物油浸提的花椒油的揮發(fā)性成分(VOCs)進(jìn)行采集和分析，利用化學(xué)計(jì)量法處理數(shù)據(jù)后進(jìn)行聚類分析，并以數(shù)據(jù)可視化形式顯示該方法的判別效果，為花椒油生產(chǎn)企業(yè)篩選花椒浸提用植物油提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為該項(xiàng)快檢技術(shù)在調(diào)味油中的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

干紅花椒：四川漢源貢椒。一級(jí)浸出菜籽油、四級(jí)壓榨菜籽油、一級(jí)壓榨菜籽油(原香型)：成都市新興糧油有限公司。特級(jí)初榨橄欖油：四川省廣元市榮生源食品有限公司。一級(jí)浸出大豆油：中糧集團(tuán)有限公司。以以上原料制備5種花椒油(每種花椒油有3個(gè)平行樣品，采用四川五豐黎紅食品有限公司的發(fā)明專利技術(shù)制備花椒油[5])，均由四川五豐黎紅食品有限公司提供，包括一級(jí)浸出菜籽花椒油(JC)、一級(jí)壓榨菜籽花椒油(YJ)、四級(jí)壓榨菜籽花椒油(SJ)、橄欖花椒油(GL)、大豆花椒油(DD)。

FlavourSpec@ 風(fēng)味分析儀(配有CTC自動(dòng)頂空進(jìn)樣器、Laboratory Analytical Viewer (LAV)分析軟件、Reporter插件、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件及Library Search定性軟件)，德國(guó) G.A.S 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 感官評(píng)價(jià)

采用雙盲法對(duì)花椒油進(jìn)行感官評(píng)定。評(píng)價(jià)小組由受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)價(jià)人員組成，共10人，男女各半，分別從花椒油的麻度、綜合香氣、色澤和透明度 4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表 1。

表1 花椒油感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

感官評(píng)價(jià)方法： 將10 g花椒油倒入純白色小陶瓷碗中，在水浴上加熱到45℃左右，用玻璃棒攪拌后，由感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行評(píng)分。

1.2.2 GC-IMS分析

氣相色譜色譜柱型號(hào)為FS-SE-54-CB-1(15 m×0.53 mm)，柱溫60℃，載氣/漂移氣為N2。取 1 mL花椒油樣品置于20 mL 頂空瓶中，80℃孵育15 min后進(jìn)樣500 μL，進(jìn)樣針溫度85℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min；離子遷移譜(IMS)溫度45℃，分析時(shí)間30 min。氣相色譜條件如表 2所示。

表2 氣相色譜條件

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用設(shè)備自帶 Laboratory Analytical Viewer(LAV) 分析軟件及 Library Search 定性軟件對(duì)花椒油中的 VOCs 進(jìn)行采集和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 花椒油的感官評(píng)價(jià)

對(duì)不同植物油浸提的花椒油的麻度、綜合香氣、色澤以及透明度 4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果如表 3 所示。

由表3可知，不同植物油浸提的花椒油的麻度差異不顯著(P>0.05)。王立艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)，影響花椒油中麻味素含量的主要因素是花椒的品種以及花椒油浸提工藝(包括料液比、油浸溫度、油浸時(shí)間)。而本實(shí)驗(yàn)中的 5 個(gè)花椒油樣品所用的花椒品種以及浸提工藝均一致，故其麻度的感官評(píng)分差異不顯著。

表3 花椒油的風(fēng)味感官評(píng)分

不同植物油浸提花椒油的綜合香氣差異較大，3 種菜籽花椒油的綜合香氣感官評(píng)分高于大豆花椒油、橄欖花椒油，而2種壓榨菜籽花椒油的綜合香氣感官評(píng)分高于浸出菜籽花椒油。一級(jí)壓榨菜籽花椒油的綜合香氣感官評(píng)分最高(9.29)，源于其濃郁的菜籽油香氣；四級(jí)壓榨菜籽花椒油的綜合香氣感官評(píng)分次之，為 9.18；一級(jí)浸出菜籽花椒油為 7.42，大豆花椒油為 7.18，但均與一級(jí)壓榨菜籽花椒油差異不顯著(P>0.05)；然而，橄欖花椒油與一級(jí)壓榨菜籽花椒油在綜合香氣感官評(píng)分差異顯著(P< 0.05)。菜籽油具有特殊的烘焙、堅(jiān)果氣味[7]。蔣林利[8]研究了不同提油方式(冷榨、熱榨、浸出、炒籽結(jié)合浸出)對(duì)菜籽油風(fēng)味的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提油方式對(duì)菜籽油風(fēng)味影響顯著，炒籽-壓榨所得菜籽油風(fēng)味物質(zhì)更多，風(fēng)味更好；此外，油菜籽品種也顯著影響菜籽油風(fēng)味，四川本地的雙高菜籽油風(fēng)味最好。橄欖油具有特殊的橄欖果香味，并夾雜著青草味、澀味、苦杏味[9-10]，橄欖油揮發(fā)性物質(zhì)的組成和含量與橄欖品種、地理環(huán)境、成熟度、水分、栽培、加工工藝等因素密切相關(guān)[11]。大豆油具有特殊的“臭味”，主要與亞麻酸酯、不皂化物中的碳?xì)浠衔镉嘘P(guān)；另外，大豆油中的 2-戊基呋喃、乙基乙烯基甲酮、戊烷醛、4-順-庚烯醛、丁二酮和3-順-己醇會(huì)引起大豆油的腥味[12]。以上結(jié)果提示，花椒油的香氣與浸提用植物油的香型及香氣濃郁程度有密切關(guān)系[13]。

各花椒油的色澤差異較大，其中 3 種菜籽花椒油的色澤感官評(píng)分較高，這與菜籽油本身的青綠色有密切關(guān)系；橄欖花椒油、大豆花椒油的色澤感官評(píng)分顯著降低(P<0.05)，主要因?yàn)殚蠙煊秃痛蠖褂捅旧頍o(wú)青綠色，呈黃綠色且顏色偏淡，因此橄欖花椒油、大豆花椒油的透明度感官評(píng)分較高，而 3 種菜籽花椒油的透明度感官評(píng)分均較低。綜上，菜籽油作為花椒油的浸提用油，有利于四川花椒油特殊香氣的形成；而大豆油、橄欖油作為浸提用油，花椒油的透明度好。

2.2 花椒油中的揮發(fā)性成分

2.2.1 氣相離子遷移譜(見圖1)

圖 1 中橫坐標(biāo) 1.0 處豎線為反應(yīng)離子峰(RIP峰)；RIP 峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，顏色越亮，面積越大，代表濃度越大[14]。由圖 1 中圓圈標(biāo)注部分可以看出，不同植物油浸提的花椒油具有不同 GC- IMS 特征譜信息，各花椒油樣品中的 VOCs 的差異主要表現(xiàn)在離子峰的位置、數(shù)量、強(qiáng)度及時(shí)間上。

圖1 花椒油的氣相離子遷移譜圖

實(shí)際生產(chǎn)中，四川花椒油生產(chǎn)企業(yè)多采用本地油菜籽壓榨生產(chǎn)的四級(jí)菜籽油作為浸提用植物油，也有一些企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本而采用浸出菜籽油、浸出大豆油或調(diào)和油(大豆油與菜籽油按一定比例調(diào)和)作為花椒浸提用植物油。根據(jù)花椒油的感官評(píng)價(jià)分析可知，不同植物油浸提花椒油的香氣差異較大，這是與植物油本身所含有的揮發(fā)性物質(zhì)有關(guān)[15-18]，此外，植物油中的相關(guān)成分也會(huì)與花椒中的相關(guān)成分發(fā)生相互作用而形成特殊復(fù)雜的氣味。然而，感官評(píng)價(jià)并不能精準(zhǔn)找出各花椒油間的風(fēng)味差異，因此可通過(guò) VOCs 的種類增減和相對(duì)應(yīng)物質(zhì)的濃度變化比較浸提用植物油對(duì)花椒油風(fēng)味的影響，從而指導(dǎo)花椒油生產(chǎn)企業(yè)篩選花椒浸提用植物油，在保證花椒油特定風(fēng)味品質(zhì)的同時(shí)，擴(kuò)大花椒浸提用植物油品種的使用范圍。

2.2.2 花椒油中的揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜對(duì)比

圖2為 FlavourSpec?系統(tǒng)自帶 LAV 軟件內(nèi)置的 Gallery Plot 插件篩選出的具有明顯變化規(guī)律的VOCs 的離子峰圖庫(kù)?；ń酚椭蠽OCs定性分析結(jié)果見表 4。

圖2 花椒油的Gallery Plot圖(指紋圖譜)

從圖 2 可以看出，組內(nèi)的3個(gè)花椒油樣品具有明顯的相似性，5種花椒油樣品組間則呈現(xiàn)出明顯的差異性，另外，不同花椒油都有各自的特征峰區(qū)域。一級(jí)浸出菜籽花椒油的特征峰區(qū)域在黑色雙實(shí)線區(qū)域內(nèi)，特征 VOCs 主要有δ-辛內(nèi)酯、α-松油醇、二烯丙基二硫醚、1,8-桉葉醇、辛醛、庚醛、正戊酸、乙酸-3-甲基丁酯、丙酮、糠醛；一級(jí)壓榨菜籽花椒油的特征峰區(qū)域在黑色虛線區(qū)域內(nèi)，特征 VOCs 主要有丙酮醇、2-庚酮、丙酸、正戊醇等；四級(jí)壓榨菜籽花椒油的特征峰區(qū)域在黑色實(shí)線區(qū)域內(nèi)，特征 VOCs 主要有E-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、E-2-庚烯醛、2-十一烯醛、E-2-壬烯醛等。可見，不同加工工藝的菜籽油的風(fēng)味是有區(qū)別的，這與楊湄[15]、鄧龍[19]等的研究結(jié)果一致。橄欖花椒油的特征峰區(qū)域在黑色長(zhǎng)劃線區(qū)域內(nèi)，特征 VOCs 主要有2,3-丁二醇、正己醇、己醛、乙酸異丁酯、乙醇、乙酸乙酯、3-甲基丁醛、Z-3-醋酸己烯酯、E-2-己烯醛等。龍偉等[11]在四川青川縣主栽的3個(gè)油橄欖品種初榨橄欖油中檢出較高濃度的E-2-己烯醛(16.25%～48.55%)、己醛(0.05%～0.2%)，提示E-2-己烯醛是橄欖花椒油的特征揮發(fā)性物質(zhì)。然而，大豆花椒油沒(méi)有特征峰區(qū)域及特征 VOCs ，可能是因?yàn)榇蠖够ń酚椭械?VOCs 在種類和含量上與其他花椒油較為相似。

由表4可知，花椒油共檢測(cè)出50種主要揮發(fā)性成分，包括醇類9種、醛類18種、酮類5種、烯烴類5種、酯類8種、酸類及其他類共5種。5種花椒油檢出的具有明顯變化規(guī)律的VOCs較少，是因?yàn)镚C-IMS的檢測(cè)溫度較低，為45℃，而氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)的檢測(cè)溫度一般都高于200℃，檢測(cè)溫度較低導(dǎo)致花椒油中某些脂肪酸未發(fā)生充分的氧化降解反應(yīng)[20-21]，同時(shí)，部分物質(zhì)未揮發(fā)而未檢出，然而此溫度檢出的VOCs的種類及含量可能與常溫花椒油VOCs的種類及含量更為接近。牛文婧等[4]采用頂空固相微萃取與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)測(cè)定7個(gè)不同品種花椒油中的香氣物質(zhì)，通過(guò)建立花椒油的香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型得出四川漢源紅花椒作為原料制備花椒油的香氣質(zhì)量最佳，7個(gè)不同品種花椒油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共檢出 81 種，醇類、烴類、酯類對(duì)花椒油特征性風(fēng)味的形成有重要意義，主成分分析法得出的前3個(gè)主成分是α-松油醇、芳樟醇、檸檬烯。

表4 花椒油的揮發(fā)性成分定性分析

續(xù)表4

綜上，除大豆花椒油以外的其他花椒油均有屬于該花椒油的特征VOCs，花椒油生產(chǎn)企業(yè)可通過(guò)建立花椒油 VOCs 離子遷移譜指紋特性數(shù)據(jù)庫(kù)，比對(duì)篩選出適合的花椒浸提用植物油，由此進(jìn)行植物油原料的甄選。

2.2.3 花椒油樣品的主成分及相似度分析

花椒油的主要成分分析見圖3。由圖3可知，各花椒油樣品在PC-1和PC-2上均能得到較好地分離且組內(nèi)各樣品相對(duì)集中于一定范圍內(nèi)，通過(guò)二維空間的數(shù)據(jù)分布差異可以直觀地觀察到組間和組內(nèi)樣品間的差異性[22]。橄欖花椒油在主成分上與其他花椒油的差異較大，而一級(jí)壓榨菜籽花椒油與大豆花椒油在主成分上較為相近，一級(jí)浸出菜籽花椒油與四級(jí)壓榨菜籽花椒油在主成分上的差異不大。

圖3 花椒油的PCA分析圖

根據(jù)各花椒油的 VOCs 種類和含量進(jìn)行相似度分析，結(jié)果見表 5。

表5 花椒油的相似度分析 %

由表5可知，組內(nèi)相似度均大于等于94%，組間相似度則較低，說(shuō)明花椒浸提用植物油對(duì)花椒油的風(fēng)味影響較大。一級(jí)浸出菜籽花椒油與一級(jí)壓榨菜籽花椒油的相似度最高，為 74%；大豆花椒油與一級(jí)浸出菜籽花椒油、一級(jí)壓榨菜籽花椒油的相似度均為 73%；四級(jí)壓榨菜籽花椒油與一級(jí)壓榨菜籽花椒油的相似度為70%；橄欖花椒油與大豆花椒油的相似度較低，為62%?；ń酚偷南嗨贫扰c各花椒油主成分的分析結(jié)果基本一致。

綜上，與四級(jí)壓榨菜籽花椒油相似度最高的是一級(jí)壓榨菜籽花椒油，然而其成本較高，故可采用一級(jí)浸出大豆油或者一級(jí)浸出菜籽油作為替代油。另外，也可考慮菜籽油與大豆油的調(diào)和油作為花椒浸提用植物油，本課題組將在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行深入研究。

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)對(duì)花椒浸提用植物油進(jìn)行了研究，選擇四川花椒油生產(chǎn)企業(yè)常用的四級(jí)壓榨菜籽油、一級(jí)浸出大豆油、一級(jí)浸出菜籽油作為花椒浸提用植物油，同時(shí)，選擇了成本較高、香氣濃郁的原香型一級(jí)壓榨菜籽油以及營(yíng)養(yǎng)保健功能較好、成本較高的初榨橄欖油作為花椒浸提用植物油，采用相同的花椒原料及生產(chǎn)工藝制備四川特色的花椒油。結(jié)果表明，一級(jí)浸出菜籽花椒油、一級(jí)壓榨菜籽花椒油、橄欖花椒油及四級(jí)壓榨菜籽花椒油的 GC-IMS 譜圖信息差異顯著，利用離子遷移譜獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) PCA 分析后可以很好的將其進(jìn)行區(qū)分。因此，利用 GC-IMS 獲取不同植物油浸提制備的花椒油產(chǎn)生的特征 VOCs 來(lái)篩選花椒油生產(chǎn)企業(yè)用植物油的方法是可行的。此外，花椒油生產(chǎn)企業(yè)常因浸提用植物油的價(jià)格波動(dòng)而更換植物油生產(chǎn)廠家，也可通過(guò)構(gòu)建 GC-IMS 指紋特征數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)植物油的快速識(shí)別，從而篩選出對(duì)花椒油既定風(fēng)味影響較小的植物油。

本實(shí)驗(yàn)屬于新的檢測(cè)分析技術(shù)在調(diào)味油質(zhì)量控制中的創(chuàng)新性應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)樣品的種類和數(shù)量較少，因此實(shí)驗(yàn)后期工作是采用 GC-IMS 進(jìn)一步研究不同配比植物調(diào)和油(大豆油與菜籽油調(diào)和)對(duì)花椒油風(fēng)味的影響，從而為企業(yè)提供植物調(diào)和油的最佳配比。此外，本研究中的橄欖花椒油(四川五豐黎紅食品有限公司的專利產(chǎn)品)的風(fēng)味與其他花椒油差異較大，主要因?yàn)殚蠙煊捅旧須馕兜挠绊戄^大，而四川人喜好菜籽油浸提花椒的獨(dú)特風(fēng)味，因此實(shí)驗(yàn)后期工作將進(jìn)一步篩選出對(duì)花椒油風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)影響較小的浸提用調(diào)和油(橄欖油-菜籽油)。