SPME/GC-MS分析火鍋中常見6種香辛料揮發性成分物質

劉江，朱大軍，李洪亮，何高潔，朱林

(四川天味食品集團股份有限公司，成都 610200)

火鍋具有悠久的歷史，最早來源于民間，是大家熟悉并喜愛的一種飲食方式，其中以“麻、辣、鮮、香”為特點的四川麻辣火鍋深受消費者喜愛[1]。火鍋調味料是以多種原料為基礎構成，香辛料是火鍋重要的一部分，起到增香、增味、增色等作用。火鍋底料麻辣鮮香的風味與底料配方組成有著密切的關系。火鍋底料香氣的來源廣，通常麻辣火鍋底料的基礎原料配方中有小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角等香辛料[2-5]。

香辛料是一類天然植物性調味品，常用于各類食品的加香調味，由于它們能給食品呈現辛、香、辣等味道，簡稱為香辛料[6-10]。香辛料的辛味和香氣是目前任何一種化合物所不能比擬和替代的，而且這些香辛料的安全性高、資源豐富，不但具有一定的藥用價值，而且能賦予食品一定的香型，改善食品風味，達到提高食品品質與價值的效果，使人們在感官上享受更多樂趣的同時還有助于食品的消化吸收[11-17]。火鍋底料在研發設計時，需要對火鍋中的香辛料揮發性風味物質有明確的認識，來保證其特有的風味，并以此為基礎來研究火鍋風味形成的機理。目前對火鍋底料中香辛料揮發性物質的分析參差不齊，國內外學者對香辛料的風味成分做了一定的研究工作，但尚未見有系統的報道。本實驗采用國際前沿的風味鑒定與識別技術對香辛料的揮發性物質進行檢測與分析，利用固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)以及氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技術對火鍋底料中常用6種香辛料(小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角)的香味物質進行分析，以期獲得6種香辛料中特征香味物質的突出風味，旨在為火鍋調味料企業開發產品提供理論依據，為火鍋產業的發展提供一些參考。

1 材料與儀器

1.1 材料

小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角：均由本公司統一提供，粉碎后過40目篩網。

1.2 儀器和設備

HH-2型恒溫水浴鍋 冠森生物科技(上海)有限公司；TB-214型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；H5273型粉碎機 河北慧采科技有限公司；Agilent 7890-5977型氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司；手動固相微萃取(SPME)進樣器及萃取頭 美國Supelco公司。

2 實驗方法

2.1 頂空固相微萃取香味物質

香味物質采用頂空固相微萃取技術進行提取。取粉碎過40目篩的不同香辛料樣品2.5 g于20 mL的頂空瓶內，蓋上瓶蓋，置于60 ℃恒溫水浴鍋中平衡20 min，采用固相微萃取裝置將萃取頭手動插入頂空瓶中，頂空吸附20 min后，直接將萃取頭注入氣相色譜儀進樣口處在250 ℃條件下脫附5 min。

2.2 香味物質GC-MS的測定

氣相色譜(GC)條件：采用 DB-5MS 毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，用氦氣作載氣，流速為1.0 mL/min。升溫程序：色譜柱起始柱溫30 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升到100 ℃，再以3 ℃/min升到175 ℃，然后以10 ℃/min升到215 ℃，保持10 min，進樣口溫度為250 ℃。

質譜(MS)條件：采集方式：全掃描，采集質量范圍 40～350 m/z；電離方式：電子轟擊(EI)；發射能量：70 eV；離子源溫度：200 ℃；接口溫度：250 ℃。

2.3 樣品測定定性和定量方法

2.3.1 定性分析

將所測香味物質的質譜信息與數據庫中已知香味物質的質譜信息進行比對，根據相似度的高低進行定性分析。

2.3.2 定量分析

根據被測化合物占所有化合物總色譜峰面積之比，來計算被測組分的相對含量。

3 結果與分析

3.1 6種香辛料香味物質分析

小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角香味物質的揮發性成分見圖1。

圖1 6種香辛料揮發性成分總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components in six spices

6種香辛料檢測出的揮發性物質種類包括烴類、醇類、醚類、酮類、醛類、酸類、酯類和其他類。曾朝懿等采用同種分析方法對川渝地區市售的10種特色火鍋底料進行了揮發性風味物質的測定，測定結果發現，所有的火鍋樣品中均含有烴類、醇類、醛類、酮類、酯類和其他類，雖然樣品中種數和相對含量不同，但可以明確的是它們共同構成了火鍋底料的主體風味物質。本實驗測定的香辛料中也均存在各種香味物質種類，說明6種香辛料在火鍋底料中起著重要作用。

不同香辛料(小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角)香味物質的相對含量和種數的對比見圖2。

圖2 6種香辛料揮發性成分的相對含量和種數對比Fig.2 Comparison of relative content and species of volatile components in six spices

小茴香共檢測出香味物質43種，主要香味物質種類為烴類(占72.22%)和醚類(占17.64%)；小椒共檢測出香味物質79種，主要香味物質種類為烴類(占73.17%)和醇類(占11.00%)；青花椒共檢測出香味物質74種，主要香味物質種類為烴類(占72.30%)和醇類(占13.43%)；紅花椒共檢測出香味物質92種，主要香味物質種類為烴類(占46.76%)和酯類(占43.45%)；山奈共檢測出香味物質76種，主要香味物質種類為烴類(占72.81%)和酯類(占16.04%)；八角共檢測出香味物質55種，主要香味物質種類為烴類(占58.13%)和醚類(占25.10%)。烴類為6種香辛料共有的主要香味物質種類。

3.2 6種香辛料主體香味物質對比分析

為了進一步明確火鍋中常見6種香辛料主體揮發性成分的作用及差異，將總相對含量≥1.00%的物質單獨進行分析，幾種香辛料主體香味物質種數和總相對含量對比見圖3，6種香辛料主體香味物質相對含量對比見表1。

表1 6種香辛料主體揮發性成分分析Table 1 Analysis of main volatile components in six spices

續 表

續 表

由圖3可知，小茴香、小椒、青花椒、紅花椒、山奈、八角主體香味物質種數分別為10，11，16，11，17，22種，總相對含量分別為95.18%、92.79%、87.73%、84.81%、85.07%、90.94%。幾種香辛料共有的主體香味物質種類為烴類、醇類和醚類物質，烴類物質含量最高。

圖3 6種香辛料主體揮發性成分種數和總相對含量對比Fig.3 Comparison of total relative content and species of main volatile components in six spices

小茴香主體烴類物質為檜烯、β-蒎烯、γ-松油烯、莰烯、(E)-β-羅勒烯和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，均為烯烴類，其閾值低，對小茴香整體香味貢獻大，主要呈現檸檬香和花果香；主體香味物質種類醇類物質為芳樟醇，具有花香和木香味；主體醚類物質為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香味；主體酮類物質為D(+)-樟腦和表樟腦，具有清新香和草木香。在火鍋底料中主要提供花果香和清涼的香氣。

辣椒的特殊香氣是由其揮發性成分產生的，小椒主體烴類物質為β-蒎烯(10.49%)、(+)-檸檬烯(28.35%)和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯(18.15%)，具有花草香和木香味，這3種物質在小椒揮發性物質中占比超過10%，對小椒整體香味貢獻大，為主要香氣成分；主體醇類物質為芳樟醇，有濃青帶甜的木青氣息；小椒主體醚類物質為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味，是辣味的主要貢獻成分。Buttery等[18]研究發現，辣椒香氣成分中重要的特征揮發性物質是3-甲氧基-3-異丁基吡嗪、(E,Z)-2,6-壬二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛，其結果與本實驗不同，這可能與辣椒品種和提取方法有關。辣椒揮發性成分與辣椒的品種有關，每一種辣椒的揮發性成分多，且不同品種辣椒揮發性成分的含量也不同，后續應加大對辣椒香氣成分的進一步研究。

青花椒和紅花椒主體揮發性成分分析發現，青花椒和紅花椒共有的主體烴類物質為月桂烯和大根香葉烯D，具有花草香和藥香；共有的主體醇類物質為芳樟醇，具有花香、清香和木香味；共有的主體醚類物質為4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味。青花椒特有主體香味物質種類烴類物質為3-蒈烯、β-蒎烯、α-蒎烯、γ-松油烯、α-石竹烯、β-石竹烯、十五烷和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，其中烯烴類閾值低，對青花椒整體香味貢獻大，主要呈現花香味；特有主體香味物質種類醇類物質為4-萜烯醇和α-松油醇，4-萜烯醇具有胡椒香，α-松油醇具有芳香味；特有主體香味物質種類酯類物質為乙酸芳樟酯，具有青苦香味和花果香。紅花椒特有主體香味物質種類烴類物質為檜烯、羅勒烯和(E,E)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯，呈現花香味和辛香味；特有主體香味物質種類酯類物質為甲酸芳樟酯、乙酸松油酯和乙酸橙花酯，甲酸芳樟酯具有水果和玫瑰花的香，乙酸松油酯具有油脂香，乙酸橙花酯具有橙花和玫瑰花香。麻味是火鍋底料中非常關鍵且重要的一種原料，從實驗數據可以看出，青花椒青苦香更加濃烈，紅花椒辛香味更為醇厚，且伴有淡淡果油香，這與王花俊等測定花椒中揮發性主要成分結果類似。

山奈主體揮發性物質為十六烷(29.92%)、莎草烯(6.79%)、(-)-α-古蕓烯(5.89%)，烴類閾值低，對山奈整體香味貢獻大，主要呈現花果草木香；主體酯類物質為肉桂酸乙酯(12.41%)，具有樟腦味和木頭香。主體香味物質種類醇類物質為芳樟醇、1-十四醇和龍腦，具有木香味。烴類與酯類為山奈的主體特征揮發性物質，提供樟腦味和青草香。

八角主體揮發性物質為4-烯丙基苯甲醚(21.18%)、茴香甙(3.02%)、4′-甲氧基苯丙酮(2.64%)，醚類對八角整體香味貢獻大，具有辛香味，茴香甙清香味；烴類物質α-蒎烯(6.6%)、(+)-檸檬烯(9.23%)、α-石竹烯(6.23%)、2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)雙環[3.1.1]庚-2烯(11.42%)，主要呈現花果香和檸檬香；主體香味物質種類醇類物質為芳樟醇和4-萜烯醇，芳樟醇具有花香和木香，4-萜烯醇具有胡椒香。烴類與醚類的總含量相差不大，但醚類所含的種類較少，含量最高的物質是4-烯丙基苯甲醚，其次是2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)雙環[3.1.1]庚-2烯，這與袁華偉等[19]采用相同方法測定八角中揮發性成分結果類似。

4 結論

香辛料是火鍋開發中必不可少的原料，通過對原料中香辛料的特征揮發性風味物質進行分析研究，能進一步開拓香辛料在火鍋市場的加工應用。本文采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法(HS-SPME-GC-MS)測定火鍋中6種常見香辛料的揮發性物質，檢測出6種香辛料的揮發性成分的種類和數量差異較大。幾種香辛料揮發性成分中種類最多的為烴類。小茴香共檢測出香味物質43種，主要香味物質種類為烴類和醚類，含量最高的揮發性物質為(E)-β-羅勒烯(27.10%)，具有花果香和清涼香；小椒共檢測出香味物質79種，主要香味物質種類為烴類和醇類，含量最高的揮發性物質為(+)-檸檬烯(28.35%)，具有果木辛香和辛辣味；青花椒共檢測出香味物質74種，主要香味物質種類為烴類和醇類，含量最高的揮發性物質為β-蒎烯(24.83%)，具有濃烈的青苦香；紅花椒共檢測出香味物質92種，主要香味物質種類為烴類和酯類，含量最高的揮發性物質為甲酸芳樟酯(34.74%)，具有醇厚的辛香味；山奈共檢測出香味物質76種，主要香味物質種類為烴類和酯類，含量最高的揮發性物質為十六烷(29.92%)，具有樟腦香和青草香；八角共檢測出香味物質55種，主要香味物質種類為烴類和醚類，含量最高的揮發性物質為4-烯丙基苯甲醚(21.18%)，具有濃烈的辛香味、茴香甙香味。各種香辛料具有各自的特征風味物質，根據其主要特征風味組合原料，應用于火鍋底料中，構成火鍋底料的獨特風味。希望本實驗能為香辛料在火鍋調料中的加工應用提供參考依據。