基于HS-SPME-GC-MS解析糟辣椒揮發性風味組分特征

摘要：為探究糟辣椒香氣及揮發性化合物，該研究首先對糟辣椒的7種香氣屬性進行感官品評，其次對頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法（HS-SPME-GC-MS）的萃取溫度、平衡時間、萃取時間、飽和NaCl溶液添加量進行單因素試驗和正交試驗優化，最后以最優萃取條件解析糟辣椒中揮發性化合物種類和含量。結果表明，糟辣椒酸香和甜香是強度較高的香氣屬性，在添加量為3.0 g時，采用DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度70 ℃、平衡時間10 min、萃取時間40 min、飽和NaCl溶液添加量4 mL時萃取效果最好，檢測出97種不同的揮發性風味物質，其中萜烯類化合物41種、酯類11種、醇類9種、醛類8種、酮類6種、酸類和含硫化合物各5種、呋喃類4種、酚類3種、其他化合物5種。定量結果表明，酸類、醇類以及萜烯類化合物的含量較高。該研究結果為糟辣椒揮發性風味化合物的檢測和研究提供了參考。

關鍵詞：糟辣椒；揮發性風味化合物；HS-SPME；正交試驗；GC-MS

中圖分類號：TS201.1""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0155-08

Analysis of Characteristics of Volatile Flavor Components of Fermented

Chili Based on HS-SPME-GC-MS

YANG Shuai1，2， WU Yong-jun1，2， LI Cen1，2*

（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region，

Ministry of Education， Institute of Agro-bioengineering， College of Life Sciences， Guizhou University，

Guiyang 550025， China; 2.Key Laboratory of Animal Genetics， Breeding and Reproduction in

the Plateau Mountainous Region， Ministry of Education， College of Life Sciences，

Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： In order to investigate the aroma and volatile compounds of fermented chili， sensory evaluation is conducted on seven aroma attributes of fermented chili firstly， and then single factor test and orthogonal test are conducted to optimize the extraction temperature， incubation time， extraction time and addition amount of saturated NaCl solution by headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （HS-SPME-GC-MS）. Finally， the types and content of volatile compounds in fermented chili are analyzed under the optimal extraction conditions. The results show that the sour aroma and sweet aroma of fermented chili are stronger aroma attributes. The extraction effect is the best when the addition amount is 3.0 g， DVB/CAR/PDMS extraction head is used， extraction temperature is 70 ℃， incubation time is 10 min， extraction time is 40 min， and the addition amount of saturated NaCl solution is 4 mL. A total

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.026

引文格式：楊帥，吳擁軍，李岑.基于HS-SPME-GC-MS解析糟辣椒揮發性風味組分特征.中國調味品，2024，49（8）：155-162.

YANG S， WU Y J， LI C.Analysis of characteristics of volatile flavor components of fermented chili based on HS-SPME-GC-MS.China Condiment，2024，49（8）：155-162.

收稿日期：2024-03-21

基金項目：貴州省辣椒發酵制品工程技術研究中心項目（黔科合平臺人才2102）；貴州省辣椒加工工程技術研究中心項目（黔教合 KV（006））；貴州大學自然科學專項（特崗）科研基金項目（貴大特崗合字（2023）15號）；貴州省十二大農業特色（辣椒）產業專班項目（黔農發68號）；貴州省科技計劃項目（黔科合支撐156號）

作者簡介：楊帥（2000—），男，碩士研究生，研究方向：食品風味化學。

*通信作者：李岑（1989—），女，講師，博士，研究方向：食品生物技術、食品風味化學與感知科學、酶工程與技術等。

of 97 different volatile flavor substances are detected， including 41 terpenes， 11 esters， 9 alcohols， 8 aldehydes， 6 ketones， 5 acids， 5 sulfurs， 4 furans， 3 phenolics and 5 other compounds. The quantitative results indicate that the content of acids， alcohols and terpenes is relatively high. The research results have provided references for the detection and research of volatile flavor compounds in fermented chili.

Key words： fermented chili; volatile flavor compounds; HS-SPME; orthogonal test; GC-MS

貴州的辣椒產業處于我國領先地位，2022年全省辣椒種植面積超過543萬畝，辣椒產業產值達260億元。糟辣椒具有香、鮮、辣等獨特風味，是貴州地區特色的發酵辣椒制品。

鮮椒經去蒂、清洗、剁碎后與輔料（姜、蒜、白酒）混勻裝壇密封發酵25～45 d后形成糟辣椒。發酵過程中經大量微生物和酶的作用，碎辣椒中的蛋白質和糖類等生物大分子分解成有機酸類、氨基酸和揮發性的醇類、酸類、醛類、酮類等化合物，從而賦予糟辣椒獨特的風味。

食品風味是影響其品質的重要指標，頂空固相微萃取（HS-SPME）集萃取、濃縮、進樣等為一體，具有客觀、準確、快速定性、靈敏度高等優點，廣泛應用于食品揮發性成分的定性定量分析。利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法（HS-SPME-GC-MS）測定5種貴州典型辣椒品種的香氣成分，分析得出62種共有的揮發性化合物。采用同時蒸餾萃取（SDE）和HS-SPME萃取傳統發酵辣椒中揮發性成分，并采用GC-MS對辣椒發酵過程中揮發性成分進行分析，共檢測出56種揮發性化合物。張洪禮等采用SPME-GC-MS法對不同加工方式的糟辣椒進行檢測，得出64種揮發性物質。郭磊等通過響應面優化HS-SPME-GC-MS并分析美味牛肝菌中的風味物質，共測得包含醇類、醛類、酮類、酸類、酯類在內的55種揮發性物質。然而，目前糟辣椒HS-SPME的檢測條件主要參考傳統發酵食品，還沒有針對糟辣椒進行HS-SPME方法優化。此外，糟辣椒揮發性物質的鑒定方法還停留在NIST數據庫的比對，沒有通過保留指數（RI）進一步定性。

HS-SPME解析揮發性化合物的最佳條件因被檢測物不同而有所差異，對于未知的揮發性化合物，定性時可能同時存在多個匹配度較高的化合物，容易出現定性錯誤的情況。因此，本研究對HS-SPME方法的萃取溫度、平衡時間、飽和NaCl溶液添加量和萃取時間進行單因素試驗和正交試驗優化，然后采用NIST數據庫和RI對化合物進行定性，最后解析不同糟辣椒中揮發性化合物的含量，為糟辣椒工藝提升和產品控制提供了基礎。

1" 材料與方法

1.1" 材料與儀器

選自貴州辣椒主產地遵義、六盤水、畢節的糟辣椒試驗樣品FP-1、FP-2、FP-3、FP-4、FP-5，于2023年4月采購于貴陽市花溪區永輝超市；正構烷烴C7～C30：美國Sigma-Aldrich 公司；20 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS 固相微萃取三相萃取頭：美國Supelco公司；8890N-MSD 5977B GC-MS聯用儀：美國Agilent公司；PAL System多功能自動進樣器：德國Gerstel公司。

1.2" 糟辣椒感官評價分析

由15名經食品風味感官評價訓練（主要利用葡萄酒標準香氣酒鼻子Le Nez du Vin訓練）的人員組成評價小組，分別對FP-1、FP-2、FP-3、FP-4、FP-5的酸香、咸醬、辣椒、姜、果香、甜香、花香7種不同風味屬性進行測評打分，每位測評人員對風味的打分為0～5分，得分結果取平均值。

1.3" 單因素試驗

1.3.1" 試驗條件

1.3.1.1" HS-SPME條件

基于試驗糟辣椒所選樣品，以FP-1進行萃取試驗優化。稱取糟辣椒樣品（3±0.05） g于20.0 mL頂空瓶中，加入一定量飽和氯化鈉溶液和20 μL乙酸丙酯內標（53 μg/mL）置于孵化器中，保持振搖速度為400 r/min，經加熱平衡、萃取吸附后將萃取頭插入進樣口。

1.3.1.2" GC-MS條件

GC條件：不分流模式進樣，進樣口溫度為250 ℃；HP-5MS色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm），載氣（He）恒定流量為1.0 mL/min；升溫程序：柱箱初始溫度為40 ℃，保持3 min，第一梯度以5 ℃/min升溫至150 ℃，保持0 min，第二梯度以10 ℃/min升溫至250 ℃，保持10 min，共運行45 min，解吸時間5 min。

MS條件：電子轟擊離子（EI）源；離子源溫度230 ℃；MS四極桿溫度150 ℃；掃描方式、全掃描，掃描起點質量（m/z） 29，掃描終點質量（m/z） 500，溶劑延遲0 min。

1.3.2" 單因素試驗方法

以平衡時間15 min、飽和NaCl溶液添加量4 mL和萃取時間15 min為試驗的初始萃取條件，以總峰面積為考察指標，比較溫度（30，40，50，60，70 ℃）對萃取效果的影響；基于初始條件和優化后的萃取溫度，依次考察平衡時間（5，10，15，20，25 min）、飽和NaCl溶液添加量（2，3，4，5，6 mL）和萃取時間（30，35，40，45，50 min）對萃取效果的影響。

1.4" 正交試驗設計

基于單因素試驗結果，以4個單因素為影響因素，進行L9（34）正交試驗設計（見表1），以試驗得出的總峰面積為考察指標，優化糟辣椒揮發性風味物質的萃取條件。

1.5" 風味化合物定性和定量分析

基于優化后的萃取條件，重復最優組合3次，對5個糟辣椒樣品的色譜峰進行分析。

定性：檢索NIST數據庫對目標化合物進行對比；采取相同GC-MS條件下正構烷烴的保留時間進行分析，用各物質色譜峰的保留時間計算目標物質的保留指數（RI），并與數據庫中查詢到的保留指數（LRI）進行比對（LRI與RI認定范圍相差＜15）。RI的計算公式好如下：

保留指數=100×n+100×（ta-tn）tn+1-tn。（1）

式中：ta為色譜峰a的保留時間（min）；tn為正構烷烴Cn的保留時間（min）（色譜峰a的保留時間須在正構烷烴Cn和Cn+1之間）。

定量：利用半定量法，以乙酸丙酯為內標，3次平行試驗對5個糟辣椒中的風味化合物進行定量，計算公式如下：

Cx=Cs×Vs×AxAs×M。（2）

式中：Cx為化合物x的含量（μg/kg）；Ax和As分別為化合物x與內標s的峰面積（AU·min）；Cs為內標物質量濃度（μg/mL）；M為樣品質量（kg）；Vs為內標體積（μL）。

2" 結果與分析

2.1" 感官評價

不同糟辣椒香氣輪廓見圖1。

其酸香和甜香在5個樣品中均有較高的香氣強度，表明是貴州糟辣椒的主要風味屬性，咸醬、花香、果香、辣椒的風味屬性在樣品中也具有相對明顯的氣味強度，姜的風味屬性除了在FP-1樣品中強度較高（3.5）外，在其余4 個樣品中的感官得分均小于1.5。總體來看，不同品牌糟辣椒雖然從香氣屬性上來看可總結為酸香、咸醬、辣椒、姜、果香、甜香以及花香7種，但香氣強度有較大差別。

2.2" 單因素試驗優化萃取條件

萃取溫度是影響樣品中風味物質從樣品中揮發出來的重要因素。由圖2中A可知，在萃取溫度為60 ℃時，糟辣椒中揮發性風味物質的總峰面積達峰值，70 ℃時稍有下降，但與60 ℃時相比無顯著差異。由于溫度過高會導致分子質量較大的物質難以吸附，分子質量小的物質易從吸附材料上解吸下來，以致試驗結果的準確性降低。同時，過高的溫度也會影響萃取頭涂層和揮發性組分在氣相之間的分配系數，導致萃取效果不理想。因此，以60 ℃為最佳萃取溫度，50，60，70 ℃作為試驗水平進行正交試驗。

平衡時間是樣品揮發性組分在氣相中達到平衡所需的時間。由圖2中B可知，平衡時間在5～25 min條件下，揮發性風味組分的總峰面積先上升后下降，在15 min時達到最大值。因此，以15 min為最佳平衡時間，10，15，20 min作為試驗水平進行正交試驗。

向樣品中加入適量的無機鹽離子可增強樣品中揮發性物質在頂空瓶內的濃度，使萃取頭吸附更多的揮發性組分。由圖2中C可知，飽和NaCl溶液添加量在2～6 mL之間時，總峰面積在4 mL時達到峰值。由于溶液中無機鹽離子濃度過高會影響某些揮發性組分在溶液中擴散的速度以及分子基團之間的相互作用力。因此，以飽和NaCl溶液添加量4 mL為最佳條件，3，4，5 mL作為試驗水平進行正交試驗。

由圖2中D可知，萃取時間為30～50 min之間時，總峰面積的變化趨于平緩，40 min時達到最大值。其原因可能是萃取過程中萃取頭吸附揮發性物質逐漸達到飽和，部分吸附物質會因萃取時間過長而發生解吸附，因此總峰面積會有所下降。因此，以40 min為最佳萃取時間，35，40，45 min為試驗水平進行正交試驗。

2.3" 正交試驗

根據單因素試驗結果，以揮發性組分的總峰面積作為指標，設置了L9（34）正交試驗，結果見表2，根據R值大小可知，各因素對萃取效果影響的主次順序為A＞D＞C＞B，即萃取溫度對糟辣椒風味物質萃取的影響最大，平衡時間的影響最小。根據極差K值大小選出糟辣椒萃取的最優組合A3B1C2D2，即萃取溫度70 ℃、平衡時間10 min、飽和NaCl溶液添加量4 mL、萃取時間40 min。最優萃取條件下進行3次平行試驗進行驗證，試驗結果所得總峰面積為5.26×1010 AU·min，表明萃取條件優化良好。

2.4" 揮發性風味化合物定性及定量分析

在HS-SPME最佳條件下對不同糟辣椒中揮發性風味化合物進行定性及定量分析，結果見表3和圖3。共檢測到97種揮發性化合物，與前人的研究結果相比，除化合物數量明顯增加外，本次試驗在貴州糟辣椒中還檢測出少量呋喃類及含硫類化合物。萜烯類化合物種類最多，共檢測出41種。大多數萜烯類在植物機體內由質體和細胞質中的乙酰輔酶A和丙酮酸合成。萜烯類化合物的閾值低，如β-水芹烯和月桂烯在水中的閾值僅為0.04 mg/L和0.015 mg/L，FP-1中萜烯類化合物的相對含量最高，占比達到64%，其中α-姜黃烯、β-水芹烯、月桂烯的相對含量較高，分別為（1 016.3±172.4），（991.6±131.3），（856.4±113.3） μg/kg，可能對FP-1的甜香、姜香風味有一定影響。研究表明，芳樟醇的閾值低，僅為0.006 mg/L，是發酵辣椒的關鍵呈香物質之一，還具有一定的抗炎、抗菌效果。糟辣椒制作過程中加入的生姜和大蒜等配料也會帶入部分萜烯類化合物，如α-姜黃烯是姜中的主要揮發性化合物，通過輔料的形式加入糟辣椒中，影響整體風味。

醇類是發酵食品中重要的風味化合物，生物體內大部分醇類物質來自糖的合成代謝途徑，通過氨基酸Ehrlich途徑或脂質氧化代謝而成。部分不飽和醇類物質的閾值較低，可能對糟辣椒的風味有較大貢獻，如2-糠醇的閾值為0.07 mg/L，賦予糟辣椒一定的水果香味。

糟辣椒揮發性香味成分中酯類化合物種類較多，生物體內的酯類化合物通過有機酸和醇類的酶促反應縮合而成。大部分酯類物質有特殊的花香或水果香氣，且酯類物質的閾值一般低于相對應的醇類或酸類，表現出較強的氣味特征，從而豐富了糟辣椒的風味。乙酸乙酯的閾值為0.5 mg/L，其在FP-4中的相對含量較高，為（433.7±15.6） μg/kg，可能與FP-4的果香，甜香風味屬性較強有關。水楊酸乙酯是一種具甜香的酯類化合物，在水中的閾值為0.084 mg/L，具有一定的抗菌作用，是治療腹瀉的藥物組分之一。

含硫化合物是植物中一類特殊的天然產物，能產生強烈、刺鼻的味道，是洋蔥、大蒜等蔥屬植物的特征風味物質。研究表明，發酵蔬菜中的含硫風味化合物可能由以氨基酸為前體的酶促反應或美拉德反應而生成，烯丙基甲基硫醚、二烯丙基硫醚和二烯丙基二硫在食品中的呈味閾值和含量較低，是食品風味物質中重要的一類化合物。5種含硫化合物中除3-甲基噻吩外都具有一定的蔥、蒜風味，FP-4中含硫化合物含量占比最高（14.5%），然而FP-3中并未檢測到該類含有蔥、蒜風味的含硫化合物，可能是由于FP-3中該類含硫化合物含量低于檢測限并未檢測到，若要定量該類含硫化合物較低的糟辣椒樣品，含硫化合物檢測器，如硫化學發光檢測器（SCD）可以達到更低的檢測限，硫化物一般閾值較低，可能對不同品牌糟辣椒整體香氣差異有重要影響。

酸類、醛類、酮類、酚類、呋喃類以及其他化合物在糟辣椒中的種類雖然較少，但不同化合物的閾值及相對含量有所不同，故對糟辣椒的風味仍具有一定貢獻。醛類物質賦香能力強、閾值低且適量的醛類物質有利于辣椒辣味的保持。酸類化合物的相對含量在一定程度上可以協調糟辣椒的整體呈味風格，雖然只檢測到5種，但有較高的占比（32.6%～62.3%），其中醋酸的平均值高達2 935.7 μg/kg，FP-3和FP-5中酸類化合物相對含量較高，可能對二者的酸香屬性有較大貢獻。

3" 結論

糟辣椒風味獨特，本研究對香氣輪廓進行了感官評價，發現酸香和甜香是糟辣椒主要的香氣屬性。HS-SPME-GC-MS條件對糟辣椒揮發性物質分析的靈敏度、準確度、峰形等有一定影響。通過單因素試驗和正交試驗優化糟辣椒揮發性物質萃取條件，最優組合為萃取溫度70 ℃、平衡時間10 min、萃取時間40 min、飽和NaCl溶液添加量4 mL。經NIST數據庫比對及保留指數雙重定性共檢測出97種揮發性風味物質，其中萜烯類化合物41種、酯類11種、醇類9種、醛類8種、酮類6種、酸類和含硫化合物各5種、呋喃類4種、酚類3種、其他化合物5種。揮發性化合物在不同糟辣椒中有一定差異，但總體酸類、醇類、萜烯類化合物的相對含量高于其余風味化合物。本研究為糟辣椒揮發性風味化合物的檢測和研究提供了參考和依據。

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