袁華偉，尹禮國*，徐洲，王衛(wèi)，吉莉莉

(1.宜賓學院 生命科學與食品工程學院，四川 宜賓 644000；2.固態(tài)發(fā)酵資源利用四川省重點實驗室，四川 宜賓 644000；3.肉類加工四川省重點實驗室，成都 610106)

香辛料不僅具有增加香氣、消除異味的作用，而且具有一定的保健功能，廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)[1-3]。作為食品加工的原材料，香辛料在肉制品中起調(diào)味、防腐和抗氧化等作用[4-6]；在泡菜加工生產(chǎn)中影響微生物的生長及泡菜的質(zhì)量[7-9]。不同品種的香辛料香味差異較大，香辛料散發(fā)出的香味是由其中含有的各種具有芳香氣味的揮發(fā)性物質(zhì)共同作用的結(jié)果[10]。香辛料的揮發(fā)性物質(zhì)是影響其香氣的重要因素，因此研究香辛料揮發(fā)性香氣成分及主體風味物質(zhì)，對推動香辛料加工利用都具有十分重要的意義。

對食品揮發(fā)性成分的分析常用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用方法[11]。固相微萃取技術(shù)集采樣、萃取、濃縮和進樣于一體，能夠快速、高效地進行樣品的分析[12,13]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于香辛料提取的精油化學成分分析[14-16]，而對香辛料揮發(fā)性成分研究較少[17-19]。本研究使用固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法對八角、大蒜、桂皮、花椒、生姜、山奈等6種常用香辛料的香氣成分進行分析和鑒定，可為香辛料的加工利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

八角(產(chǎn)于廣西金秀)、大蒜(產(chǎn)于四川宜賓)、桂皮(產(chǎn)于廣西防城)、花椒(產(chǎn)于四川漢源)、生姜(產(chǎn)于四川宜賓)、山奈(產(chǎn)于廣西平南)：購于四川省宜賓市綠源超市，要求樣品無腐爛變質(zhì)。

1.2 儀器與設(shè)備

5975C-7890A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；65 μm PDMS/DVB萃取頭、15 mL頂空鉗口樣品瓶、手動SPME進樣器 Supleco公司；78HW-1恒溫加熱磁力攪拌器 杭州儀表電機有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 頂空固相微萃取

1.3.1.1 樣品處理

稱取0.50 g搗碎的香辛料粉，加入頂空樣品瓶中，加入4 mL超純水并搖勻，放置于恒溫磁力攪拌器上，進行水浴30 min，將萃取針放入樣品瓶中，在不同的溫度條件下萃取不同的時間，然后把萃取頭退回，拔出萃取針。平衡與萃取過程中均進行磁力攪拌，攪拌速度為100 r/min。將萃取針插入氣相色譜儀進樣口，推出纖維頭250 ℃熱解吸5 min后，開始進行分析，老化萃取頭20 min后拔出萃取針。

1.3.1.2 萃取溫度的選擇

分別在40，45，50，55，60 ℃條件下萃取經(jīng)GC-MS檢測后通過比較色譜峰的總面積和個數(shù)確定最佳的萃取溫度。

1.3.1.3 萃取時間的優(yōu)化

在最優(yōu)溫度條件下分別萃取20，25，30，35，40 min，經(jīng)GC-MS檢測后通過比較色譜峰的總面積和個數(shù)確定最佳的萃取時間。

1.3.2 GC-MS檢測

1.3.2.1 色譜條件

色譜柱為HP-5MS(5% Phenyl Methyl Silox，30 m×0.25 mm，0.25 μm)彈性石英毛細管柱。初始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫至100 ℃，3 ℃/min升溫至175 ℃，10 ℃/min升溫至215 ℃，保持10 min，不分流。氣化室溫度250 ℃。

1.3.2.2 質(zhì)譜條件

電子轟擊離子源(EI)，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃；接口溫度250 ℃；質(zhì)量掃描范圍： 35～400 m/z。

1.4 定性定量分析

1.4.1 定性

選擇NIST 11.L質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫對各色譜峰進行定性分析，篩除匹配度小于80%的物質(zhì)，選擇匹配度最高的物質(zhì)作為定性結(jié)果。通過CAS號在www.ichemistry.cn網(wǎng)站上查詢中英文名稱。

1.4.2 定量

以峰面積歸一化法確定不同原料中各化合物的相對百分比。

2 結(jié)果與分析

2.1 頂空固相微萃取條件的優(yōu)化

2.1.1 萃取溫度的選擇

不同萃取溫度條件下6種香辛料的混合樣色譜分析的結(jié)果見圖1。

圖1 不同萃取溫度對色譜分析的影響Fig.1 Effects of different extraction temperatures on chromatographic analysis

萃取溫度低于50 ℃時，色譜峰數(shù)量較少，這可能是香辛料中的揮發(fā)性成分揮發(fā)速度慢導致的。萃取溫度升高時，萃取峰的數(shù)量也低于50 ℃條件下的有效峰個數(shù)，可能是溫度過高導致?lián)]發(fā)性物質(zhì)在萃取頭涂層中吸附量下降導致的。溫度對萃取頭的萃取效果有雙重影響，溫度升高時，有利于分析物在基質(zhì)中的擴散，縮短萃取時間，但升高溫度也會使分析物在涂層中的分配系數(shù)降低，導致吸附量減小，影響萃取頭的靈敏度。50 ℃條件下的萃取峰數(shù)量最多，色譜圖的總面積也最大，說明香辛料的揮發(fā)性物質(zhì)在50 ℃條件下萃取效果最佳。因此，選擇50 ℃作為香辛料揮發(fā)性香氣成分的萃取溫度。

2.1.2 萃取時間的選擇

6種香辛料的混合樣在50 ℃條件下萃取不同的時間的色譜分析結(jié)果見圖2。

圖2 不同萃取時間對色譜分析的影響Fig.2 Effects of different extraction time on chromatographic analysis

隨著萃取時間的增加，萃取峰面積增加，有效峰數(shù)量也增加，當萃取時間超過30 min時，萃取峰面積開始減少，但對有效峰數(shù)量影響不大。因此，選擇30 min作為香辛料揮發(fā)性成分的萃取時間。

通過對八角、大蒜、桂皮、花椒、生姜、山奈的揮發(fā)性物質(zhì)成分進行分析，其GC-MS總離子圖譜見圖3。

2.2 常用香辛料揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖

圖3 6種香辛料揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.3 Total ion chromatogram of volatile components in six spices samples

由圖3可知，6種香辛料揮發(fā)性風味物質(zhì)的總離子流圖有明顯的差別，其保留時間和有效峰個數(shù)都有明顯的不同，表明不同的香辛料含有的揮發(fā)性風味物質(zhì)不同。

2.3 常用香辛料的揮發(fā)性香氣成分

2.3.1 八角揮發(fā)性成分分析

表1 八角揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of volatile components in star anise

續(xù) 表

由表1可知，檢測到八角中的揮發(fā)性成分54種，其中萜烯類33種(43.12%)，醇類6種(9.23%)，醚類3種(42.92%)，醛類2種(3.71%)，芳香族化合物8種(9.29%)，其他2種(0.061%)。萜烯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(zhì)是反式茴香腦(32.21%)，其次是d-畢澄茄烯(16.71%)、茴香腦(10.59%)、α-衣蘭油烯(9.76%)。

2.3.2 大蒜揮發(fā)性成分分析

表2 大蒜揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 2 Analysis results of volatile components in garlic

續(xù) 表

由表2可知，檢測到大蒜中的揮發(fā)性成分24種，其中硫醚9種(81.17%)，噻吩3種(6.13%)，酯類2種(5.94%)，含硫化合物9種(2.55%)，其他1種(4.19%)。硫醚類的種類最多，總含量也最大。含量最高的物質(zhì)是二烯丙基三硫醚(57.17%)，其次是二烯丙基四硫醚(11.54%)、甲基-1-丙烯基二硫醚(5.90%)、甲基-2-丙烯基二硫醚(4.40%)。

2.3.3 桂皮揮發(fā)性成分分析

表3 桂皮揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 3 Analysis results of volatile components in cinnamon

續(xù) 表

由表3可知，檢測到桂皮中的揮發(fā)性成分33種，其中萜烯類24種(45.76%)，醛類3種(47.74%)，醇類2種(0.71%)，醚類2種(2.61%)，芳香族化合物2種(2.64%)。萜烯類的種類最多，醛類的種類較少，但其總含量僅次于萜烯類。含量最高的物質(zhì)是桂皮醛(33.05%)，其次是d-畢澄茄烯(16.17%)、α-衣蘭油烯(11.12%)、肉桂醛(10.96%)。桂皮中的主要揮發(fā)性成分為桂皮醛。

2.3.4 花椒揮發(fā)性成分分析

表4 花椒揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 4 Analysis results of volatile components in pepper

續(xù) 表

由表4可知，檢測到花椒中的揮發(fā)性成分58種，其中萜烯類28種(55.10%)，醇類10種(42.69%)，烴類10種(1.14%)，醛類6種(0.42%)，酮類2種(0.62%)，酯類2種(0.019%)。萜烯類的種類最多，醇類的種類較少，但其總含量僅次于萜烯類。含量最高的物質(zhì)是芳樟醇(41.33%)，其次是β-水芹烯(20.64%)、d-檸檬烯(19.03%)、d-吉瑪烯(4.31%)。

2.3.5 生姜揮發(fā)性成分分析

表5 生姜揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 5 Analysis results of volatile components in ginger

續(xù) 表

續(xù) 表

由表5可知，檢測到生姜中的揮發(fā)性成分73種，其中萜烯類54種(88.51%)，醇類5種(2.83%)，醛類6種(7.68%)，醚類4種(0.32%)，酮類2種(0.31%)，其他2種(0.059%)。萜烯類的種類最多，其總含量也最多。含量最高的物質(zhì)是α-姜烯(21.87%)，其次是β-倍半水芹烯(14.06%)、α-姜黃烯(7.86%)、β-沒藥烯(7.15%)。

2.3.6 山奈揮發(fā)性成分分析

表6 山奈揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 6 Analysis results of volatile components in Rhizoma kaempferiae

續(xù) 表

續(xù) 表

由表6可知，檢測到山奈中的揮發(fā)性成分63種，其中萜烯類32種(10.67%)，酯類3種(46.50%)，醇類6種(5.46%)，酮類3種(0.22%)，醚類4種(2.76%)，醛類2種(0.37%)，烴類13種(33.98%)。萜烯類的種類最多，其次是烴類，但酯類、烴類的總含量高，萜烯類的總含量較少。含量最高的物質(zhì)是對-甲氧基肉桂酸乙酯(31.95%)，其次是2-異丙基-4a,8-二甲基-1,2,3,4,4a,5,6,7-八氫萘(29.99%)、肉桂酸乙酯(14.53%)、桉葉油醇(4.37%)。

3 結(jié)論

通過對6種香辛料的揮發(fā)性成分進行測定，其種類和數(shù)量差異較大。八角、桂皮、花椒、生姜、山奈揮發(fā)性成分中種類最多的為萜烯類，但含量最多的物質(zhì)分別是反式茴香腦、桂皮醛、芳樟醇、α-姜烯、對-甲氧基肉桂酸乙酯。大蒜揮發(fā)性成分中種類最多的為硫醚類化合物，含量最多的是二烯丙基三硫醚。另外，烴類、酮類等物質(zhì)含量雖然低但對香辛料的香氣同樣具有重要影響，所有這些物質(zhì)組合在一起構(gòu)成了香辛料的獨特氣味。