尹含靚，肖 何，鄧高文，劉 洋,2，蔣立文,2,*，李 跑,2，王建輝

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，湖南長沙 410128；2.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南長沙 410128；3.長沙理工大學，湖南省水生資源食品加工工程技術研究中心，湖南長沙 410114）

香辛料主要是指一類可以呈現(xiàn)出香、麻、甜、辣、辛、苦等多種特征風味的天然植物原料，一般來源于植物的果實、根、莖、葉、種子，例如八角、香菜籽、丁香、生姜、胡椒、月桂、桂皮等[1?2]。我國香辛料資源豐富，國家標準GB/T 21725-2017[3]認定的香辛料有67 種，并根據(jù)呈味特征將其分為濃香型、辛辣型、淡香型三類。香辛料屬于天然食品添加劑，無規(guī)定使用量。將香辛料添加于食品中，其中含有的揮發(fā)性物質會賦予食品特殊的風味[4?5]，還可以掩蓋食物中的不良風味，如肉制品中的血腥味[6]。香辛料中含有大量酚類化合物和黃酮類物質，具有強抗氧化作用[7?8]。香辛料還有抑菌、抗炎、抗癌等多種作用[9?12]，有抑菌作用的香辛料可以作為防腐劑延長食品保質期，而有抗癌、抗炎等作用的香辛料則對人體健康有一定的益處。

香辛料在日常生活中主要作為食品調味料使用，例如熬制火鍋底料、燉湯、鹵肉制品等，其風味對食品的感官品質發(fā)揮著重要的作用，目前鹵料在鹵肉制品中作用極為重要，因此研究香辛料水煮液中的揮發(fā)性風味物質對推動香辛料的利用和發(fā)展具有重要的意義。目前對香辛料中揮發(fā)性物質的研究主要是通過氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）聯(lián)用技術，例如袁華偉等[13]利用GCMS 對6 種香辛料的揮發(fā)性成分進行了分析，得到八角、大蒜、桂皮、花椒、生姜、山奈中分別含有54、24、33、58、73、63 種揮發(fā)性物質，不同香辛料中揮發(fā)性成分的種類和數(shù)量差異較大。劉素梅等[14]利用GC-MS 在香辛料調味品中鑒定出了48 種香氣成分，含量最多的化合物是烯類。

氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy, GC-IMS）聯(lián)用技術是近年來新興的揮發(fā)性物質分析方法，與GC-MS 技術相比，GC-IMS 技術具有高靈敏、無損、檢測效率高、操作簡單等優(yōu)點[15?16]。GC-IMS 已經(jīng)被廣泛應用于各類食品中風味物質研究、品質檢測分析等[17?21]，但是將該技術應用于香辛料水煮液中風味物質的研究還很少。香菜籽、陳皮、印度辣椒、八角、香茅草、花椒、良姜、草果、公丁、香葉、白扣、孜然、小茴、桂皮、白芷水煮液等為日常醬鹵制品中常用的鹵料[22?23]，因此本研究基于GC-IMS 技術對這15 種香辛料水煮液中的揮發(fā)性成分進行了分析比較，旨在為香辛料水煮液的快速判別和香氣研究提供參考，

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗用的香辛料 采購于湖南長沙。

FlavourSpec?氣相-離子遷移譜儀 德國G.A.S 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香辛料水煮液的制備 15 種香辛料按1：50 的質量比例分別加水煮制，煮沸后維持30 min，冷卻后，于4 ℃冰箱中冷藏密封保存。香辛料編號信息如下：香菜籽（XCZ）、陳皮（CP）、印度辣椒（YDLJ）、八角（BJ）、香茅草（XMC）、花椒（HJ）、良姜（LJ）、草果（CG）、公?。℅D）、香葉（XY）、白扣（BK）、孜然（ZR）、小茴（XH）、桂皮（GP）、白芷（BZ）。

1.2.2 進樣條件 分別取待測樣品各1 mL 于20 mL頂空瓶中，封口。40 ℃孵化15 min 后進樣，進樣針溫度為85 ℃，進樣體積200 μL。

1.2.3 GC-IMS 條件 色譜柱為FS-SE-54-CB-0.5（15 m，ID:0.53 mm）；柱溫60 ℃；分析時間45 min；載氣/漂移氣N2；載氣流量：初始流速2 mL/min，保持2 min；8 min 內(nèi)線性升至10 mL/min；10 min 內(nèi)線性升至100 mL/min；25 min 內(nèi)線性升至150 mL/min；漂移氣流量150 mL/min；IMS 溫度45 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用儀器配套軟件 Laboratory Analytical Viewer（LAV）查看分析圖譜，對其建立標準曲線后可進行定量分析。GC×IMS Library Search 軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫可對揮發(fā)性物質進行定性分析，通過與數(shù)據(jù)庫匹配可確定單體、二聚體和三聚體。用Gallery Plot 插件進行指紋圖譜對比，直接定量比較不同樣品間揮發(fā)性有機物差異。Dynamic PCA 插件可進行動態(tài)主成分分析。

2 結果與分析

2.1 香辛料水煮液的離子遷移圖譜

圖1 為香辛料煮液樣品（以花椒水煮液為例）的離子遷移譜圖，RIP 峰兩側的每個點都代表一種揮發(fā)性物質，紅色越深表示物質的濃度越高。從圖1 可以看出，樣品中的揮發(fā)性物質能通過GC-IMS 很好地分離，并且根據(jù)保留時間和離子遷移時間，對比軟件內(nèi)置的NIST 數(shù)據(jù)庫和IMS 數(shù)據(jù)庫可對揮發(fā)性物質進行定性。

圖1 花椒水煮液氣相離子遷移譜Fig.1 GC-IMS of HJ boiling liquid

2.2 香辛料水煮液的揮發(fā)性物質定性及組分統(tǒng)計

從15 種香辛料水煮液中檢測出揮發(fā)性物質共計134 種，其中通過GC-IMS 數(shù)據(jù)庫已定性88 種物質（表1），未定性的46 種物質還有待進一步研究。表1 中列出了已定性揮發(fā)物質的名稱、CAS 號、分子式、保留指數(shù)、保留時間和遷移時間，有部分化合物產(chǎn)生了單體和二聚體甚至三聚體的信號，可能是通過漂移區(qū)時被分析的離子和中性分子之間形成了加合物[24?25]。88 種已定性物質中包含26 種醛類、14 種醇類、12 種酮類、21 種酯類、11 種烯類及4 種其它類。

表1 香辛料水煮液揮發(fā)性物質鑒定結果Table 1 Identification results of volatile substances in spice boiling liquid

續(xù)表 1

續(xù)表 1

在孜然、印度辣椒、香葉、香茅草、小茴、香菜籽、良姜、花椒、桂皮、公丁、陳皮、草果、白芷、白扣、八角水煮液樣品中分別鑒定出了31、16、29、29、23、16、24、49、18、26、18、35、24、24、25 種揮發(fā)性物質，花椒水煮液中所含揮發(fā)性物質種類最多。由圖2 可知，不同香辛料水煮液中含揮發(fā)性物質的種類基本上以醛類居多，醇類、醛類、酮類、酯類揮發(fā)性物質在所有香辛料水煮液樣品中都有，印度辣椒、香菜籽、桂皮和公丁水煮液中不含烯類揮發(fā)物質，含醛類揮發(fā)物種類最多的是草果水煮液，含醇類、酯類和烯類揮發(fā)物種類最多的是花椒水煮液，含酮類揮發(fā)物種類最多的是花椒和公丁水煮液。

圖2 不同香辛料水煮液樣品含揮發(fā)性物質的種類數(shù)Fig.2 The number of volatile substances in the sample of boiling water of different spices

2.3 不同香辛料水煮液的指紋圖譜分析

圖3 為香辛料水煮液樣品的指紋圖譜，圖中每一行代表一個樣品的全部信號峰，每一列代表同一種揮發(fā)性物質在不同樣品中的信號峰，亮點的顏色越深代表揮發(fā)性化合物的含量越高，從圖3 中可以看到每種樣品完整的揮發(fā)性物質組成信息以及不同樣品間揮發(fā)性物質的組成差異。每個樣品做了三個平行，可以從圖3 中明顯看出樣品平行測定結果的重復性較好，僅有含量的區(qū)別。

圖3 香辛料水煮液樣品中揮發(fā)性物質的指紋圖譜Fig.3 Fingerprint of volatile matter of spices boiled liquid samples

黃色框中的2-甲基丁醛、3-甲基丁醛和正丁醛在白扣和公丁水煮液樣品中的含量高于其他樣品。棕色框中的α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯在花椒、草果、孜然、香葉等水煮液樣品中含量較高。紅色框中為各香辛料水煮液中的特征揮發(fā)性物質，可以看到丁酸（奶酪味、臭味[26]）等為香茅草水煮液中的特征揮發(fā)物質；花椒水煮液中的特征揮發(fā)物質為苯甲酸甲酯、乙酸丁酯（果香[27]）、丙酸丁酯、乙酸異戊酯（香蕉和梨香[27]）、丙基丁酸、β-月桂烯、苯乙醛、2-環(huán)己烯-1-酮等，尤其酯類物質在花椒水煮液中含量很高；異戊酸甲酯等為良姜水煮液中的特征揮發(fā)物質；草果水煮液中特征揮發(fā)物質為E-2-辛烯醛、辛醛（花果香[28]）、庚醛（堅果香[28]）、3-仲丁基-2-甲氧基吡嗪，草果水煮液中醛類物質很多，壬醛（油脂香[29]）、己醛（青草香[30]）、戊醛（果香和面包香[29]）等醛類物質（綠框中物質）雖然不是草果水煮液中的特征物質，但在草果水煮液中的含量要高于其它樣品；庚醛、2-糠醛、苯乙酸乙酯（花果香、蜂蜜香[26]）、2-甲基丁酸乙酯、環(huán)己酮、2-庚酮（果香[28]）、呋喃酮等為公丁水煮液中的特征揮發(fā)物質；琥珀酸二乙酯（淡葡萄香[31]）、二丙基二硫、E-2-壬烯醛等為孜然水煮液中的特征揮發(fā)物質；小茴水煮液中的特征物質為2-戊酮、3-甲基丁醇（果香、酒香[26]）、丁酸甲酯等；桂皮水煮液中特征揮發(fā)物質為苯甲醛（苦杏仁香[29]）、苯甲酸乙酯、1-薄荷醇；1，3-己二烯、E-2-戊烯醛等為白芷水煮液中的特征風味物質。

香菜籽、陳皮和印度辣椒水煮液樣品中揮發(fā)性物質的種類和含量均明顯低于其他樣品，而且沒有主要的揮發(fā)性物質。在不同香辛料水煮液樣品已定性的特征揮發(fā)物質中，醛類和酯類物質較多。酯類物質一般來源于羧酸和醇的酯化作用[32]，通常具有花果香。醛類物質閾值較低，香氣較為濃烈，可以賦予香辛料水煮液獨特風味，所以香辛料水煮液在鹵制肉類、豆腐干等原料中可提供產(chǎn)品特殊的香氣和滋味，也可以為具有特殊味道的原料如牛肉、羊肉等掩蓋不良氣味，給人愉悅的香氣和滋味。

2.4 主成分聚類分析

為了更直觀地區(qū)分不同香辛料水煮液風味物質差異，利用PCA 插件制作了主成分分析圖，結果如圖4 所示。從圖4 中明顯看出，花椒水煮液樣品與其他樣品的距離非常遠，說明花椒水煮液整體揮發(fā)性物質的組成與其余樣品差異很大，小茴和公丁也與其他樣品距離較遠，而香菜籽、陳皮、桂皮和印度辣椒的距離比較近，說明幾者的風味物質比較相似，但仍有一定的差異。

圖4 香辛料水煮液樣品的PCA 分析圖Fig.4 PCA analysis chart of spice boiled liquid sample

3 結論

本研究利用GC-IMS 技術分析了不同香辛料水煮液的揮發(fā)性風味物質，共檢測到了134 種揮發(fā)性物質，定性了88 種揮發(fā)性物質，包括醇類、醛類、烯類、酮類、酯類和其它類，不同樣品中風味物質的種類基本上以醛類居多。通過構建指紋圖譜，更清楚地區(qū)分了15 種樣品風味物質的差異，確定了不同樣品中的特征風味物質。香辛料水煮液樣品中的特征性風味物質以醛類和酯類居多。利用主成分分析，直觀地看到了不同香辛料水煮液樣品風味的差異。研究結果可以為不同香辛料水煮液的判別和加工利用提供一定的依據(jù)，由于GC-IMS 軟件內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫還不夠完善，有部分未定性的特征揮發(fā)性化合物有待進一步研究。