譚春梅,梅源,陳龍,楊洪浪,劉達玉*

(1.成都大學 藥學與生物工程學院,成都 610106;2.四川省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 成都 610066;3.成都圣恩生物科技股份有限公司,成都 611130)

天然香辛料是一類具有典型風味的天然植物原料的總稱[1],在全球范圍內(nèi)作為食品調(diào)味不可或缺的原料之一,已有幾千年的歷史[2-3]。天然香辛料主要有香、辛、麻、辣、苦、甜等風味,其添加于食品中后主要起到促進和改良風味、調(diào)味、上色等作用[4]。除此之外,香辛料中大量存在的黃酮類、酚類以及其他生物活性化合物如姜黃素等賦予了其更多生理活性[5-6],如抗氧化、抑菌、抗炎和抗癌等作用[7-9],對滿足當前消費者對健康綠色飲食的需求具有積極意義。

復合香辛料的風味對食品感官品質(zhì)的提升具有重要作用,在食品加工中常用于制作鹵料、火鍋、燒烤、燉料等[10]。火鍋底料、燒烤料、鹵料等作為一類典型的復合調(diào)味品,其中的復合香辛料大多利用八角、肉桂、小茴香、花椒、丁香、辣椒等進行復合調(diào)配,以達到對肉制品進行提味、增香和去腥的效果[10-12]。在工業(yè)生產(chǎn)中,復合香辛料通過采取適當?shù)姆鬯樘幚?、提取溶劑增香工藝等前處理方?更有利于釋放香辛料中的風味物質(zhì),提高香辛料的利用效率[13],并使風味物質(zhì)的提取速度更快,且改善香辛料加工產(chǎn)品的口感[14]?；诜鬯樘幚?前人針對不同香辛料粒徑或破碎目數(shù)對鹵制鴨腿[15]和熟制龍蝦[16]等肉制品風味品質(zhì)的影響進行了一定研究,但對不同破碎方式下復合香辛料本身揮發(fā)性風味物質(zhì)差異的研究較少。在溶劑提取方面,前人的研究更多針對不同提取方式對香辛料精油的提取效果評價[17-18]以及提取后香辛料精油的抑菌機理等方面[19],在食品加工中通過不同溶劑浸提香辛料,并探究其揮發(fā)性風味物質(zhì)組成和差異的相關(guān)研究尚未見報道。

本研究主要針對不同粉碎和浸提工藝下復合香辛料中揮發(fā)性風味化合物的組成、含量以及風味物質(zhì)差異進行分析,并進行相應的感官評價,從而明確在工業(yè)生產(chǎn)中復合香辛料生產(chǎn)中更佳的粉碎和浸提工藝。實驗結(jié)果為提高火鍋底料、燒烤料、鹵料等復合調(diào)味品批次穩(wěn)定性,增加香辛料香味使用率,減少原、輔料浪費以及在后續(xù)工廠生產(chǎn)中實現(xiàn)復合調(diào)味品風味精準調(diào)控和可控化生產(chǎn)提供了一定的科學依據(jù)和理論參考。

1 材料和方法

1.1 材料

本研究中的復合香辛料是根據(jù)一種典型川菜香辛料實例配方,由16種香辛料按照一定比例進行混合而制成,主要包括八角、桂皮、辣椒、花椒、丁香、山奈、白胡椒、小茴香、草果、香葉、砂仁、白芷、肉豆蔻、陳皮、白蔻、甘草,均購于四川味覺食品有限公司。純凈水:購于成都生鮮超市;白酒:重慶市江津區(qū)德天酒業(yè)有限公司;棕櫚油:益海(廣漢)糧油飼料有限公司。

1.2 試劑

辛酸甲酯、甲醇(均為色譜純):美國Sigma-Aldrich公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

手動SPME進樣器、DVB/CAR/PDMS自動頂空固相微萃取頭 美國Supelco公司;HP6890/5973氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀 美國安捷倫公司;JA5003型電子天平 上海佑科儀器儀表有限公司;FW-200高速萬能粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;SQW-50細胞破壁超微粉碎機 濟南易辰超微粉碎技術(shù)有限公司;舂搗器(傳統(tǒng)中藥器具)。

1.4 方法

1.4.1 香辛料的制備工藝和樣品制備

復合香辛料的制備流程:原料稱重→粉碎→溶劑浸泡→調(diào)配→感官及風味檢驗→成品。

為探究不同粉碎方式對復合香辛料感官及揮發(fā)性物質(zhì)的影響,分別稱取5 kg相同配方的復合香辛料,采用傳統(tǒng)舂碎(CS)、破壁機破碎(PS)和低溫超微粉碎(CW)3種方式對相同原料進行粉碎。每種破碎方式處理3次樣品作為重復,進行揮發(fā)性化合物的檢測和感官評價。

經(jīng)過對不同粉碎方式風味物質(zhì)進行分析和感官評價的結(jié)果,選擇最佳的原料粉碎方式。進一步探究不同浸提工藝對粉碎后的復合香辛料風味的影響,考慮到生產(chǎn)車間實際溫度最高不超過45 ℃,所以分別使用白酒、棕櫚油和純凈水對相同含量的香辛料粉于45 ℃浸泡提取4 h。每種浸提工藝處理3次樣品作為重復,進行揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測和感官評價。

1.4.2 揮發(fā)性風味物質(zhì)檢測方法

不同粉碎方式的樣品直接稱取0.5 g進行檢測,不同溶劑浸提樣品稱取30 g溶劑粉末混合物后,20 ℃下以6 000 r/min離心5 min后,稱取沉淀0.5 g進行檢測。將樣品置于20 mL頂空瓶中,并加入20 μL濃度為73 μL/mL的辛酸甲酯作為內(nèi)標,在60 ℃下平衡15 min,插入萃取頭萃取45 min后進行上樣檢測。

GC-MS條件:色譜柱為VF-Wax MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度270 ℃;載氣為1.0 mL/min流速的He;自動無分流進樣;升溫程序:初溫40 ℃,保持5 min,然后以4 ℃/min升至100 ℃,最后以6 ℃/min升至230 ℃,保持10 min;MS傳輸線和離子源溫度均為250 ℃;掃描范圍(m/z):35～550;溶劑延遲3 min;數(shù)據(jù)分析:以NIST 08譜庫檢索為主,輔助人工解析圖譜,將各化合物的質(zhì)譜圖與標準譜圖相對照,采用保留指數(shù)并結(jié)合已有文獻報道進行物質(zhì)的定性分析,以面積歸一法計算相對含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進行方差分析、多重比較(Duncan分析法,P<0.05表示差異顯著);主成分分析(PCA)以及偏最小二乘回歸分析(PLS-DA)采用SIMCA 14.1軟件,柱狀圖使用Origin 2021繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粉碎方式對復合香辛料揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響

2.1.1 揮發(fā)性風味物質(zhì)測定統(tǒng)計分析

本研究采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對不同粉碎方式處理下復合香辛料中的揮發(fā)性化合物進行分析,通過譜庫檢索共鑒定出210種揮發(fā)性化合物,其中酯類35種、萜類48種、醛類15種、酸類8種、酮類17種、烯類20種、醇類22種、醚類9種、芳香類13種、烷烴類5種、含氮化合物13種、其他5種(見表1),在CW、PS和CS中分別鑒定出149,150,150種揮發(fā)性化合物。不同粉碎方式下復合香辛料的各類揮發(fā)性風味物質(zhì)的種類數(shù)量統(tǒng)計表見表1,相對含量差異見圖1。在不同的粉碎方式中,復合香辛料中萜類物質(zhì)的數(shù)量和相對含量均為最大值,其次為醇類和醚類化合物,總含量均達到700 mg/kg以上,與前人的研究結(jié)果一致[16]。隨著粉碎程度的增加,CW處理組中主要揮發(fā)性風味成分如酯類、萜類、醛類、烯類、醇類、醚類和芳香族化合物含量均顯著高于PS和CS處理組。相比PS和CS處理組,除了萜類、酯類、烯類、芳香類和醇類化合物在PS處理組中較高外,醛類和酮類化合物在CS處理組中較高。這一結(jié)果表明不同破碎方式對香辛料風味物質(zhì)的釋放有較大影響。另外,烷烴類化合物在PS處理組中的含量最高,可能是由于復合香辛料在破壁機破碎過程中溫度有一定的升高,導致其產(chǎn)生了更高含量的烷烴類化合物[20]。

圖1 不同粉碎處理下復合香辛料揮發(fā)性風味物質(zhì)含量Fig.1 Content of volatile flavor substances in compound spices under different grinding treatments

表1 不同粉碎處理下香辛料揮發(fā)物種類Table 1 Types of volatile substances in spices under different grinding treatments

2.1.2 主要差異性風味物質(zhì)主成分(PCA)分析

為明確不同粉碎工藝下復合香辛料中具有主要差異的揮發(fā)性風味化合物,對CW、PS和CS處理下檢測到的210種揮發(fā)性風味物質(zhì)進行偏最小二乘判別分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA),模型的R2X為0.989,R2Y為0.999,Q2為0.998(數(shù)據(jù)未列出),表明模型穩(wěn)定可靠[21]。在模型中鑒定出36種VIP>1的差異貢獻化合物(見圖2中a),化合物的名稱、相對含量及顯著性見表2,其中大部分為萜類化合物。為了進一步明確這些差異性貢獻物與各主成分的相關(guān)性以及不同處理樣品之間化合物的差異程度[22],將不同粉碎方式樣品中的36個風味物質(zhì)進行PCA分析,雙標圖中從大到小的橢圓分別表示置信度為100%、75%和50%。

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表2 復合香辛料在不同粉碎處理下差異性風味物質(zhì)分析Table 2 Analysis of different flavor substances in compound spices under different grinding treatments

由圖2中b可知,PC1和PC2累計解釋所有變量的96%,可以表示所有樣品的大部分信息。3個樣品在PCA中顯著區(qū)分開,CW樣品與第一主成分呈明顯正相關(guān),PS和CS樣品與第一主成分呈負相關(guān)。差異性揮發(fā)物中環(huán)葑烯(A51)、具有樹脂及綠色松木氣味[23-24]的α-蒎烯(A54)和β-蒎烯(A55)、具有丁香和樹脂香氣[25]的β-石竹烯(A53)、水芹烯(A150)等萜類、烯類化合物以及4-烯丙基苯甲醚(A193)和具有香脂和木質(zhì)香氣[26]的肉豆蔻醚(A194)等醚類化合物與第一主成分呈正相關(guān),是CW樣品中的主要風味物質(zhì)。3-蒈烯(A72)和具有松油類香氣[27]及脂香和木頭香氣[28]的γ-杜松烯(A94)和β-紅沒藥烯(A95)等萜類物質(zhì)以及丁酸-1-乙烯基-1,5-二甲基-4-己烯基酯(A48)、甲基丁香酚(A196)、3-羥基苯乙酮(A136)等化合物與第一主成分呈負相關(guān),是CS樣品中的主要風味物質(zhì)。另外,CW和CS樣品均與第二主成分呈正相關(guān),PS樣品與第二主成分呈明顯負相關(guān)。尤其是正十六烷(A205)、1,2-亞乙烯基環(huán)己烷(A204)、2-氯-2-硝基丙烷(A128)、(E,E)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯(A163)、3,6,6-三甲基-雙環(huán)(3.1.1)庚-2-烯(A153)等化合物與第二主成分呈負相關(guān),是PS樣品區(qū)別于另外兩種粉碎處理風味的主要化合物,與圖1的結(jié)果一致。以上結(jié)果表明,不同粉碎方式對香辛料風味物質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在萜類化合物的種類和含量上,且CW處理下具有代表性的揮發(fā)性風味物質(zhì)種類最多,環(huán)葑烯、桉葉油醇、茴香腦等含量較高的物質(zhì)其相對含量也顯著高于PS和CS處理的樣品,這也說明低溫超微粉碎情況下香辛料中具有主要貢獻的上述揮發(fā)性風味物質(zhì)的香氣釋放更強,更有利于提高香辛料的利用率[29]。

2.2 不同浸提工藝對復合香辛料揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響

2.2.1 揮發(fā)性風味物質(zhì)測定統(tǒng)計分析

將復合香辛料進行破碎處理后,為了進一步濃縮和激發(fā)出香辛料的風味,會使用溶劑對香辛料進行浸提。為了明確不同浸提工藝對復合香辛料風味物質(zhì)的影響,將低溫超微粉碎后的復合香辛料分別使用白酒、棕櫚油和純水進行浸提并測定揮發(fā)性化合物,通過譜庫檢索共鑒定出221種揮發(fā)性化合物,其中酯類31種、萜類49種、醛類19種、酸類11種、酮類16種、烯類14種、醇類31種、醚類11種、芳香類21種、烷烴類7種、含氮化合物6種、其他5種(見表3),在白酒、棕櫚油和純水中分別鑒定出144,137,129種揮發(fā)性化合物,速釀白酒和純化棕櫚油揮發(fā)性風味物質(zhì)干擾不多。不同浸提工藝下復合香辛料的各類揮發(fā)性風味物質(zhì)的種類數(shù)量統(tǒng)計表見表3,相對含量差異見圖3。盡管不同溶劑提取下復合香辛料含量最高的揮發(fā)物仍為萜類物質(zhì)和醚類物質(zhì),但不同提取溶劑對不同種類揮發(fā)性風味物質(zhì)的含量差異影響較大。在白酒提取樣品中,含量最高的3類物質(zhì)分別為萜類化合物(1 724 mg/kg)、醚類化合物(1 449 mg/kg)和醇類化合物(312 mg/kg)。但在棕櫚油提取樣品中這3類物質(zhì)的相對含量顯著高于白酒提取的樣品,且其中醚類化合物含量最高(3 184 mg/kg)。純水提取樣品的風味物質(zhì)含量均顯著低于白酒和棕櫚油,且在酯類物質(zhì)、醛類物質(zhì)和芳香類化合物中有較大的損失,這是由于純水對香辛料中大部分具有脂溶性或更易溶解在有機溶劑中的化合物提取效率較低[10]。白酒浸提后的揮發(fā)性化合物含量均低于棕櫚油,可能是由于白酒是乙醇和水的混合體系,香辛料的浸提效果受到其中水含量的影響。另外,烯類物質(zhì)在白酒中的含量更高,表明香辛料中的烯類化合物相比油脂可能更易被有機溶劑提取。

圖3 不同浸提處理下復合香辛料揮發(fā)性風味物質(zhì)含量Fig.3 Content of volatile flavor substances in compound spices under different extraction treatments

表3 不同浸提處理下香辛料揮發(fā)物種類Table 3 Types of volatile substances in spices under different extraction treatments

2.2.2 主要差異性風味物質(zhì)主成分(PCA)分析

為了明確不同浸提工藝下復合香辛料中具有主要差異的揮發(fā)性風味化合物,對白酒、棕櫚油和純水浸提香辛料后檢測到的221種揮發(fā)性風味物質(zhì)進行PLS-DA分析,模型的R2X為0.985,R2Y為0.998,Q2為0.995(數(shù)據(jù)未列出),表明模型穩(wěn)定可靠[21]。在模型中鑒定出29種VIP>1的差異貢獻化合物(見圖4中a),化合物的名稱、相對含量及在顯著性見表4,其中有14種為萜類化合物,其他為醇類、醚類和烯類化合物等。為了進一步明確這些差異性貢獻物與各個主成分的相關(guān)性以及不同處理樣品之間化合物的差異程度[22],將不同浸提溶液處理后樣品中的29種風味物質(zhì)進行PCA分析,雙標圖結(jié)果見圖4中b。

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表4 復合香辛料在不同浸提處理下差異性風味物質(zhì)分析Table 4 Analysis of different volatile flavor substances in compound spices under different extraction treatments

由圖4中b可知,PC1和PC2累計解釋所有變量的97%,可以表示所有樣品的大部分信息。3個樣品在PCA中顯著區(qū)分,白酒和棕櫚油提取樣品與第一主成分呈明顯正相關(guān),僅純水提取樣品與第一主成分呈負相關(guān),通過第一主成分可以很好地區(qū)分有機溶劑、油脂溶劑和純水的差異。差異性揮發(fā)物中具有花果清香氣味[30]的乙酸芳樟酯(A22)、反式肉桂酸乙酯(A25)、β-石竹烯(A157)、α-蒎烯(A158)、γ-松油烯(A162)、正十五烷(A86)和4-烯丙基苯甲醚(A207)等化合物與第一主成分呈正相關(guān),是白酒和棕櫚油提取樣品的主要差異化風味物質(zhì);僅有阿托醛(A152)與第一主成分呈負相關(guān),是純水提取樣品中的主要差異物質(zhì)。另外,區(qū)分白酒和棕櫚油提取樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)差異的主要為第二主成分,白酒樣品與第二主成分呈明顯正相關(guān)而棕櫚油與第二主成分呈明顯負相關(guān)。在差異性揮發(fā)物中,水芹烯(A93)、環(huán)葑烯(A163)、γ-衣蘭油烯(A165)、左旋-β-蒎烯(A166)、2-側(cè)柏烯(A167)和順式-β-羅勒烯(A169)等具有清爽、清香、花草香和木香[31-32]的萜烯類化合物是白酒浸提樣品中的主要貢獻物;而桉葉油醇(A107)、肉桂醛(A138)、月桂烯(A164)、檜烯(A172)、3-蒈烯(A196)、3-異丙基-6-亞甲基-1-環(huán)己烯(A204)等烯類、醇類及醛類化合物是棕櫚油浸提樣品中的主要差異性貢獻物。以上結(jié)果表明,不同浸提溶液對復合香辛料中的不同風味物質(zhì)浸提效果有較大差異。白酒和棕櫚油對復合香辛料中的主要風味物質(zhì)如萜類、醇類、醚類物質(zhì)的浸提效果顯著優(yōu)于純水。盡管棕櫚油浸提樣品中檢測到的萜類物質(zhì)總量顯著高于白酒(見圖4中b),但在白酒浸提樣品中有更多種類的萜類化合物含量高于棕櫚油(見表4)。

綜上試驗表明,油脂提取的香味成分更加豐富,火鍋及鹵汁中,存在“油水”組合浸提風味的效應,油脂因密度較低在湯汁的上層,在品嘗時,更易對整體湯底的香味成分形成保護作用,使產(chǎn)品的風味持久并有效保留;白酒中大部分是水和乙醇等組成的有機溶劑,對風味物質(zhì)具有較強的提取吸附作用。另外,白酒中的乙醇相比棕櫚油可以更好地去除香辛料中的苦澀味、異味、黑色素,使后期的菜品無苦味。在無油脂的情況下,水和白酒可以組合使用,白酒可以用于香辛料殘渣的綜合浸提利用,對香辛料有著綜合開發(fā)的作用,得到的香辛料酒可以更好地掩蓋香辛料中的苦澀味等,使后期菜品的風味更加濃郁。

3 結(jié)論

本研究對不同破碎和浸提工藝下復合香辛料的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行了差異分析。不同破碎工藝和浸提工藝下復合香辛料中共鑒定出12大類分別有210種和221種揮發(fā)性風味物質(zhì),且在不同處理下相對含量最高的3類物質(zhì)均為萜類(最高達到3 000 mg/kg以上)、醇類(最高達到1 000 mg/kg以上)和醚類化合物(最高達到3 000 mg/kg以上)。比較不同破碎工藝產(chǎn)生的主要差異性揮發(fā)物發(fā)現(xiàn),不同工藝產(chǎn)生的風味差異主要體現(xiàn)在萜類物質(zhì)的含量和種類上。低溫超微粉碎處理下的各類揮發(fā)性風味物質(zhì)含量以及能體現(xiàn)差異的主要貢獻風味物質(zhì)如環(huán)葑烯、茴香腦等含量均顯著高于破壁機破碎和舂碎處理,表明低溫超微粉碎工藝為最佳破碎工藝。不同浸提溶劑處理對樣品中揮發(fā)性風味造成的影響較大,棕櫚油和白酒能有效提取出更多的揮發(fā)性風味物質(zhì)。其中白酒提取出的萜類化合物達到1 724 mg/kg,醚類化合物達到1 449 mg/kg,醇類化合物達到312 mg/kg,且提取出的烯類物質(zhì)含量最高。但在實際運用中,棕櫚油可以用于湯鍋、火鍋、鹵料中,對產(chǎn)品的風味有一定的保持作用,其次白酒可以用于香辛料殘渣的再利用,達到綜合產(chǎn)品開發(fā)及成本節(jié)約的作用。因此,在選擇浸提工藝時可使用不同溶液進行復合調(diào)配,以達到對復合香辛料中揮發(fā)性風味物質(zhì)的最大化利用。本研究可為復合香辛料利用率的提升及工藝優(yōu)化提供理論參考,并可為火鍋底料、鹵料、燉料、燒烤調(diào)料等復合調(diào)味品的精準調(diào)味開發(fā)提供科學依據(jù)。