SPME-GC-MS对五种加工工艺鲜花椒油挥发性风味成分的分析

王立艳，陈吉江，安骏，王冶，赵芸，郭佳，邓龙

(1.中国矿业大学 化学与环境工程学院，北京 100083；2.中粮营养健康研究院，北京 102209；3.南昌大学，南昌 330047)

SPME-GC-MS对五种加工工艺鲜花椒油挥发性风味成分的分析

王立艳1，陈吉江2，安骏2，王冶2，赵芸2，郭佳2，邓龙3

(1.中国矿业大学 化学与环境工程学院，北京 100083；2.中粮营养健康研究院，北京 102209；3.南昌大学，南昌 330047)

以5种加工工艺制取的鲜花椒油为原料，采用固相微萃取(SPME)装置顶空取样，用气相色谱-质谱法(GC-MS)对鲜花椒油挥发性风味成分进行鉴定。结果表明：共鉴定出107个化合物，鲜花椒油的主要挥发性风味成分为芳樟醇及柠檬烯，2种风味成分占鲜花椒油总风味成分的76.7%～93.0%，芳樟醇占15.0%～51.5%，柠檬烯占38.6%～67.7%，5种加工工艺制取的鲜花椒油中芳樟醇、柠檬烯含量有明显差异。其中低温浸提工艺制取鲜花椒油的芳樟醇含量最高为51.5%，常温常压压榨工艺制取鲜花椒油最低为15.0%。常温常压压榨工艺制取鲜花椒油的柠檬烯含量最高为67.7%，高温油淋-浸提结合工艺制取鲜花椒油最低为38.6%。在高温条件下芳樟醇、柠檬烯易挥发损失，为得到高品质的花椒油，需要采用适宜的加工工艺，研究为制取风味、口感良好的花椒油提供理论依据，以便生产企业有效组织花椒油的生产和品质控制。

工艺；花椒油；挥发性风味成分；芳樟醇；柠檬烯；气相色谱-质谱

花椒是一种常用调味料，给菜品带来麻香风味及口感。除此之外，花椒也常用于去除各种肉类的腥气；促进唾液分泌，增加食欲；使血管扩张，从而起到降低血压的作用；温中散寒，除湿止痛，杀虫解毒；治疗呕吐，风寒湿痹，齿痛等症；据李时珍《本草纲目》记载：“花椒坚齿、乌发、明目，久服，好颜色，耐老、增年、健神。”

花椒油作为一款调味品，为消费者的烹调带来极大便利。特别是鲜花椒油具有原汁原味、口感爽洁、贮运及使用方便等优点。花椒油可用于凉拌菜(如鸡丝凉皮、夫妻肺片、豆腐丝、海带、黄瓜丝等)；热菜(如水煮鱼、水煮牛肉、毛血旺、蒸鱼头、扇贝、辣子鸡、麻香美蛙、花椒鸭掌、椒香鹅肠等)；面食(凉拌面等)。

市场上已有黎红、幺麻子、树上鲜、金龙鱼、乡王等品牌小包装花椒油销售。花椒油因同时具有清香气和麻味，所以备受消费者和厨师喜爱，由于花椒油加工工艺不同，产品的香气和麻度有较大差异。余德顺[1]、莫彬彬等[2]用GC-MS分析超临界CO2萃取干花椒中挥发油的化学成分，花椒的芳香物质在花椒干燥及贮存期间会大量损失。石爱华等[3]用GC-MS分析超声波和微波辅助提取法从花椒籽和壳中提取花椒油的化学成分，由于花椒籽榨取的花椒籽油有苦涩味，酸价及过氧化值偏高，没有花椒香味，因此不作为花椒油食用。石雪萍[4]、路纯明[5]、Amran Waheed等[6]用GC-MS分析水蒸气蒸馏法提取花椒挥发油的化学成分，主要成分为烯类和醇类，水蒸气蒸馏法制取的花椒芳香精油通常在食品、化妆品中作为香精使用。谢庆娟等[7]用GC-MS分析市售花椒油的化学成分，文中未写明花椒油品牌及生产工艺。百永铎等[8]用GC-MS分析传统有机溶剂萃取花椒油中的香味物质，溶剂残留问题导致产品香气不纯，溶剂挥发增加产品成本，且对大气环境造成一定程度污染。花椒油的麻度可以通过紫外分光光度计或高效液相色谱仪来测定花椒麻味素含量来判断。市售高品质花椒油均采用新鲜花椒当天加工成香气浓郁的鲜花椒油，而花椒油的香气目前大多通过嗅闻来测试。本研究采用5种典型加工工艺从当天采摘的新鲜花椒中提取鲜花椒油，并用气相色谱-质谱法(GC-MS)对鲜花椒油挥发性风味成分进行鉴定[9]。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)是一项新颖的样品前处理与富集技术，具有无溶剂、简便、经济、高效、选择性好及实用性强等特点[10]，被广泛应用于油脂挥发性风味成分的分析[11]。采用顶空固相微萃取技术(HS-SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术分析[12]比较5种加工工艺制取的鲜花椒油挥发性风味成分的差异，探究加工工艺对鲜花椒油挥发性风味成分的影响。研究结果为建立鲜花椒油挥发性风味成分图谱数据库提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料

鲜青花椒产地为四川省资阳市乐至县，由四川帅青花椒开发有限公司提供，2015年8月份采摘于国家农业标准化青花椒示范区帅青有机青花椒示范基地。为更好地保留鲜花椒油浓郁、纯正的香气，均在采摘后当天用5种加工工艺来制取鲜花椒油，保证产品的新鲜度和良好风味。

1.2 仪器与设备

手动固相微萃取装置SPME Fiber Assembly 50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头[13]美国Supelco公司；7890B/597A气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司；HHS型电热恒温水浴锅 上海博迅实业有限公司。

1.3 方法

1.3.1 5种花椒油加工工艺

1.3.1.1 低温浸提

鲜青花椒粉碎过18目筛，粉碎的鲜青花椒与一级菜籽油重量比为1∶3，浸提油温恒定在65 ℃，时间2 h，得到麻味素含量为(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.2 高温浸提

鲜青花椒粉碎过18目筛，粉碎的鲜青花椒与一级菜籽油重量比为1∶3，浸提油温恒定在100 ℃，时间10 min，得到麻味素含量为(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.3 蒸汽蒸馏-高温浸提结合法

向密闭容器中的鲜青花椒通压力为1 MPa的蒸汽，蒸汽蒸馏温度110 ℃，时间20 min后常温冷凝分别得到花椒芳香精油及蒸椒，蒸椒与一级菜籽油重量比为2∶1，浸提温度105 ℃，时间25 min后得到高麻味素含量的花椒油，将花椒芳香精油、高麻味素含量的花椒油与一级菜籽油调配成麻味素含量为(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.4 高温油淋-浸提结合法

鲜青花椒与一级菜籽油重量比为1∶3，50%用量180 ℃一级菜籽油油淋在鲜青花椒上面，油淋后的鲜青花椒再投入剩余50%用量100 ℃一级菜籽油中恒温浸提15 min，最后将油淋和浸提分别得到的花椒油进行混合，得到麻味素含量为(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.1.5 常温常压压榨

鲜青花椒与一级菜籽油重量比按1∶1，在常温常压下用压榨机绞破花椒果皮的油泡，油水分离得到花椒精后用一级菜籽油稀释，得到麻味素含量为(2.0±0.1) mg/g的花椒油。

1.3.2 顶空固相微萃取条件

取6 g花椒油入15 mL玻璃瓶中，旋紧盖子后放在80 ℃恒温水浴锅中平衡20 min后，将SPME针管穿过样品瓶垫，用已活化好的SPME纤维头(270 ℃活化30 min)顶空萃取40 min，缩回纤维头，抽出针头；待气相色谱仪处于准备状态后，将SPME针管迅速穿过进样口硅胶隔垫，伸出纤维头，240 ℃解吸4 min，进行GC-MS分析[14，15]。

1.3.3 GC条件

对于花椒油采用如下条件能达到较好的分离度：色谱柱DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱温50 ℃，以5 ℃/min升至240 ℃保持1 min；载气：氦气，流量0.9 mL/min，不分流进样；进样口温度250 ℃。

1.3.4 MS条件

连接质谱接口温度240 ℃；离子源为EI源；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃。

1.4 数据处理

对5种加工工艺制取的鲜花椒油开展GC-MS检测风味成分，通过谱库检索和人工解析[16-18]，扣除由萃取头带来的硅氧烷类杂质峰和少量增塑剂的杂质峰，从5种加工工艺制取的鲜花椒油中鉴定出匹配度大于850(最大值1000)的化合物。按峰面积归一化法计算各组分的相对含量[19-22]。

2 结果与分析

2.1 5种工艺制取花椒油挥发性风味成分的GC-MS总离子流图

5种工艺制取花椒油挥发性风味成分的GC-MS总离子流图见图1。

图1 不同工艺制取花椒油挥发性风味成分的GC-MS总离子流图

由图1可知，HS-SPME可以很好地吸附鲜花椒油的挥发性风味成分，通过GC-MS的分析检测，可以得到良好的总离子图，整个GC-MS分析过程仅需要38 min。

2.2 5种加工工艺鲜花椒油挥发性风味成分

5种加工工艺鲜花椒油挥发性成分的种类及含量见表1。

表1 5种加工工艺鲜花椒油挥发性成分的种类及含量

续 表

续 表

续 表

注：“-”表示未检出或含量低于0.01%；RI为NIST数据库匹配结果导出的保留指数。

经NIST 2.2质谱数据库检索和文献[23]，由表1可知，5种加工工艺制取的鲜花椒油共鉴定出107种风味成分，其中酸类物质有2个，醇类物质30个，烯类物质33个，酮类物质5个，醛类物质16个，酯类物质12个，烷烃类物质3个，硫氰类物质2个，杂环类物质2个，胺类物质2个。

2.3 5种工艺鲜花椒油主要挥发性风味成分比较

5种工艺鲜花椒油主要挥发性风味成分比较见表2。

表2 5种工艺鲜花椒油主要挥发性风味成分比较 %

注：“-”表示未检出或含量低于0.01%。

由表2可知，5种加工工艺制取的鲜花椒油风味成分主要为醇类及烯类，2种风味成分合计占鲜花椒油风味成分76.7%～93.0%，芳樟醇成分占比15.0%～51.5%，柠檬烯成分占比38.6%～67.7%，不同加工工艺制取的鲜花椒油中芳樟醇、柠檬烯成分有明显差异。其中低温浸提工艺制取鲜花椒油的芳樟醇含量最高为51.5%，常温常压压榨工艺制取鲜花椒油最低为15.0%。常温常压压榨工艺制取鲜花椒油的柠檬烯含量最高为67.7%，高温油淋-浸提结合工艺制取鲜花椒油最低为38.6%。

5种加工工艺制取的鲜花椒油均有检出芳樟醇、α-松油醇，其中醇类成分中主要为芳樟醇，占醇类成分79.2%以上，高温油淋-浸提结合法制取的鲜花椒油芳樟醇含量占醇类成分高达92.8%，α-松油醇占醇类成分1.0%～3.6%，蒸汽蒸馏-高温浸提结合法制取的鲜花椒油中α-松油醇含量占醇类成分3.6%。

5种加工工艺制取的鲜花椒油中均有检出柠檬烯、β-月桂烯、1-石竹烯、律草烯、γ-衣兰油烯、大根香叶烯，其中烯类成分中含量最高的为柠檬烯，占烯类成分45.0%～59.0%，常温常压压榨制取的鲜花椒油柠檬烯含量最高，占整体风味成分39.8%，占烯类成分58.8%；烯类成分中含量第二高的是β-月桂烯，占烯类成分8.9%～26.2%，常温常压压榨制取的鲜花椒油中β-月桂烯含量最多，占整体风味成分17.7%，占烯类成分26.2%；1-石竹烯占烯类成分0.4%～1.8%，律草烯占烯类成分0.2%～4.9%，蒸汽蒸馏-高温浸提结合法制取的鲜花椒油中律草烯含量最高，占整体风味成分2.4%，占烯类成分4.9%。

5种加工工艺制取的鲜花椒油中均有检出乙酸芳樟酯风味成分，占整体花椒油风味成分1.9%～16.5%，高温浸提制取的鲜花椒油中乙酸芳樟酯含量最高，占整体风味成分16.5%，占酯类风味成分87.3%。

5种加工工艺制取的鲜花椒油中均有检出(E,E)-2,4-己二烯醛风味成分，占整体鲜花椒油风味成分0.1%～1.7%，蒸汽蒸馏-高温浸提结合法制取的鲜花椒油(E,E)-2,4-己二烯醛含量最高，占整体风味成分1.7%，占醛类风味成分52.3%。

3 结论

HS-SPME与GC-MS联用可准确分析鲜花椒油的挥发性风味成分。本研究采用固相微萃取-气质联用法对5种加工工艺制取的鲜花椒油挥发性风味成分进行了有效的分离鉴定。

共鉴定出107种化合物，鲜花椒油的主要挥发性风味成分为芳樟醇及柠檬烯，2种风味成分合计占鲜花椒油风味成分76.7%～93.0%，芳樟醇成分占比15.0%～51.5%，柠檬烯成分占比38.6%～67.7%，不同加工工艺制取的鲜花椒油中芳樟醇、柠檬烯成分有明显差异。

低温浸提工艺制取鲜花椒油的芳樟醇含量最高为51.5%，常温常压压榨工艺制取鲜花椒油最低为15.0%。常温常压压榨工艺制取鲜花椒油的柠檬烯含量最高为67.7%，高温油淋-浸提结合工艺制取鲜花椒油最低为38.6%。

对5种不同工艺鲜花椒油挥发性风味成分的分析，为花椒油风味成分研究及花椒油的制取提供技术参考。芳樟醇、柠檬烯是花椒油的主要芳香成分，初步判断芳樟醇、柠檬烯在高温条件易挥发损失，为获得较好香气的鲜花椒油，需要采用适宜的加工工艺，本研究为制取风味、口感较好的鲜花椒油提供理论依据，便于生产企业有效组织鲜花椒油的生产和品质控制。

鲜花椒油的香味并不是由一种或几种化合物来体现，而是由多种成分协同作用，体现出不同的特征香味，醇类和烯类化合物对花椒油的风味贡献最大。生产上可以利用该方法分析鲜花椒油风味成分的组成和含量，结合感官分析判断花椒油的优劣和评价等级，从而改进生产工艺和流程。

综合考虑多种因素，认为低温浸提工艺制取的鲜花椒油芳樟醇含量最高，属于清香型花椒油。常温常压压榨制取的鲜花椒油柠檬烯含量最高，属于清香和浓香兼具的花椒油，企业可根据区域目标消费者口味偏好，采用相应加工工艺获得合适的花椒油芳香组分。

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Analysis of Volatile Flavor Compounds in Five ProcessingZanthoxylumOil by SPME-GC-MS

WANG Li-yan1, CHEN Ji-jiang2, AN Jun2, WANG Ye2, ZHAO Yun2, GUO Jia2, DENG Long3

(1.School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083,China;2.COFCO Nutrition and Health Research Institute, Beijing 102209,China;3.Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Zanthoxylumoil is produced by five processing technics, the oil samples are extracted by solid-phase microextraction(SPME)method.Zanthoxylumoil produced by five processing technics is analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).107 components separated from the extract have been identified, the results show that main volatile flavor compounds are linalool and limonene, the two kinds of flavor components account for 76.7%～93.0% of the total flavor components, linalool accounts for 15.0%～51.5%, while limonene accounts for 38.6%～67.7%, low-temperature extracting technic has the highest content of linalool, which is 51.5%. While normal pressure and temperature extracting technic has the lowest content of linalool, which is 15.0%. Normal pressure and temperature extracting technic has the highest content of d-limonene, which is 67.7%. While high-temperature watering oil and extracting technic have the lowest content of limonene, which is 38.6%. Linalool and limonene are easily volatile at higher temperature. In order to attain high-qualityZanthoxylumoil, it is necessary to adopt appropriate processing technic. The purpose of our research is to provide some theoretical foundation for producing high-qualityZanthoxylumoil, so enterprises can organize production and quality control ofZanthoxylumoil effectively.

technics;Zanthoxylumoil;volatile flavor compounds;linalool;limonene;gas chromatography-mass spectrometry

2017-03-19

国家自然科学基金资助项目(31471699)

王立艳(1976-)，女，内蒙古赤峰人，副教授，博士，主要从事精细化工、环境化工及食品化学研究。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.032

1000-9973(2017)09-0128-06