两种生产工艺藤椒油产品挥发性成分对比分析

胡 强,王延云,王 燕,廖化针,韩卓涛

(1.乐山师范学院竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室,四川乐山 614000; 2.乐山师范学院生命科学学院,四川乐山 614000)

藤椒,学名为竹叶花椒(ZanthoxylumarmatumDC.),是青花椒的一种,芸香科(Rutaceae)花椒属(ZanthoxylumL.)植物,主要分布于西南、华东、华中和华北等地,在四川盆地、盆周山区以及重庆江津地区被广泛种植[1]。其根、茎、叶和种子均可入药,具有祛风除湿、消食健胃、散瘀止痛的作用[2-4]。藤椒果皮中富含由链状不饱和脂肪酰胺产生的麻味物质,以山椒素为例,具有强烈的刺激性[5-6];同时果皮中的挥发油构成了其香味的主要成分[7-8]。正是由于藤椒果皮中这种独特的麻味和香味,使得藤椒被广泛地用于调味品,深受人们的喜爱。但新鲜藤椒采摘时期短,且采摘后不易保存,因此人们通常将藤椒炼油后进行保存和食用。目前,常采用生产加工藤椒油的方法有两种:一种是普遍使用的传统物理加工方法油浸法;另一种是超临界CO2萃取法,是一种新型的提取技术[9],其首先采用超临界CO2萃取工艺,从天然藤椒中萃取具有香气(味)成分和特征麻味物质的浓缩萃取物,然后再将其与植物油按一定比例调制,即为藤椒油产品。两种生产工艺相比,从产量上,超临界CO2萃取法明显高于油浸法,但从口感上略差于传统油浸法,存在苦涩味,传统工艺生产出来的藤椒油更具有口味清爽、香味浓郁、麻味绵长的特点[10]。因此,有必要对两种工艺生产藤椒油产品的挥发性成分进行比较,为超临界CO2萃取工艺的改进提供基础数据。

目前对藤椒油产品的研究报道并不多见,李东等[11]研究了如何优化传统藤椒油生产的工艺条件;蒋燕等[12]探讨了水浴、超声波和微波辅助溶剂法对冷榨藤椒油油树脂风味成分的影响;周婷等[13]对冷榨和热浸藤椒油产品的脂肪酸组成成分进行了分析,但对传统油浸法和超临界CO2萃取法藤椒油产品的挥发性成分的研究尚未见报道。植物挥发性成分通常采用感官分析、气相色谱(gas chromatography,GC)、气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、快速气相电子鼻等分析技术[14-18],其中GC-MS是目前使用较为广泛的一种分析方法,气相色谱具有很强的分离混合物的能力,质谱对化合物的碎片离子具有高选择性和高灵敏度,是一个很好的定性工具。GC-MS广泛应用于食品、医药、化学、环境保护[19]等多种领域,如测定香料中有毒有机溶剂的残留、污水中有机物的组成、食物风味物质的研究等[20-22]。

本实验以传统油浸法和超临界CO2萃取法生产的藤椒油产品为研究对象,采用顶空-气相色谱-质谱法(HS-GS-MS)对其挥发性成分进行定性、定量分析,并比较了两种生产工艺藤椒油产品挥发性成分组成、种类和相对含量的区别,为进一步改善生产加工工艺和提高藤椒油产品品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

峨眉山老麻婆藤椒油(油浸法)、藤椒油树脂(超临界CO2萃取法) 峨眉山中王食品厂提供;金龙鱼菜籽油 益海嘉里食品营销有限公司。

7696A-7890B-5977A气相色谱-质谱联用仪(配有顶空自动进样器、MussHunter数据处理系统)、20 mL顶空进样瓶及瓶盖、压盖器及启盖器 美国安捷伦科技有限公司;ML203/02分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;200-1000 μL移液枪 欧辰自动化科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 藤椒油的前处理 油浸法藤椒油:准确称取10.0 g左右的油浸法藤椒油(精确至0.001 g)于20 mL顶空进样瓶中,用压盖器封口后,待测。

超临界CO2流体萃取法藤椒油:将藤椒油树脂与金龙鱼菜籽油按1∶29(质量比)混合均匀后,准确称取10.0 g(精确至0.001 g)于20 mL 顶空进样瓶中,用压盖器封口后,待测。

1.2.2 香气成分的测定

1.2.2.1 顶空进样器参数 加热箱:100 ℃;定量环/阀:110 ℃;传输线:120 ℃;平衡时间:10 min。

1.2.2.2 色谱条件 色谱柱为HP-5MS石英毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升温程序:40 ℃保持1 min,先以5 ℃/min升至150 ℃;再以8 ℃/min升至260 ℃,保持10 min;进样口温度为250 ℃;载气:高纯氦气(99.999%);流速:1.0 mL/min;进样方式:分流进样,分流比为5∶1。

1.2.2.3 质谱条件 传输线温度:280 ℃;电离方式:EI;离子源温度230 ℃;电离电压:70 eV;质量扫描范围m/z:50～500 amu;溶剂延迟时间3 min。

1.2.3 定性与定量方法 藤椒油产品挥发性成分经GC-MS分析后利用NIST14质谱数据库检索,人工分析,并结合文献报道来鉴定其中的化学成分,采用峰面积归一法来计算藤椒油产品挥发性成分中各成分的百分含量。

2 结果与分析

2.1 藤椒油产品挥发性成分GC-MS总离子流图

考虑到实验中所用菜籽油的香气成分可能会对超临界CO2萃取法藤椒油挥发性成分的结果产生影响,因而前期对菜籽油进行了空白实验,见图1。由图1可知,菜籽油中挥发性成分极少且响应很低,不会对结果产生影响,在数据分析时也和样品进行了对比确认处理。

图1 菜籽油GC-MS总离子流图Fig.1 GC-MS total ion flow diagram of colleseed oil

两种不同生产工艺藤椒油产品(油浸法和超临界CO2萃取法)的挥发性成分总离子流图分别见图2～图3,藤椒油产品中主要挥发性成分经色谱柱得到了良好分离。由图2可知,油浸法藤椒油产品组分的出峰时间主要集中在4～25 min,由图3可知,超临界CO2萃取法藤椒油产品组分的出峰时间主要集中在4～18 min。

图2 油浸法藤椒油GC-MS总离子流图Fig.2 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by oil immersion method

图3 超临界CO2萃取法藤椒油GC-MS总离子流图Fig.3 GC-MS total ion flow diagram of rattan pepper oil by supercritical CO2 extraction

2.2 两种工艺藤椒油产品的挥发性成分鉴定结果

两种工艺藤椒油产品挥发性成分经GC-MS分析,参考NIST14质谱数据库检索结果和相关文献[10,23-26]进行人工分析,并采用峰面积归一法计算各挥发性成分的相对含量,结果见表1。

表1 两种藤椒油挥发性成分鉴定结果Table 1 Identification results of volatile constituents of two kinds of rattan pepper oil

续表

两种工艺藤椒油产品中共分离鉴定出33种挥发性成分,油浸法藤椒油产品中分离鉴定出22种,超临界CO2萃取法藤椒油产品中分离鉴定出27种。其中,油浸法藤椒油产品中相对含量≥1%的有4种,分别是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、桧烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超临界CO2萃取法藤椒油产品中相对含量≥1%的有7种,

分别为α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、桧烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%)。另外,油浸法藤椒油产品中相对含量在0.1%～1%之间的有15种,分别为α-苧烯崖柏烯、α-蒎烯、辛醛、α-水芹烯、罗勒烯、γ-松油烯、顺式水合桧烯、异松油烯、(+)-b-侧柏酮、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、乙酸芳樟酯、β-榄香烯、1-石竹烯和大根香叶烯D;相对含量≤0.1%的有3种,分别为桃金娘烯醛、癸醛和α-石竹烯。超临界CO2萃取法藤椒油产品中相对含量在0.1%～1%之间的有9种,分别为3-甲基-2-丁烯腈、α-水芹烯、α-松油烯、罗勒烯、γ-松油烯、顺式水合桧烯、异松油烯、(+)-b-侧柏酮和乙酸芳樟酯;相对含量≤0.1%的有11种,分别为5-氰基-1-戊烯、1-甲基-异己酸、(E,E)-2,4-己二烯醛、3,3-二甲基己醇、反式-β-罗勒烯、(+)-香茅醛、苯乙酸甲酯、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、桃金娘烯醛和乙酸-4-松油烯醇酯。可见,两种工艺藤椒油产品中挥发性成分的组成、相对含量存在一定差异。

2.3 两种工艺藤椒油产品的挥发性成分比较分析

油浸法藤椒油和超临界CO2萃取法藤椒油产品中相对含量≥4.5%的挥发性成分均是右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、桧烯(21.71%、19.42%)和月桂烯(4.63%、8.36%),相对含量分别占总含量的94.77%和89.79%。可见,这4种挥发性成分是藤椒油产品中的主要挥发性成分,构成了藤椒油产品的主要香气物质;油浸法藤椒油产品中主要挥发性成分高于超临界CO2萃取法藤椒油产品,因而香气和口感上油浸法藤椒油产品香味更加浓郁。

从相对含量≥1%的挥发性成分可见,油浸法藤椒油产品中挥发性成分有4种,分别是右旋萜二烯(34.87%)、芳樟醇(33.56%)、桧烯(21.71%)和月桂烯(4.63%),占总含量的94.77%;超临界CO2萃取法藤椒油产品中主要挥发性成分有7种,分别为α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、桧烯(19.42%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、月桂烯(8.36%)、右旋萜二烯(36.80%)和芳樟醇(25.21%),占总含量的96.15%。超临界CO2萃取法比油浸法藤椒油产品中相对含量≥1%的挥发性成分多3种,分别是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相对含量是油浸法藤椒油产品的2倍,而这4种烯类化合物是重要香料物质,因此,相对含量≥1%的挥发性成分及其相对含量的差异也影响着两种工艺藤椒油产品的风味。

油浸法藤椒油和超临界CO2萃取法藤椒油产品共有的挥发性成分有16种,分别是α-苧烯崖柏烯(0.32%、1.28%)、α-蒎烯(0.97%、2.99%)、桧烯(21.71%、19.42%)、月桂烯(4.63%、8.36%)、α-水芹烯(0.18%、0.27%)、右旋萜二烯(34.87%、36.80%)、罗勒烯(0.99%、0.74%)、γ-松油烯(0.18%、0.26%)、顺式水合桧烯(0.46%、0.41%)、异松油烯(0.12%、0.25%)、芳樟醇(33.56%、25.21%)、(+)-b-侧柏酮(0.11%、0.19%)、(-)-4-萜品醇(0.13%、0.04%)、α-松油醇(0.13%、0.04%)、桃金娘烯醛(0.05%、0.05%)、乙酸芳樟酯(0.31%、0.74%);油浸法藤椒油产品存在的特有挥发性成分有6种,分别是β-榄香烯(0.33%)、1-石竹烯(0.31%)、大根香叶烯(0.13%)、α-石竹烯(0.09%)、辛醛(0.36%)和癸醛(0.08%),占总含量的1.30%;超临界CO2萃取法藤椒油产品中存在的特有挥发性成分有11种,分别是3-甲基-2-丁烯腈(0.19%)、5-氰基-1-戊烯(0.08%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)、α-松油烯(0.17%)、反式-β-罗勒烯(0.07%)、3,3-二甲基己醇(0.06%)、乙酸-4-松油烯醇酯(0.08%)、苯乙酸甲酯(0.05%)、(E,E)-2,4-己二烯醛(0.08%)、(+)-香茅醛(0.04%)和1-甲基-异己酸(0.07%),占总含量的2.98%。因此,挥发性成分的不同可能也是影响两种工艺藤椒油产品风味差异的因素之一。

2.4 两种工艺藤椒油产品挥发性成分种类比较

由表2可知,两种工艺藤椒油产品中相对含量最高的均为烯类化合物,油浸法藤椒油产品中烯烃类化合物有14种,占总含量65.28%,主要是右旋萜二烯(34.87%)、桧烯(21.71%)和月桂烯(4.63%);超临界CO2萃取法藤椒油产品中烯烃类化合物有15种,占总含量73.35%,主要是右旋萜二烯(36.80%)、桧烯(19.42%)、月桂烯(8.36%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%)和α-苧烯崖柏烯(1.28%)。其次为醇类化合物,油浸法藤椒油产品中醇类化合物有3种,占总含量33.82%,主要是芳樟醇(33.56%);超临界CO2萃取法藤椒油产品中醇类化合物有4种,占总含量25.35%,主要是芳樟醇(25.21%)。两种工艺藤椒油产品中都还存有少量的酯类、酮类和醛类化合物,油浸法藤椒油产品中各组分含量分别为0.31%、0.11%和0.48%,占总含量的0.90%;超临界CO2萃取法藤椒油产品中各组分含量分别为0.87%、0.19%和0.17%,占总含量的1.17%。另外,相对于油浸法藤椒油产品,超临界CO2萃取法藤椒油产品的挥发性成分种类中还含有微量的酸类化合物(0.07%)。

表2 两种工艺藤椒油产品挥发性成分种类比较Table 2 Comparison of volatile components of in rattan pepper oil from two production processes

油浸法藤椒油产品和超临界CO2萃取法藤椒油产品中挥发性成分的种类差异很小,烯类和醇类化合物是构成藤椒油产品挥发性成分的主要种类,总含量分别为99.10%和98.70%,说明烯类和醇类化合物是影响藤椒油产品香味和口感的主要因素;烯类和醇类化合物相对含量差异较大,前者烯类化合物相对含量(65.28%)低于后者烯烃类化合物(73.35%),而前者醇类化合物相对含量(33.82%)高于后者醇类化合物(25.35%),可能因为两种工艺藤椒油产品烯类和醇类化合物相对含量比例的差异导致了香味和口感的差异。另外,超临界CO2萃取法藤椒油产品的挥发性成分种类含有的微量酸类化合物(1-甲基-异己酸)可能也是影响香味和口感的因素之一。

3 结论

本文研究对比分析了传统油浸法和超临界CO2萃取法藤椒油产品的挥发性成分,结果发现:两种藤椒油产品中共分离鉴定出33种挥发性成分,分别为22、27种;共有的挥发性成分有16种,传统油浸法特有的挥发性成分有6种(β-榄香烯、1-石竹烯、大根香叶烯、α-石竹烯、辛醛和癸醛),超临界CO2萃取法特有挥发性成分有11种(3-甲基-2-丁烯腈、5-氰基-1-戊烯、左旋-β-蒎烯、α-松油烯、反式-β-罗勒烯、3,3-二甲基己醇、乙酸-4-松油烯醇酯、苯乙酸甲酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、(+)-香茅醛和1-甲基-异己酸)。两种藤椒油产品中主要挥发性成分(相对含量≥4.5%)均是右旋萜二烯、芳樟醇、桧烯和月桂烯,是藤椒油产品的主要香气物质。相对含量≥1%的挥发性成分,超临界CO2萃取法比油浸法藤椒油产品多3种,分别是α-苧烯崖柏烯(1.28%)、α-蒎烯(2.99%)、左旋-β-蒎烯(2.09%),且月桂烯相对含量是油浸法藤椒油产品的2倍。烯类和醇类化合物是构成藤椒油产品挥发性成分的主要种类,但两者相对含量不同;超临界CO2萃取法藤椒油产品的挥发性成分中含有的微量酸类化合物(1-甲基-异己酸,0.07%),而传统油浸法藤椒油产品未检出。可见,两种藤椒油产品挥发性成分的组成和种类及相对含量存在差异,影响了藤椒油产品的风味和口感,本研究结果可结合藤椒油产品的感官评定为超临界CO2萃取法生产工艺的改进提供理论依据,同时为藤椒油组分的研究提供数据参考。