不同质量分数食盐腌渍艳红辣椒的风味物质分析

吴 凯，覃业优，蒋立文,，周 辉，邓放明，李 跑，王蓉蓉

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128；3.湖南坛坛香食品科技有限公司，湖南 长沙 410300）

辣椒（Capsicum annuumL.）原产于拉丁美洲和北美后传入我国[1]。辣椒营养价值高，富含VC。辣椒的主要规模种植地在陕西、河北、河南、云南、海南等地区，嗜辣人群集中在湖南、湖北、江西、四川、重庆、贵州等区域，湖南辣椒产量约占全国5%，但消费量达到全国总量的10%[2]。剁辣椒是湖南地方特色调味料产业之一，剁辣椒的生产一般是在新鲜辣椒产地进行腌渍处理后，将腌渍后的辣椒运输至湖南进行加工而成，所以新鲜辣椒产地预处理是品质安全保障的重要环节之一[3-4]。

剁辣椒是发酵辣椒制品的典型代表，辣椒的辣味、脆度、色泽以及特殊发酵风味是剁辣椒品质的4 个主要元素，既可直接食用，又是调味佳品[5]。工业化生产剁辣椒是将新鲜线椒品种在产地进行预处理获得盐胚（食盐质量分数20%左右保存）。发酵成熟后，进行脱盐、调味、杀菌处理后成为产品。考虑产品市场消费者对辣味的需求，一般采用微辣的线椒作为主要加工原料，对于嗜辣人群通过配比一定比例朝天椒、艳红辣椒等品种提升产品辣度，但此类品种水分含量比较低，所以需要采用不同腌渍方式进行处理以满足工业化生产要求。

目前对辣椒及其制品的风味成分分析的主流方法是气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法[6-8]，但是该方法对同分异构体跟极性相近的物质分辨率较差，且对低保留指数（retention index，RI）和痕量物质的灵敏度较低。气相离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）是近年来出现的一种新型气相分离和检测技术[9-10]，具有高灵敏度、高分辨率、操作简便、分析高效等特点，特别适合于一些挥发性有机化合物的痕量检测[11-15]。目前使用二维GC-IMS数据的化学计量学技术进行的食品风味研究已经大大增加，如主成分分析（principal components analysis，PCA）、主题生成模型（latent dirichlet allocation，LDA）、K最近邻算法（K-nearest neighbor，K-NN）、偏最小二乘（partial least-squares，PLS）法。这些方法为GC-IMS在食品风味化学中的应用提供了重要的贡献[16]。目前国内外将GC-IMS用于食品检测分析主要集中于植物油工艺[17]、植物油种类鉴别及掺假检测[18-19]、菌类风味成分[20]、鲜冻肉品贮藏时间及解冻方式判别[21-22]、减肥类保健食品检测[23]、水产品风味[24-25]等方面，而GCIMS应用于辣椒酱方面的报道甚少[26]。

基于上述问题，本研究以艳红辣椒为研究对象，采用6%、9%、12%、15%、18%五个梯度质量分数食盐对艳红辣椒进行腌渍，探讨分析腌渍1 a艳红辣椒的主要理化及风味变化，旨在为优化辣度较高、水分含量较低的辣椒品种标准化生产剁辣椒提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

腌渍辣椒坯：来源于湖南坛坛香食品科技有限公司山东曹县辣椒基地，辣椒品种为艳红辣椒，食盐质量分数为6%、9%、12%、15%、18%，每袋20 kg，采用食品级袋包装，外套黑色塑料袋遮光保存1 a。

亚铁氰化钾、乙酸锌、对氨基苯磺酸、氢氧化钠、无水乙醇、硝酸银、邻苯二甲酸氢钾（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；硼酸钠（分析纯） 广东光华科技股份有限公司；甲醇、浓硫酸、铬酸钾（均为分析纯）天津市光复科技发展有限公司；盐酸奈乙二胺、酚酞（均为分析纯） 天津市化学试剂研究所有限公司；草酸、乙酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸（标准品纯度≥99.9%） 上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Flavour Spec®GC-IMS联用仪 德国G.A.S.公司；液相色谱仪 日本岛津公司；CP114电子天平 奥豪斯仪器有限公司；KQ3200E超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；UV-2450分光光度计、FE20K pH计梅特勒-托利多仪器有限公司；TG16-WS台式高速离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；磁力搅拌机、20133419超纯水机 贝徕美生物科技有限公司；HWS-28电热恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 感官评价法评定腌渍辣椒

挑选10 名熟悉感官评价流程的食品专业学生，相关人员保持一定距离，禁止相互交谈商议。根据表1感官评价标准，分别对5种不同质量分数食盐腌渍辣椒的色泽、脆度、香气、滋味4 个指标进行感官评分。在感官质量评定中，色泽权重占20%，脆度权重占30%，香气权重占30%，滋味权重占20%，最终评分按照对应的权重占比计算综合得分。

表1 腌渍辣椒感官质量评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of pickled pepper

1.3.2 总酸、食盐质量分数和氨基酸态氮含量的测定

总酸含量：GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》[27]；食盐质量分数：GB 5009.42—2016《食盐指标的测定》[28]；氨基酸态氮含量：GB 5009.235—2016《食品中氨基酸态氮的测定》[29]。

1.3.3 高效液相色谱法测定有机酸含量

1.3.3.1 色谱条件

流动相：甲醇-0.01 mol/L磷酸二氢钾（3∶97，V/V），磷酸二氢钾用磷酸调节pH值至2.8，经0.22 μm滤膜过滤后使用；流速1.0 mL/min；柱温30 ℃；检测波长210 nm；进样量10 μL。

1.3.3.2 标准曲线的绘制

利用电子天平精确称取草酸18 mg（精确到0.000 1 g），苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸各300 mg（精确到0.000 1 g），用甲醇-0.01 mol/L磷酸二氢钾（3∶97，V/V）的溶液溶解并定容至50 mL容量瓶，得到草酸质量浓度为0.36 mg/mL，苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸质量浓度为6 mg/mL；酒石酸质量浓度为1.5 mg/mL，用流动相分别将其稀释2、4、6、8、10、12 倍，得到不同质量浓度的有机酸标准溶液，经0.45 μm水系滤膜过滤2 mL进样瓶中，进行分析。以有机酸质量浓度为横坐标，色谱峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

1.3.3.3 样品处理

利用电子天平准确称取5.00 g样品，100 mL容量瓶定容，接着放置于75 ℃水浴锅提取20 min，冷却至室温过滤，滤液经0.45 μm水系膜过滤，最后进样分析。

1.3.4 GC-IMS法测定挥发性物质

1.3.4.1 样品处理

取样品1.0 g置于20 mL顶空瓶中待分析。

1.3.4.2 顶空进样条件

顶空进样体积500 μL；孵化时间15 min；孵化温度40 ℃。

1.3.4.3 GC-IMS分析条件

分析时间：30 min；色谱柱类型：FS-SE-54-CB-0.5（15 m×0.53 mm）；柱温：60 ℃；载气/漂移气：高纯氮气（纯度≥99.999%）；IMS温度：45 ℃；漂移气流量：150 mL/min；载气流量：0～2 min，2 mL/min；2～10 min，2～10 mL/min；10～20 min，10～120 mL/min；20～30 min：120～130 mL/min。

1.3.4.4 分析软件

仪器配套的分析软件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GC×IMS Library Search，可以分别从不同角度进行样品分析。LAV：用于查看分析谱图，图中每一个点代表一种挥发性有机物；对其建立标准曲线后可进行定量分析；Reporter插件：直接对比样品之间的谱图差异；Gallery Plot插件：指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；Dynamic PCA插件：动态PCA，用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类；GC×IMS Library Search；应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析，可根据需求利用标准品自行扩充数据库。

每次样品均采用重复3 次，结果采用SPSS 26.0软件处理数据，显著性分析采用最小显著差异法。

2 结果与分析

2.1 主要理化指标变化测定结果

2.1.1 不同质量分数食盐腌渍辣椒的感官评价

对5种质量分数食盐腌渍艳红辣椒的色泽、脆度、香气及滋味进行感官评价，结果如表2所示。6%～15%质量分数食盐腌渍辣椒的色泽评分具有显著差异（P＜0.05），食盐质量分数越高色泽评分越高，最低评分6.06，最高评分8.24，原因是高质量分数食盐腌渍会抑制微生物生长，腌渍辣椒没有被腐蚀。脆度评分也是随着盐含量的增加而增加，最低5.12，最高8.33，表明在食盐质量分数低的环境下，辣椒中的微生物活动产生的果胶酶，导致辣椒在腌渍过程中组织软化，脆度降低。5种质量分数食盐腌渍的辣椒在香气与滋味评分方面都具有显著差异（P＜0.05），食盐质量分数为6%、15%、18%腌渍辣椒评分较低，表明食盐质量分数较低或者较高对腌渍辣椒的香气及滋味都会有影响。食盐质量分数为12%腌渍辣椒香气和滋味评分最高，分别为9.38和8.33，并且综合评分最高也是食盐质量分数12%腌渍的辣椒，得分为8.51。

表2 不同质量分数食盐腌渍辣椒感官评分结果Table 2 Sensory scores of pickled peppers with different salt contents

2.1.2 不同质量分数食盐腌渍辣椒总酸含量的变化

总酸含量反映了腌渍剁辣椒中酸味物质含量，决定剁辣椒的酸味特性。由图1可知，随着腌渍辣椒食盐质量分数的增加，腌渍辣椒中总酸含量逐渐下降，因为食盐质量分数高会抑制乳酸菌的发酵，导致酸味物质产量下降，从而导致总酸含量的下降。5种不同质量分数食盐腌渍辣椒总酸含量分别为（5.431±0.014）、（4.575±0.009）、（4.227±0.012）、（4.125±0.013）、（3.882±0.005）g/kg，不同质量分数食盐腌渍的辣椒之间总酸差异显著（P＜0.05）。食盐质量分数为6%的腌渍辣椒总酸含量最高，与其他质量分数食盐腌渍辣椒间差异显著（P＜0.05），食盐质量分数为18%的腌渍辣椒总酸含量最少，与其他质量分数食盐腌渍辣椒总酸含量之间有显著性差异（P＜0.05），其结果与欧阳晶等[30]研究结果一致。

图1 不同质量分数食盐腌渍辣椒总酸的含量Fig.1 Changes in total acid content in pickled pepper with different salt contents

2.1.3 不同质量分数食盐腌渍辣椒氨基酸态氮含量的变化

腌渍辣椒中氨基酸态氮含量反映了鲜物质的多少，决定剁辣椒的鲜味。由图2可知，随着食盐质量分数的增加，腌渍辣椒中氨基酸态氮的含量逐渐减少，原因是高盐会抑制微生物的生长，同时也抑制水解酶的水解反应。5种不同质量分数食盐腌渍辣椒氨基酸态氮质量分数分别为（0.165 5±0.000 5）%、（0.128 5±0.001 2）%、（0.086 2±0.000 8）%、（0.056 3±0.001 0）%、（0.033 6±0.000 5）%，不同质量分数食盐腌渍的辣椒之间氨基酸态氮含量差异显著（P＜0.05）。在食盐质量分数为6%的腌渍辣椒中氨基酸态氮含量最高，与其他食盐质量分数腌渍辣椒有显著差异（P＜0.05），在食盐质量分数为18%的腌渍辣椒中氨基酸态氮的含量，也与其他质量分数食盐之间有显著差异（P＜0.05）。

图2 不同质量分数食盐腌渍辣椒氨基酸态氮的含量Fig.2 Changes in amino nitrogen content in pickled pepper with different salt contents

2.1.4 不同质量分数食盐腌渍的辣椒有机酸含量的变化如图3所示，可以看出方法具有较好分离效果。

图3 6种标准有机酸的色谱图Fig.3 Chromatogram of a mixture of six organic acid standards

将6种不同质量浓度的混合有机酸从低到高依次进样，采用外标法定量，根据各种有机酸的峰面积与浓度之间的关系进行线性回归，得方程见表3。

表3 6种不同有机酸的标准曲线Table 3 Calibration curve equations for determination of six organic acids

从表3可知，在实验质量浓度范围内，得出的各有机酸的标准曲线相关系数均大于0.999，线性相关可满足线性分析要求。

根据各有机酸的线性回归曲线，再根据每个样品的色谱图中峰面积和出峰时间，可以计算出样品中有机酸的含量。

从表4可以得出，随着食盐质量分数的增加，有机酸含量不断减少，因为食盐质量分数高抑制微生物生长。其中草酸含量在5种质量分数食盐腌渍辣椒中最高，酒石酸含量最少，在12%以上质量分数食盐腌渍的辣椒中未检测出，可能原因是物质中没有酒石酸或者被其他物质干扰无法检测，贾洪锋等[31]研究也表明腌渍辣椒中酒石酸未检测出，可能是由于样品中含量少或者是草酸影响了酒石酸的检测。

表4 不同质量分数食盐腌渍辣椒中有机酸的含量Table 4 Contents of organic acids in pickled pepper with different salt contents μg/g

2.2 GC-IMS的结果分析

图4中标识的6%-4、9%-4、12%-4、15%-4、18%-4分别表示5种质量分数食盐腌渍艳红辣椒的GC-IMS二维图谱。整个图的背景为深蓝色，反应离子峰右侧箭头所指为乙醇峰，乙醇浓度较高会拖尾成条状。反应离子峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物，颜色越深代表浓度越大，白色表示浓度低，红色表示浓度高。从图4可以看出，5种质量分数食盐腌渍辣椒之间的挥发性物质有差异性。如图5所示，以最左侧6%-4为参照，其他几张图谱中浓度相同的物质颜色抵消为白色。被参比样品中的蓝色区域表示该物质浓度低于参比样品，蓝色越深，表示浓度越低；被参比样品中的红色区域表示该物质浓度高于参比样品，红色越深，表示浓度越高。图5以6%质量分数食盐腌渍辣椒的图谱为参照，可以明显看出食盐质量分数在12%以上的腌渍辣椒挥发性物质更多，与9%质量分数食盐腌渍的辣椒有明显差异。其中红色箭头表示挥发出的乙醇，腌渍辣椒食盐质量分数越高，挥发出的乙醇越多，这与赵驰等[32]研究结果一致，究其原因可能是在食盐质量分数较高的环境下腌渍辣椒中部分微生物代谢活动受到抑制，而酵母菌可以在高渗透环境下通过HOP-MAP激酶的诱导并级联提高膨压剂甘油的水平，从而导致一系列渗透适应反应产生了乙醇[33]。

图4 不同质量分数食盐腌渍辣椒的GC-IMSFig.4 GC-IMS spectra of pickled peppers with different salt contents

图5 不同质量分数食盐腌渍辣椒的GC-IMS差异图Fig.5 GC-IMS spectra showing difference in volatile composition of pickled peppers with different salt contents

从表5可知，5种质量分数食盐腌渍辣椒中共检测出61种挥发性物质，其中酯类22种、醛类11种、醇类9种、酸类9种、酮类6种、其他物质4种。酯类种类最多，是发酵过程中酸跟醇反应产生的，赋予腌渍辣椒独特的香味。其中乙酸异戊酯具有强烈的香蕉、生梨、苹果的甜水果香气，并带有梨的甜酸味，周晓媛等[34]在自然发酵辣椒中也检出了类似的气味物质，酯类物质对腌渍辣椒的香气具有十分重要的影响。醛类物质风味阈值较低，但也是辣椒挥发性物质的重要组成成分，醛类物质的香气能够作用于感官使香气更为明显，从腌渍辣椒中测出醛类物质具有11种，大大提高了腌渍辣椒的香气。9种醇类物质主要来源于酵母菌等微生物降解糖类或者辣椒原料得到，在不同质量分数食盐腌渍辣椒中醇类物质含量及种类不同，醇类常赋予产品新鲜的气味，也是生成重要的风味物质酯类的主要来源[35]，酸类物质是腌渍辣椒过程中的重要产物，主要来源于乳酸发酵，独特的酸味是香味的主要组成部分。

续表5

为了更加全面地对比不同样品间挥发性有机物组分的差异，可选取谱图中所有的待分析峰，自动生成指纹图谱，结果如图6所示。

从图6可以看出，每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。观察图6指纹图谱再结合表5，由图6A、E区域可知：腌渍辣椒食盐质量分数为6%和9%时乳酸乙酯、DL-白氨酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丁酯、4-羟基丁酸内酯、甲乙酮、异丁醇、2-庚酮、苯甲醛、异戊醛、2-乙酰基噻唑等风味物质释放的非常多，随着食盐质量分数增加，这些物质的释放量减少。由图6B、D区域可以得知：随着食盐质量分数增加，腌渍辣椒释放出的己酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、丙酸乙酯、己酸乙酯、苯乙醛、3-甲基戊酸、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-甲基丁酸乙酯、2-辛醇、3-甲基-1-戊醇、正戊醇、2,3-丁二酮、3-戊酮、2-戊基呋喃等风味物质会逐渐增多，随着这些物质的增加，使腌渍后的辣椒更加具有风味，口感更佳。由图6C区域可知，丁酸丁酯、戊酸乙酯、丁酸、(E)-2-庚烯醛这些风味物质基本上只存在于食盐质量分数为12%的腌渍辣椒中。

图6 不同质量分数食盐腌渍辣椒挥发性物质指纹图谱Fig.6 Volatile fingerprints of pickled peppers with different salt contents

如图7所示，PC1贡献率为50%，PC2贡献率为20%，累计贡献率达到70%，表明这两个PC能够代表原始数据的绝大部分有效信息，分析所得数据能够反映出不同质量分数食盐腌渍辣椒的总体特征[36]。5种质量分数食盐腌渍辣椒很好地分布在5 个区域，表明它们之间的挥发性物质存在明显差异。其中食盐质量分数为12%、15%、18%腌渍辣椒的主要差异在PC2，食盐质量分数为6%、9%、15%腌渍辣椒的主要差异在PC1。

图7 不同质量分数食盐腌渍辣椒PCA结果Fig.7 PCA plot discriminating pickled peppers with different salt contents

3 结 论

根据5种不同质量分数食盐腌渍辣椒的感官评定结果分析，食盐质量分数为6%腌渍辣椒的色泽、脆度、香气及滋味评分都较低，食盐质量分数为15%以上腌渍辣椒的香气及滋味评分也较低。测定5种不同质量分数食盐腌渍辣椒的总酸、氨基酸态氮以及有机酸含量，从结果得出食盐质量分数较低的腌渍辣椒总酸、有机酸以及氨基酸态氮含量高，低食盐质量分数环境乳酸发酵不能很好地被抑制，且微生物生长不能被抑制导致总酸跟氨基酸态氮的增加。根据GC-IMS检测结果分析，在低质量分数食盐腌渍的辣椒中，挥发性成分少，导致香味不佳，可能与总酸较高有关，食盐质量分数高腌渍的辣椒挥发性成分较多，香气成分高。综合分析后可以得出9%～12%质量分数食盐腌渍艳红辣椒风味及品质较好，可直接用于剁辣椒的加工调味，对辣椒加工具有一定的指导意义。