SPME/GC-MS分析火锅中常见6种香辛料挥发性成分物质

刘江，朱大军，李洪亮，何高洁，朱林

(四川天味食品集团股份有限公司，成都 610200)

火锅具有悠久的历史，最早来源于民间，是大家熟悉并喜爱的一种饮食方式，其中以“麻、辣、鲜、香”为特点的四川麻辣火锅深受消费者喜爱[1]。火锅调味料是以多种原料为基础构成，香辛料是火锅重要的一部分，起到增香、增味、增色等作用。火锅底料麻辣鲜香的风味与底料配方组成有着密切的关系。火锅底料香气的来源广，通常麻辣火锅底料的基础原料配方中有小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角等香辛料[2-5]。

香辛料是一类天然植物性调味品，常用于各类食品的加香调味，由于它们能给食品呈现辛、香、辣等味道，简称为香辛料[6-10]。香辛料的辛味和香气是目前任何一种化合物所不能比拟和替代的，而且这些香辛料的安全性高、资源丰富，不但具有一定的药用价值，而且能赋予食品一定的香型，改善食品风味，达到提高食品品质与价值的效果，使人们在感官上享受更多乐趣的同时还有助于食品的消化吸收[11-17]。火锅底料在研发设计时，需要对火锅中的香辛料挥发性风味物质有明确的认识，来保证其特有的风味，并以此为基础来研究火锅风味形成的机理。目前对火锅底料中香辛料挥发性物质的分析参差不齐，国内外学者对香辛料的风味成分做了一定的研究工作，但尚未见有系统的报道。本实验采用国际前沿的风味鉴定与识别技术对香辛料的挥发性物质进行检测与分析，利用固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)以及气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技术对火锅底料中常用6种香辛料(小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角)的香味物质进行分析，以期获得6种香辛料中特征香味物质的突出风味，旨在为火锅调味料企业开发产品提供理论依据，为火锅产业的发展提供一些参考。

1 材料与仪器

1.1 材料

小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角：均由本公司统一提供，粉碎后过40目筛网。

1.2 仪器和设备

HH-2型恒温水浴锅 冠森生物科技(上海)有限公司；TB-214型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；H5273型粉碎机 河北慧采科技有限公司；Agilent 7890-5977型气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司；手动固相微萃取(SPME)进样器及萃取头 美国Supelco公司。

2 实验方法

2.1 顶空固相微萃取香味物质

香味物质采用顶空固相微萃取技术进行提取。取粉碎过40目筛的不同香辛料样品2.5 g于20 mL的顶空瓶内，盖上瓶盖，置于60 ℃恒温水浴锅中平衡20 min，采用固相微萃取装置将萃取头手动插入顶空瓶中，顶空吸附20 min后，直接将萃取头注入气相色谱仪进样口处在250 ℃条件下脱附5 min。

2.2 香味物质GC-MS的测定

气相色谱(GC)条件：采用 DB-5MS 毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，用氦气作载气，流速为1.0 mL/min。升温程序：色谱柱起始柱温30 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升到100 ℃，再以3 ℃/min升到175 ℃，然后以10 ℃/min升到215 ℃，保持10 min，进样口温度为250 ℃。

质谱(MS)条件：采集方式：全扫描，采集质量范围 40～350 m/z；电离方式：电子轰击(EI)；发射能量：70 eV；离子源温度：200 ℃；接口温度：250 ℃。

2.3 样品测定定性和定量方法

2.3.1 定性分析

将所测香味物质的质谱信息与数据库中已知香味物质的质谱信息进行比对，根据相似度的高低进行定性分析。

2.3.2 定量分析

根据被测化合物占所有化合物总色谱峰面积之比，来计算被测组分的相对含量。

3 结果与分析

3.1 6种香辛料香味物质分析

小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角香味物质的挥发性成分见图1。

图1 6种香辛料挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components in six spices

6种香辛料检测出的挥发性物质种类包括烃类、醇类、醚类、酮类、醛类、酸类、酯类和其他类。曾朝懿等采用同种分析方法对川渝地区市售的10种特色火锅底料进行了挥发性风味物质的测定，测定结果发现，所有的火锅样品中均含有烃类、醇类、醛类、酮类、酯类和其他类，虽然样品中种数和相对含量不同，但可以明确的是它们共同构成了火锅底料的主体风味物质。本实验测定的香辛料中也均存在各种香味物质种类，说明6种香辛料在火锅底料中起着重要作用。

不同香辛料(小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角)香味物质的相对含量和种数的对比见图2。

图2 6种香辛料挥发性成分的相对含量和种数对比Fig.2 Comparison of relative content and species of volatile components in six spices

小茴香共检测出香味物质43种，主要香味物质种类为烃类(占72.22%)和醚类(占17.64%)；小椒共检测出香味物质79种，主要香味物质种类为烃类(占73.17%)和醇类(占11.00%)；青花椒共检测出香味物质74种，主要香味物质种类为烃类(占72.30%)和醇类(占13.43%)；红花椒共检测出香味物质92种，主要香味物质种类为烃类(占46.76%)和酯类(占43.45%)；山奈共检测出香味物质76种，主要香味物质种类为烃类(占72.81%)和酯类(占16.04%)；八角共检测出香味物质55种，主要香味物质种类为烃类(占58.13%)和醚类(占25.10%)。烃类为6种香辛料共有的主要香味物质种类。

3.2 6种香辛料主体香味物质对比分析

为了进一步明确火锅中常见6种香辛料主体挥发性成分的作用及差异，将总相对含量≥1.00%的物质单独进行分析，几种香辛料主体香味物质种数和总相对含量对比见图3，6种香辛料主体香味物质相对含量对比见表1。

表1 6种香辛料主体挥发性成分分析Table 1 Analysis of main volatile components in six spices

续 表

续 表

由图3可知，小茴香、小椒、青花椒、红花椒、山奈、八角主体香味物质种数分别为10，11，16，11，17，22种，总相对含量分别为95.18%、92.79%、87.73%、84.81%、85.07%、90.94%。几种香辛料共有的主体香味物质种类为烃类、醇类和醚类物质，烃类物质含量最高。

图3 6种香辛料主体挥发性成分种数和总相对含量对比Fig.3 Comparison of total relative content and species of main volatile components in six spices

小茴香主体烃类物质为桧烯、β-蒎烯、γ-松油烯、莰烯、(E)-β-罗勒烯和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，均为烯烃类，其阈值低，对小茴香整体香味贡献大，主要呈现柠檬香和花果香；主体香味物质种类醇类物质为芳樟醇，具有花香和木香味；主体醚类物质为4-烯丙基苯甲醚，具有辛香味；主体酮类物质为D(+)-樟脑和表樟脑，具有清新香和草木香。在火锅底料中主要提供花果香和清凉的香气。

辣椒的特殊香气是由其挥发性成分产生的，小椒主体烃类物质为β-蒎烯(10.49%)、(+)-柠檬烯(28.35%)和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯(18.15%)，具有花草香和木香味，这3种物质在小椒挥发性物质中占比超过10%，对小椒整体香味贡献大，为主要香气成分；主体醇类物质为芳樟醇，有浓青带甜的木青气息；小椒主体醚类物质为4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味，是辣味的主要贡献成分。Buttery等[18]研究发现，辣椒香气成分中重要的特征挥发性物质是3-甲氧基-3-异丁基吡嗪、(E,Z)-2,6-壬二烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛，其结果与本实验不同，这可能与辣椒品种和提取方法有关。辣椒挥发性成分与辣椒的品种有关，每一种辣椒的挥发性成分多，且不同品种辣椒挥发性成分的含量也不同，后续应加大对辣椒香气成分的进一步研究。

青花椒和红花椒主体挥发性成分分析发现，青花椒和红花椒共有的主体烃类物质为月桂烯和大根香叶烯D，具有花草香和药香；共有的主体醇类物质为芳樟醇，具有花香、清香和木香味；共有的主体醚类物质为4-烯丙基苯甲醚，具有辛香和辛辣味。青花椒特有主体香味物质种类烃类物质为3-蒈烯、β-蒎烯、α-蒎烯、γ-松油烯、α-石竹烯、β-石竹烯、十五烷和(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯，其中烯烃类阈值低，对青花椒整体香味贡献大，主要呈现花香味；特有主体香味物质种类醇类物质为4-萜烯醇和α-松油醇，4-萜烯醇具有胡椒香，α-松油醇具有芳香味；特有主体香味物质种类酯类物质为乙酸芳樟酯，具有青苦香味和花果香。红花椒特有主体香味物质种类烃类物质为桧烯、罗勒烯和(E,E)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯，呈现花香味和辛香味；特有主体香味物质种类酯类物质为甲酸芳樟酯、乙酸松油酯和乙酸橙花酯，甲酸芳樟酯具有水果和玫瑰花的香，乙酸松油酯具有油脂香，乙酸橙花酯具有橙花和玫瑰花香。麻味是火锅底料中非常关键且重要的一种原料，从实验数据可以看出，青花椒青苦香更加浓烈，红花椒辛香味更为醇厚，且伴有淡淡果油香，这与王花俊等测定花椒中挥发性主要成分结果类似。

山奈主体挥发性物质为十六烷(29.92%)、莎草烯(6.79%)、(-)-α-古芸烯(5.89%)，烃类阈值低，对山奈整体香味贡献大，主要呈现花果草木香；主体酯类物质为肉桂酸乙酯(12.41%)，具有樟脑味和木头香。主体香味物质种类醇类物质为芳樟醇、1-十四醇和龙脑，具有木香味。烃类与酯类为山奈的主体特征挥发性物质，提供樟脑味和青草香。

八角主体挥发性物质为4-烯丙基苯甲醚(21.18%)、茴香甙(3.02%)、4′-甲氧基苯丙酮(2.64%)，醚类对八角整体香味贡献大，具有辛香味，茴香甙清香味；烃类物质α-蒎烯(6.6%)、(+)-柠檬烯(9.23%)、α-石竹烯(6.23%)、2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)双环[3.1.1]庚-2烯(11.42%)，主要呈现花果香和柠檬香；主体香味物质种类醇类物质为芳樟醇和4-萜烯醇，芳樟醇具有花香和木香，4-萜烯醇具有胡椒香。烃类与醚类的总含量相差不大，但醚类所含的种类较少，含量最高的物质是4-烯丙基苯甲醚，其次是2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯-1-基)双环[3.1.1]庚-2烯，这与袁华伟等[19]采用相同方法测定八角中挥发性成分结果类似。

4 结论

香辛料是火锅开发中必不可少的原料，通过对原料中香辛料的特征挥发性风味物质进行分析研究，能进一步开拓香辛料在火锅市场的加工应用。本文采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(HS-SPME-GC-MS)测定火锅中6种常见香辛料的挥发性物质，检测出6种香辛料的挥发性成分的种类和数量差异较大。几种香辛料挥发性成分中种类最多的为烃类。小茴香共检测出香味物质43种，主要香味物质种类为烃类和醚类，含量最高的挥发性物质为(E)-β-罗勒烯(27.10%)，具有花果香和清凉香；小椒共检测出香味物质79种，主要香味物质种类为烃类和醇类，含量最高的挥发性物质为(+)-柠檬烯(28.35%)，具有果木辛香和辛辣味；青花椒共检测出香味物质74种，主要香味物质种类为烃类和醇类，含量最高的挥发性物质为β-蒎烯(24.83%)，具有浓烈的青苦香；红花椒共检测出香味物质92种，主要香味物质种类为烃类和酯类，含量最高的挥发性物质为甲酸芳樟酯(34.74%)，具有醇厚的辛香味；山奈共检测出香味物质76种，主要香味物质种类为烃类和酯类，含量最高的挥发性物质为十六烷(29.92%)，具有樟脑香和青草香；八角共检测出香味物质55种，主要香味物质种类为烃类和醚类，含量最高的挥发性物质为4-烯丙基苯甲醚(21.18%)，具有浓烈的辛香味、茴香甙香味。各种香辛料具有各自的特征风味物质，根据其主要特征风味组合原料，应用于火锅底料中，构成火锅底料的独特风味。希望本实验能为香辛料在火锅调料中的加工应用提供参考依据。