南方4产区红花椒挥发性物质鉴定及差异研究

王林，胡金祥，乔明锋，何莲，鲁道云，吴华昌，邓静，易宇文*

(1.四川旅游学院，成都 610100; 2.四川国之味供应链管理有限公司，成都 610100)

花椒是芸香科、花椒属落叶小乔木的果实统称[1]。花椒品种众多，依据果实颜色大体可分为红花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)和青花椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.)。花椒果皮富含各种挥发性物质，麻而清香，属传统调味品[2]，在川菜中有广泛应用；挥发性物质可治疗高血压、腹痛、腹泻、头痛、痢疾等疾病，是典型的药食两用植物[3]。花椒挥发性物质主要是烯烃类、醇类、醛类、酮类和酯类等物质[4-6]。花椒果皮中挥发性物质化学组成和含量与花椒品种、地域、海拔、土壤、光照等外部环境密切相关，且差异较大[7]。樊丹青等[8]采用GC-MS对四川、甘肃产区的6个红花椒样品进行检测，发现红花椒主要挥发性物质芳樟醇、乙酸芳樟酯的含量存在差异。魏泉增等[9]采用水蒸气蒸馏法和顶空固相微萃取结合GC-MS分析河南、山东和四川红花椒样品，发现柠檬烯为主要挥发性物质，且含量差异较大。陈光静等[10]采用GC-MS分析陕西、甘肃和四川等8个产地的红花椒，发现红花椒共有组分含量差异较大，非共有挥发性物质含量大多低于1%。目前针对花椒挥发性物质的研究多集中在四川与秦岭以北产区的样品上，未见南方产区花椒样品组分的相关研究。秦岭是我国南北的分界线，南北气候条件差异较大。在不同地域、气候条件下农产品的品质是有差异的。胡文杰等[11]研究生姜精油组分发现品种相同但产地不同的生姜挥发性组分存在差异。另外，固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)技术是Berladi等[12]提出的集采样、萃取、富集和进样于一体的操作方便快捷、绿色环保的前处理方法[13]。气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometry， GC-MS)是分离复杂有机化合物的有效方法，是从分子层面探究食品风味差异的方法[14]。

本实验拟利用固相微萃取(SPME)结合气质联用(GC-MS)技术鉴定湖南、四川、云南和贵州产区红花椒挥发性组分，从而比较南方4产区红花椒挥发性物质的差异，可为调味品的加工提供参考，也可为进一步完善红花椒挥发性物质指纹图谱库提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

红花椒样品由成都市桃李食品公司提供，具体见表1。

表1 红花椒样品产地Table 1 The producing areas of Zanthoxylum bungeanumMaxim. samples

1.2 仪器与设备

PC-420D专用磁力加热搅拌装置、75 μm CAR/PDMS手动萃取头 美国Supelco公司；Clarus 680气相色谱仪；Clarus SQ8T质谱仪；Elite-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；20 mL顶空瓶 美国PerkinElmer公司；其他实验室常用设备。

1.3 GC-MS样品处理及检测方法

样品前处理：将花椒去梗去籽，选择颜色红润的花椒作为样品。

其他前处理：将20 mL的样品瓶洗净，用蒸馏水润洗3次，然后烘干备用。

固相微萃取：准确称取样品1.00 g置于20 mL样品瓶中，加入搅拌子(聚四氟乙烯，3 mm×10 mm)，加盖密封，磁力搅拌装置温度65 ℃，转速1 r/s，平衡600 s，然后将老化(250 ℃，600 s)的萃取针扎入样品瓶中，并伸出萃取头，萃取吸附1200 s，随后插入GC-MS进样口，解吸600 s。

色谱条件：色谱柱Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度为250 ℃；升温程序:起始温度40 ℃，保留2 min，以5 ℃/min升温至220 ℃，保留2 min。载气(99.999% He)流速1.0 mL/min。

MS条件：EI离子源，电子轰击能量为70 eV，离子源温度250 ℃，电子倍增电压1450 V；质量扫描范围：45～400 m/z；扫描延迟70 s；标准调谐文件。

定性方法：选取正反匹配度均大于700，参考NIST 2011谱库，同时结合人工和参考文献解谱。

1.4 数据处理

采用SPSS 25.0进行数据分析，采用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 红花椒总离子流图

PE Elite-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛细管柱分离、质谱检测得到的样品总离子流图见图1。

图1 红花椒挥发性物质总离子流图

湖南样品共检测到挥发性物质50种，四川54种，云南55种，贵州53种。云南样品检测到的挥发性物质最多，湖南最少。样品出峰时间主要集中在5～25 min之间。

2.2 红花椒挥发性物质差异比较

2.2.1 红花椒非共有挥发性物质分析

红花椒样品GC-MS检测结果的非共有挥发性物质见表2。

表2 红花椒非共有挥发性物质Table 2 Non-common volatile compounds inZanthoxylum bungeanum Maxim.

续 表

由表2可知，4个样品共检测到非共有组分32种，其中烯烃类物质12种，醇类2种，醛类8种，酯类6种，酮类4种。桧烯是云南样品特有的物质，含量低(0.047%)；α-法呢烯是湖南样品独有的挥发性物质，含量低(0.034%)。月桂烯在湖南(5.188%)和贵州(0.971%)样品中有检出，湖南样品中含量较高。β-水芹烯在四川(4.047%)、云南(3.696%)和贵州(2.454%)样品中有检出。非共有醇类物质2种，其中云南(8.286%)和贵州(4.991%)样品的桉树醇含量较高。共检测到8种非共有醛类物质，(Z)-柠檬醛是四川样品特有的挥发性物质，水芹醛是贵州样品特有的挥发性物质，所有醛类物质含量均较低。共检测到6种酯类物质，其中贵州样品的乙酸芳樟酯含量高(19.984%)，为贵州样品特有的挥发性物质。酮类物质共检测到4种，1-(2-甲基-1-环戊烯基)乙酮是云南样品特有的挥发性物质，但含量低(0.068%)。湖南(11.821%)、四川(1.973%)和云南(1.841%)样品中均检测到胡椒酮，湖南样品的胡椒酮含量高，各样品含量差异大。

2.2.2 红花椒共有挥发性物质分析

红花椒样品GC-MS分析结果的共有挥发性物质见表3。

表3 红花椒共有挥发性物质Table 3 Common volatile compounds in Zanthoxylum bungeanum Maxim.

续 表

由表3可知，4个产区红花椒样品中共检测到共有物质34种，其中烯烃类物质24种，醇类4种，醛类1种，酯类2种，酮类2种，其他1种。相对含量均大于1%的物质有7种(烯烃类4种、醇类2种、酯类1种)：柠檬烯、(E)-β-罗勒烯、罗勒烯、γ-松油烯、芳樟醇、α-萜品醇和乙酸松油酯。4个样品中共有组分相对百分含量：湖南(64.596%)、四川(81.355%)、云南(75.270%)、贵州(59.283%)，说明南方4产区的红花椒在共有组分含量上差异较大。湖南(18.487%)、四川(28.002%)和云南(18.635%)红花椒样品中含量最高的物质均为柠檬烯，贵州红花椒样品含量最高的为乙酸芳樟酯(19.984%)，其次为柠檬烯(16.502%)。4个产区红花椒中柠檬烯含量均高于16%，柠檬烯是南方4产区红花椒中最主要的共有挥发性物质。结合表2和表3进一步分析可知，4个样品共鉴定出挥发性物质66种。其中烯烃类36种，醇类6种，醛类9种，酯类8种，酮类6种，其他1种。云南红花椒样品检测到挥发性物质含量最高(93.653%)，其次为四川(92.042%)、贵州(90.533%)，湖南(85.983%)最低。

2.2.3 红花椒主要挥发性物质分析

4个样品主要挥发性物质见表4。

表4 红花椒主要挥发性物质Table 4 Main volatile compounds in Zanthoxylum bungeanum Maxim.

由表4可知，4个样品的主要挥发性物质为烯烃类、醇类、酯类和酮类。4个样品主要共有组分为柠檬烯(16%～29%)、乙酸松油酯(4%～18%)，含量差异大。柠檬烯是含量最高的共有物质，这说明南方4产区红花椒的主要挥发性物质为柠檬烯。乙酸芳樟酯是贵州样品特有的挥发性物质，含量高(19.984%)，其他样品中均未检出。

2.2.4 红花椒挥发性物质类别差异分析

红花椒样品挥发性物质类别差异分析结果见表5。

表5 红花椒挥发性物质类别差异分析Table 5 Category difference analysis of volatile compounds inZanthoxylum bungeanum Maxim.

由表5可知，4个样品在挥发性组分类别上相似。烯烃类物质是红花椒的主要挥发性组分，是种类最多的物质，其中四川红花椒烯烃类物质含量最高(68.498%)，其次为湖南(59.976%)、云南(56.572%)，贵州样品含量最低(42.600%)；4个样品的烯烃类物质种类在数量上基本一致，但具体物质有差异。在醇类物质上，贵州和云南这两个样品的含量高(均在13%以上)，最低的为四川(3.898%)。酯类物质含量差异较大，贵州(7种)的含量高达32.311%，为最高；最低的为湖南红花椒(4种)，仅为5.231%。酮类物质含量差异较大，最高的为湖南(12.552%)，最低的为贵州(1.489%)。

3 讨论

4个样品检测到的烯烃类物质相对含量最高的为四川(68.498%)，最低的为贵州(42.600%)，湖南和云南均高于56%。能够说明4个产区的红花椒主要挥发性物质的种类相似，也能说明烯烃类物质是南方4产区红花椒的主要挥发性物质。柠檬烯是一种具有柑橘香气的物质，其阈值较低(10 μg/kg)[15]，是共有组分中含量最高(均高于16%)的物质，说明柠檬烯是南方4产区红花椒的主要挥发性物质。陈光静等通过GC-MS分析了陕西商洛、陕西韩城、陕西韩城富平县、陕西韩城富平县宫里镇、甘肃武都、甘肃秦安、甘肃临夏、四川西昌等地的红花椒，发现柠檬烯是上述8个产区红花椒的主要共有挥发性物质，且含量最高，这说明秦岭南北的红花椒主要挥发性物质均为柠檬烯。在主要挥发性物质中，3-蒈烯(10.974%)在湖南样品中含量较高，在贵州样品中含量低。曹雁平等[16]在陕西韩城红花椒样品中检出3-蒈烯，但含量较低，说明3-蒈烯可能是某些产地红花椒特有的挥发性物质。β-蒎烯在四川(10.481%)、云南(7.943%)和贵州(6.479%)的样品中均有检出，含量较高。在秦岭以北的红花椒样品中未检测到β-蒎烯，市售花椒油中有检出[17-18]，这可能与原料产地及采摘后贮藏加工等因素有关。β-蒎烯可能是四川、云南、贵州红花椒特有的挥发性物质。湖南样品中检出的月桂烯(5.188%)是主要挥发性物质，而在四川、云南和贵州的样品中含量低或未检测到。陈光静等的研究表明，月桂烯是秦岭以北及四川西昌红花椒样品的主要挥发性物质。但本文四川样品中并未检出，这可能与产地的地质、气候等有关。 (E)-β-罗勒烯在湖南(6.325%)、四川(6.773%)和云南(5.211%)的样品中检出含量较高。(E)-β-罗勒烯在秦岭以北样品中均有检出，但含量不高，非主要挥发性物质。罗勒烯在湖南(4.272%)和四川(5.038%)的样品中有检出，是主要挥发性物质。β-水芹烯(4.047%)是四川样品的主要挥发性物质，湖南样品中未检出；云南(3.696%)和贵州(2.454%)样品中有检出。β-水芹烯在陕西韩城红花椒和韩国青花椒[19]中有检出，是其主要挥发性物质。

4个样品中检测到的主要醇类挥发性物质为芳樟醇和桉树醇。有研究表明秦岭以北的样品中均有检出这两种物质，是主要挥发性物质。芳樟醇是一种具有柑橘气味的物质，4个样品均有检出，但非四川(1.607%)、云南(2.421%)样品中的主要挥发性物质。说明芳樟醇是秦岭南北红花椒的共有挥发性物质，但产地不同导致含量有差异。有研究表明芳樟醇是四川汉源红花椒中气味最强势的化合物[20]。桉树醇是云南(8.286%)和贵州(4.991%)样品的主要挥发性物质，湖南和四川样品中未检出。

4个样品检测到的主要酯类物质是乙酸松油酯和乙酸芳樟酯，陈光静等研究发现秦岭以北的红花椒样品中均有检出这两种物质。乙酸松油酯是本实验检测到的主要共有挥发性物质之一。这表明乙酸松油酯是秦岭南北红花椒的共有挥发性物质。乙酸芳樟酯(19.984%)是贵州样品检测到含量最高的物质，是贵州样品特有挥发性物质，其他样品均未检测出。乙酸芳樟酯是一种具有花果香的物质，阈值低(9 μg/kg)，参考其含量，其对贵州红花椒独特香味形成贡献大。

4个样品检出酮类主要挥发性物质1种，为湖南样品中的胡椒酮。贵州样品中未检出，四川、云南样品有检出。胡椒酮是一种具有辛香味的物质，在秦岭以北的样品中均有检出，但非主要挥发性物质。湖南样品的胡椒酮含量高，可能是显示其地域特色的物质。

4 结论

采用固相微萃取结合气质联用分析南方4产区红花椒的挥发性物质。实验共鉴定出66种挥发性物质，湖南、四川、云南和贵州分别鉴定出50，54，55，53种，分别占相对含量的85.983%、92.042%、93.653%、90.533%。鉴定出共有组分34种，共有组分相对百分含量占总百分含量的59%～82%，南方4产区的红花椒在共有组分含量上差异较大；相对含量均大于4%的共有物质为柠檬烯、乙酸松油酯；湖南、四川和云南样品中含量最高的物质均是柠檬烯；贵州样品含量最高的为乙酸芳樟酯，其次为柠檬烯，4个产区的柠檬烯含量均高于16%；柠檬烯、乙酸松油酯是南方4产区红花椒的主要共有挥发性物质。鉴定出非共有组分32种，非共有组分相对百分含量在10%～32%之间。非共有组分中，湖南样品中胡椒酮(11.821%)、月桂烯(5.188%)，四川样品中β-水芹烯(4.047%)，云南样品中桉树醇(8.286%)，贵州样品中乙酸芳樟酯(19.984%)、桉树醇(4.991%)，是其主要挥发性物质。非共有物质的存在是南方4产区红花椒气味差异的主要来源。湖南样品的其他主要挥发性物质：3-蒈烯(10.974%)、(E)-β-罗勒烯(6.325%)、罗勒烯(4.272%)、芳樟醇(4.623%)；四川样品的其他主要挥发性物质：β-蒎烯(10.481%)、(E)-β-罗勒烯(6.773%)、罗勒烯(5.038%)；云南样品的其他主要挥发性物质：β-蒎烯(7.943%)、(E)-β-罗勒烯(5.211%)；贵州样品的其他主要挥发性物质：β-蒎烯(6.479%)、芳樟醇(5.133%)。实验结论可为调味品的生产加工提供参考，也可为进一步完善红花椒的指纹图谱提供参考。