基于HS-SPME-GC-MS解析糟辣椒发酵过程中关键香气物质变化

陈 菊1,黄裕兵2,王雪雅1,陆 敏1,孙小静1,殷 勇1,李文馨1

(1.贵州省农业科学院辣椒研究所,贵州 贵阳 550006;2.贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室,贵州 贵阳 550014)

摘 要为解析糟辣椒的关键香气物质,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术对不同发酵时间(0、15 d、45 d、90 d和180 d)糟辣椒的挥发性风味物质进行检测分析,并结合气味活性值(OAV)及主成分分析(PCA)分析其特征风味化合物。结果表明,发酵0、15 d、45 d、90 d和180 d的糟辣椒样品中共检测出166种挥发性风味物质,其中,醇类20种、酯类36种、烯烃类36种、烷烃类9种、酮类7种、酸类16种、醛类7种、芳香族化合物11种、含硫原子化合物18种和其他类物质6种。 5个发酵阶段共有挥发性风味物质为β-榄香烯、水杨酸甲酯、苯乙醇、十六酸和2-甲基十三烷,特有挥发性风味物质分别有14种、27种、8种、4种和17种;根据OAV≥1且在3个以上发酵阶段均存在的筛选条件下,有2-庚醇、香叶醇、反式-橙花叔醇、α-松油醇、苯乙醇、芳樟醇等23种关键挥发性风味物质;PCA结果表明,样品ZLJ90d的香气品质最好。

关键词糟辣椒;顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用;气味活性值;关键香气物质;综合评价

辣椒(Capsicum annuum L.)是茄科辣椒属草本植物的果实,营养丰富,含有多种保护健康的功能性活性成分[1]。贵州省是辣椒种植、加工和消费的主要省份,辣椒年产量和销售规模均居全国首位[2]。糟辣椒是贵州特有的发酵辣椒调味品,其以新鲜红辣椒为主要原料,以大蒜、生姜为辅助调味品,经切碎、混合后,加入盐、糖等调味料,经发酵而成[3]。由于其独特风味,糟辣椒已成为当地人的日常餐桌调味品[4]

风味是决定发酵产品质量的关键因素,其形成是一个动态的复杂过程,取决于活性微生物和内源酶的代谢途径。具体来说,原料中的大分子物质,如蛋白质、脂肪、碳水化合物,在发酵过程中被水解成短肽、游离氨基酸、脂肪酸和乳酸,产生酯、醛、酸、酚等,从而赋予最终发酵食品独特的风味[5]。气味阈值在香料行业中应用广泛,通过计算气味活性值(odor activity value,OAV)可评估对样品香气有贡献的化合物,物质OAV越大表示该物质对样品整体风味贡献越大[6-10]。 顶空固相微萃取(headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)是一种集萃取、采样、浓缩和进样于一体的技术,具有方便、灵敏、高效的优点,已被广泛应用在食品风味物质检测领域[11]。 气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)联用法是一种有效的挥发性化合物鉴定和定量方法,通常与HS-SPME相结合作为提取挥发性有机化合物的技术[12-13]。目前,已有采用HSSPME-GC-MS分析糟辣椒的挥发性风味物质的研究报道,杨帅等[14]利用HS-SPME-GC-MS检测分析贵州不同产地糟辣椒的挥发性风味物质结果表明,糟辣椒酸类、醇类以及萜烯类化合物的含量较高;陈菊等[15]利用HS-SPME-GC-MS分析了贵州地区广泛种植的4个辣椒品种制作糟辣椒的挥发性风味物质差异。 然而,利用HS-SPME-GC-MS结合OAV分析不同发酵时间糟辣椒关键差异挥发性化合物的研究鲜见报道。

本研究采用HS-SPME-GC-MS检测不同发酵时间糟辣椒(0、15 d、45 d、90 d和180 d)的挥发性风味物质,结合OAV探究其关键差异挥发性化合物,并基于挥发性风味物质对糟辣椒不同发酵阶段的香气品质进行综合评价,以期为糟辣椒发酵时间评估及风味调控提供参考依据,提高糟辣椒风味品质。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

东凯红辣丰线椒:产地为贵州省遵义市;2-辛醇(色谱纯):梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。

1.2 仪器与设备

DVB/CAR/PDMSStableFlex 萃取针(50/30μm)、7890B型气相色谱、7000D型质谱、DB-Wax毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm):美国安捷伦有限公司;BSA423S型电子天平:塞多利科学仪器(北京)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 糟辣椒样品的制备

采摘成熟东凯红辣丰线椒后,挑选无霉变、色泽均一的红辣椒,经清洗、晾干、去蒂后、剁碎成为(0.6~1)cm×(0.6~1)cm的小块,添加质量分数10%食用盐、2%姜、2%蒜搅拌均匀后装坛,密封常温发酵180 d,在发酵0 d、15 d、45 d、90 d和180 d取样,并将样品分别命名为ZLJ0d、ZLJ15d、ZLJ45d、ZLJ90d和ZLJ180d。

1.3.2 糟辣椒挥发性风味物质分析

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPMEGC-MS)技术分析糟辣椒中挥发性风味物质。

样品前处理:取样本5.0 g于20 mL顶空瓶中,再加入10 μL 2-辛醇(内标,2 μg/μL),于60 ℃恒温条件下热平衡15 min后进行萃取。

HS-SPME条件:将纤维萃取头在250 ℃温度下老化15 min后,于顶空萃取30 min,并在250 ℃下解吸4 min。

GC条件:DB-Wax毛细管色谱柱(30m×250μm×0.25μm);载气为高纯氦气(He)(99.999%),隔垫吹扫流速3 mL/min,分流,进样口温度250 ℃,柱流速1 mL/min。升温程序为初始温度40 ℃保留4 min,以5 ℃/min升高至250 ℃,保留5 min。

MS条件:电子电离(electron ionization,EI)源,电离能量70 eV;发射电流34.6 μA;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;传输线温250 ℃;接口温度250 ℃;质量扫描范围20~550 m/z,无溶剂延迟。

定性定量分析:将试验数据通过美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)标准谱库进行自动检索和人工解析,将匹配度>85%作为物质鉴定依据,检索鉴定,采用内标法相对定量,得到各挥发性风味物质相对含量,计算公式如下:

式中:Ci为待测物质的质量浓度,μg/g;Ai为待测物质的峰面积;B为内标物峰面积;mB为内标物的添加量,g;m为样品质量,g。

1.3.3 气味活性值计算

OAV为各化合物在提取物中的质量浓度与嗅觉阈值的比值,其计算公式如下[9-10]

式 中:mii 物 质 的 质 量 浓 度,mg/kg;OTii 物 质 的 嗅 觉 阈值,mg/kg。

OAV表示呈香物质在香气中起作用的强度,OAV<0.1被视作对样品整体风味无贡献,0.1≤OAV<1则表明该物质对总体香气有修饰作用,OAV≥1的化合物通常被认为对风味有贡献的挥发性风味物质,OAV≥10的物质是重要的挥发性风味物质。

1.3.4 主成分分析

采用SPSS Statistics 19.0对不同发酵阶段糟辣椒的挥发性风味物质进行主成分分析(principal component analysis,PCA),通过主成分分析得到原始数据相关的特征值、方差贡献率及累计方差贡献率,选取特征值(λ)>1的成分作为主成分。将各指标数据进行标准化后,对主成分进行打分(Fi),Fi 等于载荷(Ui)与各指标数据的标准化值(Zi)乘积的加合值,然后分别以各主成分的特征值除以特征值总和作为权重数,构建综合评价模型,通过该模型进行样品的香气品质评比。

1.3.5 数据处理

数据采用Excel 2013软件进行整理,每个样品平行测定3次,结果以“平均值±标准差”表示。 采用Excel 2019进行数据处理,Origin 2021和TBtools绘图;SPSS Statistics 19.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 糟辣椒发酵过程挥发性香气成分分析

采用HS-SPME-GC-MS分析糟辣椒不同发酵时间挥发性风味物质种类及含量,结果见图1。 由图1A可知,发酵过程中共检测出166种挥发性风味物质,其中,醇类20种、酯类36种、烯烃类36种、烷烃类9种、酮类7种、酸类16种、醛类7种、芳香族化合物11种、含硫原子化合物18种和6种其他物质。糟辣椒发酵0 d、15 d、45 d、90 d和180 d的样品中分别检出33种、94种、76种、72种和81种挥发性风味物质。由图1B可知,发酵0、15 d、45 d、90 d和180 d的样品挥发性风味物质总含量分别为6.10 μg/g、120.65 μg/g、240.53 μg/g、427.94 μg/g和119.26 μg/g,由此可见未发酵的辣椒挥发性风味物质种类和含量均最低。其中ZLJ0d样品未检出含硫原子化合物,这可能是刚开始此类物质还未产生或者其含量过低所致。 ZLJ0d样品中芳香类物质含量最高;ZLJ15d、ZLJ45d、ZLJ90d和ZLJ180d样品中烯烃类物质含量最高,该类物质含量随着发酵时间的进行呈先增加后减少的趋势,发酵90 d时,其占挥发性风味物质总含量的36.5%,酯类物质含量次之,其占总挥发性物质总含量的29.7%;ZLJ15d样品中含量最多的物质为二烯丙基二硫醚;ZLJ45d和ZLJ90d样品中含量最多的物质均为姜烯,该物质在这两个发酵阶段的含量分别为21.50 μg/g和46.09 μg/g。 ZLJ180d样品中含量最多的物质为二烯丙基二硫醚。酯类化合物是一类具有香气活性的化合物[16-18],其多数具有淡淡脂肪香、奶香和水果香气[19-20]。烯烃类物质中的萜烯类化合物阈值较低,具有花香、果香味,对总体风味也具有重要贡献[21-23]。综上,糟辣椒发酵90 d的挥发性物质含量最高,发酵15 d的糟辣椒挥发性物质的种类最丰富。

图1 糟辣椒发酵过程中挥发性风味物质的种类(A)和含量(B)
Fig.1 Types (A) and contents (B) of volatile flavor substances during Zaolajiao fermentation process

2.2 糟辣椒发酵过程共有和特有挥发性风味物质分析

糟辣椒发酵过程挥发性风味物质韦恩图及共有香气挥发性风味物质气泡图见图2。由图2A可知,糟辣椒发酵5个阶段的样品均含的挥发性风味物质有5种,为β-榄香烯、水杨酸甲酯、苯乙醇、十六酸和2-甲基十三烷,ZLJ0d~ZLJ180 d糟辣椒样品中分别含特有挥发性风味物质14种、27种、8种、4种和17种。鲸蜡醇乙酸酯、亚油酸甲酯、乙酸十七烷基酯、植酮、正二十二醇、十九醇、棕榈油酸、橙花叔醇、亚麻酸甲酯、乙酸十八酯、肉豆蔻醛和棕榈油酸甲酯等是发酵ZLJ0d糟辣椒中的特有物质,这些物质在糟辣椒发酵过程中转化为了其他物质。 反-2-己烯酸、8-甲基壬酸、辛酸、2-甲基四癸烷、β-二去氢菖蒲烯、二甲基二硫醚、2-甲基二六烷、α-芹子烯、γ-榄香烯、甲酸松油酯、香树烯、2-壬酮、月桂烯、香树烯、4-甲基戊二酸异己酯等为ZLJ15d糟辣椒中的特有物质,这些物质赋予了其淡淡花香、甜香、洋葱味、卷心菜味、丁香、泥土香等味道[24-25]。苯甲酸、3-异丙基氧杂环己烷、十八酸、间二甲苯、邻苯二甲酸、4-庚基异丁酯、双环大牛儿烯和反油酸等是发酵ZLJ45d糟辣椒中的特有物质,其中苯甲酸赋予其膏香、焦香味[26];间二甲苯赋予其塑料味[21]。 发酵ZLJ90d糟辣椒中的特有物质有9-十五烯酸乙酯、3-氨基苯乙炔、异丁醇和4-乙烯基-1,2-二甲基-苯,其中异丁醇赋予其水果香[27]。 发酵ZLJ180d糟辣椒中的特有物质有β-蒎烯、环十五烷、十五酸乙酯、卡达萘、二氢姜黄素、二氢-β-紫罗兰酮、邻苯二甲酸二(2-丙基戊基)酯、3-蒈烯、正己醇、反式-β-金合欢烯、1-烯丙基-2-(丙-1-烯-1-基)二硫化物、叩巴烯、月桂酸乙酯、甲缩醛、(Z)-烯丙基(丙基-1-烯-1-基)硫烷和癸酸乙酯等,其中,β-蒎烯赋予其干木香、松针样香[21],十五酸乙酯赋予其水果香[17];正己醇赋予其清香、草本香、木香[18];月桂酸乙酯赋予其甜香、脂蜡香、花香和肥皂香[28],癸酸乙酯赋予其水果味、脂肪味、菠萝香、花香等[27,29]。由图2B可知,共有物质β-榄香烯、水杨酸甲酯、苯乙醇和十六酸含量随着发酵时间的推移呈先增加后降低的趋势,其中,β-榄香烯和水杨酸甲酯在发酵90 d达到最高,苯乙醇和十六酸在发酵45 d含量最高;随着发酵时间的延长,2-甲基十三烷呈先增加后降低再增加后降低的趋势,其中苯乙醇赋予糟辣椒蜂蜜味、香味、玫瑰味[28]。综上,ZLJ0d~ZLJ180d发酵过程中均存在的物质为β-榄香烯、水杨酸甲酯、苯乙醇、十六酸和2-甲基十三烷,对糟辣椒风味有一定影响。

图2 糟辣椒发酵过程中挥发性风味物质韦恩图(A)及共有挥发性风味物质气泡图(B)
Fig.2 Venn chart of volatile flavor substances (A) and bubble chart of common volatile flavor substances (B) during Zaolajiao fermentation process

气泡图表示共有物质在发酵过程中的含量变化,气泡大小和颜色分别表示物质含量高低和物质种类。

2.3 糟辣椒发酵过程关键挥发性风味物质分析

独特的风味主要由风味物质的种类和浓度决定,这些物质具有相应的阈值水平[7],根据文献报道糟辣椒中挥发性物质的阈值,并结合含量计算其OAV,因OAV<0.1被视作对样品整体风味无贡献,故对OAV>0.1的挥发性风味物质进行分析,其OAV结果及香气特征描述见表1。

表1 糟辣椒发酵过程关键挥发性风味物质的气味活性值
Table 1 Odor activity values of key volatile flavor substances during Zaolajiao fermentation process

OAV 0 15 d 45 d 90 d 180 d序号 种类 化合物 阈值[14-40]/(mg·kg-1) 香气特征1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0.18-橙花叔醇2-庚醇异戊醇桉叶油醇异己醇正己醇香叶醇反式-橙花叔醇α-松油醇苯乙醇芳樟醇2-壬基醇橙花醇正戊醇苯甲醇乙酸异戊酯苯甲酸乙酯亚油酸乙酯月桂酸乙酯己酸乙酯硬脂酸乙酯0.7 0.065 0.98 0.005 08 0.82 0.4 0.001 0.01 0.33 1.4 1.082 0.058 0.3 0.47 1 0.2 0.056 0.45 1.5 0.005 0.5—— - - - - - -2.54—— -0.03 0.18-2 252.93 174.97 4.16 6.99 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21醇类-- - - - - - - - - -3.27 0.12 355.12 0.20-1 142.23 96.72-0.39 1.10 2.77 2.62-0.18——1.37 2.88 1.31 3.63-2.12 25.63-- ---2.88 651.49 0.28-3 163.98 342.97 11.71 6.56 4.91-3.51 2.70 1.70 0.97 5.74 61.87-41.90 8.74 2.71 0.49 227.13 0.18 0.42 953.12 109.13 4.07 2.24 2.43 2.37 0.95-0.79 0.69 2.90 3.80 0.51 31.95-花香[30]柑橘味[31]苦杏仁味[32]樟脑气息、清凉的草药味道[33]-清香、草本香、木香[17]玫瑰花香、甜果香[21]清香、果香[34]甜紫丁香、铃兰香[17]蜂蜜味、香味、玫瑰味[23]花香、果香[34]玫瑰香、脂肪气息[35]花香、木香、柑橘香[17]发酵面包味[36]微弱芳香味[19]果香、新鲜香蕉味[29]樟脑样香气[37]-甜香、脂蜡香、花香、肥皂香[37]甜香、菠萝样果香[37]-

续表

注:“-”为未检测出或未查阅出。

序号 种类 化合物 阈值[14-40]/(mg·kg-1) 香气特征OAV 0 15 d 45 d 90 d 180 d 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59--癸酸乙酯水杨酸甲酯乙酸苯乙酯十四酸乙酯棕榈酸乙酯水芹烯β-蒎烯α-松油烯(+)-柠檬烯苯乙烯月桂烯反式-β-金合欢烯β-侧柏烯α-蒎烯金合欢烯正十四烷2-辛酮甲基庚烯酮2-壬酮2-十一酮醋酸α-亚麻酸苯甲醛肉豆蔻醛2-苯基乙醛柠檬醛间二甲苯4-乙基愈创木酚丁香酚4-乙基苯酚2-甲氧基-4-乙烯基苯酚2-甲基萘甲苯二甲基二硫醚二甲基三硫大蒜油1.2 0.003 5 0.006 7 0.18 1.5 0.04 0.14 0.08 1.6 0.003 6 0.004 9 0.087 0.98 0.006 0.007 7 1 0.05 0.068 0.038 9 3 0.94 5 0.06 0.067 0.022 0.04 1 0.05 0.001 0.021 0.003 0.004 0.14 0.002 5 0.003 0.0325--17.78 447.43-- - - - - ---0.49 2.10 675.82 66.19 10.15 8.51 6.69—— -1 672.73-29.21 23.24 36.24-2.14 0.30 13.37 81.46烯烃类-- -0.26-65.28——-- -13.86--0.38 223.83 1 701.66 17.90 0.28-805.25-17.68 0.17 476.89 67.06 10.03 5.29 13.87 3.98 1.93 0.36 38.84-3.49-71.79 367.82 0.16 7.94酮类-- -99.52 632.87 0.16 3.12 2.04 4.64 0.16—— - - --- -酸类--0.12 3.07 1.37 17.69 10.66 4.86-5.88醛类0.27 0.02-0.92 1.87-4.11 22.16-- --- - --- - -芳香类-- - - - - --- - -276.60-31.13 543.80 55.53 14.13 83.96 6.41 153.32 216.32 0.38 10.13-12.88-139.98-- -含硫原子-- - -51.74-1.46 21.70 72.23 23.04-- --- - - -36.38 38.48 85.01 68.92冬青叶香味[19]花香、蜜甜香[33]椰子、蜂蜡香[27]脂肪味、腐败味、水果味、甜味[29]-干木香、松针样[21]-柑橘香、甜香[37]汽油[38]柑橘香、塑料感[21]木香、柑橘果香、药草香、甜香[37]-松树味[39]柑橘香、花香、甜香[37]-药草香、奶香[25]蘑菇味、蒸煮味、柠檬草、苹果样果香[37]热牛奶、肥皂[38]-酸香[27]-油性坚果味[36]柑橘类、脂肪类[35]甜味、花香[29]柠檬香、柑橘香[35]塑料味[38]烟熏味[18]甜香、辛香、丁香样香气、木香[26,37]牛马厩臭、来苏水臭[29]烟薰香、甜香、焦香[36]甜香、木香、花香[26]轻薄花香、甜香[40]洋葱味、煮白菜、卷心菜、煮萝卜[24]煤气臭、腐烂蔬菜臭、洋蒜臭、咸萝卜风味[17]-

由表1可知,样品ZLJ0d中的重要挥发性风味物质(OAV≥10)为水杨酸甲酯、苯乙烯、2-辛酮、2-甲基萘和α-蒎烯是,这些物质赋予其杏仁香、果香、药草香、奶香、松树味、木香和花香等味道[19,25-26,39],其中,2-甲基萘对风味有重要影响,OAV为216.32,ZLJ0d中对风味有修饰作用的物质(1>OAV≥0.1)为肉豆蔻醛、醋酸和橙花叔醇。ZLJ15d样品的香气贡献成分(OAV≥1)有2-庚醇、香叶醇、反式-橙花叔醇、芳樟醇等24种风味物质,这些物质赋予ZLJ15d样品甜果香、花香、木香、柑橘香、脂肪气息、草药香和油性坚果香等味道[21,31,34],其中,香叶醇、反式-橙花叔醇、水杨酸甲酯、月桂烯、金合欢烯、柠檬醛、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、二甲基二硫醚、二甲基三硫、桉叶油醇、α-蒎烯、大蒜油为ZLJ15d样品中的重要香气成分(OAV≥10),ZLJ15d的香气修饰物质有8种(1>OAV≥0.1)。ZLJ45d样品中的香气贡献成分(OAV≥1)有8种醇类、7种酯类物质、3种烯烃类、1种酮类物质、3种芳香类物质、2种酸类物质、1种醛类和1种含硫原子化合物,其中,香叶醇、反式-橙花叔醇、亚油酸乙酯、水杨酸甲酯、乙酸苯乙酯、十四酸乙酯、苯乙烯、金合欢烯、2-辛酮、苯甲醛、4-乙基愈创木酚、4-乙基苯酚、2-甲基萘和大蒜油为ZLJ45d样品的重要挥发性风味物质(OAV≥10)。而香叶醇(OAV=2 252.93)、反式-橙花叔醇(OAV=174.97)、水 杨 酸 甲 酯(OAV=375.82)、金 合 欢 烯(OAV=805.25)和2-甲基萘(OAV=139.98)在ZLJ45d的OAV远远大于1,故这些物质对整体香味的呈现具有极其重要的贡献。 ZLJ45d中的间二甲苯、β-侧柏烯、异己醇和2-十一酮对ZLJ45d整体香气起修饰作用(1>OAV≥0.1)。

ZLJ90d样品中的香气贡献成分(OAV>1)为乙酸异戊酯、β-侧柏烯、(+)-柠檬烯和异己醇,有香叶醇、反式-橙花叔醇、α-松油醇、苯乙醇、芳樟醇、橙花醇、正戊醇、苯甲醇、苯甲酸乙酯、水杨酸甲酯、十四酸乙酯和棕榈酸乙酯等26种风味物质的重要香气成分(OAV≥10)有18种,而香叶醇(OAV=3 163.98)、反式-橙花叔醇(OAV=342.97)、水杨酸甲酯(OAV=1 672.73)、金合欢烯(OAV=1 701.66)、柠檬醛(OAV=276.60)、丁香酚(OAV=543.80)、桉叶油醇(OAV=651.49)和α-蒎 烯(OAV=223.83)对ZLJ90d 香 气呈现具有极其重要的贡献(OAV>100)。 香气修饰成分(1>OAV≥0.1)为(+)-柠檬烯、异己醇、乙酸异戊酯和β-侧柏烯。

ZLJ180d样品中的香气贡献成分(OAV≥1)有31种风味物质,包括醇类物质8种、酯类物质7种、烯烃类物质7种、含硫原子化合物2种、芳香类物质4种和酮、醛、酸类物质各1种,其中16种物质为ZLJ180d的重要香气成分(OAV≥10),对ZLJ180d香气呈现极其重要贡献的物质有7种(OAV>100),为香叶醇(OAV=953.12)、反式-橙花叔醇(OAV=109.13)、水杨酸甲酯(OAV=476.89)、金合欢烯(OAV=367.82)、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚(OAV=153.32)和桉叶油醇(OAV=227.13);香气修饰成分(1>OAV≥0.1)有10种。

综上,ZLJ0d、ZLJ15d、ZLJ45d、ZLJ90d和ZLJ180d糟辣椒中的香气贡献成分(OAV≥1)分别有5、23、25、23和31种。根据OAV≥1且在3个以上发酵阶段均存在的筛选条件下,糟辣椒中的关键挥发性风味物质有23种,为2-庚醇、香叶醇、反式-橙花叔醇、α-松油醇、苯乙醇、芳樟醇、橙花醇、苯甲酸乙酯、水杨酸甲酯、十四酸乙酯、棕榈酸乙酯、水芹烯、苯乙烯、金合欢烯、2-辛酮、醋酸、苯甲醛、4-乙基愈创木酚、4-乙基苯酚、桉叶油醇、亚油酸乙酯、α-蒎烯和大蒜油。

基于各发酵阶段物质的OAV的加和对不同发酵时间样品的整体香气特征进行可视化(图3)发现,ZLJ90d样品的香气最浓烈(OAV加和为8 954.96),其次是ZLJ45d样品(OAV加和为4 374.25)。

图3 不同发酵阶段糟辣椒整体香气轮廓图
Fig.3 Overall aroma profiles of Zaolajiao at different fermentation stages

2.4 不同发酵时间糟辣椒的香气综合评价

基于醇类、酸类、醛类、酯类等10大类挥发性风味物质数据,采用SPSS Statistics 19.0 软件对不同发酵时间糟辣椒样品进行主成分分析,通过主成分分析得到原始数据相关的特征值、方差贡献率及累计方差贡献率,结果见表2。由表2可知,选取特征值>1的成分1和2作为主成分(principal component,PC)[41],累计方差贡献率为92.196%,说明这2个因子能够代表5个阶段糟辣椒样品挥发性风味物质的绝大部分信息,故选择这2个主成分对其香气进行综合评价。

表2 主成分的特征值及方差贡献率
Table 2 Eigenvalues and variance contribution rates of principal components

主成分(PC) 特征值 方差贡献率/% 累计方差贡献率/%1 2 3 4 6.843 2.376 0.671 0.110 68.432 23.763 6.707 1.097 68.432 92.196 98.903 100.000

PC的影响程度可通过PC载荷矩阵中的变量表达[41],因此数据经过旋转后,各因子趋于两级分化,更有利于进一步确定各因子的实际含义。结合表2和表3可知,PC1的方差贡献率为68.432%,其主要反映醛类、醇类、酯类、烯烃类、芳香族类、含硫原子类和其他类的信息;PC2的方差贡献率为23.763%,反映烷烃类、酮类、酸类的信息。

表3 主成分的载荷矩阵
Table 3 Loading matrix of principal components

指标醛类(X1)醇类(X2)酯类(X3)烯烃类(X4)烷烃类(X5)酮类(X6)酸类(X7)芳香族类(X8)含硫原子类(X9)其他(X10)PC1因子得分系数载荷(U1i)PC2因子得分系数 载荷(U2i)0.911 0.985 0.972 0.983 0.479 0.078 0.579 0.844 0.975 0.911 0.348 0.377 0.372 0.376 0.183 0.030 0.221 0.323 0.373 0.348-0.344 0.020-0.179-0.063 0.741 0.982 0.783-0.281 0.004-0.344-0.223 0.013-0.116-0.041 0.481 0.637 0.508-0.182 0.003-0.223

将各指标数据进行标准化后,对2个PC进行打分,分别用F1F2表示2个PC得分,其值等于载荷(Ui)与10个变量的标准化值(Zi)乘积的加合值,即:F1=U1iZ1+U1iZ2+U1iZ3+U1iZ4+U1iZ5+U1iZ6+U1iZ7+U1iZ8+U1iZ9+U1iZ10F2=U2iZ1+U2iZ2+U2iZ3+U2iZ4+U2iZ5+U2iZ6+U2iZ7+U2iZ8+U2iZ9+U2iZ10,分数越高表明PC的贡献越大。同时分别以第1、2PC的特征值除以特征值总和作为权重数,构建的综合评价模型:F=0.742×F1+0.256×F2,将不同发酵时间的糟辣椒中的10个挥发性风味物质的数据带入对应表达式中,得到不同样品挥发性风味物质的综合得分(F)。由表4可知,发酵90 d的糟辣椒样品香气品质最好,综合得分为2.62,其次是ZLJ45d,评分为1.47,该结果与2.3中的结果一致。

表4 糟辣椒样品的综合得分结果
Table 4 Comprehensive score of Zaolajiao samples

样品 F1 F2 F总ZLJ90d ZLJ45d ZLJ15d ZLJ180d ZLJ0d 4 1.09-1.16-1.19-2.73-1.34 2.6 0.11-0.7-0.67 2.62 1.47-0.83-1.06-2.2

3 结论

本研究采用HS-SPME-GC-MS分析了糟辣椒发酵过程中的挥发性香气物质,不同发酵时间样品共检测出166种挥发性风味物质,酯类、烯烃类物质均为36种,醇类20种,发酵0 d、15 d、45 d、90 d和180 d的样品中分别检出33种、94种、72种、72种和81种挥发性风味物质,14种、27种、8种、4种和17种特有香气物质。 根据OAV≥1且在3个以上发酵阶段均存在的筛选条件下,有2-庚醇、香叶醇、反式-橙花叔醇、α-松油醇、苯乙醇、芳樟醇等23种关键挥发性风味物质,主成分分析结果表明,样品ZLJ90d的香气品质最好。 本研究虽然从挥发性风味物质上明确了糟辣椒的关键香气物质,但是物质的关键性还需进一步进行重组和缺失试验,因此,本研究为深入研究地糟辣椒香气物质奠定了基础。

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Changes of key aroma substances during Zaolajiao fermentation process based on HS-SPME-GC-MS

CHEN Ju1,HUANG Yubing2,WANG Xueya1,LU Min1,SUN Xiaojing1,YIN Yong1,LI Wenxin1
(1.Chili Pepper Research Institute,Guizhou Academy of Agricultural Sciences,Guiyang 550006,China;2.Key Laboratory of Chemistry for Natural Products of Guizhou Province and Chinese Academic of Sciences,Guiyang 550014,China)

AbstractIn order to analyze the key aroma substances of Zaolajiao,the volatile flavor substances of Zaolajiao at different fermentation time(0,15 d,45 d, 90 d and 180 d) were detected and analyzed by headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPMEGC-MS),and the characteristic flavor substances were analyzed by combining with the odor activity value(OAV)and principal component analysis(PCA).The results showed that 166 volatile flavor substances were detected in Zaolajiao samples fermented for 0,15 d,45 d,90 d and 180 d,including 20 alcohols, 36 esters, 36 olefins, 9 alkanes, 7 ketones, 16 acids, 7 aldehydes, 11 aromatic compounds, 18 sulfur-atom-containing compounds, and 6 others.The common volatile flavor substances in the five fermentation stages were β-elemene,methyl salicylate,phenylethanol,hexadecanoic acid and 2-methyltridecane,with 14,27,8,4 and 17 unique volatile flavor substances,respectively.According to the screening conditions of OAV≥1 and present in more than three fermentation stages,there were 23 key volatile flavor substances including 2-heptanol,geraniol,trans-nerolidol, α-pinitol,phenylethanol,linalool,etc.The PCA results showed that sample ZLJ90d had the optimal aroma quality.

Key wordsZaolajiao; headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry; odor activity value; key aroma substances;comprehensive evaluation

中图分类号TS201.3

文章编号:0254-5071(2025)07-0091-08

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2025.07.013

引文格式陈菊,黄裕兵,王雪雅,等.基于HS-SPME-GC-MS解析糟辣椒发酵过程中关键香气物质变化[J].中国酿造,2025,44(7):91-98.

收稿日期2024-07-04

修回日期:2024-11-30

基金项目黔农科院青年科技基金项目(〔2023〕18号);贵州省科技计划项目(黔科合基础-ZK[2024]一般535,黔科合成果-LC[2024]010);贵州省科技计划项目(黔科合支撑(2022)重点016号)

作者简介陈 菊(1992-),助理研究员,硕士,研究方向为农产品加工及风味品质。