周敏，劉福權(quán)，呂遠(yuǎn)平，趙志峰

(四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065)

花椒系蕓香科花椒屬植物，因其具有獨(dú)特的香氣、“麻味”和唾液分泌性質(zhì)，被譽(yù)為中國(guó)傳統(tǒng)調(diào)味品“八大味”之一[1-3]?；ń返娘L(fēng)味主要來(lái)源于以酰胺類物質(zhì)為代表的麻味和以芳樟醇、檸檬烯等為代表的香味[4-5]，開(kāi)發(fā)具有獨(dú)特風(fēng)味屬性的高附加值的花椒深加工產(chǎn)品已成為近年來(lái)食品工程領(lǐng)域里的重要任務(wù)[6-7]，而超臨界萃取工藝、亞臨界萃取工藝、水蒸氣蒸餾提取等是制備花椒油樹(shù)脂、花椒精油的關(guān)鍵技術(shù)。例如，劉雄等[8]研究了超臨界CO2流體提取花椒油樹(shù)脂工藝，當(dāng)粒度40目、時(shí)間2 h、溫度45 ℃、壓力32 MPa時(shí)，油樹(shù)脂提取率達(dá)到12.63%。Zhang等[9]采用水蒸氣蒸餾提取法從紅花椒果皮中提取花椒精油，提取率為5.61%。但是提取效率及資源利用率等問(wèn)題制約了這些技術(shù)的應(yīng)用，不同萃取方式獲得的產(chǎn)品風(fēng)味差異較大，如何利用萃取剩余的原料等問(wèn)題尚未完全解決。因此，本文以行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的超臨界萃取和水蒸氣蒸餾技術(shù)為對(duì)象，采用GC-MS等方法研究?jī)煞N工藝制備得到的花椒油樹(shù)脂和花椒精油的香味特點(diǎn)，采用HPLC等方法研究?jī)煞N工藝提取后剩余的花椒渣中麻味物質(zhì)含量及麻味強(qiáng)度，進(jìn)而評(píng)價(jià)其萃取效率和資源利用率，為以花椒為代表的香辛料的高效提取和高附加值利用提供了科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

干燥的紅花椒：收獲于2020年，采自四川省漢源縣。將其粉碎過(guò)40目篩，并存放于-18 ℃冰箱中備用。

1.1.2 主要試劑

CO2(99.9%)：購(gòu)于昆明博華氣體有限公司；食用酒精(95%)：購(gòu)于河南鑫河陽(yáng)酒精有限公司；正構(gòu)烷烴(色譜級(jí))：購(gòu)于Sigma-Aldrich公司；羥基-α-山椒素(色譜級(jí))：購(gòu)于成都麥德生科技有限公司；甲醇(色譜級(jí))：購(gòu)于成都市科龍化工試劑廠。

1.1.3 主要儀器

HA120-50-01型超臨界萃取設(shè)備 南通儀創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；Agilent 1260 Infinity II高效液相色譜儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司；GC-MS-QP2010 SE氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超臨界萃取制備花椒油樹(shù)脂的實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定超臨界CO2提取條件為：萃取溫度45 ℃、萃取壓力25 MPa、萃取時(shí)間90 min、分離釜溫度55 ℃。

1.2.2 水蒸氣蒸餾制備花椒精油的實(shí)驗(yàn)方法

參考Yang等[10]的方法并進(jìn)行適當(dāng)修改，利用水蒸氣蒸餾法提取花椒精油。

1.2.3 麻味物質(zhì)提取方法

參考蒲升惠等[11]的方法，利用有機(jī)溶劑萃取法提取樣品中的麻味物質(zhì)。

1.2.4 香味物質(zhì)檢測(cè)方法

采用配備RTX-5(30 m)色譜柱的GC-MS系統(tǒng)進(jìn)行分析。取樣品和內(nèi)標(biāo)物3-辛醇溶于正己烷，采用自動(dòng)進(jìn)樣程序，進(jìn)樣體積為1 μL，其上樣濃度分別為8 mg/mL和0.6 mg/mL。以氦氣為運(yùn)載氣體，總流速為2.02 mL/min。進(jìn)樣器和離子源溫度為250 ℃，系統(tǒng)線性升溫程序設(shè)定為初始溫度35 ℃保持1 min，以2 ℃/min的速度將溫度升至70 ℃，保持5 min，以3 ℃/min的速度將溫度升至200 ℃，保持2 min。用于MS分析的電離能、探測(cè)器電壓、掃描范圍和掃描速率分別為70 eV、350 eV、40～500 m/z和3 scan/s。

定性方法：根據(jù)Wei等[12]描述的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：利用正構(gòu)烷烴(C8-C20)計(jì)算物質(zhì)的保留指數(shù)，并依據(jù)NIST 14質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行物質(zhì)定性。

定量方法:采用內(nèi)標(biāo)法定量，按下式計(jì)算各個(gè)組分的相對(duì)含量[13]：m(i)=Ai/As×ms。

式中：m(i)為待測(cè)組分i的含量(mg/mL)，Ai為目標(biāo)化合物的峰面積，As為內(nèi)標(biāo)物的峰面積，ms為內(nèi)標(biāo)物的濃度(mg/mL)。

1.2.5 麻味物質(zhì)檢測(cè)方法

采用HPLC法進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)樣體積為20 μL，洗脫溶劑A為超純水，溶劑B為乙腈，流動(dòng)相總流速為0.5 mL/min，溶劑B初始濃度為45%，10 min使其濃度由45%提升至50%，20 min使其濃度由50%提升至65%，1 min使其濃度由65%提升至100%并維持9 min，再5 min使其濃度由100%降至45%，檢測(cè)波長(zhǎng)為270 nm。通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行定性定量分析，y=143.13x+37.677，R2=0.999。

1.2.6 斯科維爾指數(shù)法

根據(jù)Zhang等[14]的文獻(xiàn)識(shí)別出羥基-ε-山椒素、羥基-α-山椒素、羥基-β-山椒素、羥基-γ-山椒素和羥基-γ-異山椒素的斯科維爾麻度指數(shù)值(SPU)分別為4.63×104，2.31×104，4.86×104，2.78×104，2.78×104mL/g，麻味貢獻(xiàn)值表示單位質(zhì)量的花椒中酰胺類物質(zhì)相對(duì)于SPU的麻味強(qiáng)度。

1.2.7 Half-tongue檢驗(yàn)法

參考劉福權(quán)等的方法并做適當(dāng)修改。用食用酒精溶解麻味物質(zhì)并定容至50 mL，此溶液作為1號(hào)樣品。采用十倍稀釋法對(duì)1號(hào)樣品進(jìn)行稀釋得到2～7號(hào)樣品。實(shí)驗(yàn)組吸取樣品200 μL，對(duì)照組吸取酒精200 μL，分別附著于濾紙上，在40 ℃條件下烘干5 min。按照組分濃度遞增順序進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的濾紙分別放在舌尖兩側(cè)，測(cè)試結(jié)束后用3%的蔗糖溶液作為清洗溶液清洗口腔，每次實(shí)驗(yàn)間隔3 min。確定感知到麻味的稀釋度后，在此稀釋度及下一個(gè)稀釋度之間以二倍稀釋法確定麻味閾值。

2 結(jié)果與分析

2.1 花椒油樹(shù)脂與花椒精油的香味物質(zhì)分析結(jié)果

采用超臨界CO2萃取工藝制備花椒油樹(shù)脂，采用水蒸氣蒸餾工藝制備花椒精油，通過(guò)GC-MS分析獲得的花椒油樹(shù)脂和花椒精油中的香味物質(zhì)結(jié)果見(jiàn)圖1及表1。

圖1 花椒油樹(shù)脂與花椒精油香味物質(zhì)總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatogram of aroma substances of Zanthoxylum bungeanum oleoresin and Zanthoxylum bungeanum essential oil

表1 花椒油樹(shù)脂和花椒精油的香味物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果Table 1 Detection results of aroma substances in Zanthoxylum bungeanum oleoresin and Zanthoxylum bungeanum essential oil

續(xù) 表

續(xù) 表

結(jié)果表明，采用超臨界萃取獲得的花椒油樹(shù)脂中共檢測(cè)出41種香味物質(zhì)，其中烯烴類16種、醇類10種、酯類5種、醛類2種、醚類2種、酮類1種、酚類1種、其他類4種，主要香味物質(zhì)為乙酸芳樟酯(35.58 mg/mL)、芳樟醇(26.68 mg/mL)、D-檸檬烯(3.33 mg/mL)、右旋大根香葉烯(3.88 mg/mL)等；而采用水蒸氣蒸餾法獲得的花椒精油中共檢測(cè)出65種香味物質(zhì)，其中烯烴類24種、醇類20種、酯類8種、醛類3種、酮類1種、其他類9種，主要香味物質(zhì)為芳樟醇(194.05 mg/mL)、D-檸檬烯(94.23 mg/mL)、乙酸芳樟酯(76.73 mg/mL)、月桂烯(30.53 mg/mL)等。花椒油樹(shù)脂與花椒精油共有的香味物質(zhì)為27種，花椒精油的香味物質(zhì)總量(583.64 mg/mL)顯著大于花椒油樹(shù)脂的香味物質(zhì)總量(89.91 mg/mL)，為花椒油樹(shù)脂總量的6.49倍。進(jìn)一步采用向量夾角余弦法定量表征花椒油樹(shù)脂與精油香味物質(zhì)的相似性[15]，結(jié)果表明其相似度為78.68%。因此，通過(guò)對(duì)香味物質(zhì)的分析可知，采用超臨界萃取工藝制備的花椒油樹(shù)脂與采用水蒸氣蒸餾制備的花椒精油在保留花椒特征香味方面表現(xiàn)出一定的差異性，水蒸氣蒸餾法能夠獲得香味屬性更好的花椒精油。

2.2 兩種工藝下的花椒渣麻味物質(zhì)含量與麻味強(qiáng)度分析結(jié)果

為明確超臨界萃取和水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣是否還具有利用價(jià)值，文章進(jìn)一步研究了花椒渣的麻味物質(zhì)含量與麻味強(qiáng)度。麻味物質(zhì)含量結(jié)果見(jiàn)圖2和表2。

圖2 兩種工藝下花椒渣的麻味物質(zhì)HPLC檢測(cè)指紋圖譜Fig.2 HPLC fingerprint of numb-taste substances in Zanthoxylum bungeanum residues by the two technologies

表2 兩種工藝下的花椒渣的麻味物質(zhì)含量和麻味貢獻(xiàn)值Table 2 Content and contribution value of numb-taste substances in Zanthoxylum bungeanum residues by the two technologies

結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，超臨界萃取和水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣的麻味物質(zhì)含量分別降低了93.61%和33.15%，表明超臨界萃取花椒油樹(shù)脂能有效地提取出花椒中的麻味物質(zhì)，花椒渣中剩余的麻味物質(zhì)含量較少；而水蒸氣蒸餾對(duì)麻味物質(zhì)的影響較小，剩余的花椒渣中仍含有較多的麻味物質(zhì)。

為了評(píng)價(jià)兩種工藝下花椒渣的麻味強(qiáng)度，計(jì)算出麻味貢獻(xiàn)值(見(jiàn)表2)，與對(duì)照組相比，超臨界萃取和水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣的麻味貢獻(xiàn)值分別降低了93.98%和29.67%，表明超臨界萃取后剩余的花椒渣的麻味強(qiáng)度較低，而水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣的麻味強(qiáng)度較高，與麻味物質(zhì)含量的評(píng)價(jià)結(jié)果一致。為了更科學(xué)合理地判斷兩種工藝下花椒渣的麻味強(qiáng)度，繼續(xù)采用Half-tongue檢驗(yàn)法對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示：對(duì)照組的檢測(cè)閾值為2×105，超臨界萃取后剩余的花椒渣檢測(cè)閾值為1×104，水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣檢測(cè)閾值為1×105，充分佐證了兩種工藝下花椒渣中剩余了部分麻味物質(zhì)并具有一定的麻味強(qiáng)度。因此，通過(guò)對(duì)麻味物質(zhì)含量和麻味強(qiáng)度的分析可知，水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣的利用價(jià)值遠(yuǎn)高于超臨界萃取后剩余的花椒渣。

3 結(jié)論

本文采用GC-MS等方法研究?jī)煞N工藝制備得到的花椒油樹(shù)脂和花椒精油的香味特點(diǎn)，采用HPLC等方法研究?jī)煞N工藝提取后剩余的花椒渣中麻味物質(zhì)含量及麻味強(qiáng)度，結(jié)果表明采用超臨界萃取工藝制備的花椒油樹(shù)脂與采用水蒸氣蒸餾制備的花椒精油在保留花椒特征香味方面表現(xiàn)出一定的差異性，水蒸氣蒸餾法能夠獲得香味屬性更好的花椒精油。兩種工藝下花椒渣中都檢測(cè)出一定的麻味物質(zhì)和麻味強(qiáng)度，水蒸氣蒸餾后剩余的花椒渣的利用價(jià)值遠(yuǎn)高于超臨界萃取后剩余的花椒渣。這一結(jié)論為以花椒為代表的香辛料的高效提取和高附加值利用提供了科學(xué)參考，從而促進(jìn)了香辛料資源的高效利用。