基于超快速气相电子鼻构建不同产地胡椒及胡椒提取物指纹图谱库及应用研究

　　胡椒为胡椒科胡椒属多年常绿藤本植物，胡椒中的挥发油是胡椒香气的主要来源，也是反映胡椒香气的重要指标，胡椒中挥发油的含量及组成成分不仅受到胡椒品种、产地环境因子（如产地气候、雨量、日照时间、土质等）的影响，还受到提取加工方法、提取部位和采收时期等外在因素的影响。

 

　　利用超快速气相电子鼻技术，解析不同产地胡椒及胡椒提取物挥发性电子鼻响应特征并构建指纹图谱库，通过主成分分析建立胡椒及胡椒提取物分类的有效判别模型，同时解析胡椒及胡椒提取物物质成分构成特征。

 

　　01、材料与方法

 

　　不同产地胡椒原料（斯里兰卡胡椒原料、印尼胡椒原料、越南胡椒原料）、胡椒精油产品（斯里兰卡胡椒精油、印尼胡椒精油、越南胡椒精油）、胡椒油树脂产品（斯里兰卡胡椒油树脂、印尼胡椒油树脂、越南胡椒油树脂）、nC6-nC16正构烷烃标准溶液。

 

　　仪器与设备

 

　　超快速气相电子鼻（Heracles Neos150）

 

　　方法

 

　　胡椒原料：将胡椒原料样品除杂、挑选出胡椒中的杂质，每个样品分别称取1.0g于20mL顶空瓶中，加盖密封待检，每个样品制备3个平行样；

 

　　胡椒精油：将胡椒精油摇匀后，取20μL胡椒精油于20mL顶空瓶中，加盖密封待检，每个样品制备3个平行样；

 

　　胡椒油树脂：取0.1g胡椒油树脂于20mL顶空瓶中，加盖密封待检，每个样品制备3个平行样。

 

　　检测参数

 

　　胡椒原料：样品量1.0g，进样体积2mL，孵化温度80℃，孵化时间20min，50℃恒温30s，1℃/s速率升温至80℃恒温30s，1℃/s速率升温至125℃恒温10s，3℃/s速率升温至250℃恒温11s；

 

　　胡椒精油：取样量20μL，进样体积500μL，孵化温度60℃，时间20min，45℃恒温35s，1℃/s速率升温至70℃恒温30s，0.5℃/s速率升温至140℃，3℃/s速率升温至251℃恒温21s；

 

　　胡椒油树脂：取样量0.1g，进样体积500μL，孵化温度60℃，时间20min，50℃恒温30s，1℃/s速率升温至85℃恒温30s，1℃/s速率升温至125℃恒温10s，3℃/s速率升温至250℃恒温10s。

 

　　检测设置

 

　　将准备好的装有样品的顶空瓶按顺序放到样品盘中，每3个平行样后加一个空白样（空瓶，用于消除对下一个被测样品的信号影响），按照检测程序分析样品。

 

　　数据处理

 

　　主要采用Heracles超快速气相电子鼻自带软件Alphasoft分析软件方法处理数据。

 

　　物质定性和定量

 

　　采用正构烷烃标准溶液（nC6-nC16）进行校准，将保留时间转换为保留指数，利用超快速气相电子鼻自带数据库AroChembase数据库对样品中的成分进行定性分析，采用峰面积归一法对目标化合物进行定量分析，确定各香气成分相对含量。

 

　　02、结果与分析

 

　　采用正构烷烃标准溶液（nC6-nC16）进行校准，根据DB-5和MXT-1701两根柱子的保留指数，结合AroChembase数据库对样品中主要挥发性成分进行定性分析，得到可能性化合物。通过对比色谱图（图1）发现，样品间的出峰时间及出峰位置基本一致，但峰面积间存在差异，说明样品中挥发性成分的种类基本一致，但在含量上存在差异。

 

　　实验样品：斯里兰卡胡椒原料、印尼胡椒原料、越南胡椒原料；
 

图1 斯里兰卡胡椒原料、印尼胡椒原料、越南胡椒原料指纹图谱

 

　　胡椒原料中分析出10种含量较高成分，不同产地胡椒原料不仅成分种类上有差异，各成分相对含量上同样差异明显。其中越南胡椒原料中3-蒈烯相对含量最高，且桧烯、γ-松油烯仅存在于斯里兰卡胡椒原料和印尼胡椒原料中，由此可利用胡椒原料产品中3-蒈烯、桧烯、γ-松油烯相对含量区分不同产地胡椒原料。

 

表1 斯里兰卡胡椒原料、印尼胡椒原料、越南胡椒原料特征化合物相对含量

 

　　实验样品：斯里兰卡胡椒精油、印尼胡椒精油、越南胡椒精油；
 

图2 斯里兰卡胡椒精油、印尼胡椒精油、越南胡椒精油指纹图谱

 

　　胡椒精油中分析出10种含量较高的香气成分，与原料不同的是胡椒精油香气成分种类要多于胡椒原料，且不同产地胡椒精油的差异主要在于越南胡椒精油α-蒎烯相对含量较低，3-蒈烯相对含量较高，这可能是造成越南胡椒精油与斯里兰卡、印尼胡椒精油香气差异的主要原因。斯里兰卡胡椒精油中3-蒈烯相对含量较高、α-蒎烯相对含量较低、斯里兰卡胡椒精油中α-蒎烯相对含量较高、3-蒈烯相对含量较低，印尼胡椒精油D-柠檬烯相对含量较低，可利用α-蒎烯、3-蒈烯、D-柠檬烯相对含量用于区分不同产地胡椒精油种类。

 

表2 斯里兰卡胡椒精油、印尼胡椒精油、越南胡椒精油特征化合物相对含量

 

　　实验样品：斯里兰卡胡椒油树脂、印尼胡椒油树脂、越南胡椒油树脂；
 

图3 斯里兰卡胡椒油树脂、印尼胡椒油树脂、越南胡椒油树脂指纹图谱

 

　　胡椒油树脂中分析出10种含量较高的香气成分，胡椒油树脂香气成分与胡椒精油香气成分种类相同，主要差异体现在α-蒎烯、3-蒈烯、D-柠檬烯的相对含量上，可利用α-蒎烯、3-蒈烯、D-柠檬烯相对含量用于区分不同产地胡椒油树脂种类。

 

表3 斯里兰卡胡椒油树脂、印尼胡椒油树脂、越南胡椒油树脂特征化合物相对含量

 

　　对斯里兰卡胡椒原料、印尼胡椒原料、越南胡椒原料原料及胡椒提取物进行指纹图谱与物质定性分析，不同产地胡椒原料在成分种类上有差异，斯里兰卡、印尼胡椒原料较越南胡椒原料复杂，主要体现在桧烯、γ-松油烯相对含量上；胡椒提取物成分种类相同，相对含量不同，可能是造成不同产地胡椒提取物香气差异的主要原因α-蒎烯、3-蒈烯、D-柠檬烯等成分可用来鉴别不同产地胡椒提取物产品类别，且电子鼻分析速度快，可大大节约成本。

 

　　主成分分析

 

　　由图4原料主成分分析可以看出，三种胡椒原料之间存在显著差异，现有数据可对未知产地的原料进行产地区分，前提是原料来自三个产地，若后续加大其余产地数据库后，可对不同产地的胡椒原料进行产地区分，同时积累大量数据后，可对原料建立质量指标标准数据库。
 

图4 斯里兰卡、印尼、越南胡椒原料主成分分析

 

　　对3类胡椒精油样品进行PCA分析，结果如图5所示，横、纵坐标分别代表PCA转换得到的第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）的贡献率图5中PC1方差贡献率为99.131%，PC2的方差贡献率为0.0339%，两者累计方差为99.165%，代表了样品中的绝大部分信息，这说明测试胡椒精油样品风味差异明显，PCA方法能较准确区分不同产地的胡椒精油。三种产地胡椒精油之间存在明显差异，同时不断完善数据库，建立不同产地精油质量标准体系，保证胡椒精油类产品质量，提高胡椒精油产品市场竞争力。
 

图5 斯里兰卡胡椒精油、印尼胡椒精油、越南胡椒精油样品主成分分析

 

　　对3类胡椒油树脂样品进行PCA分析，结果如图6所示，PC1方差贡献率为97.847%，PC2的方差贡献率为1.941%，两者累计方差为99.788%，代表了样品中的绝大部分信息，这说明测试胡椒油树脂样品风味差异明显，PCA方法能准确区分不同产地胡椒油树脂产品。
 

图6 斯里兰卡胡椒油树脂、印尼胡椒油树脂、越南胡椒油树脂样品主成分分析

 

　　03、结论

 

　　利用超快速气相电子鼻技术，解析不同产地胡椒及胡椒提取物挥发性电子鼻响应特征并构建指纹图谱库，通过主成分分析建立胡椒及胡椒提取物分类的有效判别模型，可为胡椒及胡椒提取物气味模式分类、特征描述和产地区分提供依据。