食品感官|基于超快速气相电子鼻构建不同品种花椒和花椒提取物指纹图谱库及应用研究

　　花椒作物在我国很多地区都有种植，花椒的挥发油是花椒香气的主要来源，也是反映花椒香气的主要指标，花椒中挥发油的含量及组成成分不仅受到花椒品种、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。

 

　　超快速气相电子鼻技术具有分析速度快、灵敏度高和检测费用低等优点。超快速气相电子鼻将双快速气相色谱检测与基于多变量统计的强大数据处理和感官及化学表征（Arochembase）的可选模块相结合，利用超快速气相电子鼻技术，解析不同品种花椒及花椒提取物挥发性化合物，通过主成分分析建立产品有效判别模型，同时解析花椒物质构成。

 

　　材料与方法

 

　　材料与试剂

　　不同产地花椒原料、花椒精油产品、花椒油产品、nC6-nC16标准溶液。

 

　　仪器与设备

　　超快速气相电子鼻；零空气发生器；氢气发生器；20mL顶空进样瓶，电子天平。

 

　　方法

　　花椒：取0.2g花椒颗粒于20mL顶空进样瓶中，迅速加盖密封检测，设置3个平行样品，降低检测误差。

 

　　花椒精油：将花椒精油摇晃均匀后，取20uL于20mL顶空进样瓶中，加盖密封检测，每个样品设置3个平行样。

 

　　花椒油：将花椒油摇晃均匀后，使用电子天平称取0.1g于20mL顶空进样瓶中，加盖密封检测，设置3个平行样品。

 

　　检测参数

　　花椒原料：样品量0.2g，进样体积500uL，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，3℃/s速率升温至125℃恒温10s，3℃/s速率升温至250℃恒温11s。

 

　　花椒精油：取样量100μL，捕集温度40℃，孵化温度60℃，孵化时间10min，载气流量30mL/min；进样量1000uL，进样口温度200℃，阀温度为250℃；FID温度260℃，升温程序：初始温度45℃，保持35s，1.0℃/s升至70℃，保持30s，0.5℃/s升至140℃，3.0℃/s升至250℃，保持21s，采集时间共计288s。

 

　　花椒油：取样量0.1g，捕集温度40℃，孵化温度60℃，孵化时间20min，载气流量30mL/min；进样量500uL，进样口温度200℃，阀温度为260℃，FID温度为260℃，升温程序：初始温度50℃，保持30s，1.0℃/s升至85℃，保持30s，1.0℃/s升至125℃，保持10s，3.0℃/s升至250℃，保持10s，采集时间共计197s。

 

　　检测设置

　　将装有样品的顶空小瓶按照顺序依次放入样品盘，每3个平行样品后面放入一个空瓶，目的是为了消除样品带来的信号干扰，选择程序进行样品分析。

 

　　数据处理

　　使用Heracles超快速气相电子鼻自带软件Alphasoft进行样品数据处理，明确挥发性风味物质种类与含量。

 

　　物质定性和定量

　　利用正构烷烃标准溶液（nC6-nC16）进行校准，进行保留时间与保留参数之间的转换，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。

 

　　结果与分析

　　采用正构烷烃标准溶液（nC6-nC16）对检测方法进行校准，结合超快速气相电子鼻自带AroChembase数据库对样品中主要挥发性成分进行定性分析，推测得到匹配度高的化合物。

 

　　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，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，含量上存在略微差异。
 

图1 武都红花椒、金阳青花椒原料指纹图谱

 

　　青花椒原料中共分析出11种含量较高成分，红花椒原料中共分析出13种含量较高成分，乙酸芳樟酯与乙酸香叶酯在青花椒中未曾检测出。通过计算，可知青、红花椒不仅成分种类上有差异，各成分含量上同样差异明显。除1R-（+）-α-蒎烯、1，8桉叶素、乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯外，其他成分均是青花椒中含量较红花椒高。其中，青红花椒原料中芳樟醇含量差别最大，差异最为明显，D-柠檬烯含量差别较大，但相对偏差不大，推断不是造成青红花椒风味不同的主要差异。乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯仅存在于红花椒原料中，由此可利用花椒原料产品中芳樟醇、乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯含量区分花椒原料种类。

 

表1 武都红花椒、金阳青花椒原料特征化合物相对含量与峰面积差异

 

　　青花椒精油中共分析出11种含量较高成分，红花椒精油中共分析出13种含量较高成分，乙酸芳樟酯与乙酸香叶酯在青花椒中未曾检测出，与原料表现一致。

 

　　通过计算峰面积差值和含量偏差可知，乙酸芳樟酯等酯类物质仅存在于红花椒中。1R-（+）-α-蒎烯、月桂烯、D-柠檬烯、1，8桉叶素在红花椒精油中含量较高，其他组分在青花椒精油中含量较高，和原料情况不一致，可能和提取工艺有关。其中芳樟醇含量差别最大，差异最为明显，乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯仅存在于红花椒精油产品中，由此可利用花椒精油产品中桧烯、β-蒎烯、芳樟醇含量和乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯等酯类物质存在与否来区分花椒精油种类。
 

图2 武都红花椒精油、金阳青花椒精油指纹图谱

 

表2 武都红花椒精油、金阳青花椒精油特征化合物相对含量与峰面积差异

 

　　青花椒油中共分析出11种含量较高成分，红花椒油中共分析出13种含量较高成分，乙酸芳樟酯与乙酸香叶酯在青花椒油中未曾检测出。

 

　　通过计算峰面积差值和含量偏差可知，乙酸芳樟酯等酯类物质仅存在于红花椒油中，与精油情况一致，青红花椒油中芳樟醇含量差别最大，差异最为明显，乙酸芳樟酯仅存在于红花椒原料中，由此可利用花椒精油产品中桧烯、β-蒎烯、芳樟醇含量和乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯等酯类物质存在与否来区分花椒精油种类。

 

　　对青红花椒原料及花椒提取物进行指纹图谱与物质定性分析，青红花椒在成分种类上有差异，红花椒成分较青花椒复杂，主要体现在乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯等酯类和醛类物质上；青红花椒各成分相对含量上差异明显，其中芳樟醇、桧烯差异最为明显，D-柠檬烯含量差别大，但差异贡献度不大；芳樟醇、乙酸芳樟酯等成分可用来鉴别青红花椒产品类别，且电子鼻分析速度快，可大大节约成本。
 

图3 武都红花椒油、金阳青花椒油指纹图谱

 

表3 武都红花椒油、金阳青花椒油特征化合物相对含量与峰面积差异

 

　　主成分分析

　　主成分分析（PCA）是一种常见的多元统计方法，主要通过将采集的多指标进行数据转换与降维，使用线性分类处理降维的特征向量，尽可能捕集数据集间最大差异，从整体层面上直观地展示样品分布。对花椒原料、花椒精油、花椒油进行主成分分析，由图4原料主成分分析可以看出，两种花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，前提是原料来自两个产地。后续可收集其余产地花椒原料，积累大量数据，建立原料质量标准，对实际应用中采购、生产、销售提供指导性建议。
 

图4 武都红花椒、金阳青花椒原料主成分分析

 

　　对6类花椒精油样品进行PCA分析，结果如图5所示，PC1与PC2相加大于91.38%，代表被检测样品中绝大部分信息，说明实验的花椒精油样品成分存在差异，呈现不同类型风味，主成分分析能对不同种类花椒精油进行识别与区分。
 

图5 不同品种花椒精油样品主成分分析

 

　　对四类花椒油样品进行PCA分析，结果如图6所示，PC1方差贡献率为89.896%，PC2的方差贡献率为0.953%，两者累计方差为90.849%，主成分显示样品中绝大部分信息，说明实验的花椒油样品成分存在差异，呈现不同类型风味，主成分分析能对不同种类花椒油进行识别与区分。
 

图6 不同品种花椒油样品主成分分析

 

　　结论

　　利用超快速气相电子鼻技术，解析不同产地花椒及花椒提取物指纹图谱，明确花椒及花椒提取物挥发性风味物质，芳樟醇、乙酸芳樟酯等成分可用来鉴别青红花椒产品类别，且电子鼻分析速度快，可大大节约成本，利用超快速气相电子鼻技术可识别花椒中的关键香气成分，为花椒品种筛选、产地识别和深加工提供理论依据。