3 种脱皮方式对白胡椒品质的影响

李 鑫，王福清，吴桂苹，段梦雅，谷风林,7,*

（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070；2.中国热带农业科学院香料饮料研究所，海南 万宁 571533；3.青藏高原特色农牧产品深加工国家地方联合工程研究中心，西藏 拉萨 850600；4.国家重要热带作物工程技术研究中心，海南 万宁 571533；5.海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室，海南 万宁 571533；6.上海应用技术大学生态技术与工程学院，上海 201418；7.海南省张福锁院士创新平台，海南 万宁 571533）

胡椒（L.）为胡椒科胡椒属藤本植物，原产东亚，现广泛栽培于热带地区，在我国海南、云南、福建、广东、广西等地均有种植。胡椒是重要的香辛料作物，亦是人们喜爱的调味品，在医学上可用于治疗消化不良、寒痰、支气管炎和风湿病，在食品工业中常用作调味料和防腐性香料。胡椒含有多种成分，主要包括胡椒碱、精油、有机酸、木脂素、酚类及微量元素等，其中胡椒碱与精油是最主要的活性成分。

白胡椒由胡椒鲜果去梗、脱皮洗涤、干燥后获得，其中脱皮是白胡椒加工中的关键步骤，对白胡椒品质有重要影响。传统的静水浸泡脱皮生产周期长，劳动强度大，产品异臭味重，质量不稳定。为了克服传统工艺的不足，近年来相关人员一直在寻求新的白胡椒脱皮方法，例如机械法、化学法、生物酶法、固态发酵法等。机械脱皮法常见于豆类、小麦、咖啡等农作物及经济作物，具有生产效率高、生产质量稳定、污染小、节约水资源等特点，是白胡椒加工的未来发展方向之一。

课题组前期已对胡椒经静水、换水浸泡脱皮法后挥发性成分组成及风味品质差异进行了研究，而脱皮方式对白胡椒挥发性成分及综合品质的影响鲜有报道。基于此，本实验通过机械、静水浸泡、换水浸泡3 种方式生产白胡椒，揭示脱皮工艺对白胡椒外观特性如白度值、黑果率、碎果率、堆积密度，及主要活性成分胡椒碱、胡椒精油的影响，并采用加权分析综合评价白胡椒品质，以期为胡椒加工和品质调控提供初步的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胡椒鲜果（表面为黄绿色、成熟度一致、无病虫害） 海南鼎星胡椒加工厂。

甲苯、无水乙醇、无水硫酸钠（均为分析纯）西陇科学股份有限公司；正己烷（分析纯） 天津市富宇精细化工有限公司；甲醇（色谱级） 德国默克股份两合公司；环己酮标准品（纯度＞99.90%） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

5TH-200胡椒脱粒机、6TH-200胡椒脱皮机 昆明康立信电子机械有限公司；1260高效液相色谱仪美国安捷伦科技有限公司；7890B-LECO Pegasus HT气相色谱-飞行时间质谱（gas chromatography-time of flight-mass spectrometer，GC-TOF-MS）仪 美国安捷伦科技有限公司、美国LECO公司；高速万能粉碎机 浙江屹立工贸有限公司；电热套 上海一凯仪器设备有限公司；WF32-16 mm精密色差仪 深圳市威福光电科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 3 种脱皮方式处理

机械脱皮：取50 kg胡椒鲜果，于2021年7月下旬在海南鼎星胡椒加工厂进行机械脱皮，处理工艺详见表1。胡椒脱皮机中熟化装置中采用高温水蒸气熟化胡椒鲜果，熟化频率和脱皮频率分别设置为20 Hz和35 Hz。脱皮后的白胡椒在晒场晾晒3 d，直至水分质量分数低于14%。

表1 3 种白胡椒脱皮处理条件Table 1 Processing conditions for three white pepper peeling methods

静水浸泡和换水浸泡手工脱皮：取5 kg胡椒鲜果，置于20 L塑料桶中，注入自来水没过胡椒鲜果，分别参照表1进行静水浸泡与换水浸泡。浸泡7 d后手搓脱皮，洗净后的白胡椒在晒场晾晒3 d，直至水分质量分数低于14%。

1.3.2 白胡椒外观特性测定

白度值测定：使用WF32-16mm色差仪平行测定5 次，记录*、*、*值，计算平均值。参照文献[11]的方法计算白胡椒白度值。其中*值表示明亮度（0～100），其值越大越接近白色；*值表示红/绿度，数值大表示偏红，数值小表示偏绿；*表示黄/蓝度，数值大表示偏黄，数值小表示偏蓝。

黑果率和碎果率参照GB/T 7900-2018《白胡椒》进行测定。

堆积密度测定：用200 mL量筒量取200 mL脱皮干燥后的白胡椒，并称质量，计算白胡椒堆积密度（质量/体积），单位为g/L。

1.3.3 水分质量分数测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中第三法（共沸蒸馏法）进行测定。

1.3.4 胡椒碱含量测定

根据GB/T 17528—2009《胡椒碱含量的测定 高效液相色谱法》规定的方法略作修改，即将白胡椒样品粉碎过40 目筛，准确称取0.25 g白胡椒粉，精确至0.000 1 g，用50 mL无水乙醇回流提取3 h，提取液经过滤后转移至100 mL棕色容量瓶中，用无水乙醇定容。然后取2 mL溶液转移至25 mL棕色容量瓶，并用无水乙醇稀释定容，所有过程均避光处理，3 次平行，最终溶液经0.45 μm滤膜过滤后进行高效液相色谱分析，用外标法进行定量。

色谱条件：Ecllpse XDB-C色谱柱（250 nm×4.6 nm，5 μm）；流动相：77%无水甲醇和23%超纯水；流速1.0 mL/min；色谱柱温度30 ℃；检测波长343 nm；进样量10 μL。

1.3.5 精油含量测定

参考GB/T 17527—2009《胡椒精油含量的测定》提取并测定白胡椒中精油含量。

1.3.6 精油成分的GC-MS分析

取25 μL 1.3.5节提取得到的胡椒精油，加入50 μL环己酮标准品作为内标，用正己烷定容至5.0 mL，混匀后加入无水硫酸钠除去水分，经0.45 μm滤膜过滤后待测。

色谱条件：色谱柱：DB-WAX 石英毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm）。升温程序：柱温50 ℃，以4 ℃/min升至90 ℃，保持2 min，再以2 ℃/min升至150 ℃，保持1 min，然后以20 ℃/min升至230 ℃，保持2 min。载气（He）流速1 mL/min，进样量1 µL，不分流。质谱条件：电子电离源；电离能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度200 ℃；质量扫描范围/45～450。

定性方法：通过与标准谱库NIST14的谱图进行比较鉴定化合物，根据谱库及文献[16]，选择相似度大于750的结果作为成分鉴定依据。定量方法：以环己酮为内标物，采用内标法分析胡椒精油成分质量浓度，按式（1）计算。

式中：ρ为待检化合物的质量浓度/（mg/mL）；为内标质量浓度/（mg/mL）；A为待检化合物峰面积；为内标峰面积；为加入胡椒精油体积（25 μL）；为内标体积（50 μL）。

1.3.7 电子鼻分析

参照文献[10]的方法并稍作修改：取胡椒粉0.100 g，装入10 mL电子鼻专用玻璃瓶（一式5 份），样品在40 ℃下孵化1 min，顶空分析进样量为1 500 μL，采集延迟210 s，进样针温度为50 ℃。电子鼻系统的5 个金属氧化物半导体传感器分别为 T30/1（对极性化合物、氯化氢等灵敏）、T70/2（对芳香族化合物灵敏）、PA/2（对乙醇、氨水、胺类化合物等灵敏）、LY2/AA（对乙醇、丙酮、氨等化合物灵敏）和 LY2/gCT（对丙烷、丁烷等易燃气体灵敏）。采用AlphaSoft 12.0工作站分析响应数据，并对数据进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.8 感官评价

通过感官灵敏度、参与积极性等测试选择12 名年龄在20～30 岁的成员（5 名男性和7 名女性）组成评价小组。在室温下取200 g白胡椒粒，样品用阿拉伯数字和字母编码，根据评分标准（表2）进行打分。记录各项目的评分并计算4 个项目的总得分和综合平均分。

表2 白胡椒品质评价的评分标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of white pepper

1.3.9 白胡椒质量综合评价标准

以胡椒碱和胡椒精油含量、感官评价总得分为指标，进行加权分析，三者取相同权重，各占33.34%，计算样品加权分作为白胡椒质量综合评价指标，分数越高质量越佳。样品加权得分按式（2）～（5）计算。

式中：、、分别代表各样品胡椒碱含量、胡椒精油含量、感官评价总得分的评分。

1.4 数据处理与分析

实验重复3 次，采用Excel 2019软件处理数据，结果以平均值±标准差表示，采用SPSS Statistics 26软件进行单因素方差分析，采用邓肯检验进行显著性分析，＜0.05表示差异显著。采用ChemDraw 18.1软件和Origin 2019b软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同脱皮处理白胡椒的外观特性

由表3可知，JX的*值最大，LS的*、*值最大，JS的*、*、*最小。JX的白度值高于JS、LS，说明机械脱皮法生产的白胡椒白度值高于静水浸泡和换水浸泡脱皮法。静水浸泡白胡椒颜色最暗，这可能是由于在浸泡过程中，胡椒果吸附苯酚氧化或美拉德反应等产生的黑色素所致。

表3 3 种不同脱皮方式白胡椒色泽Table 3 Color parameters of white pepper peeled by three different peeling methods

黑果指未完全脱除果皮的胡椒。由表4可知，静水浸泡和换水浸泡产生的黑果较多，黑果率约为机械脱皮法的5 倍。这是因为胡椒浸泡脱皮过程中，受浸泡均匀性和手搓力度、清洗次数等影响，静水与换水浸泡法不完全脱除果皮的胡椒相对较多，黑果率相对较高；机械脱皮法采用机械挤压摩擦去除果皮，故脱皮较为完全。3 种脱皮方式生产的白胡椒均符合GB/T 7900—2018标准（黑果率≤15%）。

表4 3 种不同脱皮方式白胡椒的黑果率、碎果率、堆积密度测定值Table 4 Black fruit percentage, broken fruit percentage and bulk density of white pepper peeled by three different peeling methods

碎果由胡椒果破碎引起。JX碎果率显著高于JS、LS（＜0.05），可能是由于胡椒果籽粒大小不一致，同样机械力作用下，小果胡椒更易破碎。因此，在机械脱皮中应先筛选出小果胡椒，保证资源合理利用。尽管如此，机械脱皮法生产的白胡椒碎果率低于GB/T 7900—2018的规定值（碎果率≤4%）。

堆积密度是决定白胡椒品质特性的参数之一，高堆积密度的白胡椒表明胡椒粒质量较大，胡椒轻果含量较少。JS与LS堆积密度显著低于JX（＜0.05），说明静水与换水浸泡的白胡椒中胡椒轻果较多，另外胡椒果长期浸泡果实会膨大，即使晒干后果实整体上也比机械脱皮法生产的白胡椒大一些。LS堆积密度高于JS，说明换水浸泡中胡椒轻果较少，这可能是因为胡椒轻果随换水过程被带走所致。3 种脱皮方式生产的白胡椒堆积密度均符合GB/T 7900—2018的标准（堆积密度≥600 g/L）。综上结果表明，机械脱皮法生产的白胡椒外观特性优于静水、换水浸泡法生产的白胡椒。

2.2 不同脱皮处理白胡椒的水分质量分数

水分质量分数主要影响胡椒货架期，高水分质量分数会加快胡椒中微生物的生长繁殖。由图1可知，JX、JS、LS白胡椒样品水分质量分数分别为12.52%、11.64%、12.19%，3 组样品水分质量分数无显著性差异（＞0.05）。这可能是因为白胡椒中水分质量分数主要与晾晒温度、时间、空气湿度等条件有关。此结果与Vinod等采用生物脱皮法获得的白胡椒水分质量分数一致。说明脱皮方式对白胡椒水分质量分数影响不大。3 种白胡椒均符合GB/T 7900—2018中水分质量分数不高于14%的要求。

图1 3 种脱皮方式处理白胡椒的水分质量分数Fig. 1 Water contents of white pepper peeled by three different peeling methods

2.3 不同脱皮处理白胡椒的胡椒碱含量

如图2所示，胡椒碱分子式为CHNO，是具有广谱抗炎作用的植物生物碱。由图3可知，JX、JS、LS胡椒碱含量分别为4.25、4.61、4.55 g/100 g。JS、LS中胡椒碱含量略高于JX。本研究中的胡椒碱含量高于Liu Hong等的测定结果，这可能与胡椒品种及成熟度有关。胡椒碱是存在于胡椒果中的次生代谢产物之一，极不稳定，见光易分解，温度、氧气浓度、pH值等均会造成胡椒碱含量变化。结合表4来看，JX碎果率显著高于JS和LS，破损的胡椒中胡椒碱受光照的影响而分解。此外，还可能与胡椒在脱皮机的高温蒸汽下脱皮造成胡椒碱损失有关。虽然机械脱皮法白胡椒中胡椒碱含量低于静水和换水浸泡脱皮法生产的白胡椒，但3 种脱皮方式生产的白胡椒均符合GB/T 7900—2018中胡椒碱含量不低于4.0 g/100 g的要求。

图2 胡椒碱结构式Fig. 2 Structural formula of piperine

图3 3 种脱皮方式处理白胡椒的胡椒碱含量Fig. 3 Piperine contents of white pepper peeled by three different peeling methods

2.4 不同脱皮处理白胡椒的精油含量

由图4可知，JX、JS、LS白胡椒精油含量分别为1.70、1.55、1.66 mL/100 g。JX明显高于JS、LS。吴桂苹等研究表明随着浸泡时间的延长，胡椒精油含量下降，推测与果皮软化有关，随着浸泡时间的延长，胡椒果皮逐渐软化，果皮及浸泡水中的物质会进入到胡椒果。机械脱皮则是在蒸汽作用下实现快速脱皮，故精油损失量较小。亦有可能是因为机械脱皮法在高温下改变胡椒籽粒微观特性，造成传热传质过程的变化，进而提高了精油得率。3 种脱皮方式生产的白胡椒均符合GB/T 7900—2018的要求（胡椒精油含量≥1.0 mL/100 g）。

图4 3 种脱皮方式处理白胡椒的精油含量Fig. 4 Essential oil contents of white pepper peeled by three different peeling methods

2.5 不同脱皮处理白胡椒精油的挥发性化合物组成

挥发性成分是食用香料品质的重要指标，通过分析研究3 种脱皮方式对白胡椒精油挥发性化合物的组成及含量有助于其风味特征，对其加工应用具有指导作用。胡椒精油成分GC-TOF-MS分析总离子流图如图5所示，鉴定化合物结果如表5所示。由表5和图6可知，3 种白胡椒精油共检测出33 种挥发性化合物，JX、JS、LS精油分别检测出26、27、23 种挥发性化合物，其中有21 种挥发性化合物为3 种白胡椒精油共有，有11 种化合物仅在个别样品中被检测到。将白胡椒精油中挥发性成分可划分为单萜烯、倍半萜烯、醇类、酯类等7 类，3 种白胡椒精油中挥发性化合物种类及数量如图7所示，JX精油中单萜烯、烃类种类最多，JS、LS精油中倍半萜烯种类最多，JS精油含有2 种酯类，而JX、LS精油不含酯类。JX、JS、LS精油中质量浓度较高的共有化合物分别为3-蒈烯（41.96、37.77、39.16 mg/mL）、-石竹烯（36.43、41.57、41.02 mg/mL）、柠檬烯（29.38、23.38、39.38 mg/mL）等，与文献[28-29]检测结果基本一致。结合表5和图7可知，单萜烯和倍半萜烯类化合物在3 种精油中种类丰富，含量最高。其中JX精油中单萜烯和倍半萜烯总质量浓度最高，为143.06 mg/mL，说明机械脱皮法可以较为完整地保留白胡椒风味化合物。莰烯、-松油烯、榄香烯、蒿三烯仅在JX精油中检测到，但JX精油中不含桧烯；JX、JS精油中不含(+)-2-蒈烯，JX、LS精油不含4,5-二甲基-1-己烯、乙酸芳樟酯、-杜松烯，说明以上物质可能受脱皮方式影响较大。杨继敏等研究表明热处理方式不同，胡椒精油中主要成分3-蒈烯、-石竹烯等含量发生改变，莰烯、榄香烯等化合物的含量变化显著，这与本实验结果相似。JX精油中-蒎烯、-石竹烯质量浓度较JS、LS精油低，这可能是由于JS、LS黑果率较高，而胡椒果皮中-蒎烯、-石竹烯含量较高。白胡椒精油中挥发性化合物种类繁多，受到多种因素的影响，脱皮方式会改变其化合物组成及含量，并在一定程度上影响白胡椒精油整体风味。

图5 3 种脱皮方式处理白胡椒精油总离子流图Fig. 5 Total ion current chromatogram of white pepper essential oils peeled by three different peeling methods

表5 3 种脱皮方式处理白胡椒精油挥发性成分组成Table 5 Composition and content of volatile constituents in white pepper essential oils peeled by threee different peeling methods

图6 3 种脱皮方式处理白胡椒精油挥发性成分的Venn图Fig. 6 Venn diagram showing shared and unique volatile components among three white pepper essential oils peeled by different peeling methods

图7 3 种脱皮方式处理白胡椒精油挥发性化合物种类Fig. 7 Numbers of volatile compounds in three white pepper essential oils peeled by different peeling methods

2.6 电子鼻与人工感官评价结果

对电子鼻传感器数据进行PCA，由图8可知，PC1贡献率达到90.9%，PC2贡献率8.0%，PC1和PC2累计贡献率达98.9%，说明数据覆盖了胡椒粉的大部分气味信息。进一步分析比较发现，JS和LS位于PC1正半轴，JX位于PC1负半轴，JS、LS与JX距离较远，说明电子鼻可以很好地区分机械脱皮胡椒与浸泡脱皮胡椒，而JS和LS气味相似，较难区分。

图8 3 种脱皮方式处理白胡椒电子鼻PCA结果Fig. 8 Principal component analysis plot of three peeled white peppers based on electronic nose data

图9 3 种脱皮方式处理白胡椒的感官评价雷达图Fig. 9 Radar map for sensory evaluation of three peeled white peppers

对人工感官评价的数据进行统计分析，结果如图9所示。JX在气味、颗粒及组织状态、颜色上得分最高，JS和LS得分较低。喜好度与接受度差异较大，JX得分最高，也更易被接受，JS和LS接受度较低，这与静水浸泡和换水浸泡白胡椒有明显异臭味有关。邬华松等研究表明胡椒浸泡36 h出现异臭味，颜色变黑，若不及时换水会降低胡椒品质。Steinhaus等研究表明胡椒长时间浸泡会产生3-甲基吲哚、4-甲基苯酚、丁酸等异味物质。JX、JS、LS感官评价总得分分别为32.08、18.17、22.58 分。综上，机械脱皮法生产的白胡椒无异臭味，品质较好。

2.7 白胡椒品质综合评价

通过以上分析对3 种脱皮方式的白胡椒优劣有初步判断，为进一步比较白胡椒品质，以胡椒碱含量、胡椒精油含量以及感官评价总得分的评分为指标，取相同权重进行加权分析。由表6可得，JX的加权得分最高，为97.42，其次是LS（ 88.93），JS加权得分最低，为82.62。加权分析结果显示JX综合品质最好。

表6 3 种白胡椒品质的加权得分Table 6 Weighted scores of three peeled white peppers

3 结 论

比较机械、静水浸泡、换水浸泡3 种脱皮方式对白胡椒外观特性及主要活性成分的影响，结果表明，机械脱皮法生产的白胡椒外观特性优于静水、换水浸泡法生产的白胡椒，胡椒碱含量略低于静水浸泡和换水浸泡脱皮胡椒，精油含量高于静水浸泡和换水浸泡。从3 种白胡椒精油共鉴定出33 种化合物，其中21 种化合物在3 种白胡椒精油中均有检出。电子鼻数据表明3 种白胡椒风味差异显著，人工感官评价表明机械脱皮法生产的白胡椒在气味、颗粒及组织状态、颜色、喜好度与接受度上优于静水和换水浸泡白胡椒。经加权分析可知，机械脱皮法生产的白胡椒综合品质最高。综上，采用机械脱皮法生产白胡椒，不仅可以提高生产效率，还可以提高白胡椒的综合品质。今后的研究可以重点比较机械参数对白胡椒外观特性、活性成分及营养成分的影响，以进一步优化白胡椒的机械脱皮工艺。