胡椒（

Piper nigrum

L.）原產于東南亞，廣泛種植于熱帶地區，是中世紀最昂貴的香料之一，被稱為“黑色黃金”。胡椒中的胡椒堿和揮發精油是胡椒的香氣來源，主要包括萜烯類、半萜烯類和部分含氧化合物，其次是醛類、醇類、酸類、酮類、酯類和酚類，這些揮發性物質具備良好的抗氧化性能，表現出一定的抑菌效果和抗炎癥功能。

事實上不同產區的胡椒的產區氣候、溫度濕度、土壤條件以及生長環境等因素不同，胡椒表現的品質特性有較大的差異，這些差異集中表現在胡椒的色澤、香氣、胡椒堿含量、胡椒精油含量和抗氧化性等關鍵指標方面。

中國農業大學三亞研究院的高文濤、李景明*，海南省崖州灣種子實驗室的楊新泉*等通過氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用技術和氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）技術，對全球主要胡椒產區白胡椒特征揮發性有機化合物（VOCs）進行解析，比較兩種檢測技術對白胡椒識別能力，并結合其抗氧化活性進行關聯性分析，旨在通過不同VOCs檢測手段闡述不同產區的白胡椒香氣特征和抗氧化性能聯系，以期為白胡椒的品質篩選、識別和拓展應用提供依據。

1 不同產地白胡椒物理化學品質分析

1.1 不同產區白胡椒的外觀品質

白胡椒顆粒的外觀品質，包括色澤、大小、破碎率等因素，不僅會影響消費者對谷物的偏好程度，還會影響其加工性能。因此，本研究對來自不同產區的白胡椒進行了色澤、黑果率、碎果率、堆積密度等外觀品質的評估。由表1可知，不同產區白胡椒的色澤品質差異顯著（

P

＜0.05），RIN與TKT等來自于國外的白胡椒

a*

均較大，表明其色澤較其他產區白胡椒偏紅，并且其白度值

L*

也相對較小。這可能與胡椒鮮果中的特征成分和脫皮工藝有關。目前，我國主要的胡椒產區在白胡椒加工過程中采用靜水浸泡的方法，由于長時間的浸泡過程，胡椒果實會發生苯酚氧化或美拉德反應等導致產生黑色素的化學反應。此外，天氣條件也是影響白胡椒色澤的因素之一。張藝等研究表明，在晴天干燥的條件下，青花椒的變色率在20%以上；而在陰濕的天氣條件下，青花椒的變色率超過80%。因此，干燥速率以及光照、酶等作用可能在一定程度上影響胡椒的褐變情況。

由表1可知，雖然不同產區的白胡椒的黑果率和碎果率都符合GB/T 7900—2018標準（黑果率≤15%、碎果率≤4%），但不同產區的白胡椒的黑果率和碎果率存在顯著差異（

P

＜0.05）。TKT和SR等東南亞地區的白胡椒的黑果率和碎果率較高，尤其是碎果率約為中國白胡椒的2 倍。這可能是由于胡椒浸泡脫皮過程中受到浸泡均勻性、手工搓揉力度、清洗次數等因素的影響。此外，碎果率越低，白胡椒堆積密度大，其中CG和NG堆積密度最大，分別為709.513 g/L和686.920 g/L；而分布在東南亞地區的白胡椒堆積密度偏低，但整體符合GB/T 7900—2018的標準（堆積密度≥600 g/L）。高堆積密度的白胡椒表明胡椒粒質量較大，胡椒輕果含量較少。

總體看來，白胡椒外觀品質不僅取決于胡椒鮮果中的特征成分以及加工工藝，而且不同地區差異也會產生顯著影響。

1.2 不同產區白胡椒的水分含量

白胡椒水分含量直接影響其貨架期，往往水分含量越高，胡椒中微生物生長繁殖越快，保質期越短。由表1可知，NG與BS白胡椒有著較高的含水量，高于11%，而東南亞地區尤其TKT白胡椒含水量最低。這可能是因為白胡椒中水分質量分數主要受到晾曬溫度、時間、空氣濕度等條件的影響，而靠近赤道地區由于充足的光照量和時長，使得東南亞地區白胡椒含水量更低。

1.3 不同產區白胡椒的胡椒堿與精油含量

胡椒堿和精油是胡椒中重要的生物活性物質，具有多種活性。胡椒堿是胡椒果實中一種活性最高、含量最高的刺激性含氮生物堿，其表現出多種生物活性，包括免疫調節、抗炎和抗氧化等活性。由表1可知，不同地區內胡椒堿含量差異較小，但不同地區間胡椒堿含量存在差異，含量分布在4.07～4.95 g/100 g之間，與之前研究]測定結果（3.7～4.5 g/100 g）相近。胡椒堿是一種極不穩定的光敏性化合物，其含量易受光照、溫度、氧氣濃度、pH值等因素影響而發生變化。根據結果顯示，位于光照充足的產區，RIN和TKT中的胡椒堿含量相對較低，但均符合GB/T 7900—2018中對胡椒堿含量的判定要求。胡椒精油不僅是胡椒中重要的生物活性物質，也是胡椒香氣風味的主要來源。不同產區白胡椒精油含量存在一定差異，但不同產區間含量變化并無規律，含量在1.54～1.97 mL/100 g之間。有研究表明，胡椒品種、農業氣候條件、收獲時間和浸泡時間等多種因素都會影響精油的含量，合理調整種植與加工方式，可使胡椒精油含量最大化。

2 不同產區白胡椒特征性香氣成分解析與辨識

2.1 基于GC-IMS分析不同產區白胡椒揮發性成分

采用HS-GC-IMS分析了不同產地白胡椒中VOCs，結果以二維地形圖和離子遷移率光譜相結合的方法來判別不同產地白胡椒中VOCs的差異。如圖1所示，顏色表示物質的濃度，藍色和紅色分別表示含量較低和較高。在不同的樣品中存在相似的峰值和峰值信號分布，但每種物質的峰值強度不同。這種現象可能是因為相同的VOCs可以在GC-IMS中產生不同的產物離子，如單體和二聚體，這取決于它們的濃度和以強質子親和力或信號為特征的分析物。總體而言，大多數信號出現在保留時間為100～800 s和漂移時間為6.0～12.0 ms之間。不同產地白胡椒樣品具有各自的特征和共同的峰值區域，表明含有各自的香氣化合物。其中，國內白胡椒樣品紅點的數量和藍點的面積大于東南亞地區。值得注意的是，圖中紅框區域的VOCs在不同樣品間存在顯著差異，表明其是判別不同產區白胡椒的特征VOCs。

為了全面直觀地分析不同白胡椒樣品中VOCs組成的不同，采用LAV軟件的GalleryPlot插件，結合NIST數據庫，選擇每個樣品光譜中的物質信號峰形成指紋圖譜（圖2）。根據揮發性成分的濃度和性質，在所有中分別檢測到63 個不同的特征離子峰。具體說來，白胡椒中的VOCs主要包含萜烯類、醛類、酮類、酯類、酚類等成分，與Zacometti等分析結果較為一致。與其他產地白胡椒相比，泰國（TKT）與越南（SR）的白胡椒中含有更高水平的萜烯類，而海南（NG）的白胡椒中含有更豐富的酯類。值得注意的是，與國外白胡椒相比，海南（NG）產地的白胡椒中檢測出更高水平的刺鼻、不良氣味的酚類化合物。這表明不同產地白胡椒VOCs的類型和豐度差異顯著。通過GC-IMS分析雖然可以直觀區別不同產地白胡椒中VOCs的種類及含量差異，但并不能具體反映白胡椒中全部VOCs的信息以及準確定量。因此，對不同組樣品的VOCs特征信息深入的統計分析，以確定不同風味化合物的身份很有必要。

2.2 不同產地白胡椒的特征香氣物質組成及貢獻

風味屬性，特別是香氣屬性，直接決定了食品的全球感官質量，并進一步影響消費者對食品的可接受性。在不同產地胡椒中鑒定并定量了40 種VOCs，包括23 種萜烯類、5 種酸類、2 種酮類、3 種醛類、1 種酯類、3 種酚類和3 種其他。樣品中主要的揮發性化合物是萜烯類（尤其是賦予胡椒木質和辛辣氣味的

-蒎烯、

-蒎烯和

-石竹烯等含量最高），占總揮發性化合物的80%以上，這與侯冬巖等的研究結果相一致。VOCs的組成及含量的差異可能導致白胡椒的香氣特征不同，不同產區白胡椒中VOCs的類型和含量差異顯著（表2）。NG的揮發性化合物種類最多（36 種），總質量濃度適中（77 402.82 mg/L）；CG具有與BS相同類型（33 種）的揮發性化合物。就含量而言，醛和酮分別是TKT和BS中相對較高和稀有的基團。這一結果反映了東南亞產地的白胡椒具有與國內產地白胡椒不同的香氣特征，這也可以從GC-IMS的分析結果得到驗證。

為了可視化不同產地白胡椒之間的差異，通過聚類熱圖評估樣品中不同VOCs的組成和含量。如圖3所示，在不同樣品的VOCs觀察到明顯的分布差異。作為白胡椒中的主要成分，萜烯類受到產地的影響較為顯著，而且這種影響隨氣候環境的變化而加劇。觀察到TKT、SR和RIN白胡椒樣品中萜烯類化合物含量顯著高于NG、CG和BS樣品（

P

＜0.05）。有研究表明，強光照可促進萜類物質的積累，而在高溫且光照充足的東南亞地區，有利于萜烯類化合物的產生與積累。并且TKT和SR樣本中的酸類物質含量顯著高于其他產地的白胡椒，尤其是丁酸、異丁酸和己酸（

P

＜0.05），然而這類物質主要給胡椒帶來不良氣味。此外，白胡椒樣品中檢測出苯酚類與吲哚類揮發性成分，而NG和CG樣品中相對較高，特別是3-甲基苯酚和3-甲基吲哚的含量顯著較高（

P

＜0.05）。這可能是白胡椒水浸泡過程中，微生物及環境的差異所致。結果表明，產地差異主要體現在萜烯類、酸類和酚類等VOCs上。

OAV通常用于估計一種揮發性成分對葡萄酒香氣的貢獻，而OAV＞1的揮發性化合物被認為是重要的貢獻者。表3列出了24 種OAV＞1的不同揮發性化合物。

-蒎烯和

-愈創木烯等萜烯類物質分別在NG、CG、BS和SR、AUS中表現出最高的OAV，賦予白胡椒強烈的木質、松針和辛辣的香氣。值得注意的是，

-紅沒藥烯對NG、CG和BS的香氣貢獻非常大，這種揮發物帶來的強烈花香氣味可以增加NG、CG和BS的獨特性，而在其他產地白胡椒中并未觀察到類似的香氣風格。同時，賦予白胡椒柑橘、薄荷等果香和花香的3-蒈烯、月桂烯、

D

-檸檬烯、芳樟醇、

-松油醇和2-十一酮表現出較高的OAV。此外，與東南亞產區相比，表現為糞便臭、酚臭、藥片等的3-甲基苯酚、苯酚和3-甲基吲哚在NG和CG的樣品中較為突出。這些發現表明，區分不同產區白胡椒的特征氣味主要集中在果香、花香等香氣以及糞便臭、汗臭等不良氣味。這可能與不同產區氣候環境條件以及微生物在水浸泡過程中的協同作用有關，Megat Ahmad Azman等也證明了這一點。

2.3 GC-MS與GC-IMS識別不同產地白胡椒中VOCs能力比較

為了進一步比較這兩種儀器區分不同產地的白胡椒的能力，對這兩組數據進行OPLS-DA，建立HS-SPMEGC-MS測量的VOCs含量或HS-GC-IMS測量的VOCs強度與樣品類別之間的相關性模型。圖4展示了OPLS-DA得分圖和VIP值＞1的物質。OPLS-DA得分圖可以直接反映樣本之間的相似性和差異性，樣本之間差異越大，得分圖中相對位置就越遠，反之亦然。圖4a顯示了通過HS-GCIMS檢測的7 種產地的白胡椒VOCs含量的OPLS-DA得分圖，前兩個成分分別解釋了18.2%和34.6%的方差。不同產地白胡椒在空間中都保持一定的距離，能較好地區分開，VOCs組成差異較為顯著。所有高緯度地區（AUS、BS、CG等）的白胡椒樣品都位于主成分區的左側，而低緯度地區（RIN、SR和TKT）的白胡椒樣品位于右側。然而主成分1表現出較小的分離度，表明進一步分細分呈現出局限。來自于HS-SPME-GC-MS的VOCs的檢測結果在OPLS-DA得分圖見圖4c，來自不同產地的樣品根據兩種主要成分得到較好區分，累計貢獻率達到66.0%。顯然，不同產地白胡椒分為三大類，NG、CG和BS的VOCs對主成分1的貢獻很大，AUS和SR的VOCs對主成分2的貢獻很大，而TKT和RIN對主成分1和2表現出同等貢獻。這一結果進一步驗證了產地不同對白胡椒香氣特征的演變的重要性。并且不同樣品間區分度相比HS-GC-IMS更細節。

VIP值體現了模型中自變量X對因變量Y的解釋能力，可以通過計算VIP值來評估VOCs對每組樣本分類和描述的影響強度和解釋能力。VIP值越高，組間VOCs的差異越大，對白胡椒香氣類型的判別分類越重要。由圖4b可以看出，不同產地白胡椒基于HS-GC-IMS檢測結果共篩選出27 種VIP值＞1的重要VOCs差異物質，包括3 種酮類、3 種醛類、5 種酯類、2 種酸類、2 種醇類、1 種萜烯、5 種其他和6 種未鑒定物質。其中，大部分VOCs在SR和TKT中含量顯著高于其他。基于HS-SPME-GC-MS檢測的VOCs結果（圖4d），共有22 種VIP值＞1的VOCs被鑒定為差異化合物。正如預期，這些化合物大多在區分不同產地白胡椒具有重要作用，其中

-瑟林烯、香橙烯、4-萜烯醇、

-蒎烯、

-松油醇、苯乙醛、芳樟醇、胡椒醛、3-蒈烯、

D

-檸檬烯、苯乙醇、異丁酸、

-愈創木烯、

-蒎烯、丁酸、(

E

-金合歡烯、

-律草烯、萜品油烯、月桂烯、

-石竹烯、

-紅沒藥烯、3-甲基吲哚可被視為判別不同產地白胡椒的特征揮發性化合物，并以萜烯類和醛類為主。香橙烯和芳樟醇等萜烯類分別在不同樣品中顯示出較高的VIP值，并且在NG、CG和BS樣品中富集。值得注意的是，在白胡椒樣品中觀察到異丁酸和3-甲基吲哚差異化合物的分布，其中AUS和BS白胡椒較為相似，這類化合物含量相對較低。可能是因為兩個產地的年平均氣溫、日照時間和降水量差異較小。總地來說，22 種揮發性風味化合物的含量不同導致了在不同產地白胡椒香氣質量差異。

綜合看來，HS-GC-IMS檢測到的大多數揮發性有機物的沸點低于HS-SPME-GC-MS檢測到的揮發性有機物。這表明HS-GC-IMS對高揮發性化合物的敏感性高于HSSPME-GC-MS。然而，SPME對高沸點化合物的捕獲能力強，因此HS-SPME-GC-MS檢測到的揮發性有機物中高沸點化合物的含量更高，這與之前的研究結果一致。綜合檢測結果來看，兩種技術對比，HS-GC-IMS雖然識別準確，但區分度較低；而HS-SPME-GC-MS則能捕獲更多VOCs的細節差異。這兩種技術擴大了樣品中揮發性成分的檢測范圍，更全面地展現了各樣品中揮發性組分的差異情況以及識別能力。

3 不同產地白胡椒精油抗氧化活性分析

據報道胡椒果的抗氧化性較高，而精油被認為是天然抗氧化劑的絕佳來源。因此，本研究從白胡椒中提取胡椒精油，使用DPPH自由基清除能力、ABTS陽離子自由基清除能力和總抗氧化能力評估不同產地白胡椒精油抗氧化活性的差異。

DPPH自由基是穩定的自由基，已被廣泛用作評估抗氧化活性，抗氧化劑在與DPPH相互作用時，將電子或氫原子轉移到DPPH，從而中和自由基特性[50]。如圖5a所示，NG、RIN、BS和TKT的精油對DPPH自由基的清除率較高，CG和AUS對DPPH自由基的清除率較低。結果表明，不同生長環境的白胡椒精油的DPPH自由基活性存在顯著差異（

P

＜0.05），DPPH自由基清除率保持在65.10%～87.35%之間。相比較而言，泰國（TKT）和印度尼西亞（RIN）的白胡椒精油對DPPH自由基的清除活性均較強，并且顯著高于其他產地（

P

＜0.05）。然而，CG和AUS的白胡椒精油清除活性最低。值得注意的是，結合前文揮發性成分，白胡椒精油清除活性分別與萜烯類化合物在一定程度上存在對應關系，且也有許多研究人員發現萜烯類化合物與抗氧化活性之間存在高度相關性。

ABTS法是另一種常用的體外評估不同底物抗氧化活性的方法。如圖5b所示，TKT和RIN的白胡椒精油表現出良好的ABTS陽離子自由基清除能力，清除率高于83%。在7 個產地的白胡椒精油樣品中，所有樣品對ABTS陽離子自由基清除率均低于VC，泰國（TKT）產地白胡椒精油的清除率最高（84.10%），而越南（SR）和海南（NG）白胡椒對ABTS陽離子自由基的清除能力較低。總之，該實驗方法的抗氧化性能為：TKT＞RIN＞NG＞SR＞CG＞AUS＞BS，表明產地之間存在一定對應關系。

總抗氧化能力評價采用FRAP法，其原理是在低pH值條件下利用亞鐵離子與TPTZ生成藍紫色復合物來測量樣品抗氧化能力。在圖5c中，7 種胡椒精油均表現出一定的抗氧化能力，FRAP值在0.34～0.55 mmol/L之間，不同產地內白胡椒精油的總抗氧化能力并無明顯的差異，總抗氧化能力表現出區域集中性，尤其產自低緯度地區白胡椒FRAP值相對較高。這可能與胡椒精油中揮發性萜類物質存在一定關聯性。

從實驗結果可以確定，并沒有一種單一的方法足以充分評估一種物質的抗氧化活性。因此，從DPPH自由基清除活性、ABTS陽離子自由基清除活性以及總抗氧化活性方面可以得出更客觀的結論。

4 白胡椒精油的特征性揮發性成分與抗氧化活性的相關性分析

為了進一步探究產地白胡椒中主要揮發性成分對白胡椒關抗氧化活性的影響。通過Mantel test相關性分析，研究了已確定的不同產地白胡椒中主要萜烯類物質與抗氧化能力之間的相關性，并將顯著相關分別標記為

P

＜0.05和

P

＜0.01（圖6）。精油的生物活性組分與其抗氧化性之間有著明顯的相關性。如圖6所示，ABTS陽離子自由基清除能力與白胡椒精油中部分萜烯類化合物呈正相關，尤其是與苯乙烯、4-萜烯醇、

-瑟林烯、

-松油醇、萜品油烯、

-律草烯和

-蒎烯等萜烯類呈顯著正相關（

P

＜0.05）。表明這幾種成分是白胡椒精油中清除ABTS陽離子自由基的關鍵VOCs，并且這些均可賦予胡椒木質、花香、果香等風味。同樣這類揮發性成分與DPPH自由基清除能力呈現顯著相關性，并且

-愈創木烯和間傘花烴含量呈顯著相關性（

P

＜0.05），表明這類物質在清除DPPH自由基時起到積極作用。除此之外，可以看出萜品油烯和4-萜烯醇的含量呈現出極強的相關性，而且萜品油烯含量高的精油，4-萜烯醇含量也較高，這可能是因為它們之間具有生物合成關系。值得注意的是，苯乙烯和

-瑟林烯等萜烯類與FRAP呈顯著相關。這一結果啟示胡椒中萜烯類物質的差異，在一定程度上影響著白胡椒抗氧化活性及儲藏性能，并且也是區分不同產地白胡椒的特征性揮發性物質，這也在Cuadros-Siguas等的研究中具有類似的發現。

結 論

采用GC-MS、GC-IMS和OAV等方法對7 個國內外不同產地的白胡椒特征揮發性有機成分進行了解析。VOCs分析顯示，不同產地白胡椒中VOCs組成與含量差異顯著，萜烯類化合物是白胡椒中主要揮發性成分，尤其是賦予胡椒木質和辛辣氣味的

α-

蒎烯、

-蒎烯和

-石竹烯等含量最高。就檢測白胡椒而言，兩種技術對比，HSGC-IMS識別準確但區分度低，HS-SPME-GC-MS捕獲更多VOCs細節差異，相互結合可發揮識別準確度與精度。并且通過OPLS-DA發現，區別不同產區白胡椒的主要差異成分為

-瑟林烯、香橙烯、4-萜烯醇、

-蒎烯、

-松油醇、苯乙醛、芳樟醇、胡椒醛、3-蒈烯、

D

-檸檬烯、苯乙醇、異丁酸、

-愈創木烯、

-蒎烯、丁酸、(

E

-金合歡烯、

-律草烯、萜品油烯、月桂烯、

-石竹烯、

-紅沒藥烯、3-甲基吲哚，其中主要呈現木質、柑橘、花香等香氣以及糞便臭、汗臭等不良氣味。此外，白胡椒精油的自由基清除活性表明其具備作為天然抗氧化劑潛能，并且可能主要源自于其萜烯類揮發性成分。本研究結果為不同產地白胡椒特征香氣成分的辨識提供了有效的信息，具有較大應用潛力。

通訊作者：

李景明，男，中國農業大學教授、博士生導師，國家一級品酒師，現任中國農業大學四川成都中農大現代農業產業研究院副院長，兼任中國酒業協會果酒技術委員會主任委員、中國食品協會葡萄酒果酒專家委員會委員、中國生物工程學會食品生物技術專業委員會委員。長期致力于果蔬營養與功能食品開發，圍繞果酒工藝與風味調控技術、天然產物分離與食品配料開發，先后獲得 8 項國家自然科學基金支持，主持 10 余項省部級科研項目及 50 余項橫向課題，取得國家授權專利 26 項，相關科技成果先后獲得教育部技術發明一等獎、農業部神農中華農業科技一等獎、中國食品學會發明一等獎各1 項。2023年被中國酒業協會授予“中國酒業30年功勛人物”榮譽稱號。

第一作者：

高文濤，男，中國農業大學博士研究生在讀，中國食品工業協會葡萄酒、果酒國家評委，國家三級品酒師，高級食品安全管理師，研究方向為農產品綠色加工，果酒風味技術調控。

本文《不同方式鑒別不同產地白胡椒特征揮發性物質及抗氧化性分析》來源于《食品科學》2025年46卷第8期235-246頁，作者：高文濤，雷文平1，陳 利，楊新泉*，李景明*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240809-075。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：林安琪；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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