基于SPME-GC-MS聯用技術檢測的熱處理黑莓清汁香氣變化分析

許 穎，王 行，馬永昆*，馬 輝，鄧娜娜，袁小單，葉 慶

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

基于SPME-GC-MS聯用技術檢測的熱處理黑莓清汁香氣變化分析

許 穎，王 行，馬永昆*，馬 輝，鄧娜娜，袁小單，葉 慶

(江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

在感官評定的基礎上，采用固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術檢測熱處理前后黑莓清汁香氣成分。結果表明：未經熱處理的黑莓清汁中檢測到56種化合物，主要為醇類、酯類和醛類。熱處理后黑莓清汁香氣物質的種類和含量變化顯著(P＜0.05)，熱處理0.5min和1min后，醇類、酯類、醛類、酮類和酸類含量呈現不同程度的減少；熱處理1.5min醇類和酯類含量減少12.2%和34.5%，醛類含量增加了14.2%。隨著熱處理時間的延長，黑莓青鮮氣味減弱且有不良氣味產生，熱處理0.5min能較好地保留黑莓的典型香氣，這與黑莓清汁感官評價結果一致。

黑莓清汁；香氣；熱處理；香氣分析

黑莓是第3代新興的小漿果類水果，鮮果柔軟多汁、色澤艷麗、風味醇美，具有豐富的營養(yǎng)價值，因此黑莓產品也越來越受消費者青睞，如黑莓汁、黑莓酒等。黑莓中含有大量的花色苷，但是花色苷極不穩(wěn)定，在加工過程中往往會因果實中存在的多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)的作用而分解，所以加工前需要進行熱處理，使多酚氧化酶失活[1]。PPO屬于非耐熱酶，Almeida等[2]報道80℃處理2min就能使梨中的PPO全部失活，田金輝等[3]研究發(fā)現熱燙2min，即黑莓中心溫度超過50℃，PPO的酶殘余活力為0。

近年來，國內外開展了多項關于黑莓香氣成分的研究，Georgilopoulos等[4]對黑莓鮮果的香氣成分進行了分析，檢測到245種香氣成分，主要是醇類和酮類；馬永昆等[5]從黑莓汁中鑒定出30種化合物，主要風味物質是醇類、醛類、酯類和酮類。但黑莓屬于熱敏性水果，Georgilopoulos等[6]研究了加熱對黑莓汁揮發(fā)性風味的影響，發(fā)現加熱后黑莓汁中的醛類、醇類和呋喃類化合物顯著增加，可見熱處理對黑莓汁的香氣品質有一定的影響。而黑莓清汁的加工過程及黑莓酒前處理加工過程中都需要對黑莓汁進行熱燙滅酶、保溫酶解和高溫殺菌等加工環(huán)節(jié)，因此在達到滅酶防止花色苷降解且符合感官要求的條件下，采用不同時間熱處理添加二氧化硫(SO2)的黑莓清汁，分析其香氣成分的變化，對于了解黑莓清汁及黑莓酒前處理加工條件對產品風味的影響具有重要意義。

本實驗采用固相微萃取-氣相色譜-質譜(solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography mass spectrometry，SPME-GC-MS)技術檢測熱處理前后黑莓清汁香氣成分，研究熱處理前后黑莓清汁香氣成分的變化，旨在探索熱處理在黑莓產品加工過程中的應用情況，為生產高品質的黑莓汁和黑莓酒提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑莓凍果：2011年購于江蘇省南京白馬鎮(zhèn)，品種為赫爾(Hull)，-20℃凍藏保存，其可溶性固形物含量為8.7%，pH2.6，無腐爛變質。

Pectinex XXL果膠酶(食品級) 北京諾維信公司；偏重亞硫酸鉀(食品級) 天津萬橡酒業(yè)有限公司；C7～C30正構烷烴(色譜純) 北京化學試劑有限公司；十三烷、丁二酸二乙酯(均為色譜純) 天津市化學試劑批發(fā)公司；甲醇(色譜純) 上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

手動SPME進樣器、萃取纖維頭100μm DVB/CAR/ PDMS 美國Supelco公司；HP6890/5973型氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；PC-420型電熱磁力攪拌器美國Corning公司；Avanti Centrifuge J-25型冷凍離心機美國Beckman公司；HH系列恒溫水浴鍋 江蘇金壇中大儀器廠；HR-1843型榨汁機 荷蘭飛利浦公司；手動式塑料薄膜封口機 浙江省永嘉水電機械廠。

1.3 方法

1.3.1 黑莓清汁制備工藝流程

黑莓→常溫解凍→破碎、打漿→添加SO2(60mg/L)→果膠酶酶解(0.3%，40℃，1.5h)→離心→200目篩網過濾→聚乙烯袋包裝→置于冰箱備用 (4℃)

1.3.2 黑莓清汁熱處理

將裝于聚乙烯塑料袋中的20mL黑莓清汁在95℃水浴鍋中分別處理0.5、1min和1.5min，對應處理樣品的編號為BH0.5、BH1和BH1.5，空白樣品編號為BH0。處理后樣品4℃保藏并在24h內完成檢測。

1.3.3 黑莓清汁SPME萃取

取5mL黑莓清汁樣品加入到15mL頂空瓶中，添加2g分析純NaCl，加入內標物十三烷和丁二酸二乙酯，質量濃度分別為0.32μg/mL和0.36μg/mL，40℃水浴加熱平衡10min，將DVB/CAR/PDMS萃取頭插入瓶中，40℃條件下萃取35min，磁力攪拌速率700r/min。

1.3.4 GC-MS參數條件

色譜條件：DB-WAX柱(58.5m×250?m，0.25?m)色譜柱；SPME萃取頭解吸10min，進樣口溫度 250℃，載氣為高純氦氣，流量1mL/min，不分流。程序升溫：起始溫度40℃，保持3min，以3℃/min的速率升至100℃，再以6℃/min的速率升至220℃，保持3min。

質譜條件：5973型四極桿質譜儀，接口溫度280℃，電子電離(electron ionization，EI)源，電子能量為70eV；電子倍增器電壓1353V；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；質量掃描范圍m/z 33～350。

1.3.5 數據分析

定性方法：數據收集用HP化學工作站軟件對照NIST98庫進行，成分先由譜庫初步鑒定，再結合相關文獻和保留指數(retention index，RI)進行定性。在分析樣品中添加C7～C30的正構烷烴標樣，根據Kovats保留指數公式[7]計算得出保留指數。

定量方法：采用十三烷和丁二酸二乙酯兩種內標進行定量，即通過比較待測組分與內標物峰面積的比值，計算出待測組分的含量。

1.3.6 感官評定

采用成對排序檢驗[8]，選8個有識別能力的評價員評定3組所有可能的樣品對：BH0.5BH1、BH0.5BH1.5、BH1BH1.5，用Friedman秩和檢驗法分析各樣品間的香氣是否有差異。

2 結果與分析

2.1 黑莓清汁香氣成分總離子流圖

黑莓清汁經不同加熱條件處理后，經GC-MS檢測得到總離子流圖，如圖1所示。

圖1 不同熱處理黑莓清汁香氣成分總離子流圖Fig.1 GC-MS Total ion current chromatograms of blackberry juice before and after thermal treatment

2.2 黑莓清汁香氣成分構成及其主體成分分析

水果芳香物質是果汁風味的主要構成成分，是評價果實內在品質的重要指標之一。采用固相微萃取方法萃取香氣，經GC-MS聯用檢測出黑莓清汁中56種香氣成分，主要由醇類、酯類和醛類構成，見表1。根據Guadagni 的香氣值理論[12]，水果香氣成分含量高且閾值低的成分很可能是水果的特征香氣或主體香氣成分。乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚醇、芳樟醇、己醛、戊醛、2-反-庚烯醛和2-反-己烯醛等物質的閾值分別為12、1、1、70、6、20、12、13μg/kg和17μg/kg，結合表1可知，這些物質含量高而閾值低，因此可初步確定它們?yōu)楹谳逯奶卣飨銡獬煞?，這與Georgilopoulos[4]、Du Xiaofen[13]和王衛(wèi)東[1]等研究結果基本一致。這些成分呈現特有的青香、花香、果香、酯香和柔和的甜香，構成了黑莓特有的香氣。

2.3 熱處理對黑莓清汁香氣成分的影響

2.3.1 醇類物質

醇類物質是對黑莓清汁香氣貢獻較大的一類物質，黑莓清汁中共檢測到23種醇類物質，包括飽和與不飽和醇、脂肪醇與芳香醇類化合物，占總香氣成分的54.8%。23種醇類物質中，2-庚醇含量占1/3，其他含量較多的醇有乙醇、己醇、芳樟醇等。2-庚醇具有濃郁的水果和草本植物的風味特征[4]，是黑莓的主要香氣成分之一。熱處理0.5、1min和1.5min后，2-庚醇含量均顯著下降(P＜0.05)，分別降低了70.1%、81.3%和41.7%，這與Georgilopoulos等[6]的研究結果一致。

芳樟醇既具有紫丁香、鈴蘭與玫瑰的花香，又帶有木香、果香氣息，是黑莓重要的呈香物質。熱處理后其含量分別降低了70.1%、76.2%和6.6%，其原因是熱處理會使芳樟醇氧化分解生成α-萜品醇或檸檬醛。α-萜品醇具有紫丁香味，但含量大于等于2×10-6時即給人以不愉快風味[14]，其含量增加可作為果汁變陳的一個指標[15]。黑莓清汁熱處理0.5min和1min，α-萜品醇含量分別下降了6.8%和43.5%，而熱處理1.5min其含量增加了63.5%，說明隨著熱處理時間的延長，黑莓的新鮮度降低，主要是因為加熱促使檸檬烯和芳樟醇氧化生成α-萜品醇，機理如圖2所示[16]。

圖2 熱處理條件下α-萜品醇生成機理Fig.2 Mechanism of α-terpineol formation under thermal treatment

黑莓鮮果中氨基酸種類齊全，包含人體必需的8種氨基酸，且含量較高[17]，這些組分可轉化生成高級醇，對黑莓營養(yǎng)價值和風味方面的貢獻很大。如結氨酸可轉化為異丁醇，亮氨酸可轉化為異戊醇、2-甲基丁醇和3-甲基丁醇等。氨基酸和α-酮酸生成高級醇的途徑見圖3[18]。熱處理0.5min和1min后，異丁醇含量下降41.7%和48.1%，而熱處理1.5min后其含量增加24.5%。2-甲基丁醇和3-甲基丁醇經熱處理后含量都顯著下降(P＜0.05)。

圖3 氨基酸和α-酮酸生成高級醇的途徑Fig.3 General pathway for the formation of higher alcohols from amino acid and α-keto acid precursors

有些醇類物質，雖不是黑莓清汁的主要香氣成分，但對黑莓香氣的形成起重要作用：如具有醇甜香的乙醇和帶有新鮮的清香及令人愉快的玫瑰和橙花香氣的橙花醇。熱處理1min和1.5min，橙花醇未檢出，說明加熱時間過長會造成黑莓清汁香氣損失。

表1 不同熱處理黑莓清汁的香氣成分及含量Table1 Composition and content of aromatic compounds identified in blackberry juice subjected to thermal treatments

2.3.2 酯類物質

酯類經熱處理0.5、1min和1.5min后，含量分別下降70.3%、73.6%和34.5%。黑莓清汁熱處理后，乙酸異戊酯和苯乙酸乙酯等香氣成分未檢出，特征香氣己酸乙酯僅在熱處理1.5min后檢出，其含量下降了62.5%。如表1所示，熱處理后乙酸乙酯、乙酸異戊酯和己酸乙酯等酯類物質減少，而乙酸和己酸含量增加，說明在95℃的熱處理條件下這些酯類的酯鍵發(fā)生斷裂，酯類水解生成乙酸和己酸等酸類物質。

2.3.3 醛類物質

黑莓清汁熱處理0.5min、1min后，醛類化合物含量下降72.2%、72.9%，而熱處理1.5min其含量增加14.2%，這可能是由于熱時間過長使得不飽和脂肪酸發(fā)生氧化分解造成的。己醛具有漿果類水果和青草的香味，是黑莓最主要的呈味物質之一[19]，熱處理0.5、1min和1.5min，其含量分別下降67.5%、69.9%和33.5%，黑莓特征香氣損失嚴重。2-反-己烯醛即青葉醛，具有綠葉清香和果香，同樣是黑莓香氣的主要來源。它是亞麻酸經脂氧化酶、裂解酶等酶的作用體系，導致C12～C13位雙鍵裂解，產生3-順-己烯醛，后又在異構酶的作用下合成2-反-己烯醛，其反應機理如圖4所示[20]。經熱處理后，2-反-己烯醛含量減少，這可能是高溫使酯氧化酶鈍化[21]，從而導致產物減少。

圖4 從亞麻酸生成CC6和CC9的烯醛、烯醇合成途徑Fig.4 Biosynthetic pathways of C6and C9unsaturated aldehydes and alcohols from linletic precursor

2.4 熱處理對黑莓清汁的感官評價分析

3種熱處理的黑莓清汁經8名評價員品評，香氣排序結果及結果分析見表2。

由表2可知，BH0.5、BH1、BH1.5三個樣品的秩次和分別為22、19、31，根據Friedman[6]分析得到F = 13＞= 9.21，因此3個熱處理樣品的香氣有極顯著差異。RBH1.5－RBH0.5=31－22 = 9＞HSD0.05= 8.1，所以熱處理1.5min與熱處理0.5min樣品間香氣有顯著差異，同樣計算可得，熱處理1.5min與熱處理1min樣品間香氣有顯著差異，且熱處理1.5min的樣品黑莓典型性香氣損失嚴重，不良風味影響大；而熱處理0.5min與熱處理1min樣品間香氣差異不顯著。

表2 不同熱處理黑莓清汁感官評定結果Table2 Sensory evaluation of blackberry juice subjected to thermal treatments

3 結 論

黑莓清汁香氣成分主要由醇、酯和醛類等56種成分組成，主要的香氣成分為乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚醇、芳樟醇、己醛、戊醛、2-反-庚烯醛和2-反-己烯醛。經熱處理后黑莓清汁香氣成分的種類和含量都發(fā)生了較大的變化，熱處理1min黑莓清汁典型香氣減弱，但無明顯異味產生；熱處理1.5min黑莓清汁的特征香氣損失且有不良風味生成，黑莓清汁品質變劣。因此，熱處理0.5min能較好地保留黑莓的典型香氣，并且感官評價結果與香氣檢測分析結果一致。

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Analysis of Aromatic Compounds in Blackberry Juice Subjected to Thermal Treatment by SPME-GC-MS

XU Ying，WANG Xing，MA Yong-kun*，MA Hui，DENG Na-na，YUAN Xiao-dan，YE Qing
(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography mass spectrometry (SPME-GC-MS) was applied to the analysis of aromatic compounds in blackberry juice samples with and without thermal treatment, and a sensory evaluation was also performed on the two samples. The results showed that 56 kinds of compounds including alcohols, esters and aldehydes were detected in untreated blackberry juice. After thermal treatment, the types and contents of aromatic compounds of blackberry juice revealed a signif i cant change (P ＜ 0.05). After 0.5 min and 1 min thermal treatment, the contents of alcohols, esters, aldehydes, ketones and acids were decreased to some extents. The contents of alcohols and esters in blackberry juice after 1.5 min thermal treatment were decreased by 12.2% and 34.5%, respectively, while the contents of aldehydes exhibited an increase by 14.2%. With prolonged thermal treatment time, the aromatic fl avor of blackberry juice became weaker and bad odor was generated. In contrast, the typical aroma of blackberry juice after thermal treatment for 0.5 min was retained, which matched well with the sensory evaluation results.

blackberry juice；aromatic compounds；thermal treatment；aroma analysis

TS255.44

A

1002-6630(2013)18-0212-06

10.7506/spkx1002-6630-201318043

2012-07-29

江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目

許穎(1988—)，女，碩士研究生，研究方向為食品風味化學、食品與發(fā)酵工程。E-mail：xuying3390@163.com

*通信作者：馬永昆(1963—)，男，教授，博士，研究方向為超高壓食品加工、發(fā)酵工程及食品風味。E-mail：mayongkun@ujs.edu.cn