菠蘿蜜果實成熟過程中香氣成分組成及變化規(guī)律研究

賀書珍等

摘 要 以不同成熟階段的菠蘿蜜果實為材料，采用頂空-固相微萃取與氣相色譜-質譜聯(lián)用技術，對菠蘿蜜果實成熟過程中的香氣成分及變化規(guī)律進行研究，以期為菠蘿蜜果實采收、貯運與保鮮技術提供參考依據(jù)。結果表明：菠蘿蜜果實成熟過程的4個階段共鑒定出51種化合物，包括酯類26種、烴類17種，其中，異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、異戊酸異戊酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯是構成成熟菠蘿蜜香氣的主要成分，異戊酸乙酯是鑒定III階段（9成熟）菠蘿蜜的標志性化合物。在菠蘿蜜不同成熟階段，香氣物質種類及含量存在明顯差異。α-香檸檬烯、β-倍半水芹烯、3-蒈烯、左旋-β-蒎烯等烴類僅出現(xiàn)在Ⅰ、Ⅱ階段（7成熟、8成熟），而異戊酸丙酯、異戊酸異戊酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯等酯類僅出現(xiàn)在Ⅲ、Ⅳ階段（9成熟、完全成熟）。且異戊酸乙酯的相對含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，乙酸異戊酯、β-石竹烯、異戊酸異戊酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯相對含量呈現(xiàn)持續(xù)升高的趨勢，而異戊酸甲酯呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。

關鍵詞 菠蘿蜜；成熟階段；香氣成分；頂空固相微萃取

中圖分類號 S153.6 文獻標識碼 A

Volatile Composition and Changes of Jackfruit

（Artocarpus heterophyllus Lam.）

During Maturation

HE Shuzhen1， ZHANG Yanjun1， XU Fei1， ZHU Kexue1

TAN Lehe1 *， WU Gang1， FU Lili2

1 Spice and Beverage Research Institute，CATAS，Wanning，Hainan 571533，China

2 Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，CATAS，Haikou， Hainan 571101， China

Abstract The changes of aroma components of jackfruit（Artocarpus heterophyllus Lam.）in different maturation stages were studied by gas-chromatography and mass spectrum coupled with headspace solid phase microextraction. The results showed that 51 volatile compounds were detected including 26 esters and 17 hydrocarbons during the maturation stages. Ethyl isovalerate， isoamyl acetate， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate and 2-methylbutyl isovalerate were the major compounds emitted from mature jackfruit， and ethyl isovalerate was the specific marker to detect jackfruit in stage III（90% matured）. The chemical components and relative contents showed significant differences between different mature stages of jackfruit pulp. α-Bergamotene， β-sesquiphellandrene， 3-carene，（1S）-（1）-β-pinene and other hydrocarbon compounds were only detected in stage I and stage II（70% and 80% matured）while propyl isovalerate， butyl isovalerate， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate， 2-methylbutyl isovalerate and other ester compounds were only detected in stage III and stage IV（90% and fully matured）. The relative contents of ethyl isovalerate first increased and then decreased during the maturation stages. The relative contents of isoamyl acetate， β-caryophyllene， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate and 2-methylbutyl isovalerate increased， while methyl isovalerate decreased during the maturation stages.

Key words Jackfruit； Maturation stages； Volatile compound； HS-SPME

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.011

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.，2n=56）為桑科（Moraceae）木菠蘿屬（Artocarpus）多年生熱帶特色果樹，集水果、木本糧食及珍貴用材于一體，素有“熱帶珍果”之稱[1]。其果肉富含糖類、果膠、膳食纖維及微量元素等營養(yǎng)成分[2-3]，且香氣四溢，甘甜爽脆，具有生津、止渴、益氣等功效[4]，除鮮食外，還是制作果醬、果脯、果酒和脆片等的優(yōu)質原料[5-10]。菠蘿蜜原產(chǎn)印度[11-12]，目前在緬甸、泰國、斯里蘭卡、印度尼西亞、菲律賓等熱帶國家均有栽培。中國引入菠蘿蜜已有1 000多年歷史[13]，現(xiàn)廣泛栽培于海南和廣東一帶，且廣西、福建、云南和四川南部以及中國臺灣省均有零星栽培。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國菠蘿蜜種植面積約9 330 hm2，其中海南省約5 000 hm2[11]。作為一種深受人們喜愛的熱帶水果和具有重要用途的熱帶農(nóng)產(chǎn)品，菠蘿蜜對于發(fā)展熱帶經(jīng)濟，提高邊遠地區(qū)農(nóng)民收入和生活水平具有重要意義。

成熟度是影響菠蘿蜜品質最重要的因素之一。菠蘿蜜果實碩大（單果重5～25 kg），果肉味甜，且香氣濃郁。芳香物質的類型和含量是果實內在品質的重要指標，對果實的鮮食品質和加工品質具有重要的影響。然而，菠蘿蜜果實的采收期影響著其風味品質[11]。通常，采收過早則甜度低、口感差，且易造成香氣成分缺少而嚴重影響食用品質；采收過遲則會有苦味，并導致保存期過短、果實極易變質，降低經(jīng)濟價值。因此，在適宜的成熟階段進行果實采收對菠蘿蜜的食用品質及加工品質有著重要影響。

菠蘿蜜香氣成分的研究一直是學術界關注的熱點，Ong等[14]采用固相微萃取結合氣相-飛行時間質譜（GC-TOF-MS）從5個菠蘿蜜品種中鑒定出37種化合物，李洪波等[15]采用頂空固相微萃取和GC-MS聯(lián)用技術在菠蘿蜜干苞和濕苞類型果實共鑒定出66種香氣物質，Maia等[16]利用GC-MS技術對菠蘿蜜干苞和濕苞型果實進行研究，發(fā)現(xiàn)干苞型菠蘿蜜的主要香氣成分為異戊酸異戊酯（28.4%）和異戊酸丁酯（25.6%），濕苞型的主要香氣成分為異戊酸異戊酯（18.3%）、乙酸丁酯（16.5%）、異戊酸乙酯（14.4%）、異戊酸丁酯（12.9%）和乙酸2-甲基丁酯（12.0%）。香氣是果實風味的重要組成部分[17]，已有關于其他水果，如葡萄[18-19]、櫻桃[20]、蘋果[21]等水果香氣成分與成熟度關系的研究，而利用香氣檢測菠蘿蜜果實成熟度的研究尚未見報道。本研究采用頂空固相微萃取技術對不同成熟階段海南產(chǎn)菠蘿蜜揮發(fā)性香氣成分進行富集，利用氣相-質譜聯(lián)用技術分析其化學成分，了解菠蘿蜜果實成熟過程中香氣成分的變化規(guī)律，以期為控制菠蘿蜜的采收及制定生產(chǎn)標準提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料及預處理 供試樣品為馬來西亞1號菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam. cv. Malaixiya No.1），于2014年3月至7月間采自海南興隆菠蘿蜜種植園，按照果實外觀、敲擊聲音及果肉色澤等特性，結合專業(yè)技術人員的鑒評，初步將菠蘿蜜果實劃分為4個成熟階段[22]（如圖1）。階段Ⅰ：7成熟，未成熟果，發(fā)育基本完成；階段Ⅱ：8成熟，果肉未軟化；階段Ⅲ：9成熟，果肉開始軟化；階段Ⅳ：完全成熟，果肉完全軟化。每個果實樣品剖開后，立即將不同部位果肉混勻取3份待用。

1.1.2 儀器 DS-1高速組織破碎機（上海標本模型廠）；Thermo Trace1300-ISQ氣相色譜-質譜聯(lián)用儀，配有離子源（EI）及Xcalibur數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（美國Thermo公司）；TRIPLUS RSH自動進樣器、20 mL樣品瓶（美國Thermo公司）；固相微萃取自動進樣手柄（美國Thermo公司）；65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭（美國Supelco公司）。

1.2 揮發(fā)性香氣成分測定

萃取條件：將所取果肉每份絞碎后取5 g放入樣品瓶，萃取溫度為40 ℃，平衡時間為10 min，萃取時間為90 min。

氣相條件：Thermo TR-5MS彈性石英毛細柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。

升溫程序：40 ℃保持0 min，以2 ℃/min升至120 ℃，保持2 min；以2 ℃/min升至200 ℃，保持0 min；以20 ℃/min升至280 ℃，保持4 min；載氣（He）流速1.0 mL/min；進樣口250 ℃。

質譜條件：電子轟擊（EI）離子源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；質量掃描范圍m/z 35～500[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)處理由Xcalibur系統(tǒng)軟件完成，化合物質譜圖經(jīng)計算機檢索并與NIST 11譜庫相匹配，選擇匹配度大于800（最大值為999）的鑒定結果，結合人工譜圖解析并與文獻對照確認定性。采用峰面積歸一化法計算各組分相對含量，取3次平行測定數(shù)據(jù)平均值作為揮發(fā)性香氣成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 菠蘿蜜不同成熟階段的揮發(fā)性香氣成分

通過頂空固相微萃取分別按上述實驗條件對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個成熟階段菠蘿蜜果肉的揮發(fā)性香氣成分進行測定，總離子流圖如圖2 。頂空固相微萃取結合氣相色譜和質譜聯(lián)用技術（HS-SPME-GC-MS）分析結果表明，菠蘿蜜4個成熟階段果肉中共鑒定出51種揮發(fā)性有機物（表1），其中酯類化合物種類最多，共26種，烴類化合物以烯烴為主，共13種，另有少量醇類、醛類及其它化合物。在菠蘿蜜果實成熟過程中，揮發(fā)性化合物數(shù)量呈遞增趨勢，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個成熟階段中分別鑒定出23、23、24、26種揮發(fā)性化合物，其中相對含量變化較大的香氣成分有異戊酸甲酯（1.10%～20.12%）、異戊酸乙酯（0.97%～27.16%）、乙酸異戊酯（0.46%～26.17%）、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯（0.00%～24.18%）、異戊酸異戊酯（0.00%～18.99%）等化合物，這些化合物含量隨果實成熟含量變化表現(xiàn)出一定規(guī)律性，如異戊酸甲酯含量變化趨勢為逐漸下降，異戊酸乙酯含量先上升后下降，乙酸異戊酯、異戊酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯含量逐漸上升（表1）。

另外，由表1可見，酯類化合物在成熟過程中種類呈上升趨勢，總含量呈先上升后下降趨勢，而烴類化合物種類及總含量均呈先上升后下降趨勢。許多酯類如異戊酸異丁酯、異戊酸異戊酯、異戊酸丙酯、異戊酸丁酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯等都是在Ⅲ、Ⅳ階段才有檢出，許多烴類化合物如α-香檸檬烯、β-倍半水芹烯、3-蒈烯、（-）-β-蒎烯、（S）-（-）-檸檬烯等只在Ⅰ、Ⅱ階段檢出，一些含量較低的化合物只在某一階段有檢出，如1-戊醇、α-蒎烯、δ-欖香烯等只在Ⅱ階段檢出，乙酸己酯、丙酸正戊酯、苯甲醇等只在Ⅲ階段檢出，丙酸異戊酯、鄰苯二甲酸二丁酯、異戊醛、苯甲醛等只在Ⅳ階段檢出。

2.2 菠蘿蜜不同成熟階段揮發(fā)性香氣成分種類變化

由表1和圖3可見，菠蘿蜜果肉中的揮發(fā)性化合物種類和含量在不同成熟階段變化較大。從化合物種類上看，Ⅰ、Ⅱ階段揮發(fā)性化合物種類以烴類為主，分別鑒定出11種和13種，酯類化合物種類相對較少，分別鑒定出6種和7種，而Ⅲ、Ⅳ階段酯類化合物較多，各鑒定出19種，烴類化合物很少，各鑒定出1種，可見在Ⅱ階段之后菠蘿蜜會大量生成酯類化合物，而多數(shù)烴類化合物隨著果實成熟逐漸消失。

從化合物含量上看，各成熟階段含量最高的物質均為酯類。酯類化合物在Ⅰ、Ⅱ階段種類雖然較少，但含量較高，其中含量最高的均為異戊酸甲酯，相對含量分別為20.12%和18.55%。Ⅲ階段檢出的主要成分為異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯，四者相對含量分別占到27.16%、17.49%、17.17%、11.16%。Ⅳ階段檢出的主要成分為乙酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯，三者相對含量分別占到26.17%、24.18%、18.99%。

3 討論與結論

本研究的供試對象為海南省廣泛種植的馬來西亞1號菠蘿蜜品種。測試方法采用頂空固相微萃取技術進行揮發(fā)性化合物的富集，結合氣相-質譜聯(lián)用技術進行成分分析，頂空固相微萃取技術摒棄了傳統(tǒng)的溶劑，具有取樣方便、速度快、靈敏度高、操作簡單等優(yōu)點，在食品分析中有廣泛應用，適宜進行果實成熟度的快速檢測。

近年來，關于菠蘿蜜果實香氣成分的鑒定研究已有報道，其主要成分以酯類、醛類和醇類等為主。Ong 等[14]利用GC-TOF-MS技術對5個菠蘿蜜品種的香氣物質進行分析，共鑒定出20種酯類化合物，占香氣物質種類的54%。類似地，Maia等[16]在干苞和濕苞菠蘿蜜中鑒定出39種香氣化合物，其中62%的香氣物質為酯類化合物，另有少量醇類、醛類、脂肪酸類等。此外，李洪波等[15]的研究進一步表明成熟菠蘿蜜果實中酯類化合物占香氣種類的80%之多，而鄭華等[23]采用熱脫附-氣相色譜質譜（TCT-GC-MS）聯(lián)用分析技術的結果也證實了成熟菠蘿蜜果實中富含酯類香氣物質的結論。

與以上研究結果類似，本研究結果表明，菠蘿蜜果實中的主要香氣成分可分為酯類、酸類、醇類、烯烴類、醛類、酮類等6大類，其中酯類是馬來西亞1號菠蘿蜜果實的主要香氣物質，有26種，占總香氣種類的51%。然而，本研究結果進一步表明，在未成熟菠蘿蜜果實中含有豐富的烴類化合物，約有11～13種，而酯類化合物種類相對較少，僅有6～7種。相反地，成熟菠蘿蜜果實中則富含酯類化合物，達19種之多，而烴類化合物則僅有1種。因此，在菠蘿蜜發(fā)育進程中，酯類和烴類化合物的種類及含量發(fā)生明顯改變，尤其是在Ⅱ階段（8成熟）至Ⅲ階段（9成熟）發(fā)育過程中，物質種類、含量發(fā)生較大變化。菠蘿蜜果實各成熟階段中共檢出51種揮發(fā)性香氣成分，其中，Ⅰ階段酯類檢出6種，烴類檢出11種，主要成分異戊酸甲酯，相對含量20.12%，為4個階段中的最大值；Ⅱ階段酯類檢出7種，烴類檢出13種，主要成分異戊酸甲酯，相對含量18.55%；Ⅲ階段酯類檢出19種，烴類檢出1種，主要成分異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯，相對含量共占72.98%，含量最高的化合物為異戊酸乙酯（27.16%），達到4個時期中的最大值，顯著高于其它3個階段（Ⅰ階段0.97%，Ⅱ階段5.46%，Ⅳ階段3.20%），可作為鑒別Ⅲ階段（9成熟）菠蘿蜜的標志性化合物；Ⅳ階段酯類檢出19種，烴類檢出1種，主要成分為乙酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯，相對含量共占69.35%，含量最高的化合物為乙酸異戊酯（26.17%），達到4個時期中的最大值。另外，IV階段異戊酸乙酯含量顯著下降，醛類物質增多，部分只在Ⅳ階段檢出的化合物，如異戊醛--該化合物具有辛辣味，苯甲醛--該化合物具有苦杏仁味、烤辣椒味等，會產(chǎn)生不愉快氣味。且完全成熟的果實易產(chǎn)生苦味，是果肉中酒精增加所致，且不耐貯運[11]。因此，Ⅲ階段（9成熟）應為菠蘿蜜果實的最佳采收時期，也是風味最佳時期，適宜食用與加工，該時期主要揮發(fā)性香氣成分有異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯和異戊酸異戊酯，其中異戊酸乙酯為該階段的特征香氣成分。

綜上所述，在菠蘿蜜果實成熟過程中各成熟階段揮發(fā)性香氣成分種類及含量不同，香氣成分種類呈增加趨勢，其中酯類化合物種類及含量均呈上升趨勢，烴類化合物則隨果實成熟逐漸減少。各階段含量最高的揮發(fā)性成分均為酯類化合物，成熟菠蘿蜜果實的主要香氣成分有異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、異戊酸異戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯等，9成熟為菠蘿蜜風味最佳時期，異戊酸乙酯是鑒定9成熟菠蘿蜜的標志性化合物。

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