菠蘿蜜芳香浸膏提取工藝及揮發(fā)性成分分析

張玲，張?jiān)骑w，李春海，*，盧裕億，王勝明，魯康生

（1.廣東省嶺南特色果蔬加工及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，廣東普通高校食品科學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，廣東茂名525000；2.廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，廣東茂名525000）

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）是一種著名的熱帶果樹(shù)，原產(chǎn)印度北部地區(qū)，引種我國(guó)歷史已近千年，現(xiàn)廣泛種植于我國(guó)南方地區(qū)，以廣東雷州半島和海南種植最多，據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)菠蘿蜜種植面積約9 330 hm2，其中海南省約5 000 hm2。菠蘿蜜集食用、藥用、林木為一身[1-2]。近年來(lái)，關(guān)于菠蘿蜜的種質(zhì)資源、種植、保鮮及深加工研究也越來(lái)越受到學(xué)者們的重視[3-6]。而菠蘿蜜一般生長(zhǎng)在高溫高濕地區(qū)，夏季產(chǎn)量較大，其本身又不耐貯藏，果肉要完全成熟后才能實(shí)用，因此其貨架壽命不長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行保鮮及深加工研究顯得尤為重要。

菠蘿蜜不但營(yíng)養(yǎng)豐富，而且風(fēng)味獨(dú)特，香氣濃郁，香氣是其重要的果品屬性，它分為干苞和濕苞兩種類(lèi)型，干苞水分少，質(zhì)地硬且脆，味甜，香氣濃；濕苞水分多，質(zhì)地軟滑，清甜，香氣較淡[7]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于菠蘿蜜風(fēng)味成分或揮發(fā)性成分已有較多研究報(bào)道，如Swords等[8]首次從菠蘿蜜果實(shí)中分離出20種香氣物質(zhì)；Maia等[9]將菠蘿蜜果肉浸解成果漿，用水-戊烷體系進(jìn)行同時(shí)蒸餾-萃取，以GC-MS聯(lián)用儀分析鑒定出39種化合物；納智[10]用乙醚浸泡菠蘿蜜果肉，然后用GC-MS分析鑒定出82種成分；劉永瓊等[11]擬定菠蘿蜜芳香浸膏的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；林麗靜等[12]通過(guò)分析研究不同加工方法對(duì)菠蘿蜜風(fēng)味成分的變化，得出蒸煮有助于增強(qiáng)風(fēng)味成分，風(fēng)味化合物中酯類(lèi)化合物達(dá)28種，多于鮮樣品的11種和干燥樣品的10種。

芳香浸膏是天然香料的一種，通常是指用適宜的溶劑浸出香料植物組織（如花、葉枝、莖、樹(shù)皮、根、果實(shí)等）中的有效成分，再除去大部分或全部溶劑，濃縮成膏狀的香料制品，與精油、凈油、酊劑、油樹(shù)脂等產(chǎn)品相比，其天然香味逼真，自然感非常強(qiáng)[13-14]。菠蘿蜜香味濃郁獨(dú)特，受到人們的喜愛(ài)，其芳香物質(zhì)應(yīng)用到食品、生活用品、煙草等行業(yè)，具有很好的消費(fèi)前景和應(yīng)用前景。而選用干苞菠蘿蜜加工芳香產(chǎn)品不失為利用菠蘿蜜特殊風(fēng)味特點(diǎn)的一種有效的深加工方式。關(guān)于菠蘿蜜芳香浸膏提取工藝研究報(bào)道十分罕見(jiàn)，目前中國(guó)知網(wǎng)僅收錄了李亮等[15]以食用乙醇浸提新鮮菠蘿蜜果肉制備芳香浸膏，采用正交優(yōu)化浸提工藝的研究報(bào)道。

本論文以冷凍干燥的菠蘿蜜果肉為原料，選用無(wú)水乙醇浸提菠蘿蜜中的芳香物質(zhì)，研究了浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏提取得率的影響，采用響應(yīng)面法優(yōu)化了浸提工藝條件，并通過(guò)GCMC對(duì)浸膏的揮發(fā)性成分進(jìn)行分離鑒定。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

菠蘿蜜，選擇新鮮、九成熟、無(wú)腐爛、無(wú)蟲(chóng)蛀的重量為10 kg左右的干苞品種：廣東省茂名市市場(chǎng)；無(wú)水乙醇（分析純，AR）：天津市永達(dá)化學(xué)試劑有限公司；正己烷（AR）：天津市百世化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高速多功能粉碎機(jī)（LFP-800A）：萊芙旗艦店；數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（HZ-9212S）：金壇市杰瑞爾電器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE52AA）：上海亞榮生化儀器廠；電子天平（JA3003）：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent 6890N 5975）：美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菠蘿蜜芳香浸膏提取工藝流程及操作要點(diǎn)

1.3.1.1 工藝流程

新鮮菠蘿蜜→切分、去瓤、去核→洗凈、切絲→干燥→粉碎→浸提→抽濾→減壓蒸餾→菠蘿蜜芳香浸膏

1.3.1.2 操作要點(diǎn)

1）菠蘿蜜的預(yù)處理及干燥：將新鮮菠蘿蜜果切分，除去表面黏性物質(zhì)，取果肉，除去果仁，清洗后，將果肉切成絲狀，鋪滿(mǎn)托盤(pán)中；預(yù)先將冷凍干燥機(jī)預(yù)冷30min，再將菠蘿蜜果肉置于冷凍干燥機(jī)冷阱中于-54℃下凍結(jié)2 h后，取出托盤(pán)置于冷凍干燥機(jī)的托盤(pán)架上真空干燥48 h左右；取出近干的菠蘿蜜絲，置于45℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥8 h，得到品質(zhì)較好水分含量較低的菠蘿蜜果干。

2）干果粉碎：將干燥的菠蘿蜜果置于爪式粉碎機(jī)中粉碎，為避免高溫產(chǎn)生不利影響，一次打粉1 min間歇10 min后再打，直至粉末細(xì)膩，控制粉末亮黃色；因菠蘿蜜含糖分較高，粉末易吸濕，故可不過(guò)篩。

3）浸提、抽濾及減壓蒸餾：由于菠蘿蜜糖分含量較大，為了避免糖分大量溶出，本試驗(yàn)選用無(wú)水乙醇作為提取劑。稱(chēng)取適量的菠蘿蜜粉3份，置于3個(gè)250 mL錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶加入一定量的無(wú)水乙醇，用保鮮膜封住錐形瓶口，橡皮筋扎緊，置于水浴恒溫振蕩器中，設(shè)置要求的溫度，轉(zhuǎn)速205 r/min，震蕩提取一定時(shí)間，冷卻至室溫，抽濾，取抽濾液置于圓底燒瓶中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器溫度為65℃，調(diào)整合適的轉(zhuǎn)速，蒸發(fā)至冷凝管中無(wú)液滴滴下為止，蒸餾瓶中的膏狀體即為菠蘿蜜浸膏產(chǎn)品。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 浸提溫度對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏提取得率的影響

稱(chēng)取約5 g菠蘿蜜干粉6份，分別置于6個(gè)250 mL錐形瓶中，每個(gè)錐形瓶中加入45 mL無(wú)水乙醇，于30、40、50、60、70、80 ℃下震蕩浸提 2 h，其余操作同 1.3.1.2中3），計(jì)算浸膏得率，比較浸提溫度對(duì)浸膏得率的影響。

1.3.2.2 浸提時(shí)間對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏提取得率的影響

稱(chēng)取約5 g菠蘿蜜干粉6份，分別置于6個(gè)250 mL錐形瓶中，加入45 mL無(wú)水乙醇，于50℃下分別震蕩浸提 1、2、3、4、5、6 h，其余操作同 1.3.1.2 中 3），計(jì)算浸膏得率，比較浸提時(shí)間對(duì)浸膏得率的影響。

1.3.2.3 料液比對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏提取得率的影響

稱(chēng)取約5 g菠蘿蜜干粉8份，分別置于8個(gè)250 mL錐形瓶中，分別按照 1 ∶6、1 ∶12、1 ∶18、1 ∶24、1 ∶30、1 ∶36、1 ∶42、1 ∶48（g/mL）的料液比加入無(wú)水乙醇，其余操作同1.3.1.2中3），計(jì)算浸膏得率，比較料液比對(duì)浸膏得率的影響。

1.3.3 菠蘿蜜芳香浸膏提取工藝的優(yōu)化

本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件。

根據(jù)Design Expert 8.0軟件中的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，結(jié)合菠蘿蜜芳香浸膏單因素試驗(yàn)結(jié)果，以浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）和料液比（C）為考察因素，用-1、0、1來(lái)表示低、中、高 3 個(gè)水平，以芳香浸膏得率（R）為響應(yīng)面值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。以上所有試驗(yàn)均平行進(jìn)行3次，最終結(jié)果取均值。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平取值Table 2 Experimental design factors and the level of values

1.4 菠蘿蜜芳香浸膏得率的計(jì)算

浸膏得率計(jì)算按照下列公式進(jìn)行：

式中：Y 為浸膏得率，%；mq為浸膏質(zhì)量，g；my為菠蘿蜜干粉質(zhì)量，g。

1.5 菠蘿蜜浸膏揮發(fā)性成分的檢測(cè)與分析

采用GC-MC進(jìn)行測(cè)試分析，樣品前處理及測(cè)試條件參考文獻(xiàn)[16]。

1.5.1 菠蘿蜜浸膏樣品前處理

取菠蘿蜜浸膏1 mL，用100、60、60 mL正己烷分別萃取3次，合并有機(jī)相，濃縮至50 mL。再用無(wú)水硫酸鈉脫水，用氮吹儀濃縮至10 mL，供GC-MS分析。

1.5.2 GC-MS分析條件

色譜柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細(xì)管柱；升溫程序：起始溫度45℃，平衡0.5 min，以6℃/min升至195℃，再以10℃/min升至220℃保持2.0 min，進(jìn)樣口溫度為230℃。載氣He，流速1.0 mL/min，分流比10∶1。質(zhì)譜條件：電離方式EI，電離電壓70 eV，掃描范圍33 amu～500 amu，離子源溫度250℃。檢索普庫(kù)為NIST 05a.L。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 浸提溫度對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響

浸提溫度對(duì)浸膏得率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 溫度對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響Fig.1 Effect of temperature on the yield of aromatic extract of jackfruit

圖1顯示，浸膏得率隨浸提溫度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，在60℃的時(shí)候菠蘿蜜芳香浸膏的得率最高。這是因?yàn)榻釡囟容^低時(shí)，菠蘿蜜芳香物質(zhì)的浸提不充分，浸膏得率較低，在一定的范圍內(nèi)升高溫度能夠加快乙醇浸提菠蘿蜜芳香物質(zhì)的速度，當(dāng)溫度超過(guò)60℃后，可能導(dǎo)致某些芳香物質(zhì)的分解，使得菠蘿蜜芳香浸膏的得率下降。因此，浸提最佳溫度為60℃。

2.1.2 浸提時(shí)間對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響

浸提時(shí)間對(duì)浸膏得率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 浸提時(shí)間對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響Fig.2 Effect of leaching time on the yield of aromatic extract of jackfruit

由圖2可以看出，浸膏得率隨浸提時(shí)間的延長(zhǎng)也呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，浸提2 h，浸膏得率最大。這是由于浸提時(shí)間過(guò)短，芳香物質(zhì)還未充分浸出，隨著浸提時(shí)間的增加，芳香物質(zhì)的浸出量逐漸增加。但若繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，反而會(huì)使芳香成分揮發(fā)、分解、氧化增加，使浸膏的得率有所下降。因此，浸提時(shí)間選擇2 h為宜。

2.1.3 料液比對(duì)菠蘿蜜浸膏得率的影響

料液比對(duì)浸膏得率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 料液比對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響Fig.3 Effect of liquid ratio on the yield of aromatic extract of jackfruit

由圖3可以看出，當(dāng)料液比小于1∶36（g/mL）時(shí)，浸膏得率隨料液比的增加而增加，當(dāng)料液比大于1∶36（g/mL）之后浸膏得率趨于穩(wěn)定，這是由于一定質(zhì)量的菠蘿蜜粉中芳香物質(zhì)含量是有限的，當(dāng)菠蘿蜜粉中的芳香物質(zhì)較完全地被浸提出之后，再增加無(wú)水乙醇的體積，菠蘿蜜芳香浸膏的得率不會(huì)再有明顯的變化，菠蘿蜜芳香浸膏的得率也基本趨于穩(wěn)定。因此，料液比不宜超過(guò) 1∶36（g/mL）。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 回歸模型及分析

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值Table 2 Box-Behnken experimental design and response values

續(xù)表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值Continue table 2 Box-Behnken experimental design and response values

利用Design Expert 8.0程序軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，對(duì)各因素進(jìn)行回歸擬合后，得到浸膏得率對(duì)浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）和料液比（C）的三元二次回歸方程：Y=41.60+1.40A+0.98B+1.73C+0.13AB-0.74AC-0.035BC-2.51A2-2.83B2-3.20C2。對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

從表3可知，回歸項(xiàng)中P＜0.001，說(shuō)明所選擇模型極顯著。失擬項(xiàng)P=0.056 9＞0.05，即失擬項(xiàng)差異不顯著，表明該二次回歸模型能夠較顯著地?cái)M合了浸提溫度、浸提時(shí)間和料液比對(duì)浸膏得率的影響，該模型能夠代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析?；貧w模型的決定系數(shù)（R2Adj）為0.982 1，說(shuō)明該模型能夠解釋98.21%的響應(yīng)值變化，只有1.79%的變異不能用該模型解釋?zhuān)虼嗽撃Ｐ褪菢O顯著且可靠的，能夠很好地顯示菠蘿蜜芳香浸膏得率的變化，能夠?qū)嗟寐蔬M(jìn)行預(yù)測(cè)。從表3可得回歸方程系數(shù)的顯著性，浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）、料液比（C）、浸提溫度的二次項(xiàng) A2、浸提時(shí)間的二次項(xiàng)B2、料液比的二次項(xiàng)C2對(duì)浸膏得率具有高度顯著的影響；浸提溫度與料液比的交互項(xiàng)AC對(duì)浸膏得率具有顯著的影響。

2.2.2 響應(yīng)面和等高線分析

利用Design Expert 8.0軟件對(duì)表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行三元二次回歸擬合分析，所得響應(yīng)面及等高線見(jiàn)圖4～圖 6。

圖4 浸提溫度與浸提時(shí)間交互作用影響菠蘿蜜芳香浸膏得率的等高線與響應(yīng)面圖Fig.4 Interaction between extraction temperature and leaching time effects of contours and response surfaces of the yield of jackfruit aroma extract

圖5 浸提溫度與料液比交互作用影響菠蘿蜜芳香浸膏得率的等高線與響應(yīng)面圖Fig.5 The effect of the ratio of extraction temperature to the ratio of material to liquid on the contours and response surfaces of the yield of jackfruit aroma extract

圖6 浸提時(shí)間與料液比交互作用影響菠蘿蜜芳香浸膏得率的等高線與響應(yīng)面圖Fig.6 Interaction between the extraction time and the ratio of material to liquid the contours and responses surfaces of the yield of aroma extract of jackfruit

該圖組可直觀的反映各因素及其交互作用對(duì)菠蘿蜜芳香浸膏得率的影響結(jié)果。其中等高線的形狀可以反映兩因素之間交互作用的強(qiáng)弱，橢圓形表示兩因素交互作用較強(qiáng)，圓形則表示較弱。

圖4顯示了料液比位于中心水平時(shí)，浸提溫度與浸提時(shí)間交互作用對(duì)浸膏得率的影響。由圖4可知，浸提溫度和浸提時(shí)間對(duì)浸膏得率變化的影響相對(duì)較弱，浸提溫度變化對(duì)浸膏得率變化的影響相對(duì)較小，表現(xiàn)為響應(yīng)曲面的坡度較緩和、等高線較為稀疏；浸提時(shí)間對(duì)浸膏得率變化的影響較大，表現(xiàn)為響應(yīng)曲面的坡度較陡和等高線密集。

圖5顯示了浸提時(shí)間位于中心水平時(shí)，浸提溫度與料液比交互作用對(duì)浸膏得率變化的影響。由圖5可知，浸提時(shí)間和料液比的交互作用對(duì)浸膏得率變化的影響較強(qiáng)；浸提時(shí)間對(duì)浸膏得率變化的影響較小，表現(xiàn)為響應(yīng)面的坡度較緩和、等高線較稀疏；料液比變化對(duì)浸膏得率變化的影響較大，表現(xiàn)為響應(yīng)曲面的坡度較陡和等高線密集。

圖6顯示了浸提溫度位于中心水平時(shí)，浸提時(shí)間與料液比交互作用對(duì)浸膏得率的影響。從圖6可知，浸提時(shí)間和料液比對(duì)浸膏得率的交互作用較弱；浸提時(shí)間變化對(duì)浸膏得率的影響較大，表現(xiàn)為響應(yīng)曲面的坡度較陡和等高線密集。

2.2.3 最優(yōu)工藝條件的預(yù)測(cè)及驗(yàn)證

運(yùn)用Design Expert8.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化預(yù)測(cè)，即對(duì)回歸方程取一階偏導(dǎo)數(shù)等于0，得到提取菠蘿蜜芳香浸膏的最佳工藝參數(shù)為：浸提溫度為70℃、浸提時(shí)間為2 h、料液比為1∶42（g/mL），此條件下預(yù)測(cè)菠蘿蜜芳香浸膏得率43.00%。在此條件下對(duì)模型的預(yù)測(cè)參數(shù)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到菠蘿蜜芳香浸膏得率為42.81%，與模型預(yù)測(cè)值較接近，表明采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的用無(wú)水乙醇提取菠蘿蜜芳香浸膏得工藝參數(shù)可靠。

2.3 菠蘿蜜芳香浸膏揮發(fā)性成分分析

菠蘿蜜芳香浸膏的GC-MS總離子流圖見(jiàn)圖7。

圖7 菠蘿蜜芳香浸膏GS-MS總離子流圖Fig.7 Jackfruit aromatic extract GC-MS total ion chromatogram

菠蘿蜜芳香浸膏的GC-MS分析結(jié)果見(jiàn)表4、表5。對(duì)各色譜峰相應(yīng)的質(zhì)譜圖分析，采用面積歸一化法計(jì)算出各成分的相對(duì)含量。

表4 菠蘿蜜芳香浸膏成分的GS-MS分析結(jié)果Table 4 Analysis of GC-MS results of aromatic extract of jackfruit

從表4可知，除了柱碎片離子，檢測(cè)出41種揮發(fā)性成分，被鑒定出36種芳香成分，其峰面積相對(duì)含量占總量99.999%；菠蘿蜜芳香浸膏GC-MS分析結(jié)果中存在離子碎片，說(shuō)明菠蘿蜜芳香浸膏中存在易于裂解成各種碎片的離子基團(tuán)。對(duì)于該基團(tuán)的鑒定，還需將碎片離子峰粗略拼湊出分子的結(jié)構(gòu)骨架，再用其他手段加以驗(yàn)證。

續(xù)表4 菠蘿蜜芳香浸膏成分的GS-MS分析結(jié)果Continue table 4 Analysis of GC-MS results of aromatic extract of jackfruit

表5 菠蘿蜜芳香浸膏香氣組成及含量Table 5 Roma aromatic extract composition of jackfruit and content

從表5可知，醇類(lèi)化合物有4種，含量為12.53%；酯類(lèi)化合物有2種，含量為2.19%；酮類(lèi)化合物2種，含量為6.04%；酸類(lèi)化合物3種，含量為3.56%；酚類(lèi)化合物2種，含量為1.51%；醛類(lèi)化合物2種，含量為1.14%；烯類(lèi)化合物有5種，含量為13.67%；烷類(lèi)化合物為6種，含量為12.99%；其他化合物10種，含量為46.36%。

主要的香氣物質(zhì)有4-（1-甲基乙基）苯甲醇、1，6-二甲基十氫化萘和5-[N（2）-（異亞丙基丙酮）]咪唑，其含量分別為6.22%、15.06%和14.58%。這些不同的風(fēng)味物質(zhì)的組合及協(xié)調(diào)作用賦予了菠蘿蜜濃郁且獨(dú)特的香氣。

3 結(jié)論

菠蘿蜜芳香浸膏的最佳提取工藝條件為：浸提溫度 70 ℃、時(shí)間為 2 h、料液比 1∶42（g/mL），在此條件下提取到的菠蘿蜜芳香浸膏香提取率為42.81%。

經(jīng)GC-MS測(cè)得菠蘿蜜芳香浸膏中有36種不同的芳香成分，其中醇類(lèi)化合物有4種，含量為12.53%；酯類(lèi)化合物有2種，含量為2.19%；酮類(lèi)化合物2種，含量為6.04%；酸類(lèi)化合物3種，含量為3.56%；酚類(lèi)化合物2種，含量為1.51%；醛類(lèi)化合物2種，含量為1.14%；烯類(lèi)化合物有5種，含量為13.67%；烷類(lèi)化合物為6種，含量為12.99%；其他化合物10種，含量為46.36%。其中主要的香氣物質(zhì)有4-（1-甲基乙基）苯甲醇、1，6-二甲基十氫化萘和 5-[N（2）-（異亞丙基丙酮）]咪唑，其含量分別為6.22%、15.06%和14.58%。

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