紅心火龍果果酒特征香氣分析

李凱，王金晶,2，李永仙,2，李崎,2*

1(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 2(工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))，江蘇 無錫，214122)

紅心火龍果果酒作為一種新興的飲料酒，因其特有的香氣、口感和保健功能而深受消費(fèi)者的喜愛，也是近年來學(xué)者的研究熱點(diǎn)[1-3]。香氣是水果及果酒感官品質(zhì)的重要組成部分[4]，對消費(fèi)者而言，香氣的好壞是影響消費(fèi)者是否購買的重要因素之一。對生產(chǎn)商而言，果酒的風(fēng)味和質(zhì)量直接影響其經(jīng)濟(jì)效益，因此研究果酒中香氣成分是很有必要的[5-6]。目前關(guān)于火龍果果酒香氣成分的研究報(bào)道較少，殷俊偉等[5, 7]利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(solidphase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry, SPME-GC-MS)對火龍果果酒揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性分析，鑒定出主要揮發(fā)性成分主要有34種，酯類(39.68%)、有機(jī)酸類(39.04%)、醇類(16.91%)、醛類(1.09%)、酚類(0.44%)、酮類(0.43%)及其他化合物(2.41%)。程志華等[3]采用氣相色譜-聞香法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)定火龍果果汁中主要香氣物質(zhì)是十三烷、長葉烯等，火龍果酒中的香氣物質(zhì)主要是醇類和酯類，包括乙醇、癸酸乙酯、苯乙醇、正癸酸等。

SPME-GC-MS是用于定性檢測樣品中揮發(fā)性香氣成分最有效的方法，GC-O[8]是一種直觀的感官檢測方法，可以快速推斷出樣品中的主要特征風(fēng)味，而OAV可以直觀地反映香氣化合物對樣品的香氣貢獻(xiàn)程度[9-14]。本研究采用SPME-GC-MS技術(shù)，同時(shí)結(jié)合氣相色譜-嗅聞時(shí)間強(qiáng)度(odor specific magnitude estimation, OSME)法和香氣活度值(odor activity value, OAV)法對紅心火龍果果汁及果酒揮發(fā)性特征香氣物質(zhì)進(jìn)行分析，為火龍果果酒品質(zhì)的調(diào)控和提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：紅心火龍果(蜜寶紅心火龍果，產(chǎn)地越南)果汁；自制紅心火龍果果酒(酒精體積分?jǐn)?shù)10.35%，干型)：市售火龍果酒1(酒精體積分?jǐn)?shù)12%，干型)；市售火龍果酒2(酒精體積分?jǐn)?shù)12%，干型)。

試劑：NaCl、無水乙醇,分析純；2-辛醇、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、苯乙酸乙酯、丁二酸二乙酯、異戊醇、正己醇、葉醇、苯乙醇、正己醛、3-糠醛(色譜純)，美國Sigma-aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Trace1310-ISQ LT頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，賽默飛世爾科技有限公司；QP2010氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司；OP275嗅聞檢測器，日本GL Sciences公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 SPME-GC-MS分析揮發(fā)性香氣物質(zhì)

樣品前處理萃取條件：20 mL頂空瓶中，加入8 mL火龍果果酒樣品，3.0 g NaCl，在45 ℃預(yù)熱5 min，萃取60 min。萃取完成后，將萃取頭插入進(jìn)樣口，解吸附5 min，進(jìn)行GC-MS分析，實(shí)驗(yàn)以2-辛醇為內(nèi)標(biāo)作半定量分析。

GC條件：PEG-20 m彈性石英毛細(xì)管柱，30 m×0.25 mm ×0.25 μm；載氣為高純氦氣，恒定流量為0.8 mL/min；升溫程序：從180 ℃開始，保持2 min，以3 ℃/min升溫到230 ℃，保持10 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃，出樣口溫度200 ℃；檢測電壓350 V。

MS條件：EI離子源，發(fā)射電流200 μA，電子能量70 eV，掃描范圍20～550 U。

1.3.2 定性分析方法

未知化合物的定性通過與NIST 05 質(zhì)譜庫(Agilent Technologies Inc.)中標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(MS)，以及與標(biāo)準(zhǔn)品的香氣描述(aroma)和標(biāo)準(zhǔn)品的保留指數(shù)(RI)比對來確定。保留指數(shù)根據(jù)改進(jìn)的Kovats法計(jì)算得到的。

1.3.3 定量分析方法

半定量分析[15]：選用2-辛醇為內(nèi)標(biāo)物，按照公式(1)計(jì)算各組分相對內(nèi)標(biāo)物的含量：

(1)

式中：ρi，香氣物質(zhì)的質(zhì)量濃度，μg/L；Ai，香氣物質(zhì)的峰面積；ρ內(nèi)，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的質(zhì)量濃度，μg/L；A內(nèi)，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積；f，校正因子，設(shè)為1。

定量分析[16]：在體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇中配制待測化合物標(biāo)準(zhǔn)混合液，根據(jù)化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積比值與對應(yīng)物質(zhì)濃度繪制校準(zhǔn)曲線。根據(jù)校準(zhǔn)曲線，基于化合物的峰面積相對于內(nèi)標(biāo)峰面積的比值計(jì)算化合物的濃度。

1.3.4 GC-O分析

樣品前處理方法：取果酒8 mL于15 mL固相微萃取頂空樣品瓶中，用3 g NaCl飽和，加蓋密封，于45 ℃水浴鍋中平衡10 min，萃取吸附30 min后，自動進(jìn)樣，進(jìn)行GC-O-MS分析。進(jìn)樣口溫度250 ℃，解吸7 min。

GC條件： 30 m×0.25 m ×0.25 μm彈性石英毛細(xì)管柱；載氣為高純氦氣，恒定流量為1.59 mL/min；升溫程序：從450 ℃開始，保持1 min，以6 ℃/min升溫到230 ℃，保持6 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；檢測電壓350 V。

OSME分析方法：選取3名訓(xùn)練有素的感官品評人員，要求對嗅覺靈敏，對香氣味道熟悉，且能描述出所聞到的香氣及其強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)中記錄香氣出現(xiàn)的時(shí)間、強(qiáng)度及香氣描述。強(qiáng)度采用5分制：1分表示化合物香氣程度微弱，2分表示該化合物香氣程度輕微，3分表示化合物香氣程度中等，4分表示該化合物香氣程度中強(qiáng)，5分表示化合物香氣程度強(qiáng)烈。實(shí)驗(yàn)中對每個樣品做3次平行。

1.3.5 香氣活性值(OAV)

OAV是香氣物質(zhì)的濃度和該物質(zhì)的閾值之比，用于評價(jià)各香氣物質(zhì)對樣品香氣的貢獻(xiàn)度。通常認(rèn)為OAV≥1的物質(zhì)對酒風(fēng)味有貢獻(xiàn)，查找每個香氣物質(zhì)在不同介質(zhì)中的閾值，再根據(jù)物質(zhì)的閾值和含量計(jì)算香氣物質(zhì)的OAV值，以此表征某種香氣化合物對香氣貢獻(xiàn)的大小[11, 17]。OAV計(jì)算：

(2)

式中：ρi，香氣物質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/L；OTi，香氣物質(zhì)的閾值，mg/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅心火龍果果酒香氣定性分析

通過SPME-GC-MS對紅心火龍果汁及紅心火龍果果酒中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)進(jìn)行分析，其SPME-GC-MS總離子流色譜圖見圖1，SPME萃取物質(zhì)圖譜通過與質(zhì)譜庫檢索及對比分析，鑒定出的主要揮發(fā)性成分及部分揮發(fā)性成分的香氣描述見表1。

通過表1(詳見附表1)可知，GC-MS檢測出火龍果汁的揮發(fā)性香氣物質(zhì)主要是一些具有水果及生青氣味的物質(zhì)，其中包括5種酯類，17種醇類，13種醛酮類，2種酸類，4種烷烴類及其他3種化合物；紅心火龍果果酒中香氣物質(zhì)主要包括酯類52種，醇類32種，醛酮類10種，酸類8種，烷烴類7種及其他9種物質(zhì)；由此可見，在果酒發(fā)酵過程中產(chǎn)生了大量的酯類、醇類酸類化合物，使得果酒香氣濃郁酒體豐滿。

紅心火龍果果酒中，檢測出酯類物質(zhì)種類最多，一般認(rèn)為酯類物質(zhì)可以賦予酒類水果及花香風(fēng)味，其主要來源于釀酒酵母發(fā)酵過程中，且由于酒中乙醇含量較高，其乙酯含量所占比例也相對較大，在火龍果果酒中含量較高的酯類有乙酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯等，均是一些具有果香花香的化合物。醇類化合物是果酒中重要的一類香氣化合物，酒中的醇類化合物是由原料中蛋白質(zhì)、氨基酸和糖類在發(fā)酵過程中生成的，其香氣特征主要是水果香氣及花香[18]，其中異丁醇、異戊醇、正己醇及苯乙醇是火龍果果酒中含量較高的醇類化合物。在火龍果果汁中檢測到種類及含量較高的醛類化合物，如正己醛、2-己烯醛、3-糠醛、十六醛等，主要是一些具有生青氣味的物質(zhì)；而在火龍果果酒中醛類物質(zhì)含量較少，主要是乙醛、3-糠醛、苯甲醛等，會賦予果酒甜香及水果香氣。酸類化合物因其閾值較高，對果酒香氣只起到助香、減少刺激及平衡的輔助作用[9]，在火龍果果酒中乙酸、己酸、辛酸、癸酸均可被檢測到。還有一些其他物質(zhì)在火龍果果酒中被檢測到如1-乙氧基-3-甲基-2-丁烯會給果酒帶來類似青水果的香氣，4-乙基愈創(chuàng)木酚會給果酒帶來類似煙熏的香氣，肉豆蔻醚會給果酒帶來類似木本的香氣等。

a-紅心火龍果果汁GC-MS總離子流;b-自制紅心火龍果果酒GC-MS總離子流;c-市售紅心火龍果果酒1 GC-MS總離子流;d-市售紅心火龍果果酒2 GC-MS總離子流圖1 紅心火龍果汁、紅心火龍果果酒及兩款市售紅心火龍果果酒GC-MS總離子流Fig.1 GC-MS total ion-current chromatogram of aroma compounds of red pitaya juice and wine

類別化學(xué)物質(zhì)物質(zhì)相對含量/(μg·L-1)火龍果汁自制火龍果果酒市售火龍果果酒1市售火龍果果酒2物質(zhì)香氣描述酯類乙酸乙酯 0.88 491.491 338.551 947.85水果、溶劑2-甲基丙酸乙酯NA 3.39 4.03 5.63水果乙酸異丁酯NA 0.78 100.36 22.90水果、甜水果丁酸乙酯NA 1.52 0.91 3.71多汁水果、白蘭地乙酸異戊酯NA 18.07 13.11 6.55香蕉己酸乙酯NA 30.53 12.05 9.34果香、大茴香乙酸己酯NANA 38.24 6.01水果、青蘋果庚酸乙酯NANA 47.48 11.22果香、白蘭地L-乳酸乙酯NA 0.87NANA果香辛酸乙酯NA 508.06 107.54 32.67水果、白蘭地己酸異戊酯NA 519.14 146.82 110.92果香癸酸乙酯NA 46.36NANA蘋果、葡萄、白蘭地辛酸異戊酯NA 2.31 4.33 2.19水果丁二酸二乙酯NANA 71.34 747.40果香、甜香癸酸異丁酯NA 1.32NANA白蘭地苯乙酸乙酯NANA 2.08 0.64花香、蜂蜜、玫瑰琥珀酸二乙酯 1.26 1.73NANA果香、煮熟的蘋果乙酸苯乙酯 3.16 3.55NANA花香、玫瑰、甜水果月桂酸乙酯NANA 2.38NA甜花、肥皂水十四酸乙酯NA 645.52 171.14 63.35紫羅蘭、鳶尾棕櫚酸乙酯 2.01NA 1.70NA果香、奶油醇類異丁醇NA 2.85NA 3.16麥芽正丁醇NANA 9.91NA雜醇、甜香醋、威士忌1-戊烯-3-醇NANA 22.56 85.84生青、綠色蔬菜

續(xù)表1

類別化學(xué)物質(zhì)物質(zhì)相對含量/(μg·L-1)火龍果汁自制火龍果果酒市售火龍果果酒1市售火龍果果酒2物質(zhì)香氣描述異戊醇NA 1.31NANA雜醇、酒精異戊烯醇NANA 4.80 6.58生青、薰衣草正己醇NANA 13.06 5.99青水果cis-2-已烯-1-醇NANA 2.51 5.95生青葉醇NANA 0.98NA生青trans-2-已烯-1-醇NANA 2.30 2.47青水果1-辛烯-3-醇NA 264.68 11.83 7.42泥土、蘑菇、生雞肉2-乙基己醇NANA 19.66 2.89柑橘熏衣草醇NA 10.79NANA草本α-松油醇NANA 3.58 2.90松油、紫丁香、木本香葉醇NANA1 032.601 309.77甜蜜花香、水果(R)-(+)-β-香茅醇NA 0.65NANA花香橙花醇NANA 2.14NA橙花柑橘玉蘭苯乙醇NANA 78.49 53.49花香、玫瑰、蜂蜜醛、酮類乙醛NANA 13.78 6.40辛辣、水果味正己醛NA 4.88NANA生青2-己烯醛NA 169.36 40.96 26.60生青(Z)-2-庚烯醛NA 65.41 2.85 3.92生青3-糠醛NANANA 4.84甜香、烘烤3-羥基-2-丁酮NANANA 2.95黃油、奶油酸類乙酸 1.47 3.39 46.36 42.12尖銳的醋酸正己酸NANA 6.12NA汗味、金屬味辛酸NA 15.26NA 5.34油膩氣息正癸酸NANA 5.49 6.71腐臭酸味烷烴類六甲基環(huán)三硅氧烷NANA 1.13NA八甲基環(huán)四硅氧烷NANA 3.12NA其他1-乙氧基-3-甲基-2-丁烯NA 4.65NA 10.58青水果玫瑰醚NANA 7.40 15.21青玫瑰、新鮮的天竺葵4-乙基愈創(chuàng)木酚NANANA 6.55煙熏培根4-乙烯基-2-甲氧基苯酚NA 111.29 131.37 51.15干木香、烤花生

注：“NA”表示未檢測到；香氣描述參考http：//flavornet.org/flavornet.html和http：//www.odour.org.uk以及參考相關(guān)文獻(xiàn)對香氣進(jìn)行描述。

2.2 基于OSME法對紅心火龍果果酒的特征香氣物質(zhì)分析

為了進(jìn)一步確定紅心火龍果果酒中的特征香氣物質(zhì)，我們采用SPME技術(shù)對紅心火龍果汁及紅心火龍果果酒中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)進(jìn)行萃取，其中一部分進(jìn)入GC-O中，利用OSME法進(jìn)行分析，另一部分分流至GC-MS中進(jìn)行檢測對比。我們挑選物質(zhì)檢測頻率≥30%，同時(shí)氣味強(qiáng)度≥3的物質(zhì)作為樣品中的特征香氣物質(zhì)[5, 9]，結(jié)果見表2。

由表2可知，在紅心火龍果汁中的特征香氣共6種，分別為乙酸異戊酯、正己醇、葉醇、苯乙醇正己醛及3-糖醛，在紅心火龍果果酒中共有的香氣化合物為乙酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯、異戊醇及正己醇，而癸酸乙酯、葉醇是實(shí)驗(yàn)室自制火龍果果酒特有的香氣物質(zhì)，丁二酸二乙酯是兩款市售火龍果果酒特有的香氣物質(zhì)。通過GC-O可以定性反映出樣品中的特征香氣物質(zhì)，但是要想具體了解每種化合物對樣品的香氣貢獻(xiàn)度，需要計(jì)算各物質(zhì)的OAV值，根據(jù)OAV的大小來確定每種物質(zhì)對樣品的貢獻(xiàn)程度。

表2 通過GC-O-MS分析鑒定出紅心火龍果汁及紅心火龍果果酒中重要香氣化合物Table 2 Identification of important aroma compounds in red pitaya juice and wine by GC-O-MS

注：“NA”表示未檢測到；香氣描述為實(shí)驗(yàn)人員所記錄的香氣描述總結(jié)所得;參考http：//flavornet.org/flavornet.html和http.//www.odour.org.uk以及參考相關(guān)文獻(xiàn)對香氣進(jìn)行描述。

2.3 基于OAV法對紅心火龍果果酒的特征香氣物質(zhì)分析

根據(jù)OSME法對紅心火龍果果酒特征香氣物質(zhì)的分析結(jié)果，利用外標(biāo)法對火龍果汁及火龍果果酒特征香氣物質(zhì)進(jìn)行定量分析，特征香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線如表3所示。

表3 紅心火龍果汁及紅心火龍果果酒中香氣化合物標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 3 Chemical standards for important aroma compounds in red pitaya juice and wine

由表3可知，各物質(zhì)校準(zhǔn)曲線在整個濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，R2均高于0.99，回收率為85%～120%，可以用于物質(zhì)定量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測得的香氣物質(zhì)含量，并查得物質(zhì)閾值來計(jì)算該物質(zhì)的OAV值，其結(jié)果如表4所示。

由表4可知，物質(zhì)濃度高不一定會對果汁或者果酒香氣具有較大的貢獻(xiàn)，物質(zhì)含量低也可對果汁或果酒整體香氣有較大的貢獻(xiàn)，這主要看該物質(zhì)在介質(zhì)中的閾值，OAV>1的化合物說明其含量高于閾值，其對于樣品整體香氣的呈現(xiàn)具有貢獻(xiàn)作用，并且OAV值越大作用越顯著[19]。在紅心火龍果汁中，正己醛(生青青水果)及苯乙醇(花香玫瑰蜂蜜)對香氣的貢獻(xiàn)程度較大(OAV>100)，雖然2種化合物在火龍果汁中含量并不是很高，但是由于其閾值較低，使得最終OAV值較大，所以這2種化合物對火龍果汁的香氣具有較大的貢獻(xiàn)；其次具有較大貢獻(xiàn)的是乙酸異戊酯(OAV>10)，會給火龍果帶來類似水果香味；正己醇(青水果)、葉醇(草青味甜瓜外皮)、糠醛(甜香)這3種化合物對火龍果的香氣也有一定的貢獻(xiàn)作用(OAV>1)；正己醛及正己醇是火龍果的特征香氣已有文獻(xiàn)報(bào)道[20-21]，而其他4種化合物對火龍果的香氣貢獻(xiàn)作用是首次提出。

紅心火龍果果酒中OAV>1的揮發(fā)性物質(zhì)共有10種，說明這些物質(zhì)對紅心火龍果果酒的香氣貢獻(xiàn)較大，其中OAV較高的物質(zhì)是己酸乙酯和乙酸異戊酯，說明這2種化合物對紅心火龍果果酒的香氣貢獻(xiàn)最大，這2種物質(zhì)會賦予火龍果果酒清新的果香氣息；其次是辛酸乙酯、乙酸乙酯、異戊醇、苯乙醇，是可以給果酒帶來類似花香、果香的的化合物。對比來看，自制火龍果果酒中的OAV值整體高于市售火龍果果酒，自制火龍果果酒中己酸乙酯、乙酸異戊酯及辛酸乙酯的OAV值均比市售火龍果果酒高出50%，說明自制火龍果果酒的果香較濃郁；癸酸乙酯及葉醇在自制火龍果果酒含量高于閾值，而在市售火龍果果酒中低于閾值，其中葉醇是具有青草氣息的物質(zhì)，同時(shí)葉醇也是火龍果汁中的特征香氣；苯乙酸乙酯和丁二酸二乙酯在市售火龍果酒中含量高于閾值而在自制火龍果果酒中含量低于閾值，這2種物質(zhì)會給果酒帶來類似花香和果香的氣息。

表4 紅心火龍果汁及紅心火龍果果酒中香氣化合物含量及其OAV值Table 4 Contents of aroma compounds and OAV value in red pitaya fruit juice and red pitaya fruit wine

注：閾值為《化合物香味閾值匯編(第二版)》中報(bào)道的物質(zhì)在不同介質(zhì)中的閾值，同時(shí)參考文獻(xiàn)中報(bào)道的化合物香氣閾值；“NA”表示未檢測到。

對比GC-O與OAV的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糠醛和正己醇在GC-O中嗅聞中具有較大的強(qiáng)度值，但其OAV值卻小于1，這是因?yàn)槿说母泄俦热魏挝锢頇z測器都更為敏感[22]，因?yàn)镺AV考慮到物質(zhì)含量及閾值，一般被認(rèn)為更能代表物質(zhì)對介質(zhì)的貢獻(xiàn)度[19]。

3 結(jié)論

本文應(yīng)用SPME-GC-MS技術(shù)，對紅心火龍果果汁及果酒中揮發(fā)性香氣物質(zhì)進(jìn)行定性分析，共確定了果汁中44種及果酒中118種香氣物質(zhì)；利用GC-O與OAV相結(jié)合的方法確定了特征香氣物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)紅心火龍果汁中特征香氣物質(zhì)有：正己醛、苯乙醇、乙酸異戊酯、正己醇、葉醇及糠醛；紅心火龍果果酒中的特征香氣物質(zhì)有：己酸乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、異戊醇、乙酸乙酯、苯乙醇、癸酸乙酯、葉醇、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯。通過GC-MS、GC-O、OAV法綜合評價(jià)紅心火龍果果酒中揮發(fā)性香氣物質(zhì)及特征香氣化合物，明晰特征香氣物質(zhì)對火龍果果酒風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度，為火龍果果酒品質(zhì)的調(diào)控和提升提供理論依據(jù)。