獼猴桃中關(guān)鍵香氣組分分析

趙 玉，詹 萍，王 鵬，田洪磊

（陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

獼猴桃（Actinidia），又名“奇異果”，原產(chǎn)于中國(guó)，目前主產(chǎn)地為東亞和新西蘭。因風(fēng)味獨(dú)特，種類眾多，營(yíng)養(yǎng)豐富深受大眾喜愛[1-2]。

香氣是獼猴桃品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。迄今為止，獼猴桃中已鑒定出多種揮發(fā)性成分，主要包括酯類、醛類和醇類[2]。早在1982年，Shiota通過同時(shí)蒸餾萃取分離出獼猴桃中的揮發(fā)性成分[3]；之后，研究焦點(diǎn)為貯存條件、成熟度以及加工方式對(duì)獼猴桃揮發(fā)性成分的影響。如Huan Chen等[4]采用靜態(tài)頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯(lián)用法分析不同濃度甲基環(huán)丙烯對(duì)其品質(zhì)及揮發(fā)性成分的影響；Garcia等[5]分析了不同成熟度與鍵合態(tài)香氣成分之間的關(guān)系；Chen Yajing等[6]發(fā)現(xiàn)獼猴桃汁在500 MPa、15 min條件下，可以減少重要成分己醛和反式-2-己烯醛的揮發(fā)。Cozzolino等[7]采用頂空固相微萃取并結(jié)合氣相色譜-四極桿質(zhì)譜聯(lián)用法分析了6 種獼猴桃中揮發(fā)性成分差異，并指出戊基呋喃是區(qū)分綠心和黃心獼猴桃的關(guān)鍵組分。眾多揮發(fā)性成分中，只有少數(shù)物質(zhì)對(duì)香氣輪廓的呈現(xiàn)起決定性作用，這些物質(zhì)稱為關(guān)鍵香氣化合物[8]。目前，多種水果中的關(guān)鍵香氣化合物已被確定，如桃、楊梅和菠蘿蜜[9-11]。然而，獼猴桃香氣研究?jī)H局限在揮發(fā)性成分分析，對(duì)關(guān)鍵香氣物質(zhì)鑒定鮮有報(bào)道，因此，本研究將在揮發(fā)性成分提取的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步鑒定獼猴桃中的關(guān)鍵香氣組分。

構(gòu)建合適的研究方法可提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，氣相色譜-嗅聞（gas chromatography-olfactometry，GC-O）法常用于關(guān)鍵組分的鑒定，利用人靈敏的嗅覺，從復(fù)雜混合物中快速有效篩選出貢獻(xiàn)較大的目標(biāo)香氣化合物[12]。GC-O分析方法一般包括頻率檢測(cè)法、香氣稀釋法和直接強(qiáng)度法。與其他2 種方法相比，頻率檢測(cè)法因操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性高和節(jié)省時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于分析[13]。此外，一些感官組學(xué)研究也用于香氣分析如香氣活性值（odor activity value，OAV）和香氣重組[14]。其中，OAV可用于評(píng)價(jià)單一組分對(duì)整體香氣的貢獻(xiàn)，一般OAV越大，其貢獻(xiàn)率越大[15]；香氣重組常用來進(jìn)一步驗(yàn)證關(guān)鍵香氣物質(zhì)確定的準(zhǔn)確性[16]。多種分析方法組合可成功鑒定出食品中的關(guān)鍵香氣成分，如荔枝、柑橘和菊花精油[17-19]。因此，本研究將采用HS-SPME法提取分離4 種獼猴桃中的揮發(fā)性成分；采用GC-O并結(jié)合OAV鑒定關(guān)鍵香氣物質(zhì)；最后通過香氣重組進(jìn)一步驗(yàn)證這些物質(zhì)確定的準(zhǔn)確性。研究將為獼猴桃香氣評(píng)價(jià)以及獼猴桃汁的加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實(shí)驗(yàn)所用獼猴桃品種分別為美味獼猴桃（Actinidia deliciosa）翠香（CX）、徐香（XX）和秦美（QM）以及中華獼猴桃（A. chinensis）華優(yōu)（HY）。當(dāng)商業(yè)采摘期時(shí)（可溶性固形物為7～8 °Brix），于陜西周至相同種植園采摘，采摘結(jié)束后即刻運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，用于后續(xù)分析。選取無任何物理損傷且大小均一的整果于室溫下放置至理想可食階段即可溶性固形物分別達(dá)到CX 15～18 °Brix、XX 15～17 °Brix、QM 14～16 °Brix以及HY 13～15 °Brix。然后，將獼猴桃整果清洗并去皮，在低速條件下榨汁，得到獼猴桃果泥，用于后續(xù)分析。

正構(gòu)烷烴（C7～C40）、1,2-二氯苯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、己酸甲酯、己酸乙酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、己醛、3-己烯醛、反式-2-己烯醛、辛醛、反式-2-癸烯醛、癸醛、反式-2-壬烯醛、反式-2-己烯-1-醇、己醇、3-己烯-1-醇、1-辛烯-3-醇、4-萜烯醇、檸檬烯、二甲基硫化物和1-戊烯-3-酮標(biāo)準(zhǔn)品 Sigma-Aldrich上海有限公司；氯化鈉（分析純） 上海試四赫維化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PL202-L電子天平 梅特勒-托利多上海有限公司；JYZ-V5榨汁機(jī) 濟(jì)南九陽公司；RF15 extech手持折光儀 上海默威生物科技有限公司；手動(dòng)SPME進(jìn)樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭、7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Supelco公司；DB-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國(guó)Agilent公司；9100嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME提取

8 g獼猴桃果泥置于20 mL頂空瓶中，同時(shí)加入1.6 g氯化鈉和1 μL溶于甲醇的內(nèi)標(biāo)物1,2-二氯苯（1.306 μg/μL），立即用聚四氟乙烯/硅橡膠隔墊密封。隨后，將頂空瓶置于磁力攪拌器中，于40 ℃平衡20 min，緊接著用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭吸附萃取30 min。萃取結(jié)束后，立即于GC進(jìn)樣口進(jìn)行熱解吸（250 ℃，5 min）。

1.3.2 GC-MS分析

GC條件：DB-WAX色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；整個(gè)過程采用無分流模式，載氣為氦氣（純度＞99.999%），流速1.5 mL/min。升溫程序：起始溫度40 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至120 ℃，保持10 min，再以相同的速率升至220 ℃并保持5 min。

MS條件：電子電離源；質(zhì)量掃描范圍m/z30～450；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃。

定性方式：將化合物的質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST14比對(duì)；C7～C40正構(gòu)烷烴以樣品相同升溫程序分析，根據(jù)正構(gòu)烷烴結(jié)果計(jì)算化合物的Kováts保留指數(shù)（Kováts index，KI），且與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較；KI按式（1）計(jì)算；在相同GC-MS程序下，與標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間進(jìn)行比對(duì)。

式中：tx為物質(zhì)x的保留時(shí)間/min；tn和t（n+1）分別為n個(gè)烷烴碳原子和（n+1）個(gè)烷烴碳原子的保留時(shí)間/min。

1.3.3 GC-O分析

GC設(shè)備上連有9100嗅聞儀，GC-MS條件同1.3.2節(jié)。GC流出物以1∶1比例分別進(jìn)入質(zhì)譜和嗅聞口。嗅聞傳輸線為失活且無涂層的熔融二氧化硅毛細(xì)管。為防止因長(zhǎng)時(shí)間嗅聞造成鼻孔干燥，以40 mL/min速率在嗅聞口通入濕

空氣。

頻率檢測(cè)法用于GC-O分析，選取8 位有感官評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員組成評(píng)價(jià)小組，包括4 男4 女，平均年齡在25 歲。為了提高評(píng)價(jià)人員對(duì)獼猴桃氣味的敏感性，采用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)評(píng)價(jià)人員進(jìn)行培訓(xùn)。評(píng)價(jià)過程中，要求評(píng)價(jià)人員快速準(zhǔn)確地記錄氣味特征及流出物的開始和結(jié)束時(shí)間。最終，以每種物質(zhì)被嗅聞到的總次數(shù)作為檢測(cè)頻率（detection frequency，DF），DF不小于4的物質(zhì)（即8 人中有4 人以上感知到氣味信息）視為重要的香氣化合物。

1.3.4 定量分析

參照文獻(xiàn)[17]的方法，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量。選取1,2-二氯苯為內(nèi)標(biāo)物，用甲醇稀釋1 000 倍，4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。將GC-O中DF不小于4的香氣物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定量。采用甲醇作為溶劑，將目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)物的濃度比配制5 個(gè)不同梯度，按照1.3.1節(jié)和1.3.2節(jié)方法進(jìn)行分析。以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)物的濃度比為橫坐標(biāo)，以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算香氣物質(zhì)的含量。

1.3.5 OAV計(jì)算

查閱化合物在水中的閾值，在定量的基礎(chǔ)上按式（2）計(jì)算每種物質(zhì)的OAV：

式中：Cx為物質(zhì)x的含量/（μg/kg）；OTx為物質(zhì)x在水中的閾值/（μg/kg）。

1.3.6 感官評(píng)價(jià)

參考文獻(xiàn)[20-21]對(duì)重組模型與獼猴桃樣本進(jìn)行感官分析。首先，組織評(píng)價(jià)人員討論獼猴桃香氣屬性；然后，將獼猴桃樣品以及GC-O分析中具有典型香氣特征的標(biāo)準(zhǔn)品隨機(jī)編號(hào)呈現(xiàn)給評(píng)價(jià)人員，經(jīng)過反復(fù)討論篩選直到所有成員對(duì)獼猴桃香氣屬性選擇無異議為止；最后，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及評(píng)價(jià)人員討論結(jié)果，最終確定出獼猴桃的5 個(gè)代表性香氣屬性：果香味、青草味、香甜味、黃瓜味以及刺激性氣味。這些屬性的參照物具體分別為果香味（1.4 μL/L己酸乙酯）、青草味（40 μL/L 3-己烯醇）、刺激性氣味（大蒜）、香甜味（蜂蜜）以及黃瓜味（黃瓜）。待感官評(píng)價(jià)詞確定，采用9 分制法進(jìn)行評(píng)價(jià)，即0為無此種香氣，9為此種香氣最強(qiáng)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值作為最終的感官得分。

1.3.7 香氣重組

參考文獻(xiàn)[17]，以超純水為基質(zhì)，用檸檬酸和蔗糖將基質(zhì)調(diào)節(jié)成與4 種獼猴桃具有相同可溶性固形物和pH值的溶液作為模擬體系。然后，將OAV不小于1的香氣物質(zhì)根據(jù)定量結(jié)果加入到各自的模擬體系中。最后，樣品隨機(jī)編碼，進(jìn)行感官評(píng)定，評(píng)定方法參照1.3.6節(jié)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Origin 2018軟件繪制雷達(dá)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 4 種獼猴桃的HS-SPME-GC-MS及GC-O分析

4 種獼猴桃之間揮發(fā)性成分種類及含量差異較大，共分離鑒定出56 種揮發(fā)性成分，包括19 種酯、16 種醛、13 種醇和8 種其他類。其中，評(píng)價(jià)人員通過嗅聞共感知到23 種物質(zhì)，4 個(gè)樣本CX、XX、QM和HY分別感知到20、17、18 種和16 種香氣化合物，采用標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST14、KI及標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)它們進(jìn)行定性。

酯類對(duì)獼猴桃香氣輪廓的形成具有重要作用。從表1可以看出，此類物質(zhì)主要呈現(xiàn)濃郁的果香和甜香；此外，苯甲酸甲酯和苯甲酸乙酯還具有花香氣息。DF值通?？梢苑从澄镔|(zhì)在樣品中的香氣強(qiáng)度[13]。丁酸乙酯在4 個(gè)樣本中皆呈現(xiàn)強(qiáng)烈的果香味（DF=8），相關(guān)研究表明該物質(zhì)是獼猴桃中的重要香氣成分[7,22-23]，與本研究結(jié)果一致，推測(cè)此物質(zhì)對(duì)獼猴桃香氣輪廓的形成起重要作用。同樣，己酸乙酯在所有樣本中皆被檢出，但CX與QM中具有相同的DF值，在HY中DF值最高（DF=8）。丁酸丁酯呈現(xiàn)較高的DF值（DF=6），但它只存在于HY中。苯甲酸乙酯以相同的DF值（DF=4）同時(shí)存在于CX和QM中。綜上分析，不同品種獼猴桃中重要酯類香氣組分的種類及香氣強(qiáng)度具有差異性；由于酯類是果香味以及甜香的重要貢獻(xiàn)者，因此推測(cè)它們之間的差異性是造成不同品種獼猴桃果香味以及甜香不同的重要原因。

醛類是獼猴桃中的一類關(guān)鍵香氣物質(zhì)，根據(jù)其香氣特征，大致可以分為3 類：青草及綠草味、橘子清香類以及黃瓜香和果香。其中，具有青草及綠草香氣特征的物質(zhì)包括己醛、3-己烯醛、反式-2-己烯醛和反式-2-壬醛。除反式-2-壬醛，這些物質(zhì)皆為C6不飽和醛，根據(jù)文獻(xiàn)[24]，它們主要是亞油酸和亞麻酸通過脂肪氧合酶途徑生成的。也有研究報(bào)道C6醛是獼猴桃中關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)，具有明顯的青草氣息[2]。特別指出的是，這些C6不飽和醛在4 個(gè)樣本中都有檢出且呈現(xiàn)強(qiáng)烈的青草味，尤其是反式-2-己烯醛在4 個(gè)樣本中皆具有最高的DF值（DF=8）。此外，呈現(xiàn)橘子清香的物質(zhì)包括辛醛和反式-2-癸醛，它們只存在于CX和QM樣本中，且反式-2-癸醛的DF值比較低。順,反-2,6-壬二烯醛呈現(xiàn)典型的黃瓜味，此物質(zhì)已在多種水果中被檢出如柿子、西瓜汁和甜瓜[13,25-26]，它存在于所有樣本中，可能也是構(gòu)成獼猴桃香氣的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。癸醛是唯一呈現(xiàn)果香的醛類，存在于所有樣本中。

5 種醇類通過嗅聞被感知到，分別為反式-2-己烯醇、己醇和3-己烯醇（青草味）、1-辛烯-3-醇（蘑菇味）、4-萜品醇（綠草味，脂味）。其中，己醇在所有樣品中都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的青草特征，DF值均為8。具有典型蘑菇氣味的1-辛烯-3-醇常在水果中被檢出如桑葚和西瓜[27-28]，它在CX和HY中具有較強(qiáng)的氣味信息。除了酯類、醛類及醇類，有些烯烴類、酮類以及硫化物也對(duì)獼猴桃風(fēng)味的形成起重要作用。檸檬烯具有檸檬香氣；二甲基硫醚是唯一一種硫化物，具有刺激性氣味，只在XX中檢出；與二甲基硫醚相似，1-戊烯-3-酮也呈現(xiàn)刺激性氣味，是所有樣品中一種重要的香氣化合物。

綜上所述，多種具有不同香氣特征的化合物單體組合形成獼猴桃特定香氣，這些物質(zhì)的存在使獼猴桃風(fēng)味更加濃郁。為了確定各個(gè)物質(zhì)對(duì)獼猴桃香氣的貢獻(xiàn)程度，本研究將結(jié)合OAV分析進(jìn)一步篩選獼猴桃關(guān)鍵香氣物質(zhì)。

表14 種獼猴桃中GC-O鑒定的香氣活性成分（DF≥4）Table 1 Aroma-active compounds (DF ≥ 4) identified in four varieties

2.2 重要香氣物質(zhì)的OAV分析

在精確定量的基礎(chǔ)上（表2），進(jìn)行OAV分析，OAV可用于評(píng)價(jià)香氣化合物對(duì)整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)。一般，OAV越大對(duì)樣品貢獻(xiàn)越大；當(dāng)OAV≥1時(shí)，該物質(zhì)可視為關(guān)鍵香氣化合物[29]。如表3所示，CX、XX、QM和HY分別有16、15、14 種和13種OAV不小于1的物質(zhì)。其中，丁酸乙酯在4 種獼猴桃中OAV均最大，分別為737.07、90.54、786.56和581.58，表明此物質(zhì)對(duì)獼猴桃香氣的貢獻(xiàn)最大，是一種重要的特征風(fēng)味物質(zhì)。CX中，苯甲酸乙酯、3-己烯醇和4-萜品醇的閾值分別為60、70 μg/kg和340 μg/kg[27,34,37]，它們因其高閾值致使OAV不大于1。雖然順,反-2,6-壬二烯醛的含量極少（0.72 μg/kg），但由于極低的香氣閾值（0.02 μg/kg），因此它也是CX中的關(guān)鍵香氣化合物，對(duì)香氣輪廓的形成起重要作用。與之類似的還有3-己烯醛、辛醛、癸醛以及反式-2-壬醛均具有低閾值，OAV較高，因此，這些物質(zhì)也被認(rèn)為是CX中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)。XX中，丁酸乙酯OAV最大，其次丁酸甲酯（48.90），己醇（9.93）和順,反-2,6-壬二烯醛（26.50）的OAV相對(duì)較大，對(duì)XX風(fēng)味輪廓形成同樣起重要作用。Bartley等[30]報(bào)道一些含硫成分如二甲基硫醚和三硫化物也是獼猴桃中的重要成分。然而，本研究?jī)H發(fā)現(xiàn)一種含硫物即二甲基硫醚且將它確定為XX中的關(guān)鍵香氣化合物（OAV＞1），這可能是由不同品種及不同產(chǎn)地引起的。QM中，丁酸甲酯（50.49）、順,反-2,6-壬二烯醛（74.50）和3-己烯醛（34.64）的OAV較大，是QM香氣輪廓的重要組成部分。HY中，丁酸乙酯、己醇以及順,反-2,6-壬二烯醛的OAV較大；己酸甲酯、反式-2-己烯醇以及3-己烯醇的OAV小于1，因此推測(cè)這些物質(zhì)對(duì)HY風(fēng)味輪廓的形成影響較小。綜上分析，不同香氣物質(zhì)對(duì)獼猴桃香氣的貢獻(xiàn)程度不同。此外，不同品種獼猴桃關(guān)鍵香氣物質(zhì)具有一定的相似性和差異性，因此造成不同品種獼猴桃風(fēng)味的普遍性及各自的獨(dú)特性。

表2 4 種獼猴桃中重要香氣成分定量標(biāo)準(zhǔn)曲線及含量Table 2 Quantitative standard curves and mean contents of aroma compounds in four varieties

表3 不同獼猴桃香氣成分OAVTable 3 OAV values of aroma compounds in different kiwifruit varieties

2.3 香氣重組分析

香氣重組是進(jìn)一步驗(yàn)證關(guān)鍵香氣物質(zhì)鑒定準(zhǔn)確性的重要方法[31]。將各樣本中OAV不小于1的物質(zhì)根據(jù)實(shí)測(cè)濃度添加到模擬體系中，形成重組模型。以實(shí)際獼猴桃樣本作為對(duì)照，選取獼猴桃代表性的香氣屬性（果香、青草味、甜香、黃瓜味以及刺激性氣味）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)重組模型進(jìn)行打分，結(jié)果如圖1所示。4 種獼猴桃均有強(qiáng)烈的果香和青草香，因此，這2 種香氣可看作是它們的主導(dǎo)香氣。總體上看，重組模型中這2 種屬性的香氣強(qiáng)度均稍弱于實(shí)際樣本，而黃瓜味和刺激性氣味則呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)。圖1可以直觀顯示出模擬效果，重組模型與原樣本的香氣輪廓均具有一定的相似性，表明重組模型成功表現(xiàn)出各獼猴桃樣本中的香氣，說明成功鑒定出各樣本中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驈膹?fù)雜的揮發(fā)性成分中快速鎖定研究目標(biāo)，為獼猴桃香氣品控提供理論依據(jù)。

圖1 4 個(gè)樣本與重組模型香氣輪廓對(duì)比Fig. 1 Aroma profiles of four samples and reconstitution model

3 結(jié) 論

本研究采用GC-O頻率檢測(cè)法和OAV分析并結(jié)合香氣重組，對(duì)不同品種獼猴桃的關(guān)鍵香氣成分進(jìn)行分析。CX、XX、QM和HY通過GC-O各鑒定出20、17、18 種和16 種目標(biāo)香氣化合物。其中，丁酸乙酯在4 種獼猴桃中均呈現(xiàn)強(qiáng)烈的果香味。此外，C6不飽和醛和醇呈現(xiàn)典型的青草味。CX、XX、QM和HY中OAV大于1的特征香氣成分各有16、15、14 種和13 種，共有關(guān)鍵組分為丁酸乙酯、己酸乙酯、C6不飽和醛、癸醛、反式-2-壬醛、順,反-2,6-壬二烯醛、己醇、1-辛烯-3-醇和1-戊烯-3-酮。除上述物質(zhì)外，丁酸甲酯、己酸甲酯、苯甲酸甲酯、辛醛、反式-2-己烯醇也是CX中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)；丁酸甲酯、3-己烯醇、檸檬烯和二甲基硫醚也為XX中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)；同樣，丁酸甲酯、己酸甲酯和辛醛確定為QM中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)；丁酸丁酯和檸檬烯為HY中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)。本研究成功確定出4 種獼猴桃中的關(guān)鍵香氣成分，可為獼猴桃品質(zhì)調(diào)控提供參考。