基于HS-SPME-GC-MS和電子鼻技術研究不同肉質桃子采后貯藏期的香氣成分

范 霞，崔心平

（南京農業(yè)大學食品科技學院，江蘇 南京 210095）

桃果肉質地可分為溶質型和Stony hard型，其中溶質型又分為軟溶質、硬溶質和不溶質3 種類型，其中鮮食桃品種大多為軟溶質和硬溶質[1-3]。香氣是桃果實品質評價的主要指標之一[4-5]，果實香氣能客觀反映水果的風味特點及成熟度，不同桃品種的香氣物質種類和含量均不同。

近年來，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯用儀對桃果實中揮發(fā)性物質的檢測技術越來越成熟。水果中的芳香物質是由大量揮發(fā)性香氣組成的復雜混合物[6-14]，主要分為酯類、醇類、醛類、內酯類、萜類、酚類、烷烴類和一些含硫化合物。這些風味物質有些氣味濃郁，有些氣味清淡，有些甚至無味。根據人們對不同香氣成分的感官效果，又分為果香型、青香型、木香型、辛香型和醛香型[15]。隨著消費者對水果品質要求的提高，風味品質評價日益成為研究熱點。李楊昕等[16]研究了“大久?！碧易釉诔刭A藏過程特征香氣的變化，通過對桃果實中揮發(fā)性物質的成分分析發(fā)現，青草型香氣成分與花香型香氣成分的比值越低，果實的風味越濃郁。青草型香氣與花香型香氣的比值可能決定了桃果實的風味。電子鼻作為無損檢測手段，在水果品質與質量安全控制領域得到了廣泛應用[17-19]，它能快速將揮發(fā)性有機樣品的混合物進行整體識別，用于監(jiān)測氣味指紋及其變化。蘇明申等[20]應用電子鼻研究了19 個桃品種間果實香氣的差異，不同品種的桃果實利用判別因子分析可得到有效區(qū)分。楊勇等[21]比較了不同肉質桃品種常溫條件下的貯藏特性，研究結果發(fā)現硬溶質肉質型桃子在貨架期可溶性固形物和可溶性糖含量較高，商業(yè)價值和貯藏效果較好。陳星星等[22]研究了不同肉質型桃果實在成熟過程中乙烯生物合成相關基因的表達及品質差異，實驗結果表明硬溶質型桃果實的成熟軟化速度明顯低于軟溶質型，更有利于采后貯藏和延長貨架期。目前有關不同肉質型桃子的研究主要應用在果實軟化機制、貯藏特性等領域，較少應用在采后貯藏期香氣變化研究。

本研究以3 種不同肉質類型（Stony hard型、軟溶質、硬溶質）桃子為實驗材料，采用HS-SPME-GC-MS技術對其貯藏期香氣物質進行定性定量分析，并結合電子鼻探究桃子在采后貯藏期的香氣差異，以期為不同肉質桃子在貨架期的香氣品質評價以及在生產實踐育種栽培提供一定的基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3-辛醇（GC純度≥98%） Sigma-Aldrich（上海）貿易有限公司；“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”3 個品種桃子（8 成熟）分別于2019年6月26日、2019年7月5日、2019年7月15日采收自江蘇省農科院桃實驗園。

1.2 儀器與設備

7890A-5975C GC-MS聯用儀 美國Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS手動SPME進樣器 美國 Supelco公司；PEN3便攜式電子鼻 德國Airsense 公司；KHD-151E磁力攪拌器 上海精鑿科技有限公司； XP105DR分析天平 美國梅特勒-托利多公司；TMSPro物性分析儀 美國FTC公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME-GC-MS法對桃子香氣成分分析

3 個品種的桃子20 ℃敞口貯藏8 d，每隔2 d取樣。將桃子果肉破碎打漿混勻后，準確稱取5.0 g，放入20 mL的頂空瓶中，加入氯化鈉固體2.0 g促進香氣揮發(fā)，加入10 μL 80 ng/mL的3-辛醇溶液作為內標，在40 ℃攪拌10 min，將250 ℃預先老化5 min的固相微萃取頭插入頂空瓶內樣品上方，萃取40 min后取出，立即插入GC-MS儀器進樣口，250 ℃解吸附5 min。

GC條件：色譜柱為HP-5MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口溫度250 ℃；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持4 min，先以1 ℃/min升溫至60 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min升溫至120 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min升溫至240 ℃，保持5 min；載氣為氦氣（純度99.999%），流量為1.0 mL/min；采用不分流模式進樣。

MS條件：電子電離源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；輔助加熱溫度250 ℃。

利用NIST2008質譜數據庫并結合人工解析選擇匹配度不小于80的峰確定各化學成分，以3-辛醇作為內標進行相對含量計算。

1.3.2 電子鼻對桃子采后貯藏期主成分分析（principal component analysis，PCA）

將單個桃子樣品置于500 mL燒杯中，用雙層保鮮膜封口，20 ℃靜置30 min后開始用電子鼻檢測，選取大小均勻、成熟度基本一致的桃子樣品進行10 次平行測量分析。

電子鼻測定條件：電子鼻設備由10 根金屬氧化物傳感器組成，傳感器清洗時間60 s；歸零時間10 s；樣品準備時間5 s；采樣時間120 s，潔凈空氣為載氣，載氣流量200 mL/min，進樣流量200 mL/min。

1.3.3 桃子采后貯藏期硬度變化

將桃子縫合線兩側果面去皮，采用P/6型號探頭進行壓縮，測試速度60 mm/min，觸發(fā)力0.3 N，形變量20%。同一肉質型的桃子每天選取15 個果實測其硬度，取平均值，20 ℃連續(xù)測定8 d。

1.4 數據分析

數據采用SAS v8軟件進行統(tǒng)計處理，顯著性差異采用Duncan多重比較檢驗，P＜0.05，差異顯著。采用電子鼻儀器自帶Winmuster軟件對數據進行PCA和載荷分析（loading analysis，LOA）。

2 結果與分析

2.1 HS-SPME-GC-MS檢測桃子貯藏期風味物質

利用HS-SPME-GC-MS方法從3 種不同肉質型桃子共檢測出45 種香氣物質，根據官能團種類主要分為醛類、酯類、醇類、酮類、內酯類、萜烯類和烷類化合物，結果見表1?！跋即唷辟A藏期共檢測出40 種香氣物質，醛類7 種，醇類5 種，酯類9 種，酮類6 種，內酯3 種，萜烯類3 種，烷類7 種，貯藏采摘當天總離子流圖見圖1?！跋紩?號”貯藏期共檢測出27 種香氣物質，醛類5 種，醇類3 種，酯類6 種，酮類2 種，內酯3 種，萜烯類5 種，烷類3 種?！昂懊勐丁辟A藏期共檢測出17 種香氣物質，醛類4 種，醇類3 種，酯類4 種，酮類2 種，內酯4 種。隨著貯藏期的延長，桃子香氣物質呈動態(tài)變化，一方面受到品種遺傳基因的影響，另一方面與外界環(huán)境如溫度、光照等因素變化相關。不同品種桃子貯藏期香氣物質的組成與含量存在較大差異。在整個貯藏期內，Stony hard型桃子“霞脆”檢測出的香氣物質種類最多，其次是硬溶質型桃子“霞暉6號”，軟溶質型桃子“湖景蜜露”檢出的香氣物質種類最少。在第0、2、4天時，“霞暉6號”檢出的香氣物質種類均多于“湖景蜜露”， 而在第6、8天時，“湖景蜜露”所測香氣物質種類多于“霞暉6號”，結果見圖2。

圖1 “霞脆”貯藏期總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of aroma compounds in “Xiacui” peach fruit during storage

圖2 3 種肉質桃子貯藏期香氣物質種類Fig. 2 Changes in number of aroma compounds in peach fruit from each flesh type during storage

在整個貯藏期間，3 種不同溶質桃子的醛類物質含量占整體香氣成分的比重最大。桃子貯藏前期，青香型揮發(fā)物C6醇和C6醛類是主要的香氣物質組分。隨著貯藏時間的延長，3 種肉質桃子的醇類、醛酮類物質含量逐漸降低。芳樟醇屬于花香型香氣成分[23]，在成熟果實中達到最大含量?！跋即唷痹谫A藏第4天芳樟醇含量達到最高值48.23 μg/kg，“霞暉6號”在貯藏第4天芳樟醇含量達到最高值59.50 μg/kg，“湖景蜜露”在貯藏第2天芳樟醇含量達到最高值57.19 μg/kg。Horvat等[24]將青草型香氣物質己醛、反-2-己烯醛、苯甲醛，花香型香氣物質芳樟醇、γ-癸內酯5 種化合物定為桃果實主要呈味物質。將桃子青草型香氣含量與花香型香氣含量進行比較，如兩者的比值越低，則果實的風味越濃郁[16]?！跋即唷焙汀跋紩?號”均在貯藏第4天時比值降為最低，分別為4.29、4.35。軟溶質型桃子“湖景蜜露”在貯藏第2天比值降為最低值5.77，此時桃果實風味最濃。

酯類物質通常具有果香型氣味，是桃子成熟果實香味的主要物質基礎。桃果實中的酯類芳香物質主要來源于脂肪酸途徑[25]，成熟桃果實芳香物質主要為乙酸己酯、(E)-2-己烯酯等直鏈酯類化合物[26]。由表1可知，“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”中乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯含量均隨著貯藏時間的延長不斷增加?！跋即唷?、“霞暉6號”、“湖景蜜露”采后貯藏期分別檢出9、6、4 種酯類物質。丁酸丁酯、肉豆蔻酸異丙酯、cis-15-十四酸甲酯僅在Stony hard型桃子“霞脆”中檢出。3 種不同溶質桃子共有的酯類有4 種，分別是乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸葉醇酯、鄰苯二甲酸二異丁酯。酯類物質的產生是由醇類物質、羧酸和?；o酶A在?；D移酶（alcohol acyl transferase，AAT）的作用下酯化而成，果實中酯類物質的不同取決于AAT活性和底物的專一性[27]。不同品種桃果實酯類芳香物質在貯藏期的含量差異明顯。當貯藏至第8天時，“霞脆”酯類含量達160.27 μg/kg。“霞暉6號”酯類物質含量采后第4天達到最高，為136.08 μg/kg，“湖景蜜露”酯類化合物在第6天含量達到91.30 μg/kg。

表1 3 種肉質桃子貯藏期香氣成分含量變化Table 1 Changes in aroma compounds of peach fruit from three different flesh types during storage μg/kg

內酯類物質是桃香氣的主要貢獻化合物，能賦予果實“桃味”特征，γ-癸內酯和δ-癸內酯賦予桃果實強烈的果香味[28-29]。3 種不同溶質的桃子在貯藏期都檢測出了 γ-己內酯和γ-癸內酯?！跋即唷薄ⅰ跋紩?號”、“湖景蜜露”γ-癸內酯在貯藏第6、4、2天達到最大值，含量分別為17.40、22.49、6.22 μg/kg。

“霞脆”和“霞暉6號”貯藏期分別檢測出3、5 種萜類物質，而軟溶質型桃子“湖景蜜露”則未檢出。

“霞脆”在貯藏期檢測出的烷類物質種類和含量明顯高于其他2 種肉質的桃子，含量較高的烷類有十四烷、十七烷、二十六烷。在桃果實內，烷類物質可利用香氣合成等途徑進行轉化，從而對果實的香氣起一定的作用。

2.2 3 種不同肉質型桃子貯藏期的PCA

圖3為電子鼻技術分析“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”3 種不同肉質型桃子在貯藏期風味物質的PCA圖。其中“霞脆”PC1的貢獻率為90.54%，PC2的貢獻率為4.73%，總貢獻率達95.27%，說明主要是PC1對貯藏期區(qū)分起作用，由圖3a可知，從第5天起至第8天，隨著貯藏期延長，PC1貢獻逐漸變大?！跋紩?號”PC1和PC2的貢獻率分別為96.62%和2.43%，總貢獻率達99.05%，結果見圖3b?！昂懊勐丁盤C1和PC2的貢獻率分別為88.49%和9.35%，累計貢獻率達97.84%，結果見圖3c。PCA結果表明3 種不同肉質型桃子采后當天與貯藏期第8天之間能很好地區(qū)分開，完全沒有重疊，主要是PC1對桃子貯藏期區(qū)分起作用。從PCA圖可知，3 種肉質型桃子的2 個PC貢獻率均超過85%，因此降維有效，能夠反映樣品的主要特征信息[30]。3 種不同溶質的桃子在貯藏期間樣品數據點均沒有重疊，說明在貯藏期桃子揮發(fā)的氣味不同。結合HS-SPME-GC-MS可知，桃子的揮發(fā)性風味物質的含量、種類會隨著貯藏時間的延長而發(fā)生變化。因此，利用電子鼻能夠準確識別出不同貯藏時間桃子的特征氣味，并對其進行準確區(qū)分。

圖3 3 種肉質桃子貯藏期PCA圖Fig. 3 PCA plots discriminating aroma composition in three different peach flesh types during storage

2.3 3 種不同肉質型桃子貯藏期的LOA

利用LOA可以區(qū)分當前模式下傳感器的相對重要性，若傳感器的響應值越偏離零，則該傳感器在識別中作用較強，即為識別傳感器，反之，如果響應值接近零，則該傳感器識別力可以忽略[31]。圖4A為“霞暉6號”傳感器貢獻率分析，總貢獻率為99.05%。其中，傳感器W1S（對甲烷類物質最為靈敏）、W1C（對芳香苯類敏感）、W3C（對芳香成分、氨類敏感）、W5C（對短鏈烷烴敏感）、W1W（對硫化氫敏感）對“霞暉6號”不同貯藏期香氣響應值較大，為特征傳感器。選擇這5 根傳感器進行實驗，結果見圖4B，貢獻率高達99.54%。圖5A為“霞脆”貯藏期傳感器貢獻率，PC1和PC2的貢獻率分別為90.54%、4.73%，總貢獻率為95.27%。識別傳感器為W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W（對硫化氫類敏感）的總貢獻率如圖5B所示，其他4 根傳感器貢獻率可以忽略不計，總貢獻率為98.43%。圖6A為“湖景蜜露”貯藏期傳感器貢獻率，總貢獻率為97.84%，其中PC1貢獻率88.49%，遠大于PC2的9.35%。傳感器W1S對PC1的貢獻率最大，傳感器W5C、W3C、W1C對PC2的貢獻率較大。只選擇這4 根傳感器對“湖景蜜露”貯藏期進行氣味區(qū)分，貢獻率高達99.96%，結果見圖6B，說明“湖景蜜露”桃子在貯藏期的香氣主要由這4 種傳感器區(qū)分。3 種不同肉質型桃子在貯藏期對其香氣物質起主要識別作用的傳感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。不同品種桃果實在貯藏期所散發(fā)的香氣組分有差異可能是由于果實發(fā)育時間、所處環(huán)境不同，從而導致果實芳香組分種類、含量有所差異。

圖4 “霞暉6號”貯藏期傳感器貢獻率分析Fig. 4 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiahui 6” peach fruit during storage

圖5 “霞脆”貯藏期傳感器貢獻率分析Fig. 5 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiacui” peach fruit during storage

圖6 “湖景蜜露”貯藏期傳感器貢獻率分析Fig. 6 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Hujingmilu” peach fruit during storage

2.4 3 種肉質型桃子在貯藏期硬度變化

3 種肉質類型桃子硬度在采后20 ℃貯藏過程中呈下降趨勢（圖7）。Stony hard型桃子“霞脆”采后當天硬度為87 N，在采后貯藏過程中硬度下降幅度較低，保持較高的硬度，在第8天硬度下降了32.18%。“霞暉6號”采后3 d迅速軟化，果實硬度下降至13 N，第4～8天平緩下降。軟溶質型桃子“湖景蜜露”在采后當天硬度為30 N，貯藏至第2天果實硬度快速下降至9 N，從第3～8天硬度下降較緩慢。結合GC-MS分析結果，“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”分別在第4、4、2天風味最濃。因此，“霞脆”在第4天食用最佳，“霞暉6號”、“湖景蜜露”均在采后第2天食用最佳。在整個貯藏期內，“霞脆”一直保持較高的硬度。硬度高的果實耐貯運性強，更有利于采后貯藏和延長貨架期[32]。

圖7 “霞脆”（A）、“霞輝6號”（B）、“湖景蜜露”（C）桃果實 20 ℃貯藏條件下硬度的變化Fig. 7 Changes in fruit hardness of different peach flesh types during storage at 20 ℃

3 結 論

采用HS-SPME-GC-MS結合電子鼻技術對3 種不同溶質桃子貯藏期的香氣成分進行研究，結果表明在桃子成熟期前，青香型的C6醛類、醇類占主要地位，成熟期桃子主要的風味物質是酯類，不同貯藏期桃子的香氣成分種類及含量存在差異。Stony hard型桃子“霞脆”貯藏期檢測出的香氣物質種類最多，其次是硬溶質型桃子“霞暉6號”，軟溶質型桃子“湖景蜜露”所檢出的香氣物質種類最少。硬度與GC-MS測定結果分析“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”分別在第4、2、2天達到最佳食用期。本實驗中電子鼻技術能有效區(qū)分不同溶質桃子在貯藏期的品質變化，PCA能準確區(qū)分開不同貯藏時間的桃子。根據LOA可知，3 種不同肉質型桃子在貯藏期對其香氣物質起主要識別作用的傳感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。因此，本研究中HS-SPMEGC-MS結合電子鼻技術較好地呈現了3 種肉質型桃子貯藏期的香氣品質差異。未來將結合感官評價進一步研究桃子在貯藏期的品質變化。