甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律

李國琰，張 雁，廖 娜，鄧媛元，王智明，李巧玲，王 蒙，黃成宜

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；2.河北科技大學(xué)食品與生物學(xué)院，河北 石家莊 050018；3.廣東天之源農(nóng)業(yè)科技有限公司，廣東 江門 529100）

甜玉米是由于控制淀粉合成的基因發(fā)生突變，導(dǎo)致胚乳中淀粉合成受阻、可溶糖含量增加的一類玉米[1]，常在乳熟期采收，食用時有較高的甜味[2]。作為一種天然的全谷物食品，甜玉米中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、可溶性糖、膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)及多酚類生物活性物質(zhì)，具有降血壓、降血脂、預(yù)防癌癥、調(diào)整腸道、防便秘、保護(hù)視力等健康效應(yīng)[3]。

隨著生活水平的持續(xù)提高，消費(fèi)者不僅注重食品的營養(yǎng)價值和安全問題，也希望獲得感官的愉悅。甜玉米因其清新獨(dú)特的風(fēng)味深受消費(fèi)者喜愛，揮發(fā)性風(fēng)味是體現(xiàn)甜玉米食用和加工品質(zhì)的重要指標(biāo)[4]。近年來，甜玉米加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化得到了廣泛研究，牛麗影等[5]研究表明燙漂處理可以抑制甜玉米中醛類、醇類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的生成；Lee[6]對比了新鮮甜玉米和甜玉米罐頭中揮發(fā)性風(fēng)味成分的差異，在甜玉米罐頭中新檢出2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,6-二甲基吡嗪；肖亞冬等[7]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米經(jīng)高溫處理后芳香烴類化合物含量增加、酯類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量降低；Bills等[8]發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓蒸汽處理二甲基硫醚、乙醛、丙酮等揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量顯著增加。除了加工工藝的影響，甜玉米原料揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成及含量也是影響其加工產(chǎn)品感官品質(zhì)的重要因素。Hadi等[9]認(rèn)為果實(shí)中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與成熟度有關(guān)。糯玉米生長、成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究已有相關(guān)報道，吳建平等[10]研究表明授粉初期糯玉米中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的相對含量最高，隨著采收期的延長相對含量顯著下降，其中，己醛和己醇分別是糯玉米生長過程中相對含量最高的醛類、醇類化合物。明建等[11]發(fā)現(xiàn)隨成熟度的增加，糯玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量呈先增加后減少的趨勢。而關(guān)于甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律及其香氣品質(zhì)評價等方面的研究尚鮮見報道。

本實(shí)驗(yàn)以不同成熟度的甜玉米為研究對象，通過測定揮發(fā)性風(fēng)味化合物，揭示甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化規(guī)律，并結(jié)合氣相色譜-嗅聞（gas chromatography-olfactometry，GC-O）與氣味強(qiáng)度分析，評價甜玉米香氣品質(zhì)與特征，明確甜玉米的特征揮發(fā)性風(fēng)味成分，構(gòu)建甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味化合物構(gòu)成譜，為甜玉米品種選育、風(fēng)味調(diào)控和產(chǎn)品開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”甜玉米由廣東天之源農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，于授粉12、16、20、24、28 d采收，其中，授粉20 d為商品成熟采收期。采收的新鮮玉米穗當(dāng)日運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，手工分離完整的甜玉米籽粒，置于－20 ℃凍藏備用。

C5～C25正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品 上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；氯化鈉（分析純） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；4-辛醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞99.0%） 東京化成工業(yè)株式會社。

1.2 儀器與設(shè)備

固相微萃取手動進(jìn)樣手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；7890B/5977B MSD氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GCMS）聯(lián)用儀 美國Agilent公司；ODP3嗅聞儀 德國Gerstel公司；20 mm鉗口的100 mL透明頂空樣品瓶上海安譜科學(xué)儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）

稱取50 g甜玉米籽粒的凍樣，加液氮將其研磨成均勻的粉末。于分析天平上準(zhǔn)確稱取3 g左右的甜玉米樣品，記錄精確到萬分之一的實(shí)際稱質(zhì)量；將甜玉米樣品完全轉(zhuǎn)移到100 mL容量的頂空樣品瓶，加入15 mL飽和氯化鈉溶液，放入磁力攪拌子后鉗緊瓶蓋。將頂空瓶立即置于55 ℃恒溫磁力攪拌器中平衡20 min，插入已老化的固相微萃取纖維頭，頂空萃取45 min，萃取結(jié)束后，立即將固相微萃取纖維頭插入GC-MS進(jìn)樣口，于250 ℃解吸5 min。

1.3.2 GC-MS分析條件

GC條件：HP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；載氣為高純氦氣（99.999%）；恒流恒壓模式，流量1.66 mL/min，壓力13.3 psi，不分流模式；進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫箱初始溫度40 ℃，以3 ℃/min升至120 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，再以17 ℃/min升至230 ℃，保持5 min，總運(yùn)行時間約為45 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃，四極桿溫度150 ℃；掃描質(zhì)量范圍m/z35～400。

1.3.3 定性與定量分析

1.3.3.1 定性分析

利用GC-MS聯(lián)用儀工作站的自動解卷積系統(tǒng)與NIST14質(zhì)譜庫結(jié)合化合物保留指數(shù)（retention index，RI）對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行鑒定。

將C5～C25正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品在與樣品相同的色譜、質(zhì)譜條件下進(jìn)樣，記錄保留時間，RI按式（1）計算[12]：

式中：tm為甜玉米中某一揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留時間/min；t（n＋1）、tn分別為碳原子數(shù)為n＋1、n的正構(gòu)烷烴保留時間/min；其中tn＜tm＜t（n＋1）。

1.3.3.2 內(nèi)標(biāo)法定量分析

將樣品中加入質(zhì)量濃度為3.5 μg/mL的4-辛醇標(biāo)準(zhǔn)品溶液200 μL，樣品中各個揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量按式（2）計算，以干基計：

式中：S1為待測揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)峰面積；S2為內(nèi)標(biāo)物峰面積；m1為樣品干基質(zhì)量/g；m2為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量/μg。

1.3.4 GC-O分析

1.3.4.1 GC-O分析條件

采用氣相色譜儀配嗅覺檢測器進(jìn)行嗅聞分析。提取的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)氣相色譜后，按3∶1的比例分別進(jìn)入嗅聞儀和質(zhì)譜檢測器，色譜條件同1.3.2節(jié)，嗅聞加熱溫度為180 ℃。

1.3.4.2 GC-O氣味強(qiáng)度分析

由6 名（3 女3 男，年齡介于23～33 歲）有嗅聞經(jīng)驗(yàn)的人員組成感官評定小組，在實(shí)驗(yàn)過程中描述并記錄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的出峰時間、氣味特征及氣味強(qiáng)度值（odor intensity value，OIV）。參考文獻(xiàn)[13]方法將氣味強(qiáng)度分4 個等級，1表示可以準(zhǔn)確識別氣味但持續(xù)時間短，2表示能快速識別氣味且持續(xù)時間長，3表示能準(zhǔn)確快速識別氣味且持續(xù)時間較長，4表示能準(zhǔn)確快速識別氣味且持續(xù)時間更長[14]。感官評定小組的所有成員對每個樣品進(jìn)行嗅聞，最終每個揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的香氣強(qiáng)度值以總強(qiáng)度的平均值取整數(shù)后計。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化

如表1～3所示，3 個甜玉米品種中共檢測到61 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其主要為酯類、芳香烴類、醛類、酮類、醇類、酚類和雜環(huán)類化合物。3 個甜玉米品種在成熟過程中均檢測到棕櫚酸乙酯、辛酸乙酯、苯甲酸乙酯、甲苯、對二甲苯、苯乙烯、壬醛、己醛、癸醛、E-2-庚烯醛、E-2-辛烯醛、2,3-辛二酮、1-辛醇。不同品種的甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成與含量存在差異，在授粉20 d的商品成熟采收期，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中分別檢測到21、21、19 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量分別為6 116.23、5 855.19、1 370.90 μg/kg。

表1 不同采收時間“仲甜9號”的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其含量Table 1 Volatile flavor compounds and their contents in “Zhongtian 9”at different harvesting time

在授粉12 d至授粉28 d的過程中，3 個甜玉米品種的酯類、芳香烴、醛類、酮類及醇類等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化呈現(xiàn)不同規(guī)律，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”及“珠玉甜1號”中不同類別揮發(fā)性風(fēng)味化合物總含量差異比較分析分別見圖1。

圖1 甜玉米成熟過程中各類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量的變化趨勢Fig.1 Changes in contents of various classes of volatile flavor compounds in sweet corn during ripening

“仲甜9號”甜玉米中酯類物質(zhì)含量呈下降趨勢，“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”甜玉米中酯類物質(zhì)的含量則呈先下降后上升再下降的波浪式變化趨勢。授粉12 d，3 個品種中酯類物質(zhì)含量最高，顯著高于其他授粉時間，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”甜玉米中酯類物質(zhì)含量分別為3 466.60、3 283.12、413.25 μg/kg。在商品成熟采收期，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中酯類物質(zhì)含量雖有所下降，但仍分別占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的31.87%、22.18%、27.81%，其中，“仲甜9號”和“珠玉甜1號”在商品成熟采收期時含量最高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類為酯類。“仲甜9號”成熟過程中含量最高的揮發(fā)性風(fēng)味化合物是苯甲酸乙酯，在授粉16 d時含量最高，為778.05 μg/kg，相比授粉12 d，其含量增加了11.52%；棕櫚酸乙酯是“珠玉甜8號”成熟過程中含量最高的揮發(fā)性風(fēng)味化合物，且在授粉12 d時含量最高，為1 189.75 μg/kg；此外，“珠玉甜8號”中的辛酸乙酯在授粉12 d時未檢出，是成熟過程中新增的酯類物質(zhì)，且在商品成熟采收期達(dá)到其最高含量，為337.93 μg/kg；“珠玉甜1號”成熟過程中含量最高的酯類物質(zhì)為苯甲酸乙酯，在授粉12 d含量最高，為172.57 μg/kg，商品成熟期時含量下降至165.59 μg/kg，但與授粉12 d相比無顯著差異，且為此時含量最高的酯類物質(zhì)。

“仲甜9號”中醛類物質(zhì)含量在授粉12 d至授粉16 d呈增加的趨勢，在授粉16 d到授粉28 d的過程中含量逐漸減少，在授粉16 d，其醛類物質(zhì)含量達(dá)到峰值，為1 580.98 μg/kg，顯著高于其他授粉時間，相比授粉12 d而言，醛類物質(zhì)含量增加了4.40 倍；己醛是其成熟過程中含量最高的醛類物質(zhì)，在授粉16 d達(dá)到峰值，為752.97 μg/kg，相比授粉12 d，其含量增加了4.40 倍?！爸橛裉?號”中醛類物質(zhì)含量呈波動式變化，授粉12 d，醛類物質(zhì)的含量最高，為3 126.56 μg/kg；己醛是其授粉12 d含量最高的醛類物質(zhì)，為983.15 μg/kg，隨著成熟度增加，含量顯著下降?！爸橛裉?號”中醛類物質(zhì)含量在授粉12 d至授粉20 d的商品成熟采收期過程中顯著增加，商品成熟期之后呈減少趨勢；在授粉12 d，其醛類物質(zhì)含量為203.66 μg/kg，到商品成熟期時，醛類物質(zhì)含量顯著上升為338.76 μg/kg，增加了66.34%；己醛是其成熟過程中含量最高的醛類化合物，在商品成熟采收期時含量達(dá)到峰值，為132.37 μg/kg，相比授粉12 d，增加了1.69 倍。

“仲甜9號”中酮類物質(zhì)含量呈先上升再下降后上升的趨勢，在授粉16 d含量最高，為944.72 μg/kg，相比授粉12 d，含量增加了1.13 倍；3-辛烯-2-酮是其成熟過程中含量最高的酮類物質(zhì)，授粉16 d含量達(dá)到峰值，為480.56 μg/kg，相比授粉12 d，增加了2.35 倍?！爸橛裉?號”中酮類物質(zhì)含量呈下降趨勢，在授粉12 d含量最高，為593.33 μg/kg；2,5-辛二酮是其成熟過程中含量最高的酮類物質(zhì)，且在授粉12 d含量最高，為342.52 μg/kg，在授粉后期未檢出?！爸橛裉?號”成熟過程中酮類物質(zhì)呈波動性變化，在授粉12 d，“珠玉甜1號”中酮類物質(zhì)含量最高，為182.73 μg/kg；且其中僅檢出2,3-辛二酮、4-辛酮2 種酮類物質(zhì)，在授粉16 d兩種酮類物質(zhì)同時檢出，授粉早期僅檢出2,3-辛酮，授粉后期僅檢出4-辛酮。

“仲甜9號”中醇類物質(zhì)含量在授粉12 d到商品成熟采收期的過程中不斷增加，隨后呈減少趨勢，商品成熟采收期時，其醇類物質(zhì)含量為569.26 μg/kg，相比授粉12 d，增加了50.00%；其成熟過程中含量最高的醇類物質(zhì)是1-辛烯-3-醇，在授粉16 d達(dá)到峰值，為329.98 μg/kg，相比授粉12 d，含量增加了44.79%。“珠玉甜8號”中醇類物質(zhì)含量呈波動式變化，授粉12 d含量最高，為1 032.48 μg/kg；Z-3-壬烯-1-醇是其成熟過程中含量最高的醛類物質(zhì)，僅在授粉12 d檢出，含量為428.26 μg/kg?！爸橛裉?號”中醇類物質(zhì)含量呈下降趨勢，在授粉12 d含量最高，為599.09 μg/kg；1-己醇是其成熟過程中含量最高的醇類物質(zhì)，為431.18 μg/kg，隨著成熟度的增加，含量顯著下降。

3 個甜玉米品種在授粉12～24 d的過程中，籽粒中揮發(fā)性芳香烴類風(fēng)味化合物含量顯著增加，授粉12 d，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中芳香烴類物質(zhì)的含量分別為650.92、2 253.12、147.11 μg/kg，至授粉2 4 d，其中芳香烴類物質(zhì)含量分別增加為2 234.16、3 062.29、307.35 μg/kg，分別提高了2.43、0.36、1.09 倍。授粉24 d后，芳香烴類物質(zhì)的含量有所下降?！爸偬?號”成熟過程中含量最高的芳香烴類物質(zhì)是1,3-二甲基苯，在授粉16 d達(dá)到峰值，為1 142.05 μg/kg，相比授粉12 d，增加了3.02 倍；對二甲苯是“珠玉甜8號”成熟過程中含量最高的芳香烴類物質(zhì)，在授粉12 d含量最高，為1 490.23 μg/kg；“珠玉甜1號”在成熟過程中含量最高的芳香烴類物質(zhì)為苯乙烯，隨著成熟度的增加，其含量顯著增加，在授粉24 d達(dá)到峰值，為285.72 μg/kg，相比授粉12 d，增加了1.32 倍。相比于其他類別的揮發(fā)性風(fēng)味化合物，3 個品種的甜玉米籽粒在生長至成熟過程中芳香烴增加幅度最大。

酚類化合物僅在“仲甜9號”生長過程中被檢出，在授粉24 d含量最高，為257.52 μg/kg。雜環(huán)類化合物吡啶在“仲甜9號”、“珠玉甜8號”生長過程中被檢出，2 個品種甜玉米中吡啶含量分別在授粉28 d、授粉20 d達(dá)到峰值，分別為764.57、704.86 μg/kg。

表2 不同采收時間“珠玉甜8號”的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其含量Table 2 Volatile flavor compounds and their contents in “Zhuyutian 8”at different harvesting times

表3 不同采收時間“珠玉甜1號”的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其含量Table 3 Volatile flavor compounds and their contents in “Zhuyutian 1”at different harvesting times

2.2 甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-O分析

2.2.1 甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-O氣味強(qiáng)度分析

甜玉米成熟過程中共檢測到28 種氣味活性化合物（OIV≥1），不同品種甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣味描述及強(qiáng)度分別見表4～6。

表4 “仲甜9號”成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣味描述及強(qiáng)度Table 4 Odor description and intensity of volatile flavor compounds in“Zhongtian 9” during the ripening process

表5 “珠玉甜8號”成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣味描述及強(qiáng)度Table 5 Odor description and intensity of volatile flavor compounds in“Zhuyutian 8” during the ripening process

表6 “珠玉甜1號”成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣味描述及強(qiáng)度Table 6 Odor description and intensity of volatile flavor compounds in“Zhuyutian 1” during the ripening process

“仲甜9號”成熟過程中檢測到16 種氣味活性化合物，包括酮類3 種、醛類4 種、酯類4 種、芳香烴類4 種、酚類1 種，OIV不小于3的強(qiáng)氣味活性化合物有己醛、E-2-辛烯醛、庚醛、壬醛、3-辛烯-2-酮、苯乙烯，商品成熟采收期檢出其中3 種：E-2-辛烯醛、苯乙烯、3-辛烯-2-酮，授粉28 d檢出其中3 種：己醛、壬醛及庚醛，為強(qiáng)氣味活性化合物出現(xiàn)最多的時期。在授粉12～28 d的5 個采樣時間，其總OIV分別為7、8、15、11、19，總體呈上升趨勢，說明“仲甜9號”總OIV隨成熟度增加而增加，尤其是在商品成熟采收期之后，仍然保持上升。

“珠玉甜8號”成熟過程中檢測到13 種氣味活性化合物，包括酮類2 種、醛類4 種、酯類2 種、醇類3 種、芳香烴2 種，OIV不小于3的強(qiáng)氣味活性化合物有1-辛烯-3-醇、3-壬烯-1-醇、庚醛、苯乙烯，授粉16 d檢出其中3 種：1-辛烯-3-醇、3-壬烯-1-醇、庚醛，為強(qiáng)氣味活性化合物出現(xiàn)最多的時期。在授粉12～28 d的5 個采樣時間，總OIV分別為15、15、9、9、14，在授粉初期，總OIV保持不變，到達(dá)商品成熟采收期時有所下降，但在授粉后期有所上升。

“珠玉甜1號”成熟過程中檢測到13 種氣味活性化合物，包括酯類3 種、醇類4 種、醛類3 種、芳香烴2 種、酮類1 種，OIV不小于3的強(qiáng)氣味活性化合物未檢出。在授粉12～28 d的5 個采樣時間，總OIV分別為19、17、14、15、10，在授粉12 d至授粉28 d的過程中，總OIV有所下降。

不同品種甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣味強(qiáng)度值有明顯差異?！爸偬?號”授粉28 d總OIV最高，為19；而“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”均在授粉12 d總OIV最高，分別為15、19。“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”商品成熟采收期時，總OIV分別為15、9、14，“仲甜9號”總OIV高于“珠玉甜8號”和“珠玉甜1號”。

2.2.2 甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味輪廓分析

甜玉米成熟過程中風(fēng)味特征主要包括花香、青香、果香、甜香、脂香、堅果、木質(zhì)、蠟質(zhì)，計算屬于各類風(fēng)味特征的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總氣味強(qiáng)度，得到不同品種甜玉米成熟過程中風(fēng)味輪廓圖，見圖2。

圖2 甜玉米成熟過程中的風(fēng)味輪廓圖Fig.2 Flavor profile maps of sweet corn during ripening process

“仲甜9號”成熟過程中，青香、堅果氣味強(qiáng)度呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢；脂香、果香氣味強(qiáng)度有所增強(qiáng)；甜香氣味在授粉后期出現(xiàn)，且隨著成熟度的增加，氣味強(qiáng)度明顯增強(qiáng)；花香氣味強(qiáng)度變化不明顯；木質(zhì)氣味僅在授粉28 d出現(xiàn)。在商品成熟采收期時，“仲甜9號”風(fēng)味特征以青香、堅果、甜香為主。授粉28 d，“仲甜9號”總氣味強(qiáng)度最高，風(fēng)味特征以甜香、青香、果香為主。

“珠玉甜8號”成熟過程中，青香、脂香氣味強(qiáng)度呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢；甜香氣味強(qiáng)度不斷減弱；花香氣味強(qiáng)度變化不明顯；堅果氣味僅在授粉12 d出現(xiàn)。“珠玉甜8號”授粉12 d和授粉16 d，總氣味強(qiáng)度最高，風(fēng)味特征均以青香、甜香為主；在商品成熟采收期，風(fēng)味特征以青香、甜香為主。

“珠玉甜1號”成熟過程中，青草、脂香氣味強(qiáng)度呈先增加后降低的趨勢；甜香、花香氣味強(qiáng)度不斷減弱；果香、蠟質(zhì)氣味強(qiáng)度變化不明顯。授粉12 d，“珠玉甜1號”總氣味強(qiáng)度最高，風(fēng)味特征以青香、甜香、花香為主；在商品成熟采收期，風(fēng)味特征以青香、花香、脂香、甜香為主。

對上述3 個甜玉米品種的揮發(fā)性風(fēng)味輪廓分析表明，甜玉米成熟過程中的氣味屬性與變化規(guī)律存在品種間差異，但3 個甜玉米品種均表現(xiàn)出青香氣味強(qiáng)度降低、脂香氣味強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢；此外，在商品成熟采收期，3 個品種甜玉米風(fēng)味特征均以青香、甜香為主，成熟過程中氣味強(qiáng)度最高的風(fēng)味特征也均為青香、甜香。

2.3 甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)PCA

PCA是指在損失較少信息的前提下，利用降維將原始變量轉(zhuǎn)化成少數(shù)的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的方法[15]。甜玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)較復(fù)雜，為了更直觀的明確甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，對GC-O檢測到的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行PCA，見圖3。

圖3 不同成熟度下甜玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的PCA圖Fig.3 PCA plots of volatile falvor compounds in sweet corn harvested at different maturities

從圖3A可以看出，PC1和PC2分別解釋了“仲甜9號”總變量的54.8%和19.6%?；?6 種氣味活性物質(zhì)的PCA模型，“仲甜9號”可以按照其成熟度被明顯地區(qū)分為5 類，且不同成熟度的樣本間距離較遠(yuǎn)，表明不同成熟度的“仲甜9號”風(fēng)味有明顯差異。

由圖3B可知，PC1和PC2分別解釋了“珠玉甜8號”總變量的55.1%和20.7%。基于13 種氣味活性物質(zhì)的PCA模型，“珠玉甜8號”可以按照其成熟度被明顯地區(qū)分為5類，其中，授粉24 d和授粉28 d的樣本間距離較近，表明“珠玉甜8號”在這2 個成熟度下風(fēng)味相似。

圖3C表明，PC1和PC2分別解釋了“珠玉甜1號”總變量的44.1%和35.2%?；?3 種氣味活性物質(zhì)的PCA模型，“珠玉甜8號”可以按照其成熟度被明顯地區(qū)分為5 類，且不同成熟度的樣本間距離較遠(yuǎn)，表明“珠玉甜1號”風(fēng)味在不同成熟度下有明顯差異。

3 個甜玉米品種PCA結(jié)果見表7。隨著成熟度的變化，其主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有明顯差異，相同成熟度不同品種的主要揮發(fā)性物質(zhì)也不完全相同。授粉12 d，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別為庚酸乙酯、E-2-辛烯醛、2,3-辛二酮；授粉16 d，“仲甜9號”、“珠玉甜1號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均為壬醛，而“珠玉甜8號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為1-辛醇；商品成熟采收期時，“仲甜9號”、“珠玉甜1號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均為苯乙烯，而“珠玉甜8號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為苯甲酸乙酯；授粉24 d，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別為甲基丁香酚、苯乙烯、苯乙酸乙酯；授粉28 d，“仲甜9號”、“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別為乙苯、苯乙烯、Z-3-壬烯-1-醇。

表7 不同品種甜玉米PCA結(jié)果Table 7 Results of principal component analysis for different varieties of sweet corn

3 討論

3.1 成熟度對甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

成熟度是果蔬風(fēng)味的重要影響因素[16]，隨著成熟度的增加，果蔬中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量會發(fā)生變化[9,17]。

Perez等[18]研究發(fā)現(xiàn)在草莓開花41～46 d的過程中，酯類物質(zhì)含量總體呈上升趨勢；Hijaz等[19]研究表明芒果成熟過程中，酯類物質(zhì)含量不斷增加；朱孝揚(yáng)等[20]研究發(fā)現(xiàn)粉蕉完熟時，酯類物質(zhì)含量明顯上升，過熟時酯類物質(zhì)含量明顯下降；可見不同植物果實(shí)在成熟過程中其酯類物質(zhì)的變化規(guī)律不完全一致。本研究中，授粉12 d三個甜玉米品種酯類物質(zhì)總含量最高，可能由于授粉12 d前存在酯類物質(zhì)積累的過程，隨著授粉時間延長、成熟度的增加，盡管酯類物質(zhì)總含量出現(xiàn)了下降的趨勢，但也有一些酯類物質(zhì)含量增加，如“仲甜9號”中棕櫚酸乙酯、“珠玉甜8號”中辛酸乙酯、“珠玉甜1號”中己酸乙酯，究其原因，在甜玉米籽粒成熟過程中，其酯類物質(zhì)的形成與分解及轉(zhuǎn)化并存，當(dāng)其形成的總量超過其分解與轉(zhuǎn)化，則總含量呈現(xiàn)上升趨勢，反之則出現(xiàn)下降趨勢。已有的研究表明，在果實(shí)成熟過程中酯類物質(zhì)可通過脂肪酸β-氧化過程中產(chǎn)生的脂酰輔酶A在醇?；D(zhuǎn)移酶的作用下與醇反應(yīng)產(chǎn)生[21]；也可通過氨基酸代謝產(chǎn)生的醇、酸酯化形成[21]，這也可能是甜玉米籽粒中酯類物質(zhì)的形成機(jī)制。甜玉米籽粒中酯類物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化可能與酯類物質(zhì)被羧酸酯酶催化水解為醇類和羧酸有關(guān)[22]，同時，甜玉米籽粒成熟過程中氨基酸參與合成蛋白質(zhì)，酯類物質(zhì)合成的前體物質(zhì)含量減少，也可能是甜玉米中酯類物質(zhì)含量下降的原因。

本研究表明，成熟過程中，“仲甜9號”、“珠玉甜1號”中己醛含量在授粉初期顯著增加，而后下降；“珠玉甜8號”中己醛含量在授粉12 d最高；隨著成熟度的增加，“珠玉甜1號”中1-己醇含量顯著下降。已有的研究表明，六碳醛和六碳醇類物質(zhì)是果實(shí)未成熟時主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，隨著成熟度的增加，草莓[23]、蘋果[24]中六碳醛和六碳醇類物質(zhì)的含量呈下降趨勢。Galliard等[25]研究發(fā)現(xiàn)番茄中六碳醛如己醛可由亞油酸經(jīng)脂肪氧合酶氧化產(chǎn)生，六碳醇類可由六碳醛類在乙醇脫氫酶作用下生成[26]，如E-2-己醛在乙醇脫氫酶的作用下可生成E-2-己醇[21]。相關(guān)研究表明，糯玉米成熟過程中脂肪氧合酶活力顯著下降[27]，同時，己醇的含量顯著下降。因此，甜玉米授粉初期六碳醛和六碳醇物質(zhì)積累可能與脂肪氧合酶作用下的脂肪酸氧化有關(guān)；而隨著成熟度的增加，六碳醛類和六碳醇類物質(zhì)的下降則可能與脂肪氧合酶活力下降及其參與合成酯類物質(zhì)有關(guān)。

3 個品種的甜玉米在成熟過程中，芳香烴類物質(zhì)不斷積累，授粉后期含量下降。甜玉米中含有豐富的可產(chǎn)生芳香烴類化合物的類胡蘿卜素和氨基酸[28]，肖亞冬等[29]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米類胡蘿卜素降解可產(chǎn)生芳香烴類物質(zhì)；Wasserman[30]研究表明苯丙氨酸氧化可生成甲苯。因此，甜玉米成熟過程中芳香烴類物質(zhì)的積累可能與類胡蘿卜素降解、氨基酸氧化有關(guān)。

3.2 甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量與氣味強(qiáng)度的關(guān)系

一般而言，甜玉米籽粒成熟過程中其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量與氣味強(qiáng)度呈正相關(guān)，如2-壬烯-4-酮、E,E-3,5-辛二烯-2-酮、2,3-辛二酮、苯甲酸乙酯、壬醛、癸醛、對二甲苯、苯乙烯等在甜玉米生長過程中含量上升，其氣味強(qiáng)度也增加。但有些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量與氣味強(qiáng)度之間的關(guān)系呈現(xiàn)出多樣性，如“仲甜9號”成熟過程中己醛、水芹酸乙酯含量顯著下降但其氣味強(qiáng)度有所增加，“珠玉甜8號”成熟過程中E-2-辛烯醛、己醛、1-辛烯-3-醇、庚醛含量顯著下降但其氣味強(qiáng)度有所增加，“珠玉甜1號”成熟過程中己醛含量顯著下降但其氣味強(qiáng)度未發(fā)生變化。究其原因可能與揮發(fā)性風(fēng)味化合物的氣味閾值以及組分間的協(xié)同效應(yīng)或抑制作用有關(guān)，如己醛在水中的閾值為4.5 μg/kg[31]，“珠玉甜1號”授粉20 d和24 d的含量分別為132.27、29.47 μg/kg，盡管二者差異顯著，但其含量均遠(yuǎn)高于閾值，分別為氣味閾值的29.40、6.65 倍，相關(guān)研究表明，一定范圍內(nèi)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量與其氣味強(qiáng)度的關(guān)系可通過韋伯-費(fèi)希納定律心理物理功效函數(shù)解釋，即絕對閾值之上有一個差別閾值增加的過程，濃度的變化并不能引起感官強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)的變化[32]；張翼鵬等[33]的研究也發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間的掩蓋、協(xié)同等可以影響風(fēng)味強(qiáng)度。這也可能是“珠玉甜1號”成熟過程中己醛含量顯著下降但其氣味強(qiáng)度未發(fā)生變化的原因。此外，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間閾值的差異[34]等也可能影響GC-O感官評價小組人員對氣味強(qiáng)度的評價。

研究表明，僅通過GC-O對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行氣味評價，難以得到樣品風(fēng)味的整體信息[35]。本研究將GC-O氣味強(qiáng)度法、風(fēng)味輪廓分析兩者結(jié)合使用，在分析揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣味及其強(qiáng)度變化的同時，可以對比不同樣品間風(fēng)味輪廓的差異。以GC-O分析為基礎(chǔ)，本研究關(guān)于甜玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)風(fēng)味輪廓分析結(jié)果表明，各種風(fēng)味特征總強(qiáng)度的變化與對應(yīng)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量的變化呈正相關(guān)，如“珠玉甜1號”甜香氣味強(qiáng)度的變化與2,3-辛二酮、對二甲苯等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量的變化有關(guān)，這彌補(bǔ)了單一化合物氣味強(qiáng)度與其含量變化相關(guān)性較弱的不足。利用風(fēng)味輪廓分析對比樣品間風(fēng)味的差異，表明甜玉米風(fēng)味并不是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的簡單相加，而是通過各揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)間疊加、協(xié)同等作用形成[36]。

4 結(jié)論

采用HS-SPME-GC-MS技術(shù)結(jié)合NIST14質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫比對、保留指數(shù)分析、GC-O等方法，分析了不同授粉時間3 個甜玉米品種的揮發(fā)性風(fēng)味化合物，共檢測到61 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括酯類、芳香烴類、醛類、酮類、醇類、酚類和雜環(huán)類化合物。甜玉米成熟過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類、含量不斷變化，隨著成熟度的增加，辛酸乙酯、棕櫚酸乙酯等酯類物質(zhì)含量增加；癸醛、壬醛等醛類物質(zhì)含量下降；苯乙烯、甲苯、乙苯、1,3-二甲基苯等芳香烴類物質(zhì)含量增加。通過GC-O分析，共鑒定出28 種氣味活性化合物，其風(fēng)味特征包括花香、青香、果香、甜香、脂香、堅果、木質(zhì)、蠟質(zhì)，在甜玉米成熟過程中，脂香強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，青香強(qiáng)度明顯減弱。不同品種的甜玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類與含量有所差異，在商品成熟采收期，“仲甜9號”中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量、總氣味強(qiáng)度高于“珠玉甜8號”、“珠玉甜1號”。本研究可為甜玉米品種選育、風(fēng)味調(diào)控和產(chǎn)品開發(fā)提供參考依據(jù)。