氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合電子鼻表征不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片關(guān)鍵香氣化合物

李嘉欣，吳昕燁，畢金峰,,，茍敏

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧大連 116034；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100193）

蘋果脆片是暢銷的脫水果蔬脆片之一，營養(yǎng)豐富，富含維生素、纖維素以及多種礦物質(zhì)元素，具有低熱量、低脂肪含量、口感酥脆、酸甜可口及便于攜帶等特點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。熱風(fēng)干燥是一種傳統(tǒng)有效的干燥方法，具有操作簡便、處理量大、成本低等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于脫水果蔬的加工過程中。但熱處理過程會導(dǎo)致香氣發(fā)生改變，從而影響產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)，因此得到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。水果及其加工制品中的揮發(fā)性成分是評估產(chǎn)品品質(zhì)的重要參數(shù)，是產(chǎn)品香氣特征和感官質(zhì)量的重要影響因素。到目前為止，已經(jīng)從不同品種蘋果中鑒定出300 余種揮發(fā)性化合物，包括酯類、醇類、醛類、酸類、酮類和萜類化合物等。然而，只有少數(shù)物質(zhì)對蘋果風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)，這些物質(zhì)決定了蘋果的風(fēng)味屬性。因此對果蔬原料及其制品的關(guān)鍵香氣化合物進(jìn)行研究具有重要意義。

頂空固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（headspace solid-phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometer，HS-SPME-GC-MS）對香氣物質(zhì)的檢測具有較高的精度和良好的重現(xiàn)性。電子鼻具有操作簡單、快速等優(yōu)勢，可以對揮發(fā)性樣品進(jìn)行有效區(qū)分，但無法對揮發(fā)性化合物進(jìn)行定量分析，GC-MS 與電子鼻結(jié)合使用可極大地發(fā)揮各儀器的優(yōu)勢。目前，采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)以及電子鼻技術(shù)對不同水果及其制品的揮發(fā)性成分進(jìn)行了大量研究。Timoumi 等采用GC-MS 研究了紅外干燥時間和溫度對蘋果片香氣含量的影響，明確了干燥時間和溫度會影響揮發(fā)性化合物的含量。Krokida 等通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了蘋果在對流干燥過程中幾種典型揮發(fā)性成分的變化，明確了較高溫度對流干燥會導(dǎo)致?lián)]發(fā)性成分快速損失。Song 等采用電子鼻結(jié)合頂空固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)明確了不同干燥方式對棗香氣輪廓的影響。曹有芳等采用電子鼻結(jié)合HS-SPMEGC-MS 技術(shù)成功區(qū)分不同品種蘋果釀造蘋果酒的揮發(fā)性成分。但熱風(fēng)干燥作為一種常見的加工方式，其對蘋果脆片關(guān)鍵香氣化合物的影響研究尚未見報道。

因此，本研究以富士蘋果為原料，采用HS-SPMEGC-MS 對蘋果鮮樣、50、60、70 和80 ℃熱風(fēng)干燥蘋果脆片的揮發(fā)性化合物進(jìn)行定性、定量分析，通過OAV 鑒定關(guān)鍵香氣化合物，結(jié)合電子鼻表征不同樣品的香氣輪廓差異，旨在明確不同溫度熱風(fēng)干燥處理對蘋果關(guān)鍵香氣化合物的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

棲霞富士 果徑約80 mm，初始水分含量86.4%±0.6%，購于山東煙臺棲霞蛇窩堡鎮(zhèn)果園，采摘后迅速運(yùn)到北京存于4 ℃冷庫，干燥前從冷庫取出，室溫下（25 ℃）放置24 h；正構(gòu)烷烴混合物（C～C）標(biāo)準(zhǔn)品美國Sigma-aldrich 公司；丙位癸內(nèi)酯標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純，98%）Macklin 公司；甲醇（色譜純，95%）賽默飛世爾科技有限公司。

DHG-9123A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；HR1848 榨汁機(jī) 珠海飛利浦電子有限公司；電子天平 上海梅特勒-托利多有限公司；PEN3 型便攜式電子鼻 德國Airsense 公司；PAL RTC 自動進(jìn)樣裝置 廣州智達(dá)實(shí)驗室科技有限公司；GC-MS-QP2020 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；固相微萃取進(jìn)樣器、萃取針65 μm PDMS/DVB 美國Supelco 公司；DB-WAX 毛細(xì)管柱（30 m×250 μm，0.25 μm）美國Agilent 公司。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 樣品制備 熱風(fēng)干燥蘋果脆片制備方法及標(biāo)準(zhǔn)參考《NY/T 2779-2015 蘋果脆片》。具體操作如下：選擇成熟度好，無病蟲害、無腐爛變質(zhì)的蘋果，經(jīng)清洗、去皮、去核、切片（厚度5±0.2 mm）；稱取500 g蘋果片，將其均勻平鋪在不銹鋼網(wǎng)盤，確保蘋果片均為單層且之間無交叉重疊，然后迅速放入已經(jīng)預(yù)熱至設(shè)定溫度的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，干燥至含水率<8%，50、60、70 和80 ℃分別用時720、480、360 和240 min。蘋果脆片含水率的測定參考《GB 5009.3-2016 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》第一法，直接干燥法。將多次制備的蘋果脆片混合均勻，用液氮冷凍后研磨為粉狀，用于香氣分析。

1.2.2 揮發(fā)性化合物提取 參考曾輝的揮發(fā)性成分提取方法，并稍作修改。采用頂空固相微萃取技術(shù)進(jìn)行提取。取2.0 g 樣品置于20 mL 頂空進(jìn)樣瓶中，加入20 μL 丙位癸內(nèi)酯（925.12 μg/mL，溶于甲醇）作為內(nèi)標(biāo)，用聚四氟乙烯硅塞將頂空瓶口密封。萃取前將萃取頭在250 ℃老化30 min；樣品在50 ℃，平衡40 min 后，萃取30 min；萃取完成后在進(jìn)樣口解吸3 min。

1.2.3 GC-MS 分析

1.2.3.1 檢測條件 參考曾輝的GC-MS 分析條件，并稍作修改。

色譜條件：DB-WAX 毛細(xì)管柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；升溫程序：初始柱溫40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min 升溫至120 ℃，然后以10 ℃/min 升至230 ℃，并保持5 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣為氦氣，流速1.0 mL/min，不分流模式進(jìn)樣。質(zhì)譜條件（MS）：質(zhì)譜接口溫度250 ℃；離子源溫度為200 ℃；EI 電離源，能量70 eV；檢測器電壓0.2 kV；質(zhì)量掃描范圍35～350 m/z；溶劑延遲3 min。

1.2.3.2 定性分析 質(zhì)譜庫檢索（MS）和保留指數(shù)（RI）兩種方法。質(zhì)譜庫檢索（MS）：將GC-MS 分析獲得的揮發(fā)性化合物質(zhì)譜與NIST 17 數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)化合物質(zhì)譜進(jìn)行比較，相似度在80 以上，初步確定化合物。保留指數(shù)法是根據(jù)混合正構(gòu)烷烴（C～C）標(biāo)準(zhǔn)品，在與樣品相同的GC-MS 條件下，獲得的保留時間來計算揮發(fā)性化合物的保留指數(shù)，并將計算所獲得的RI 值與參考文獻(xiàn)報道的RI 值進(jìn)行比較，二者相差20 以內(nèi)，對化合物進(jìn)行進(jìn)一步定性。RI 計算公式如下：

式中：n 和n+1 表示系列烷烴的原子個數(shù)；T為樣品中化合物a 的保留時間（化合物a 的保留時間在C和C之間）；T為正構(gòu)烷烴C的保留時間；T為正構(gòu)烷烴C的保留時間。

1.2.3.3 定量分析 采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行半定量，結(jié)果以干基計（dry basis，d.b）。內(nèi)標(biāo)法定量計算公式如下：

式中：C為待測化合物的質(zhì)量濃度（μg/mL）；C為加入內(nèi)標(biāo)化合物的質(zhì)量濃度（μg/mL）；A為待測化合物的峰面積；A為加入內(nèi)標(biāo)化合物的峰面積；V 為每次進(jìn)樣樣品的質(zhì)量（g）；V為加入內(nèi)標(biāo)化合物的體積（mL）。

1.2.4 關(guān)鍵香氣化合物評定方法 采用氣味活度值法（odor-activity value，OAV）。

式中：OAV為某揮發(fā)性化合物的氣味活度值；C為某揮發(fā)性化合物的含量；T為某揮發(fā)性化合物的閾值。

1.2.5 電子鼻分析 PEN3 型電子鼻由10 種金屬氧化物氣體傳感器陣列組成。表1 為各傳感器陣列的響應(yīng)特征。準(zhǔn)確稱取2.0 g 樣品于20 mL 頂空瓶中，用聚四氟乙烯硅塞密封，25 ℃放置30 min 后進(jìn)行分析。電子鼻參數(shù)：樣品測定間隔時間1 s，傳感器沖洗持續(xù)180 s，自動調(diào)零持續(xù)10 s，預(yù)采樣時間5 s，樣品測試時間60 s，載氣流速、進(jìn)樣流速300 mL/min。傳感信號在48 s 后基本穩(wěn)定，采集信號時間為48～52 s。

表1 PEN3 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Description of PEN3 electronic nose sensor performance

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Excel 2003 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，使用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析及多重比較，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，<0.05 為顯著相關(guān)，采用Origin 2018 軟件進(jìn)行繪圖。每個樣品重復(fù)測定3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)干燥對蘋果香氣化合物的影響

采用HS-SPME-GC-MS 技術(shù)對蘋果鮮樣和4 種不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片揮發(fā)性化合物分析結(jié)果見表2。蘋果鮮樣和4 種干燥樣品中共檢測出64 種揮發(fā)性化合物，包括酯類23 種、醇類18 種、醛類8 種、烯烴類2 種、酮類2 種、內(nèi)酯類3 種、酸類1 種、含硫化合物3 種和雜環(huán)化合物4 種。不同樣品各類揮發(fā)性化合物的種類及含量均存在較大差異。其中，蘋果鮮樣中檢測到41 種揮發(fā)性化合物，50、60、70 和80 ℃熱風(fēng)干燥樣品中分別檢測到43、42、38 和33 種揮發(fā)性化合物。鮮樣揮發(fā)性化合物含量最高，為397.059 mg/kg，4 種熱風(fēng)干燥樣品揮發(fā)性化合物含量由高到低分別是64.189 mg/kg（50 ℃處理）、57.703 mg/kg（80 ℃處理）、32.124 mg/kg（70 ℃處理）、32.020 mg/kg（60 ℃處理）。蘋果經(jīng)熱風(fēng)干燥后，揮發(fā)性化合物含量降低，這與Timoumi 等研究發(fā)現(xiàn)一致，熱處理的時間和溫度會對蘋果片揮發(fā)性成分的種類和含量產(chǎn)生影響，推斷與香氣物質(zhì)熱分解及伴隨水分蒸發(fā)有關(guān)。而相對于60 和70 ℃熱風(fēng)干燥樣品，50 和80 ℃熱風(fēng)干燥蘋果片揮發(fā)性化合物含量較高，結(jié)合蘋果片制備溫度和時間分析，說明低溫、短時干燥有利于物質(zhì)的保留。

表2 蘋果鮮樣以及熱風(fēng)干燥蘋果脆片揮發(fā)性化合物定性、定量結(jié)果Table 2 Identification and quantification of volatile compounds in fresh apple and hot-air dried apple slices

續(xù)表2

酯類物質(zhì)主要是酸類和醇類物質(zhì)酯化反應(yīng)的產(chǎn)物，賦予水果香甜氣味。在所有樣品中共檢測到23 種酯，主要是乙酸酯類、丁酸酯類和己酸酯類揮發(fā)性成分，這與文獻(xiàn)報道結(jié)果相一致。蘋果鮮樣檢測到20 種酯類物質(zhì)，其中2-甲基丁基乙酸酯是鮮樣中含量最高的酯類物質(zhì)，為46.815 mg/kg。其次為乙酸己酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和丁酸丁酯，這些酯類均具有典型的果香、花香和甜香氣味。與鮮樣相比，4 種熱風(fēng)干燥樣品酯類化合物種類均減少，50 ℃樣品檢測到12 種、60 ℃樣品檢測到11 種、70 ℃樣品檢測到7 種、80 ℃檢測到6 種，這可能與小分子揮發(fā)性成分在干燥過程中隨熱空氣流動損失，同時高溫導(dǎo)致熱敏性化合物的分解有關(guān)。僅在個別的干燥樣品中檢測到較低含量的辛酸甲酯、辛酸乙酯、3-羥基丁酸乙酯，分別呈現(xiàn)柑橘味、果香、酒香，是發(fā)酵酒中的常見風(fēng)味成分，一般來源于氨基酸和糖無氧代謝途徑生成的高級醇與酸之間的縮合反應(yīng)。丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯和棕櫚酸甲酯是鮮樣與4 種干燥樣品共有的酯類物質(zhì)。除棕櫚酸甲酯以外，其他三種酯類經(jīng)過熱風(fēng)干燥后含量顯著降低（<0.05），而棕櫚酸甲酯在4 種干燥樣品中含量高于鮮樣，其含量增加可能與脂肪酸氧化降解有關(guān)。

醇類化合物一般帶有清香、果香、草木香、醇味。己醇是鮮樣中含量最高的醇類物質(zhì)，為16.733 mg/kg。己醇主要與花香、青草味和果香相關(guān)，經(jīng)過熱風(fēng)干燥后，含量顯著降低（<0.05）。己醇、1-辛烯-3-醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇、芳樟醇、香茅醇和1，3-辛二醇是所有樣品中共有的醇類物質(zhì)。1-辛烯-3-醇為不飽和脂肪醇，具有蘑菇、玫瑰和干草香氣。6-甲基-5-庚烯-2-醇、芳樟醇、香茅醇分別呈現(xiàn)清香、花香和柑橘香，這三種醇類物質(zhì)經(jīng)過熱處理后含量顯著降低（<0.05），1,3-辛二醇呈現(xiàn)相反趨勢。2,3-丁二醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-4-庚醇、苯甲醇和苯乙醇僅在熱風(fēng)干燥樣品中檢出，苯甲醇是一種糖苷前體，呈現(xiàn)杏仁、花香和烤面包味，加熱后釋放。2-甲基-1-丁醇是2-甲基丁醛的還原產(chǎn)物，而2-甲基丁醛是一種支鏈短鏈醛，是異亮氨酸Strecker 降解反應(yīng)產(chǎn)物。

在所有樣品中共檢測到7 種醛類物質(zhì)，己醛是蘋果鮮樣中含量最高的醛類物質(zhì)，為71.273 mg/kg，表現(xiàn)為青草、清新、脂肪氣味，是蘋果的特征性香氣成分。醛類物質(zhì)受熱易分解，在50 和60 ℃較低的干燥溫度下，己醛含量分別降低至0.693、0.265 mg/kg，70 和80 ℃干燥樣品均未檢出，表明隨著溫度的升高，己醛含量顯著降低（<0.05），干燥蘋果樣品中清新、青草味減弱。反式-2-己烯醛只在鮮樣中檢測到，為18.580 mg/kg，是脂肪氧合酶和氫過氧化物裂解酶對亞油酸和亞麻酸作用的產(chǎn)物，表現(xiàn)為脂肪味。壬醛具有脂肪味、花香、柑橘等香氣，經(jīng)過熱風(fēng)干燥處理，含量顯著降低（<0.05）。辛醛僅存在與干燥樣品中，表現(xiàn)為脂肪味、清香、檸檬香。

萜烯類物質(zhì)是果蔬中常見的一類物質(zhì)，風(fēng)味閾值較高，一般對產(chǎn)品整體風(fēng)味貢獻(xiàn)并不明顯，但在產(chǎn)品整體香氣的維持和協(xié)調(diào)中起著重要作用。-法尼烯表現(xiàn)為甜香、柑橘香、花香，是所有樣品中含量最高的萜烯類化合物，經(jīng)過熱風(fēng)干燥處理后，-法尼烯含量降低。此外，檢測出2 種酮類化合物，分別是3-羥基-2-丁酮和6-甲基-5-庚烯-2-酮。其中，3-羥基-2-丁酮，呈現(xiàn)黃油味，僅在4 種干制樣品中檢出，猜測其形成可能與不飽和脂質(zhì)的氧化降解或美拉德反應(yīng)有關(guān)。在干燥樣品中檢測到3 種內(nèi)酯和1 種酸類物質(zhì)，包括-己內(nèi)酯、-壬內(nèi)酯、-癸內(nèi)酯和2-羥基-2-甲基丁酸。內(nèi)酯類物質(zhì)是多種水果和水果產(chǎn)品中的重要芳香成分，呈現(xiàn)多種香氣特征，如椰子味、水果味、甜味、焦糖味、桃味、杏味、干果味和脂肪味等，一般對水果的香氣輪廓起積極作用。

熱處理過程中，含硫化合物形成可能與含硫氨基酸（胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸）Strecter 降解有關(guān)，是美拉德反應(yīng)的重要產(chǎn)物，廣泛存在于熱加工食品中。除此以外，含硫化合物形成還包括酶促反應(yīng)路徑，其前體物為生物體本身存在的含硫化合物，以及與一些含硫農(nóng)藥在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化有關(guān)，同時，溫度和光照也是植物生長過程中含硫化合物形成的重要影響因素。在所有樣品中共檢測出3 種含硫化合物，分別為2-甲硫基乙醇、3-甲硫基丙酸乙酯和3-甲硫基丙醇。3-甲硫基丙酸乙酯僅存在于蘋果鮮樣中，表現(xiàn)為薄荷味、青草味、焦糖味和藥物氣味。經(jīng)過干燥處理，3-甲硫基丙醇含量顯著增加（<0.05），據(jù)文獻(xiàn)報道，3-甲硫基丙醇的形成與甲硫氨酸Strecter降解有關(guān)。呋喃類物質(zhì)是具有芳香特性的小環(huán)狀醚類，通常具有甜香及谷物香，在食品加工和烹飪過程中，其生成途徑包括美拉德反應(yīng)、脂質(zhì)氧化以及碳水化合物的熱降解和重排等。2-戊基呋喃表現(xiàn)為焦香氣味，是美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，廣泛存在于熟制三文魚、烤鴨和干制芒果皮等熱加工食品中?？啡┖?-羥甲基糠醛是美拉德反應(yīng)初級階段產(chǎn)物，是表征食品熱處理過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)的重要檢測指標(biāo)。糠醛表現(xiàn)為杏仁味、熟土豆味、面包味，對溫度和水分有高度敏感性。50 ℃樣品未檢出糠醛，但2-呋喃甲醇含量顯著高于60、70 ℃樣品（<0.05），80 ℃未檢出，呈現(xiàn)焦糖味、燒焦味，推測可能與50 ℃熱風(fēng)干燥時間較長有關(guān)，糠醛進(jìn)一步被還原為2-呋喃甲醇。5-羥甲基糠醛僅在70 和80 ℃樣品中檢出，呈現(xiàn)焦糖味、脂肪味、香料味。鮮樣中未檢測出雜環(huán)類化合物。

2.2 熱風(fēng)干燥對蘋果關(guān)鍵香氣化合物的影響

大量研究表明，食物基質(zhì)中的一些揮發(fā)性化合物可能只有一小部分參與香氣感知，對香氣輪廓具有重要貢獻(xiàn)。OAV 是評價揮發(fā)性化合物在食品基質(zhì)中貢獻(xiàn)大小的重要標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，OAV 大于1 的物質(zhì)對該樣品呈現(xiàn)出的整體香氣有重要貢獻(xiàn)。因此，根據(jù)GC-MS 分析結(jié)果進(jìn)一步篩選香氣活性化合物，為確定蘋果鮮樣及蘋果脆片關(guān)鍵揮發(fā)性成分提供重要依據(jù)。本研究參考書籍及相關(guān)文獻(xiàn)，確定了揮發(fā)性化合物的閾值及OAV，從而判定不同樣品的關(guān)鍵香氣化合物。閾值、氣味特征描述以及OAV如表3 所示，主要為酯類、醇類、醛酮類、烯烴類、含硫化合物以及雜環(huán)類化合物。

由表3 可知，與鮮樣相比，4 種干燥樣品中關(guān)鍵香氣化合物的種類減少，總OAV 降低。蘋果鮮樣、50、60、70 和80 ℃熱風(fēng)干燥樣品中OAV>1 的揮發(fā)性化合物分別有33 種（總OAV=1008125）、24 種（總OAV=7044）、23 種（總OAV=3554）、22 種（總OAV=3592）和18 種（總OAV=6123）。蘋果鮮樣獨(dú)有的OAV>1 的化合物16 種，主要是酯類物質(zhì)，包括2-甲基丁酸乙酯（936583.12）、丁酸乙酯（27103.34）、乙酸丁酯（137.06）、己酸乙酯（2038.17）和乙酸己酯（258.37）等。這些物質(zhì)閾值較低，因此具有較高的OAV，是蘋果鮮樣中關(guān)鍵香氣化合物，對蘋果鮮樣香氣輪廓起到?jīng)Q定性作用，這與文獻(xiàn)報道的研究結(jié)果相一致。其次為己醛（14254.37）、-法尼烯（12716.11）、己醇（2988.00），表現(xiàn)為青草味、果香、花香、甜香、柑橘香，對蘋果鮮樣香氣輪廓的形成具有重要貢獻(xiàn)。

表3 蘋果鮮樣以及4 種不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片揮發(fā)性化合物OAVTable 3 OAV of volatile compounds in fresh apple and four hot air dried apple slices at different temperatures

鮮樣以及不同溫度干燥樣品中關(guān)鍵香氣化合物的關(guān)系如圖1 所示，可以看出樣品關(guān)鍵香氣化合物存在差異。鮮樣與干燥樣品共有OAV>1 的揮發(fā)性化合物8 種，分別為-法尼烯（12746.11～1597.75）、2-甲基丁酸己酯（755.617～6.90）、己醇（2988.00～168.54）、1-辛烯-3-醇（53.12～12.08）、壬醛（1534.99～47.36）、反式-2-壬烯醛（1202.98～189.38）、芳樟醇（1264.30～212.75）和6-甲基-5-庚烯-2-酮（11.27～3.90），表現(xiàn)為柑橘香、花香、果香、甜香。除6-甲基-5-庚烯-2-酮以外，其他7 種化合物在鮮樣中的OAV 值均大于干燥樣品中，而在四種干燥樣品的OAV 值差異較小，這與蘋果經(jīng)過熱風(fēng)干燥后化合物含量降低有關(guān)。如鮮樣中，丁酸己酯OAV 為755.61，50、60、70 和80 ℃樣品中分別為115.16、76.90、106.50 和100.18，說明經(jīng)過干燥處理后，干燥樣品中與鮮樣香氣輪廓上仍保持一定的相似性，但是在香氣強(qiáng)度上有所減弱。僅存在4 種干燥樣品中OAV>1的組分共7 種，包括3 種醇類、1 種醛類、1 種酮類、1 種含硫化合物和1 種雜環(huán)化合物，分別為2-甲基-1-丁醇（7.16～32.26）、3-甲基-4-庚醇（6.90～14.39）、苯乙醇（4.67～11.11）、辛醛（84.36～211.25）、3-羥基-2-丁酮（21.86～64.57）、3-甲硫基丙醇（5.88～13.52）和2-戊基呋喃（14.88～26.44），是經(jīng)過熱風(fēng)干燥后新生成的化合物，這些化合物被認(rèn)為是脫水蘋果片特征香氣成分。

圖1 OAV 法鑒定新鮮蘋果和四種干燥蘋果脆片中關(guān)鍵香氣化合物維恩圖Fig.1 Venn diagram for key aroma compounds identified in fresh apple and four dried apple slices by OAV

總體而言，蘋果鮮樣的關(guān)鍵揮發(fā)性成分主要是酯類、醇類、醛類以及烯烴類化合物，包括丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸乙酸酯、己酸乙酯、乙酸己酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己醇、芳樟醇、己醛、反式-2-己烯醛、壬醛、反式-2-壬烯醛和-法尼烯。這些物質(zhì)以酯類為主，且具有較高的OAV，使新鮮蘋果整體表現(xiàn)強(qiáng)烈的果香、香甜、清新、柑橘香、花香風(fēng)味。與鮮樣相比，熱風(fēng)干燥樣品關(guān)鍵香氣化合物酯類物質(zhì)種類減少，OAV 值降低。醛類、醇類物質(zhì)種類增加，還包括一些酮類化合、含硫化合物、雜環(huán)化合物。4 種干燥樣品共有關(guān)鍵香氣化合物包括2-甲基丁酸己酯、2-甲基-1-丁醇、己醇、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、3-甲基-4 庚醇、苯乙醇、己醛、辛醛、壬醛、反式-2-壬烯醛、-法尼烯、3-羥基-2-丁酮、3-甲硫基丙醇和2-戊基呋喃。與鮮樣相比，蘋果脆片果香、青草味和清香味減弱，同時醛類物質(zhì)提供了脂肪味，3-羥基-2-丁酮、3-甲硫基丙醇和2-戊基呋喃表現(xiàn)為黃油味、熟牛奶味、焦香味。4 種干燥樣品在風(fēng)味輪廓上具有較高的相似度，而四種樣品之間主要香氣差異體現(xiàn)在各物質(zhì)OAV 值的微小差別，因為相比于60 和70 ℃，50 和80 ℃熱風(fēng)處理后新生成化合物，含量較高，OAV 較大，體現(xiàn)了不同溫度熱風(fēng)處理可以在不同程度上影響蘋果脆片的感官特性及特征風(fēng)味，使蘋果脆片的風(fēng)味輪廓更加豐富，同時也說明50 和80 ℃熱風(fēng)干燥處理的蘋果脆片更具有熱風(fēng)干燥特點(diǎn)。

2.3 電子鼻分析

2.3.1 傳感器響應(yīng)值變化 PEN3 電子鼻中的10 個金屬傳感器能分別針對不同氣體產(chǎn)生響應(yīng)信號。蘋果鮮樣與不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果片樣品電子鼻傳感器的響應(yīng)值雷達(dá)圖見圖2。由圖2 可知，蘋果鮮樣和干燥樣品響應(yīng)較強(qiáng)的傳感器為W1W、W5S、W2W，說明萜烯類化合物、氮氧類化合物、芳香成分在蘋果鮮樣和干燥樣品中的含量較高，表明鮮樣與不同干燥樣品香氣輪廓存在顯著差異。鮮樣與干燥樣品在W1W傳感器響應(yīng)值差異顯著（<0.05），推測W1W 傳感器與樣品中-法尼烯的含量有關(guān)，蘋果鮮樣的響應(yīng)值最高，其次為50、80、60 和70 ℃，說明相對于60 ℃、干燥溫度較低（70、50 ℃）和干燥時間短（80 ℃）均較好地保留了蘋果中的萜烯類揮發(fā)性成分。與鮮樣相比，不同溫度熱風(fēng)干燥樣品W1W、W5S、W2W 傳感器響應(yīng)值顯著降低（<0.05），說明經(jīng)過熱風(fēng)干燥處理，萜烯類化合物、氮氧化合物含量降低，這與GCMS 結(jié)果具有很好的一致性，同時表明干燥溫度對蘋果片中的有機(jī)硫化物、萜烯類、醇類、醛酮類和甲基類物質(zhì)等揮發(fā)性成分有較大的影響。W1C、W3C 對芳烴成分、苯類敏感，熱風(fēng)干燥蘋果片樣品W1C、W3C 傳感器響應(yīng)值高于鮮樣，在干燥樣品中，80 ℃干燥樣品響應(yīng)值最大，表明干燥后芳烴成分、苯類化合物含量顯著增加（<0.05），這與GC-MS 結(jié)果中苯甲醇、苯乙醇僅在干樣中檢出結(jié)果相一致。W6S、W5C、W1S、W2S、W3S 傳感器對樣品中揮發(fā)性氣味的響應(yīng)均較低，在0.01～2 之間，表明樣品中氨類、氫類、短鏈烷烴、甲基類、醇類、醛酮類、長鏈烷烴類揮發(fā)性組分含量較低，且不同溫度熱風(fēng)干燥樣品之間響應(yīng)值差異較小，說明干燥溫度對該類揮發(fā)性組分的影響不大。

圖2 蘋果鮮樣和4 種溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片電子鼻傳感器響應(yīng)雷達(dá)圖Fig.2 Radar plots of the responses of the sensors to fresh apple and four dried apple slices

2.3.2 主成分分析 為了更好地可視化電子鼻數(shù)據(jù)，對電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析（PCA），以確定不同蘋果片樣品之間是否存在可察覺的嗅覺差異。圖3為電子鼻數(shù)據(jù)主成分分析得分圖（A）和載荷圖（B），由圖可以看出，兩個主成分（第一主成分PC1 的貢獻(xiàn)率為59.9%，第二主成分PC2 的貢獻(xiàn)率為36.0%）累計方差95.9%，說明前兩個主成分覆蓋了樣品的絕大多數(shù)氣味信息。如圖3A 所示，鮮樣與干燥樣品之間得到區(qū)分，說明干燥處理使蘋果的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致鮮樣與干燥樣品呈現(xiàn)不同的風(fēng)味特征。鮮樣和60 ℃熱風(fēng)處理樣品都位于PC1 的右側(cè)區(qū)域，50、70 和80 ℃樣品在左側(cè)區(qū)域，并且4 種干燥樣品之間沒有重疊，表明其在揮發(fā)性成分上有一定差異，可能與樣品香氣化合物的種類和含量差異有關(guān)，與OAV 分析結(jié)果相一致。載荷圖是利用所有傳感器的信號研究樣品所屬類別的一種統(tǒng)計方法。載荷分析如圖3B 所示，揮發(fā)性物質(zhì)第一主成分以萜烯類和有機(jī)硫化合物為主，第二主成分以芳烴、苯類物質(zhì)為主。W1C、W2W、W5S、W3S、W6S 傳感器與蘋果鮮樣相關(guān)聯(lián)，與鮮樣中含有較高含量的-法尼烯有關(guān)。W1C、W3CS、W5C 傳感器與50、70 和80 ℃樣品相關(guān)聯(lián)，與50、70 和80 ℃樣品在干燥過程中生成苯甲醇、苯乙醇有關(guān)及與含硫化合物的形成有關(guān)，進(jìn)一步驗證了鮮樣與熱風(fēng)干燥蘋果脆片之間香氣輪廓的差異。

圖3 蘋果鮮樣和4 種熱風(fēng)干燥蘋果脆片電子鼻PCA 得分圖（A）和載荷圖（B）Fig.3 Principal component analysis score plot (A) and loading plot (B) of fresh apple and four dried apple slices based on the E-nose data

3 結(jié)論

本研究采用HS-SPME-GC-MS 結(jié)合電子鼻對蘋果鮮樣和不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片關(guān)鍵香氣化合物進(jìn)行了表征。GC-MS 分析表明，蘋果鮮樣和4 種熱風(fēng)干燥樣品香氣種類和含量存在較大的差異。蘋果鮮樣主體香氣成分為酯類、烯烴類、醛類，其中2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯、-法尼烯、己醛、壬醛、反式-2-壬烯醛是主要成分。與蘋果鮮樣相比，熱風(fēng)干燥樣品酯類和烯烴類含量降低，雜環(huán)化合物和含硫化合物種類和含量增加。OAV 分析表明，蘋果鮮樣與熱風(fēng)干燥樣品關(guān)鍵香氣化合物存在差異。2-甲基丁酸己酯、己醇、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、壬醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、-法尼烯是鮮樣與4 種干燥樣品共有的關(guān)鍵香氣化合物，在熱風(fēng)干燥樣品中OAV 值小于鮮樣，表明干燥樣品果香、花香、柑橘香減弱。除此以外，蘋果鮮樣關(guān)鍵香氣化合物還包括2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁基乙酸酯、乙酸丁酯、丁酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯。熱風(fēng)干燥樣品關(guān)鍵香氣化合物還包括3-甲硫基丙醇、2-戊基呋喃，增強(qiáng)蘋果脆片的脂肪香、焦香風(fēng)味，豐富了蘋果脆片的香氣輪廓。電子鼻響應(yīng)雷達(dá)圖分析表明不同溫度熱風(fēng)處理的蘋果脆片香氣輪廓存在差異。PCA 結(jié)果顯示，鮮樣與干燥樣品之間通過電子鼻能夠進(jìn)行很好的區(qū)分。通過對鮮樣及不同溫度熱風(fēng)干燥蘋果脆片揮發(fā)性化合物分析及關(guān)鍵香氣成分的研究，為蘋果脆片熱風(fēng)干燥工藝的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。綜合考慮香氣、能耗，相比于50 ℃熱風(fēng)處理，80 ℃可以在短時間內(nèi)使蘋果片呈現(xiàn)熱風(fēng)脫水制品的特征性風(fēng)味。因此，80 ℃熱風(fēng)干燥條件最佳。