基于GC-IMS分析“黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異

陳懷宇，王鈺淇，陳洪彬，鄭金水，蔣璇靚

(1 泉州師范學(xué)院海洋與食品學(xué)院，福建泉州，362002；2 近海資源生物技術(shù)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建泉州，362002；3 福建省泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建泉州，362212)

西番蓮PassifloracaeruleaL.俗稱百香果、熱情果，屬多年生藤本植物，是近年來(lái)我國(guó)福建、廣西、廣東等地大量推廣種植的熱帶特色漿果[1-2]。成熟西番蓮果實(shí)富含濃郁香氣，具有番石榴、草莓、蘋果、菠蘿等多種水果香氣，素有“果汁之王”和“香料水果”的美譽(yù)[1，3]。風(fēng)味是果實(shí)重要的感官品質(zhì)指標(biāo)之一，不同品種西番蓮果實(shí)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成和含量不同，而濃郁的風(fēng)味是西番蓮果實(shí)風(fēng)靡市場(chǎng)的重要因素[4]。西番蓮果實(shí)中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)以酯類為主，如丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸己酯、乙酸丁酯、己酸乙酯等，其次為醇類、酮類和醛類等物質(zhì)[5-7]。這些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成和含量因西番蓮果實(shí)成熟度、品種以及貯藏環(huán)境的不同而有較大差異[8-9]。

目前，有關(guān)西番蓮果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定主要以氣相色譜-質(zhì)譜法為主，需要對(duì)其進(jìn)行固相微萃取等預(yù)處理，對(duì)于組分相似的物質(zhì)分離也存在一定局限性，限制了西番蓮果實(shí)特征風(fēng)味指紋圖譜的構(gòu)建[4-5]。氣相色譜-離子遷移譜(Gas chromatographyionmobility spectrometry，GC-IMS)是一種新型的風(fēng)味物質(zhì)分離和檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)GC-IMS技術(shù)可以分析不同品種番荔枝、水蜜桃等果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，找出特征揮發(fā)性組分，建立的指紋圖譜可以顯著區(qū)分不同品種或鑒別出產(chǎn)地[10-13]。目前，鮮見(jiàn)利用GC-IMS技術(shù)分析西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的有關(guān)報(bào)道。本文以福建省主栽西番蓮品種果實(shí)為材料，利用GC-IMS技術(shù)分析兩個(gè)品種果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，建立相關(guān)指紋圖譜，為西番蓮品種識(shí)別和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

“黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)采自福建省泉州市南安市溪美鎮(zhèn)緣味家庭農(nóng)場(chǎng)，九成熟，采后立即運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室。FlavourSpec?風(fēng)味分析儀配有CTC PAL RSI自動(dòng)頂空進(jìn)樣器(GC-IMS)，德國(guó)G.A.S公司產(chǎn)。

1.2 方法

每個(gè)品種取備用果實(shí)10個(gè)切開(kāi)，將果汁混勻后，取果汁1.0 g，置于20 mL頂空瓶中密封，每個(gè)品種做3個(gè)平行重復(fù)。

GC-IMS分析條件參考楊濤華等[10]方法，自動(dòng)頂空孵育溫度40 ℃，孵育時(shí)間15 min，孵化轉(zhuǎn)速500 rpm，進(jìn)樣針溫度45 ℃，進(jìn)樣體積200 μL；GC色譜柱為MXT-5(15 m×0.53 mm×1 μm)，柱溫60 ℃，運(yùn)行時(shí)間20 min，載氣為高純度N2，載氣流速設(shè)定為初始2 mL/min，保持2 min，2～20 min線性增加至100 mL/min；IMS漂移管溫度45 ℃，漂移氣為高純度N2，漂移氣流速150 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用風(fēng)味分析儀配套的分析軟件VOCal對(duì)譜圖和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)香氣物質(zhì)進(jìn)行定性分析,用Reporter插件直接對(duì)比樣品之間的譜圖差異,用Gallery Plot插件進(jìn)行指紋圖譜對(duì)比，直觀且定量地比較不同樣品之間香氣成分的差異；用Dynamic PCA插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)主成分分析和相似度分析,采用軟件Excel 2016處理數(shù)據(jù)，揮發(fā)性物質(zhì)含量為歸一化后的相對(duì)峰體積(%)。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS圖譜對(duì)比

從圖1A可以直觀看出“黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異。圖1B中橫坐標(biāo)1.0處豎線為反應(yīng)離子峰RIP，RIP峰兩側(cè)的每1個(gè)點(diǎn)代表1種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。顏色深淺代表物質(zhì)的濃度高低，顏色越深表示濃度越高。圖1C是以“黃金”西番蓮為參比，淺色圖譜扣除“黃金”西番蓮中的信號(hào)峰，得到二者的差異譜圖。其中，深色部分說(shuō)明該物質(zhì)在此樣品中較“黃金”低(見(jiàn)圖C區(qū)域a)，灰色部分說(shuō)明該物質(zhì)在此樣品中較“黃金”多(見(jiàn)圖C區(qū)域 b)，顏色越深說(shuō)明差異越大。由圖1可知，西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)可以通過(guò)GC-IMS得到較好的分離檢測(cè)，“黃金”和“紫香”果實(shí)之間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成差別不大，但同種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量則存在較大差異。與“黃金”相比，“紫香”a區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較低，b區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較高?？傮w而言，與“黃金”相比，“紫香”果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)較豐富。

注：A.三維圖，B.俯視圖，C.差異圖。a區(qū)域表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較低，b區(qū)域表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量較高。

2.2 果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定性分析

根據(jù)“黃金”和“紫香”果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留時(shí)間和離子漂移時(shí)間，使用外標(biāo)正酮C4～C9為參考，計(jì)算揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留指數(shù)，與GC-IMS內(nèi)置軟件的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，對(duì)西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，共檢出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)48種。其中已定性物質(zhì)43種，未知5種。從表1看出，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要包括酯類20種、醇類8種、酮類7種、萜烯類5種、醛類3種，其中有11種化合物同時(shí)檢出單體和二聚體(兩個(gè)相同分子結(jié)合成的物質(zhì)，在單體洗脫后出現(xiàn))?！包S金”和“紫香”果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類基本一致，但不同揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量有差異。這與頂空固相微萃取聯(lián)合GC-MS(HS-SPME-GC-MS)分析不同品種西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)果基本一致[4，14]。

表1 “黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定性分析

對(duì)峰體積歸一化后可知，“黃金”果實(shí)中酯類占66.95%、醇類占12.87%、酮類占2.76%、萜烯類占14.85%、醛類占0.70%，“紫香”果實(shí)中酯類占71.94%、醇類占11.81%、酮類占4.08%、萜烯類占7.37%、醛類占1.09%。這說(shuō)明西番蓮果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)以酯類和醇類為主，如己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯和乙醇等。進(jìn)一步比較分析發(fā)現(xiàn)，“紫香”果實(shí)中的酯類總含量較“黃金”高，但“黃金”果實(shí)中己酸乙酯和乙酸乙酯的含量高于“紫香”，而己酸異戊酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、甲酸乙酯 、2-甲基丁酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸己酯等物質(zhì)含量均極顯著低于“紫香”；“黃金”果實(shí)中萜烯類物質(zhì)總含量是“紫香”的2.01倍，以檸檬烯和月桂烯為主；而“紫香”果實(shí)中酮類物質(zhì)總含量是“黃金”的1.48倍，以2-庚酮和丙酮為主。

續(xù)表1

2.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS指紋圖譜分析

圖2中，每列為1種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，點(diǎn)的顏色深淺和面積表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量大小，顏色越深、面積越大，說(shuō)明該揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量越高。由圖2可知，“黃金”和“紫香”果實(shí)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在顯著性差異，均有各自的特征風(fēng)味物質(zhì)，且果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組分及含量差異會(huì)使其呈現(xiàn)不同的香氣類型?！包S金”果實(shí)中萜烯類物質(zhì)含量較高，如檸檬烯、α-松油烯、月桂烯、β-蒎烯、α-蒎烯等；此外，苯甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、苯乙酮、1-戊醇、E-2-己烯醇、E-2-己烯醛、2-己酮等物質(zhì)含量也較高?！白舷恪惫麑?shí)中酯類物質(zhì)含量較高，如癸酸乙酯、己酸異戊酯、辛酸乙酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、己酸丙酯、己酸甲酯、丁酸異丁酯、丁酸丙酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、乙酸異丁酯、異丁酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯、甲酸乙酯等；此外，(E，E)-2，4-壬二烯醛、3-甲基丁醛、1-己醇、異己醇、異戊醇、芳樟醇、氧化芳樟醇、2-壬酮、2-庚酮、環(huán)己酮、2-戊酮、丙酮等物質(zhì)含量也較高。說(shuō)明“黃金”果實(shí)的特征風(fēng)味以萜烯類為主，“紫香”果實(shí)的特征風(fēng)味以酯類為主。

注：1—5表示未知的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

2.4 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主成分分析

由圖3可知，對(duì)西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，第一主成分(PC1)為97%，第二主成分(PC2)為2%，兩個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率99%；可以直觀看出“黃金”和“紫香”果實(shí)各自聚類，區(qū)分度很高。因此，可以根據(jù)西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)來(lái)區(qū)分兩個(gè)品種。

圖3 “黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主成分分析

3 結(jié)論與討論

本研究利用GC-IMS技術(shù)檢測(cè)“黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，共定性識(shí)別出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)43種，包含酯、醇、酮、萜烯和醛類化合物等，以酯、醇和萜烯類為主。研究結(jié)果表明，兩個(gè)西番蓮品種果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量差異顯著，“黃金”果實(shí)中萜烯類物質(zhì)含量較高，以檸檬烯和月桂烯為主；“紫香”果實(shí)中酯類和酮類物質(zhì)含量較高，以己酸異戊酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、甲酸乙酯、2-甲基丁酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸己酯、2-庚酮和丙酮為主。相較于“黃金”西番蓮，“紫香”西番蓮表現(xiàn)出更為豐郁的香氣，推測(cè)正是由于兩者上述揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量差異引起。主成分分析可以有效區(qū)分兩個(gè)品種西番蓮果實(shí)，前兩個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率高達(dá)99%。同時(shí)，本研究利用GC-IMS技術(shù)構(gòu)建了“黃金”和“紫香”西番蓮果實(shí)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜，但由于IMS數(shù)據(jù)庫(kù)中西番蓮風(fēng)味物質(zhì)數(shù)據(jù)還不完善，該指紋圖譜不能完全代表兩個(gè)品種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，仍需進(jìn)一步擴(kuò)充西番蓮揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，以為西番蓮品種識(shí)別及揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)研究提供數(shù)據(jù)支持。