玫瑰茄中增甜香氣成分分析及含量測定

孫京格，王孟陽，李思諾，周家萍，孟夢，韓冉*

（1.天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.滄州市食品藥品檢驗(yàn)所，河北 滄州 061001；3.天津科技大學(xué)現(xiàn)代分析技術(shù)研究中心，天津 300457）

玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa Linn.）又名洛神花、山茄、洛神葵等，在廣東、福建等地分布廣泛，被譽(yù)為“植物界的紅寶石”[1]。玫瑰茄的花萼顏色鮮艷，香氣突出，富含糖類、有機(jī)酸以及花青素等物質(zhì)[2]，其香氣是由多種化合物貢獻(xiàn)的，帶有明顯的花香和果香，主要包括烴類、醇類、酮類、醛類、酯類等。

近年來，為減少非營養(yǎng)甜味劑對消費(fèi)者感官上產(chǎn)生的負(fù)面影響，通過氣味誘導(dǎo)滋味增強(qiáng)的方式實(shí)現(xiàn)“減糖增甜”已成為研究熱點(diǎn)[3]。已有研究表明，香氣的添加如香草香氣、草莓香氣和香蕉香氣，能夠顯著增加甜味感知。Oliveira 等[4]研究發(fā)現(xiàn)在酸奶中添加0.2%的香草香氣或草莓香氣，減少25%的蔗糖使用量，不會影響酸奶甜度。Bertelsen 等[5]研究發(fā)現(xiàn)香草、蜂蜜和香蕉香氣在低和中濃度蔗糖下有顯著增甜效果。

香氣增甜是極具應(yīng)用價(jià)值的新型減糖方式。目前，國內(nèi)外有關(guān)玫瑰茄的研究主要集中在玫瑰茄活性成分提取工藝[6-7]、生物活性及藥用價(jià)值[8-9]、新產(chǎn)品開發(fā)[10-11]等方面，而對于玫瑰茄揮發(fā)性香氣成分的挖掘、驗(yàn)證、應(yīng)用有待研究。氣相色譜嗅聞（gas chromatography/olfactometry-associated taste，GC/O-AT）技術(shù)[12-13]可用于5 種口味（甜、咸、苦、酸、鮮）的篩選鑒定。本文利用GC/O-AT 篩選玫瑰茄花萼中滋味感知相關(guān)的揮發(fā)性成分，由感官描述得知甜味感知相關(guān)的香氣成分，結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 分析玫瑰茄中揮發(fā)性成分的種類及相對含量。以期為低糖、健康、美味食品的開發(fā)奠定基礎(chǔ)，為食品工業(yè)發(fā)展提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玫瑰茄花萼：產(chǎn)自云南昆明，滄州市食品藥品檢驗(yàn)所提供。

11 種香氣成分的標(biāo)準(zhǔn)品（正己醛、糠醛、癸醛、壬醛、香葉基丙酮、苯甲醛、辛醛、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、橙花叔醇、α-松油醇，均為色譜純）：天津泰艾瑞科技有限公司；蔗糖（食品級）：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BJ-800A 多功能粉碎機(jī)：杭州拜杰科技有限公司；ME204/02 電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；81-2 型恒溫磁力攪拌器：上海司樂儀器有限公司；GCMS-QP2010 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；固相微萃?。╯olid phase micro-extraction，SPME）手動進(jìn)樣手柄、50/30UM DVB/CAR on PDMS 萃取頭：上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 香氣成分萃取

將頂空瓶清洗干凈、烘干備用，準(zhǔn)確稱量0.300 g粉碎過篩后的玫瑰茄花萼粉末，加入超純水5 mL 至頂空瓶約1/3 處，加入磁力攪拌轉(zhuǎn)子，封口，固定在裝滿水的燒杯中，于80 ℃恒溫平衡15 min。將經(jīng)老化處理后的萃取針插入預(yù)先扎孔的頂空瓶內(nèi)，注意不能接觸液面，于80 ℃恒溫吸附30 min。取出富集香氣成分的萃取針，立即將其插入到氣相色譜儀的進(jìn)樣口中進(jìn)行測樣，樣品解吸15 min 后拔出，程序運(yùn)行50 min 后自動結(jié)束。

1.3.2 GC-MS 分析

色譜條件：Rtx-5MS 氣相色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；在初始溫度為40 ℃下保持1 min，以4 ℃/min的速度升溫至182 ℃，保持時(shí)間為1 min，再以8 ℃/min的速度升溫至250 ℃，保持時(shí)間為3 min；進(jìn)樣口溫度為250 ℃，不分流進(jìn)樣；載氣為He，流量為1.0 mL/min。

質(zhì)譜條件：氣相質(zhì)譜離子源為電子電離離子源，離子源溫度220 ℃，電子能量70 eV，接口溫度220 ℃，質(zhì)譜掃描范圍為m/z 40～500。

1.3.3 GC/O-AT 分析

氣相色譜毛細(xì)管柱的末端連接到一個(gè)分流器，將流出物分成兩個(gè)相等的部分，即嗅探器端口和質(zhì)譜檢測器，并且在嗅覺端口處安裝加濕器以避免鼻黏膜脫水，分析條件同1.3.2 的方法，同時(shí)有10 名相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)學(xué)生（5 男5 女，年齡在18～25 歲）進(jìn)行嗅聞，要求篩選出與甜味感知相關(guān)的香氣化合物。感官評審員描述嗅到的香氣屬性特征（如花香、果香和焦糖香等），并記錄氣味感知的強(qiáng)度，感知無氣味劃定為0、有微弱氣味劃定為1、有較明顯的氣味劃定為2、有強(qiáng)烈氣味劃定為3。

1.3.4 感官評價(jià)

感官評審團(tuán)由20 名有相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)的食品專業(yè)學(xué)生（10 男10 女，年齡在18～25 歲）組成。感官評價(jià)員符合Xiao 等[14]的氣味誘導(dǎo)甜味增強(qiáng)試驗(yàn)中的感官評定要求，以準(zhǔn)確有代表性的描述玫瑰茄中香氣成分的感官特征。結(jié)合GC-O/AT 選擇11 種食品級香味劑在含有30 g/L 蔗糖的蒸餾水中稀釋，以探索其增強(qiáng)甜度的感知能力。根據(jù)其嗅覺強(qiáng)度和預(yù)測試中的可接受性來選擇香味劑的濃度，如表1 所示。

表1 11 種香氣成分氣味閾值以及蔗糖溶液中添加的選定濃度Table 1 Odor threshold and concentration of eleven aroma components added in the sucrose solution

取每種溶液10 mL 置于50 mL 塑料杯中，所得樣本使用隨機(jī)3 位數(shù)字編號，并隨機(jī)提供給感官評價(jià)員。對于每個(gè)樣本，感官評價(jià)員都被要求先進(jìn)行嗅聞后氣味描述并將整個(gè)樣本放入嘴中，舌尖旋轉(zhuǎn)樣本記錄感知描述，感官評價(jià)員用酸、甜、苦、鮮、咸5 種味覺感知描述玫瑰茄的香氣。樣品間隔不低于90 s，蒸餾水漱口。

上述試驗(yàn)選出6 種與甜味感知相關(guān)的香氣成分，其不僅在本試驗(yàn)樣本中出現(xiàn)，而且廣泛存在于玫瑰茄中。將篩選出的香氣成分按照表1 濃度分別加入到30 g/L的蔗糖溶液中，并制備一份相同濃度的蔗糖溶液。用3 位隨機(jī)數(shù)對提供樣品進(jìn)行編碼，感官評價(jià)員采用0～10（0 表示沒有，10 表示非常強(qiáng)烈）的線性范圍來評定甜味的強(qiáng)度。在對隨機(jī)提供樣品品嘗之前，感官評價(jià)員需要品嘗參考溶液，其中30 g/L 的蔗糖溶液評分為3，80 g/L 的蔗糖溶液評分為10。在感官試驗(yàn)中，感官評價(jià)員被要求將10 mL 樣品放入口中，在口腔內(nèi)停留3～5 s 后吐出樣品并評估感知味覺強(qiáng)度。試驗(yàn)過程中，樣品溫度維持在室溫（23±1）℃范圍內(nèi)，每個(gè)樣品之間需要停留2 min，期間呼吸新鮮空氣并使用蒸餾水漱口，每個(gè)樣品試驗(yàn)3 次，取平均值作為最終結(jié)果。感官結(jié)果表述為氣味誘導(dǎo)甜味增強(qiáng)（odor induced sweetness enhancement，OISE），如式（1）所示為含氣味成分的蔗糖溶液與含等量蔗糖的溶液之間的甜度差。

式中：Y 為OISE 值；R1為含香氣成分的蔗糖溶液的甜味強(qiáng)度；R2為相同濃度的蔗糖溶液的甜味強(qiáng)度。

1.3.5 增甜驗(yàn)證試驗(yàn)

為探究不同濃度的蔗糖溶液對香氣成分增甜效果的影響，將感官試驗(yàn)篩選出的香氣成分分別加入到濃度為0、30、60、90 g/L 的蔗糖溶液中，采用相同的感官方法進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.6 香氣成分定性定量分析

經(jīng)GC-MS 分析檢測得到玫瑰茄的總離子流圖，將其與NTST 17 質(zhì)譜庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對比，結(jié)合文獻(xiàn)共同確定揮發(fā)性成分的種類。采用峰面積歸一化法計(jì)算出玫瑰茄花萼香氣成分的相對含量[20-21]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用GC-MS 再解析對玫瑰茄香氣成分進(jìn)行定性定量分析；使用Excel 2019、SPSS（21 版）、Origin 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理并繪制圖形；OISE 采用單樣本t 檢驗(yàn)[22]，以評估均值是否不為0，即是否具有增甜效果。當(dāng)p＜0.05 時(shí)，認(rèn)為差異顯著，p＜0.01 時(shí)，認(rèn)為差異極顯著，p＜0.001 時(shí)，認(rèn)為差異高度顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 與甜味相關(guān)的香氣成分選擇

采用GC/O-AT 技術(shù)選擇出與甜味相關(guān)的香氣成分，感官評價(jià)員進(jìn)行氣味的描述和鼻后氣味強(qiáng)度的評定，結(jié)果見表2。

表2 GC/O-AT 選擇出的與甜味相關(guān)的香氣成分Table 2 Sweet taste-related aroma components screened by GC/O-AT

由表2 可知，若將“柑橘香”、“蘋果香”、“甜橙香”、“橙皮香”歸為“水果香”，將“玫瑰香”、“茉莉香”歸為“花香”，這些香氣成分的氣味描述可分為3 大類，即“水果香”、“焦糖香”、“花香”，這3 類香型在已有文獻(xiàn)中被稱為“甜香”，往往與“甜”味覺感知相關(guān)聯(lián)，但是11 種香氣成分對味覺作用的增強(qiáng)不僅僅受香氣化合物的影響，具體味覺感知的影響還需要通過感官評價(jià)進(jìn)行分析驗(yàn)證。

2.2 感官評價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合描述性感官分析確定玫瑰茄中香氣成分的風(fēng)味屬性及感知強(qiáng)度，包括嗅覺（“花香”、“果香”、“焦糖香”、“青草香”等）和味覺（酸、甜、苦、咸、鮮）。最終篩選出6 種與甜味感知相關(guān)的物質(zhì)，包括3 種醛、2 種醇、1 種酮，結(jié)果如表3 所示。

表3 11 種香氣成分的感官評價(jià)結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of eleven aroma components

由表3 可知，在這些化合物中，60%的感官評價(jià)員認(rèn)為具有“焦糖味、土豆味等”的糠醛是甜味。苯甲醛被描述為“糖果味、杏仁氣味等”，有40%的感官評價(jià)員認(rèn)為其對甜味感知有影響。香葉基丙酮和芳樟醇分別具有“清甜香、玫瑰香等”和“水果香、花香等”，被70%的感官評價(jià)員描述為甜。呈現(xiàn)“花香、柑橘香等”的癸醛和 “香草香氣、甜橙香等” 的橙花叔醇分別被40%、50%的感官評價(jià)員描述為“甜味”。己醛除了被描述為“木質(zhì)香”、“油脂味”，還被部分感官評價(jià)員描述為“青草味”、“果香”、“甘草香”、“瓜子氣息”，氣味描述復(fù)雜多樣，味覺感知亦是如此。與鮮味和咸味相關(guān)的化合物1-辛烯-3-醇，被描述為“菌菇味、海鮮味等”。辛醛被40%的感官評價(jià)員描述為鮮，20%的感官評價(jià)員描述為咸，具有“油脂味、蘋果味等”氣味。壬醛和α-松油醇分別被描述為“生魚味、燒焦味等”和“藥味”，60%感官評價(jià)員味覺感知為“苦”。楊婷等[23]在分析紅糖揮發(fā)性成分時(shí)將辛醛描述為“油脂味”、苯甲醛被描述為“堅(jiān)果味”、1-辛烯-3-醇被描述為“青草味和蘑菇味”等，這與本試驗(yàn)感官評價(jià)員描述基本一致。

2.3 味覺增強(qiáng)作用的結(jié)果分析

糠醛、苯甲醛、芳樟醇、癸醛、香葉基丙酮、橙花叔醇6 種香氣化合物對30 g/L 的蔗糖溶液的甜度的影響結(jié)果如圖1 所示。

圖1 6 種香氣成分在30 g/L 蔗糖溶液中的增甜效果Fig.1 Sweetness enhancement effects of six aroma components in 30 g/L sucrose solution

由圖1 可知，與30 g/L 蔗糖溶液相比較，糠醛、苯甲醛、芳樟醇、香葉基丙酮、橙花叔醇5 種香氣化合物可顯著增強(qiáng)30 g/L 的蔗糖溶液的甜度（p＜0.05），其中芳樟醇、香葉基丙酮、橙花叔醇的影響極顯著（p＜0.01）。癸醛具有與甜味感知相關(guān)的果味和花香味，但是其對30 g/L 蔗糖溶液甜度的增強(qiáng)沒有顯著性影響（p＞0.05），可能是氣味與滋味互作過程中嗅覺占主導(dǎo)作用。有研究證實(shí)糠醛具有焦糖氣味，可以一定程度增加蔗糖溶液甜度[24]，苯甲醛可增強(qiáng)奶油蛋糕甜點(diǎn)的甜度[25]。芳樟醇在30 g/L 蔗糖溶液中的增甜效果最好，與芳樟醇相比，香葉基丙酮和橙花叔醇對30 g/L 蔗糖溶液的甜度提高較少，可能由于其感官描述分別被10%和20%的感官評價(jià)員描述為苦，影響了其增甜效果。

感官評價(jià)員由添加等量的甜味劑的低濃度蔗糖到高濃度蔗糖依次進(jìn)行感官評價(jià)，圖2 為芳樟醇、香葉基丙酮和橙花叔醇3 種甜味劑加入到不同濃度的蔗糖溶液中增甜的效果。

圖2 香氣成分在不同濃度蔗糖溶液中的增甜效果Fig.2 Sweetness enhancement effects of aroma components in different concentrations of sucrose solutions

由圖2a 和2b 可知，芳樟醇、香葉基丙酮在0、30、60 g/L 的蔗糖溶液中能顯著提高甜味，其中芳樟醇在30 g/L 的蔗糖溶液中增甜效果最好，香葉基丙酮在60 g/L 的蔗糖溶液中增甜效果最好，但在90 g/L 的高濃度蔗糖溶液中都不能顯著提高甜味。由圖2c 可知，橙花叔醇在0、30、60、90 g/L 的蔗糖溶液中均能顯著提高甜味且OISE 差值小，說明不同濃度蔗糖溶液對橙花叔醇增甜效果影響較小，實(shí)際生產(chǎn)過程中可選擇低濃度的糖溶液，減少糖的使用量同時(shí)發(fā)揮較好的增甜效果。有研究指出，蔗糖濃度的增加會提高揮發(fā)性香氣的釋放率，糖濃度持續(xù)增加會導(dǎo)致溶液中的黏度增加，可能促使揮發(fā)性香氣與蔗糖相結(jié)合，從而抑制香氣釋放[26]。有研究表明，揮發(fā)性香氣可與寡糖類化合物相結(jié)合形成糖苷類香氣前體，抑制揮發(fā)性香氣的持續(xù)釋放[27]。綜上所述，相關(guān)香氣成分在30 g/L 或60 g/L 中對甜味感知影響最佳，增加至90 g/L 后有所下降，說明在高濃度的蔗糖溶液中的釋放率受到很大抑制，在低和中濃度的蔗糖溶液下增甜最佳，差異極顯著（p＜0.01）。

2.4 玫瑰茄揮發(fā)性成分定性定量分析結(jié)果

應(yīng)用頂空固相微萃取技術(shù)對玫瑰茄樣品進(jìn)行前處理，利用GC-MS 分析得到玫瑰茄的總離子流圖見圖3，玫瑰茄揮發(fā)性物質(zhì)成分及含量見表4。

圖3 玫瑰茄揮發(fā)性成分GC-MS 的總離子色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram of the volatile components of roselle

表4 玫瑰茄揮發(fā)性成分定性定量分析Table 4 Qualitative and quantitative analysis of volatile components of roselle

由圖3 和表4 可知，經(jīng)定性分析可知總離子色譜圖中共有78 個(gè)吸收峰，其中包括受儀器和萃取頭材質(zhì)的影響而出現(xiàn)的雜峰和一些相似度很低的不確定峰，通過篩選共鑒定出56 種化合物，包括醛類17 種（占總揮發(fā)性成分含量的40.26%）、碳?xì)浠衔?0 種（占總揮發(fā)性成分含量的33.66%）、醇類10 種（占總揮發(fā)性成分含量的7.35%）、酯類8 種（占總揮發(fā)性成分含量的3.95%）、酸類3 種（占總揮發(fā)性成分含量的3.75%）、酮類4 種（占總揮發(fā)性成分含量的2.59%）、其他化合物4 種（占總揮發(fā)性成分含量的3.95%）。蔡賢坤等[28]鑒別出玫瑰茄中的石竹烯、己醛、糠醛、庚醛、反式-2-庚烯醛、芳樟醇、壬醛、癸醛、2-戊基呋喃、香葉基丙酮、橙花叔醇等30 種香氣成分與本試驗(yàn)結(jié)果一致，其中芳樟醇、α-松油醇作為玫瑰茄的特征性香氣也測定出較高含量。由于本研究原料為干燥后的玫瑰茄，因此其糠醛、辛醛等醛類化合物種類多樣，含量較高。Avalos-Martínez 等[29]研究表明玫瑰茄熱飲中含有乙酸、己醛、苯甲醛、1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、壬醛等揮發(fā)性成分，這與本研究結(jié)論一致。

本研究篩選出的與甜味感知相關(guān)的香氣成分糠醛（12.64%）、苯甲醛（1.69%）、芳樟醇（1.75%）、癸醛（4.10%）、香葉基丙酮（1.36%）以及橙花叔醇（1.01%），其相對含量均高于1%，且Zannou 等[30]試驗(yàn)結(jié)果可知，玫瑰茄中醛類化合物與醇類化合物被確定為主要特征香氣，因此該結(jié)果驗(yàn)證了GC/O-AT 試驗(yàn)結(jié)合甜味增強(qiáng)試驗(yàn)篩選出的除癸醛外5 種香氣化合物能夠有代表性的展現(xiàn)玫瑰茄良好的風(fēng)味特征，同時(shí)為未來食品提供減糖新思路。

3 結(jié)論與展望

該研究結(jié)合氣相色譜嗅聞技術(shù)，由嗅覺與味覺相互作用一致性原則，選出具有“花香”、“焦糖香”、“水果香”等風(fēng)味屬性的己醛、糠醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、辛醛、芳樟醇、壬醛、α-松油醇、癸醛、香葉基丙酮和橙花叔醇，共11 種香氣化合物。根據(jù)感官描述可知，玫瑰茄中增甜成分有6 種，其中香葉基丙酮、糠醛、苯甲醛、芳樟醇、α-松油醇均能顯著提高蔗糖溶液（30 g/L）的甜度，且芳樟醇的影響效果最佳。此外，由定量定性分析得到玫瑰茄中有56 種香氣化合物，其中增甜成分的含量均高于1%。

本研究篩選出玫瑰茄中具有增甜效果的香氣化合物，而酸味和甜味的協(xié)同表達(dá)才能帶來味蕾極致的體驗(yàn)，因此其與酸味及其它滋味的相互作用產(chǎn)生的效果值得繼續(xù)研究。其次，本研究以蔗糖溶液代替食物基質(zhì)探究香氣化合物的增甜效果，后續(xù)相關(guān)研究可以驗(yàn)證其在果汁、牛奶基質(zhì)或復(fù)配物質(zhì)下對風(fēng)味感知的影響。最后，本研究對產(chǎn)自云南昆明的干玫瑰茄中香氣成分進(jìn)行定性定量分析，后續(xù)研究可從不同產(chǎn)地和干燥方式等方面擴(kuò)大樣本量，探究來自不同產(chǎn)地、經(jīng)過不同干燥方式干燥的玫瑰茄中香氣成分的變化。