兩種甜櫻桃果實揮發(fā)性成分的HS-SPME-GC/MS分析

秦 玲,蔡愛軍,張志雯,齊艷玲,耿立英

(河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院,河北秦皇島 066004)

兩種甜櫻桃果實揮發(fā)性成分的HS-SPME-GC/MS分析

秦 玲,蔡愛軍,張志雯,齊艷玲,耿立英

(河北科技師范學(xué)院生命科技學(xué)院,河北秦皇島 066004)

采用頂空固相微萃取(HS-SPME)技術(shù)提取“紅燈”和“巨紅13-38”兩種甜櫻桃成熟期果實的揮發(fā)性成分,經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)聯(lián)用儀測定,比較分析兩種甜櫻桃果實的香氣成分變化。結(jié)果表明:兩種甜櫻桃中共檢測出68種香氣成分,其中,在“紅燈”甜櫻桃中檢測出29種香氣成分,主要為醛類、醇類和酯類,分別占鑒定物質(zhì)總量的34.25%、32.00%和30.77%;在“巨紅”甜櫻桃中檢測出50種香氣成分,主要為萜類、醇類、脂類化合物,分別占鑒定物質(zhì)總量的78.41%、10.47%和5.29%。“紅燈”和“巨紅”香氣種類及含量存在很大差異,兩種甜櫻桃果實只有10種共有香氣成分,“紅燈”中相對含量較高的物質(zhì)是苯甲醛、苯甲醇、乙酸乙酯和(E)-2-己烯醇,可作為其特征香氣;巨紅中相對含量較高的物質(zhì)為石竹烯,達(dá)41.8%,其次為順-氧化芳樟醇和葎草烯。

甜櫻桃;香氣成分;頂空固相微萃取(HS-SPME);氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)

甜櫻桃(Prunus.aviumL.)是一種早熟、優(yōu)質(zhì)、保健果品,種植效益較高,國內(nèi)外均處于發(fā)展時期。我國在該果品的科研及其生產(chǎn)方面與世界先進生產(chǎn)國差距較大,其產(chǎn)業(yè)目前面臨科技滯后的狀態(tài)[1]。因此,深入開展甜櫻桃的科學(xué)研究,對提高果實品質(zhì),擴大生產(chǎn)總量具有重要意義。成熟果實的香氣構(gòu)成和影響水果及其加工產(chǎn)品的質(zhì)量及典型性,是吸引消費者和增強市場競爭力的重要因素之一,因此果品香氣成分研究日益受到關(guān)注[2]。傳統(tǒng)研究方法有液-液萃取法,蒸餾法,靜態(tài)頂空法,動態(tài)頂空法等。固相微萃取是20世紀(jì)90年代以來出現(xiàn)的樣品前處理方法,具有樣品量少、操作簡單、快速、費用低等優(yōu)點[3]。利用頂空固相微萃取法(HS-SPME)分析,可以有效避免非揮發(fā)性組分污染等。

果實的特征香氣由幾種香氣閾值較低,相對含量較高的芳香物質(zhì)成分在果實成熟過程中逐步形成[2]。國內(nèi)外對不同果品揮發(fā)性物質(zhì)成分進行了大量研究:從不同品種蘋果果實中鑒定出300多種物質(zhì),認(rèn)為成熟蘋果的香氣類型主要有酯香型和醇香型[3-5];葡萄果實香氣成分的研究較多,早在1976年 Schreier[7-8]就已經(jīng)鑒定出葡萄中225種揮發(fā)性成分。國內(nèi)外對櫻桃香氣成分的研究也有報道:Mattheis等[9-10]采用動態(tài)頂空法在“Bing”甜櫻桃果實中檢測出31種風(fēng)味化合物,認(rèn)為2-丙醇、苯甲醛、己醛是“Bing”櫻桃果實的主要香氣成分;Girard等[11]從12個櫻桃品種中鑒定出50種揮發(fā)性物質(zhì),認(rèn)為苯甲醛、己醛、(E)-2-己烯醛和(E)-2-己烯醇是甜櫻桃果實最重要的香氣成分。目前關(guān)于我國櫻桃品種的風(fēng)味研究相對較少,張序等[12]采用頂空固相微萃取法從主栽品種“紅燈”甜櫻桃3個不同時期的果實中檢測出37種香氣成分,認(rèn)為己醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醇和乙酸乙酯是其特征香氣成分,而關(guān)于我國其他主栽櫻桃品種香氣成分研究未見報道。

“紅燈”甜櫻桃是我國目前主栽的甜櫻桃品種,具有較廣闊的貿(mào)易市場,“巨紅”甜櫻桃是一個新品種,果實風(fēng)味佳且試種效果良好,具有較好的發(fā)展前景。本研究采用靈敏度較高的頂空固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜(HS-SPME-GC/ MS)聯(lián)用技術(shù),對我國主栽品種“紅燈”和“巨紅”甜櫻桃成熟期果實的香氣成分進行測定、分析,目的在于通過頂空固相微萃取方法比較研究兩個品種甜櫻桃果實香氣成分的異同,確定其各自的特征香氣和獨有香氣成分及其可能的合成途徑,所得結(jié)果對確定甜櫻桃果實特征香氣有一定的價值,另外,對櫻桃品種改良、推廣和果品貯藏、香料研發(fā)等方面也有一定的參考價值。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent 6890氣相色譜儀:美國Agilent公司產(chǎn)品;Agilent 5975質(zhì)譜儀:美國Agilent公司產(chǎn)品;自動頂空固相微萃取裝置:德國 Gerstel公司產(chǎn)品;50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭:美國Supelco公司產(chǎn)品;Aventi J-E離心機: Backman公司產(chǎn)品。

2-辛醇(≥96%):購自Sigma-Aldrich公司; NaCl(分析純):購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實驗樣品

樣品采自河北秦皇島山海關(guān)大櫻桃示范園,有良好的灌溉條件,土壤為砂壤,肥力中等,管理水平較高,樹齡6年。櫻桃(Prunus.aviumL.)品種為“紅燈”和“巨紅”甜櫻桃,參照文獻[12]的采樣方法,從樹冠外圍隨機采果2 kg,采后運至江南大學(xué)分析測試中心進行測定分析。

1.3 實驗條件和方法

1.3.1 樣品預(yù)處理 取每個品種400 g甜櫻桃果肉,打漿,利用Beckman離心機離心5 min (10 000 r·min-1),取其上清液置于-20℃冰箱,保存待測。

1.3.2 頂空固相微萃取條件 各取8 mL兩種甜櫻桃樣品液,置于20 mL頂空瓶中,封口。將老化后的萃取頭插入樣品瓶頂空,于45℃萃取60 min。吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口,于250℃解吸3 min,進行 GC/MS分析,重復(fù)3次。

1.3.3 色譜條件 CP-Wax色譜柱(60 m× 0.25 mm×0.25μm);升溫程序:初始溫度50℃,保持1 min,以4℃·min-1升溫至230℃,保持15 min;進樣口溫度250℃;載氣(He)流速2 mL·min-1;檢測器溫度250℃。

1.3.4 質(zhì)譜條件 電子轟擊(EI)電離源,電子能量70 eV,離子源溫度230℃,掃描范圍 m/z 33～500。

揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)計算機檢索同時與NIST library(107 k compounds)和Wiley library(320 k compounds,version 6.0)相匹配,僅當(dāng)匹配度大于80%鑒定結(jié)果才予以報道。

2 結(jié)果與分析

GC/MS檢測到的“紅燈”和“巨紅”甜櫻桃果實在成熟期的香氣成分總離子圖示于圖1。經(jīng)計算機譜庫(NBS/WIL EY)檢索及資料分析,確認(rèn)其香氣成分,運用峰面積歸一化法,求得各成分相對百分含量,列于表1。

圖1 “巨紅”(a)和“紅燈”(b)甜櫻桃果實香氣成分總離子圖Fig.1 Total ion current chromatography of aroma components in‘Juhong’(a)and‘Hongdeng’(b)sweet cherry fruits

2.1 甜櫻桃果實香氣組成分析

通過比較發(fā)現(xiàn),在兩個品種的甜櫻桃果實中,香氣種類及含量存在較大差異。兩個品種共檢測到69種香氣成分,從“紅燈”甜櫻桃成熟期果實中共檢測到29種芳香物質(zhì),從“巨紅13-38”檢測到50種。它們共有的香氣成分僅有10種,分別為(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯醇、苯甲醛、乙酸乙酯、a-萜品醇、芳樟醇、3,4-二甲基苯甲醛、乙醇、壬醛和1-壬醇。

“紅燈”甜櫻桃果實中檢測出的香氣物質(zhì)主要為醇類、醛類和脂類,相對百分含量分別為34.25%、32.00%和30.77%,含量較高的是苯甲醛、苯甲醇、乙酸乙酯、2-乙烯醛、乙酸甲酯和乙醇等。而“巨紅13-38”檢測到的香氣物質(zhì)主要為萜類、醇類和酯類,分別占到總揮發(fā)性物質(zhì)的78.41%、10.47%和5.29%,其中相對百分含量較高的成分為β-石竹烯、順-氧化芳樟醇、乙醇和葎草烯。

可見,不同甜櫻桃品種的嗅感香氣不同,苯甲醛、苯甲醇、乙酸乙酯和(E)-2-己烯醇是成熟“紅燈”甜櫻桃的重要香氣物質(zhì);而β-石竹烯、順-氧化芳樟醇、乙醇和葎草烯是“巨紅”甜櫻桃果實的重要香氣成分。

2.2 不同甜櫻桃果實中香氣成分分析

兩種甜櫻桃的香氣物質(zhì)成分主要為醇類、醛類、萜類和脂類化合物,在不同品種的甜櫻桃中,各類香氣化合物成分的相對百分含量差異較大。

2.2.1 醇類化合物的差異 醇類化合物是甜櫻桃果實香氣成分中最主要的一類物質(zhì),在“紅燈”甜櫻桃中主要為芳香醇、C6醇、乙醇、C5醇類以及少量的C9醇,示于圖2。

在“巨紅”中主要的C6醇類為己醇、(Z)-3-己烯-1-醇和(E)-2-己烯-1-醇,分別占總芳香物質(zhì)的1.65%,2.18%和1.86%;而在“紅燈”甜櫻桃中檢測 C6醇類只有一種:(E)-2-己烯-1-醇,占總芳香物質(zhì)的7.91%,相對百分含量較高。

表1 HS-SPME-GC/MS鑒定的“紅燈”和“巨紅”甜櫻桃果實香氣成分及相對百分含量Table 1 Aroma compounds and relative contents in‘Hongdeng’and‘Juhong’sweet cherry fruits identified by HS-SPME-GC/MS

續(xù)表

芳香醇類和C5醇類都只在“紅燈”甜櫻桃中出現(xiàn),而在“巨紅”甜櫻桃中未檢測到。“紅燈”果實中芳香醇含量很高,主要是苯甲醇和苯乙醇,分別占總量的21.84%和0.39%;C5醇類檢測到5種,含量均很低。

另外,在兩個甜櫻桃品種中還檢測到乙醇和壬醇。乙醇在“紅燈”和“巨紅”中分別占2.36%和4.34%;C9醇(即壬醇)在兩種果實中含量均很低。

2.2.2 醛類的差異 兩個櫻桃品種中檢測的醛類化合物主要包括C6醛類和芳香醛類,示于圖2。C6醛類化合物檢測到主要為2-己烯醛和己醛,在“紅燈”和“巨紅”中分別占檢測總物質(zhì)含量的3.84%和0.58%;芳香醛類化合物在兩個品種中的含量差異較大,“紅燈”甜櫻桃中檢測到的芳香醛為苯甲醛和苯乙醛,分別占總香氣成分的27.71%和0.44%,在“巨紅”甜櫻桃中檢測到的芳香醛含量較低,僅占總含量的0.90%。另外,兩個櫻桃品種中均檢測到C9醛,其相對百分含量較低。

圖2 “紅燈”和“巨紅”櫻桃果實中各類化合物相對百分含量變化Fig.2 Relative contents changes of every aroma components in‘Hongdeng’and‘Juhong’sweet cherry fruits

2.2.3 萜類化合物的差異 兩種櫻桃果實中萜類化合物含量差異很大。在“巨紅”甜櫻桃中檢測到大量的萜類物質(zhì),種類達(dá)27種,其中單萜13種,倍半萜14種,分別占19.87%和58.54%。單萜中萜醇類6種,萜烯類8種;倍半萜中醇類1種,萜烯類13種。大量的萜烯類化合物中,β-石竹烯含量最高,占總芳香物質(zhì)的48.52%。而在“紅燈”甜櫻桃中只檢測到2種單萜類化合物,即a-萜品醇和芳樟醇,含量較低,占檢測芳香物質(zhì)含量的0.69%。

可見,萜烯類化合物對“巨紅”甜櫻桃果實風(fēng)味的影響很大,是造成兩個甜櫻桃品種果實風(fēng)味差異的主要因素之一。

2.2.4 其他主要物質(zhì)含量的差異 兩個品種的甜櫻桃果實中,主要芳香物質(zhì)脂類、酮類、酚類和雜環(huán)烷烴類物質(zhì)含量也有很大差異。兩個櫻桃品種共檢測到11種脂類物質(zhì)。“紅燈”甜櫻桃中有乙酸乙酯、乙酸乙酯、(E)-乙酸-2-己烯-1-醇酯、乙酸己酯、乙酸芐酯;而在“巨紅”甜櫻桃中,檢測到乙酸乙酯、戊酸乙酯、乙酸葉醇酯和水楊酸甲酯。其中乙酸乙酯是二者共有香氣物質(zhì),但含量差異較大,在“紅燈”甜櫻桃果實中占20.83%,而在“巨紅”占2.78%。

酮類化合物在兩個櫻桃品種中含量也不同,在“紅燈”果實中檢測到的化合物主要有大馬酮、反式大馬酮和反-香葉基丙酮,占總量的0.84%,這些嗅感物質(zhì)都是人們所喜愛的香味物質(zhì)。在“巨紅”果實中主要檢測到少量的戊酮,庚酮和香葉酮。

另外,在“巨紅”櫻桃果實中還檢測到雜環(huán)類化合物,總含量很低,只占2.57%;在“紅燈”中檢測到羅勒烯,占1.04%。

3 討 論

每種果樹成熟果實中均含有多種芳香物質(zhì)成分,一般果實的揮發(fā)性成分主要有C6化合物、醇類、酯類、萜類、羰基化合物和含氮化合物。Gomez等[8]根據(jù)果實中的香氣成分將歐洲葡萄品種分成3種類型:玫瑰香型、非玫瑰香的芳香型和非芳香型。研究蘋果香味的學(xué)者[3-5]根據(jù)特征香氣成分的組成,將蘋果不同品種果實香型分成3種:酯香型、醇香型和清香型。關(guān)于櫻桃香味的相關(guān)研究目前處于起步階段,張序等[12]認(rèn)為己醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醇、乙酸乙酯和己酸乙酯是甜櫻桃成熟果實的特征香氣成分;Mattheis等[9-10]檢測發(fā)現(xiàn) 2-丙醇在“Bing”甜櫻桃果實中含量最高;Girard等[11]認(rèn)為己醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-己烯醇和苯甲醛是甜櫻桃最重要的香氣成分,在果實中相對百分含量較高,占揮發(fā)性物質(zhì)含量的50%以上。本實驗采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)從“紅燈”甜櫻桃成熟期果實中共檢測到29種芳香成分,其中苯甲醛、苯甲醇、乙酸乙酯、己醛和(E)-2-己烯醛含量較高,與前人[11-13]研究結(jié)果一致。另外,還檢測到少量酮類化合物(大馬酮、反式大馬酮和香葉基丙酮)對“紅燈”甜櫻桃風(fēng)味品質(zhì)有影響,可能是由于栽培地域、栽培條件、采集日期和砧木類型等因素影響所致。本實驗在“巨紅”甜櫻桃果實中發(fā)現(xiàn)了大量的萜類化合物,在所報道的甜櫻桃果實最重要的香氣成分中很少見的。萜類物質(zhì)在“巨紅”甜櫻桃果實中不僅含量高,而且種類多,其中含量最高的是β-石竹烯,占總含量的41.92%。

兩個品種的甜櫻桃果實中,香氣種類及含量存在很大差異。“紅燈”甜櫻桃中含量最高的是苯甲醛和乙酸乙酯。苯甲醛具有類似苦杏仁的香味,乙酸乙酯具有強烈的醚似的氣味,清靈、微帶果味的酒香,易擴散、不持久。而“巨紅”甜櫻桃中含量最高的物質(zhì)是石竹烯和順-氧化芳樟醇,β-石竹烯具有辛香、木香、柑橘香、樟腦香以及溫和的丁香等多種香氣,能產(chǎn)生較多的香味。順-氧化芳樟醇具有強的木香、花香、萜香、青香氣,還帶有清涼氣息,是一種多香韻的香料。可見,兩個品種果實的主要香氣物質(zhì)存在很大的差異。

在各種水果的嗅感成分中,萜烯是生物體內(nèi)通過異戊二烯途徑合成的,前體認(rèn)為是甲瓦龍酸和低碳數(shù)的醇、酸、酯等化合物,其合成前體很大一部分來自氨基酸[7]。在兩種櫻桃果實中均發(fā)現(xiàn)含量較高的C6化合物和微量的C9化合物,這些香氣物質(zhì)大多是以脂肪酸為前體生物合成的[7]。一般說來,C6化合物產(chǎn)生青草氣味,其中己醛是蘋果、葡萄、草莓、菠蘿、香蕉、桃子、櫻桃等的嗅感成分;C9化合物也往往呈現(xiàn)出甜瓜和黃瓜的香氣,櫻桃在成熟時產(chǎn)生的果香,其香氣成分有很多是由長鏈脂肪酸經(jīng)β-氧化衍生而成的中碳鏈(C6～C12)化合物。可見兩種櫻桃果實中其相應(yīng)的芳香物質(zhì)的合成存在不同途徑,進而導(dǎo)致甜櫻桃果實風(fēng)味各異。

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Analysis of Volatile Components in Sweet Cherry Fruit by HS-SPME-GC/MS

QIN Ling,CAI Ai-jun,ZHANG Zhi-wen,QI Yan-ling,GENG Li-ying
(Hebei Normal College of Science&Technology,Qinhuangdao066004,China)

Volatile components in‘Hongdeng’and‘Juhong’sweet cherry fruits at ripe stage were collected using head space-solid phase micro-extraction(HS-SPME),and analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS).69 compounds are isolated and identified from the sample extracts.29 components in‘Hongdeng’sweet cherry fruits are identified, among them aldehydes,esters and alcohols are the major components in the sample extracts,account for 34.25%,32.00%and 30.77%of the total volatile components identified,respectively.50 components in‘Juhong’are identified.Among them terpene and alcohols are predominant flavor volatiles,account for 78.41%and 10.47%,respectively.10 same volatile components are present in both sweet cherry cultivars.It is also found that‘Hongdeng’and‘Juhong13-38’have 19 and 40 unique components,respectively.The volatile components in two cherry fruits were constantly changing in the type and content.Benzaldehyde,benzyl alcohol,ethyl acetate and(E)-2-Hexenol are predominant flavor volatilesin‘Hongdeng’sweet cherry fruits.The relative contents ofβ-caryophyllene is the highest in‘Juhong13-38’cherry fruits.

cherry;volatile components;head space-scolid phase micro-extraction(HSSPME);gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)

O 657.63

A

1004-2997(2010)04-0228-07

2009-09-28;

2009-12-21

校博士啟動基金(2007YB009)資助

秦 玲(1974～),女(漢族),山西高平人,博士,副教授,從事果品采后研究。E-mail:qlshx@yahoo.com.cn

齊艷玲(1967～),女(漢族),河北昌黎人,副教授,從事化學(xué)分析研究。E-mail:qyl6790@126.com