HSSPMEGCMS法測定不同成熟度蜜柑果汁揮發性成分

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(1. 河北科技大學生物科學與工程學院,河北石家莊 050018; 2. 華中農業大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

柑橘是世界上年貿易額最大的水果,主要分布在亞熱帶和熱帶的一些國家和地區[1]。溫州蜜柑(Satsumamandarin)大葉尾張(Owari)作為我國最主要的柑橘種類,果實具有色香味美、高營養、高品質的特點[2 - 3]。榨汁是其最普遍的食用方式,不但保留了原有果實的營養成分,并為其食用提供了多種可能,深受消費者喜愛。香氣是影響蜜柑果汁質量的最重要的因素,直接決定果汁的品質好壞[4 - 5]。檸檬烯、γ - 松油烯、α - 松油醇、香芹醇、β - 甜橙醛、乙酸乙酯等是蜜柑的揮發性特征風味物質,對柑橘的食用和加工品質有重要的影響[6 - 8]。因此,除了果汁的口感外,研究果汁中的香氣組成,對通過不同成熟度的香氣組成提高果汁的風味品質有重要意義。果實的成熟度是決定果汁中風味物質及果汁物化特性的最重要的因素,果蔬中的揮發性風味化合物種類及數量隨其成熟度不斷發生變化,如在葡萄成熟過程中,成熟階段只有少量的芳樟醇,隨果實成熟其含量逐漸增加;醛類和醇類是未成熟桃果類的主要風味物質,但是其含量會隨成熟度的增加逐漸減少[9 - 10]?，F階段對不用成熟度果實揮發性風味化合物的分析主要集中在桃、杏、櫻桃、獼猴桃等[11 - 13],對于柑橘果實發育過程中香氣組分的研究鮮有報道,而對不同成熟度的溫州蜜柑果實果汁香氣成分的研究還未見報道。本研究以溫州蜜柑品種大葉尾張品系為材料,對不同成熟度蜜柑果汁香氣成分進行定性和定量分析比較,為柑橘原料的適時采收和分級挑選等環節提供科學理論依據。

1 材料與方法

1. 1 材料與儀器

蜜柑果 屬于溫州蜜柑大葉尾張品系,湖北松滋洈水柑橘廠趙野橘園;環己酮 色譜純,美國Fluka試劑公司;NaCl等常規化學試劑 分析純級。

Finnigan Trace MS氣相色譜 - 質譜聯用儀(配有PAL Autosampler三合一自動進樣器) 美國菲尼根公司;2000JP離心式榨汁機 南通金橙機械有限公司;DVB/CAR/PDMS 50/30μm(二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷) 美國SUPELCO公司;Orion410A酸度計 美國奧立龍公司;手持糖度計 昆山鼎品電子科技有限公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 蜜柑果汁的制備 選取同齡、結果正常、產量穩定的果樹取果。根據果實顏色及其物化性質,分別選取果園中過熟果、成熟果、未成熟果三種柑橘果實10kg備用,并進行分析。

采收后的蜜柑果使用離心式榨汁機進行榨汁,收集于250mL的玻璃瓶中,冷凍儲藏備用。

1. 2. 2 揮發性風味成分的提取 根據文獻[3]，將5kg果實在組織搗碎機中搗碎,稱取3g果肉于20mL螺口樣品瓶中,加入10μL內標環己酮和3mL飽和NaCl溶液,用聚四氟乙烯隔墊密封,于40℃磁力攪拌器上加熱平衡15min后,使用DVB/CAR/PDMS50/30μm(二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷,美國SUPELCO公司)萃取頭,40℃萃取40min后,將萃取頭插入GC進樣口,解析5min。

1. 2. 3 風味成分鑒定 實驗中揮發性風味成分采用氣相色譜 - 質譜聯用儀(GC - MS)[3]。

氣相色譜條件:彈性石英毛細管柱DB - 5(5%聯二苯 - 95%二甲基聚硅氧烷),0. 25mm×30m×0. 25μm,He流量1mL/min,分流比10∶ 1,進樣口溫度250℃,進樣量1μL。程序升溫過程:起始柱溫30℃保持1min,升溫速率6℃/min,最終溫度180℃保持3min。

質譜條件:EI離子源,電子能量70eV,離子源溫度200℃,燈絲發熱電流0. 25mA,電子倍增器電壓1000V,接口溫度250℃,掃描速度全程40 ～400AMU/sec。

定性分析:香氣成分經氣相色譜分離,不同組分會形成其各自的色譜峰,用氣相色譜 - 質譜 - 計算機聯用儀進行分析鑒定各自的成分。所得分析結果運用計算機譜庫(NIST/WILEY)進行初步檢索及資料分析,再結合參考文獻進行人工譜圖解析,確認香氣物質的各個化學組成。

定量分析:采用環己酮內標法進行定量分析。計算公式為:各香氣成分含量(μg/mL)=各組分的峰面積×內標物質量(μg)/(內標物峰面積×樣品量(mL))。

1. 2. 4 蜜柑果汁的物化特性分析 分別對不同成熟度蜜柑果汁的成熟度(色澤)、固形物含量、總酸、pH、固/酸比、出汁率分析蜜柑果汁的物化特性,平行測定三次。

固形物含量測定:參照GB/T 12143. 1 - 1989 軟飲料中可溶性固形物的測定方法測定。

總酸測定:參照GB/T 12456 - 2008滴定法測定總酸含量。

pH測定:參照GB/T 10468 - 1989方法測定。

固/酸比測定:固形物含量與可滴定酸含量之比。

出汁率測定:出汁率=(全果重 - 果皮果渣重)/全果重[23]。

1. 3 統計分析

所有數據利用Microsoft Excel進行統計處理,origin8. 0進行作圖分析,用SAS 9. 2進行ANOVA分析,不同平均值之間利用LSD法進行差異顯著性檢驗(n=3)。

2 結果與分析

2. 1 不同成熟度蜜柑果汁物化特性分析結果

表1為不同成熟度蜜柑果及及其果汁的物化特性分析,從表中可以看出,不同成熟度的蜜柑果汁在成熟過程中經歷了由青到黃的過渡,不同成熟度的果實色澤略有差異,與王元貴對荊州地區柑橘果的研究結果相似[14];在對固形物、固酸比的測定中得出,充分成熟的蜜柑果最大,并且在蜜柑果成熟充分時,出汁率略大于過熟果和未成熟果,并且隨著成熟度的增加,果汁的pH也逐漸變大(p<0. 05)。因此在蜜柑的采摘過程中成熟度的把握對最終產品的品質有重要的作用。通過對物化特性結果對比可以看出,蜜柑果成分成熟對提高其品質具有重要的作用。

表1 三種成熟度蜜柑果汁的物化特性Table 1 Characteristics of orange juice in various maturity

注:同列中不同字母(a. b. c…)表示差異顯著(p<0. 05)。

2. 2 不同成熟度蜜柑果汁揮發性成分種類變化

對于蜜柑在成熟過程中揮發性物質主要是醛類、酮類、酯類、烴類、醇類化合物,其中該類果實中烴類化合物,尤其是烯類為主要的揮發性物質,對果汁香氣有重要的貢獻作用。三種不同成熟度的大葉尾張蜜柑果汁的主要揮發性風味化合物的種類如圖1所示,在整個成熟過程中共檢測出37種揮發性成分。從圖中可以看出,隨著成熟度的增加,揮發性化合物的成分種類相似(未成熟果34,成熟果32,過熟果33)。另外,在不同成熟階段的產品中,烴類物質為主要的揮發性物質,種類約為總揮發性成分的一半,其中烯烴類化合物(如萜烯類)是烴類成分的重要組成部分,與胡柚果汁中風味成分結果相似[15]。在酯類成分中,其種類在過熟果中都有下降,而酯類是果汁香氣的重要組成成分。因此,在蜜柑果成熟過程中要控制其采摘成熟度對果品分級有重要的作用。

圖1 不同成熟度蜜柑果汁主要揮發性化合物種類變化Fig. 1 The varieties change of volatile compounds in orange juice with different maturity

對于不同成熟度的蜜柑果汁中揮發性物質主要是醛類、酮類、酯類、烴類、醇類化合物,這些揮發性化合物分別占總量的98. 8%、98. 1%、99. 3%(未成熟果、成熟果、過熟果)。隨著蜜柑成熟度的增加,果汁中風味化合物的含量有明顯的變化,但是在整個成熟過程中烴類化合物為含量最高的揮發性風味化合物,其含量在成熟過程中出現先降低后升高的趨勢。在蜜柑成熟過程中,醇類、酯類、醛類揮發性風味物質有相同的變化趨勢,都出現先升高后降低的趨勢。酮類揮發性風味化合物含量逐漸減少,在過熟果中含量約為22. 72μg/mL。由此可以得到,在蜜柑果成熟過程中,不同的成熟階段果實的揮發性風味物質有較大差異,并呈現不同的風味,可以綜合物化性質并根據不同階段果實的風味特點對品種進行選育及對果實的深加工。

2. 3 不同成熟度蜜柑果汁揮發性風味化合物變化分析

表2 不同成熟度大葉尾張蜜柑果汁的主要香氣成分及其含量Table 2 Main aroma compounds and contents in different maturity Owari juice

注:“-”表示未檢出。

蜜柑果汁中揮發性風味化合物的含量變化隨成熟度的變化結果見表1。從表中可以看出,不同成熟度的蜜柑果汁檢出的成分種類差別比較小,但相同成分在不同成熟階段的含量確有明顯的差異。

烴類揮發性風味化合物廣泛存在于蜜柑果的成熟過程中,是蜜柑果中含量最高的香氣成分。其中飽和烴類閾值較高,對果汁中整體的風味貢獻較小[16]。在不飽和烴類香氣成分中,檸檬烯具有典型的柑橘香氣,被認為是溫州蜜柑的特征性風味物質[17],是蜜柑果成熟過程中含量最多的烯烴類物質;1R - α - 蒎烯和γ - 松油烯分別具有松油味和香膏味,也被證實為是溫州蜜柑果中重要的特征風味物質[18],在成熟過程中均出現先降低后升高的趨勢,兩類物質均為單萜烯類風味物質,閾值較低,具有較高的香氣值。巴倫西亞橘烯是含量最高的倍半萜烯類揮發性風味物質,在成熟過程中含量逐漸減少,與成熟果相比,在過度成熟后蜜柑果汁中巴倫西亞橘烯由(7. 474±0. 285)g/mL降低到(5. 830±0. 147)μg/mL,而該類物質含量的多少對蜜柑果汁風味的變化有高度的相關性,也作為果汁品質劣變的重要指標[19]。1,3,8 - 對 - 孟三烯是在溫州大葉尾張蜜柑果中特有的成分,在國內外柑橘品種的香氣物質組成中未見報道,在成熟過程中出現先升高后降低的趨勢。綜合上述分析得出,檸檬烯、1R - α - 蒎烯、γ - 松油烯、巴倫西亞橘烯柑橘中主要的揮發性烯烴化合物,主要是因為其閾值較低,并且成熟過程中含量較高;另外,由于不飽和烴類化學性質不穩定,在成熟過程中容易氧化分解,降解為醇類、醛類及酮酸類等對果汁品質有重要貢獻的風味物質,多種烯烴先升高后降低的趨勢也可以說明。

醇類、醛類、酯類揮發性化合物部分由烴類物質氧化后產生,其中三種物質均為在充分成熟果中含量最高,與成熟過程中不同風味成分氧化還原反應有重要的關系,對果實風味有重要的作用。對于醇類揮發性物質,含量最高的為α - 松油醇,是柑橘果中重要的風味物質,為檸檬烯氧化分解后產生[16],成熟果中檸檬烯含量的降低也證明了此現象,但是含量過高也會產生不愉快的風味[20];另外,香芹醇也是蜜柑果汁中特有的香氣物質[3],在過程中有明顯的增加過程。在蜜柑成熟過程中分別檢測到α - 甲基肉桂醛和β - 甜橙醛,含量遠高于另外兩種成熟果。其中,β - 甜橙醛是柑橘果成熟的重要標識,具有濃郁的蜜柑香氣,對成熟的蜜柑果風味有重要的貢獻[18]。酯類揮發性化合物具有特殊香甜的果香氣,是蜜柑果香氣的重要組成部分,主要由醇類和酮酸類酯化形成,性質相對其他風味物質不夠穩定,在果蔬成熟過程中容易分解;在檢測到的酯類中,充分成熟果含量最豐富,這也是充分成熟果中香氣濃郁、未成熟蜜柑和過熟果蜜柑香味較淡的原因;這與陳美霞[21]所報道的在新世紀杏中酯類揮發性物質隨著果實的成熟度的增加而升高的結果不同,主要的原因是在蜜柑果中,未成熟果實具有較低的酯類合成前體物質及合成酶的活性,而部分過熟果實的酯類物質會發生分解或轉化[22];另外,十八烷酸丙酯在成熟過程中先升高后降低,柑橘品種的香氣物質組成中未見報道。酮類物質是氧化反應的最終產物,是典型的風味物質,酮類物質的閾值要高于其同分異構體醛,其中不飽和酮類具有較高的揮發性,對蜜柑果汁香氣貢獻明顯,2,5 - 雙(1,1 - 二甲丙基) - 2,5 - 環己二烯 - 1,4 - 二酮只存在于充分成熟果中,3,5 - 二叔丁基 - 4 - 羥基苯乙酮在充分成熟果未檢測到。

綜上所述,三種不同成熟度的大葉尾張蜜柑(未熟果,充分成熟果及過度成熟果)果汁中檢測的成分變化比較小,但不同成熟度蜜柑果汁中揮發性風味化合物含量有明顯的差異,在果汁中,酯類、醛類、醇類、酮類等揮發性風味化合物的不同濃度含量以及構成比例可構成其特有的風味,例如在充分成熟果中有明顯的萜烯類化合物和醇、醛類物質的轉換,對果汁香氣有重要的作用[16]。

3 結論

不同成熟度的蜜柑果汁的物化特性有顯著的差異(p<0. 05),通過HS - SPME - GC - MS法在果汁中共檢測出37種不同揮發性風味化合物,主要包括酯類、酮類、醛類、醇類和烴類;三種不同成熟度的果汁中分別檢出34、32、33種香氣成分;其中,反式 - 3 - 蒈烯 - 2 - 醇,十八烷酸丙酯,1,3,8 - 對 - 孟三烯,在柑橘品種的揮發性風味物質組成中未見報道;數據顯示,成熟度引起的揮發性風味化合物種類變化較小,但是諸如檸檬烯、γ - 松油烯、α - 松油醇、香芹醇、β - 甜橙醛等特征性風味物質含量有明顯的變化;其中,醇類、醛類、酯類揮發性化合物均為在充分成熟果中含量最高。結合對果汁的物性分析得出,充分成熟果能夠保持大葉尾張蜜柑的香氣特征。

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