四個品種贛南臍橙果皮精油提取及揮發性成分分析

王 強,陳金印,沈勇根,*,周 明,朱鳳妮,盧劍青

(1.江西農業大學食品科學與工程學院,江西省發展與改革委員會農產品加工與安全控制工程實驗室,江西南昌 330045;2.萍鄉學院,江西萍鄉 337055)

臍橙(Navel Orange),是甜橙(Citrussinensis(L.)Osbeck)的一個優良品種,可鮮食,無籽,酸甜適口,品質優良,其加工利用研究也多見報導,臍橙可用于榨汁[1],制作果醬[2],也可深加工提取果膠[3]、類胡蘿卜素[4]、膳食纖維[5]、總黃酮[6]、精油[7]等。臍橙以贛南臍橙為代表,區域種植面積和產量均居全國第一,是江西省贛州市具有地理標志性的產品,且具有國際知識產權。

精油(Essential Oil),也作“芳香油”、“揮發油”。研究表明,芳香精油及其成分具有抗氧化、抗微生物、抗寄生蟲、抗腫瘤、免疫調節、鎮痛、抗焦慮和抗抑郁等[8]多種研究價值。精油的提取方法也較為豐富。王千千等[9]通過對頂空固相微萃取、同時蒸餾萃取、水蒸氣蒸餾三種提取方法的比較發現,同時蒸餾萃取法提取的揮發油與水蒸氣蒸餾法提取的精油其組成成分相似且含量也差異不大,頂空固相微萃取方法提取的時間短,但對高沸點化合物提取效果較差。而水蒸氣蒸餾法還具有操作簡便的優點,因此本文中精油的提取選擇水蒸氣蒸餾法。

臍橙精油是天然香料精油[10-12]中的一類,呈無色或淡黃色,具有濃郁的自然香味,受到人們的喜愛。對臍橙精油的研究與臍橙精油成分分析和活性分不開。陳紅麗等[13]研究了甜橙精油的成分及抗菌活性,Masson等[14]對不同柑橘的精油樣品進行非揮發性含氧雜環化合物成分分析與鑒定，來區分柑橘品種和解決柑橘精油摻假的問題。

在我國,臍橙主要用于鮮食,由此產生大量的皮渣對環境造成了巨大的壓力。利用臍橙皮渣提取精油對臍橙加工產業而言,是一條既有環境效益又有經濟效益的出路。目前,關于系統研究贛南各主栽臍橙品種果皮精油含量及成分的研究尚未報道。本文利用水蒸氣提取法對四個品種贛南臍橙(紐荷爾、朋娜、奈維林娜、華盛頓)的果皮精油進行提取,利用氣相色譜-質譜聯用法分析精油組成成分,以期建立贛南臍橙的全面品質數據,減少臍橙皮渣對環境的污染,為臍橙果皮精油的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

贛南臍橙(紐荷爾、朋娜、華盛頓、奈維林娜) 2016年11月27日采摘于江西贛州市于都縣,臍橙采摘遵循隨機原則,果實大小、果實在果樹上的分部部位等均囊括在內。采摘下的臍橙置于室溫放置1～2 d散去田間熱;蔗糖 分析純,西隴化工股份有限公司;蒽酮、乙酸乙酯、濃硫酸、酚酞、氫氧化鈉 均為分析純,中國天津永大試劑公司。

PAL-1手持折射儀 日本Atago公司;Sp-754PC型紫外可見分光光度計 中國上海光譜儀器有限公司;揮發油提取器 上海家舜玻璃儀器有限公司;GCMS-QP2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本Shimadzu公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 果實可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物測定 新鮮臍橙果皮、果肉可溶性糖采用蒽酮比色法測定;可滴定酸采用酸堿滴定法測定;可溶性固形物采用手持式折射儀測定。

1.2.2 精油的提取 參考林夢平等[15]的方法并作修改。將切碎的臍橙鮮果皮100 g置于500 mL圓底燒瓶中,加蒸餾水300 mL,用電熱管套加熱至沸騰,采用水蒸氣蒸餾法提取,向收集到的含有少量水的油中加入適量無水硫酸鈉脫水,分離揮發油后稱量,并計算精油得率。密封并于4 ℃冰箱貯存。

精油得率(%)=(精油質量/樣品質量)×100

1.2.3 氣相色譜-質譜(GC-MS)分析條件 參考伍虹等[16]的方法并作修改。1.2.2中提取得到的精油經取樣管直接進樣。氣相色譜條件:HP-5(30 mm×0.25 mm,0.25 μm)石英毛細管柱;柱溫:40～280 ℃;升溫程序:初始溫度60 ℃,保持2 min,然后再以5 ℃/min的速度升溫至240 ℃,并保持30 min;柱流量:1.0 mL/min;進樣口溫度:300 ℃;柱前壓:57.4 kPa;進樣量:1 μL;分流比為1∶1;載氣:高純氦氣。質譜條件:電離方式:EI;傳輸線溫度:250 ℃;離子源溫度200 ℃;四級桿溫度:150 ℃;質量范圍:2～1024 u。檢索譜庫:檢索譜庫為Nist147.lib,通過計算機檢索,并用面積歸一法計算出各成分的相對含量。

1.3 數據處理

數據均重復測定3次,結果以平均值±標準差表示。利用Excel 2010進行數據處理并作圖,DPS 6.55統計軟件對實驗數據進行方差分析,采用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與討論

2.1 常規指標檢測結果

2.1.1 可溶性糖含量 四個品種贛南臍橙可溶性糖含量的結果如圖1所示。由圖1可知,四個品種果皮的可溶性糖含量存在極顯著差異(p<0.01),按可溶性糖含量高低順序依次為朋娜>華盛頓>奈維林娜>紐荷爾;華盛頓和奈維林娜果肉可溶性糖含量無顯著性差異(p>0.05),但同時與朋娜、紐荷爾果肉可溶性糖含量有極顯著差異(p<0.01)。

圖1 四個品種贛南臍橙可溶性糖含量

2.1.2 可滴定酸含量 四個品種贛南臍橙可滴定酸含量的結果如圖2所示。由圖2可知,四個品種果皮的可滴定酸含量差異達不到統計意義上的顯著水平(p>0.05),果肉可滴定酸含量以華盛頓臍橙最高,奈維林娜臍橙最低,紐荷爾與朋娜果肉可滴定酸含量差異不顯著(p>0.05)。從圖2中可知,四個品種臍橙果肉的可滴定酸含量遠遠高于果皮的可滴定酸含量。

圖2 四個品種贛南臍橙可滴定酸含量

2.1.3 可溶性固形物含量與固酸比 表1為四個品種贛南臍橙果肉可溶性固形物及固酸比的比較。由表1可知,從可溶性固形物、固酸比的角度看,奈維林娜臍橙的值均為最高,品質最好。朋娜和華盛頓臍橙的固酸比較接近,成熟度相近;紐荷爾臍橙固酸比較高,品質亦處于上佳狀態。

表1 四個品種贛南臍橙可溶性固形物及固酸比的比較

本文對四個品種贛南臍橙常規品質的測定結果表明,四個品種臍橙的固酸比均大于或等于20.0,這一結果與GB/T 20355 地理標志產品 贛南臍橙[17]的要求相符,說明本文實驗所用臍橙果實均已達到成熟狀態,此是本文精油提取的原料條件。

2.2 四個品種贛南臍橙果皮精油提取結果分析

四個品種贛南臍橙果皮精油提取的得率如表2所示。紐荷爾果皮精油得率最高,為1.05%;朋娜果皮的精油得率最低,僅為0.75%;而華盛頓果皮和奈維林娜果皮精油得率非常接近,在(0.92%±0.02%)的范圍內。這一結果與Eldemery等[18]的結論比較相符,略低于謝練武等[19]的結果,高于張娟等[20]的實驗結果。這可能是由原料的選取、耐貯特性、預處理方式、精油提取方法等的差異導致。精油主要存在于外果皮的油胞中(即油胞層)[21],提取原料果皮的油胞層與白皮層的比例會顯著影響精油的得率。

表2 四個品種贛南臍橙果皮精油得率(%)

2.3 四個品種贛南臍橙果皮精油揮發性成分的結果與分析

2.3.1 四個品種贛南臍橙果皮精油揮發性成分的鑒定結果 四個品種贛南臍橙果皮精油經GC-MS檢測,得到的總離子圖如圖3所示。其分析結果采用NIST庫進行檢索后,利用色譜峰面積歸一化計算得出各品種臍橙果皮精油中各成分的相對含量,結果如表3所示。

表3 四個品種贛南臍橙果皮揮發油的組成及相對含量

圖3 四個品種贛南臍橙果皮精油總離子流圖

四個品種贛南臍橙果皮中共鑒定出21種揮發性組分,包括13種烯烴類、3種醇類、5種醛類,不同品種精油揮發性物質成分組成、含量存在差異。其中,紐荷爾臍橙果皮中共含有11種,主要的香氣成分為d-檸檬烯(92.962%)、月桂烯(2.851%)和羅勒烯(1.039%);朋娜臍橙果皮中共含有13種,主要的香氣成分為d-檸檬烯(92.328%)、月桂烯(2.700%)和3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯(1.020%);華盛頓臍橙果皮中共含有14種,主要的香氣成分為d-檸檬烯(92.322%)和β-蒎烯(2.653%);奈維林娜臍橙果皮中共含有11種,主要的香氣成分為月桂烯(47.036%)、2-蒎烯(15.313%)、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯(11.593%)。

2.3.2 四個品種贛南臍橙果皮精油揮發性成分的比較 四個品種贛南臍橙果皮精油揮發性成分化合物種類及相對含量分析表明,不同品種間組成揮發性成分的化合物類別較為一致,均主要為碳氫化合物類、醇類和醛類,但其在具體香氣成分和相對含量上存在一定差異,這可能與品種特性有關。烯烴類化合物數量最多和相對含量最高的均為紐荷爾果皮精油,數量為8種,相對含量達99.161%。醇類數量最多的是朋娜果皮精油,共3種,相對含量最高的是奈維林娜果皮精油,為1.780%。和醇類情況類似,醛類數量最多的是朋娜果皮精油,共5種;相對含量最高的是奈維林娜果皮精油,為15.986%。在此值得關注的是,奈維林娜相對含量最高的成分(月桂烯(47.036%)相較于其他三個樣品相對含量最高的成分(d-檸檬烯,均大于92%)來說較低,但也因此其他各成分的相對含量則相對較高,這也造成了上述奈維林娜醇類和醛類所含種類數量不多但相對含量最高的事實。初步推斷這是由奈維林娜與其他三個品種的品系差異較大造成的。

共有組分分析顯示,四個品種贛南臍橙果皮精油中均含有正辛醛、α-松油醇、癸醛和巴倫西亞橘烯。其中,正辛醛有很強的水果香氣乃至有顯著油膩氣味,在極度稀釋下具有類似玫瑰和橙皮的香氣[22];α-松油醇有穩定的紫丁香香氣;癸醛,脂蠟香尖刺有力,青辛微甜,有類似除萜甜橙油與檸檬油的后韻,極度稀釋時有新鮮的柑桔皮樣的氣息[22];巴倫西亞橘烯呈柑橘樣香氣[23],它們構成了贛南臍橙的基礎香氣。

從四個樣品的特有組分看,檜烯(0.485%)、羅勒烯(1.039%)是紐荷爾臍橙果皮獨有的揮發性成分。其中,羅勒烯,與月桂烯互為同分異構體,有著一種溫暖的藥香,柑橘的青香[24]。左旋-α-蒎烯(0.895%)、正辛醇(0.226%)、月桂醛(0.158%)是朋娜臍橙果皮獨有的揮發性成分。其中,正辛醇有強烈芳香氣味,月桂醛高濃度時有強烈的草香和松葉香氣[22],稀釋后有紫羅蘭樣香氣。β-蒎烯(2.653%)和(1S)-(+)-3-蒈烯(0.790%)是華盛頓臍橙果皮獨有的揮發性成分。其中,β-蒎烯是α-蒎烯的同分異構體,有松木和樹脂香氣[25]。2-蒎烯是奈維林娜臍橙果皮獨有的揮發性成分,相對含量為15.313%。2-蒎烯特有的松木香氣,似松節油的氣味[26],氧化之后具松香樣香氣。這些品種特有的香氣成分,是對贛南臍橙品種進行區分的重要依據。紐荷爾、朋娜、華盛頓均含有d-檸檬烯且相對含量最高,而奈維林娜中未被檢出。類似的情況還有:3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯、檸檬醛、(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛在紐荷爾品種中未被檢出;月桂烯在華盛頓品種中未被檢出;萜品油烯,在朋娜品種中未被檢出。這些該品種缺乏而其他三個品種卻具有的成分和其特有的成分作用相似,或可作為不同品種臍橙特征區別的參考。

2.4 討論

本文中四個品種贛南臍橙果皮精油共鑒定出21種揮發性成分,紐荷爾、朋娜、華盛頓、奈維林娜分別鑒定出11、13、14、11種揮發性成分。與張涵等[27]的結果相比,揮發物種類較少,但檜烯、月桂醛、3-蒈烯等被認為可能是造成臍橙特殊香味的物質在贛南臍橙果皮精油的揮發性成分中也有鑒定出。可能是品種[18]、成熟度[28]、貯存條件[29]、實驗原料的前處理方法[30]等因素的差異對檢測結果造成了影響。此外,四個品種果皮精油的揮發性成分中,鑒定出的萜烯烴類化合物的種類與相對含量的占比均最多,這與Obenland[31]、趙凱[32]等的結論一致。其中,d-檸檬烯[33]被認為是甜橙精油的重要組分,在紐荷爾、朋娜、華盛頓臍橙中均有鑒定出,且相對含量占比最高,依次為92.962%、92.328%、92.322%,但在奈維林娜中并未鑒定出。這可能與品系、品種變種等因素有關,更加具體的原因有待進一步研究。此外,臍橙果皮精油中未鑒定出酮類物質,這與Masson[14]、張涵[27]等的結果相類似,這可能是成熟的新鮮臍橙果皮精油揮發性成分的一大特征,或可用于確定臍橙的成熟度,后續可進一步研究和論證。

相較于前人的研究,本文重點突出四個品種贛南臍橙果皮精油的差異性,包括提取精油的得率和揮發性成分的比較,有望作為通過精油成分鑒別臍橙品種的參考依據。本文也有許多不足之處,本文得出的區分不同臍橙品種的結論,如配合對精油的色澤、粘稠度等狀態進行研究并對橙葉油、橙花油進行比較性研究,將會使鑒定方法更加全面和完善。另外,針對精油的應用而進行的分離、提純等研究也有待于日后更加深入細致的研究。

3 結論

基本指標的檢測結果表明,本文研究的四個品種贛南臍橙均為完熟果實。精油提取結果顯示,紐荷爾果皮精油得率最高,為1.05%,可作為提取臍橙精油的良好來源。揮發性成分的分析結果表明,利用GC-MS共鑒定出21種揮發性成分,包括13種烯烴類、3種醇類、5種醛類,占主導地位的是萜烯烴類化合物。四種贛南臍橙精油樣品共有的揮發性成分為4種,分別是正辛醛、α-松油醇、癸醛和巴倫西亞橘烯;也各有其獨特的香氣成分,如檜烯、羅勒烯之于紐荷爾,左旋-α-蒎烯、正辛醇、月桂醛之于朋娜,β-蒎烯、(1S)-(+)-3-蒈烯之于華盛頓,2-蒎烯之于奈維林娜,這是它們通過精油成分進行品種區分的重要依據。本研究結果為利用精油成分鑒別贛南臍橙品種提供參考,同時也為贛南臍橙果皮精油的開發利用提供理論指導。