HSSPMEGCMS法测定不同成熟度蜜柑果汁挥发性成分

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(1. 河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄 050018; 2. 华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070)

柑橘是世界上年贸易额最大的水果,主要分布在亚热带和热带的一些国家和地区[1]。温州蜜柑(Satsumamandarin)大叶尾张(Owari)作为我国最主要的柑橘种类,果实具有色香味美、高营养、高品质的特点[2 - 3]。榨汁是其最普遍的食用方式,不但保留了原有果实的营养成分,并为其食用提供了多种可能,深受消费者喜爱。香气是影响蜜柑果汁质量的最重要的因素,直接决定果汁的品质好坏[4 - 5]。柠檬烯、γ - 松油烯、α - 松油醇、香芹醇、β - 甜橙醛、乙酸乙酯等是蜜柑的挥发性特征风味物质,对柑橘的食用和加工品质有重要的影响[6 - 8]。因此,除了果汁的口感外,研究果汁中的香气组成,对通过不同成熟度的香气组成提高果汁的风味品质有重要意义。果实的成熟度是决定果汁中风味物质及果汁物化特性的最重要的因素,果蔬中的挥发性风味化合物种类及数量随其成熟度不断发生变化,如在葡萄成熟过程中,成熟阶段只有少量的芳樟醇,随果实成熟其含量逐渐增加;醛类和醇类是未成熟桃果类的主要风味物质,但是其含量会随成熟度的增加逐渐减少[9 - 10]。现阶段对不用成熟度果实挥发性风味化合物的分析主要集中在桃、杏、樱桃、猕猴桃等[11 - 13],对于柑橘果实发育过程中香气组分的研究鲜有报道,而对不同成熟度的温州蜜柑果实果汁香气成分的研究还未见报道。本研究以温州蜜柑品种大叶尾张品系为材料,对不同成熟度蜜柑果汁香气成分进行定性和定量分析比较,为柑橘原料的适时采收和分级挑选等环节提供科学理论依据。

1 材料与方法

1. 1 材料与仪器

蜜柑果 属于温州蜜柑大叶尾张品系,湖北松滋洈水柑橘厂赵野橘园;环己酮 色谱纯,美国Fluka试剂公司;NaCl等常规化学试剂 分析纯级。

Finnigan Trace MS气相色谱 - 质谱联用仪(配有PAL Autosampler三合一自动进样器) 美国菲尼根公司;2000JP离心式榨汁机 南通金橙机械有限公司;DVB/CAR/PDMS 50/30μm(二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷) 美国SUPELCO公司;Orion410A酸度计 美国奥立龙公司;手持糖度计 昆山鼎品电子科技有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 蜜柑果汁的制备 选取同龄、结果正常、产量稳定的果树取果。根据果实颜色及其物化性质,分别选取果园中过熟果、成熟果、未成熟果三种柑橘果实10kg备用,并进行分析。

采收后的蜜柑果使用离心式榨汁机进行榨汁,收集于250mL的玻璃瓶中,冷冻储藏备用。

1. 2. 2 挥发性风味成分的提取 根据文献[3]，将5kg果实在组织捣碎机中捣碎,称取3g果肉于20mL螺口样品瓶中,加入10μL内标环己酮和3mL饱和NaCl溶液,用聚四氟乙烯隔垫密封,于40℃磁力搅拌器上加热平衡15min后,使用DVB/CAR/PDMS50/30μm(二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷,美国SUPELCO公司)萃取头,40℃萃取40min后,将萃取头插入GC进样口,解析5min。

1. 2. 3 风味成分鉴定 实验中挥发性风味成分采用气相色谱 - 质谱联用仪(GC - MS)[3]。

气相色谱条件:弹性石英毛细管柱DB - 5(5%联二苯 - 95%二甲基聚硅氧烷),0. 25mm×30m×0. 25μm,He流量1mL/min,分流比10∶ 1,进样口温度250℃,进样量1μL。程序升温过程:起始柱温30℃保持1min,升温速率6℃/min,最终温度180℃保持3min。

质谱条件:EI离子源,电子能量70eV,离子源温度200℃,灯丝发热电流0. 25mA,电子倍增器电压1000V,接口温度250℃,扫描速度全程40 ～400AMU/sec。

定性分析:香气成分经气相色谱分离,不同组分会形成其各自的色谱峰,用气相色谱 - 质谱 - 计算机联用仪进行分析鉴定各自的成分。所得分析结果运用计算机谱库(NIST/WILEY)进行初步检索及资料分析,再结合参考文献进行人工谱图解析,确认香气物质的各个化学组成。

定量分析:采用环己酮内标法进行定量分析。计算公式为:各香气成分含量(μg/mL)=各组分的峰面积×内标物质量(μg)/(内标物峰面积×样品量(mL))。

1. 2. 4 蜜柑果汁的物化特性分析 分别对不同成熟度蜜柑果汁的成熟度(色泽)、固形物含量、总酸、pH、固/酸比、出汁率分析蜜柑果汁的物化特性,平行测定三次。

固形物含量测定:参照GB/T 12143. 1 - 1989 软饮料中可溶性固形物的测定方法测定。

总酸测定:参照GB/T 12456 - 2008滴定法测定总酸含量。

pH测定:参照GB/T 10468 - 1989方法测定。

固/酸比测定:固形物含量与可滴定酸含量之比。

出汁率测定:出汁率=(全果重 - 果皮果渣重)/全果重[23]。

1. 3 统计分析

所有数据利用Microsoft Excel进行统计处理,origin8. 0进行作图分析,用SAS 9. 2进行ANOVA分析,不同平均值之间利用LSD法进行差异显著性检验(n=3)。

2 结果与分析

2. 1 不同成熟度蜜柑果汁物化特性分析结果

表1为不同成熟度蜜柑果及及其果汁的物化特性分析,从表中可以看出,不同成熟度的蜜柑果汁在成熟过程中经历了由青到黄的过渡,不同成熟度的果实色泽略有差异,与王元贵对荆州地区柑橘果的研究结果相似[14];在对固形物、固酸比的测定中得出,充分成熟的蜜柑果最大,并且在蜜柑果成熟充分时,出汁率略大于过熟果和未成熟果,并且随着成熟度的增加,果汁的pH也逐渐变大(p<0. 05)。因此在蜜柑的采摘过程中成熟度的把握对最终产品的品质有重要的作用。通过对物化特性结果对比可以看出,蜜柑果成分成熟对提高其品质具有重要的作用。

表1 三种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…)表示差异显著(p<0. 05)。

2. 2 不同成熟度蜜柑果汁挥发性成分种类变化

对于蜜柑在成熟过程中挥发性物质主要是醛类、酮类、酯类、烃类、醇类化合物,其中该类果实中烃类化合物,尤其是烯类为主要的挥发性物质,对果汁香气有重要的贡献作用。三种不同成熟度的大叶尾张蜜柑果汁的主要挥发性风味化合物的种类如图1所示,在整个成熟过程中共检测出37种挥发性成分。从图中可以看出,随着成熟度的增加,挥发性化合物的成分种类相似(未成熟果34,成熟果32,过熟果33)。另外,在不同成熟阶段的产品中,烃类物质为主要的挥发性物质,种类约为总挥发性成分的一半,其中烯烃类化合物(如萜烯类)是烃类成分的重要组成部分,与胡柚果汁中风味成分结果相似[15]。在酯类成分中,其种类在过熟果中都有下降,而酯类是果汁香气的重要组成成分。因此,在蜜柑果成熟过程中要控制其采摘成熟度对果品分级有重要的作用。

图1 不同成熟度蜜柑果汁主要挥发性化合物种类变化Fig. 1 The varieties change of volatile compounds in orange juice with different maturity

对于不同成熟度的蜜柑果汁中挥发性物质主要是醛类、酮类、酯类、烃类、醇类化合物,这些挥发性化合物分别占总量的98. 8%、98. 1%、99. 3%(未成熟果、成熟果、过熟果)。随着蜜柑成熟度的增加,果汁中风味化合物的含量有明显的变化,但是在整个成熟过程中烃类化合物为含量最高的挥发性风味化合物,其含量在成熟过程中出现先降低后升高的趋势。在蜜柑成熟过程中,醇类、酯类、醛类挥发性风味物质有相同的变化趋势,都出现先升高后降低的趋势。酮类挥发性风味化合物含量逐渐减少,在过熟果中含量约为22. 72μg/mL。由此可以得到,在蜜柑果成熟过程中,不同的成熟阶段果实的挥发性风味物质有较大差异,并呈现不同的风味,可以综合物化性质并根据不同阶段果实的风味特点对品种进行选育及对果实的深加工。

2. 3 不同成熟度蜜柑果汁挥发性风味化合物变化分析

表2 不同成熟度大叶尾张蜜柑果汁的主要香气成分及其含量Table 2 Main aroma compounds and contents in different maturity Owari juice

注:“-”表示未检出。

蜜柑果汁中挥发性风味化合物的含量变化随成熟度的变化结果见表1。从表中可以看出,不同成熟度的蜜柑果汁检出的成分种类差别比较小,但相同成分在不同成熟阶段的含量确有明显的差异。

烃类挥发性风味化合物广泛存在于蜜柑果的成熟过程中,是蜜柑果中含量最高的香气成分。其中饱和烃类阈值较高,对果汁中整体的风味贡献较小[16]。在不饱和烃类香气成分中,柠檬烯具有典型的柑橘香气,被认为是温州蜜柑的特征性风味物质[17],是蜜柑果成熟过程中含量最多的烯烃类物质;1R - α - 蒎烯和γ - 松油烯分别具有松油味和香膏味,也被证实为是温州蜜柑果中重要的特征风味物质[18],在成熟过程中均出现先降低后升高的趋势,两类物质均为单萜烯类风味物质,阈值较低,具有较高的香气值。巴伦西亚橘烯是含量最高的倍半萜烯类挥发性风味物质,在成熟过程中含量逐渐减少,与成熟果相比,在过度成熟后蜜柑果汁中巴伦西亚橘烯由(7. 474±0. 285)g/mL降低到(5. 830±0. 147)μg/mL,而该类物质含量的多少对蜜柑果汁风味的变化有高度的相关性,也作为果汁品质劣变的重要指标[19]。1,3,8 - 对 - 孟三烯是在温州大叶尾张蜜柑果中特有的成分,在国内外柑橘品种的香气物质组成中未见报道,在成熟过程中出现先升高后降低的趋势。综合上述分析得出,柠檬烯、1R - α - 蒎烯、γ - 松油烯、巴伦西亚橘烯柑橘中主要的挥发性烯烃化合物,主要是因为其阈值较低,并且成熟过程中含量较高;另外,由于不饱和烃类化学性质不稳定,在成熟过程中容易氧化分解,降解为醇类、醛类及酮酸类等对果汁品质有重要贡献的风味物质,多种烯烃先升高后降低的趋势也可以说明。

醇类、醛类、酯类挥发性化合物部分由烃类物质氧化后产生,其中三种物质均为在充分成熟果中含量最高,与成熟过程中不同风味成分氧化还原反应有重要的关系,对果实风味有重要的作用。对于醇类挥发性物质,含量最高的为α - 松油醇,是柑橘果中重要的风味物质,为柠檬烯氧化分解后产生[16],成熟果中柠檬烯含量的降低也证明了此现象,但是含量过高也会产生不愉快的风味[20];另外,香芹醇也是蜜柑果汁中特有的香气物质[3],在过程中有明显的增加过程。在蜜柑成熟过程中分别检测到α - 甲基肉桂醛和β - 甜橙醛,含量远高于另外两种成熟果。其中,β - 甜橙醛是柑橘果成熟的重要标识,具有浓郁的蜜柑香气,对成熟的蜜柑果风味有重要的贡献[18]。酯类挥发性化合物具有特殊香甜的果香气,是蜜柑果香气的重要组成部分,主要由醇类和酮酸类酯化形成,性质相对其他风味物质不够稳定,在果蔬成熟过程中容易分解;在检测到的酯类中,充分成熟果含量最丰富,这也是充分成熟果中香气浓郁、未成熟蜜柑和过熟果蜜柑香味较淡的原因;这与陈美霞[21]所报道的在新世纪杏中酯类挥发性物质随着果实的成熟度的增加而升高的结果不同,主要的原因是在蜜柑果中,未成熟果实具有较低的酯类合成前体物质及合成酶的活性,而部分过熟果实的酯类物质会发生分解或转化[22];另外,十八烷酸丙酯在成熟过程中先升高后降低,柑橘品种的香气物质组成中未见报道。酮类物质是氧化反应的最终产物,是典型的风味物质,酮类物质的阈值要高于其同分异构体醛,其中不饱和酮类具有较高的挥发性,对蜜柑果汁香气贡献明显,2,5 - 双(1,1 - 二甲丙基) - 2,5 - 环己二烯 - 1,4 - 二酮只存在于充分成熟果中,3,5 - 二叔丁基 - 4 - 羟基苯乙酮在充分成熟果未检测到。

综上所述,三种不同成熟度的大叶尾张蜜柑(未熟果,充分成熟果及过度成熟果)果汁中检测的成分变化比较小,但不同成熟度蜜柑果汁中挥发性风味化合物含量有明显的差异,在果汁中,酯类、醛类、醇类、酮类等挥发性风味化合物的不同浓度含量以及构成比例可构成其特有的风味,例如在充分成熟果中有明显的萜烯类化合物和醇、醛类物质的转换,对果汁香气有重要的作用[16]。

3 结论

不同成熟度的蜜柑果汁的物化特性有显著的差异(p<0. 05),通过HS - SPME - GC - MS法在果汁中共检测出37种不同挥发性风味化合物,主要包括酯类、酮类、醛类、醇类和烃类;三种不同成熟度的果汁中分别检出34、32、33种香气成分;其中,反式 - 3 - 蒈烯 - 2 - 醇,十八烷酸丙酯,1,3,8 - 对 - 孟三烯,在柑橘品种的挥发性风味物质组成中未见报道;数据显示,成熟度引起的挥发性风味化合物种类变化较小,但是诸如柠檬烯、γ - 松油烯、α - 松油醇、香芹醇、β - 甜橙醛等特征性风味物质含量有明显的变化;其中,醇类、醛类、酯类挥发性化合物均为在充分成熟果中含量最高。结合对果汁的物性分析得出,充分成熟果能够保持大叶尾张蜜柑的香气特征。

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