3种福建省柚子汁挥发性成分及香气分析

嵇海峰，朱艳冰，蔡慧农，陈 峰，杨远帆，肖安风，4

(1．集美大学生物工程学院，福建 厦门 361021;2．福建省食品微生物与酶工程重点实验室，福建 厦门 361021;3．Department of Food，Nutrition and Packaging Sciences，Clemson University，Clemson，SC 29634;4．厦门市食品与生物工程技术研究中心，福建 厦门 361021)

0 引言

柚子产于我国福建、江西、广东、广西等南方地区，具有气味清香、口感酸甜、营养丰富、药用价值高等优点[1]．福建省是柚子生产的重要基地，主产品种有漳州市平和县的琯溪蜜柚、平和红柚和莆田仙游县的度尾文旦柚．目前柚子的消费主要以鲜食为主，但随着水果种植业的发展，柚子产销矛盾日益突出，因此，开发柚汁产品具有重要的意义．而香气作为柚汁的一个重要品质，具有非常重要的研究价值．柚汁挥发性成分的定性、定量分析可以对其香气品质进行有效的评价，并为优化柚汁加工产品的风味提供技术支持．目前对果汁挥发性成分的提取方法主要有液液萃取法、同时蒸馏萃取法、固相微萃取法等，其中固相微萃取具有操作简便，不需溶剂，且不存在非挥发性成分污染，样品不需加热，能很好地萃取出样品原有的挥发性成分等优点，因此，许多对果汁挥发性成分的研究都是利用固相微萃取进行提取的[2－7]．对于挥发性成分的检测技术，目前主要有气相色谱、气相色谱质谱联用、气相嗅闻、核磁共振等，其中气相色谱质谱联用技术可以通过与商业谱库中的质谱图进行比较，再结合气相保留指数，就可以将未知物初步定性为一种或几种最可能的物质，再用标准品进行对照则可准确定性定量，目前对挥发性成分的检测主要应用气相色谱质谱联用技术 (Gas Chromatography－Mass Spectrometer，GC－MS)[6，8]．

柚汁的香气很大程度上取决于柚子的品种，因此研究不同品种柚汁的香气对于柚汁饮料的互配、评价等具有重要的意义．目前国内外对柚汁挥发性成分及香气的研究较少，国外有研究者对葡萄柚的挥发性成分进行了研究:Buettner等[9]鉴定了葡萄柚中的37种香气活性物质，其中香气强度较高的成分为丁酸乙酯、1－对孟烯－8－硫醇和顺式－3－己烯醛．国内有研究者对我国的一些柑橘汁进行了挥发性成分的分析，如乔宇[10]运用固相微萃取和气质联用仪对湖北地区的10种柑橘汁的挥发性成分进行了研究．但对于柚汁香气的研究较少，有关福建柚汁香气的研究也未见报道．本文利用固相微萃取 (Solid-phase micro-extraction，SPME)结合气相色谱质谱联用仪分析了福建的3种主要柚子品种的挥发性成分，并对其中的主要香气成分进行了分析．

1 材料和方法

1.1 实验材料

柚子于2013年9月—2013年11月份采样，选择已充分成熟的柚子进行采样．琯溪蜜柚、平和红柚均采自漳州市平和县，度尾文旦柚采自莆田市仙游县．

1.2 仪器与试剂

DS－1高速组织捣碎机 (上海精科实业有限公司);日本岛津气相色谱－质谱联用仪 (QP2010 plus);Rtx－5MS毛细管色谱柱 (60 m×0.32 mm，0.25 μm);手动固相微萃取器、萃取头 (50/30 μm，美国 Supelco公司)．

丙酸乙酯、正戊醇、正己醛、反式－2－己烯醛、正己醇、庚醛、正戊醇、正己酸、1－辛烯－3－醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、辛醛、正辛醇、壬醛、壬醇、2－甲基丁酸乙酯、芳樟醇均为气相色谱纯，购自于上海晶纯试剂有限公司;顺式－2－戊烯－1－醇、反式－3－己烯－1－醇、顺式－2－己烯－1－醇、反式－2－庚烯－1－醇、正庚醇、d－柠檬烯、反式－2－辛烯－1－醇、顺式氧化芳樟醇、反式氧化芳樟醇、癸醛等标准品均为气相色谱纯，购自于Sigma试剂公司．

1.3 3种柚汁的制备

将柚子去皮，利用高速组织捣碎机将果肉捣碎，置于4层纱布上过滤，收集滤液，即得新鲜柚汁，使用前5000 r/min离心5 min．

1.4 固相微萃取条件优化

取1 mL柚汁于6 mL配有聚四氟乙烯瓶盖的小瓶中，在一定温度下先平衡10 min，再进行一定时间的吸附．吸附结束后立即将吸附头置于气相色谱进样口中，在250℃下解吸附5 min．由于国内外对果汁挥发性成分的固相微萃取的萃取头材料一般都选择DVB/CAR/PDMS材料，因此不对萃取头材料进行选择，对吸附时间和吸附温度进行选择．结合文献中的萃取条件，吸附时间选择10、20、30、40 min 4个水平，吸附温度选择30、40、50℃ 3个水平，以萃取的挥发性成分的总峰面积作为优化指标．

1.5 挥发性成分的GC－MS分析

色谱条件:Rtx－5MS毛细管色谱柱 (Rtx－5MS，60 m×0.32 mm，0.25 μm)，载气为高纯氦气，流量3 mL/min，分流比10∶1;升温程序:初始温度35℃，保持0.3 min，接着以12℃/min升温至240℃，保持2 min．

质谱条件:离子源温度250℃，质谱接口温度为280℃，电离方式为EI，检测器电压0.82 kV，SCAN模式，扫描范围35～500 m/z．

1.6 挥发性成分的定性

柚汁挥发性成分采用了3种方式共同定性:1)GC－MS质谱图;2)样品峰的保留指数，参考Kratz和Van den Dool[11]于1963年定义的程序升温保留指数;3)与标准品进行对照．

1.7 挥发性成分的定量及香气值的计算

柚汁挥发性成分的定量是通过将挥发性成分的标准品配制成6个不同浓度梯度的混标，每个浓度的混标中均添加1 μg/L的环己酮作为内标，绘制各挥发性成分峰面积相对于1 μg/L内标峰面积比例的标准曲线，利用标准曲线进行挥发性成分含量的计算．香气值的计算方法为挥发性成分的浓度值除以挥发性成分在水中的阈值．

2 结果与讨论

2.1 萃取时间和萃取温度优化

固相微萃取的时间优化结果如图1所示，随着萃取时间的增加，萃取的挥发性成分的总峰面积逐渐增加，但当萃取时间为30 min和40 min时，挥发性成分总峰面积不存在显著性差异，因此，选择萃取30 min作为最佳的萃取时间．

固相微萃取温度选择结果如图2所示，随着萃取温度的升高，萃取的挥发性成分总峰面积逐渐增加，但当萃取温度为40℃和50℃时，萃取的挥发性成分总峰面积不存在显著性差异，因此，选择40℃作为最佳温度进行萃取．

图1 萃取时间对挥发性成分总峰面积的影响Fig.1 Effect of extract time on the total peak area of volatiles

2.2 3种柚汁中的主要挥发性成分

图2 萃取温度对挥发性成分总峰面积的影响Fig.2 Effect of extract temperature on the total peak area of volatiles

表1为3种柚汁中挥发性成分的定性定量结果，由表1可以看出，根据质谱图相似度检索、保留指数与文献中保留指数比较、保留时间与标准品保留时间比较等方法，在3种柚汁中共鉴定出25种挥发性成分，包括11种醇类、7种醛类、2种萜烯类、2种萜烯氧化物、2种酯类、1种酮类．其中琯溪蜜柚汁、平和红柚汁、度尾文旦柚汁中鉴定出的挥发性成分分别为23种、17种、16种，3种柚汁共有的挥发性成分有13种，分别为正戊醇、正己醛、反式－2－己烯醛、反式－3－己烯－1－醇、庚醛、6－甲基－5－庚烯－2－酮、辛醛、d－柠檬烯、正辛醇、顺式氧化芳樟醇、反式氧化芳樟醇、壬醛、癸醛，一些成分只在一种或两种柚汁中被检出，说明不同品种的柚汁所含有的挥发性成分种类存在很大差异．3种柚汁总挥发性成分的质量浓度分别为1452.59、484.93、94.89 μg/L，这说明3种柚汁的香气强度可能会相差很大．其中，琯溪蜜柚汁中质量浓度较高的成分为反式－3－己烯－1－醇 (765.26 μg/L)和正己醇 (323.89 μg/L);平和红柚汁中质量浓度较高的是正己醛 (175.21 μg/L)、d－柠檬烯 (98.59 μg/L)和顺式－3－己烯醛(90.62 μg/L)，度尾文旦柚汁中质量浓度较高的成分为 d－柠檬烯 (21.99 μg/L)和正戊醇(15.40 μg/L)．表2提供了3种柚汁各挥发性成分定量标准曲线、检测范围、相关系数，其中标准曲线是通过各挥发性成分峰面积相对于1 μg/L内标的峰面积的比例绘制的．

为了更清楚地了解各挥发性成分对柚汁香气的贡献，本文计算了各挥发性成分的香气值，香气值大小可以用来评价各挥发性成分对柚汁香气的贡献大小[12]，各挥发性成分的香气值列于表3中．结果显示，琯溪蜜柚汁、平和红柚汁、度尾文旦柚汁的总香气值分别为35.92、60.28、7.80，由此可以看出，平和红柚汁的香气强度最大，其次为琯溪蜜柚汁，度尾文旦柚汁的香气强度较其他两种柚汁的香气强度要小很多．

2.3 醇类挥发性成分的比较与分析

3种柚汁中的醇类挥发性成分种类最多，琯溪蜜柚汁中的反式－3－己烯－1－醇 (765.26 μg/L)和正己醇 (323.89 μg/L)两种醇类的含量占总挥发性成分的75%，但这两种挥发性成分在水中的香气阈值均较高，分别为1000 μg/L和1620 μg/L，这两种挥发性成分的香气值分别为0.77和0.20(见表3)，对琯溪蜜柚汁香气贡献很小，而在平和红柚汁和度尾文旦柚汁中，这两种醇类的含量均不大或未检出．在琯溪蜜柚汁中，1－辛烯－3－醇的香气值最大 (13.40)，因为其在水中的香气阈值很低 (1 μg/L)，1－辛烯－3－醇具有蘑菇的气味[13]，在平和红柚汁和度尾文旦柚汁中均未检出该成分．芳樟醇是许多柑橘类水果的重要香气成分，因为其具有较低的香气阈值与令人愉悦的花香气味[14]，但在琯溪蜜柚汁和平和红柚汁中检出的含量均很低，在度尾文旦柚汁中未检出，因此其对这3种柚汁的香气贡献均不大．

2.4 醛类挥发性成分的比较与分析

醛类是柑橘类水果重要的香气成分，在琯溪蜜柚汁、平和红柚汁、度尾文旦柚汁中，分别检出了6种、7种、7种醛类挥发性成分，正己醛是一种具有青草气味的挥发性成分[12]，其在平和红柚汁中的含量最大，由表3可以看出，正己醛在平和红柚汁中的香气值为38.94，占总香气值的65%，在琯溪蜜柚汁中其香气值为10.42，占总香气值的29%．因此，正己醛是平和红柚汁和琯溪蜜柚汁的特征香气成分．另一具有青草气味的挥发性成分顺式－3－己烯醛[15]在平和红柚汁和度尾文旦柚汁中被检测出，其在平和红柚汁中的香气值为3.37，对平和红柚汁香气有一定的贡献．此外，对平和红柚汁香气影响较大的醛类挥发性成分还包括辛醛、壬醛、癸醛等，这3种醛类挥发性成分分别具有柠檬气味、蒸煮气味、水果气味等[16]，其中癸醛对度尾文旦柚汁的香气贡献较大．

表1 琯溪蜜柚汁、平和红柚汁及度尾文旦柚汁挥发性成分含量Tab.1 Concentrations of volatiles of Guanxi pummelo juice，Pinghe red pummelo juice and Duwei pummelo juice

表2 柚汁挥发性成分定量标准曲线Tab.2 Standard curves of the volatile components of the pummelo juice

2.5 萜烯类及萜烯醇氧化物挥发性成分的比较与分析

在3种柚汁中，均检测到萜烯类成分柠檬烯，其中平和红柚汁中的含量最高 (98.59 μg/L)，但其香气值较小，因此对柚汁香气影响较小．月桂烯只在度尾文旦柚汁中检出，且其含量较少．在3种柚汁中，均检测到含有萜烯醇氧化物顺式芳樟醇氧化物和反式芳樟醇氧化物，这两种成分具有令人愉悦的香甜气味[15]，但是由于其在柚汁中的含量较低，因此其香气值很小，对柚汁的香气贡献很小．

2.6 酯类及酮类挥发性成分的比较与分析

酯类挥发性成分一般含量较低，但大多数具有令人愉悦的香气，在琯溪蜜柚汁中检测到较低含量的2－甲基丁酸乙酯，在其他两种柚汁中未检测到，2－甲基丁酸乙酯具有令人愉悦的香甜气味[17]，其在琯溪蜜柚汁中的香气值为5.87，占总香气值的16%，因此，2－甲基丁酸乙酯对琯溪蜜柚汁的香气具有较大的贡献．在3种柚汁中均只检测出一种酮类挥发性成分6－甲基－5－庚烯－2－酮，但成分含量均较小且其在水中的香气阈值较大 (160 μg/L)，因此对柚汁的香气影响较小．

2.7 3种柚汁香气的比较

琯溪蜜柚汁香气主要由1－辛烯－3－醇、正己醛、2－甲基丁酸乙酯等成分贡献，主要表现为蘑菇气味、青草气味、香甜气味等．平和红柚汁香气主要由正己醛、癸醛、顺式－3－己烯醛、辛醛、芳樟醇等成分贡献，因此平和红柚汁主要具有青草气味、水果气味、柑橘气味、香甜气味等．而度尾文旦柚汁香气组成与其他两种柚汁香气组成相差较大，其香气主要由癸醛贡献的水果气味和正己醛贡献的青草气味组成．

表3 琯溪蜜柚汁、平和红柚汁及度尾文旦柚汁挥发性成分香气值Tab.3 Odor activity values of volatiles of Guanxi pummelo juice，Pinghe red pummelo juice and Duwei pummelo juice

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