菠萝蜜芳香浸膏提取工艺及挥发性成分分析

张玲，张云飞，李春海，*，卢裕亿，王胜明，鲁康生

（1.广东省岭南特色果蔬加工及应用工程技术研究中心，广东普通高校食品科学创新团队，广东茂名525000；2.广东石油化工学院环境与生物工程学院，广东茂名525000）

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）是一种著名的热带果树，原产印度北部地区，引种我国历史已近千年，现广泛种植于我国南方地区，以广东雷州半岛和海南种植最多，据2012年统计资料显示，我国菠萝蜜种植面积约9 330 hm2，其中海南省约5 000 hm2。菠萝蜜集食用、药用、林木为一身[1-2]。近年来，关于菠萝蜜的种质资源、种植、保鲜及深加工研究也越来越受到学者们的重视[3-6]。而菠萝蜜一般生长在高温高湿地区，夏季产量较大，其本身又不耐贮藏，果肉要完全成熟后才能实用，因此其货架寿命不长，对其进行保鲜及深加工研究显得尤为重要。

菠萝蜜不但营养丰富，而且风味独特，香气浓郁，香气是其重要的果品属性，它分为干苞和湿苞两种类型，干苞水分少，质地硬且脆，味甜，香气浓；湿苞水分多，质地软滑，清甜，香气较淡[7]。目前国内外关于菠萝蜜风味成分或挥发性成分已有较多研究报道，如Swords等[8]首次从菠萝蜜果实中分离出20种香气物质；Maia等[9]将菠萝蜜果肉浸解成果浆，用水-戊烷体系进行同时蒸馏-萃取，以GC-MS联用仪分析鉴定出39种化合物；纳智[10]用乙醚浸泡菠萝蜜果肉，然后用GC-MS分析鉴定出82种成分；刘永琼等[11]拟定菠萝蜜芳香浸膏的质量标准；林丽静等[12]通过分析研究不同加工方法对菠萝蜜风味成分的变化，得出蒸煮有助于增强风味成分，风味化合物中酯类化合物达28种，多于鲜样品的11种和干燥样品的10种。

芳香浸膏是天然香料的一种，通常是指用适宜的溶剂浸出香料植物组织（如花、叶枝、茎、树皮、根、果实等）中的有效成分，再除去大部分或全部溶剂，浓缩成膏状的香料制品，与精油、净油、酊剂、油树脂等产品相比，其天然香味逼真，自然感非常强[13-14]。菠萝蜜香味浓郁独特，受到人们的喜爱，其芳香物质应用到食品、生活用品、烟草等行业，具有很好的消费前景和应用前景。而选用干苞菠萝蜜加工芳香产品不失为利用菠萝蜜特殊风味特点的一种有效的深加工方式。关于菠萝蜜芳香浸膏提取工艺研究报道十分罕见，目前中国知网仅收录了李亮等[15]以食用乙醇浸提新鲜菠萝蜜果肉制备芳香浸膏，采用正交优化浸提工艺的研究报道。

本论文以冷冻干燥的菠萝蜜果肉为原料，选用无水乙醇浸提菠萝蜜中的芳香物质，研究了浸提温度、浸提时间、料液比对菠萝蜜芳香浸膏提取得率的影响，采用响应面法优化了浸提工艺条件，并通过GCMC对浸膏的挥发性成分进行分离鉴定。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

菠萝蜜，选择新鲜、九成熟、无腐烂、无虫蛀的重量为10 kg左右的干苞品种：广东省茂名市市场；无水乙醇（分析纯，AR）：天津市永达化学试剂有限公司；正己烷（AR）：天津市百世化工有限公司。

1.2 仪器与设备

高速多功能粉碎机（LFP-800A）：莱芙旗舰店；数显水浴恒温振荡器（HZ-9212S）：金坛市杰瑞尔电器有限公司；旋转蒸发仪（RE52AA）：上海亚荣生化仪器厂；电子天平（JA3003）：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；气相色谱-质谱联用仪（Agilent 6890N 5975）：美国安捷伦科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菠萝蜜芳香浸膏提取工艺流程及操作要点

1.3.1.1 工艺流程

新鲜菠萝蜜→切分、去瓤、去核→洗净、切丝→干燥→粉碎→浸提→抽滤→减压蒸馏→菠萝蜜芳香浸膏

1.3.1.2 操作要点

1）菠萝蜜的预处理及干燥：将新鲜菠萝蜜果切分，除去表面黏性物质，取果肉，除去果仁，清洗后，将果肉切成丝状，铺满托盘中；预先将冷冻干燥机预冷30min，再将菠萝蜜果肉置于冷冻干燥机冷阱中于-54℃下冻结2 h后，取出托盘置于冷冻干燥机的托盘架上真空干燥48 h左右；取出近干的菠萝蜜丝，置于45℃的鼓风干燥箱中干燥8 h，得到品质较好水分含量较低的菠萝蜜果干。

2）干果粉碎：将干燥的菠萝蜜果置于爪式粉碎机中粉碎，为避免高温产生不利影响，一次打粉1 min间歇10 min后再打，直至粉末细腻，控制粉末亮黄色；因菠萝蜜含糖分较高，粉末易吸湿，故可不过筛。

3）浸提、抽滤及减压蒸馏：由于菠萝蜜糖分含量较大，为了避免糖分大量溶出，本试验选用无水乙醇作为提取剂。称取适量的菠萝蜜粉3份，置于3个250 mL锥形瓶中，每个锥形瓶加入一定量的无水乙醇，用保鲜膜封住锥形瓶口，橡皮筋扎紧，置于水浴恒温振荡器中，设置要求的温度，转速205 r/min，震荡提取一定时间，冷却至室温，抽滤，取抽滤液置于圆底烧瓶中，设置旋转蒸发仪器温度为65℃，调整合适的转速，蒸发至冷凝管中无液滴滴下为止，蒸馏瓶中的膏状体即为菠萝蜜浸膏产品。

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 浸提温度对菠萝蜜芳香浸膏提取得率的影响

称取约5 g菠萝蜜干粉6份，分别置于6个250 mL锥形瓶中，每个锥形瓶中加入45 mL无水乙醇，于30、40、50、60、70、80 ℃下震荡浸提 2 h，其余操作同 1.3.1.2中3），计算浸膏得率，比较浸提温度对浸膏得率的影响。

1.3.2.2 浸提时间对菠萝蜜芳香浸膏提取得率的影响

称取约5 g菠萝蜜干粉6份，分别置于6个250 mL锥形瓶中，加入45 mL无水乙醇，于50℃下分别震荡浸提 1、2、3、4、5、6 h，其余操作同 1.3.1.2 中 3），计算浸膏得率，比较浸提时间对浸膏得率的影响。

1.3.2.3 料液比对菠萝蜜芳香浸膏提取得率的影响

称取约5 g菠萝蜜干粉8份，分别置于8个250 mL锥形瓶中，分别按照 1 ∶6、1 ∶12、1 ∶18、1 ∶24、1 ∶30、1 ∶36、1 ∶42、1 ∶48（g/mL）的料液比加入无水乙醇，其余操作同1.3.1.2中3），计算浸膏得率，比较料液比对浸膏得率的影响。

1.3.3 菠萝蜜芳香浸膏提取工艺的优化

本试验采用响应面法优化提取工艺条件。

根据Design Expert 8.0软件中的Box-Behnken试验设计原理，结合菠萝蜜芳香浸膏单因素试验结果，以浸提温度（A）、浸提时间（B）和料液比（C）为考察因素，用-1、0、1来表示低、中、高 3 个水平，以芳香浸膏得率（R）为响应面值，进行三因素三水平响应面优化试验，试验因素与水平设计见表1。以上所有试验均平行进行3次，最终结果取均值。

表1 试验设计因素与水平取值Table 2 Experimental design factors and the level of values

1.4 菠萝蜜芳香浸膏得率的计算

浸膏得率计算按照下列公式进行：

式中：Y 为浸膏得率，%；mq为浸膏质量，g；my为菠萝蜜干粉质量，g。

1.5 菠萝蜜浸膏挥发性成分的检测与分析

采用GC-MC进行测试分析，样品前处理及测试条件参考文献[16]。

1.5.1 菠萝蜜浸膏样品前处理

取菠萝蜜浸膏1 mL，用100、60、60 mL正己烷分别萃取3次，合并有机相，浓缩至50 mL。再用无水硫酸钠脱水，用氮吹仪浓缩至10 mL，供GC-MS分析。

1.5.2 GC-MS分析条件

色谱柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛细管柱；升温程序：起始温度45℃，平衡0.5 min，以6℃/min升至195℃，再以10℃/min升至220℃保持2.0 min，进样口温度为230℃。载气He，流速1.0 mL/min，分流比10∶1。质谱条件：电离方式EI，电离电压70 eV，扫描范围33 amu～500 amu，离子源温度250℃。检索普库为NIST 05a.L。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 浸提温度对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响

浸提温度对浸膏得率的影响见图1。

图1 温度对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响Fig.1 Effect of temperature on the yield of aromatic extract of jackfruit

图1显示，浸膏得率随浸提温度的升高呈先上升后下降的趋势，在60℃的时候菠萝蜜芳香浸膏的得率最高。这是因为浸提温度较低时，菠萝蜜芳香物质的浸提不充分，浸膏得率较低，在一定的范围内升高温度能够加快乙醇浸提菠萝蜜芳香物质的速度，当温度超过60℃后，可能导致某些芳香物质的分解，使得菠萝蜜芳香浸膏的得率下降。因此，浸提最佳温度为60℃。

2.1.2 浸提时间对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响

浸提时间对浸膏得率的影响见图2。

图2 浸提时间对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响Fig.2 Effect of leaching time on the yield of aromatic extract of jackfruit

由图2可以看出，浸膏得率随浸提时间的延长也呈现先升高后下降的趋势，浸提2 h，浸膏得率最大。这是由于浸提时间过短，芳香物质还未充分浸出，随着浸提时间的增加，芳香物质的浸出量逐渐增加。但若继续延长时间，反而会使芳香成分挥发、分解、氧化增加，使浸膏的得率有所下降。因此，浸提时间选择2 h为宜。

2.1.3 料液比对菠萝蜜浸膏得率的影响

料液比对浸膏得率的影响见图3。

图3 料液比对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响Fig.3 Effect of liquid ratio on the yield of aromatic extract of jackfruit

由图3可以看出，当料液比小于1∶36（g/mL）时，浸膏得率随料液比的增加而增加，当料液比大于1∶36（g/mL）之后浸膏得率趋于稳定，这是由于一定质量的菠萝蜜粉中芳香物质含量是有限的，当菠萝蜜粉中的芳香物质较完全地被浸提出之后，再增加无水乙醇的体积，菠萝蜜芳香浸膏的得率不会再有明显的变化，菠萝蜜芳香浸膏的得率也基本趋于稳定。因此，料液比不宜超过 1∶36（g/mL）。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 回归模型及分析

响应面试验结果见表2。

表2 Box-Behnken试验设计及响应值Table 2 Box-Behnken experimental design and response values

续表2 Box-Behnken试验设计及响应值Continue table 2 Box-Behnken experimental design and response values

利用Design Expert 8.0程序软件对表2中的试验结果进行回归分析，对各因素进行回归拟合后，得到浸膏得率对浸提温度（A）、浸提时间（B）和料液比（C）的三元二次回归方程：Y=41.60+1.40A+0.98B+1.73C+0.13AB-0.74AC-0.035BC-2.51A2-2.83B2-3.20C2。对回归方程进行方差分析和显著性检验结果如表3所示。

表3 回归模型方差分析Table 3 Analysis of variance of regression model

从表3可知，回归项中P＜0.001，说明所选择模型极显著。失拟项P=0.056 9＞0.05，即失拟项差异不显著，表明该二次回归模型能够较显著地拟合了浸提温度、浸提时间和料液比对浸膏得率的影响，该模型能够代替试验真实点对试验结果进行分析。回归模型的决定系数（R2Adj）为0.982 1，说明该模型能够解释98.21%的响应值变化，只有1.79%的变异不能用该模型解释，因此该模型是极显著且可靠的，能够很好地显示菠萝蜜芳香浸膏得率的变化，能够对浸膏得率进行预测。从表3可得回归方程系数的显著性，浸提温度（A）、浸提时间（B）、料液比（C）、浸提温度的二次项 A2、浸提时间的二次项B2、料液比的二次项C2对浸膏得率具有高度显著的影响；浸提温度与料液比的交互项AC对浸膏得率具有显著的影响。

2.2.2 响应面和等高线分析

利用Design Expert 8.0软件对表2的试验数据进行三元二次回归拟合分析，所得响应面及等高线见图4～图 6。

图4 浸提温度与浸提时间交互作用影响菠萝蜜芳香浸膏得率的等高线与响应面图Fig.4 Interaction between extraction temperature and leaching time effects of contours and response surfaces of the yield of jackfruit aroma extract

图5 浸提温度与料液比交互作用影响菠萝蜜芳香浸膏得率的等高线与响应面图Fig.5 The effect of the ratio of extraction temperature to the ratio of material to liquid on the contours and response surfaces of the yield of jackfruit aroma extract

图6 浸提时间与料液比交互作用影响菠萝蜜芳香浸膏得率的等高线与响应面图Fig.6 Interaction between the extraction time and the ratio of material to liquid the contours and responses surfaces of the yield of aroma extract of jackfruit

该图组可直观的反映各因素及其交互作用对菠萝蜜芳香浸膏得率的影响结果。其中等高线的形状可以反映两因素之间交互作用的强弱，椭圆形表示两因素交互作用较强，圆形则表示较弱。

图4显示了料液比位于中心水平时，浸提温度与浸提时间交互作用对浸膏得率的影响。由图4可知，浸提温度和浸提时间对浸膏得率变化的影响相对较弱，浸提温度变化对浸膏得率变化的影响相对较小，表现为响应曲面的坡度较缓和、等高线较为稀疏；浸提时间对浸膏得率变化的影响较大，表现为响应曲面的坡度较陡和等高线密集。

图5显示了浸提时间位于中心水平时，浸提温度与料液比交互作用对浸膏得率变化的影响。由图5可知，浸提时间和料液比的交互作用对浸膏得率变化的影响较强；浸提时间对浸膏得率变化的影响较小，表现为响应面的坡度较缓和、等高线较稀疏；料液比变化对浸膏得率变化的影响较大，表现为响应曲面的坡度较陡和等高线密集。

图6显示了浸提温度位于中心水平时，浸提时间与料液比交互作用对浸膏得率的影响。从图6可知，浸提时间和料液比对浸膏得率的交互作用较弱；浸提时间变化对浸膏得率的影响较大，表现为响应曲面的坡度较陡和等高线密集。

2.2.3 最优工艺条件的预测及验证

运用Design Expert8.0软件对试验数据进行优化预测，即对回归方程取一阶偏导数等于0，得到提取菠萝蜜芳香浸膏的最佳工艺参数为：浸提温度为70℃、浸提时间为2 h、料液比为1∶42（g/mL），此条件下预测菠萝蜜芳香浸膏得率43.00%。在此条件下对模型的预测参数进行3次平行试验，得到菠萝蜜芳香浸膏得率为42.81%，与模型预测值较接近，表明采用响应面分析法优化得到的用无水乙醇提取菠萝蜜芳香浸膏得工艺参数可靠。

2.3 菠萝蜜芳香浸膏挥发性成分分析

菠萝蜜芳香浸膏的GC-MS总离子流图见图7。

图7 菠萝蜜芳香浸膏GS-MS总离子流图Fig.7 Jackfruit aromatic extract GC-MS total ion chromatogram

菠萝蜜芳香浸膏的GC-MS分析结果见表4、表5。对各色谱峰相应的质谱图分析，采用面积归一化法计算出各成分的相对含量。

表4 菠萝蜜芳香浸膏成分的GS-MS分析结果Table 4 Analysis of GC-MS results of aromatic extract of jackfruit

从表4可知，除了柱碎片离子，检测出41种挥发性成分，被鉴定出36种芳香成分，其峰面积相对含量占总量99.999%；菠萝蜜芳香浸膏GC-MS分析结果中存在离子碎片，说明菠萝蜜芳香浸膏中存在易于裂解成各种碎片的离子基团。对于该基团的鉴定，还需将碎片离子峰粗略拼凑出分子的结构骨架，再用其他手段加以验证。

续表4 菠萝蜜芳香浸膏成分的GS-MS分析结果Continue table 4 Analysis of GC-MS results of aromatic extract of jackfruit

表5 菠萝蜜芳香浸膏香气组成及含量Table 5 Roma aromatic extract composition of jackfruit and content

从表5可知，醇类化合物有4种，含量为12.53%；酯类化合物有2种，含量为2.19%；酮类化合物2种，含量为6.04%；酸类化合物3种，含量为3.56%；酚类化合物2种，含量为1.51%；醛类化合物2种，含量为1.14%；烯类化合物有5种，含量为13.67%；烷类化合物为6种，含量为12.99%；其他化合物10种，含量为46.36%。

主要的香气物质有4-（1-甲基乙基）苯甲醇、1，6-二甲基十氢化萘和5-[N（2）-（异亚丙基丙酮）]咪唑，其含量分别为6.22%、15.06%和14.58%。这些不同的风味物质的组合及协调作用赋予了菠萝蜜浓郁且独特的香气。

3 结论

菠萝蜜芳香浸膏的最佳提取工艺条件为：浸提温度 70 ℃、时间为 2 h、料液比 1∶42（g/mL），在此条件下提取到的菠萝蜜芳香浸膏香提取率为42.81%。

经GC-MS测得菠萝蜜芳香浸膏中有36种不同的芳香成分，其中醇类化合物有4种，含量为12.53%；酯类化合物有2种，含量为2.19%；酮类化合物2种，含量为6.04%；酸类化合物3种，含量为3.56%；酚类化合物2种，含量为1.51%；醛类化合物2种，含量为1.14%；烯类化合物有5种，含量为13.67%；烷类化合物为6种，含量为12.99%；其他化合物10种，含量为46.36%。其中主要的香气物质有4-（1-甲基乙基）苯甲醇、1，6-二甲基十氢化萘和 5-[N（2）-（异亚丙基丙酮）]咪唑，其含量分别为6.22%、15.06%和14.58%。

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