鲜白果和熟制白果挥发性成分的分析

周 丽,王 蓉

(酒泉市食品检验检测中心,甘肃酒泉 735000)

银杏(GinkgobilobaL.)属于银杏科落叶高大乔木,在我国广泛栽培,是我国主要的经济树种之一;其果实白果具有营养和功能双重功效,不仅富含淀粉、蛋白质和脂肪,还含有多糖、黄酮、银杏内酯、银杏酸等多种功能成分,具有润肺、定喘、涩精、止带,调节免疫、抗肿瘤、抗衰老、降压降脂等作用[1]。

国内外关于白果仁品质的报道不多,现有文献除报道其营养成分和功能因子外[2],还对其有毒成分进行了分析[3],有研究者对鲜白果的挥发性成分进行了分析[4],但尚未见熟制白果仁挥发性成分的分析,也未见鲜白果和熟制白果挥发性成分的比较分析。而在熟制加工过程中,挥发性成分容易损失和变化,因此不同熟制方式制得的产品,其挥发性成分也存在着极大的差异[5]。固相微萃取(Solid phase micro-extraction,SPME)是将吸附、浓缩、解吸、进样集于一体的便捷萃取技术,能够有效萃取食品中的挥发性物质成分[6]。当前,固相微萃取技术结合气质联用技术(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)已广泛用于多种食品挥发性成分的测定,是用于分离与鉴定挥发性香气成分的便捷高效方法[7-8]。主成分分析是一种多元统计分析技术,它是一种降维或者把多个指标转化为少数几个综合指标的一种方法,主成分分析的目的是简化数据和揭示变量间的关系,其作为一种多元分析方法已广泛应用于白酒[9]、葡萄酒[10]、香葱油[11]及苹果[12]等挥发性成分分析。

本研究在前期确定的工艺基础上,采用SPME结合GC-MS的方法,对白果鲜样和不同熟制方式白果的挥发性成分进行检测的分析,并且采用主成分SPSS软件进行主成分分析(PCA),构造白果挥发性成分的主成分散点图和得分表来对挥发性成分进行分析,旨在为白果的加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白果(品种:大佛指) 于2017年9月采自江苏泰州。

Agilent 6890 GC-5973MSD气相色谱-质谱联用仪/色谱柱(OV1701 60 m×0.25 mm(i.d)×0.5 μm) 兰州化物所;固相微萃取器(SPME,50/30 μm DVB/CAR/PDMS) 美国SUPELCO公司;WL 700微波炉 格兰仕。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 选择无霉变、无硬心、成熟度一致的银杏为原料,去除外壳后清洗干净,置于滤纸上自然晾干,分别取200 g置于微波炉中800 W熟制3 min,得到微波熟制样品;取200 g漂洗干净的白果置于沸水中煮制40 min,得到煮制熟制样品。将漂洗并晾干的新鲜白果仁及熟制白果仁置于-80 ℃低温冰箱中冷冻6 h,然后分别取5颗切片,置于研钵中加液氮迅速研磨成粉末,准确称取5 g样品于20 mL顶空瓶中迅速密封,置于-4 ℃冷冻备用。

1.2.2 顶空固相微萃取 参照蒋玉梅等[13]方法,将装有样品的顶空瓶在室温解冻后,置于60 ℃水浴中恒温10 min。将经老化处理的萃取头插入顶空瓶中,于60 ℃条件下恒温吸附45 min,抽回纤维头并拔出萃取头,迅速将萃取头插入气相色谱仪进样口,推出纤维头,于250 ℃解析10 min,抽回纤维头后拔出萃取头,同时启动仪器采集数据。

1.2.3 GC-MS分析条件 GC条件:样口温度250 ℃;载气:He;流速1.0 mL/min;升温程序起始温度100 ℃保持2 min,以3 ℃/min升温至220 ℃,保留2 min,再以5 ℃/min升至终温250 ℃,保留10 min。

MS条件:电子轰击(EI)离子源,电子能量70 eV,传输线温度270 ℃,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃,倍增管电压1752.9 V,质量扫描范围m/z 20～500 amu。

1.3 数据处理

样品中各挥发性成分的定性由计算机检索与NIST标准质谱库匹配求得;挥发性成分的定量由计算机数据处理系统,按照峰面积的归一化方法进行定量分析,计算相对含量。采用SPSS 20.0数据处理软件中的主成分分析模块，对所检测出挥发性成分的相对含量行主成分分析,得到的挥发性成分的特征值和特征向量,使其累积贡献率在90% 以上。根据每个品种有关成分相对含量的标准化值及特征根、特征向量计算出各主成分值,并以此作散点图。

2 结果与分析

2.1 不同熟制方式白果挥发性成分分析

对新鲜和不同熟制方式处理的白果,按照1.2.2和1.2.3条件进行测定,其总离子流色谱图如图1所示,挥发性成分种类及相对含量结果见表1。

图1 白果仁挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram ofvolatiles compounds of Ginkgo biloba seeds注:A:新鲜白果;B:微波白果;C:煮制白果。

表1 新鲜及熟制白果的挥发性成分相对含量Table 1 Contents of volatile flavor compounds offresh,and boiled Ginkgo biloba seeds

续表

其中新鲜白果中检出44种挥发性化合物,醛类14种、醇类10种、烷烃8种、萜类5种、酯类3种、芳烃类2种,酮类1种,其他1种,挥发性成分主要集中在色谱图后半段(图1A),且主要是一些长链的不饱和醛类。

微波熟制白果检测出35种挥发性成分,其中萜类12种、烷烃类7种、醇类7种、醛类5种、酯类1种、酮类1种、其它2种。从相对含量上看,主要检测出的挥发性香气成分有:二氢香芹醇(11.493%)、δ-荜澄茄烯(10.518%)、己醇(9.644%)、壬醛(7.694%)、p-二甲苯(7.558%)、α-古芸烯(5.808%)、古巴烯(4.785%)、衣兰烯(4.390%)、O-葵基羟胺(4.211%)、柠檬烯(2.567%)、2-己基葵醇(1.475%)、雪松烯(0.507%)等。其中二氢香芹醇是醇类化合物,具有薄荷香、甜香、凉香、木香、辛香[14];δ-荜澄茄烯是倍半萜类化合物,具有有轻淡的木质与针叶林气味[15];α-古芸烯具有古芸香脂香气[16];柠檬烯具有柑橘香、甜香,柠檬香类香气,用于调配橙子、柠檬、肉豆蔻、可乐等食用香精[14]。

煮制熟制白果中有31种挥发性成分被检测出,其中萜类12种、烷烃类8种、醇类6种、醛类3种、酯类1种、其它类1种。从相对含量上看,煮制熟制白果中主要检测出的挥发性香气成分有:δ-荜澄茄烯(22.963%)、壬醛(10.630%)、古巴烯(6.973%)、磷酸三丁酯(6.071%)、L-柠檬烯(5.400%)、柠檬烯(5.110%)、衣兰烯(4.601%)、2-己基葵醇(4.029%)、P-二甲苯(3.163%)、法呢烷(2.636%)、α-法呢烯(2.066%)、1,6二氢香芹醇(1.943%)、二氢香芹醇(1.819%)、L-卡拉稀(1.734%)、α-白菖考烯(1.367%)、D大根香叶烯(1.120%)。其中α-法呢烯具有萜香、青香、草香、药草香、松木香,用于调配热带水果、柑橘、茶、覆盆子和甜瓜等食用香精。D大根香叶烯在金橘[17]和长营橄榄果实[18]中均有检测到,并且在后者中含量比较高。另外,D大根香叶烯具有抗菌活性,是广泛用于香料食品工业和药物合成的重要中间体[19]。

2.2 新鲜和不同熟制方式处理白果挥发性成分比较

白果熟制后各类挥发性成分从相对含量上和种类上都发生了变化(图2)。白果经微波熟制后醇类化合物的含量有所上升,但是煮制熟制后有所降低,微波熟制白果中的醇类化合物种类较新鲜白果中少3种,煮制熟制白果中醇类化合物种类较新鲜白果中少4种,说明煮制对醇类物质的破坏较大,这是由于煮制属于热氧化反应,醇类物质属于极易挥发的组分,在高温条件下,大部分的醇类物质挥发到空气当中,而另一部分的醇类物质则因氧化反应生成了醛类物质[20]。醛类化合物经熟制后含量明显降低,且微波熟制后含量最低,在种类上微波熟制白果中的醛类较新鲜白果少9种,煮制白果中的醛类较新鲜白果少11种,这可能是由于微波及加热作用,物料中一些醛类化合物遭到破坏,转化为其他物质[21]。白果经熟制后萜类化合物的相对含量有明显的升高,而且煮制熟制白果中的萜类化合物的含最高的,且种类也有所增加,微波熟制白果中的萜类较新鲜白果中多7种,煮制熟制白果中的萜类化合物较新鲜白果多7种。烷烃类化合物的含量与萜类化合物的趋势一致,但是在种类上煮制熟制白果与新鲜白果的种类一样多,而微波熟制白果中的烷烃类化合物较新鲜白果少1种。该类物质主要来源于脂肪酸烷氧自由基的裂解反应。烷烃类物质相对阈值较高,对白果风味直接贡献很小,但有利于整体风味的提升[22]。

图2 生熟白果中主要挥发性物质相对含量(A)和物质种类(B)Fig.2 Comparison of content(A)and number(B)of mainvolatile compounds in fresh and cooked Ginkgo biloba seeds

如图3所示,新鲜白果经熟制后主要呈香化合物的相对含量都有所升高,经微波熟制后白果中衣兰烯、古巴烯、δ-荜澄茄烯分别增加4.239%、4.685%和9.744%;经煮制熟制后衣兰烯、古巴烯、δ-荜澄茄烯分别增加4.450%、6.873%和22.189%。白果组分多为不易挥发组分,适当加热可以促使其挥发性风味化合物的挥发,使其感官风味品质得到体现。烯类挥发出较慢,适当的温度可以增加其挥发[23-24]

图3 生熟白果中主要挥发性化合物的相对含量比较Fig.3 Comparition of main volatile component contentin fresh and cooked Ginkgo biloba seeds

烃类化合物在熟制后白果中普遍存在,它包括单萜和部分倍半萜类,它们具有较低的香味阈值,且风味活性较强,因此,萜类化合物对熟制后白果的整体香味贡献较大。但是不同的熟制方法煮制的白果中萜类的相对含量有一定的差异。如图4所示,煮制熟制白果中柠檬烯、古巴烯、δ-荜澄茄烯、(-)-β-荜澄茄烯、L-卡拉稀和α-白菖考烯的相对百分含量明显高于微波熟制的白果中,分别高出2.543%、2.188%、12.445%、0.427%、0.787%和0.628%,而煮制熟制白果中D大根香叶烯和衣兰烯的相对百分含量仅较微波熟制白果高出0.263%和0.211%。

图4 不同熟制白果中萜类化合物的相对含量比较Fig.4 Comparison of terpenoids contentin microwave heating and cooked Ginkgo biloba seeds

2.3 主成分分析

利用SPSS数据处理软件中的主成分分析模块对不同熟制白果中的66种挥发性成分的相对含量以及不同方法熟制白果的香气成分进行主成分分析,得到的挥发性成分的特征值和特征向量见表2,从表2可以看出,第1主成分的贡献率是(78.034%),第2主成分的贡献率是(21.966%)。两个成分的累积贡献率达到近似达到100%。主成分分析一般提取的主成分需满足包含85%以上信息的要求[25],本文研究得到的2个主成分完全足以达到表达该数据变化的趋势,根据大小分别命名为1、2主成分。

表2 2种主成分的特征值及其贡献率Table 2 Eigenvalues and cumulative contributionof two principal components

由表3分析可知,第1主成分反映的指标有(Z)-11-十六烯醇、2,4-葵二烯醛、十三醛、(Z)-9-十四烯醛、十五醛、十六醛、(Z)-9-十六烯醛、(Z)-7-十六烯醛、(E)-9-十八烯醛、(E,E,E)-9,12,15-十八三烯醛、(Z)-9,17-十八二烯醛、2,3-丁二醇、庚烯-3-醇、壬醇、苯乙醇、(Z)-14-甲基-8-十六烯醇、十六烯、3-甲基十三烷、十四烷基环氧乙烷、丙酮香叶酯、戊酸10-十一烯酯、2,6-二甲基萘、1,8-二甲基萘、3-羟基-2-丁酮、丁香酚等;第2主成分反应的指标有二氢香芹醇、p-二甲苯、2-己基葵醇、δ-荜澄茄烯、(-)-β-荜澄茄烯、柠檬烯、α-白菖考烯、L-卡拉稀、δ-杜松烯、古巴烯、壬醛、D大根香叶烯、雪松烯等;因此,可以得出不同熟制白果中主要香气成分的组成并不是某一个或者某一类单一成分作为主导,而是醛类、醇类、萜类等多种化合物共同作用。

表3 白果挥发性成分的主成分载荷矩阵Table 3 Principal component loading matrix ofvolatile compounds of Ginkgo biloba seeds

续表

根据表2中的特征值及特征向量以及表3中66种香气成分的载荷值，计算出不同方法熟制白果中第1主成分及第2主成分之和共占有总变异额度的100%,然后采用第1主成分作为横坐标,第2主成分为纵坐标做散点图,分别对3个品种以及66种挥发性成分做散点图(图5)。

图5 新鲜、微波和煮制白果及66种挥发性成分的主成分散点图Fig.5 PCA biplot for fresh,microwave-heated,boiledGinkgo biloba seeds and 66 identified aroma components

对于不同方法熟制白果的主成分分析的散点图可以看出,根据3种成分的距离远近可大致分为4个区域,其中微波和煮制熟制白果距离较近外,新鲜白果与微波和煮制熟制白果在主轴上的距离相对较远,因此说明新鲜白果的挥发性成分与微波和煮制熟制白果的挥发性组分差别较大。

由图5可知,新鲜白果的香气成分主要集中在第1主成分正半轴第2主成分正半轴,根据影响大小依次为(Z)-11-十六烯醇、2,4-葵二烯醛、十三醛、(Z)-9-十四烯醛、十五醛、十六醛、(Z)-9-十六烯醛、(Z)-7-十六烯醛、(E)-9-十八烯醛、(E,E,E)-9,12,15-十八三烯醛、(Z)-9,17-十八二烯醛、2,3-丁二醇、庚烯-3-醇、壬醇、苯乙醇、(Z)-14-甲基-8-十六烯醇、十六烯、3-甲基十三烷、十四烷基环氧乙烷、丙酮香叶酯、戊酸10-十一烯酯、2,6-二甲基萘、1,8-二甲基萘、3-羟基-2-丁酮、丁香酚,其中肉豆蔻醛、(Z,Z)-7,10-十六二烯醛、(Z)-13-十八烯醛、2,3-丁二醇、3-羟基-2-丁酮、(Z)-9-十六烯醛占有较高的含量;影响熟制白果的香气成分主要集中在第一主成分负半轴第二主成分正半轴,根据影响力大小依次为二氢香芹醇、p-二甲苯、2-己基葵醇、δ-荜澄茄烯、(-)-β-荜澄茄烯、柠檬烯、α-白菖考烯、L-卡拉稀、δ-杜松烯、古巴烯、壬醛、D大根香叶烯、雪松烯等,其中相对含量较高的有δ-荜澄茄烯、二氢香芹醇、壬醛、p-二甲苯、古巴烯、柠檬烯、衣兰烯、2-己基葵醇。

3 结论

采用顶空固相微萃取和气相色谱质谱联用法测定新鲜、微波和煮制熟制白果挥发性化成分,共鉴定出66种化学成分。微波和煮制熟制白果的主要挥发性成分类似,与新鲜白果的主要挥发性成分在种类和数量上有较大的差异。新鲜白果中主要的挥发性成分为醛类,相对含量远远高于熟制白果,并且种类也较微波和煮制熟制白果中多。微波熟制白果中的醇类相对含量最高,其次是鲜白果中,而熟制白果中的醇类化合物种类较生白果中少;白果经熟制后萜类化合物含量明显增高,且煮制白果中的含量远远高于微波熟制中;新鲜和煮制熟制白果中的烃类化合物的种类一样多,而微波熟制白果中的烃类化合物较它们少。通过本试验的研究可知白果熟制前后白果中主要挥发性风味物质,为白果的工业化生产提供理论依据。但是由于香气的品质不仅与香气的成分和含量有关,还与香气的阈值和互相的协调作用有关。本试验只检测分析了前者,对后者尚未确定,因此对白果香气品质难以做出更加深入的结论,需在后续的研究中逐渐探索。