GC-MS结合电子鼻分析甜瓜籽油挥发性风味成分

吴忠红，谭慧林，赵雅霞，张 健，孔建军，过利敏，吴 斌，周 琦

(1.中国农业科学院油料作物研究所 油料脂质化学与营养湖北省重点实验室，武汉 430062； 2.新疆农业科学院 农产品贮藏加工研究所，乌鲁木齐 830091； 3.阿克苏地区食品安全检测中心，新疆 阿克苏 843000；4.新疆维吾尔自治区粮油产品质量监督检验站，乌鲁木齐 830000)

甜瓜籽是葫芦科植物甜瓜(CucumismelonL.)的种子，别名香瓜子[1]。我国是甜瓜生产大国，而甜瓜籽作为副产物常被作为废弃物处理。甜瓜籽含油12.50%～48.38%[1-2]，油中不饱和脂肪酸含量较高，且以亚油酸为主，对人体具有多种有益的生理功能，具有调节肠道菌群、降胆固醇、降血栓、提高免疫力和抑制糖尿病等[1-3]作用，可用于制造代黄油、糕饼松脆油和用作烹饪用油[4]。另外，以甜瓜籽油为原料制备的生物柴油，其性能指标满足欧盟和美国的相关标准，是生产生物柴油的潜在来源[5]。

近年来，对于甜瓜籽油的研究主要集中在提取技术[6]和脂肪酸组成分析方面[2,7]，而对其风味的研究鲜见报道。甜瓜籽油具有独特的风味，其风味物质是影响感官特性、质量和消费者行为的重要因素。目前，气相色谱-质谱联用(GC-MS)和电子鼻技术被广泛应用于食品中挥发物的检测[8-9]。GC-MS检测获取的是被测油脂中各种挥发物组分的定性和定量结果；电子鼻不仅可以对不同油脂的气味信息进行简单的比对分析，而且可以通过挥发物信息建立雷达图和主成分分析模型，从而直观观察不同油脂样品间的区别，是针对油脂中挥发成分整体信息的综合评价。将两者结合可以实现挥发物与整体气味相结合的风味综合分析，已经应用在肉制品[10]、金针菇[11]和包埋香精[12]中的风味分析和溯源鉴别方面。

本文采用顶空固相微萃取(HS-SPME)、GC-MS和电子鼻结合的分析方法，通过主成分分析(PCA)和雷达图对5个品种的甜瓜籽油的挥发性风味成分进行分析，为甜瓜籽油的品质评价、溯源和质量控制提供参考，为甜瓜籽油的进一步开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

选用新疆常规栽培甜瓜品种‘86-1’‘伽师’‘皇后’‘绿宝石’‘新蜜一号’的种子(来源于新疆农业科学院园艺作物研究所西甜瓜种业)，采用低温压榨法提取甜瓜籽油。正构烷烃标准品(C7～C30)，德国Sigma公司；其他试剂除甲醇、正己烷为色谱纯外，均为分析纯。

Agilent 7890A/5975C 气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司；CAR/DVB/PDMS萃取头(1 cm)，美国Supelco公司；HP-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm), 美国安捷伦公司；Heidolph LR4002 旋转蒸发仪，德国海道尔夫公司；KOMET CA59G 型低温压榨机，德国IBG公司；α-FOX4000 电子鼻，法国Alpha M.O.S公司。

1.2 实验方法

1.2.1 GC-MS分析

1.2.1.1 GC-MS分析条件

参考Yang等[11]的方法，略有改动。

萃取头的活化：气质联用仪的进样口温度设置为270℃，将萃取头插入进样口进行活化，以除去吸附在萃取头的物质，活化时间为30～60 min。

顶空固相微萃取(HS-SPME)：取2 g 油脂于20 mL顶空瓶中，加入搅拌子后，置于40℃ 恒温水浴中加热平衡20 min，通过隔热垫将已活化好的SPME萃取头插入顶空瓶中( 距离液面1 cm)，吸附萃取30 min，在GC进样口推出纤维头，在250℃条件下解吸5 min。

GC条件：HP-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以高纯氦气(纯度≥99.999%)为载气，恒定流速1.45 mL/min；柱温箱采用程序升温，起始温度40℃，保持5 min，以5℃/min的升温速率升到200℃，保持5 min；不分流进样模式，进样口温度250℃。

MS条件：采用全扫描模式采集信号，电离方式 EI，电子轰击能量70 eV；GC-MS接口温度280℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，扫描质量范围40～450 u，扫描频率4.58 s-1。

1.2.1.2 挥发物的定性定量

分离出的化合物经计算机检索，选择与NIST147 library 谱库匹配度大于800的鉴定结果，同时结合相对保留指数定性，采用峰面积归一化法定量。

取C7～C30正构烷烃标准品，以正己烷为溶剂配制0.1%的标准溶液，应用1.2.1.1 GC-MS分析条件进行分离，测定各正构烷烃的保留时间。根据Kovats公式计算各挥发物的保留指数(I)：I=100n+100 (tx-tn)/(tn+1-tn)。式中：tx为被分析组分流出峰的保留时间，min；tn为碳原子数为n的正构烷烃流出峰的保留时间，min；tn+1为碳原子数为n+1的正构烷烃流出峰的保留时间，min。且tn

1.2.2 电子鼻分析

参考 Renata等[12]的方法，略有改动。分别取0.5 g油脂样品置于10 mL顶空瓶中，加盖密封，常温平衡15 min后，依次用电子鼻进行检测，具体分析参数如表1所示。同时，利用Alpha Soft 9.1 软件建立主成分分析(PCA)和雷达图。

表1 油脂样品的电子鼻分析参数

1.2.3 数据统计分析

所有实验重复3次取平均值，利用软件SPSS 19.0F检验法进行方差分析，采用Duncan检验法分析差异显著性，P<0.05为差异显著，利用软件Sigmaplot 16.0作图。

2 结果与讨论

2.1 挥发性成分(见表2)

由表2可知，5个品种甜瓜籽油的挥发物种类和相对含量存在较大差异。整体上，共鉴定出35种挥发物，其中醇类、酯类和醛类是甜瓜籽油的主要挥发物，也是甜瓜籽油风味物质的主要来源，主要物质分别是乙醇、乙酸乙酯和己醛。醇类为主要挥发物，有11种，占总挥发物的34.21%～68.18%，平均为50.01%；其次是酯类，有6种，占总挥发物的11.74%～48.11%，平均为23.28%；再次是醛类，有8种，占总挥发物的10.62%～22.81%，平均为16.25%；其他挥发物含量均较低，主要为酸类、酮类、烯类、呋喃类。

对35种挥发物分析发现，在所有检测出酯类中含量相对较高的乙酸乙酯具有类似菠萝的香甜气味[13]。在C6主要挥发物中，己醛具有青草的气味[14]，正己醇具有类似于嫩树枝叶的气味[15]，己酸是我国规定允许使用的食用香料[16]。另外，分析发现挥发物中含有少量的呈现清新、香甜的果汁气味成分，如：反式-2，4-癸二烯醛呈橙子似香味；1-辛烯-3-醇可用于日化和食用香精；2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、清香及类似蔬菜的香韵[16]；壬醛具有玫瑰、柑橘等香气，有强的油脂气味，贡献坚果烤香味[16-17]。微量成分与主要酯类、醛类和醇类构成了甜瓜籽油特有的香味成分。

对比不同品种甜瓜籽油挥发物组成发现，‘皇后’和‘86-1’所含的挥发物种类明显多于其他3种，分别为31种和30种，‘新蜜一号’和‘伽师’次之，分别为26种和23种，‘绿宝石’含有的挥发物种类最少，仅检测到19种。‘86-1’‘绿宝石’和‘伽师’3个品种甜瓜籽油中醇类、酯类和醛类总含量占总挥发物的94.21%～98.45%，明显高于‘新蜜一号’和‘皇后’2个品种，其含量占总挥发物的78.73%～81.12%。从风味物质贡献率来看，‘86-1’甜瓜籽油以酯香为主，酯类相对含量占总挥发物的48.11%，其中乙酸乙酯约是乙醇含量的3.36倍，显著高于其他4个品种(P<0.05)；‘绿宝石’和‘伽师’2个品种的甜瓜籽油以醇香为主，醇类相对含量分别占总挥发物的68.18%、62.20%，二者存在显著差异(P<0.05)，其中乙醇含量分别是乙酸乙酯含量的3.08倍和1.79倍，‘绿宝石’品种的甜瓜籽油中酯类是‘伽师’的1.67倍，差异显著。‘新蜜一号’品种甜瓜籽油以醇类、酯类为主，合计占总挥发物的66.45%；‘皇后’品种甜瓜籽油以醇类、醛类为主，合计占总挥发物的63.28%，‘新蜜一号’甜瓜籽油中醇类和酯类含量均显著高于‘皇后’品种，且前者酯类含量是后者的1.39倍，醛类含量较后者少35.69%，也存在显著差异(P<0.05)。

表2 不同品种甜瓜籽油挥发性成分的GC-MS分析结果

2.2 电子鼻区分不同品种的甜瓜籽油风味

2.2.1 雷达图分析 (见图1)

从图1可以看出，5个品种甜瓜籽油对18个传感器的反应信号强度不同，其中‘皇后’的强度明显小于其他4种，说明‘皇后’中的挥发物成分的种类和含量的综合指标最低。由此表明，‘皇后’品种甜瓜籽油的香味性挥发物明显少于其他4种，这与GC-MS 鉴定结果一致。另外，其他4个品种的整体风味成分的反应强度相当，品种间的区分距离不明显，需构建主成分分析图进行更为明显的直观分析。

注： 1～5依次为‘皇后’‘新蜜一号’‘伽师’‘86-1’‘绿宝石’品种甜瓜籽油的3次重复。

2.2.2 主成分分析

电子鼻检测各品种甜瓜籽油风味时所用的样品与GC-MS相同，每个样品均做3～4次重复，并通过PCA分析相关数据，结果见图2。

注：1～5依次为‘86-1’‘伽师’‘皇后’‘绿宝石’‘新蜜一号’5个品种甜瓜籽油的3～4次重复。

从图2可以看出，由于传感器不稳定性，每个样品的重复检测存在小范围波动，但是不同品种组甜瓜籽油间的风味物质存在的区分界限较明显，这个结果也证实了金属氧化物传感器(MOS)能够通过相似度指纹图谱来准确区分不同风味物的样品组。所有样品被分为5大群组，不同样品的分离发生在主成分1(PC1)上，第一主成分的贡献率达98.245%，第二主成分贡献率为1.374%，总贡献率为99.619%，能较好地反映原始高维矩阵数据的信息，主成分1的方差贡献率远大于主成分2，表明PC1轴向右距离越大，样品差异性越大。以竖线为分隔，将5个品种的甜瓜籽油分成左右2个组，右侧是‘86-1’‘伽师’和‘绿宝石’3个品种，左侧是‘新蜜一号’和‘皇后’2个品种，且‘皇后’与‘新蜜一号’距离较远，这与GC-MS的分析结果一致。由此表明，‘86-1’‘伽师’和‘绿宝石’3个品种的样品簇与‘新蜜一号’和‘皇后’2个品种的样品簇存在显著差异，而且‘皇后’品种的样品簇与‘新蜜一号’品种的样品簇同样存在显著差异。与雷达图相比，5个品种的样品簇之间清晰可分，差异特性显示更为直观，这一结果弥补了雷达图分析不能直观区分‘86-1’‘伽师’‘绿宝石’和‘新蜜一号’品种间的特性差异的缺点。

5个品种甜瓜籽油挥发物存在明显差异可能与品种间的亲缘关系远近相关。根据陈芸等[18]对国内外61个品种的甜瓜种质资源遗传多样性分析发现，种间亲缘关系较远，而且新疆甜瓜遗传多样性更为丰富，不仅表现在常见的果肉风味多样性方面，也表现在种子脂肪酸组成方面，这种差异性在不同品种的西瓜种子[19]、橄榄油[20]中也存在。研究表明，在‘伽师’种子油脂中含有6～12种脂肪酸[2,6,21]，在其他品种油脂中脂肪酸组成差异较大，少则有7～12种[1,3,22]，多则有15～23种[7,23-24]。由此表明，油脂挥发物的差异与品种有一定关系。

3 结 论

本实验采用顶空固相微萃取、GC-MS联用，并结合电子鼻技术分析比较了‘86-1’‘伽师’‘皇后’‘绿宝石’和‘新蜜一号’甜瓜籽油中的挥发性风味成分。从样品中共鉴定出35种挥发物，主要为醇类11种，占总挥发物的34.21%～68.18%；酯类6种，占总挥发物的11.74%～48.11%；醛类8种，占总挥发物的10.62%～22.81%。5个品种甜瓜籽油在挥发物组成和相对含量方面存在较大差异。‘86-1’‘绿宝石’和‘伽师’3个品种的甜瓜籽油中醇类、酯类和醛类总含量占总挥发物的94.21%～98.45%，明显高于‘新蜜一号’和‘皇后’2个品种。其中‘86-1’品种甜瓜籽油以酯香为主，‘绿宝石’和‘伽师’品种甜瓜籽油以醇香为主，‘新蜜一号’品种甜瓜籽油挥发物以醇类、酯类为主，‘皇后’品种甜瓜籽油挥发物以醇类、醛类为主。通过电子鼻获取的整体风味数据建立的雷达图和PCA模型可知，雷达图和PCA的结合具有优势互补作用，检测结果重复性好，数据信息量完整，能直观区分5个品种甜瓜籽油，与GC-MS结论一致。GC-MS和电子鼻两种技术的结合使用为甜瓜籽油品质的区分、评价和溯源提供了思路和方法。