基于HS-SPME-GC-MS和电子鼻技术研究不同肉质桃子采后贮藏期的香气成分

范 霞，崔心平

（南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095）

桃果肉质地可分为溶质型和Stony hard型，其中溶质型又分为软溶质、硬溶质和不溶质3 种类型，其中鲜食桃品种大多为软溶质和硬溶质[1-3]。香气是桃果实品质评价的主要指标之一[4-5]，果实香气能客观反映水果的风味特点及成熟度，不同桃品种的香气物质种类和含量均不同。

近年来，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）联用仪对桃果实中挥发性物质的检测技术越来越成熟。水果中的芳香物质是由大量挥发性香气组成的复杂混合物[6-14]，主要分为酯类、醇类、醛类、内酯类、萜类、酚类、烷烃类和一些含硫化合物。这些风味物质有些气味浓郁，有些气味清淡，有些甚至无味。根据人们对不同香气成分的感官效果，又分为果香型、青香型、木香型、辛香型和醛香型[15]。随着消费者对水果品质要求的提高，风味品质评价日益成为研究热点。李杨昕等[16]研究了“大久保”桃子在常温贮藏过程特征香气的变化，通过对桃果实中挥发性物质的成分分析发现，青草型香气成分与花香型香气成分的比值越低，果实的风味越浓郁。青草型香气与花香型香气的比值可能决定了桃果实的风味。电子鼻作为无损检测手段，在水果品质与质量安全控制领域得到了广泛应用[17-19]，它能快速将挥发性有机样品的混合物进行整体识别，用于监测气味指纹及其变化。苏明申等[20]应用电子鼻研究了19 个桃品种间果实香气的差异，不同品种的桃果实利用判别因子分析可得到有效区分。杨勇等[21]比较了不同肉质桃品种常温条件下的贮藏特性，研究结果发现硬溶质肉质型桃子在货架期可溶性固形物和可溶性糖含量较高，商业价值和贮藏效果较好。陈星星等[22]研究了不同肉质型桃果实在成熟过程中乙烯生物合成相关基因的表达及品质差异，实验结果表明硬溶质型桃果实的成熟软化速度明显低于软溶质型，更有利于采后贮藏和延长货架期。目前有关不同肉质型桃子的研究主要应用在果实软化机制、贮藏特性等领域，较少应用在采后贮藏期香气变化研究。

本研究以3 种不同肉质类型（Stony hard型、软溶质、硬溶质）桃子为实验材料，采用HS-SPME-GC-MS技术对其贮藏期香气物质进行定性定量分析，并结合电子鼻探究桃子在采后贮藏期的香气差异，以期为不同肉质桃子在货架期的香气品质评价以及在生产实践育种栽培提供一定的基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

3-辛醇（GC纯度≥98%） Sigma-Aldrich（上海）贸易有限公司；“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”3 个品种桃子（8 成熟）分别于2019年6月26日、2019年7月5日、2019年7月15日采收自江苏省农科院桃实验园。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C GC-MS联用仪 美国Agilent公司；50/30 µm DVB/CAR/PDMS手动SPME进样器 美国 Supelco公司；PEN3便携式电子鼻 德国Airsense 公司；KHD-151E磁力搅拌器 上海精凿科技有限公司； XP105DR分析天平 美国梅特勒-托利多公司；TMSPro物性分析仪 美国FTC公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME-GC-MS法对桃子香气成分分析

3 个品种的桃子20 ℃敞口贮藏8 d，每隔2 d取样。将桃子果肉破碎打浆混匀后，准确称取5.0 g，放入20 mL的顶空瓶中，加入氯化钠固体2.0 g促进香气挥发，加入10 μL 80 ng/mL的3-辛醇溶液作为内标，在40 ℃搅拌10 min，将250 ℃预先老化5 min的固相微萃取头插入顶空瓶内样品上方，萃取40 min后取出，立即插入GC-MS仪器进样口，250 ℃解吸附5 min。

GC条件：色谱柱为HP-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度250 ℃；程序升温：初始温度40 ℃，保持4 min，先以1 ℃/min升温至60 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min升温至120 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min升温至240 ℃，保持5 min；载气为氦气（纯度99.999%），流量为1.0 mL/min；采用不分流模式进样。

MS条件：电子电离源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；辅助加热温度250 ℃。

利用NIST2008质谱数据库并结合人工解析选择匹配度不小于80的峰确定各化学成分，以3-辛醇作为内标进行相对含量计算。

1.3.2 电子鼻对桃子采后贮藏期主成分分析（principal component analysis，PCA）

将单个桃子样品置于500 mL烧杯中，用双层保鲜膜封口，20 ℃静置30 min后开始用电子鼻检测，选取大小均匀、成熟度基本一致的桃子样品进行10 次平行测量分析。

电子鼻测定条件：电子鼻设备由10 根金属氧化物传感器组成，传感器清洗时间60 s；归零时间10 s；样品准备时间5 s；采样时间120 s，洁净空气为载气，载气流量200 mL/min，进样流量200 mL/min。

1.3.3 桃子采后贮藏期硬度变化

将桃子缝合线两侧果面去皮，采用P/6型号探头进行压缩，测试速度60 mm/min，触发力0.3 N，形变量20%。同一肉质型的桃子每天选取15 个果实测其硬度，取平均值，20 ℃连续测定8 d。

1.4 数据分析

数据采用SAS v8软件进行统计处理，显著性差异采用Duncan多重比较检验，P＜0.05，差异显著。采用电子鼻仪器自带Winmuster软件对数据进行PCA和载荷分析（loading analysis，LOA）。

2 结果与分析

2.1 HS-SPME-GC-MS检测桃子贮藏期风味物质

利用HS-SPME-GC-MS方法从3 种不同肉质型桃子共检测出45 种香气物质，根据官能团种类主要分为醛类、酯类、醇类、酮类、内酯类、萜烯类和烷类化合物，结果见表1。“霞脆”贮藏期共检测出40 种香气物质，醛类7 种，醇类5 种，酯类9 种，酮类6 种，内酯3 种，萜烯类3 种，烷类7 种，贮藏采摘当天总离子流图见图1。“霞晖6号”贮藏期共检测出27 种香气物质，醛类5 种，醇类3 种，酯类6 种，酮类2 种，内酯3 种，萜烯类5 种，烷类3 种。“湖景蜜露”贮藏期共检测出17 种香气物质，醛类4 种，醇类3 种，酯类4 种，酮类2 种，内酯4 种。随着贮藏期的延长，桃子香气物质呈动态变化，一方面受到品种遗传基因的影响，另一方面与外界环境如温度、光照等因素变化相关。不同品种桃子贮藏期香气物质的组成与含量存在较大差异。在整个贮藏期内，Stony hard型桃子“霞脆”检测出的香气物质种类最多，其次是硬溶质型桃子“霞晖6号”，软溶质型桃子“湖景蜜露”检出的香气物质种类最少。在第0、2、4天时，“霞晖6号”检出的香气物质种类均多于“湖景蜜露”， 而在第6、8天时，“湖景蜜露”所测香气物质种类多于“霞晖6号”，结果见图2。

图1 “霞脆”贮藏期总离子流图Fig. 1 Total ion current chromatogram of aroma compounds in “Xiacui” peach fruit during storage

图2 3 种肉质桃子贮藏期香气物质种类Fig. 2 Changes in number of aroma compounds in peach fruit from each flesh type during storage

在整个贮藏期间，3 种不同溶质桃子的醛类物质含量占整体香气成分的比重最大。桃子贮藏前期，青香型挥发物C6醇和C6醛类是主要的香气物质组分。随着贮藏时间的延长，3 种肉质桃子的醇类、醛酮类物质含量逐渐降低。芳樟醇属于花香型香气成分[23]，在成熟果实中达到最大含量。“霞脆”在贮藏第4天芳樟醇含量达到最高值48.23 μg/kg，“霞晖6号”在贮藏第4天芳樟醇含量达到最高值59.50 μg/kg，“湖景蜜露”在贮藏第2天芳樟醇含量达到最高值57.19 μg/kg。Horvat等[24]将青草型香气物质己醛、反-2-己烯醛、苯甲醛，花香型香气物质芳樟醇、γ-癸内酯5 种化合物定为桃果实主要呈味物质。将桃子青草型香气含量与花香型香气含量进行比较，如两者的比值越低，则果实的风味越浓郁[16]。“霞脆”和“霞晖6号”均在贮藏第4天时比值降为最低，分别为4.29、4.35。软溶质型桃子“湖景蜜露”在贮藏第2天比值降为最低值5.77，此时桃果实风味最浓。

酯类物质通常具有果香型气味，是桃子成熟果实香味的主要物质基础。桃果实中的酯类芳香物质主要来源于脂肪酸途径[25]，成熟桃果实芳香物质主要为乙酸己酯、(E)-2-己烯酯等直链酯类化合物[26]。由表1可知，“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”中乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯含量均随着贮藏时间的延长不断增加。“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”采后贮藏期分别检出9、6、4 种酯类物质。丁酸丁酯、肉豆蔻酸异丙酯、cis-15-十四酸甲酯仅在Stony hard型桃子“霞脆”中检出。3 种不同溶质桃子共有的酯类有4 种，分别是乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸叶醇酯、邻苯二甲酸二异丁酯。酯类物质的产生是由醇类物质、羧酸和酰基辅酶A在酰基转移酶（alcohol acyl transferase，AAT）的作用下酯化而成，果实中酯类物质的不同取决于AAT活性和底物的专一性[27]。不同品种桃果实酯类芳香物质在贮藏期的含量差异明显。当贮藏至第8天时，“霞脆”酯类含量达160.27 μg/kg。“霞晖6号”酯类物质含量采后第4天达到最高，为136.08 μg/kg，“湖景蜜露”酯类化合物在第6天含量达到91.30 μg/kg。

表1 3 种肉质桃子贮藏期香气成分含量变化Table 1 Changes in aroma compounds of peach fruit from three different flesh types during storage μg/kg

内酯类物质是桃香气的主要贡献化合物，能赋予果实“桃味”特征，γ-癸内酯和δ-癸内酯赋予桃果实强烈的果香味[28-29]。3 种不同溶质的桃子在贮藏期都检测出了 γ-己内酯和γ-癸内酯。“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”γ-癸内酯在贮藏第6、4、2天达到最大值，含量分别为17.40、22.49、6.22 μg/kg。

“霞脆”和“霞晖6号”贮藏期分别检测出3、5 种萜类物质，而软溶质型桃子“湖景蜜露”则未检出。

“霞脆”在贮藏期检测出的烷类物质种类和含量明显高于其他2 种肉质的桃子，含量较高的烷类有十四烷、十七烷、二十六烷。在桃果实内，烷类物质可利用香气合成等途径进行转化，从而对果实的香气起一定的作用。

2.2 3 种不同肉质型桃子贮藏期的PCA

图3为电子鼻技术分析“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”3 种不同肉质型桃子在贮藏期风味物质的PCA图。其中“霞脆”PC1的贡献率为90.54%，PC2的贡献率为4.73%，总贡献率达95.27%，说明主要是PC1对贮藏期区分起作用，由图3a可知，从第5天起至第8天，随着贮藏期延长，PC1贡献逐渐变大。“霞晖6号”PC1和PC2的贡献率分别为96.62%和2.43%，总贡献率达99.05%，结果见图3b。“湖景蜜露”PC1和PC2的贡献率分别为88.49%和9.35%，累计贡献率达97.84%，结果见图3c。PCA结果表明3 种不同肉质型桃子采后当天与贮藏期第8天之间能很好地区分开，完全没有重叠，主要是PC1对桃子贮藏期区分起作用。从PCA图可知，3 种肉质型桃子的2 个PC贡献率均超过85%，因此降维有效，能够反映样品的主要特征信息[30]。3 种不同溶质的桃子在贮藏期间样品数据点均没有重叠，说明在贮藏期桃子挥发的气味不同。结合HS-SPME-GC-MS可知，桃子的挥发性风味物质的含量、种类会随着贮藏时间的延长而发生变化。因此，利用电子鼻能够准确识别出不同贮藏时间桃子的特征气味，并对其进行准确区分。

图3 3 种肉质桃子贮藏期PCA图Fig. 3 PCA plots discriminating aroma composition in three different peach flesh types during storage

2.3 3 种不同肉质型桃子贮藏期的LOA

利用LOA可以区分当前模式下传感器的相对重要性，若传感器的响应值越偏离零，则该传感器在识别中作用较强，即为识别传感器，反之，如果响应值接近零，则该传感器识别力可以忽略[31]。图4A为“霞晖6号”传感器贡献率分析，总贡献率为99.05%。其中，传感器W1S（对甲烷类物质最为灵敏）、W1C（对芳香苯类敏感）、W3C（对芳香成分、氨类敏感）、W5C（对短链烷烃敏感）、W1W（对硫化氢敏感）对“霞晖6号”不同贮藏期香气响应值较大，为特征传感器。选择这5 根传感器进行实验，结果见图4B，贡献率高达99.54%。图5A为“霞脆”贮藏期传感器贡献率，PC1和PC2的贡献率分别为90.54%、4.73%，总贡献率为95.27%。识别传感器为W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W（对硫化氢类敏感）的总贡献率如图5B所示，其他4 根传感器贡献率可以忽略不计，总贡献率为98.43%。图6A为“湖景蜜露”贮藏期传感器贡献率，总贡献率为97.84%，其中PC1贡献率88.49%，远大于PC2的9.35%。传感器W1S对PC1的贡献率最大，传感器W5C、W3C、W1C对PC2的贡献率较大。只选择这4 根传感器对“湖景蜜露”贮藏期进行气味区分，贡献率高达99.96%，结果见图6B，说明“湖景蜜露”桃子在贮藏期的香气主要由这4 种传感器区分。3 种不同肉质型桃子在贮藏期对其香气物质起主要识别作用的传感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。不同品种桃果实在贮藏期所散发的香气组分有差异可能是由于果实发育时间、所处环境不同，从而导致果实芳香组分种类、含量有所差异。

图4 “霞晖6号”贮藏期传感器贡献率分析Fig. 4 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiahui 6” peach fruit during storage

图5 “霞脆”贮藏期传感器贡献率分析Fig. 5 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiacui” peach fruit during storage

图6 “湖景蜜露”贮藏期传感器贡献率分析Fig. 6 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Hujingmilu” peach fruit during storage

2.4 3 种肉质型桃子在贮藏期硬度变化

3 种肉质类型桃子硬度在采后20 ℃贮藏过程中呈下降趋势（图7）。Stony hard型桃子“霞脆”采后当天硬度为87 N，在采后贮藏过程中硬度下降幅度较低，保持较高的硬度，在第8天硬度下降了32.18%。“霞晖6号”采后3 d迅速软化，果实硬度下降至13 N，第4～8天平缓下降。软溶质型桃子“湖景蜜露”在采后当天硬度为30 N，贮藏至第2天果实硬度快速下降至9 N，从第3～8天硬度下降较缓慢。结合GC-MS分析结果，“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”分别在第4、4、2天风味最浓。因此，“霞脆”在第4天食用最佳，“霞晖6号”、“湖景蜜露”均在采后第2天食用最佳。在整个贮藏期内，“霞脆”一直保持较高的硬度。硬度高的果实耐贮运性强，更有利于采后贮藏和延长货架期[32]。

图7 “霞脆”（A）、“霞辉6号”（B）、“湖景蜜露”（C）桃果实 20 ℃贮藏条件下硬度的变化Fig. 7 Changes in fruit hardness of different peach flesh types during storage at 20 ℃

3 结 论

采用HS-SPME-GC-MS结合电子鼻技术对3 种不同溶质桃子贮藏期的香气成分进行研究，结果表明在桃子成熟期前，青香型的C6醛类、醇类占主要地位，成熟期桃子主要的风味物质是酯类，不同贮藏期桃子的香气成分种类及含量存在差异。Stony hard型桃子“霞脆”贮藏期检测出的香气物质种类最多，其次是硬溶质型桃子“霞晖6号”，软溶质型桃子“湖景蜜露”所检出的香气物质种类最少。硬度与GC-MS测定结果分析“霞脆”、“霞晖6号”、“湖景蜜露”分别在第4、2、2天达到最佳食用期。本实验中电子鼻技术能有效区分不同溶质桃子在贮藏期的品质变化，PCA能准确区分开不同贮藏时间的桃子。根据LOA可知，3 种不同肉质型桃子在贮藏期对其香气物质起主要识别作用的传感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。因此，本研究中HS-SPMEGC-MS结合电子鼻技术较好地呈现了3 种肉质型桃子贮藏期的香气品质差异。未来将结合感官评价进一步研究桃子在贮藏期的品质变化。