南果梨香气顶空固相微萃取条件优化及成分分析

邹雪梅张馨予陈 芳李丽娜卜庆状

(辽宁省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,辽宁 沈阳 110161)

南果梨是秋子梨的下属分支,归类于蔷薇科梨属[1],在辽宁鞍山、海城、辽阳等地级市广泛种植[2～3],最有名的鞍山南果梨作为地标产品在2019年入选中国农业品牌目录。南果梨观之金黄诱人、闻之酒香四溢、尝之酸甜适口[4～5],具有独特的风味,与库尔勒香梨、巴梨和锦丰梨共同组成中国四大名梨,富有“梨中之王”的盛名[6～8]。

水果的香气绝大部分是通过多种多样的挥发性物质互相混合形成[9],是评价水果品质的主要指标[10],为了更好地选育良种南果梨以及促进南果梨的深加工,有必要对南果梨独特的香气成分进行分析。水果中香气成分鉴定常用的分析方法是顶空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)配搭气相色谱—质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用法,HSSMPE是一项以固相萃取为基础,利用固—液吸附平衡原理,富合并聚集待提取样品中挥发性和半挥发性化合物的方法[11],与蒸馏萃取法[12]、有机溶剂提取法[13]、超临界萃取法等萃取技术相比[14],HS-SPME方法可操作性高、效率高效、检测反应灵敏、没有有机试剂的参与[15],对醛、酮、醇类香气成分提取效果好[16],对环境友好[17],适合用于各类复杂基质中风味物质的提取[18～20],其影响因素基本上与萃取温度、萃取时间、电解质浓度和转子转数等有关[21～22]。郅学超等利用SPME-GC-MS方法鉴定了6种沙梨的主效香气成分,最终得出不同种类的沙梨,香气成分组成有所不同的结论[9]。王颖等建立了分析金川雪梨和秦酥香气成分的SPME-GC-MS检测方法,分别检测出63种、46种香气成分[21]。刘志刚等则构建了一种利用HS-SPME-GC-MS检验香味成分的方法,检测8种猕猴桃果酒的香味成分均超过80种[22]。目前已有南果梨香气成分的有关研究报道,分析了南果梨独特香气成分的基因表达[10],不同方法提取南果梨香气成分[23]以及南果梨不同部位和不同形态的香气成分[24],但均未涉及南果梨香气固相微萃取条件的优化。

为了达到最佳萃取效果,准确鉴定南果梨香气的主效成分,本文就影响萃取效果的萃取温度、萃取时间、电解质浓度和转子转数4个因素进行参数优化,在前期单因素试验的基础上,采用四因素三水平L9(34)正交试验设计筛选最佳的南果梨香气的萃取技术,结合气相色谱质谱联用技术,分析南果梨的主效香气成分,以期为南果梨的果品品质分析评价提供有效的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南果梨:辽宁省鞍山市大孤山镇果园,挑选成熟度、果形相对均一,无明显病虫害、外伤的果实;氯化钠 分析纯,天津市江天化工有限公司。

1.2 仪器与设备

Trace DSQ气相色谱—质谱联用仪 美国菲尼根质谱公司;HT200H固相微萃取装置 美国色谱科公司;手动SPME进样器 美国色谱科公司;100 μm PDMS固相微萃取萃取头 美国色谱科公司;15 ml带聚四氟乙烯瓶盖的样品瓶 美国色谱科公司;磁力搅拌子 15 ml顶空瓶专用,北京比尔博公司;JYL-350榨汁机 山东九阳。

1.3 香气成分提取

在南果梨采后常温后熟10 d时选取6个果形相对均一,没有物理损伤的果实(约900 g),四分法取样后,进行破碎,通过200目纱布过滤,保留滤出液。准确移取8 ml南果梨滤出液放入15 ml的顶空瓶中,加入搅拌子,加入氯化钠后,迅速将盖拧紧,由于固相微萃取装置升温速度较慢,所以先将顶空瓶于水浴锅中一定温度下预热5 min,再放在固相微萃取装置中搅拌并加热。插进老化后的萃取针,旋出纤维萃取头位于顶空室中,确保纤维萃取头不要碰到南果梨梨汁。萃取完成后,将纤维萃取头插到GC-MS进样口,解析3 min,同时启动GC-MS进行成分分析,重复测定3次。

1.4 正交试验

将挥发性香气成分的总峰面积当作评价指标,研究南果梨香气成分的萃取条件,依据前期单因素实验,设计萃取温度、萃取时间、电解质浓度和转子转数四因素三水平的正交试验,如表1所示。

表 1 L9 (34)正交试验因素水平表编码

1.5 GC-MS条件

气相色谱条件:HP-INNOWAX型号色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);程序升温:初始温度40 ℃保留2 min,4 ℃/min速率升温到60 ℃保留1 min,随后2 ℃/min速率升温到150 ℃,不保留,再以10 ℃/min速率升温到210 ℃保留5 min。传输线温度为250 ℃。载气为高纯氦气,载气流速1 ml/min,不分流进样。

质谱条件:EI离子源,连接杆温度280 ℃,离子源温度200 ℃,离子质量扫描范围45～600 amu。

1.6 数据处理

正交试验数据采用DPS v 3.01软件进行统计分析,GC-MS数据处理:通过检索NIST/WILEY质谱标准谱库,进行定性分析,并按照峰面积归一化法计算各化学成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 南果梨香气固相微萃取条件优化的正交试验

由表2可知,经正交试验得出各因素重要性的先后顺序为A＞B＞C＞D,即萃取温度对萃取效果的影响最大,其次是萃取时间,转子转数的影响最小;较优水平组合为A2B2C3D3,即较优萃取条件为萃取温度50 ℃、萃取时间40 min、NaCl浓度0.32 g/ml、转子转数1 000 r/min。

2.2 优化条件下南果梨挥发性香气成分的分析结果

通过GC-MS检测南果梨香气,得出总离子流图1。通过观察离子流图发现,相对含量较高的化合物峰分离效果较好,说明此GC-MS条件对分析南果梨香气较为合适。 采用优化确定的萃取条件对南果梨样品进行处理,经过GC-MS分析分析结果,如图1和表3所示。按照归一法定量,发现检出有效成分占总体的82.39%,表示此方法可以有效分析出南果梨的主要香气成分。共检测出 17种香气成分,优于张博等人从破碎的南果梨汁中分析到8种香气成分的研究结果[24]。其中酯类15种,相对含量总和占60.98%,与冯立国等人和冯帆等人的研究结果一致,酯类为南果梨香气成分的主要构成,醛类1种,相对含量为13.24%,萜类1种,相对含量为8.16%[10,25]。相对含量较高的为己酸乙酯(30.23%)、己醛(13.24%)、乙酸己 酯(10.46%)、丁 酸 乙 酯(9.26%)、α-法 尼 烯(8.16%)、乙酸乙酯(7.49%)、己酸甲酯(1.67%)。

表 3 南果梨香气GC-MS分析结果

图 1 南果梨香气成分总离子流

表 2 南果梨香气萃取条件优化正交试验设计及结果

3 结论

由正交试验分析可知顶空固相微萃取因素之间主次顺序为:萃取温度＞萃取时间＞NaCl浓度＞转子转速,较优结果即:萃取温度50 ℃、萃取时间40 min、NaCl浓度0.32 g/ml、转子转数1 000 r/min。使用优化参数萃取南果梨香气成分,通过GC-MS分析共得出17种香气成分,其中酯类15种,相对含量总和占60.98%,醛类1种,相对含量为13.24%,萜类1种,相对含量为8.16%。相对含量较高的为己酸乙酯(30.23%)、己醛(13.24%)、乙酸己酯(10.46%)、丁酸乙酯(9.26%)、α-法尼烯(8.16%)、乙酸乙酯(7.49%)和己酸甲酯(1.67%)。考虑到香气阈值,己酸甲酯(1.67%)的阈值为70,阈值较大,所以其对南果梨风味的贡献较小,α-法尼烯(8.16%)的阈值未知,其对风味的贡献还需进一步研究。