百香果果实香气物质研究进展

辛明，孙宇，冯锦清，李杰民，李昌宝*，唐雅园

1.广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所（南宁 530007）；2.广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室（南宁 530007）；3.广西农产品贮藏保鲜与加工科技成果转化中试研究基地（南宁 530007）

百香果为西番莲科（Passiflora caeruleaL.）西番莲属（Passiflora）多年生常绿藤本植物，是热带亚热带地区特有水果[1-3]，主要分布在我国广西、台湾、福建、海南等地，商品栽培的主要品种有紫色种、黄果种、杂交种和满天星。百香果香气浓郁，香气成分十分丰富，因含有草莓、芒果、苹果、番石榴、香蕉、菠萝等多种水果的香气而得名[4]。香气是百香果及其加工制品重要的质量标准之一，浓郁的香气可以提升百香果的市场竞争力。香气物质作为水果中一类重要的次生代谢物，种类众多，其种类、含量、阈值及各成分间的相互作用赋予不同水果各自独特风味。近年来，国内外对芒果、香蕉、荔枝、菠萝蜜等多种水果香气物质均进行了研究报道[5-9]，但是对百香果的香气物质尚没有系统的分析总结。从百香果香气成分的提取检测方法、香气成分种类及含量、发育贮藏及加工中香气成分变化等方面进行归纳总结，以期为百香果风味品质的深入研究提供理论基础。

1 百香果香气成分提取检测方法

香气成分提取及定性、定量分析能否完整、精准，对香气成分分析结果的准确性有着重要的影响。国内外报道常见的百香果香气成分提取检测方法主要有气相色谱-质谱法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、顶空固相微萃取法（headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）、气相-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）和气相色谱-嗅闻法（gas chromatography-olfactometry，GC-O）。

1.1 气相色谱-质谱法（GC-MS）

气相色谱-质谱法是对食品中挥发性和半挥发性物进行分离、结构鉴定和定量分析时最常选用的方法，在百香果香气成分的分析检测中也应用的较早。陈玲等[10]采用GC-MS分析海南百香果的香气成分，共检测出126个成分，并对百香果的果肉、果皮所含香气成分进行对比。李颖等[11]采用GC-MS对黄金、满天星、紫香3种百香果的挥发性香气成分，均检测出的香气成分主要是酯类、醇类、酮类、萜烯类和醛类。GC-MS法在百香果香气物质分析检测中应用很广泛，但GC-MS存在检测限值的缺陷，导致一些低浓度但相对气味强度较高的香气物质可能无法检出，从而影响检测结果的准确性。因此，采用GC-MS法时可以联合其他表征手段共同分析使用，以获得更全面的风味信息。

1.2 顶空固相微萃取法（HS-SPME）

顶空固相微萃取法通常是利用熔融石英纤维（固定相）表面涂层对化合物吸附性的差异，对挥发性成分进行提取、富集，该方法集萃取、浓缩、进样于一体，具有操作简单、无需溶剂萃取、样品用量少、重复性好、敏感快速、可实现自动化等优点[12-13]。HSSPME法还通常与各种分析手段连用（如GC-MS、LC-MS等），实现物质成分的分析鉴定。Janzantti等[14]采用HS-SPME-GC/MS对不同成熟阶段的黄金百香果香气物质进行分析，结果表明百香果在全部转色达到完全成熟时，其传统的特征香气表达最完全。Braga等[15]采用HS-SPME-GC/MS鉴定出黄色百香果的主要特征香气物质为丁酸乙酯、己酸乙酯、(3z)-3-乙酸己酯、乙酸己酯、丁酸己酯和己酸己酯。

1.3 气相-离子迁移谱（GC-IMS）

气相色谱离子迁移谱是基于不同气相离子在电场中迁移速度差异对化学离子物质进行表征的一项分析方法，因其具有预处理简便、可以常压工作等优势，还可兼顾高分离度与低检出限的分析需求，成为检测风味物质的较好选择，被广泛应用于食品中挥发性风味物质的检测分析[16-17]。罗杨等[18]利用GC-IMS技术对不同成熟度紫色百香果的挥发性成分进行分析，建立一种快速区分不同成熟度果实风味差异的方法。孟祥春等[19-20]利用GC-IMS技术共鉴定出黄金百香果中18种酯类、8种烯烃类、6种醇、4种酮、1种醛类、2种硫醚和1种呋喃类挥发性化合物，并分析黄金百香果挥发性风味组分差异。GC-IMS技术在百香果香气物质分析鉴定中还属于一个较新的领域，其应用偏少，应加快建立较完善的GC-IMS技术应用体系。

1.4 气相色谱-嗅闻法（GC-O）

气相色谱-嗅闻法是通过对香气提取物进行稀释分析或魅力分析计算稀释因子或魅力值，进而综合鉴定食品关键香气成分，是一种通过感官组学分析技术有效鉴定食品挥发性成分中的关键香气成分的分析检测方法[21-22]。Jordán等[23]通过GC-O测定，对黄金百香果果汁进行分析，总共得到66种成分。Sonmezdag等[24]应用GC-MS-O测定出百香果籽油提取物中14个香气活性区域。国内鲜见利用GC-O检测分析百香果香气物质的报道，程宏桢等[25]利用GC-O结合香气强度法在百香果中共鉴定出特征香气成分27种，包括12种醇类、7种酯类、4种萜烯类、2种酮类、1种酸类和1种醛类物质。GC-O法虽然可以用于活性香气物质的鉴定，但由于香气物质含量低、不稳定，且组分越复杂，嗅闻判断分析越困难[26]。GC-O法是通过与参考气味特征或保留指数（RI）进行对比分析，只能对香气物质进行初步鉴定，需要联合GC-MS、红外光谱、核磁共振等技术对关键呈香物质进行进一步分析，以获取更为精准的信息[27]。

2 百香果香气成分研究

百香果中香气的感官特征是由挥发性香气物质的组分、含量及各香气物质间的协同作用共同决定的。挥发性酯类物质、醇类物质和醛类物质是重要的香气组成成分[28]，这几类芳香物质共同影响着果实的香气风味品质[29-30]。从百香果中分离鉴定出的香气物质主要包括酯类、醇类、酮类、醛类、烯类、烷类、酸类及其他类。不同品种百香果香气物质成分及含量存在差异，但酯类为香气成分的主要贡献者，醇类和酮类次之，除了共有成分，不同品种都具有自己独特的香气成分。郭艳峰等[31]分析了台农、黄金果、紫果1号3个品种百香果果汁香气成分，3个品种百香果果汁中共分离出93种挥发性物质，其中共有的挥发性成分有25种，各品种香气物质种类和含量有明显差异。潘葳等[32]比较了5种百香果品种间香气成分的差异，共含有68种香气成分，其中24种物质为5个品种共有，香气物质中酯类、醇类、酮类、萜烯类、烷类占香气物质种类的比例平均值分别为83.1%，3.6%，4.8%，3.7%和2.3%。李颖等[11]研究发现黄金、满天星、紫香3种百香果中的酯类为主要挥发性香气成分，分别占黄金、满天星和紫香百香果总数的61.11%，62.06%和69.38%，其次是醇类，分别占总数的24.07%，22.41%和16.32%。百香果不同品种间香气成分的种类及含量差异，主要如表1和表2所示[11,31-34]。

表1 不同百香果品种的香气成分种类

表2 不同百香果品种的香气成分相对含量

酯类物质具有果香型的感官特征，是形成百香果独有香韵的关键物质。丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸己酯等酯类是百香果的主要特征香气成分[32,35]。Portofigueira等[36]在百香果中共鉴定出39种挥发性化合物，其中乙酸乙酯、丁酸乙酯、3-羟基丁酸乙酯、己酸乙酯为主要香气物质。Macoris等[37]在百香果果肉中分离检测到77种化合物，其中以丁酸甲酯、乙酸丁酯、己醛、丁酸丁酯、反式-3-己烯乙酸酯、顺式-3-己烯-1-醇、己酸丁酯、丁酸己酯等酯类为主要挥发性化合物。台农、黄金果、紫香、满天星共有且含量较高的香气成分为丁酸乙酯（9.23%～10.38%）、己酸乙酯（10.70%～22.33%）、丁酸己酯（2.26%～11.00%）、甲基丁酸己酯（1.14%～8.97%）、己酸己酯（3.07%～14.02%）[32]。百香果不同品种间主要特征香气成分存在差异：台农主要特征香气成分为乙酸乙酯和丁酸乙酯，其次为乙醇和正己酸乙酯；黄金果特征香气成分为丁酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸乙酯、乙醇、己酸乙酯、乙酸炔丙酯、(Z)-乙酸叶醇酯、三正丙胺和乙醛；紫果主要特征香气成分为乙酸乙酯，其次为丁酸乙酯、正己酸乙酯和乙醛[31]。这些关键香气成分的差异赋予百香果不同品种独特的风味。

3 百香果发育、贮藏及加工中香气成分变化研究

3.1 发育、贮藏过程百香果香气成分变化

果实中香气物质的形成是一个复杂且精确的过程，香气成分变化贯穿于果实整个发育及贮藏后熟期。百香果在发育、贮藏过程中香气成分的组成和含量均发生变化。Janzantti等[38]研究黄金果在成熟过程中挥发性化合物变化，结果发现在果皮1/3转黄时主要挥发性物质为丁酸乙酯，在2/3转黄时主要挥发性物质为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丙酯和松果醇。郭艳峰等[39]对不同发育阶段百香果香气成分进行鉴定，结果发现青果、较熟果和完熟果中共有的挥发物有19种，其中酯类化合物占主要优势（61.86%～91.92%），且其相对含量随着果实的发育逐渐增加。青果中酮类化合物含量最高，较熟果中醇类化合物含量最高。辛明等[40]阐明采后台农百香果香气品质的变化特征，百香果在常温和低温贮藏期间，果汁中的香气物质均以酯类为主，相对含量分别占总香气物质的40.00%～60.32%和54.95%～69.27%，其次是醇类和酮类。在常温贮藏下，百香果酯类物质相对含量在第4天出现峰值（60.32%），在第12天下降至40.00%，而在低温贮藏下，其相对含量延至第20天出现峰值（69.27%），整个贮藏期内保持在54.62%～69.27%。孟祥春等[20]在黄金果常温贮藏过程中共鉴定出40种香气化合物，其中33种化合物在贮藏4 d后才检测到，且多数物质的含量随贮藏时间延长逐渐增加，有4种烯烃类和2种酯类在贮藏4 d后一直保持高水平含量。

近年来，不少研究报道百香果特征香气的变化规律，但是关于百香果香气物质的形成机制却鲜有报道。研究认为果实香气成分中的直链脂肪族醇、酯、酸和酮类物质主要来源于脂肪酸氧化，在氨基酸代谢途径中主要可以生成支链脂肪族醇、酯、酸和酮类物质[41-43]。Li等[44]采用HS-SPME-GC/MS结合转录组分析对百香果果实成熟过程中香气形成的机理进行研究，分析148个香气物质和相关差异表达基因，研究发现：百香果香气形成相关的代谢途径主要包括脂肪酸代谢和氨基酸代谢；脂肪酸代谢途径中的3个LOXs、9个ATTs、1个HPL在百香果酯类香气形成中可能起作用；PAL作为氨基酸代谢途径第一个关键酶，有11个PALs在香气形成中起重要作用；进一步对关键基因进行功能验证，LOX表达与百香果直链酯类香气形成呈正相关。

3.2 加工过程百香果香气成分变化

香气作为果实重要典型性品质，不仅能客观反映果实的风味特征与成熟度，同时也是构成和影响加工品质量品质的重要因素。在百香果加工过程中香气成分和含量均会发生巨大的变化，一些小分子芳香物质逸散、热敏性香气物质降解，都会使百香果汁失去本身的自然风味，并形成一些影响感官的蒸煮味、焦糊味，从而严重影响果汁的品质。

酶解、杀菌、浓缩等加工工艺对百香果汁香气成分的影响较大，易造成香气物质的损失，特别是高温等处理对香气物质影响极大。百香果汁酶解后，香气物质酯类、萜类、酸类和其他类稍有增加，醇类、酮类有所下降，主要挥发性成分丁酸乙酯、乙酸己酯、1-甲基丁酸己酯、乙酸叶醇酯、己酸叶醇酯、芳香醇、β-紫罗兰酮、月桂烯、罗勒烯等香气成分含量升高，己酸乙酯、丁酸己酯、己酸异丁酯等有所下降。巴氏杀菌过程中己酸乙酯、己酸己酯、乙酸叶醇酯、β-紫罗兰酮和芳樟醇等特征香气成分损失严重，同时增加酸类和呋喃，从香味感受上巴氏杀菌与原果汁相差较大，损失原有果汁香味。高温短时杀菌处理后百香果汁的酯类和醇类有所损失，乙酸异戊酯、异戊醇、苯乙烯在高温短时杀菌处理后完全消失，而甲基庚烯酮、氧化芳樟醇、棕榈酸、乙酸丙酯、苯甲醇和柠檬烯显著升高，这些化合物的增加可能与美拉德反应和氧化反应有关，而一些芳香化合物的增加可能会产生不受欢迎的气味，如甲基庚烯酮是发霉味的主要来源、氧化芳樟醇带有轻微泥土香，从而导致百香果汁的新鲜、果香和草香味减弱。超高压杀菌处理的百香果果汁香气特征比较接近于原果汁，超高压处理促进了酯类、酮类和醇类的释放，烯烃类则显著降低，可能是超高压可通过促进或延缓酶促反应和化学反应间接改变香气物质的含量，从而导致香气的总体变化。浓缩工艺也造成香气成分严重损失，己酸甲酯、辛酸甲酯、己酸异丁酯、癸酸甲酯等特征香气成分大量损失，只有芳樟醇、己酸异丁酯等少部分成分存在，并随着浓缩进行也逐渐减少，浓缩后的果汁香味变淡，并带有蒸煮味[45-48]。

百香果加工方面的研究，主要集中在百香果加工产品营养、理化品质及加工工艺等方面上[49-51]，而聚焦在香气品质的研究较少。馥郁怡人的香气是百香果极具市场竞争力的重要因素之一，百香果加工中香气品质变化与保持技术研究也必将引起越来越多研究者的兴趣。

4 结语与展望

香气成分是影响百香果鲜食和精深加工品质的重要因素之一。越来越多的科研人员开始聚焦开展百香果香气成分的研究，通过结合现代分析技术，百香果的香气成分提取及鉴定分析方法日趋成熟。不同提取检测方法对香气成分组成和含量鉴定存在差异，因此优化提取参数、改进提取与鉴定技术，进一步提高香气成分的提取率、真实性和准确性，将是未来百香果香气成分研究的重要热点。而对于一些具有较高气味强度的香气成分，但因其浓度过低无法被检出的问题，将有待于更多精准、灵敏的新型检测技术和多种表征手段联用技术共同解决。果实香气成分是随着果实的发育成熟而产生的，是一个动态变化的过程。果实中香气的积累合成，受多条代谢途径的因素影响，是一个复杂且系统的调控过程。百香果香气代谢通路及合成机制鲜少研究，其代谢网络、调控基因仍有很多空白位点，因此需进一步从分子生物学的层面开展系统研究。

虽然通过多种方式能对百香果香气成分进行定性定量测定，但是其在加工过程中香气成分和含量等会发生巨大变化，影响加工产品的风味品质。因此，探明百香果在不同加工过程中主要香气成分的变化，明确特征香气成分之间的转化关系和主要途径，加强加工过程关键特征香气的生成机制与控制方法，进一步对现有加工机械进行改进优化，将是未来百香果高品质加工研究的方向。

总之，不断深入对百香果香气成分的研究，将为百香果鲜食与加工香气品质改良及调控技术提供更多的科学依据。