四个香榧品种种仁炒制加工后香气物质分析

王艳娜， 孟学成， 赵 荻，吴家胜，宋丽丽，胡渊渊，张祖瑛，喻卫武*

(1.中国林学会，北京 100091；2.亚热带森林培育国家重点实验室，浙江农林大学，浙江 杭州 311300)

香榧(Torreyagrandis‘Merrillii’)是红豆杉科(Taxaceae)榧树属(Torreya)榧树(T.grandis)中的优良栽培类型，为第三纪孑遗植物，属于二级保护植物。香榧种仁营养丰富，其钾含量居干果之首；富含不饱和脂肪酸(高达80%)，尤其是富含裸子植物特有不饱和脂肪酸——金松酸，对高血脂、高胆固醇、动脉粥样硬化的形成具有预防作用[1]；还富含生育酚、谷甾醇等多种生物活性物质[2-3]，深受消费者喜爱。香榧种仁加工前就具有一种特殊香味，尤其在炒制加工后更加浓郁[4]。这是由于坚果焙烤之后发生了一系列热化学反应，进而生成特殊的香气，改变了坚果的色泽和质地[5-6]。炒制是香榧种仁的主要加工方式。因此，研究炒制后香榧种仁的香气组成及其关键成分可对筛选出具有特殊香气的香榧品种提供重要参考。

伴随着气相色谱技术的出现和迅猛发展，这一技术越来越多地应用于坚果类提取油、原料及炒(烘)制成品香气物质的检测中。王衍彬等[7]在对11种香榧种仁的提取油香气分析中，其中‘大圆’榧香气物质种类(21种)明显少于‘细榧’(71种)。汪瑶等[8]对加工前的香榧种仁及其不同加工工艺的香榧种仁香气物质的分析中，发现改进工艺的椒盐香榧香气成分具有17种特有的香气成分，主要是呈现焦糖味的2-甲基丁醛，以及酮类和吡咯类物质等，这是其风味成分更多、口感更佳的主要原因。此外，不同品种的差异对香气组分成分也会产生影响，如在对8份核桃资源坚果香气物质的分析中发现，核桃的香气主要以醛类和烷烃类为主，但不同品种的主要香气成分组分不同[9]；对3个品种焙烤香榧仁香气分析中发现，如‘芝麻’榧具有坚果香、可可香，焦糖味突出；‘小米’榧果仁清香味突出，有淡雅的松木针叶味；‘小圆’榧则果香突出，有独特的水果味[10]。

香气作为评价香榧加工后成品品质的重要指标之一[11-12]。香榧是异花授粉植物，种内变异多、品种类型丰富，营养物质差异较大[4，13]，但其香气是否也存在差异却鲜见报道。基于此，笔者通过比较主产区的4个品种香榧种仁焙烤加工后的成品香气组分的差异，探讨不同品种榧籽相同加工方式呈香组分和含量的差异，明确不同品种香榧籽香气的特征香气物质，旨在为选育优良品种提供理论基础，同时也为促进与香榧香气相关产业链的深入发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

图1 烘烤前4个不同品种香榧的外观形态

于2016年9月20日，在中国浙江省金华东阳市西垣村，采集4个不同品种香榧[‘朱岩’榧(Torreyagrandis‘Zhuyan’)、‘丁香’榧(‘Dingxiang’)、‘木榧’(‘Mufei’)、‘细榧’(‘Xifei’)]材料，均为假种皮开裂的榧子(成熟的种实)。将采集好的样品脱蒲后放置一晚(散去田间热)，挑选每个品种外观形状、大小、颜色均一致的种子15 kg，再分成3份为3个重复，置于温度为25 ℃和湿度为90%的室内20 d完成后熟，后熟过程中每天进行1次上下翻动。完成后熟进程的4个品种的种子用清水洗净后，再经阴干、阳干晾晒后，含水率为(10±2)%，最后抽真空后储存在4 ℃冰箱中备用。加工方式统一采用生产上传统的“双炒法”，待滚筒炒制机炉壁温达300 ℃左右，放入香榧种子，混合粗盐(种子与粗盐质量比为1∶0.6)炒制8～10 min，此过程完成的判断依据为种仁与种衣有离层形成、脱衣容易，以上过程即为“先炒1次”；起锅浸盐水(质量分数为6%)40 s(此过程称为浸盐)；待沥干香榧子种壳上盐水，待滚筒炒制机炉壁温达300 ℃左右，再次放入香榧种子，炒至种壳上盐水干燥，壁温接近100 ℃时再加粗盐，此过程完成的判断依据为种仁有转色、硬脆，此过程为“二炒”，一般在15～25 min。为减少香气的流失，在固相微萃取(SPME)前剥壳取仁、切片，并用研磨机现磨现测。

1.2 固相微萃取

香榧子挥发性物质的提取采用固相微萃取方法(solid phase microextraction, SPME)[7]，即将磨好的样品(2.00 g)置于15 mL的萃取瓶中，再将其置于电热恒温水浴锅(80 ℃)加热，然后将固相微萃取器的萃取头插入样品萃取瓶的顶空部分，吸附30 min，最后将吸附后的萃取头取出后插入气相色谱进样口，推出纤维头解吸3 min，同时启动数据采集。

1.3 气相色谱质联用分析

气相色谱 (gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)(安捷伦7697A，美国)串联质谱联用仪(安捷伦7890，美国)，其气相色谱(GC)条件具体如下：毛细管色谱柱为HP-5MS(30m×250 μm，液膜厚度0.25 μm,安捷伦，美国)；初始温度60 ℃保持1 min，之后按5 ℃/min的速度逐渐升温至280 ℃(保持2 min)；进样口温度为250 ℃。质谱(MS)条件：离子源温度为230 ℃，电离方式为EI，电子能量为70eV，四极杆离子源温度为150 ℃，扫描范围m/z为33～350。

1.4 定性和定量分析

定性分析。将所获得的质谱图通过保留指数(RI)和NIST08质谱库中一一进行检索比对，最终确定香榧种仁的香气成分物质。化合物的RI是通过C7—C30的正构烷烃在相同的GC条件下计算得到的。

定量分析。分别以D-柠檬烯、十二烷醇、壬醛、十七烷、肉豆蔻酸异丙酯、2,6-二甲基吡嗪和间异丙基甲苯作为萜烯类、醇类、醛类、烷烃类、酯类、吡嗪类和苯类衍生物外标进行定量，而邻苯二甲醚则作为醚类、酮类、酸类化合物的外标进行定量。具体操作如下：将2 μL标准品在样品瓶中挥发后进行萃取，通过其浓度与峰面积计算每克样品中相应物质的释放量[9]；再按峰面积归一化法求得各成分的相对浓度。

1.5 数据处理

采用SPSS 25.0进行数据的方差分析，运用Origin 9.0软件对4个香榧品种种仁的香气物质进行主成分分析(PCA)，利用Sigmaplot 12.5进行图片制作。

2 结果与分析

2.1 香榧种仁主要香气成分概况

对4个品种香榧种仁的挥发性物质进行GC-MS分析，其总离子流图如图2所示，检出的挥发性物质如表1所示。通过对‘细榧’‘朱岩’榧‘丁香’榧和‘木榧‘种仁的挥发性香气物质测定，共鉴定出79种挥发性化合物，分别包括萜类(23种)、醇类(27种)、醛类(6种)、烷类(4种)、酯类(5种)、醚类(2种)、酮类(3种)、酸类(2种)、吡嗪类(1种)和苯类衍生物(6种)10类物质。其中，‘细榧’和‘朱岩’榧中检测出的香气成分物质分别为60种和47种，而‘丁香’榧与‘木榧’均为52种。

图2 4个品种香榧种仁原料香气成分总离子流图

表1 4个品种香榧种仁香气成分及其含量

表1(续)

2.2 4个品种香榧种仁香气物质组分的比较

不同品种香榧种仁的香气成分组成上存在差异(表2)，其中‘细榧’‘木榧’‘丁香’榧种仁的香气物质以萜烯类化合物为主；而‘朱岩’榧则是以醇类化合物为主。其中‘细榧’种仁中的主要香气物质包括萜烯类化合物、醇类化合物、醛类化合物与苯类衍生物，分别占总香气物质的62.5%、8.1%、9.8%和7.8%；‘朱岩’榧中则是萜烯类化合物、醇类化合物、醛类化合物与醚类化合物，分别占其总香气物质的31.5%、36.5%、9.2%和11.3%；‘丁香’榧中的主要香气物质则是萜烯类化合物、醇类化合物、醛类化合物、醚类化合物与酸类化合物，分别占其总香气物质的29.7%、11.8%、10.2%、23.6%和16.7%；‘木榧’中的主要香气物质则是萜烯类化合物与醛类化合物，分别占其总香气物质的75.9%和9.7%。

表2 4个品种香榧种仁10种主要香气成分及香气总含量的变化

从4个品种香榧种仁中10种主要香气成分及香气总含量的变化情况(图3)与表1可知，‘细榧’‘朱岩’榧、‘丁香’榧和‘木榧’所共有的香气物质有28种，其中：萜烯类有5种，分别是α-蒎烯、双戊烯、月桂烯、D-柠檬烯和2,4-二甲基苯乙烯；共同的醇类物质有十一醇、十六烷醇、十七烷醇、2-2-甲基十六烷醇、2-1-十四烷醇、2-(十八氧基)乙醇和维生素A 7种；醛类有糠醛、壬醛和十二醛3种；烷类有4种，分别是正十四烷、正十七烷、正十九烷和正二十七烷；酯类有肉豆蔻酸异丙酯、邻苯二甲酸二异丁酯和邻苯二甲酸正丁异辛酯3种；醚类有2种，分别是邻苯二甲醚和对苯二甲醚；酸类仅有棕榈酸1种；吡嗪类仅有1种为 2,6-二甲基吡嗪；苯类衍生物有2种，分别是1,2,3-三甲氧基苯和3,4,5-三甲氧基甲苯。不同品种香榧种仁的呈香物质存在差异，其中只在‘细榧’种仁中被检测到的物质有8种物质，总含量达到了7.67 μg/g，其中具有香气的物质有5种，分别为δ-杜松烯、芳樟醇、4-萜烯醇、橙花叔醇和2-乙基己烯醛；只在‘丁香’榧种仁中被检测到的香气物质有9种，总含量为8.00 μg/g，其中具有香气的物质有4种，分另为罗勒烯、反式-2-辛烯-1-醇、仲辛醇、2-十一碳烯醛；只在‘朱岩’榧种仁中检测到的香气物质有3种，分别是9,10-环氧-1,5-环十二碳二烯、1,9-壬二醇、异乙醇酸异丙酯，总含量是1.34 μg/g；只在‘木榧’种仁中检测到的香气物质只有2种，总含量为0.87 μg/g，其中R-柠檬烯具有橙子、柠檬清香。

图3 4个品种香榧种仁中主要香气物质数量示意图

2.3 4个品种香榧种仁主要香气物质的比较及特征分析

利用顶空固相微萃取处理样品和GC-MS对4个品种香榧种仁进行分析，数据通过Origin 9.0进行分析(图4)。从图4可知，PC1和PC2总和达77.9%，解释率很好。‘丁香’榧与‘朱岩’榧较近，差异不大；而它们与‘细榧’‘木榧’之间存在很明显的分离。‘木榧’和‘细榧’主要分布在PC1的正轴，主成分1主要贡献的物质为酮类、酯类、苯类衍生物、萜烯类、醛类、吡嗪类、醛类物质和烷类化合物；而‘朱岩’榧和‘丁香’榧主要分布在PC2的正轴，主成分2主要贡献的物质为醇类、醚类、酸类物质。以上结果表明，‘细榧’种仁的特征香气物质主要是酮类、酯类、醛类、苯类衍生物和萜烯类物质，‘木榧’的特征香气物质主要是萜烯类和吡嗪类物质，‘丁香’榧和‘朱岩’榧的特征香气物质主要是醚类和酸类物质。

图4 4个品种香榧种仁主要香气成分的PCA分析

3 讨 论

研究表明，烘烤后的坚果会比未经加工的坚果呈现出更多的香气物质，这些物质很多是通过美拉德反应和脂质降解产物之间的相互作用形成的，包括烃、醇、醛、酮、酸等化合物，它们对烘烤坚果风味有非常重要的贡献[5-6]。本研究结果与前人研究相一致，发现炒制加工后的香榧种仁香气物质有79种，明显多于未经加工的‘细榧’(香气物质有56种)[14]。此外，本研究结果显示，经焙烤加工后的‘细榧’种仁香气物质种类明显多于其他3种香榧，其中萜烯类物质和醇类物质的种类最多，表明种类丰富的萜烯类物质和醇类物质是细榧香气浓郁的重要因素之一。根据聚合程度萜烯类化合物又可分为单萜、倍半萜、二萜、三萜及多萜等，其中挥发性单萜(C10H16)与倍半萜(C15H24)，大多具有宜人的花果香气[15]。例如，单萜中芳樟醇(具有铃兰香、木香气)、香叶醇(具有玫瑰花香气)，以及倍半萜中的橙花叔醇(具有花木香、似玫瑰及苹果香气)等[16]。本试验结果显示，除‘朱岩’榧外其他香榧的香气物质均以萜烯类物质为主，且4个品种共有的香气物质也是萜烯类物质含量最高(表1)，这与王衍彬等[7]研究结果相类似。D-柠檬烯具有典型的新鲜橙子香气及柠檬香气，其阈值较低且含量远高于其他物质，因此其具有较高的香气值[17]。本研究结果显示，除‘朱岩’榧以外，D-柠檬烯是其他3品种香榧种仁中含量占比最多的香气物质，说明D-柠檬烯是主要呈香物质。‘细榧’含有较多的特异性香气物质，且这些物质大部分都有其特征性香气。由此可知，‘细榧’种仁具有较多的特异性香气物质种类和含有较多的D-柠檬烯，在一定程度上丰富了‘细榧’种仁香气组分。

焙烤坚果特有的香气是评判其质量的重要属性之一。研究表明，由低级饱和脂肪酸和脂肪醇形成的酯类物质会在焙烤过程中增加，通常使其具有愉悦的香气[18]。许多醛类都具有愉快的香气，它们是焙烤后香气物质的重要组成成分，如壬醛有玫瑰香和杏子香，十二醛有花香，肉桂醛有肉桂香气，在焙烤后含量会显著增加[19]。吡嗪类被认为是使烘烤后的坚果具有典型坚果香气的主要化合物，如2,6-二甲基吡嗪具有典型的坚果香气[20]。本研究结果显示，不同品种香榧种仁的特征香气物质不同，‘细榧’的特征性香气物质种类是最多的，主要包括酮类、酯类、醛类、苯类衍生物和萜烯类物质，且‘细榧’中的这些特征性香气物质含量均显著高于其他3种香榧。本研究结果表明，‘细榧’中的主要特征性香气物质为D-柠檬烯、糠醛、2-乙基己烯醛、葵醛、壬醛和邻苯二甲酸二异丁酯；其中糠醛具有甜味，2-乙基己烯醛具有强烈香气、菊花和栀子花香韵，葵醛具有甜香、柑橘香、蜡香和花香；壬醛则具有玫瑰、柑橘、油脂香，邻苯二甲酸二异丁酯则具有芳香味。‘朱岩’榧中的主要特征性香气物质为二氢香芹醇，具有留兰香、胡椒辛辣味。‘丁香’榧中的主要特征性香气物质为硬脂酸，具有牛油气味。‘木榧’中的主要特征性香气物质为双戊烯、R-柠檬烯、衣兰油烯、α-蒎烯，分别具有柠檬香；橙子、柠檬香；甜香气味；松叶香、针叶香。因此，特征性的酯类和醛类香气物质进一步丰富了烘烤‘细榧’的香气组分。

4个香榧品种焙烤后的种仁存在共同的香气物质，但不同品种也存在其特异性的香气物质，其中‘细榧’种仁的香气种类和含量均最为丰富。此外，从特征香气成分来看，酯类、酮类、苯类衍生物、醛类和萜烯类物质是‘细榧’的特征香气物质；萜烯类和吡嗪类物质是‘木榧’的特征香气物质；醚类和酸类物质则是‘丁香’榧和‘朱岩’榧的特征香气物质。由此可知，丰富的香气种类及香气物质是焙烤后的‘细榧’具有较高香气品质的重要因素。