沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮精油成分的比较分析

李鸾翔,唐小霄,张画喜,卿昊伟,程诗伊,黄桂香

(广西大学农学院,南宁,530004)

柑桔,是芸香科植物柠檬、桔、柑、柚、橙、金柑等的总称。柑桔种质资源丰富,果实富含多酚、类黄酮、维生素C等多种营养活性物质,深受广大消费者的喜爱[1]。柑桔加工产生的皮渣占20%～50%,提取皮渣中含有的精油成分是桔皮综合利用的重要途径之一[2-3]。柑桔精油是一类由萜烯和萜烯氧化物组成的混合物,单萜化合物、倍半萜化合物及其含氧衍生物存在于大多数柑桔果皮精油中,但柑桔香气的主要来源是含量最少的萜类含氧衍生物[4]。柑桔精油具有良好的抑菌、抗氧化、保鲜和保健作用[5-8],主要应用于食品、医药、化妆品、化工等领域,是目前全世界天然香精油中应用最为广泛的一类[9-15]。目前,国内外对柑桔香气物质的研究主要集中在香气提取技术、成分变化、特征香气物质的鉴定与结构分析和香气物质合成等方面的研究[16-18],不同柑桔品种果皮的挥发油种类和含量不同,探明其差异对柑桔果皮深加工综合利用具有重要意义。沃柑是广西主栽的晚熟杂交柑桔品种,具有丰产性好、着果率高、品质好的优势,目前广西种植面积已超过6.67万hm2[19],仅次于沙糖桔。随着种植面积和产量的不断增加,沃柑价低滞销等问题随之凸显,此外,生产上每年因疏果丢弃的大量果实亦未能充分利用。红江橙为广东的地方特色品种[20],在广西各地广泛栽培,红江橙果皮具有特殊的芳香气味,可制作陈皮等加工品,而陈皮挥发油是治疗胆结石症药物的重要原料之一[21]。建阳桔柚是从甜春桔柚(日本引进)芽变优选而来,果皮色泽金黄且厚,果肉晶莹多汁,清香宜人,兼有桔和柚的风味[22]。本试验采用顶空固相微萃取—气质联用技术(HS-SPME-GC-MS)对广西的沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮香气成分进行测定,比较分析品种间果皮精油成分,为沃柑等柑桔果皮深加工综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 取样与处理供试3个柑桔品种(砧木为枳)均定植于广西大学果树标本园内,树龄6年,株行距为2.5 m×3 m,采用一致的田间日常管理。选取长势相近的单株于果实转色期采摘运回实验室,蒸馏水冲洗干净,迅速收集果皮放入液氮保存,置于-80 ℃超低温冰箱备用。

1.2 仪器与药品超低温冰箱(青岛海尔特种电器有限公司,DW-86L338J型号);高精度恒温水槽(THCY-18Q);手动进样手柄(SPME);萃取头(50/30 μm DVB/CVR on PDMS);气相色谱-质谱联用仪(日本岛津公司,TQ 8040型号)。

1.3 样品前处理先将果皮粉碎,迅速取0.5 g样品装入样品瓶中,将萃取头在气相色谱进样口老化(250 ℃、2 min),将老化好的萃取头插入样品瓶顶空部分,推出纤维头,在80 ℃条件下恒温磁力搅拌吸附1 h,然后从样品瓶上拔出萃取头,插入设置好条件的GC-MS进样口,250 ℃,解析2 min开始采集数据。

1.4 色谱和质谱条件色谱条件:色谱柱(DB-5MS,30.0 m×0.25 mm,0.25 μm)。色谱条件:进样口250 ℃,不分流进样,色谱柱起始50 ℃,保持1 min,以2.5 ℃/min的速率上升至180 ℃,保持1 min,再以10 ℃/min的速率上升至250 ℃,保持10 min。载气(氦气),流速1.0 mL/min。质谱条件:接口温度280 ℃,离子源温度230 ℃,离子化方式SIM,电子能量70 eV,扫描质量范围45～600 m/z。

1.5 数据统计分析通过NIST14.lib标准谱库检索确定成分种类,采用面积归一法计算各成分的相对含量。结果文件在Excel中处理后,再利用Tbtools软件进行聚类热图、韦恩图的制作和分析。

2 结果与分析

2.1 总离子图沃柑、红江橙、建阳桔柚果皮挥发油的总离子图如图1。

图1 沃柑、红江橙、建阳桔柚果皮挥发油成分总离子图

2.2 各品种果皮挥发油成分在沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮挥发油中分别检测出74、85和74种成分,分别占总挥发油含量的81.6%、87.03%、79.4%;挥发油成分主要为萜烯烃类、酯类、醛类、醇类、酮类和酚类成分,其中,萜烯烃类、酯类、醛类含量最高。萜烯烃类物质含量,沃柑(65.89%)和红江橙(65.51%)相差不大,但均高于建阳桔柚(49.71%)。酸类物质,建阳桔柚(5.96%)明显高于沃柑(0.4%)和红江橙(0.87%)。沃柑果皮挥发油中相对含量较高的成分有柠檬烯(52.26%)、月桂烯(5.25%)、2-蒎烯(1.75%)、芳樟醇(1.33%)、棕榈酸甲酯(1.2%)等。红江橙果皮挥发油中相对含量较高的成分有柠檬烯(44.95%)、月桂烯(4.96%)、2-蒎烯(2.25%)、癸醛(1.26%)、芳樟醇(3.92%)等。建阳桔柚果皮挥发油中相对含量较高的成分有柠檬烯(35.74%)、棕榈酸甲酯(2.35%)、癸醛(2.28%)、(E,E)-2,4-己二烯醛(1.92%)等(见表1)。

表1 沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮挥发油成分GC-MS分析结果

2.3 各品种果皮挥发油的共同成分分析发现,沃柑、红江橙和建阳桔柚含有如下35种相同成分:1-辛醇、芳樟醇、1-壬醇、4-萜烯醇、α-松油醇、橙花醇、香茅醇、紫苏醇、喇叭茶醇、叶绿醇、2-蒎烯、月桂烯、柠檬烯、萜品烯、α-蒎烯、1-石竹烯、(E)-β-金合欢烯、α-衣兰油烯、3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、十七酸甲酯、亚油酸甲酯、亚油酸乙酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、壬醛、癸醛、辛二烯醛、4-(1-甲基乙烯基)-1-环己烯-1-甲醛、香芹酮、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、香芹酚、棕榈酸。柠檬烯具有新鲜橙子香气及柠檬香气,为甜橙精油的主要芳香组分,分析发现在供试3种柑桔果皮挥发油中含量均最高(分别为52.26%、44.95%和35.74%),与前人的测定结果[23-24]基本一致。月桂烯的含量仅次于柠檬烯,在沃柑中含量最高为5.25%、其余两种含量分别为4.96%、2.8%,其具有香油和天竺葵的特有香味[25-26]。芳樟醇是柑桔香气的主要成分之一,具有特殊的花香味[27]。壬醛和癸醛被报道与柑桔果皮中具有辛辣刺激气味有关[28]。脂类、醛类、酮类等都是柑桔果皮挥发油中重要的香味成分,使果实散发出特有的芳香味[29-30]。3个品种果皮挥发油成分关系见图2。

图2 沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮挥发油成分关系

基于35种公共成分进行聚类分析生成热图,可见3个品种果皮挥发油成分构成存在明显差异,可以快速区分3个品种。辛二烯醛、4-(1-甲基乙烯基)-1-环己烯-1-甲醛、芳樟醇、(E)-β-金合欢烯等在红江橙中含量高,可用于区分红江橙果皮挥发油与其他两种柑桔的果皮挥发油。柠檬烯、紫苏醇、α-蒎烯、1-辛醇、香茅醇、香芹酮等在沃柑中含量高,可以通过这6种物质分辨沃柑果皮挥发油与其他两种柑桔的果皮挥发油(见图3)。

图3 沃柑、红江橙和建阳桔柚基于果皮挥发油35种共有成分的聚类分析热图

2.4 各品种果皮挥发油特有成分在相同栽培环境下,某个品种特有而其他对照品种没有的挥发性物质,可视为特有挥发成分[11,31]。根据HS-SPME-GC-MS检测,沃柑果皮挥发油含有蓝桉醇、大根香叶烯、乙酸香叶酯、十八烷酸甲酯、亚麻酸甲酯、青叶醛、香茅醛等21种特有成分。青叶醛、香茅醛等具有特殊的清香,研究表明大根香叶烯等烯类化合物具有一定的抗氧化和消炎效果[32]。红江橙果皮挥发油含有异蒲勒醇、香叶基香叶醇、金合欢醇、(R)-氧化柠檬烯、雪松烯、氧化石竹烯、香叶酸甲酯、油酸甲酯、油酸乙酯、己醛、柠檬醛、反式佛手酚、肉豆蔻酸等29种特有成分。其中柠檬醛的气味能够让人感觉到愉悦,是非常有效的稳定剂[33]。建阳桔柚果皮挥发油含有赛莱宁醇、香榧醇、薄荷烯、吉马烯、反式角鲨烯、十五碳酸甲酯、硬脂酸乙酯、苯乙醛、十三醛、十六醛、2-戊基-2-醛、百里香酚、油酸等20种特有成分。不同柑桔品种特有成分虽然含量较少,但却是特有成分的存在促使不同柑桔品种形成了不同的香味。

3 结论

与溶剂浸提法和水蒸气蒸馏法提取精油成分相比,本研究萃取柑桔果皮挥发油成分采用的顶空固相微萃取技术具有快速高效、准确度高、无需有害萃取试剂的优点,避免了因萃取温度和萃取剂差异造成精油成分损失和破坏。通过GC-MS技术分别从沃柑、红江橙和建阳桔柚果皮挥发油中检测出了74、85、74种成分,主要为萜烯烃、脂类、醛类等成分,3个品种果皮挥发油成分有35种共同成分,又分别含有21、29、20种特有成分。

共同成分和特有成分在种类和含量上的差异是不同柑桔品种果实(果皮)呈现出不同香味的主要因素。本文明确了3个柑桔品种精油成分种类和含量上的差异,为柑桔精油的有效利用及深入开发提供参考。