不同品种红枣香气分析与评价

贾宇尧，石然启，高京草，吐尔逊阿依·达吾提，哈力娜·哈麦拉，韩刚*

（1.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100；3.新疆林业学校，新疆 乌鲁木齐 830026）

枣（Ziziphus jujuba Mill.）是我国特有的经济林果，已有7 000 多年的栽培利用历史，品种资源非常丰富，达700 多个，主要被制成红枣（即干枣）消费利用，为我国第一大干果经济林树种[1-2]。新疆南疆因日照时间长、昼夜温差大、降雨量少等气候特点，生产的红枣品质优异，成为我国最大的红枣种植生产区，种植面积达44.5 万hm2，占全国的60%左右[3]。近年来，随着红枣市场需求饱和，价格跌落，消费者及加工企业对红枣的选择也提出了更高要求，更加注重红枣的风味特性，而其中的红枣香气由于首先通过嗅觉感知，成为风味评价的重要指标[4]。众多研究发现，红枣香气由大量挥发性化合物（volatile organic compounds，VOCs）混合构成，主要包括酯类、酸类、醇类、醛类、酮类及烃类等物质[4]。目前，相关研究多从干制方式[5]、贮藏条件[6]和成熟度[7]等方面探讨对红枣香气的影响，仅少量研究关注于红枣香气的关键挥发性成分[8]，而相较于金橘、柠檬、西梅及蓝莓等果实，对红枣关键呈香物质及品种间差异香气成分的比较研究较少[9-11]，尤其关于红枣关键气味活性物质及香气评价均鲜有报道。此外，红枣挥发性化合物因其独特的香气而广泛应用于食品、天然香精香料等行业[12]。

为深入了解不同品种红枣的香气成分及其差异，科学评价红枣香气品质，必须对其挥发性组分进行准确的定性及定量分析。顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid phase microextraction-gas chromatography -mass spectrometry，HS-SPME-GC -MS）法因其操作便捷、灵敏度高、选择性及重复性好等优点而被广泛应用于食品香气研究领域，能准确反映样品挥发性物质的基本组成，逐渐成为探索果实香气的最佳方法之一[13-14]。本研究以南疆地区主要栽培的5 个品种红枣为试材，基于HS-SPME-GC-MS 技术结合气味活度值法及多元统计分析测定和分析评价5 种红枣的香气成分与香气品质，以期为红枣风味品质评价、食品加工利用及品种选育提供理论和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

七月鲜（QYX）、骏枣（Jun）、灰枣（Hui）、金昌1 号（Jin）和赞皇大枣（Zan）完熟期果实材料均来自新疆阿克苏地区温宿县立地条件一致且统一管理的枣园。每个品种选择5 株生长健康、长势及坐果基本一致的盛果期枣树，每株于上层分东南西北各随机选取5 个完熟期果实，每个品种合计100 个果实，带回实验室在60 ℃下烘干6 h 后取出（含水率约为23%），冷却至室温后装入塑料袋使水分平衡5 d，去核后真空冷冻干燥，研磨（30 Hz，1.5 min）至粉末状，于-80 ℃超低温冷冻保存，用于挥发性物质测定。

甲醇、2-壬酮（均为色谱纯）：德国Merck 公司。

1.2 仪器与设备

Scientz-100F 冷冻干燥机：宁波新芝生物科技公司；MM400 研磨仪：德国Retsch 公司；SPME 进样器、DVB/CAR/PDMS 50 μm/30 μm 萃取头：美国Supelco 公司；ISQ 气质联用仪：美国Thermo fisher 公司。

1.3 方法

1.3.1 挥发性成分提取

采用SPME 手动进样器和DVB/CAR/PDMS 50 μm/30 μm 萃取头提取挥发性物质。在40 mL 顶空瓶底部加5 μL 体积分数为33.33%的2-壬酮作为内标，再准确称取5.0 g 样品粉末于顶空瓶内，锡箔纸封口；40 ℃水浴平衡10 min，萃取40 min，完成香气吸附，试验重复3 次。

1.3.2 气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析

利用气质联用仪进行挥发性物质测定。GC 条件：GS-Tek-5MS 石英毛细管柱（0.25 mm×30 m×0.25 m）；升温程序：40 ℃保持2 mim，以5 ℃/min 升至130 ℃并保持2 min，再以10 ℃/min 升至250 ℃并保持5 min；进样口温度230 ℃；载气（He）流速1 mL/min，分流进样，分流比50∶1；进样量2 mL。MS 条件：电子轰击离子源；电子能量70 eV；离子源温度250 ℃；传输线温度230 ℃；质量扫描范围amu 35～400。

1.3.3 挥发性成分定性及定量分析

挥发性物质经GC-MS 分析鉴定后，利用Xcalibar 工作站NIST 2010 标准谱库检索各组分，结合相关文献资料对红枣挥发性物质进行定性，仅选择匹配率大于800 的鉴定结果，按面积归一化法计算各物质相对含量，其计算公式如下，并以2-壬酮为内标进行精确定量。

式中：M 为挥发性物质含量，μg/g；S、s 分别为挥发性物质峰面积和内标峰面积；C 为内标浓度，μg/μL；V为内标体积，μL；m 为样品质量，g。

1.3.4 挥发性成分气味活度值测定

挥发性成分的气味活度值（odor activity value，OAV）计算参考马敬宜等[15]的研究，OAV≥1 的挥发性物质为红枣的关键香气成分。

1.3.5 红枣香气品质评价

基于红枣关键香气成分的主成分分析（principal component analysis，PCA）建立红枣香气评价模型，比较所试红枣的香气品质，具体方法参考王超等[16]的研究。

1.4 数据处理

采用SPSS 26.0 对样本数据进行差异显著性分析，使用SIMCA14.1 和Origin 2021 进行主成分分析和聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）。

2 结果与分析

2.1 不同品种红枣挥发性成分数量及含量分析

不同品种红枣VOCs 类别及数量见表1 和图1。

图1 不同品种红枣VOCs 数量韦恩图Fig.1 Venn diagram of species of volatile organic compounds of different jujube cultivars

表1 不同品种红枣VOCs 类别及数量Table 1 Categories and species of volatile organic compounds of different jujube cultivars

如表1 所示，分别在七月鲜、骏枣、灰枣、金昌1 号和赞皇大枣中检出86、57、58、65 种和67 种挥发性物质，可分为8 类126 种，酯类数量最多，酸类、烃类、酮类次之，而醛类、醇类、酚类及其它类挥发物数量相对较少，甚至在骏枣、灰枣和金昌1 号中未检测到酚类物质。如图1 所示，5 种红枣均含有的挥发性物质为27种（酯类18 种、酸类5 种、醛类3 种、酮类1 种），其中，己酸乙酯（0.76～3.32 μg/g DW）、戊酸乙酯（0.26～0.42 μg/g DW）、丁酸乙酯（0.12～0.28 μg/g DW）、3-甲基丁酸乙酯（0.06～0.46 μg/g DW）、3-羟基-2-丁酮（0.09～0.69 μg/g DW）及苯甲醛（0.03～0.17 μg/g DW）的含量较高。此外，七月鲜、骏枣、灰枣、金昌1 号和赞皇大枣分别有19、5、2、6 种和10 种特有挥发性成分。例如2-甲氧基苯酚、月桂醛、辛醛、2-甲基己酸、香树烯、L-薄荷酮及呋喃等仅存在于七月鲜中；γ-葵内酯、正十六烷酸、丙酸等只存在于骏枣中；十三烷和1-1，4-二甲基-3-环己烯-1-乙酮为灰枣特有；2-乙基己醛、反-2-庚烯酸、顺-2-庚烯、3-羟基丁酸乙酯和癸酸甲基酯为金昌1 号独有；而异戊酸甲酯、顺-9-十六碳烯酸乙酯、1-十六烷醇、2-甲基十一烷酸、二十一烷等为赞皇大枣特有。

不同品种红枣VOCs 各类别含量见图2。

图2 不同品种红枣VOCs 含量Fig.2 Content of volatile organic compounds in different jujube cultivars

由图2 可知，5 种红枣挥发物总量由高到低依次为灰枣（6.34 μg/g DW）＞七月鲜（5.18 μg/g DW）＞赞皇大枣（3.87 μg/g DW）＞金昌1 号（3.66 μg/g DW）＞骏枣（2.85 μg/g DW）。5 种红枣酯类物质含量均最高，占挥发物总量的57.67%～83.32%。酸类和酮类次之。醛类、醇类和烃类含量相对较少，并因品种而异。而酚类（0.00%～1.66%）和其它类挥发物（0.07%～3.13%）含量极少甚至检测不到。然而，同一类别挥发物含量在枣品种间表现出显著差异，如醇类、烃类和酚类物质含量在七月鲜中显著高于其它4 个品种，酯类和酮类物质含量在灰枣中最高，而酸类和醛类含量则在金昌1 号中最高。

2.2 不同品种红枣挥发性化合物OAV 分析

挥发性组分对红枣香气的贡献不仅与该组分在枣果中的浓度相关，其阈值也是非常重要的参考依据。OAV 是挥发性化合物质量浓度与其阈值之比，一般认为OAV≥1 的化合物为整体香气的关键物质，参照相关文献中部分挥发物在水中的阈值计算各物质的OAV。

不同品种红枣关键挥发性化合物的OAV 见表2。

表2 不同品种红枣关键挥发性化合物的OAVTable 2 Odor activity value of key volatile organic compounds in different jujube cultivars

由表2 可知，共确定了23 种关键挥发性香气物质，以酯类（12 种）和醛类（5 种）物质为主，约占74%，对红枣香味影响较大。丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯是5 种红枣共有的关键香气成分，其中丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和己酸乙酯的OAV 均大于100，对红枣香气构成有重要贡献，且在QYX、Hui 明显更高。QYX、Hui 和Jin 中戊酸乙酯的OAV 明显高于Jun 和Zan；Hui 中己酸乙酯、3-羟基丁酮的OAV 明显高于其它4 个枣品种；Jin 中1-辛烯-3-醇的OAV 明显高于其它4 个品种。此外，QYX 特有的关键香气活性物质包括辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚；Jun 特有的关键香气成分为γ-葵内酯；Jin 的特有关键香气成分为癸酸甲基酯。

2.3 不同品种红枣的多元统计分析与香气品质评价

为探索5 种红枣的香气差异，对5 种红枣的关键香气物质进行多元统计分析，主成分分析结果见图3。

图3 红枣关键挥发性化合物主成分分析Fig.3 Principal component analysis of key volatile organic compounds in jujube

如图3 所示，主成分分析中前3 个主成分方差贡献率分别为47.767%、23.303%和13.266%，累计贡献率为84.337%。各红枣品种样本内部聚集较好，品种间分离明显。

5 种红枣的关键香气物质层次聚类分析结果见图4。

图4 红枣关键挥发性化合物聚类分析Fig.4 Hierarchy cluster analysis of key volatile organic compounds in jujube

如图4 所示，层次聚类分析将5 种红枣分为4 类，Ⅰ类为QYX，Ⅱ类为Jin，Ⅲ类为Hui，Ⅳ类为Zan 和Jun。结合PCA 和HCA 结果表明，此5 种红枣具有不同的香气特征。

为进一步比较所试5 种红枣的香气品质，基于PCA 建立红枣香气评价模型。PCA 中前3 个主成分累计贡献率达84.337%，已包含红枣香气的绝大部分信息，各变量信息见表3 和表4。

表3 红枣关键香气成分的主成分分析Table 3 Principal component analysis of key aroma components in jujube

表4 关键香气成分的特征向量和载荷矩阵Table 4 Eigenvalues and loads of key aroma components

由表3 和表4 可知，各变量信息在PC1、PC2 和PC3 中的权系数较高，因此可用S1、S2和S3这两个新的综合指标代替原来的23 个关键挥发物指标，对5 种红枣进行分析，得出VOCs 的线性关系式分别如下。

式中：S1、S2和S3分别表示综合主成分值；C1、C2……C23分别表示23 种香气成分标准化后的含量；F为对应的特征向量值。

以第一主成分贡献率（α1）、第二主成分贡献率（α2）和第三主成分贡献率（α3）作为权数，建立香气综合评价模型S=S1×α1+S2×α2+S3×α3，计算综合评价指标的分值S。主成分综合得分可以有效反映不同品种红枣的香气品质。

不同品种红枣香气评价得分及排名见表5。

表5 不同品种红香气得分及排名Table 5 Aroma scores and ranking of different jujube cultivars

由表5 可知，七月鲜在第一主成分上得分最高，而赞皇大枣最低；灰枣在第二主成分上得分最高，金昌1 号最低；灰枣在第三主成分上得分最高，骏枣最低。综合得分从高到低依次为七月鲜（2.933）＞灰枣（0.415）＞赞皇大枣（-0.945）＞骏枣（-1.158）＞金昌1 号（-1.246）。由此表明，七月鲜香气品质最优，灰枣次之，均明显优于赞皇大枣、骏枣及金昌1 号。

3 讨论

据报道，酯类、酸类、醇类、醛类、酮类及烃类等物质是构成枣香气的主要成分。本试验采用HS-SPMEGC-MS 技术对5 个品种红枣的检测结果亦是如此，并在个别品种中检出少量酚类和其它类物质，共计8 类126 种，较前人所报道的红枣挥发物数量更多[5]。

5 种红枣均以酯类挥发物数量最多、酸类次之，与李焕荣等[19]对新疆灰枣干果的测定结果基本一致。各枣品种均以酯类挥发物含量最高，特别是己酸乙酯，占酯类总量的39.63%～62.65%，与赵进红等[20]结果一致。本试验发现，己酸乙酯、苯甲酸乙酯和辛酸乙酯等为5 种红枣共有关键挥发成分，是红枣的主要呈香物质。Zhu 等[8]研究表明己酸乙酯是金丝小枣、油枣和玉枣的香气活性物质。苯甲酸乙酯天然存在于桃、菠萝、醋栗及红茶中，具有甜香、果香和薄荷香气，可用于香水、香精的配制和食品加工[21]。辛酸乙酯具有果香和白兰地酒香味，是芒果、鸭梨等果实的主要香气物质[22-23]。由此推测，己酸乙酯、苯甲酸乙酯和辛酸乙酯等酯类挥发物亦可能对红枣果实香气的形成具有重要贡献。酸类和烃类虽然是红枣中较为丰富的挥发性成分，但其阈值较高，对枣果整体风味贡献较小，相反数量较少、含量较低的醛类等化合物对红枣香气贡献更大。5 种红枣中也检测出9 种醛类物质，其中辛醛、顺-2-辛烯醛、月桂醛、顺-2-癸烯醛和壬醛被确定为红枣的关键香气成分。此外，在个别品种红枣中检测到酮类、醇类、酚类及其它类物质，其中2-戊基呋喃和2，5-二甲基吡嗪等大多在干制过程中通过美拉德反应产生，可以赋予红枣独特的焦香味。

不同品种红枣因其挥发性香气物质的种类及含量不同，而导致香气各异。例如辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚为QYX 特有香气活性成分，且2，5-二甲基吡嗪和2-戊基-呋喃含量明显高于其它4个枣品种，辛醛具有强烈甜橙香气，主要用于柑橘类香料的调制[24]，赋予了QYX 浓郁的果香味及独特坚果香气。Hui 中的3-羟基丁酮含量是其它品种的3.72～193.84 倍，与其具有醇厚“奶香味”的普遍评价非常契合。Jin 也因其独有的癸酸甲基酯和高含量的1-辛烯-3-醇而香气特异，其中1-辛烯-3-醇带有强烈的蘑菇香、土壤香及药草香味，在烘烤食品、加工蔬菜、调味品及人造精油中均有使用[25]。Jun 特有的γ-葵内酯也赋予其独特的桃果香气。辛醛、月桂醛、2-甲氧基苯酚、2，5-二甲基吡嗪、2-戊基-呋喃、3-羟基丁酮、癸酸甲基酯、1-辛烯-3-醇和γ-葵内酯等关键香气物质不仅是导致5 种红枣香气差异的重要成分，并可作为标志性香气活性物质，为红枣品种的鉴别区分提供依据[26]。

4 结论

在新疆地区的七月鲜、灰枣、骏枣、金昌1 号和赞皇大枣中分别检测到86、57、58、65 种和67 种挥发性物质，共8 类（酯、酸、烃、酮、醛、醇、酚及其它类）126 种，以酯类化合物种类最多、含量最高。丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯是红枣的主要香气成分。筛选出导致不同品种红枣香气差异的关键挥发性物质，包括七月鲜中的辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚；骏枣中的γ-葵内酯；灰枣中的3-羟基丁酮；金昌1 号中的癸酸甲基酯和1-辛烯-3-醇。这些挥发性物质，可作为品种区分的标志性香气活性物质。七月鲜和灰枣的挥发性香气成分含量高且香气品质优异，是优质的红枣种质资源，具有更大的食品加工利用潜力和育种价值。