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(北京工商大學食品學院,北京市食品添加劑工程技術研究中心,北京 100048)

有關西瓜汁風味的萃取,何聰聰?shù)萚9-10]通過不同的萃取方法對西瓜汁香氣成分進行分析和比較,結果表明,頂空法中的固相微萃取法(SPME)和溶劑法中的溶劑輔助蒸發(fā)法(SAFE)是最合適西瓜汁風味萃取的兩種方法,同時驗證西瓜汁中的關鍵香氣成分,包括反-2-壬烯醛、反,順-2,6-壬二烯醛、順-6-壬烯醛、壬醛、己醛、順-6-壬烯醇、順,順-3,6-壬二烯醇等。其中固相微萃取(SPME),主要依據(jù)不同極性涂層的吸附特性將揮發(fā)性化合物富集在萃取頭上,具有操作簡便、敏感、樣品用量少、重現(xiàn)性好等優(yōu)點,但是萃取物的組分易受萃取頭極性的影響;SAFE在低溫、高真空的條件下,更能得到真正可靠的風味提取物,最接近原樣品的香氣輪廓,能夠對中等或低揮發(fā)性組分進行高效提取[11-12]。

關于氣味化合物對整體風味的貢獻的判定,常見用芳香萃取物稀釋分析(Aroma extract dilution analysis,AEDA)來確定具有重要貢獻的關鍵性風味物質[13]。它以人的鼻子作為檢測器進行嗅聞,將溶劑按照一定比例依次稀釋樣品,直至嗅聞不到該氣味為止。在這種方法中,氣味化合物的氣味強度由氣味稀釋因子(Flavor dilution factor,FD因子)來表示,FD因子為將原樣品中的各種氣味化合物稀釋至剛嗅聞不到時所用的最小稀釋倍數(shù)。一般來說,FD因子越大,該化合物的貢獻程度越大。對于固相微萃取這種頂空萃取稀釋的方法,可稱作動態(tài)頂空稀釋分析(Dynamic headspace dilution analysis,DHDA),常采用增大進樣口分流比的方式達到稀釋目的,FD因子即氣味剛嗅聞不到所用的分流比與氣相色譜最初分流比的比值[14]。

目前已有眾多學者對西瓜汁風味進行了研究。西瓜汁中已發(fā)現(xiàn)約300種揮發(fā)性化合物,以醛類、醇類、酯類和羰基化合物最多[15],其中不飽和C9醛和醇是構成西瓜汁香氣活性化合物最重要的揮發(fā)性成分[16]。而從異味角度關于西瓜汁風味的研究,以及熱處理西瓜汁導致的“熱異味”的問題,國內外很少報道。

因此,結合目前西瓜汁現(xiàn)狀,研究西瓜汁熱處理過程中的關鍵異味物質是解決“熱異味”的關鍵所在。本文通過固相微萃取法(SPME)和溶劑輔助蒸發(fā)法(SAFE)對西瓜汁中風味物質進行萃取,結合氣相色譜-嗅聞-質譜技術(GC-O-MS)對熱加工西瓜汁的關鍵異味成分進行分析,以期為西瓜汁熱加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麒麟西瓜 購于北京市永輝超市;2-甲基-3-庚酮,氣味化合物標品 色譜純,美國Sigma公司;正己烷 色譜純,美國Fisher公司;六種關鍵氣味化合物的標品 色譜純,美國Sigma公司;無水乙醚、正戊烷 分析純,北京化學試劑公司;系列烷烴(C7～C30) 色譜純,北京化學試劑公司;氫氧化鈉,氯化鈉,碳酸鈉 分析純,西隴科學股份有限公司;鹽酸 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

真空封口機 深圳市葉通明達科技有限公司;7890A-7000B氣質聯(lián)用儀(配有EI離子源和NIST 08數(shù)據(jù)庫) 美國Agilent公司;Sniffer 9000型嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司;DB-WAX毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美國J&W公司;HH-1超級恒溫水浴鍋 金壇市至翔科教儀器廠;40 mL頂空瓶 德國Gerstel公司;榨汁機HP1858 飛利浦公司;手動固相微萃取進樣器、50/30 μm DVB-CAR-PDMS 美國Supelco公司;TH7-C-1全溫振蕩器 常州華普達教學儀器有限公司;分液漏斗 北京玻璃儀器廠;Vigreux柱(50 cm×內徑1 cm) 北京博美玻璃儀器有限公司;氮吹儀 天津恒奧科技發(fā)展有限公司;溶劑輔助風味蒸發(fā)裝置 Glasbl?serei Bahr,Manching,Germany。

OPNET Modeler業(yè)務建?？梢栽阪溌穼印⒕W(wǎng)絡層和應用層這3個網(wǎng)絡協(xié)議層實現(xiàn)．對于從網(wǎng)絡分層模型的最高層應用層開始的業(yè)務建模,OPNET Modeler提供了8種標準端對端業(yè)務和自定義多端業(yè)務應用配置[11-12]．科文學院校園網(wǎng)目前主要應用為網(wǎng)頁瀏覽、文件下載、郵件收發(fā)和數(shù)據(jù)查詢等,因此在應用層直接利用OPNET Modeler的標準業(yè)務進行配置．

1.2 實驗方法

1.2.1 西瓜汁的制備 西瓜經(jīng)清洗后取瓤,用榨汁機破碎,經(jīng)紗布過濾后,迅速移至保鮮袋中封口,袋裝樣品放置液氮中迅速冷凍后，放置于-80 ℃冰箱冷凍備用。

1.2.1.1 鮮榨組西瓜汁 袋裝冷凍的樣品分別在常溫下進行解凍,之后可進行鮮榨組西瓜汁的風味提取及分析。

1.2.1.2 熱加工組西瓜汁 袋裝冷凍的樣品分別經(jīng)解凍后,在70 ℃水浴條件下加熱20 min,冷卻室溫后即可對該熱加工組西瓜汁風味進行提取分析[17]。

1.2.2 氣味感官評價 鮮榨組與熱加工組西瓜汁各取10 mL放置頂空瓶中,感官評價在放置在無噪音干凈且無異味的房間中進行,為了避免個體差異,12名(7名女性,5名男性,平均年齡30歲左右)感官評價員嚴格按照表1感官評價標準依次對各氣味特征進行打分[18];總分采用5分制原則,0分代表沒有該氣味;3分代表該氣味強度為中等;5分代表該氣味極強,綜合取平均值,將其結果繪制成雷達圖。

1.2.3 風味化合物的提取 本文西瓜汁風味化合物提取的操作參考何聰聰?shù)热薣12]對西瓜汁的萃取方法。

1.2.3.1 固相微萃取法(SPME) 取西瓜汁10 mL于頂空瓶中,同時加入內標物2-甲基-3-庚酮1 μL加蓋密封，使其在水浴鍋中平衡20 min后,用SPME萃取頭吸附40 min,其中水浴鍋溫度穩(wěn)定維持在40 ℃左右。待其萃取完全后,插入GC進樣口,萃取頭在250 ℃高溫條件下解析5 min。鮮榨組和熱加工組西瓜汁每組樣品重復三次。

1.2.3.2 溶劑輔助風味蒸發(fā)法(SAFE) 取西瓜汁樣品100 mL,有機溶劑乙醚與正戊烷分別(2∶1)100 mL和50 mL,內標物2-甲基-3-庚酮50 μL于密閉塑料瓶中,振蕩器處理8 h左右,靜置待其分層后,用分液漏斗取上層有機相。SAFE裝置的安裝一定要保持水平,恒溫水浴鍋溫度為40 ℃,1000 mL圓底燒瓶作為廢液瓶固定在裝置左側,將另一250 mL圓底燒瓶作為樣品接收瓶置于液氮環(huán)境中,冷阱中也充滿液氮。SAFE的進出口連接循環(huán)水浴箱,溫度保持在50 ℃,整個裝置的真空度穩(wěn)定在10-4Pa。將有機層放入樣品瓶中,為維持真空度,每次樣品的添加量必須少量且操作迅速。最后所收集樣品按照中堿性、酸性成分依次分開[19],再分別經(jīng)過無水Na2SO4除水,微格柱濃縮以及氮吹濃縮,使得最終樣品濃縮至1 mL左右。鮮榨組和熱加工組西瓜汁每組樣品重復三次。

1.2.4 GC-O-MS分析條件

1.2.4.1 氣相色譜(GC)條件 樣品經(jīng)過進樣口高溫氣化后,根據(jù)各成分與GC柱子的分配比不同得到分離,分別進入MS檢測器和嗅聞檢測器。GC條件:DB-WAX極性毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),溶劑延遲時間為4 min,程序升溫:初始溫度,40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升溫到200 ℃,保持0 min,再以8 ℃/min升溫到230 ℃,保持3 min,流程總運行時間為41 min。氦氣作為載氣,流速為1.2 mL/min,初始分流比10∶1。

1.2.4.2 質譜(MS)條件 EI離子源,電子能量70 eV,傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度為230 ℃,四極桿溫度為150 ℃,質量掃描范圍m/z 50～500。

1.2.4.3 嗅聞檢測器條件 嗅聞儀接口溫度為220 ℃,其中接口處連接超純水,以保持實驗人員吸入濕潤的氣體從而使鼻粘膜得到保護。實驗人員在嗅聞口進行嗅聞的同時,依次記錄聞到的各氣味開始出現(xiàn)的時間,氣味特征和氣味強度。

1.2.5 定性與定量方法

1.2.5.1 化合物的定性 化合物由質譜數(shù)據(jù)庫[20]和文獻報道[21]的保留指數(shù)RI值和MS圖及芳香特性來鑒定。根據(jù)飽和系列正構烷烴的出峰時間利用如下公式,進行未知物出峰時間RT與RI值之間的換算,將所得的RI值與相關文獻進行比較,從而進一步確定化合物。

式中:ta為樣品中化合物a的保留時間;tn為正構烷烴Cn的保留時間(樣品a的保留時間應在正構烷烴Cn和C(n+1)之間)。

1.2.5.2 化合物的定量 以濃度為0.816 μg/μL的2-甲基-3-庚酮為內標物,采取內標半定量方法做定量分析[22],即通過內標物的濃度和峰面積與未知物的峰面積按照如下公式計算:

式中:AI、AX、CI、CX分別為內標物的峰面積、未知物的峰面積、內標物的濃度、未知物的濃度。

1.2.6 關鍵異味成分的鑒定 將熱加工組西瓜汁分別以SPME和SAFE兩種方法結合嗅聞做稀釋分析,其中稀釋比例為3n(n=1,2,3…)。對于SPME進樣分析方法,初始分流比為10∶1,每次進樣依次增加分流比即30∶1、90∶1、270∶1等,直至嗅聞不到任何氣味為止,對應的FD因子依次為3、9、27等[14];對于SAFE方法的稀釋分析,即將SAFE得到的濃縮液依次用乙醚和正戊烷按3n比例進行AEDA稀釋,進樣分析結合嗅聞,直至嗅聞不到任何氣味為止，分別計算兩種方法下每種氣味化合物的FD因子。每組樣品平行三次。

1.2.7 重組驗證實驗 西瓜汁重組基質含10 mL超純水,并用檸檬酸、葡萄糖調整最終基質糖度維持在8±0.06 Brix左右,pH在5.7±0.1左右[10],以接近真實基質。將以上初步得出的關鍵氣味化合物的標品按照所求濃度進行模型構建,并與真實熱加工西瓜汁進行感官評價。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析 表格與雷達圖制作由Microsoft Office Excel 2010軟件完成,采用SPSS Statistics 17.0 軟件對其進行單因素方差分析及顯著性分析,顯著性分析采用Duncan檢驗。

2 結果與分析

2.1 氣味感官評價

從感官評價的結果來看,鮮榨組西瓜汁以黃瓜味、青草味、果香味等清新氣味為主;熱加工西瓜汁則以蒸煮味,脂肪味等令人不愉悅的氣味為主,其中以蒸煮味最為強烈。但是后期對揮發(fā)性風味物質的鑒定,并未檢索到與蒸煮味、脂肪味直接有關的物質,所以加熱后該不愉快氣味的產(chǎn)生應該是多種物質綜合作用的的結果。

圖1 加熱組與鮮榨組的氣味感官評價雷達圖Fig.1 Sensory evaluation radar diagram of heating group and fresh pressing group

2.2 GC-O-MS分析及討論

利用SPME和SAFE兩種方法結合,分別萃取鮮榨組與熱加工組西瓜汁的揮發(fā)性風味物質,將總離子流圖的出峰結果與質譜庫匹配,最終確定西瓜中揮發(fā)性化合物以及各嗅聞到的揮發(fā)性化合物的稀釋倍數(shù),并依據(jù)鮮榨與熱加工西瓜汁揮發(fā)性成分的濃度做顯著性分析。

從表2和表3數(shù)據(jù)結果可以看出,加熱前后西瓜汁的風味化合物皆以醛類、醇類和酮類為主。用SPME檢測出33種風味物質,其中醛類18種,醇類10種,酮類4種;而SAFE檢測出22種風味物質,其中醛類4種,醇類6種,酮類3種,即SPME檢測出的化合物多于SAFE,但是含硫化合物只有SAFE法檢出。從嗅聞結果來看,SPME嗅聞到的化合物有10種,SAFE嗅聞到的化合物僅有4種,大多數(shù)化合物因其濃度過低或閾值過高而無法被實驗人員嗅聞到。綜合比較SPME和SAFE兩種方法的差異,SPME檢測出的化合物多于SAFE,可能與SAFE濃縮操作中低沸點高揮發(fā)風味物質的損失有關,也可能是不穩(wěn)定的風味物質與有機溶劑在混勻過程中發(fā)生了化學反應[23]。對于含硫化合物只有SAFE檢測出,可能與SPME的纖維涂層的吸附特性有關[23]。因此西瓜汁的風味化合物要SPME和SAFE兩種方法結合才能達到全面萃取。

表2 西瓜SPME中揮發(fā)性成分及稀釋結果Table 2 Volatile compounds in SPME of watermelon and dilution results

表3 西瓜SAFE中揮發(fā)性成分及稀釋結果Table 3 Volatile compounds in SAFE of watermelon and dilution analysis results

根據(jù)FD稀釋因子結合嗅聞結果,初步判斷熱加工西瓜汁中反,反-2,4-庚二烯醛(脂肪,堅果味)、反,順-2,6-壬二烯醛(黃瓜,清新味)、1-壬醇(脂肪,清香味)、(E,Z)-2,6-壬二烯-1-醇(黃瓜味)、香葉基丙酮(花香,甜味)、(Z)-β-紫羅酮(花香,燕麥味)是可能的關鍵香氣成分,這與何聰聰?shù)萚12]研究結果相似。

因為熱加工西瓜汁的蒸煮等不愉快氣味是多種物質綜合作用的結果,通過加熱前后濃度的對比,西瓜汁中以下物質經(jīng)加熱后含量明顯增加:反-2-戊烯醛(草莓,水果香)、(Z)-β-紫羅酮(花香,燕麥味)、反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)、己醛(青草味)、二乙基二硫醚(大蒜,刺鼻味)、己醇(花香,苦味)、1-壬醇(脂肪,清香味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味),結合氣味特征,其中反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)、二乙基二硫醚(大蒜,刺鼻味)、己醇(花香,苦味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)對整體異味的產(chǎn)生影響較其他含量顯著增加的香氣成分貢獻大。

因此熱加工西瓜汁中FD因子較大且加熱后含量顯著增加,同時其氣味特征表現(xiàn)令人不悅的風味物質都可能是整體異味的來源,綜合作用生成令人不愉快氣味。根據(jù)FD因子的排序,按照異味貢獻強度及氣味特征[24],初步判斷熱加工西瓜汁的關鍵異味化合物如下:反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)FD>81、反-2-辛烯醛(脂肪,苦咖啡味)FD>81、己醇(花香,苦味)FD=81、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)FD=81、癸醛(肥皂,刺激味)FD=81、正辛醇(金屬,燒焦氣味)FD=27。

2.3 重組驗證結果分析

將以上初步得出的六種關鍵異味化合物的標準品按照定量濃度復配到西瓜汁基質的,為了真實還原西瓜汁風味,同時加入上述六中西瓜汁關鍵香氣物質標準品。感官評價標準同1.2.2氣味感官評價,雷達圖結果如圖4所示。

圖4 重組西瓜汁與加熱組的氣味感官評價雷達圖Fig.4 Sensory evaluation radar diagram of recombination and thermal treatment watermelon juice

因重組后各個氣味特征平均打分較低，所以雷達圖中最大分值以3分呈現(xiàn)。由圖4可看出，氣味特征相似度最高的是花香味、果香味；重組西瓜汁與加熱西瓜汁相比，黃瓜味、青草味的氣味特征分值升高，蒸煮味、脂肪味這些不愉快氣味較真實體系降低，清香味也略有降低。圖4中八個香氣特征在重組和熱加工西瓜汁中均不存在顯著差異(p<0.05)，整體氣味特征基本一致，表明熱加工重組模型構建成功，基本驗證了以上六種異味化合物能近似代表熱加工西瓜汁的整體異味。因此可初步認為反-2-庚烯醛、反-2-辛烯醛、己醇、二丙基二硫醚、癸醛、正辛醇為關鍵異味物質。

3 結論

采用SPME和SAFE兩種方法分別對鮮榨和熱加工西瓜汁的風味物質進行盡可能全面地萃取。鮮榨西瓜汁以黃瓜、青草、果香等清香型為主,而熱加工西瓜汁以蒸煮、脂肪等令人不悅的異味為主。利用GC-O-MS儀器,從異味的角度對熱加工西瓜汁風味成分進行研究,結合重組實驗的驗證,初步判斷熱加工西瓜汁的關鍵異味化合物包括如下:反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、己醇(花香,苦味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)。