楊 帆， 陳爾豹， 牛曉媛， 律 詩(shī)， 劉 野， 張 雨， 鄒婷婷

(北京工商大學(xué) 食品與健康學(xué)院， 北京 100048)

西瓜汁因其清爽的口感、誘人的顏色和潛在的健康益處變得越來(lái)越受歡迎[1]。西瓜汁的水分活度很高，病原微生物可能會(huì)由于其酸度較低而快速生長(zhǎng)。熱處理通常用于滅活果汁中的微生物和酶，以延長(zhǎng)貨架期[2]。西瓜作為一種熱敏性的水果，熱處理不可避免會(huì)破壞其香氣，形成“蒸煮味”，影響消費(fèi)者的接受度[3-4]。

迄今為止，西瓜汁中已經(jīng)報(bào)道的氣味化合物有數(shù)百種，以烯烴醛、飽和醛、醇、酮和酯為主[5-6]，其中不飽和C9醇和醛是西瓜汁氣味活性化合物的重要成分[7]。何聰聰?shù)萚8]采用固相微萃取法(solid-phase microextraction, SPME)和溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)法(solvent-assisted flavor evaporation，SAFE)進(jìn)行西瓜汁風(fēng)味萃取，并確定西瓜汁中的關(guān)鍵氣味成分，包括反-2-壬烯醛、反,順-2,6-壬二烯醛、反,順-2,6-壬二烯醇、順-6-壬烯醛等。Liu等[9]通過(guò)兩種方法萃取不同種類的西瓜汁揮發(fā)性化合物，發(fā)現(xiàn)SPME對(duì)醛類、醇類和酮類有較好的提取效率，而SAFE對(duì)西瓜汁中含硫化合物的提取效率更高。因此，在西瓜汁的風(fēng)味研究中，采用SPME和SAFE相結(jié)合的方法能有效提取氣味化合物。對(duì)于熱處理西瓜汁導(dǎo)致的“熱異味”問(wèn)題，楊瀟等[10]通過(guò)氣相色譜- 嗅聞- 質(zhì)譜法(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-O-MS)初步鑒定出了西瓜汁中反-2-庚烯醛、反-2-辛烯醛、二丙基二硫醚等6種關(guān)鍵異味成分。

目前有關(guān)西瓜汁風(fēng)味的研究多集中在鮮榨西瓜汁，缺少對(duì)熱處理后西瓜汁風(fēng)味的關(guān)注，而對(duì)西瓜汁加熱前后氣味化合物變化的研究較少。本研究以鮮榨及加熱西瓜汁為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)GC-O-MS對(duì)樣品進(jìn)行揮發(fā)性氣味化合物分析，對(duì)比西瓜汁熱處理前后的氣味化合物的變化，以期為西瓜汁熱加工研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麒麟西瓜，北京永輝超市；正己烷，色譜純，美國(guó)Fisher公司；無(wú)水硫酸鈉，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正構(gòu)系列烷烴(C7～C30)、2-甲基-3-庚酮、關(guān)鍵氣味化合物標(biāo)準(zhǔn)品，均為色譜純，美國(guó)Sigma公司；無(wú)水乙醚、正戊烷，均為分析純，北京化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A- 7000B型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀(配有EI離子源和NIST 08數(shù)據(jù)庫(kù))，美國(guó)Agilent公司；Sniffer 9000型嗅聞儀，瑞士 Brechbuhler公司；DB- WAX型毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，美國(guó)J&W公司； SPME萃取頭(50/30 μm DVB-CAR-PDMS)，美國(guó)Supelco公司；Vigreux柱(50 cm×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(fēng)味蒸發(fā)裝置，德國(guó)Glasbl?serei Bahr公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1西瓜汁樣品制備

為減小西瓜個(gè)體差異，一次性購(gòu)買所有待檢測(cè)樣品且保證西瓜新鮮、飽滿。西瓜清洗后取瓤、破碎，經(jīng)紗布多次過(guò)濾至無(wú)泡沫后，迅速移至保鮮袋中密封。袋裝樣品置于液氮中迅速冷凍后于-80 ℃冰箱貯藏備用。

鮮榨組西瓜汁：袋裝樣品在4 ℃條件下正常解凍后立即分析。

熱處理西瓜汁：袋裝樣品在4 ℃條件下正常解凍后，模擬巴氏殺菌，在70 ℃條件下水浴加熱30 min。

1.3.2氣味化合物的提取

1.3.2.1 固相微萃取法

參考何聰聰?shù)萚8]對(duì)西瓜汁的萃取方法，量取10 mL西瓜汁樣品于40 mL頂空瓶中，加入1 μL 2-甲基-3-庚酮(0.816 μg/μL)作為內(nèi)標(biāo)物密封。將裝有樣品的頂空瓶在40 ℃下平衡20 min，使用SPME萃取頭在相同溫度下吸附40 min。待萃取完全后，將萃取頭插入GC進(jìn)樣口，在250 ℃下解析5 min。鮮榨組和熱處理西瓜汁樣品均重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。

1.3.2.2 溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)法

在Engel等[11]方法上稍作修改。量取100 mL西瓜汁樣品于250 mL離心瓶中，加入體積比為2∶1的乙醚和正戊烷150 mL作為溶劑，同時(shí)加入50 μL 2-甲基-3-庚酮溶液(0.816 g/mL)作為內(nèi)標(biāo)參照。將此樣品瓶放入4 ℃搖床，在180 r/min的條件下萃取氣味化合物8 h，經(jīng)過(guò)濾得到溶有氣味物質(zhì)的有機(jī)相萃取液備用。將容積為500 mL和250 mL的圓底燒瓶接于裝置兩側(cè)，分別作為蒸餾裝置和樣品冷阱接收裝置，蒸餾裝置溫度設(shè)定為恒溫40 ℃，冷阱接收裝置溫度設(shè)定為-196 ℃，通過(guò)液氮維持。SAFE裝置需要維持真空狀態(tài)，復(fù)合分子渦輪泵將系統(tǒng)壓力維持在低于10-4Pa，循環(huán)水浴裝置可以使整個(gè)系統(tǒng)溫度維持在50 ℃。待SAFE系統(tǒng)真空度及溫度穩(wěn)定后，將有機(jī)相萃取液通過(guò)SAFE裝置均勻緩慢的滴入蒸餾瓶中。冷阱接收裝置收集到的有機(jī)相經(jīng)過(guò)解凍和除水(無(wú)水硫酸鈉)后通過(guò)Vigreux柱濃縮至10 mL，最后將萃取液氮吹濃縮至200 μL。進(jìn)樣時(shí)吸取1 μL萃取液打入 GC 進(jìn)樣口進(jìn)行解吸分離，鮮榨組和熱處理西瓜汁樣品均重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。

1.3.3GC-O-MS分析條件設(shè)定

色譜條件：升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?5 ℃，保持3 min后，以6 ℃/min升溫至210 ℃，再以8 ℃/min升至230 ℃維持3 min。載氣為氦氣，其恒定流速設(shè)為1.2 mL/min，進(jìn)樣口溫度為250 ℃。分流比設(shè)為不分流。

質(zhì)譜條件：離子源為EI離子源，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為280 ℃，四極桿溫度為150 ℃，溶劑延遲5 min，質(zhì)量掃描范圍m/z為50～350。

嗅聞儀條件：氣味輸出通過(guò)無(wú)涂層填充的色譜柱，色譜柱溫度設(shè)定為200 ℃，3名經(jīng)驗(yàn)豐富的感官小組成員對(duì)GC-O輸出的氣味化合物進(jìn)行嗅聞，依次記錄氣味出現(xiàn)的時(shí)間、氣味特征和氣味強(qiáng)度。

1.3.4氣味化合物定性分析

定性方法[12]：采用質(zhì)譜定性、保留指數(shù)(RI)對(duì)比和嗅聞(O)對(duì)比相結(jié)合的方式對(duì)氣味化合物進(jìn)行定性分析。根據(jù)目標(biāo)物的出峰時(shí)間及相同氣質(zhì)條件下系列烷烴的出峰時(shí)間計(jì)算實(shí)際RI值，見(jiàn)式(1)：

(1)

式(1)中：n表示系列烷烴的碳原子個(gè)數(shù)；Tn為正構(gòu)烷烴Cn的保留時(shí)間；Ta為樣品中化合物a的保留時(shí)間(化合物a的保留時(shí)間在Cn與Cn+1之間)。

嗅聞方式即通過(guò)GC-O-MS，利用感官評(píng)價(jià)員的鼻子作為檢測(cè)器感知從色譜柱上分離出的氣味化合物的氣味并做記錄，最后根據(jù)已有的文獻(xiàn)進(jìn)行RI值和氣味特征的比對(duì)。

1.3.5氣味化合物稀釋分析

香氣提取稀釋分析法(AEDA)[12]：對(duì)SAFE提取的濃縮液以提取時(shí)所用的溶劑(乙醚和正戊烷體積比2∶1的混合液)進(jìn)行1∶3n的逐級(jí)稀釋，并將稀釋后的溶液進(jìn)行GC-O-MS分析，直到感官評(píng)價(jià)員嗅聞不到氣味為止，該稀釋倍數(shù)為氣味稀釋(FD)因子。

動(dòng)態(tài)頂空稀釋分析法(DHDA)：對(duì)SPME進(jìn)樣，參考Kim等[13]和Ferreira等[14]的方法，通過(guò)改變GC進(jìn)樣口分流比，按照3n∶1逐級(jí)稀釋分析，其FD因子分別對(duì)應(yīng)1、3、9、27、81等[15]。

1.3.6關(guān)鍵氣味化合物定量分析

采用內(nèi)標(biāo)半定量和外標(biāo)定量?jī)煞N定量方式。

內(nèi)標(biāo)半定量方法是在GC-MS模式為全掃描的條件下操作的，以質(zhì)量濃度為0.816 μg/μL的2-甲基-3-庚酮為內(nèi)標(biāo)物，即通過(guò)內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量濃度和峰面積與未知物峰面積比值計(jì)算，見(jiàn)式(2)[16]：

(2)

式(2)中，f表示相應(yīng)因子，A1、Ax分別代表內(nèi)標(biāo)物峰面積和未知物峰面積，ρ1、ρx分別代表內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度和未知物質(zhì)量濃度。

外標(biāo)定量方法的質(zhì)譜掃描條件為選擇離子監(jiān)測(cè)(selected ion monitor，SIM)模式[17]。以目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)參照物2-甲基-3-庚酮質(zhì)量濃度比為橫坐標(biāo)，SIM模式下目標(biāo)物與所對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)物定量離子的峰面積比為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到一次方程。對(duì)樣品同樣進(jìn)行SIM掃描，將峰面積代入方程得到對(duì)應(yīng)質(zhì)量濃度。

1.3.7香氣活性值的計(jì)算

精確定量的關(guān)鍵氣味化合物對(duì)應(yīng)的香氣活性值(odor activity value, OAV)可用來(lái)驗(yàn)證氣味化合物對(duì)整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)大小，通常認(rèn)為，OAV>1代表該化合物可被嗅聞，該組分對(duì)香氣整體有貢獻(xiàn)作用，且該值越大代表其貢獻(xiàn)度越大。OAV計(jì)算見(jiàn)式(3)[17]：

(3)

式(3)中，ρi為待測(cè)組分的質(zhì)量濃度，OTi為該組分在水中的閾值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

表格制作由Microsoft Office Excel 2010軟件完成，采用IMB SPSS Statistics 26進(jìn)行單因素方差分析和顯著性分析，顯著性分析采用Duncan檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 氣味化合物定性分析結(jié)果

利用SPME和SAFE兩種方法結(jié)合，分別萃取鮮榨及熱處理西瓜汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，見(jiàn)表1、表2。從表1、表2可以看出，西瓜汁加熱前后的氣味化合物皆以醛類、醇類和酮類為主。

在鮮榨西瓜汁中共鑒定出44種氣味化合物，其中醛19種、醇9種、酮6種、酯3種、酸3種、其他物質(zhì)4種；感官小組嗅聞到15種氣味化合物，以不飽和C9醇、醛類為主，例如反,順-2,6-壬二烯醛、反,順-2,6-壬二烯醇、香葉基丙酮、異戊酸香葉酯等，這些物質(zhì)具有清香、黃瓜味、青草味、果香等令人愉悅的氣味。

根據(jù)FD因子結(jié)合嗅聞結(jié)果，初步判定鮮榨麒麟西瓜汁中的關(guān)鍵氣味成分可能為壬醛(清香、青草味)、反-2-壬烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-3,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)、香葉基丙酮(花香、甜味)。

在加熱西瓜汁中共鑒定出50種氣味化合物，其中醛23種、醇11種、酮5種、呋喃類3種、芳香族物質(zhì)5種、其他物質(zhì)3種。

熱處理西瓜汁的蒸煮、刺鼻等不愉快的氣味是多種氣味化合物與西瓜基質(zhì)綜合作用的結(jié)果。通過(guò)加熱前后西瓜汁氣味化合物對(duì)比，正辛醛(清香、脂味)、反-2-庚烯醛(脂味、苦味)、1-癸醛(脂味、肥皂味)、1-壬醇(脂味、清香)、6-甲基-5-庚烯-2-酮(蘑菇味、霉味)、2-乙基呋喃(堅(jiān)果味、泥土味)、以苯乙酮(苦杏仁味)為主的芳香族化合物、二乙基二硫醚(大蒜味)、順-6-壬烯醛(臭味、刺鼻味)等物質(zhì)的含量明顯增加，反-2-壬烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)、反,順-3,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)和香葉基丙酮(花香、甜味)等氣味化合物含量顯著降低。且根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，加熱后的西瓜汁中呈RI值為待測(cè)物實(shí)際保留指數(shù)，該值與譜庫(kù)RI值[18]相差不超過(guò)50；氣味特征為感官評(píng)價(jià)員嗅聞到的化合物氣味描述詞，未嗅聞到的化合物的氣味特征來(lái)自文獻(xiàn)報(bào)道。

表1 鮮榨西瓜汁中氣味化合物和稀釋結(jié)果

表2 熱處理西瓜汁中氣味化合物和稀釋結(jié)果

*表示西瓜汁加熱后含量顯著變化(P<0.05)；UD表示未被MS檢測(cè)到，且無(wú)法通過(guò)香氣屬性和RI值定性的化合物；RI值為待測(cè)物的實(shí)際保留指數(shù)，該值與譜庫(kù)RI值[18]相差不超過(guò)50；氣味特征為感官評(píng)價(jià)員嗅聞到的化合物氣味描述詞，未嗅聞到的化合物的氣味特征來(lái)自文獻(xiàn)報(bào)道。

果香、花香等的酯類物質(zhì)消失或含量明顯降低，低于檢出限。

根據(jù)FD因子結(jié)合嗅聞結(jié)果，初步判定加熱西瓜汁中的關(guān)鍵異味化合物可能為反-2-庚烯醛(脂味、苦味)、1-癸醛(脂味、肥皂味)、6-甲基-5-庚烯-2-酮(蘑菇味、霉味)、苯乙酮(苦杏仁味)、二乙基二硫醚(大蒜味)和順-6-壬烯醛(臭味、刺激味)。其中順-6-壬烯醛特征氣味為清新、黃瓜味，可能由于西瓜汁加熱后順-6-壬烯醛的含量增大，超過(guò)感官評(píng)價(jià)員鼻子的耐受值，呈現(xiàn)臭味、刺激味。

2.2 關(guān)鍵氣味化合物定量結(jié)果和OAV分析

某種氣味化合物對(duì)整體氣味的貢獻(xiàn)程度不完全取決于其含量，氣味閾值也起著很大的作用，因此某一化合物對(duì)整體氣味的貢獻(xiàn)度可以用OAV來(lái)衡量。從鮮榨西瓜汁和加熱西瓜汁中能夠嗅聞到的關(guān)鍵氣味化合物中選擇FD≥9，又能夠被質(zhì)譜檢測(cè)到的關(guān)鍵氣味成分，采用外標(biāo)法結(jié)合SIM模式提高質(zhì)譜靈敏度，進(jìn)行定量分析，結(jié)果見(jiàn)表3。其中相關(guān)系數(shù)R2>0.99，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合良好。

大多數(shù)情況下，F(xiàn)D因子和OAV基本呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，即FD因子越高，OAV越大，該物質(zhì)活性越大，對(duì)西瓜汁整體氣味的貢獻(xiàn)越大，如反-2-壬烯醛、反,順-2,6-壬二烯醛和順-6-壬烯醛等(見(jiàn)表4)。但是也有一些例外，如己醛，F(xiàn)D因子為9，而OAV值卻小于1。造成這種結(jié)果的原因可能是氣味化合物與基質(zhì)的相互作用(協(xié)同或拮抗)。而且計(jì)算OAV的時(shí)候是假設(shè)每個(gè)化合物的含量與OAV間的關(guān)系是線性的[19]；但是，實(shí)際上氣味化合物的對(duì)數(shù)濃度和該物質(zhì)對(duì)整體氣味的貢獻(xiàn)作用不完全是線性關(guān)系，有的是S型的關(guān)系，且各化合物氣味強(qiáng)度的個(gè)體差異也不能忽視[17]。

表3 關(guān)鍵氣味化合物外標(biāo)定量結(jié)果

表4 關(guān)鍵氣味化合物的OAV

3 結(jié) 論

本研究針對(duì)熱處理對(duì)西瓜汁風(fēng)味的影響，綜合利用現(xiàn)代感官科學(xué)技術(shù)對(duì)比了熱處理前后西瓜汁氣味化合物的變化并鑒定出關(guān)鍵氣味化合物。熱處理導(dǎo)致西瓜汁的風(fēng)味改變，加熱前后西瓜汁的關(guān)鍵氣味化合物發(fā)生了變化，且差異顯著(P<0.05)。鮮榨西瓜汁中關(guān)鍵氣味化合物為壬醛(清香、青草味)、反-2-壬烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醛(清香、黃瓜味)、反,順-3,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)、反,順-2,6-壬二烯醇(清香、黃瓜味)和香葉基丙酮(花香、甜味)。熱處理西瓜汁中關(guān)鍵氣味化合物為反-2-庚烯醛(脂味、苦味)、1-癸醛(脂味、肥皂味)、6-甲基-5-庚烯-2-酮(蘑菇味、霉味)、苯乙酮(苦杏仁味)、二乙基二硫醚(大蒜味)和順-6-壬烯醛(臭味、刺鼻味)。文章旨在為西瓜汁風(fēng)味的深入研究提供更多的信息。