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        新疆5 種鮮食葡萄揮發(fā)性香氣成分比較分析

        2020-11-14 05:50:50朱珠蕓茜鄧乾坤史學(xué)偉
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2020年20期
        關(guān)鍵詞:哈爾喀什鮮食

        朱珠蕓茜,王 斌,鄧乾坤,史學(xué)偉

        (石河子大學(xué)食品學(xué)院,新疆石河子 832000)

        新疆因干旱少雨、日照時(shí)間長(zhǎng)且晝夜溫差較大,十分有利于水果生長(zhǎng),素有“瓜果之鄉(xiāng)”的美名。新疆蘋果、香梨、葡萄、西瓜、哈密瓜等品質(zhì)優(yōu)良,含糖量高,味道非常甜美[1]。新疆種植的鮮食葡萄更是種類繁多,包括無(wú)核紫、無(wú)核白、馬奶子、玻璃脆、玫瑰香、美人指、木納格、香妃、乍娜、喀什哈爾等。其中,玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無(wú)核紫5 種鮮食葡萄香氣馥郁、口味甘美,含有豐富的維生素、有機(jī)酸,以及鉀、鈣、磷、鐵等礦物質(zhì),深受消費(fèi)者青睞[2]。

        揮發(fā)性香氣是構(gòu)成葡萄特殊風(fēng)味的重要因素之一,能令人產(chǎn)生愉悅的感覺(jué),往往成為人們挑選葡萄的關(guān)注焦點(diǎn),也是衡量葡萄及其相關(guān)加工產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)[3]。目前,用于研究水果香氣技術(shù)主要包括感官分析、電子鼻分析、氣相色譜- 聞香法、超臨界萃取、靜態(tài)頂空分析、動(dòng)態(tài)頂空分析、頂空固相微萃取技術(shù)等[4]。其中,頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-SPME-GC-MS) 因分析方法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確而被廣泛應(yīng)用于各種水果揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè)中[5]。Strauss C R 等人[6]發(fā)現(xiàn)葡萄的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要由醇、醛、酸、酯、酮、萜烯等多類化合物組成,這些化合物是葡萄香味的主要來(lái)源,如醛類化合物具有花香,小分子酯類水果香尤為明顯,萜烯類化合物可帶來(lái)獨(dú)特的品種香[7]。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類、占比、感覺(jué)閾值及其相互作用共同決定著葡萄鮮果的風(fēng)味品質(zhì)[8]。

        近年來(lái),赤霞珠、蛇龍珠和美樂(lè)等大宗釀酒葡萄及葡萄酒揮發(fā)性香氣物質(zhì)引起人們的關(guān)注[9-11]。盡管以巨峰葡萄為主的鮮食葡萄香氣物質(zhì)也有相關(guān)報(bào)道[12],但涉及鮮食葡萄的研究方面還比較少。此外,葡萄鮮果的揮發(fā)性香氣物質(zhì)不僅受葡萄品種、成熟期等內(nèi)部因素影響,與種植條件等外部因素也密切相關(guān)[13]。作為我國(guó)重要的葡萄產(chǎn)區(qū),新疆全年長(zhǎng)達(dá)2 800 h 的日照、高達(dá)20 ℃的晝夜溫差,以及純凈的天山雪水、通透的土壤等獨(dú)特生長(zhǎng)條件,賦予鮮食葡萄獨(dú)特的風(fēng)味[14]。采用HS-SPME-GC/MS 技術(shù)比較了新疆常見(jiàn)5 種鮮食葡萄(玫瑰香、美人指、喀什哈爾、無(wú)核紫和乍娜) 的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成,并通過(guò)香氣活性值(OAV) 分析5 種鮮食葡萄特征性香味,為鮮食葡萄及其深加工產(chǎn)品的品質(zhì)特性提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與抽樣

        根據(jù)鮮食葡萄的香氣表征和市場(chǎng)受歡迎程度,確定玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無(wú)核紫5 種鮮食葡萄作為研究對(duì)象。2019 年9 月,在新疆天山北麓-石河子產(chǎn)區(qū),根據(jù)科學(xué)采樣的方法,在每種葡萄地里隨機(jī)選取5 個(gè)葡萄架,再在每個(gè)葡萄架上隨機(jī)挑選5 根葡萄藤,采摘5 串葡萄,置于4 ℃冷庫(kù)中保存。

        1.2 儀器與設(shè)備

        7980A-5975C 型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó)安捷倫公司產(chǎn)品;SPME 型進(jìn)樣器,瑞士CTC Analytics 公司產(chǎn)品;MC202231DF-Ⅱ型數(shù)顯集熱式磁力攪拌器,常州愛(ài)華儀器制造有限公司產(chǎn)品;BS 2000S 型電子天平,北京賽多利斯天平有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

        1.3 樣品制備

        從每串葡萄的不同位置(上、中、下) 各采集5 顆葡萄,沖洗干凈后晾干。將晾干的葡萄果粒去核后置于錐形瓶中均勻搗碎。稱取5 g 新鮮破碎葡萄勻漿于20 mL 頂空瓶中,加入1.0 g NaCl 和2.5 μL 的內(nèi)標(biāo)2 -辛醇,用密封蓋密封。

        1.4 物質(zhì)鑒定

        1.4.1 GC-MS 條件

        GC 條件:進(jìn)樣口溫度250 ℃,程序升溫,初溫50 ℃,保持3 min,以6 ℃/min 升至150 ℃,再以8 ℃/min 升至230 ℃,并保持15 min,載氣He,純度≥99.999%,不分流進(jìn)樣。

        質(zhì)譜條件:電子電離(Electronionization,EI)離子源;電子能量70 eV,接口溫度為220 ℃,離子源溫度為230 ℃,燈絲發(fā)射電流為100 μA,檢測(cè)器電壓1 kV,溶劑延遲時(shí)間3 min;掃描范圍33.00~450 amu。

        1.4.2 香氣鑒定

        將制備好的樣品放在40 ℃磁力攪拌器中,平衡10 min,頂空萃取30 min 后進(jìn)入氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀。香氣物質(zhì)質(zhì)譜圖采用標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)NIST 2008 進(jìn)行搜索,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)匹配確定成分,保留正反匹配度大于800 的香氣物質(zhì)[15],使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量計(jì)算[16],定義為內(nèi)標(biāo)2-辛醇的相對(duì)含量,按照公式:香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度C(μg/kg) =各組分峰面積×內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度/內(nèi)標(biāo)物峰面積計(jì)算,取3 次重復(fù)試驗(yàn)的平均值。

        1.4.3 關(guān)鍵香氣分析

        不同化合物對(duì)葡萄香氣的貢獻(xiàn)通過(guò)其相關(guān)描述進(jìn)行定性評(píng)估,并通過(guò)其氣味活性值OAV=C/OT,C為某種化合物在葡萄中的濃度,OT 為查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得) 進(jìn)行定量評(píng)估[17]。若某種化合物OAV≥1,則可判定其是對(duì)葡萄香氣具有重要貢獻(xiàn)的成分。鑒定成分中具有最高OAV 的一個(gè)或幾個(gè)成分即被認(rèn)為是該品種葡萄的特征香氣。參考孫寶國(guó)《食用調(diào)香術(shù)》中介紹的香味輪分類法,將鑒定出OAV≥1 的揮發(fā)性香氣物質(zhì)分門別類[18],結(jié)合雷達(dá)圖分析不同鮮食葡萄的香氣特征[19]。

        1.5 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用SIMCA 14.1 進(jìn)行PCA 主成分分析,運(yùn)用Origin 8.5(Origin Lab,Northampton,MA,USA) 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖,采用SPSS 19.0 進(jìn)行香氣物質(zhì)組間顯著性差異分析(Duncan 檢驗(yàn),p<0.05)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)鑒定

        香氣是判斷葡萄鮮果及其加工產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一。試驗(yàn)采用HS-SPME-GC/MS 技術(shù)檢測(cè)了新疆5 種鮮食葡萄的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),香氣物質(zhì)質(zhì)譜圖采用標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)NIST 2008 進(jìn)行搜索,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)匹配確定成分,使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量計(jì)算。

        鮮食葡萄揮發(fā)性香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度見(jiàn)表1。

        試驗(yàn)從玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無(wú)核紫5 種葡萄果實(shí)中共檢測(cè)出66 種揮發(fā)性化合物,包括19 種醇類、14 種醛類、8 種酯類、3 種酸類、5 種酮類、9 種萜烯類和8 種其他類化合物。由此可見(jiàn),鮮食葡萄的主要香氣物質(zhì)為醇類和醛類物質(zhì)。其中,美人指中檢出的香氣物質(zhì)最多,為42 種,質(zhì)量濃度也最高,香氣物質(zhì)更加豐富且風(fēng)味強(qiáng)度更高;無(wú)核紫種類最少,為31 種;乍娜則是香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度最低。

        表1 鮮食葡萄揮發(fā)性香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度

        (續(xù)表1)

        揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分含量見(jiàn)圖1。

        醛類物質(zhì)是玫瑰香、美人指、喀什哈爾和無(wú)核紫葡萄的第一大類香氣化合物,分別占總質(zhì)量濃度的41.35%,62.62%,39.49%,75.57%(見(jiàn)圖1)。其中,2 -己烯醛和正己醛含量最高,決定了葡萄果實(shí)的青草味香氣;醇類物質(zhì)是葡萄果實(shí)的第二大香氣化合物,美人指和喀什哈爾葡萄的醇類物質(zhì)含量最高,但美人指葡萄更加突出正己醇和(E) -2-己烯-1-醇的果香和酒香,喀什哈爾葡萄則更具乙醇的醇香和1-戊醇的面包香;在5 種葡萄種共檢出3 種酸類物質(zhì),是葡萄果實(shí)中種類最少的香氣化合物且只在美人指、乍娜和喀什哈爾葡萄種檢出,其中美人指葡萄酸類物質(zhì)質(zhì)量濃度最高,具體表現(xiàn)為正己酸的含量,具有類似干奶酪氣味,并且一定量的酸能夠調(diào)和葡萄口感。酯類物質(zhì)是葡萄香氣中的第三大化合物,其中玫瑰香和喀什哈爾的質(zhì)量濃度最高,主要是己酸乙酯和乙酸乙酯,這2 種化合物增強(qiáng)了葡萄果實(shí)的花果類香氣。酮類物質(zhì)共檢出5 種,其中玫瑰香葡萄含有所檢出的5 種香氣化合物,喀什哈爾只檢出3 種酮類化合物,但其質(zhì)量濃度最高,主要為甲基庚烯酮含量較高,增加了喀什哈爾葡萄檸檬草類香氣。在萜烯類物質(zhì)中,玫瑰香葡萄檢出8 種,且質(zhì)量濃度也最高,其中香茅醇、香葉醇和檸檬烯等化合物含量較高,賦予葡萄果實(shí)玫瑰花香氣。在其他類化合物中,5 種葡萄香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度差距不大,但在物質(zhì)組成中美人指葡萄更加豐富。

        2.2 葡萄重要貢獻(xiàn)香氣物成分分析

        香氣閾值是指能夠辨認(rèn)出其香氣或者味道的最低濃度[20],而辨別一種化合物是否對(duì)香氣有貢獻(xiàn),取決于其存在濃度是否大于它的香氣閾值。因此,試驗(yàn)檢測(cè)出的66 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),并非每一種都對(duì)鮮食葡萄的香氣起作用,需要通過(guò)計(jì)算氣味活性值OAV=C/OT(C 為某種化合物在葡萄中的濃度,OT為查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得) 進(jìn)行定量評(píng)估。當(dāng)某種化合物OAV≥1,則可判定其是對(duì)葡萄香氣具有重要貢獻(xiàn)的成分。5 種葡萄的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)見(jiàn)表2。由表2 可知,5 種葡萄中共檢測(cè)到16 種重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì),包括醇、醛、酯、酮和萜烯5 類化合物,酸和其他類化合物對(duì)香氣的貢獻(xiàn)較低。其中,正己醛、2-己烯醛具有青香氣味,酯類化合物可以增強(qiáng)葡萄果實(shí)的果香味,正辛醛、壬醛具備的柑橘香也能一定程度上增強(qiáng)葡萄的水果香氣,苯乙醛和萜烯類化合物則能為葡萄帶來(lái)甜玫瑰和花香氣息。

        表2 5 種葡萄的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)

        2.3 香氣聚類分析

        鑒于不同品種葡萄之間香氣物質(zhì)的種類、占比及相互之間平衡關(guān)系的差異,帶來(lái)不同品種之間的差異風(fēng)味。為更直觀地展現(xiàn)5 種葡萄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間的差異,故采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)香氣物質(zhì)進(jìn)行鑒定,以香氣物質(zhì)組成成分分析與載荷圖(圖2) 展示5 種葡萄香氣物質(zhì)的聚類情況和重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì),并用總離子流圖(圖3) 直觀展現(xiàn)差異性香氣。

        主要香氣物質(zhì)主成分分析得分圖(a) 與載荷圖(b) 見(jiàn)圖2,鮮食葡萄香氣成分總離子流圖見(jiàn)圖3。

        由圖2 和圖3 可知,2 個(gè)主成分PC1 與PC2 的方差貢獻(xiàn)率分別為50.4%和23.6%,累計(jì)總貢獻(xiàn)率為74%。5 個(gè)品種葡萄樣品在PCA 得分圖中分為3 類,其中喀什哈爾(K) 葡萄樣品位于第一象限,無(wú)核紫(N) 和美人指(F) 葡萄樣品位于第三象限,玫瑰香(M) 和乍娜(Z) 葡萄樣品位于第四象限,3 類樣品在得分圖中距離分別屬于不同象限且距離較遠(yuǎn),說(shuō)明在主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)具有較大差異??κ补枺↘) 葡萄樣品主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)為乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛;無(wú)核紫(N) 和美人指(F) 葡萄樣品的主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)較少,僅有2-己烯醛和(+) -檸檬烯;玫瑰香(M) 和乍娜(Z)葡萄樣品主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)為3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇。

        2.4 特征香氣分析

        通過(guò)香氣檢測(cè)技術(shù),在5 種葡萄中檢測(cè)出16 種對(duì)葡萄的香氣具有重要貢獻(xiàn)的香氣物質(zhì)(見(jiàn)表2)。其中,正己醛、2-己烯醛、正辛醛和壬醛在5 種葡萄中均具有較高香氣活性值,是5 種葡萄共有香氣物質(zhì),賦予葡萄鮮果青香、水果香、花香、柑橘香的基礎(chǔ)香味。此外,乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛為喀什哈爾增添了花果類香氣和醇香;(+) -檸檬烯為無(wú)核紫和美人指貢獻(xiàn)了特殊的檸檬及甜香味;3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇則為玫瑰香和乍娜增加了玫瑰花及柑橘香,且在5 種葡萄中,喀什哈爾樣品的OAV 值最高,其葡萄的風(fēng)味強(qiáng)度更高。

        為直觀展示5 種葡萄的香氣分布,根據(jù)OAV≥1的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)對(duì)不同香系的貢獻(xiàn),以水果的不同香味作為維度繪制特征香氣雷達(dá)圖(見(jiàn)圖5),展示每種香味強(qiáng)弱及不同香味之間的關(guān)聯(lián)。

        雷達(dá)圖,一種以二維形式展示多維數(shù)據(jù)的圖形,雷達(dá)圖從中心點(diǎn)出發(fā)輻射出多條坐標(biāo)軸(至少大于三條),每一份多維數(shù)據(jù)在每一維度上的數(shù)值都占用一條坐標(biāo)軸,并和相鄰坐標(biāo)軸上的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來(lái),形成一個(gè)不規(guī)則多邊形。如果將相鄰坐標(biāo)軸上的刻度點(diǎn)也連接起來(lái)以便于讀取數(shù)值,整個(gè)圖形形似雷達(dá)儀表盤,因此得名。

        香系劃分參考孫寶國(guó)《使用調(diào)香術(shù)》中介紹的香味輪(Flavour wheel) 分類法,根據(jù)青香(Green flavor)、果香(Fruity ester-like)、柑橘香(Citrus-like flavor)、薄荷香(Minty)、花香(Floral)、辛草香(Spicy herbaceous flavor)、木香- 煙熏香(Woody smoky flavor)、烤香- 焦香(Roasty burnt flavor)、焦糖、堅(jiān)果香(Caramel nutty flavor)、肉湯-HVP 香(Bouillon HVP flavor)、肉香(Meaty animalic flavor)、脂肪-腐臭香味(Fatty rancid)、奶香- 黃油香味(Dairy butter flavor)、蘑菇- 壤香香味(Mushroom earthy flavor)、芹菜- 湯汁香味(Celery soupy flavor)、硫化物-蔥蒜香味(Sulphurous alliaceous flavor) 16 種香味。

        5 種鮮食葡萄香氣雷達(dá)圖見(jiàn)圖4。

        由圖4 可知,不同品種葡萄具有不同的香氣輪廓,其中青香、果香、柑橘香、花香是5 種葡萄的典型特征香氣,但濃郁程度及側(cè)重香氣各不相同。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn),玫瑰香和無(wú)核紫的香氣輪廓比較相似,都更加突出青香氣味,是玫瑰香和無(wú)核紫的特征香氣;喀什哈爾葡萄則更加突出青香和果香味;乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味;相比之下,美人指葡萄的特征香氣更具平衡,具有青香、果香、柑橘香和花香。

        3 結(jié)論

        通過(guò)頂空固相微萃取和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),從玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無(wú)核紫5 種鮮食葡萄中共檢測(cè)出66 種揮發(fā)性化合物,包括19種醇類、14 種醛類、8 種酯類、3 種酸類、5 種酮類、9 種萜烯類和8 種其他類化合物,其中美人指葡萄香氣物質(zhì)種類和物質(zhì)質(zhì)量濃度均最高。在檢出的66 種物質(zhì)中共有16 種香氣物質(zhì)OAV 值大于1,是葡萄果實(shí)中的主要香氣,通過(guò)對(duì)這16 種主要香氣物質(zhì)進(jìn)行主成分分析,喀什哈爾葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛;無(wú)核紫和美人指葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為2-己烯醛和(+)-檸檬烯;玫瑰香和乍娜葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇;通過(guò)雷達(dá)圖構(gòu)建5 種葡萄的香氣輪廓,玫瑰香和無(wú)核紫的香氣輪廓比較相近,更具青香氣味;喀什哈爾葡萄則更加突出青香和果香味;乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味;美人指葡萄的特征香氣則更具平衡,具有青香、果香、柑橘香和花香。

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