黃 豆，曹烙文，岑延相，區(qū)梓峰，胡 韓，譚國斌，麥澤彬，黃正旭,，李 雪，吳曼曼,

（1.廣州禾信儀器股份有限公司，廣東廣州 510530；2.暨南大學(xué)質(zhì)譜儀器與大氣環(huán)境研究所，廣東廣州 510632；3.廣州智達(dá)實(shí)驗(yàn)室科技有限公司，廣東廣州 510632）

芒果（Mango）被稱為“熱帶水果之王”，是杧果的通俗名，屬漆樹科（Anacardiaceae）杧果屬（Mangifera）。芒果原產(chǎn)于印度的常綠大喬木，地理上主要分布在印度、孟加拉、中南半島、馬來西亞和中國（云南、廣西、廣東、福建、海南以及臺(tái)灣）[1]。在我國，芒果的栽培面積是僅次于荔枝、龍眼及香蕉，排名第四的重要熱帶水果[2]。芒果富含大量維生素A，可抗癌、美化皮膚、防止高血壓和動(dòng)脈硬化、防止便秘、殺菌[3]等。

近年來，食品香味成分的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。果實(shí)的香氣成分種類和含量是芒果的主要品質(zhì)特性之一，是芒果風(fēng)味與商品價(jià)值的一個(gè)重要參考指標(biāo)[4?5]。劉傳和等[6]利用頂空固相微萃?。℉eadspace Solid Phase Microextraction, HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法（Gas Chromatograph/Mass Spectrometer，GC-MS），對(duì)凱特芒、象牙芒、臺(tái)農(nóng)一號(hào)、四季芒四種芒果的果肉香氣成分進(jìn)行分析，四種芒果的果實(shí)共測到20種香氣物質(zhì)，萜烯是最主要的香氣成分。張浩等[7]應(yīng)用電子舌與SPME/GC-MS技術(shù)檢測出金芒、青芒、紅玉和貴妃四種芒果含有萜烯類、酯類與醛類等7大類揮發(fā)性有機(jī)物，并進(jìn)行PCA（主成分分析法）分析確定了用于區(qū)分四種芒果的特征揮發(fā)性有機(jī)物。以上均采用HS-SPME結(jié)合GC-MS進(jìn)行研究，受限于常規(guī)GC-MS的分離能力，檢出的香氣成分較少。全二維氣相色譜（Comprehensive Two-dimensional Gas ChromatoGraph，GC×GC）技術(shù)是上世紀(jì)末逐漸發(fā)展起來的一種高效分離檢測技術(shù)，與常規(guī)GC技術(shù)相比，具有高峰容量、高分辨率、高靈敏度、族分離等特點(diǎn)[8?9]，對(duì)復(fù)雜樣品的全組分分離具有極強(qiáng)的優(yōu)勢。而飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（Time of Flight Mass Spectrometer, TOFMS）每秒能產(chǎn)生大于100張的全譜圖，在高速采集的同時(shí)完整的保留質(zhì)譜數(shù)據(jù)，是全二維色譜的最理想檢測器[10?12]，因而全二維氣相色譜結(jié)合具有高速采集功能的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀非常適用于石油[13?15]，風(fēng)味[16?17]及環(huán)境[18?20]等復(fù)雜樣品的分析。

目前國內(nèi)外學(xué)者較多采用常規(guī)GC-MS對(duì)芒果中香氣成分進(jìn)行研究，尚未見到GC×GC-TOFMS用于研究芒果香氣成分的相關(guān)報(bào)道。本文采用全自動(dòng)HS-SPME結(jié)合GC×GC-TOFMS，對(duì)市面上常見芒果品種金煌芒、小臺(tái)芒和青皮芒的香氣成分進(jìn)行了定性及對(duì)比分析，確定不同芒果品種在香氣成分上的差異，旨在為芒果等果蔬類植物風(fēng)味物質(zhì)的精細(xì)分析開拓新方向。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金煌芒、小臺(tái)芒和青皮芒 選取市面上大小均一、果實(shí)成熟完全、完整新鮮的芒果，購自永輝超市，數(shù)量若干，洗凈去皮備用。

GGT 0620型全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀 廣州禾信儀器股份有限公司；瑞士CTC全自動(dòng)多功能在線前處理進(jìn)樣平臺(tái) 廣州智達(dá)實(shí)驗(yàn)室科技有限公司；769S型攪拌機(jī) 余姚市海蒂詩家用電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 將3種芒果果肉分別置于攪拌機(jī)搗碎，并稱取5 g果肉于20 mL固相微萃取樣品瓶中。

1.2.2 HS-SPME條件 萃取前老化溫度為260 ℃，老化時(shí)間為15 min，振搖速度為350 r/min，萃取溫度為60 ℃，萃取時(shí)間為60 min，進(jìn)樣深度為35 mm，解析溫度為250 ℃。

1.2.3 GC×GC-TOFMS條件

1.2.3.1 氣相色譜條件 進(jìn)樣口溫度250 ℃；分流進(jìn)樣，分流比為5:1；一維色譜柱MEGA-WAX Plus（30 m×0.25 mm×0.25 μm），二維色譜柱DB-17MS（1.3 m×0.18 mm×0.18 μm）；載氣為氦氣，柱流量為1 mL/min；柱箱溫度采用程序升溫，起始溫度為35 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫到240 ℃，保持5 min，共49 min。

1.2.3.2 全二維氣相調(diào)制器條件 采用固態(tài)熱調(diào)制器，選擇HV調(diào)制柱（1.2 m×0.25 mm），調(diào)制周期為5 s，其中解析時(shí)間為1 s；調(diào)制器進(jìn)口和出口同步GC升溫程序，進(jìn)口始終比柱箱高30 ℃，出口始終比柱箱高120 ℃，冷阱保持?50 ℃。

1.2.3.3 飛行時(shí)間質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源（Electron Impact Ion Source，EI），燈絲發(fā)射電流100 μA，電離能70 eV；離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為280 ℃；檢測器電壓為?1900 V；采集質(zhì)量范圍為40～500 u，采集速度為100譜/s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用全二維數(shù)據(jù)處理工作站軟件Canvas載入數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制全二維TIC輪廓圖，并對(duì)圖中信噪比大于3的峰自動(dòng)識(shí)別，標(biāo)識(shí)出的每一個(gè)峰點(diǎn)即代表一種化合物，每個(gè)化合物由一對(duì)保留時(shí)間確定，X軸方向?yàn)榈谝痪S保留時(shí)間（min），Y軸方向?yàn)榈诙S保留時(shí)間（s）。

在Canvas軟件上通過對(duì)每個(gè)化合物的質(zhì)譜圖進(jìn)行NIST17標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫比對(duì)檢索、結(jié)合保留指數(shù)[21?22]（Retention index，RI）等信息，對(duì)化合物進(jìn)行定性分析；同時(shí)，軟件采用峰面積歸一化法自動(dòng)生成各成分的相對(duì)含量。根據(jù)各化合物的定性定量信息，統(tǒng)計(jì)三種芒果鮮肉樣品中的特征香氣成分，并根據(jù)化合物官能團(tuán)對(duì)香氣成分進(jìn)行分類并統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)和相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 HS-SPME條件優(yōu)化

2.1.1 萃取頭選擇 以金煌芒為例，實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)比100 μm PDMS（Polydimethylsiloxane）單相萃取頭和50/30 μm DVB/CAR/PDMS（Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane）三相萃取頭，從表1中觀察發(fā)現(xiàn)后者可萃取到更多的組分，其萃取的峰個(gè)數(shù)和總峰面積均多于100 μm PDMS萃取頭。DVB/CAR/PDMS三相萃取頭可以兼顧到極性與非極性各類組分，得到更為全面的分析結(jié)果，更適用于含有較多極性化合物組分的風(fēng)味物質(zhì)分析，本研究最終選用三相萃取頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表1 不同萃取頭的萃取效果Table 1 Extraction effect of different fiber

2.1.2 萃取溫度優(yōu)化 選擇三相萃取頭，實(shí)驗(yàn)過程中選擇50、60和70 ℃的萃取溫度，其余條件不變，依次測試金煌芒。萃取溫度對(duì)SPME萃取效率的影響具有雙面性，觀察到較低的萃取溫度有利于低沸點(diǎn)組分的萃取，較高的溫度下有利于高沸點(diǎn)組分的萃取。根據(jù)表2的結(jié)果，本研究選擇60 ℃的萃取溫度，兼顧不同沸點(diǎn)的組分，有利于檢測到更多的揮發(fā)性組分。

表2 不同萃取溫度下的萃取效果Table 2 Extraction effect of different extraction temperature

2.1.3 萃取時(shí)間優(yōu)化 選擇三相萃取頭，實(shí)驗(yàn)過程中分別使用50、60和70 min的萃取時(shí)間，其余條件不變，依次測試金煌芒。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，從表3可知，萃取時(shí)間達(dá)到60 min后檢測到的組分?jǐn)?shù)量及總峰面積不再增加，確保分析物在樣品與萃取頭上達(dá)到分配平衡，同時(shí)盡量地縮短分析時(shí)間，故選取萃取時(shí)間為60 min。

表3 不同萃取時(shí)間下的萃取效果Table 3 Extraction effect of different extraction time

2.1.4 解吸參數(shù)優(yōu)化 選擇三相萃取頭，實(shí)驗(yàn)過程中選擇240、250和260 ℃的解吸溫度，其余條件不變，依次測試金煌芒。較低的解吸溫度不利于高沸點(diǎn)的組分進(jìn)入色譜，太高的解吸溫度會(huì)影響萃取頭的使用壽命，同時(shí)也會(huì)帶來更多的本底（如帶來較多硅氧烷干擾）。通過表4可知，250 ℃的解吸溫度時(shí)，總峰面積和有效化合物個(gè)數(shù)最多，故本研究選取250 ℃作為解吸溫度。

表4 不同解吸溫度下的萃取效果Table 4 Extraction effect of different desorption temperature

2.2 GC×GC-TOFMS條件優(yōu)化

2.2.1 升溫程序優(yōu)化 常規(guī)的GC-MS在分析復(fù)雜的食品風(fēng)味時(shí)，為了達(dá)到較好的色譜分離效果，需要采用低升溫速率（1～3 ℃/min），或者采用梯度升溫方式，最終導(dǎo)致整個(gè)分析周期很長（接近1.5 h）。本實(shí)驗(yàn)使用的GC×GC-TOFMS可以采用5 ℃/min快速升溫讓組分快速流出色譜柱，不到50 min即可完成整個(gè)采集過程。以某個(gè)局部分離效果為例（見圖1），原本在保留時(shí)間28 min附近存在三個(gè)未分開的組分峰，但經(jīng)過調(diào)制器捕集和二維柱再次分離后測得三個(gè)完全分離的十四醛（峰序號(hào)171）、5-丁基二氫-2（3H）-呋喃酮（峰序號(hào)170）和苯乙醇（峰序號(hào)172）。以上表明GC×GC-TOFMS測試芒果香氣成分相比常規(guī)GC-MS具有良好的色譜分離效果。

圖1 GC×GC和GC分離效果對(duì)比圖Fig.1 Separation effect comparison of GC×GC and GC

2.2.2 柱系統(tǒng)優(yōu)化 實(shí)驗(yàn)對(duì)比了反、正向全二維柱系統(tǒng)測試金煌芒的測試效果，其中反向柱系統(tǒng)一維柱采用強(qiáng)極性的MEGA-WAX Plus（30 m×0.25 mm×0.25 μm），二維柱采用中等極性的DB-17ms（1.3 m×0.18 mm×0.18 μm）；正向柱系統(tǒng)一維柱采用非極性的DB-5ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm），二維柱采用中等極性的DB-17ms（1.3 m×0.18 mm×0.18 μm）。圖2為采用反向和正向柱系統(tǒng)測試金煌芒的二維色譜輪廓圖，觀察到采用正向柱系統(tǒng)時(shí)，極性較強(qiáng)的組分整體分離度差（如保留時(shí)間在5、15和27.5 min等區(qū)域），而且會(huì)出現(xiàn)二維峰拖尾（如多數(shù)極性較大的色譜峰存在明顯的拖尾）以及峰迂回（極性較強(qiáng)的酸類迂回到下一周期）的情況，會(huì)對(duì)定性結(jié)果產(chǎn)生干擾；而在反向柱系統(tǒng)下，極性組分在一維柱拖尾現(xiàn)象顯著減弱，同時(shí)極性相近組分分離度得到明顯提升，故最終采用了反向柱系統(tǒng)。

圖2 反向和正向柱系統(tǒng)測試金煌芒的二維色譜輪廓圖Fig.2 Chromatogram of JinHuang mango tested by reverse and forward column systems

2.3 芒果香氣成分質(zhì)譜匹配結(jié)果

圖3 分別為3-蒈烯、萜品油烯、鄰傘花烴和α，α，4-三甲基苯甲醇4種含量較高的香氣成分的實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖與NIST 17譜庫質(zhì)譜圖的匹配結(jié)果圖，其中每張圖的上部分為實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖，下部分為NIST 17譜庫的質(zhì)譜圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示4種化合物的正向匹配度（Forward Match，MF）和反向匹配度（Reverse Forward Match，RMF）均大于900，因此實(shí)驗(yàn)儀器定性的結(jié)果可靠。

圖3 四種香氣成分的質(zhì)譜匹配圖Fig.3 Mass spectrum matching map of four kinds of aroma components

2.4 三種芒果香氣成分分析

2.4.1 芒果果實(shí)香氣成分GC×GC-TOFMS輪廓圖圖4為金煌芒、小臺(tái)芒和青皮芒的果實(shí)香氣成分GC×GC-TOFMS輪廓圖。使用Canvas工作站對(duì)三種芒果香氣成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了自動(dòng)峰積分，并使用NIST 17譜庫結(jié)合保留指數(shù)對(duì)每個(gè)峰進(jìn)行檢索定性。金煌芒共檢測到的揮發(fā)性組分有114種，其中香氣成分96種，香氣成分峰面積占比74.04%；小臺(tái)芒檢測到113種揮發(fā)性組分，香氣成分有90種，峰面積占比90.75%；青皮芒檢測到79種揮發(fā)性組分，香氣成分68種，峰面積占比78.91%，可以看到不同品種芒果的香氣組成化合物及其含量存在明顯差異。前人研究芒果香氣時(shí)，大多數(shù)采用常規(guī)GCMS分析芒果的香氣成分，單個(gè)品種的芒果測到的香氣組分一般不會(huì)超過50種[6?7]。而借助全二維強(qiáng)大的分離能力和高靈敏度，一方面能夠測到共流出的組分，另一方面可以測到含量極低的組分，而這些痕量物質(zhì)對(duì)芒果香氣的貢獻(xiàn)值卻較大，需要著重研究。

圖4 三種芒果的二維色譜輪廓圖Fig.4 Chromatogram of three kinds of mangos

2.4.2 三種芒果果實(shí)香氣成分對(duì)比分析 由表5可知，在170種香氣成分中，三種芒果同時(shí)含有的香氣成分有26種。三種芒果果實(shí)共有的26種香氣成分中包含15種烯烴/環(huán)烷烴、4種醇類、1種酯類、1種酮類、1種酸類和2種芳香烴類。烯烴中單萜烯及倍半萜烯烴類化合物在三種芒果香氣成分構(gòu)成中都占有較大比率，特別是3-蒈烯（松木香氣）及萜品油烯（又叫異松油烯，松木樹脂味），兩者總量在三種芒果香氣成分中占比都超過20%，對(duì)形成芒果特有的香氣都有重大的貢獻(xiàn)，與前人研究的結(jié)果相似[6,23?24]。而2-蒈烯（甜香味）、檸檬烯（檸檬果香味）、α-水芹烯（清香味）和β-月桂烯（清淡的香脂香氣）則進(jìn)一步形成芒果特有的香氣。三種芒果共有的香氣成分有26種，比如萜品油烯、3-蒈烯、β-月桂烯、石竹烯、珂巴烯和γ-依蘭油烯等萜烯類組分，組成芒果基本的香氣，但共有成分在不同品種芒果中含量存在明顯差異，比如金煌芒中3-蒈烯的含量明顯更高，達(dá)到10.783%，小臺(tái)芒中萜品油烯含量明顯更高，為17.545%。

表5 三種芒果的香氣成分及相對(duì)含量Table 5 Aroma components and relative contents of three kinds of mangos

將三種芒果中170種香氣成分按照官能團(tuán)分類，芒果香氣成分主要由7類化合物構(gòu)成。烯烴類（含環(huán)烷烴）56種、酯類46種、醇類25種、酮類18種、醛類15種、酸類6種、芳香烴4種。三種芒果香氣成分中含量最高的均為烯烴類化合物，烯烴類是草香型香氣物質(zhì)；不同的是，金煌芒還含有較多的酯類、醛類及醇類等含氧化合物，酯類是果香型香氣物質(zhì)，對(duì)果實(shí)濃郁起主要貢獻(xiàn)作用[25]；對(duì)小臺(tái)芒及青皮芒而言，烯烴類化合物占據(jù)極大的比例，而含氧香氣化合物明顯較金煌芒偏低，另外兩者都含有5%以上的芳烴香氣（特異芳香味[26]）成分。

續(xù)表 5

續(xù)表 5

續(xù)表 5

對(duì)于不同芒果品種中各自獨(dú)有的成分，其中金煌芒有51種，占金煌芒香氣成分含量的30.00%；小臺(tái)芒有38種，占小臺(tái)芒香氣成分含量的22.35%；青皮芒有25種，占青皮芒香氣成分含量的14.71%。金煌芒中丁酸乙酯、反,順-2,6-壬二烯醛、十四醛、紫羅蘭酮、呋喃酮及苯甲酸芐酯等低含量的組分，因其較低的氣味閾值，呈現(xiàn)出對(duì)整體香氣具有突出的貢獻(xiàn)作用?？梢钥闯觯鸹兔ⅹ?dú)有的香味成分，比如酯類（果汁香韻及果香香韻）、醛類（清香韻）以及醇類（醇香韻）等含量更多，更加豐富；對(duì)應(yīng)的青皮芒獨(dú)有的香味成分則相對(duì)較少，這也是金煌芒香氣濃郁，而青皮芒香氣較寡淡的原因。

3 結(jié)論

采用HS-SPME-GC×GC-TOFMS法在三種芒果品種共檢測出170種香氣成分，其中金煌芒、小臺(tái)芒、青皮芒中分別測到96、90、68種香氣成分，相對(duì)含量占各自總揮發(fā)性成分的74.04%、90.75%、78.91%。三種芒果共有的香氣成分有26種，烯烴中單萜烯及倍半萜烯烴類化合物在三種芒果香氣成分構(gòu)成中都占有較大比率，特別是3-蒈烯（松木香氣）及萜品油烯（松木樹脂味），兩者總量在三種芒果香氣成分中占比都超過20%，對(duì)形成芒果特有的香氣都有重大的貢獻(xiàn)。而2-蒈烯（甜香味）、檸檬烯（檸檬果香味）、α-水芹烯（清香味）和β-月桂烯（清淡的香脂香氣）則進(jìn)一步形成芒果特有的香氣，但共有成分的含量在不同品種芒果間存在差別。7類化合物中烯烴類化合物在三種芒果中含量占比最高，金煌芒與其他兩種芒果相比，含有更多的酯類、醛類和醇類等香氣成分，對(duì)應(yīng)的青皮芒獨(dú)有的香味成分則相對(duì)較少，這也是金煌芒香氣濃郁，而青皮芒香氣較寡淡的原因。結(jié)果表明，憑借全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀強(qiáng)大的分離及定性能力，可以獲得比常規(guī)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀更多的香氣成分信息，對(duì)香精香料的精細(xì)化發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用。