基于顶空气相色谱-离子迁移谱对不同品种猕猴桃果汁的香气指纹表征

田真1,张萌1,王银1,刘永萍1,岳田利1*,霍羽佳2

1(西北大学 食品科学与工程学院,陕西 西安,710069)2(山东海能科学仪器有限公司,济南 山东,251500)

摘 要 以美味、中华和软枣3大种系8种猕猴桃为原料,通过测定基础理化指标,结合顶空气相离子迁移谱(headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry,HS-GC-IMS)与描述性感官分析(descriptive sensory analysis,DSA),探究了不同品种猕猴桃汁的理化品质特性和优势香气组分。结果表明,美味猕猴桃中亚特的糖酸比、翠香的维生素C含量均显著高于其他品种;HS-GC-IMS共定性出64种挥发性成分,包括酯类23种,醛类19种,酮类9种,醇类10种,萜烯类1种,其他类2种;美味猕猴桃汁中优势香气组分为酯类,以己酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯为主,中华猕猴桃中金艳的香气特征与美味猕猴桃比较接近,软枣猕猴桃果汁中优势香气组分主要为酮醇类,2-甲基丁醇、3-甲基丁醇(二聚体)、乙偶姻单体及二聚体为关键香气物质;DSA表明,样品中青草香、水果香、酸味的得分偏高,其中亚特的甜味、水果香丰富,红阳的酸度、辛辣度、柑橘香、青草香突出,龙成二号的烟熏味明显。综上,HS-GC-IMS结合DSA可以实现对不同品种猕猴桃果汁的识别鉴定。

关键词 猕猴桃果汁;顶空气相色谱-离子迁移谱;香气表征;描述性感官分析

猕猴桃(Actinidia chinensis Planch),又名奇异果,因其富含维生素C、糖类、单宁、有机酸、氨基酸等营养成分广受消费者欢迎[1-3]。我国猕猴桃年产量约为243万t[4],深加工产品以果汁、果酒、果醋、果干为主,研究果汁的香气成分有助于调控果酒、果醋等在加工和储藏过程中的香气品质[5]

品种是影响果实品质的重要因素,更是生产制备猕猴桃果汁的关键影响因子。品种选择不当,会导致猕猴桃汁口味偏酸、维生素C含量低、香气不丰富[6]。目前对不同品种猕猴桃风味成分的研究多采用GC-MS、嗅辨法、电子鼻法等。耿彤晖等[7]通过GC-MS对国产新优猕猴桃品种瑞玉、璞玉的果实香气特征进行分析,指出不同猕猴桃品种的香气特征差异显著,醛类化合物在所有猕猴桃品种中占比最高;朱云琦等[8]采用GC-MS从6种美味猕猴桃中鉴定出50种挥发性成分,其中丁酸丁酯、芳樟醇为共有香气物质;赵玉等[9]结合气相色谱-嗅闻法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)和香气重组法成功鉴定出翠香、徐香、秦美及华优4种猕猴桃中的关键香气物质。顶空气相色谱-离子迁移谱联用技术(headspace-gas chromatography-ion migration spectroscopy, HS-GC-IMS)与GC-MS、GC-O、电子鼻法相比,具有耗时短、灵敏度高、痕量分析等优点[10-11]。因此,本研究以陕西、四川、辽宁3个地区3大种系8个品种猕猴桃为原料,通过测定理化指标,结合HS-GC-IMS与描述性感官分析(descriptive sensory analysis, DSA)表征不同品种猕猴桃汁的香气特性。研究结果可为猕猴桃品种鉴别、猕猴桃果汁、果酒的优质加工专用原料品种选育、加工选择提供理论依据和数据支持,促进HS-GC-IMS技术在猕猴桃果汁风味研究领域的应用发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猕猴桃:共8种,采收自2021年8月至10月,采样情况见表1。每个品种采集10 kg,并从中随机选取30个大小一致、无机械损伤的猕猴桃进行分析。

表1 不同猕猴桃品种的采集情况
Table 1 Collection of different kiwifruit varieties

编号品种种系果肉色泽产地北纬东经1海沃德美味绿肉绿心陕西周至34.18°108.22°2徐香美味绿肉绿心陕西眉县34.29°107.76°3翠香美味绿肉绿心陕西周至34.18°108.22°4亚特美味绿肉绿心陕西周至34.18°108.22°5龙成二号软枣绿肉绿心辽宁丹东40.07°124.23°6LD133软枣绿肉绿心辽宁丹东40.07°124.23°7金艳中华黄肉黄心四川蒲江30.05°103.19°8红阳中华黄肉红心四川蒲江30.05°103.19°

正丁酮、正戊酮、正己酮、正庚酮、正辛酮、正壬酮(色谱纯),百灵威科技有限公司;偏重亚硫酸钾、2,6-二氯靛酚钠、抗坏血酸、草酸、葡萄糖、3,5-二硝基水杨酸(均为分析纯),西安永屹生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

Flavour Spec®气相离子迁移谱联用仪,德国G.S.A公司;MM-DC0617榨汁机,美菱电器有限公司;UV-2600型紫外可见分光光度计,苏州岛津仪器有限公司;Z326K台式高速冷冻离心机,北京五洲新桥贸易有限公司;WZS手持式折射仪,上海仪电物理光学仪器有限公司;PB-10酸度计,赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 猕猴桃汁制备

参考LIU等[12]的方法,选择充分成熟的猕猴桃进行清洗、去皮、压榨,榨汁后添加60 mg/L的偏重亚硫酸钾,4 ℃、5 000 r/min离心10 min,取猕猴桃清汁于-40 ℃冰柜储存。

1.3.2 理化指标分析

出汁率:果汁质量与全果质量之比;可溶性固形物含量:手持折射仪测定;可滴定酸含量:参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》;糖酸比:可溶性固形物含量/可滴定酸含量;pH值:酸度计测定;还原糖:3, 5-二硝基水杨酸法[13];维生素C含量:2,6-二氯靛酚钠法[14]

1.3.3 HS-GC-IMS分析

自动进样条件:采用顶空进样方式,取1 mL猕猴桃果汁置于顶空瓶密封。孵化温度60 ℃,孵化时间15 min,孵化转速500 r/min,进样针温度85 ℃,进样量100 μL,清洗时间30 s。

GC条件:色谱柱(FS-SE-54毛细管柱),色谱柱温度40 ℃,载气为高纯N2(纯度≥99.999%),运行时间30 min。程序流速,初始2 mL/min,保持5 min,在5 min内线性增至10 mL/min,在10 min内线性增至100 mL/min,并保持10 min。

IMS条件:漂移管温度45 ℃,漂移气为N2(纯度≥99.999%),漂移气流速150 mL/min。

1.3.4 DSA

参考文献[15],分析研究了8种猕猴桃汁的香气差异。首先,通过“Le Nez du Vin”香气套件的培训筛选出了对香气较敏感的8名感官评价人员。在分析过程中,每位小组成员都使用了与猕猴桃果汁有关的香气术语来描述其香气特征,经过讨论,确定了9种香气属性词(甜味、酸味、辛辣味、青草香、水果香、坚果香、柑橘香、焦糖香和烟熏味)来评估猕猴桃汁样品(表2)。最后,采用9点区间量表进行样本评估(0表示无此种香气,9表示此种香气非常强烈)。

表2 猕猴桃果汁感官分析标准
Table 2 Sensory analysis standard of kiwifruit juices

香气属性词香气描述标准品甜味具有蜂蜜的甜香味蜂蜜=5酸味猕猴桃果实本身的酸涩味酸梅=5辛辣味具有冲鼻的刺激性气味大蒜=5青草香大自然中新鲜青草、树木的香气40 μL/L 3-己烯-1-醇=5水果香水果特征香气(如草莓、菠萝、苹果、香蕉味)1.4 μL/L 己酸乙酯=5坚果香花生、杏仁的香气杏仁=5柑橘香橙花、柠檬、柑橘的香气柠檬=5焦糖香类似烤面包、咖啡样焦甜香气烤面包=5烟熏味腊肠、火腿、鸡腿肉等熏制香气双汇火腿=5

1.3.5 数据处理

理化指标及感官评价数据分析:采用SPSS 19.0进行统计分析,Graphpad 8.0及Origin 2019软件绘图。

GC-IMS数据分析:利用Reporter插件对比样品间的谱图差异,Gallery Plot插件构建指纹图谱,Dynamic PCA插件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种猕猴桃果汁理化指标分析

出汁率反映了猕猴桃果实的加工特性,如图1-a所示,不同品种猕猴桃出汁率均在70%以上,其中亚特的出汁率最高,与红阳猕猴桃间存在显著差异。可溶性固形物含量、酸度、糖酸比等指标对猕猴桃汁的口感具有重要影响,糖酸比越高说明果汁甜味更强烈,亚特和翠香的糖酸比分别为12.43、12.17,显著高于其他品种猕猴桃,红阳猕猴桃汁的糖酸比仅为5.89(图1-d),这表明其酸度过高,不利于良好风味的形成。有文献指出,还原糖占水果中总糖含量的90%,主要以葡萄糖、果糖、山梨糖醇等形式存在,对果汁优良风味的产生具有重要作用[13]。美味猕猴桃汁的还原糖含量与中华猕猴桃和软枣猕猴桃间存在极显著差异,其中海沃德的还原糖含量最高,为104.93 g/L(图1-f)。不同品种间维生素C含量差异显著,其中翠香含量最高(126.92 mg/100 mL),亚特次之,LD133含量最低,仅为11.40 mg/100 mL(图1-g)。

a-出汁率;b-可溶性固形物含量;c-可滴定酸;d-糖酸比;e-pH值;f-还原糖;g-维生素C含量
图1 不同品种猕猴桃果汁理化指标
Fig.1 Physical and chemical indexes of different kiwifruit juices
注:****P<0.000 1;***P<0.001;**P<0.01;*P<0.05

2.2 不同品种猕猴桃果汁的气相离子迁移色谱分析

2.2.1 不同品种猕猴桃果汁挥发性香气的HS-GC-IMS谱图对比分析

不同品种猕猴桃果汁的三维地形图如图2所示,X轴、Y轴和Z轴分别表示迁移时间、保留时间和离子强度,不同种系间猕猴桃汁挥发性物质种类及含量上的差异,同种系内,虽然挥发性物质种类比较相似,但离子强度存在明显差异。

a-美味猕猴桃;b-软枣猕猴桃;c-中华猕猴桃
图2 不同品种猕猴桃果汁的HS-GC-IMS三维谱图
Fig.2 Three-dimensional HS-GC-IMS spectra of different kiwifruit juices

图3是三维谱图投影到二维平面上的俯视图,有助于更直观地对比猕猴桃果汁间的挥发性组分,图中的每个点代表一种挥发性物质(颜色越深,浓度越高)。对比可知,美味猕猴桃果汁中(图3-a)亚特的挥发性香气物质较其他3种更加丰富,软枣猕猴桃中(图3-b),龙成二号和LD133的风味组分差别不大,而中华猕猴桃中(图3-c),金艳和红阳之间挥发性风味组分有较大差异。图中方形标注位置为美味猕猴桃果汁差异挥发性组分,圆圈标注位置为中华猕猴桃果汁差异挥发性组分。

a-美味猕猴桃;b-软枣猕猴桃;c-中华猕猴桃
图3 不同品种猕猴桃果汁的HS-GC-IMS二维谱图
Fig.3 Two-dimensional HS-GC-IMS spectra of different kiwifruit juices

2.2.2 基于HS-GC-IMS的不同品种猕猴桃果汁挥发性香气定性分析

利用GC-IMS数据库对比挥发性组分的保留时间和迁移时间进行定性分析,基于正酮C4~C9作外标计算保留指数(retention index, RI)。如表3所示,从8种猕猴桃果汁中共定性出64种挥发性组分(单体及部分物质的二聚体),主要以酯类、醛酮类物质为主。其中乙酸乙酯、丁酸乙酯、(E)-2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、己醛、正己醇等物质在所有样品中均被检出,这与ZHAO等[15]研究结果一致。

表3 不同品种猕猴桃汁挥发性组分的定性分析
Table 3 Qualitative analysis of volatile components in different kiwifruit juices

编号分类化合物名称#CAS香气描述海沃德徐香翠香亚特龙成二号LD133金艳红阳12345678910酯类乙酸乙酯(单体)141-78-6乙酸乙酯(二聚体)141-78-6丙酸乙酯(单体)105-37-3丙酸乙酯(二聚体)105-37-3乙酸甲酯(单体)79-20-9乙酸甲酯(二聚体)79-20-9丁酸甲酯(单体)623-42-7丁酸甲酯(二聚体)623-42-7己酸甲酯(单体)106-70-7己酸甲酯(二聚体)106-70-7菠萝香、苹果香、水果香菠萝、朗姆酒及香蕉、梨、苹果、草莓、奶油水果、酒香、刺激苹果、干酪、香蕉、菠萝菠萝香+++++++++++++++++++++++-+++++++-++++++++++++++++++++++++++++++++++++--+-++++----

续表3

编号分类化合物名称#CAS香气描述海沃德徐香翠香亚特龙成二号LD133金艳红阳11121314151617181920212223酯类己酸乙酯(单体)123-66-0己酸乙酯(二聚体)123-66-0丁酸乙酯105-54-42-甲基丁酸甲酯(单体)868-57-52-甲基丁酸甲酯(二聚体)868-57-5乙酸丁酯(单体)123-86-4乙酸丁酯(二聚体)123-86-4乙酸戊酯628-63-7丁酸丙酯105-66-82-甲基丙酸乙酯(单体)97-62-12-甲基丙酸乙酯(二聚体)97-62-1乙酸异戊酯123-92-2丙酸丁酯590-01-2曲香、菠萝香菠萝、香蕉、苹果、威士忌酒水果香、醚香、冰淇淋、脂肪香、青香愉快水果香味(香蕉、桃子、生梨、凤梨、草莓、杏子)香蕉、果味香蕉、菠萝和杏的果香味水果(草莓、樱桃)、奶油、蜂蜜、糖蜜、啤酒和香槟酒甜味、香蕉、梨、清新、果味(酯)苹果、甜味、果味++++--+-------+-++++++++++++-------+----+++++++-++-+--+-+--+----++-+--+-++-++++-+--+++--+---+------+----24252627282930313233醇类正己醇(单体)111-27-3正己醇(二聚体)111-27-31-戊醇71-41-02-己醇626-93-71-丁醇(单体)71-36-31-丁醇(二聚体)71-36-3正丙醇71-23-83-甲基丁醇(单体)123-51-33-甲基丁醇(二聚体)123-51-32-甲基丁醇137-32-6青草香、果香、甜香、醇香、醚香面包香、苹果香、白兰地香气和辛辣味温和的杂醇油气息,并带有酒香类似乙醇气味苹果、白兰地、辛辣酒精味、果香(香蕉)+++++++++++++++-++++++++++++++++++++++++++++--+-++++--+++---+++-----++------++--34353637383940414243444546474849505152醛类苯甲醛100-52-7(E)-2-庚烯醛18829-55-5庚醛111-71-7糠醛98-01-1己醛(单体)66-25-1己醛(二聚体)66-25-1(E)-2-己烯醛(单体)6728-26-3(E)-2-己烯醛(二聚体)6728-26-3(E)-2-戊烯醛(单体)1576-87-0(E)-2-戊烯醛(二聚体)1576-87-0戊醛(单体)110-62-3戊醛(二聚体)110-62-33-甲基丁醛(单体)590-86-33-甲基丁醛(二聚体)590-86-32-甲基丁醛96-17-3辛醛124-13-0壬醛124-19-62-甲基丙醛(单体)78-84-22-甲基丙醛(二聚体)78-84-2杏仁、果味、粉末、坚果、苦味青草香类似甜杏、坚果香气面包香、焦糖香、焙烤香生的油脂、青草气、苹果香味青草香、苹果、脂肪、醛香柠檬香、青香发酵、面包、果浆苹果、桃子香气 咖啡、可可、甜味、果香、巧克力水果香气(甜橙)、脂肪、蜂蜜样香气蜡香、柑橘香、脂肪香、花香强烈刺激性气味+++++++++++-+++-+++++++++-------++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++----++----+----+++++++++++++++++++++--++---+----535455565758596061酮类1-戊烯-3-酮(单体)1629-58-91-戊烯-3-酮(二聚体)1629-58-92-戊酮(单体)107-87-92-戊酮(二聚体)107-87-92,3-戊二酮600-14-6丙酮591-78-62-己酮67-64-1乙偶姻(单体)513-86-0乙偶姻(二聚体)513-86-0香辣、醚香、胡椒、大蒜、芥菜、洋葱等强烈刺激性气味橘皮、甜、水果甜香、奶油、焦糖、坚果刺激、辛辣、甜味类似丙酮气味甜香、奶油+++++++++++++++++++++++++++++++++-------+--+++--++++++++----++-+----++-+62萜烯类柠檬烯138-86-3白柠檬、柑橘、橙子、果香、花香、辛香+++---++6364其他类2-乙基呋喃3208-16-02-乙基-3,5-二甲基吡嗪13925-07-0豆香、面包香、麦芽香、焦香、甜香、咖啡香味咖啡、烤坚果香、果仁、可可香++++++++++++++++

注:表中“+”代表化合物被检出,“-”代表化合物未检出

不同种系猕猴桃果汁在挥发性物质的种类上存在较大差异(图4)。由图4可知,美味猕猴桃果汁中亚特的酯类物质最为丰富,有21种,其次为海沃德(20种),相比之下,中华猕猴桃果汁中红阳的酯类化合物则略为单薄,仅有7种。有研究报道,美味猕猴桃中亚油酸、亚麻酸在脂氧合酶和乙醇脱氢酶的作用下形成醇类物质后,可经酰基转移酶催化最终生成酯类物质[16],本研究中乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯为所有样品中的共有酯类,对于猕猴桃果汁的水果香及甜味具有重要贡献。

图4 不同品种猕猴桃果汁中挥发性组分的种类
Fig.4 Types of volatile components in different kiwifruit juices

美味猕猴桃海沃德和翠香果汁中的醛类化合物种类最多,均为16种,包括苯甲醛、己醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、辛醛、庚醛等(表3)。以C6和C9的醛类物质代表着绿色植物的青香味[17]。醛类多以不饱和脂肪酸氧化或Strecker降解途径产生,阈值较低,对香气具有突出贡献[18]。苯甲醛由苯丙氨酸降解形成[19],具有丰富的坚果香;己醛和庚醛分别是亚油酸和花生四烯酸的氧化产物[20],具有油脂、青草香、苹果香;糠醛具有烤面包、焦糖香气,其中糠醛仅在海沃德果汁中检测到。邓红等[21]分析发现海沃德猕猴桃非浓缩还原汁主要的醛类香气物质为戊醛、己醛、壬醛、辛醛、正庚醛、(E)-2-己烯醛、2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、(Z)-2-庚烯醛,这与本研究结果基本相似。3-甲基丁醛具有类似苹果、桃子等果香味,其二聚体仅在软枣猕猴桃汁中检测到,赋予了该种系独特的水果香气。软枣猕猴桃果汁中的酮类物质更加丰富(龙成二号和LD133均为8种),其中具有甜香、奶油味的乙偶姻单体及二聚体是其区分于美味猕猴桃汁和金艳的特征性物质。2,3-戊二酮具有奶油香、甜香、焦糖气味,仅在海沃德猕猴桃汁中检测到。

中华猕猴桃红阳果汁中的醇类物质种类最少,仅为5种。醇类化合物多来源于氨基酸的还原和脂肪的氧化,呈现果香及花香香气[22]。不同品种猕猴桃果汁共有的醇类物质包括正己醇(单体)、1-丁醇、1-戊醇、2-己醇,这些物质为猕猴桃汁提供了青草香气、水果香和辛辣味。2-甲基丁醇、3-甲基丁醇(二聚体)仅在软枣猕猴桃果汁中检测到,这2种醇类均为杂醇油,具有苹果、白兰地、辛辣味。孙阳等[23]通过气相质谱从4种软枣猕猴桃果实中共检测出6种醇类,包括1,5-己二烯-3-醇、3-辛醇、1-辛烯-3-醇、桉树醇、2-乙基己醇、α-松油醇,与本研究结果有较大差异,分析可能是猕猴桃产地、品种及检测方式的不同导致。

萜烯类化合物阈值普遍较低,赋香作用明显[24]。孙阳等[23]发现‘龙成二号’软枣猕猴桃中特有香气化合物为乙酸乙酯、桉树醇、4-蒈烯。辛广等[25]从软枣猕猴桃果实中共检测鉴定出21种化学成分, 其中主要的萜烯类物质为β-月桂烯、D-柠檬烯、β-蒎烯。本试验的检测结果与上述结果略有不同,仅定性出1种萜烯类化合物柠檬烯,可能与遗传差异、检测仪器、色谱柱极性有关[26]。其他类物质主要有2-乙基呋喃和2-乙基-3,5-二甲基吡嗪,2-乙基呋喃具有面包香、焦香、甜香、咖啡香味,2-乙基-3,5-二甲基吡嗪具有巧克力、咖啡、烤坚果香,两者均存在于所有样品中,对猕猴桃果汁中的坚果香气及焦糖香气起到了正向作用。

2.2.3 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气指纹图谱分析

为直观对比不同品种之间挥发性成分相对丰度的差异,构建8种猕猴桃汁样品的指纹图谱。图中每一行代表一种样品的指纹图谱,每一列代表定性出的挥发性组分,指纹图谱中颜色的深浅表示挥发性组分含量的高低。由图5可知,不同品种猕猴桃汁的风味物质的种类和相对丰度存在较大差异。

美味猕猴桃汁中优势挥发性组分主要为酯类及醛类(图5),其中己酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、正丁醇等物质在亚特猕猴桃汁中的相对丰度要明显高于其他品种,丰富的酯类物质赋予了亚特猕猴桃汁较高的甜味及果香味,有研究表明,高的挥发酯含量与果实软化、可溶性固形物含量及高的糖酸比具有相关性[27]。海沃德与徐香的香气成分比较相似,但也存在特征峰区域,如乙酸戊酯在海沃德果汁中的浓度更高。徐香猕猴桃汁中正己醇、正戊醇的含量高于其他品种,贡献了较浓郁的青草香气。翠香猕猴桃汁中优势挥发性组分主要为醛类及吡嗪类,包括苯甲醛、庚醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪,这些物质具有杏味、果仁味、烤坚果味,有助于坚果香气的形成。

图5 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气指纹图谱
Fig.5 Fingerprints of volatile aroma of different kiwifruit juices based on HS-GC-IMS
注:HWD-海沃德;UX-徐香;CX-翠香;YT-亚特;JY-金艳;HY-红阳;LC2H-龙成2号;LD133-LD133(下同)

中华猕猴桃中金艳和红阳挥发性组分存在较大差异,其中金艳猕猴桃果汁中己酸乙酯、丁酸丙酯、(E)-2-戊烯醛、戊醛相对丰度均高于红阳,这对其呈现的果香、青草香起重要作用。红阳猕猴桃汁中柠檬烯的离子强度最高,柠檬烯具有白柠檬、柑橘、橙子、果香味,为红阳样品提供了较高的柑橘香气。软枣猕猴桃汁中龙成二号与LD133的挥发性组分差异不大,LD133中相对丰度偏高的1-戊烯-3-酮具有强刺激性,为LD133果汁贡献出了较强的辛辣味,而龙成二号果汁中强度较高的2-乙基呋喃具有豆香、烤面包香、甜香,使其香气相对柔和。

2.2.4 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气主成分分析

主成分分析可更直观地对不同品种猕猴桃果汁进行区分。如图6所示,主成分1和主成分2的贡献率之和达72%,表明这2个主成分能表征挥发性物质中的大部分信息。

图6 不同品种猕猴桃汁主成分分析
Fig.6 Principal component analysis of different kiwifruit juices

由图6可知,不同品种的猕猴桃汁分别处于不同的区域,得到了很好的区分。软枣猕猴桃与中华猕猴桃和美味猕猴桃相距较远,说明主成分1能有效的将软枣猕猴桃与其他2类进行区分,而中华猕猴桃和美味猕猴桃距离较近,说明两者之间的挥发性组分比较相似,其中金艳香气特征极贴近美味猕猴桃。美味猕猴桃果汁中,亚特的挥发性组分与其他3个品种间差异较大,主成分2很好地将亚特与其他品种进行了区分。

2.3 不同品种猕猴桃果汁DSA

对8名品评员的感官数据进行统计,绘制感官分析蜘蛛网图。如图7所示,猕猴桃汁样品中青草香、水果香、酸味的得分偏高,说明这3种香气属性代表了猕猴桃汁中的主要气味,与ZHAO等[15]研究结果相似。

图7 不同品种猕猴桃汁感官分析蜘蛛网图
Fig.7 Spider web map of sensory analysis for different kiwifruit juices

不同种系的猕猴桃汁的感官结果有明显差异。美味猕猴桃汁的甜味、水果香气较高,其中亚特的果香味最高,这可能与HS-GC-IMS中定性出的丰富的挥发性酯类存在相关性。青草香是猕猴桃汁中的一类主要香气,相比于其他3种美味猕猴桃,徐香的青草香更加浓郁,这可能归因于徐香猕猴桃汁中相对丰度较高的正己醇。坚果香、焦糖香气的感官得分都偏低,这2类香气的强度在翠香猕猴桃汁中最高,推测可能与翠香中的醛类物质和吡嗪类物质含量较高有关。

中华猕猴桃汁中,金艳和红阳的感官结果差异较大,主要体现在甜味、辛辣味、水果香及柑橘香气上,金艳的甜味、水果香气强度均明显高于红阳猕猴桃汁,与美味猕猴桃汁的香气特征比较接近,这与主成分分析结果相符。红阳猕猴桃汁的柑橘香气最为突出,推测可能是红阳中的柠檬烯含量较高所引起的。令人意外的是,评价人员在软枣猕猴桃汁中均嗅出了不同强度的烟熏香味,其中龙成二号的烟熏味最浓,但目前还无法推断出产生这类香气的具体挥发性组分,有待后续研究中与GC-MS相结合进一步分析。

3 结论

本研究对不同地区8个品种猕猴桃汁的理化指标和香气物质进行了测定和分析,其中美味猕猴桃汁的可溶性固形物含量、糖酸比、还原糖含量均明显高于其他种系,甜味、水果香突出,中华猕猴桃红阳的感官结果与其他品种差异较大,酸度、辛辣度、青草香突出,软枣猕猴桃烟熏味明显。通过HS-GC-IMS在猕猴桃汁中共定性出64种香气成分,主要为酯类及醛酮类,乙酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯、己醛在美味猕猴桃汁中的相对丰度更高,中华猕猴桃果汁金艳和红阳的风味组分存在较大差异,金艳的香气特征与美味猕猴桃汁类似,红阳的特征风味物质为柠檬烯,2-甲基丁醇、3-甲基丁醇(二聚体)、乙偶姻是软枣猕猴桃果汁区分于其他品种的关键香气物质。主成分分析结果表明,不同品种猕猴桃汁有明显的差异。研究建立了8种猕猴桃果汁的挥发性气味指纹图谱,为优质猕猴桃果汁加工专用品种的育种、加工原料选用提供了数据支持。

参考文献

[1] 解梦梦, 赵武奇, 贾梦科, 等.低温等离子体处理对鲜切猕猴桃片质构及理化特性的影响[J].中国食品学报, 2021, 21(10):133-142.

XIE M M, ZHAO W Q, JIA M K, et al.Effects of low temperature plasma treatment on texture and physicochemical properties of fresh-cut kiwi slices[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2021, 21(10):133-142.

[2] ZHANG L, ZHANG W X, WANG Q J, et al.Purification, antioxidant and immunological activities of polysaccharides from Actinidia chinensis roots[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 72:975-983.

[3] GUO J, YUAN Y H, DOU P, et al.Multivariate statistical analysis of the polyphenolic constituents in kiwifruit juices to trace fruit varieties and geographical origins[J].Food Chemistry, 2017, 232:552-559.

[4] 黄星. 猕猴桃产业助推四川扶贫探析[J].农村经济与科技, 2020, 31(9):216-217;220.

HUANG X.Analysis of kiwifruit industry boosting poverty alleviation in Sichuan[J].Rural Economy and Science-Technology, 2020, 31(9):216-217;220.

[5] 刘鹏. 猕猴桃果汁中糖苷键合态香气成分及果汁加工关键步骤对香气的影响[D].杨凌:西北农林科技大学, 2021.

LIU P.The influence of glycosidically bound volatile components in kiwifruit juice and its key processing steps on aroma[D].Yangling:Northwest A & F University, 2021.

[6] 梁锦, 黄天姿, 王丹, 等.不同品种猕猴桃制汁适应性评价[J].食品工业科技, 2020, 41(24):210-218;225.

LIANG J, HUANG T Z, WANG D, et al.Suitability evaluation of different kiwifruit varieties for juice processing[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(24):210-218;225.

[7] 耿彤晖, 兰天, 雷玉山, 等.国产新优猕猴桃品种瑞玉、璞玉果实营养品质与香气特征分析[J].食品与发酵工业, 2021, 47(12):102-109.

GENG T H, LAN T, LEI Y S, et al.Analyses of nutritional qualities and aroma characteristics of new domestically bred high-quality kiwifruit cultivars Ruiyu and Puyu[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(12):102-109.

[8] 朱云琦, 董官勇, 刘明春.HS-SPME/GC-MS分析美味猕猴桃中的风味物质[J].中国果菜, 2021, 41(8):27-33.

ZHU Y Q, DONG G Y, LIU M C.Study on volatile components of Actinidia deliciosa by HS-SPME/GC-MS[J].China Fruit & Vegetable, 2021, 41(8):27-33.

[9] 赵玉, 詹萍, 王鹏, 等.猕猴桃中关键香气组分分析[J].食品科学, 2021, 42(16):118-124.

ZHAO Y, ZHAN P, WANG P, et al.Analysis of key aroma compounds in kiwifruits[J].Food Science, 2021, 42(16):118-124.

[10] 王银, 田真, 杨晨晨, 等.基于顶空气相色谱-离子迁移谱对乳杆菌及产香酵母发酵红枣汁的香气成分分析[J].食品与发酵工业, 2022, 48(3):266-272.

WANG Y, TIAN Z, YANG C C, et al.Volatile components analysis of Lactobacillus sp.or Zygosaccharomyces spp.fermented jujube juices based on headspace gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(3):266-272.

[11] GERHARDT N, BIRKENMEIER M, SANDERS D, et al.Resolution-optimized headspace gas chromatography-ion mobility spectrometry (HS-GC-IMS) for non-targeted olive oil profiling[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2017, 409(16):3 933-3 942.

[12] LIU D, QI Y M, ZHAO N, et al.Multivariate analysis reveals effect of glutathione-enriched inactive dry yeast on amino acids and volatile components of kiwi wine[J].Food Chemistry, 2020, 329:127086.

[13] 李志霞, 聂继云, 闫震, 等.响应面法对3, 5-二硝基水杨酸比色法测定水果中还原糖含量条件的优化[J].分析测试学报, 2016, 35(10):1 283-1 288.

LI Z X, NIE J Y, YAN Z, et al.Optimization of 3, 5-dinitrosalicylic acid colorimetry determination conditions of reducing sugar in fruits by response surface method[J].Journal of Instrumental Analysis, 2016, 35(10):1 283-1 288.

[14] 李书静, 李可, 姚新建, 等.2, 6-二氯靛酚钠法测定果汁饮料中的维生素C[J].光谱实验室, 2011, 28(5):2 391-2 394.

LI S J, LI K, YAO X J, et al.Determination of vitamin C in the fruit-juices by 2, 6-dichlorindophenol sodium method[J].Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory, 2011, 28(5):2 391-2 394.

[15] ZHAO Y, ZHAN P, TIAN H L, et al.Insights into the aroma profile in three kiwifruit varieties by HS-SPME-GC-MS and GC-IMS coupled with DSA[J].Food Analytical Methods, 2021, 14(5):1 033-1 042.

[16] ZHANG B, YIN X R, LI X, et al.Lipoxygenase gene expression in ripening kiwifruit in relation to ethylene and aroma production[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(7):2 875-2 881.

[17] ZHANG C Y, ZHANG Q, ZHONG C H, et al.Volatile fingerprints and biomarkers of three representative kiwifruit cultivars obtained by headspace solid-phase microextraction gas chromatography mass spectrometry and chemometrics[J].Food Chemistry, 2019, 271:211-215.

[18] ZHAO J, WANG M, XIE J C, et al.Volatile flavor constituents in the pork broth of black-pig[J].Food Chemistry, 2017, 226:51-60.

[19] 白洁, 蒋华彬, 陶国琴, 等.基于SPME-GC-MS和PCA分析气流膨化处理对马铃薯方便粥香气成分的影响[J].食品科学, 2020, 41(14):217-224.

BAI J, JIANG H B, TAO G Q, et al.Analysis of the aromatic components of potato flour incorporated instant congee processed by explosion puffing by combined use of SPME-GC-MS and PCA[J].Food Science, 2020, 41(14):217-224.

[20] LI Q L, LI R Q, CAO G, et al.Direct differentiation of herbal medicine for volatile components by a multicapillary column with ion mobility spectrometry method[J].Journal of Separation Science, 2015, 38(18):3 205-3 208.

[21] 邓红, 刘旻昊, 马婧, 等.UHP与 HTST杀菌处理的猕猴桃NFC果汁贮藏期品质变化[J].食品工业科技, 2020, 41(9):269-277;296.

DENG H, LIU M H, MA J, et al.Quality changes of kiwifruit NFC juice during storage with UHP and HTST sterilization treatment[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(9):269-277;296.

[22] 袁红飞, 钟小清, 唐胜春, 等.基于电子舌和气相色谱-离子迁移谱分析不同等级佛跳墙的风味特征[J].食品与生物技术学报, 2021, 40(9):73-84.

YUAN H F, ZHONG X Q, TANG S C, et al.Analysis of flavor substances of different grades of ‘Fo Tiao Qiang’ based on electronic tongue and gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].Journal of Food Science and Biotechnology, 2021, 40(9):73-84.

[23] 孙阳, 慈志娟, 刘振盼, 等.不同软枣猕猴桃品种果实品质和香气成分差异分析[J].中国果树, 2021(5):52-55;60.

SUN Y, CI Z J, LIU Z P, et al.Analysis on fruit quality and aroma components of different Actinidia arguta cultivars[J].China Fruits, 2021(5):52-55;60.

[24] 熊学斌, 夏延斌, 张晓, 等.不同品种辣椒粉挥发性成分的GC-MS分析[J].食品工业科技, 2012, 33(16):161-164.

XIONG X B, XIA Y B, ZHANG X, et al.Gas chromatography-mass spectrometric analysis of volatile components in capsicum powder from different cultivars[J].Science and Technology of Food Industry, 2012, 33(16):161-164.

[25] 辛广, 张博, 冯帆, 等.软枣猕猴桃果实香气成分分析[J].食品科学, 2009, 30(4):230-232.

XIN G, ZHANG B, FENG F, et al.Analysis of aromatic constituents of Actinidia arguta sieb.et zucc fruit[J].Food Science, 2009, 30(4):230-232.

[26] 吕正鑫, 王海令, 贺艳群, 等.基于HS-SPME-GC-MS的5份猕猴桃种质风味品质研究[J].果树学报, 2022, 39(1):47-59.

LYU Z X, WANG H L, HE Y Q, et al.Flavor quality analysis of five kiwifruit germplasm based on HS-SPMEGC-MS[J].Journal of Fruit Science, 2022, 39(1):47-59.

[27] 涂正顺, 李华, 王华, 李可昌, 卢家烂.猕猴桃果实采后香气成分的变化[J].园艺学报, 2001, 28(6):512-516.

TU Z S, LI H, WANG H, et al.The changes of aroma components in kiwifruit after harvest[J].Acta Horticulturae Sinica, 2001, 28(6):512-516.

Aroma fingerprint characterization of different kiwifruit juices based on headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry

TIAN Zhen1, ZHANG Meng1, WANG Yin1, LIU Yongping1, YUE Tianli1*, HUO Yujia2

1(College of Food Science and Engineering, Northwest University, Xi’an 710069, China)2(Shandong Hanon Scientific Instruments Co.Ltd., Jinan 251500, China)

ABSTRACT To investigate the physicochemical properties and dominant aroma components of different varieties of kiwi juices, a total of eight varieties of kiwifruit from 3 major strains of Meiwei, Zhonghua and Ruanzao were used as raw materials, and physiochemical indexes, headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry (HS-GC-IMS), and descriptive sensory analysis (DSA) were tested. Results showed that the sugar-acid ratio of Yate and the vitamin C content of Cuixiang in Meiwei kiwi iuices were significantly higher than that in other varieties. The HS-GC-IMS identified 64 volatile components, which consisted of 23 esters, 19 aldehydes, 9 ketones, 10 alcohols, 1 terpene, and 2 others. The dominant aroma components in Meiwei kiwifruit juices were esters, mainly including methyl caproate, ethyl propionate, ethyl butyrate, butyl acetate, ethyl 2-methyl propionate, and ethyl 2-methyl butyrate. The aroma characteristics of Zhonghua kiwifruit Jinyan were relatively close to Meiwei. The dominant aroma components in Ruanzao kiwifruit juices were mainly ketone-alcohols type, among which 2-methylbutanol, 3-methylbutanol (dimer), and acetoin (monomer and dimer) were the key aroma substances. DSA showed that the scores of grassy, fruity, and sour aromas in samples were high, of which Yate was rich in sweetness and fruity aroma, and Hongyang’s acidity, pungency, citrus, and grassy aroma were prominent. The smoky of Longcheng 2 was obvious. In conclusion, HS-GC-IMS combined with DSA could distinguish different kiwifruit juices.

Key words kiwifruit juices; headspace gas chromatography-ion mobility spectrometry; aroma characterization; descriptive sensory analysis

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031385

引用格式:田真,张萌,王银,等.基于顶空气相色谱-离子迁移谱对不同品种猕猴桃果汁的香气指纹表征[J].食品与发酵工业,2023,49(1):279-287.TIAN Zhen, ZHANG Meng, WANG Yin, et al.Aroma fingerprint characterization of different kiwifruit juices based on headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(1):279-287.

第一作者:硕士研究生(岳田利教授为通信作者,E-mail:yuetl421@nwu.edu.cn)

基金项目:陕西省农业科技创新项目(NYKJ-2019-XA)

收稿日期:2022-03-11,改回日期:2022-03-22