刺梨(Rosa roxburghii Tratt)是一种蔷薇科落叶灌木果实,广泛分布在中国西南、中南和西北地区[1-2]。刺梨主要功能成分为维生素C、类黄酮、单宁、酚类化合物、多糖、萜类化合物等,具有抗氧化、抗癌、降血糖等营养价值[3]。刺梨香气浓郁独特,SHENG等[4]研究发现刺梨的主要挥发性化合物为醇类和酯类,典型挥发性化合物为4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮。除了挥发性香气外,刺梨还富含热敏性活性成分,比如维生素C、酚类化合物等[5-6]。这些挥发性香气组分和热敏性活性成分在传统热加工时极易降解损失[7-8]。

超高压技术(ultra-high pressure,UHP),也称高静压技术(high hydrostatic pressure,HHP),是一种非热加工食品的技术,通常是在常温条件下通过液体介质(大多数为水)将密封食品置于高压(100～600 MPa)中,并保持一定时间[9]。通过此技术可以使微生物失活、酶活性下降或丧失,从而达到延长保质期、保留其风味和营养价值的目的[10]。目前,超高压技术广泛应用于果汁加工中,XIA等[11]研究发现,HHP可有效控制沙棘汁中微生物生长,并有效保留其挥发成分。BI等[12]研究发现HHP处理的蓝莓-葡萄-菠萝-哈密瓜汁混合果汁在保留酯类和醛类方面较热处理具有优势。裴龙英[13]研究发现,超高压处理的哈密瓜汁与新鲜哈密瓜汁种的酯类较接近,但随压力增加,总酯含量下降,总醇和总醛含量增加,酮类无显著变化。李靖等[14]发现超高压处理相较于传统热处理在保持刺梨品质特性方面有显著优势,而超高压处理对刺梨汁香气成分影响规律的研究,尚未见报道。

本文以刺梨汁为考察对象,采用电子鼻检测联合固相微萃取-气相色谱-质谱联用(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)技术,分析不同超高压条件下(5～20 min、100～600 MPa),刺梨汁风味物质的含量与组成,以及香味特征的变化。同时结合主成分分析(principal component analysis,PCA)和拟合曲线(非线性模型和线性模型),探讨刺梨汁在超高压处理过程中挥发性物质的变化规律,为刺梨汁的赋香、留香技术加工提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 刺梨汁

刺梨果鲜榨汁,金威益健康产业发展有限公司供样。

1.1.2 试剂

蒸馏水,实验室制备;氯化钠,分析纯。

1.2 仪器与设备

HPP3-5 L600 MPa型高压食品加工设备,中国内蒙古包头科发高压科技有限责任公司;7890B-5977A型气相色谱质谱联用仪,美国安捷伦科技公司;DB-5MS 5%Phenyl-95%DiMethylpolysiloxane(30 m×0.25 mm×0.25 μm)型弹性石英毛细管,美国安捷伦科技公司;PK1 57330-U型手动固相微萃取装置、57328-U型2 cm-50/30 μmDVB/CAR/PDMS萃取纤维头,美国Supelco公司;C-Nose型电子鼻,上海保圣Bosin公司;DF-101Z型恒温磁力搅拌器,天津市工兴实验仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 刺梨汁样品的超高压处理

将刺梨鲜榨汁分装于聚乙烯塑料袋中封口,置于高压容器内,分别在100、350、600 MPa的条件下,处理5、10、20 min,保压期间压强变化不超过10 MPa。超高压设备升压速率为100 MPa/min,瞬时解压。

1.3.2 SPME萃取方法

参照张亚兰等[15]的方法并稍作改动。向20 mL顶空瓶内加入3 mL刺梨汁,1 g氯化钠,用PTFE/硅橡胶隔垫密封,在磁力搅拌器上搅拌(40 ℃,15 min),把已老化(270 ℃,1 h)的萃取头穿过顶空瓶密封垫1 cm,推下纤维头,进行顶空吸附(40 ℃,30 min)。萃取完毕后,立即将萃取头插入GC中解析(250 ℃,5 min)。

1.3.3 GC-MS参数条件

色谱条件：色谱柱升温至255 ℃(5 ℃/min);汽化室温度250 ℃;载气He(纯度99.999%);柱前压52 540 Pa,载气流量1.0 mL/min。不分流进样,溶剂延迟2 min。

质谱条件：电子轰击(EI)离子源;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;电子能70 eV;发射电流34.6 μA;倍增器电压1 615 V;接口温度280 ℃;全扫描模式,质量扫描范围40～550 m/z。

1.3.4 挥发性香气成分的定性和相对定量方法

通过质谱计算机数据系统检索,把总离子流图中各峰与人工解析图谱和美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)2008和Wiley275质谱库进行匹配,确认各组刺梨汁的挥发性物质(匹配度>70%),用峰面积归一化法确定挥发性成分的相对含量[16]。

1.3.5 电子鼻检测

C-Nose型电子鼻由10种传感器组成。表1为各传感器的响应特征。准确量取5 mL样品于20 mL顶空瓶中,用PTFE/硅橡胶隔垫密封,静置(25 ℃,30 min)。预热电子鼻30 min,传感器清洗(60 s)完毕后进样(1 L/min),检测分析80 s。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行整理,采用SPSS 27.0软件进行香气PCA,采用DPS数据处理系统对香气成分含量进行单因素方差分析,以P<0.05为存在显著性差异,采用Origin 2021软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 超高压处理对刺梨汁香气成分的组成和含量的影响

香气是评价果汁品质的重要指标之一,醇类、酯类、内酯类、醛类、萜类、羰基化合物和一些含硫化合物等具有特征香气的挥发性成分可以客观反映不同果汁的香气特点[17]。刺梨汁中八大类香气成分的总相对含量如图1所示。

由图1可知,各类香气成分相对含量由高到低为酯类>醇类>醛类>萜烯类>酮类>酸类>芳香族类>其他类。100 MPa,10 min组中,醇类相对含量显著高于未处理组(P<0.05),这可能是葡萄糖降解和氨基酸分解代谢的原因[18]。在350 MPa处理5 min时,醇类相对含量著低于其他处理组(P<0.05),这可能是醇类与有机酸发生酯化反应而造成[19]。

超高压处理后,萜烯类相对含量均降低,其中,600 MPa,20 min组最为显著,原因可能是萜烯类含有双键,易受温度影响[19]。超高压会引起温度的变化[20],每提高100 MPa,超高压室内的温度会提高2～3 ℃,压强达到600 MPa时,温度会提升12～18 ℃[21]。

超高压处理后,酯类的相对含量均高于对照组,100 MPa,5 min组的相对含量最高。这可能是由于超高压处理激活了酯类合成相关酶的活性[22]。

超高压处理后,各组间醛类的相对含量变化不显著,但相对含量均比对照组低,这可能归因于醛类性质不稳定,易被还原成醇类[18],这可能解释了醇类的整体相对含量大于醛类的原因。

350 MPa,5 min组的酮类相对含量提升最为明显,这可能与蛋白质在高压下的聚合、折叠有关[19]。600 MPa,20 min组的醇类相对含量最低,酮类物质发生化合反应生成其他物质可能是其主要原因[23]。

超高压处理后,酸类物质相对含量增加,600 MPa,20 min组的相对含量最高,通过酸部分和酰基载体蛋白间的缀合物合成和水解来产生挥发性酸,可能是产生此现象的主要因素[24]。

与对照组进行比较,600 MPa,5 min组的芳香族保留量显著提高,而保压延长20 min时,相对含量显著降低。YAN等[25]推测超高压可影响分子内或分子间非共价键,并改变细胞通透性或是细胞变形,有助于芳香族物质释放,而相对含量降低是由于物质的热敏性。

350 MPa,5 min组的其他化合物相对含量显著低于对照组,可推测该超高压条件对其影响较大。

不同压强与保压时间处理对刺梨汁51种香气成分相对含量的影响如表2所示。经过不同压力和保压时间处理后的刺梨汁共鉴定出51种香气成分,包括7种醇类、8种萜烯类、18种酯类、7种醛类、3种酮类、3种酸类、3种芳香族和2种其他类。其中,壬醛、(E)-3-己烯醇、乙酸乙酯、己酸乙酯、(Z)- β-罗勒烯是主要的香气成分,占挥发性成分总相对含量的60.1%,赋予刺梨汁甜香、果香、青味等香气特征。醇类中,(Z)-3-己烯-1-醇相对含量在350 MPa下,随保压时间延长而升高,其中,保压5 min时,相对含量比对照组显著降低0.38%,原因可能是刺梨汁中发生了氧化、还原、酯化和水解反应[26]。萜烯类中,(Z)- β-罗勒烯的相对含量在保压5 min时随压强提高而变大,但与对照组相比,显著降低了3.47%、3.11%和2.34%,可能由于超高压造成萜烯类化学降解[27]。醛类中,3-己烯醛为超高压处理后的新增物质,这可能是由于UHP处理提高脂氧合酶的活性,促进亚油酸和亚麻酸的分解[28],进而转化为3-己烯醛。酸类中,由于醇和醛在高压环境中氧化生成有机酸[25],辛酸相对含量均显著高于未处理组,其中,100 MPa,5 min组最为显著,提高了2.11%。

2.2 超高压处理条件下刺梨汁香气成分的变化规律

超高压处理条件下,刺梨汁八大类香气化合物相对含量变化的拟合曲线和拟合方程分别如图2和表3 所示。

由图2-a、图2-d和图2-h可知,醇类、醛类和其他香气成分的相对含量变化趋势无规律,需通过实验进一步研究。由图2-b可知在100、600 MPa下,萜烯类相对含量随时间延长而减少,能较好地用线性模型拟合,方程分别为y100MPa=7.845-0.007 29x,R2=0.587 91;y600MPa=8.69-0.135 14x,R2=0.993 16。由图2-c可知,在100 MPa下,随着时间延长,酯类相对含量减少,符合二次函数特征,方程为y=45.893 1-1.263 24x+0.035 77x2,R2=0.973 34。由图2-e可知,在100 MPa下,酮类相对含量随保压时间延长而减少,可很好地用二次函数模型拟合,方程为y=7.430 49+0.290 73x-0.021 8x2,R2=0.998 31。由图2-f可知,在350 MPa下,酸类相对含量随时间延长而大致呈现增加的趋势,符合线性方程,为y=4.093 35+0.005 61x,R2=0.432 36。由图2-g可知,在600 MPa时,芳香族相对含量随保压时间延长而减少,十分符合线性方程,方程为y=1.51-0.047 14x,R2=0.999 12。

2.3 不同超高压处理刺梨汁香气成分PCA

PCA将数据投影到较少的主成分上,可尽可能保留数据主要信息,同时降低维度,使其更易理解分析。不同超高压处理下刺梨汁香气主成分载荷矩阵分析结果如附表1(https：//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040567)所示。前3个主成分的散点图和载荷图结果如图3所示。

由图3和附表1(https：//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040567)可知,前3种主成分累计贡献率为82.7%,大于80%可以较好地代表原数据信息。第一主成分贡献率为38.0%,反映的主要指标有3,7-二甲基-1,6-辛二烯、α-沉香呋喃、(Z)-β-罗勒烯等。第二主成分贡献率为28.9%,反映的主要指标有乙酸丙酯、乙酸乙酯、(E)-4-己烯-1-醇等。第三主成分贡献率为15.8%,反映的指标主要有1-石竹烯、芳樟醇、(E)-3-己烯酸。因此,对第一主成分贡献较大的为萜烯类,对第二主成分贡献较大的为酯类和醇类,第三主成分贡献较大的为萜烯类和酸类。

由图3可知,350 MPa,10 min组和350 MPa,20 min组间相差较小,2组香气物质比较接近。600 MPa,5 min组与对照组相距最近,说明其香气存在相似性。对照组和100 MPa,5 min处理组相距最远,说明两组整体香气有显著差异。不同超高压处理组都与未处理组有一定距离,所以各种处理会对刺梨汁的香气起到不同作用。

未经处理的刺梨汁的香气成分主要集中于PC1正半轴,PC2、PC3负半轴,其特点是具有B2(Z-β-罗勒烯)、B8(α-沉香呋喃)、C15(苯甲酸乙酯)、D4(壬醛)。100 MPa,10 min组刺梨汁的香气成分主要集中PC1、PC2、PC3的正半轴,该组的特征香气是A3[(Z)-4-己烯-1-醇]、B7(4-萜烯醇)、C1(乙酸乙酯)、C3(异丁酸乙酯)、C4(乙酸丙酯)、C6(3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯)、F1((E)-3-己烯酸)、F3(乙酸)、H2(2,4-二乙酰氧基戊烷)。100 MPa,20 min和600 MPa,10 min组刺梨汁的香气成分主要集中在PC1、PC3负半轴,PC2正半轴,它们的特征香气为C11(2-糠酸乙酯)、H1(2-甲基呋喃)。100 MPa,5 min、350 MPa,10 min组的刺梨汁香气成分主要集中在PC1、PC2负半轴,PC3正半轴,2组的差异香气成分为B5(1-石竹烯)、C7((Z)-2-乙酸戊烯酯)、C8(乙酸异戊酯)、C13(甲酸香叶酯)、D5(正辛醛)、G1(甲基丁香酚)。350 MPa,5 min和350 MPa,20 min组的刺梨汁香气成分主要集中在PC1、PC2、PC3负半轴,C5(2,3-丁二醇二乙酸酯)、C10(Z-3-乙酸己烯酯)是这2组的差异香气组分。600 MPa,5 min和600 MPa,20 min组刺梨汁香气成分主要集中在PC1、PC2正半轴,PC3负半轴,A1[(Z)-3-己烯醇]、A2[(E)-4-己烯-1-醇]、A4[(E)-3-己烯醇]、A5(正己醇)、A6(1-辛烯-3-醇)、C2(丁酸乙酯)、D6(己醛)、G2(2,4-二叔丁基苯酚)是其特征香气。总之,在本研究设定的超高压处理参数下,各刺梨汁样品的挥发性成分具有可区分性。

2.4 电子鼻分析

2.4.1 电子鼻传感器响应分析

电子鼻具有传感器列阵,可以快速分析并有效区分样品的总体香气[29-30]。电子鼻10个电子传感器对样品香气成分的响应值雷达图如图4所示。

传感器W5S和W1C对不同组的响应值变化明显,说明超高压处理会使刺梨汁中的氮氧化合物、苯类、芳香成分产生显著变化,且与未处理组相比,350 MPa,5 min组的响应值明显增大。结合表2,这对应于2,3-丁二醇二乙酸酯、(Z)-3-乙酸己烯酯、辛酸乙酯2-己烯醛、3-己烯醛、4-甲氧基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮芳香成分相对含量的显著增加。350 MPa,10 min组的响应值下处理有较为明显的减小,这对应于(E)-3-己烯-1-醇、(Z)-β-罗勒烯、4-萜烯醇、3-甲基-2-丁烯-1-醇乙酸酯、苯甲醛、乙酸芳香成分相对含量降低。传感器W3C对各组的响应值几乎完全重叠,说明压强和时间的变化对氨类物质无影响。刺梨汁在传感器W3S、W2S的响应值随不同处理条件的变化在1个单位之内,说明刺梨汁中的醇醛酮类、长链烷烃类没有显著变化,这可能与1-辛烯-3-醇、2-庚醇、辛醛、正辛醛、己醛的相对含量少且变化小有关。综上,刺梨汁经350 MPa,5 min处理,氮氧化合物、苯类、芳香成分显著增加,UHP对氨类物质几乎无影响。

2.4.2 超高压处理刺梨汁电子鼻PCA

不同压力和保压时间处理刺梨汁的PCA结果如图5所示。第一主成分贡献率达56.0%,第二主成分的贡献率达30.0%,累计贡献率达86.0%,说明前2个主成分覆盖了大部分的气味信息,电子鼻能有效区分不同超高压处理组刺梨汁的气味变化。100 MPa,10 min组的刺梨汁与原汁距离最小,说明经此处理后,刺梨汁香气成分变化较小;350 MPa,5 min组刺梨汁距离原汁最大,说明该组刺梨汁香气成分与原汁差异最显著。这与GC-MS的PCA结果不一致,可能是电子鼻对刺梨汁中的一些挥发性成分不敏感,并且刺梨汁各挥发性成分间,挥发性成分和非挥发成分间相互作用造成的[29]。350 MPa,10 min组和350 MPa,20 min组相距较近,说明2组间成分差异较小,这与GC-MS的PCA结果一致。而350 MPa,5 min组与这两组存在较大距离,说明保压时间延长,刺梨汁香气成分会存在较大差异。

3 结论

GC-MS检测出经过不同压力和保压时间处理后的刺梨汁共有八类化合物,包括醇类7种、萜烯类8种、酯类18种、醛类7种、酮类3种、酸类3种、芳香族3种和其他类2种,共51种香气成分。各类香气成分含量由高到低为酯类>醇类>醛类>萜烯类>酮类>酸类>芳香族类>其他类。壬醛、(E)-3-己烯醇、乙酸乙酯、己酸乙酯、(Z)-β-罗勒烯是主要的香气成分,占挥发性成分总含量的60.1%,赋予刺梨汁甜香、果香、青味等香气特征。各参数条件的超高压处理均能提高酯类和酸类的相对含量,降低萜烯类和醛类的相对含量。其中,萜烯类和芳香族在600 MPa下,相对含量随保压时间延长而减少,符合线性模型(y=8.69-0.135 14x,R2=0.993 16;y=1.51-0.047 14x,R2=0.999 12),在100 MPa下,保压时间越长,酯类和酮类相对含量减少,符合二次函数模型(y=45.893 1-1.263 24x+0.035 77x2,R2=0.973 34;y=7.430 49+0.290 73x-0.021 8x2,R2=0.998 31)。经PCA可知,前3种主成分累计贡献率为82.7%,对第一主成分贡献较大的为萜烯类,对第二主成分贡献较大的为酯类和醇类,第三主成分贡献较大的为萜烯类和酸类。电子鼻雷达图表明经350 MPa,5 min处理,氮氧化合物、苯类、芳香成分显著增加。PCA显示在350 MPa处理10、20 min时,刺梨汁的香气成分种类与含量相似,这与GC-MS分析结果一致。

参考文献

[1] LIU M H, ZHANG Q, ZHANG Y H, et al.Chemical analysis of dietary constituents in Rosa roxburghii and Rosa sterilis Fruits[J].Molecules, 2016, 21(9)：1204.

[2] CHEN G J, KAN J Q.Characterization of a novel polysaccharide isolated from Rosa roxburghii Tratt fruit and assessment of its antioxidant in vitro and in vivo[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 107：166-174.

[3] JAIN A, SARSAIYA S, GONG Q H, et al.Chemical diversity, traditional uses, and bioactivities of Rosa roxburghii Tratt：A comprehensive review[J].Pharmacology &Therapeutics, 2024, 259：108657.

[4] SHENG X F, HUANG M Z, LI T T, et al.Characterization of aroma compounds in Rosa roxburghii Tratt using solvent-assisted flavor evaporation headspace-solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-olfactometry[J].Food Chemistry：X, 2023, 18：100632.

[5] WANG L, WEI T T, ZHENG L, et al.Recent advances on main active ingredients, pharmacological activities of Rosa roxbughii and its development and utilization[J].Foods, 2023, 12(5)：1051.

[6] CHEN Y G, YU L J, VASANTHA RUPASINGHE H P.Effect of thermal and non-thermal pasteurisation on the microbial inactivation and phenolic degradation in fruit juice：A mini-review[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2013, 93(5)：981-986.

[7] 李东, 张小勤, 蒋思峡, 等.刺梨功能成分及其功能性食品研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2022, 13(17)：5730-5738.
LI D, ZHANG X Q, JIANG S X, et al.Research progress on functional components and functional foods of Rosa roxburghii Tratt[J].Journal of Food Safety &Quality, 2022, 13(17)：5730-5738.

[8] MASTELLO R B, JANZANTTI N S, A, et al.Impact of HHP processing on volatile profile and sensory acceptance of Pêra-Rio orange juice[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2018, 45：106-114.

[9] LAI Y Y, CHEN J H, LIU Y C, et al.Evaluation of microbiological safety, physicochemical and aromatic qualities of shiikuwasha (Citrus depressa Hayata) juice after high pressure processing[J].Journal of Food Science and Technology, 2022, 59(3)：990-1000.

[10] SONG Q S, LI R J, SONG X, et al.The effect of high-pressure processing on sensory quality and consumer acceptability of fruit juices and smoothies：A review[J].Food Research International, 2022, 157：111250.

[11] XIA Q L, LIU C X, CAO Y, et al.Improving quality of sea buckthorn juice by high-pressure processing[J].LWT, 2023, 185：115149.

[12] BI X F, NING N, WANG X Q, et al.Comparison of high-pressure processing, ultrasound and heat treatments on the qualities of a gallic acid copigmented blueberry-grape-pineapple-cantaloupe juice blend[J].International Journal of Food Science &Technology, 2022, 57(11)：6948-6962.

[13] 裴龙英.不同处理对哈密瓜汁香气底物、关键酶、香气组分及其相关性研究[D].石河子：石河子大学, 2018.
PEI L Y.Study on aroma substrates, key enzymes, aroma components and their correlations under different treatments of Hami melon juice[D].Shihezi：Shihezi University, 2018.

[14] 李靖, 王嘉祥, 陈欢, 等.超高压与热杀菌对刺梨汁贮藏期品质影响的比较[J].食品科学, 2022, 43(15)：101-108. LI J, WANG J X, CHEN H, et al.Comparison of the effects of ultra-high pressure and thermal processing on quality changes of Rosa roxburghii juice during storage[J].Food Science, 2022, 43(15)：101-108.

[15] 张亚兰, 贺亮, 王衍彬, 等.采用HS-SPME/GC-MS法分析十种箬竹叶香气成分[J].中国食品添加剂, 2022, 33(10)：223-236.
ZHANG Y L, HE L, WANG Y B, et al.Analysis of aroma components in ten of Indocalamus leaves by HS-SPME-GC-MS[J].China Food Additives, 2022, 33(10)：223-236.

[16] CHAKRABORTY S, RAO P S, MISHRA H N.Response surface optimization of process parameters and fuzzy analysis of sensory data of high pressure-temperature treated pineapple puree[J].Journal of Food Science, 2015, 80(8)：E1763-E1775.

[17] 王明雪, 赵江丽, 关晔晴, 等.超高压技术在果汁加工中应用的研究进展[J].保鲜与加工, 2021, 21(9)：116-121.
WANG M X, ZHAO J L, GUAN Y Q, et al.Research progress on application of ultra-high pressure technology in fruit juice processing[J].Storage and Process, 2021, 21(9)：116-121.

[18] 邓雅妮, 龚诗媚, 张曼, 等.基于GC-IMS和GC-MS分析不同杀菌处理荔枝果汁及其发酵汁挥发性物质的特征[J].现代食品科技, 2022, 38(11)：276-284.
DENG Y N, GONG S M, ZHANG M, et al.Characterization of volatiles in pasteurized litchi juice by treatment and fermented litchi juice based on GC-MS and GC-IMS[J].Modern Food Science and Technology, 2022, 38(11)：276-284.

[19] 张平,阮征,李汴生.超高压前处理提升植物乳杆菌发酵梨汁的风味品质[J].现代食品科技, 2021, 37(12)：230-239.
ZHANG P, RUAN Z, LI B S.Improving the flavor quality of fermented pear juice with lactobacillus plantarum by ultra-high pressure pretreatment[J].Modern Food Science and Technology, 2021, 37(12)：230-239.

[20] 吴梦, 李希, 马永昆, 等.主成分分析超高压对桑椹饮料香气成分的影响[J].食品研究与开发, 2017, 38(19)：116-123.
WU M, LI X, MA Y K, et al.Effect of high pressure processing on aroma compounds in mulberry beverage analyzed by principal component[J].Food Research and Development, 2017, 38(19)：116-123.

[21] 施卢晋, 孙金才, 陈珊, 等.超高压处理对橙囊胞香气成分的影响[J].食品与生物技术学报, 2014, 33(5)：504-509.
SHI L J, SUN J C, CHEN S, et al.Influence of high hydrostatic pressure processing on the aroma compounds of orange cyst[J].Journal of Food Science and Biotechnology, 2014, 33(5)：504-509.

[22] 谭凤玲.蟠桃汁关键香气物质解析及杀菌汁呈香品质异化机制研究[D].西安：陕西师范大学, 2022.
TAN F L.Analysis of key aroma substances in fat peach juice and the mechanism of differentiation mechanism of aromatic quality of sterilized juice[D].Xi′an：ShaanXi Normal University, 2022.

[23] 冉露霞, 王俊杰, 成臣, 等.超高压和巴氏杀菌对百香果汁贮藏期品质的影响[J].食品工业科技, 2023, 44(3)：56-66.
RAN L X, WANG J J, CHENG C, et al.Effect of ultra-high pressure and pasteurization on the quality of passion fruit juice during storage[J].Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(3)：56-66.

[24] BUETTNER A.施普林格气味手册.上[M].北京：科学出版社, 2019.
BUETTNER A.Springer handbook of odor.Volume 1[M].Beijing：Science Press,2019.

[25] YAN T C, LIU Z Q, ZHAO M H, et al.Chemical characterization and sensory properties of apple brandies aged with different toasted oak chips and ultra-high-pressure treatments[J].Food Chemistry, 2024, 442：138390.

[26] YANG Y J, XIA Y J, WANG G Q, et al.Effects of boiling, ultra-high temperature and high hydrostatic pressure on free amino acids, flavor characteristics and sensory profiles in Chinese rice wine[J].Food Chemistry, 2019, 275：407-416.

[27] 王寅.超高压处理对蓝莓汁的品质影响研究[D].北京：北京林业大学, 2013.
WANG Y.The effect of ultral high pressure on the quality of blueberry juice[D].Beijing：Beijing Forestry University,2013.

[28] LIU Q, HUANG G X, MA C L, et al.Effect of ultra-high pressure and ultra-high temperature treatments on the quality of watermelon juice during storage[J].Journal of Food Processing and Preservation, 2021,45(9)：e15723.

[29] 刘格格, 毕金峰, 苟敏, 等.基于GC-MS及电子鼻技术结合化学计量法表征8种白桃关键香气的差异[J].食品科学, 2023, 44(18)：277-285.
LIU G G, BI J F, GOU M, et al.Gas chromatography and electronic nose combined with chemometrics to investigate differences in key aroma components in eight white-fleshed peach cultivars[J].Food Science, 2023, 44(18)：277-285.

[30] 黄晨, 郭德军, 游刚, 等.基于GC-MS和电子鼻技术分析不同烘烤度橡木对荔枝白兰地风味的影响[J].食品工业科技, 2024, 45(2)：252-259.
HUANG C, GUO D J, YOU G, et al.Effect of different baking degrees of oak on lychee brandy volatility flavor based on electronic nose and GC-MS[J].Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(2)：252-259.

Effect of ultra-high pressure on aroma compounds of Rosa roxburghii Tratt juice using solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry analysis and mathematical modeling

GAO Jiuyi1,2, JI Siyu1,2,3, JIANG Wei1,2, HU Yang1,2, MING Jian1,2, LI Fuhua1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China) 2(Research Center for Fruits and Vegetables Logistics Preservation and Nutritional Quality Control, Southwest University, Chongqing 400715, China) 3(Westa College, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Abstract This study focused on analyzing the aromatic components of Rosa Roxburghii Tratt juice (RrTJ) treated with ultra-high pressure (UHP) using electronic nose in combination with solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) techniques.A comprehensive analysis was conducted employing nonlinear and linear models as well as principal component analysis to monitor changes in aromatic components under varying UHP conditions.SPME-GC-MS analysis revealed 51 volatile compounds across 8 distinct categories, predominantly esters, alcohols, aldehydes, and terpenes among others.Key compounds such as nonyl aldehyde, (E)-3-hexen-1-ol, ethyl acetate, ethyl caproate, and (Z)-β-ocimene contribute to the sweet, fruity, and green aromatic profile of the juice.Total esters and total acids concentrations increased during UHP processing while total terpenes and total aldehydes contents diminished.At 600 MPa pressure level, terpenes and aromatics were prominent with their relative abundances declining linearly over time according to a linear model behavior (y= 8.69-0.135 14x;R2= 0.993 16 for terpenes;y=1.51-0.047 14x; R2=0.999 12 for aromatics).Conversely at 100 MPa pressure level extended holding time led to reduction in ester and ketone contents exhibiting quadratic model characteristics (y=45.893 1+1.263 24x-0.035 77x2;R2=0.973 34 for esters;y=7.430 49+0.290 73x-0.021 8x2;R2=0.998 31 for ketones).Electronic nose tests indicated that treatment at 350 MPa for 5 min resulted in a significant increase in nitrogen oxides, benzene, and aromatic contents.The results from both techniques suggested comparable composition and concentration of aromatic compounds in RrTJ between 350 MPa 10 min and 350 MPa 20 min groups.This study provides a theoretical basis for the processing and preservation technology of RrTJ.

Key words ultra-high pressure; Rosa roxburghii Tratt juice; aroma components; fitting equation

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040567

引用格式：高久贻,吉思雨,江薇,等.基于固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析与数学模型探索超高压对刺梨汁香气成分的影响[J].食品与发酵工业,2025,51(12)：337-345.GAO Jiuyi,JI Siyu,JIANG Wei, et al.Effect of ultra-high pressure on aroma compounds of Rosa roxburghii Tratt juice using solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry analysis and mathematical modeling[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(12)：337-345.

第一作者：本科生(李富华讲师为通信作者,E-mail：fuhualee92@163.com)

基金项目：贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2022]一般149,黔科合支撑[2021]一般116);西南大学“大学生创新创业训练计划”项目(X202410635187,X202410635157)

收稿日期：2024-07-24,改回日期：2024-08-27