不同品种沙棘若叶粉品质特性及挥发性成分分析与综合评价

1(新疆维吾尔自治区农业科学院,农产品加工研究所,新疆乌鲁木齐,830091)2(新疆主要农副产品精深加工工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐,830091)

摘要为探究不同品种沙棘若叶粉品质特性与挥发性成分的差异,以新疆‘深秋红’、‘状元黄’和‘阿列依’3个品种的沙棘若叶粉为研究对象,采用化学分析结合气相离子迁移色谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS)对其理化特性、营养品质和挥发性成分进行测定,并结合主成分分析对其品质进行综合评价。结果表明,不同品种沙棘若叶粉的品质特性和挥发性成分之间差异显著。其中,‘阿列伊’沙棘若叶粉含有较高的蛋白质、灰分、膳食纤维、总酚、黄酮、氨基酸和钙元素;‘状元黄’沙棘若叶粉的色泽较亮,维生素C、抗氧化能力(DPPH自由基清除率、FRAP自由基清除率)、不饱和脂肪酸、钾元素和硒元素含量最高;‘深秋红’沙棘若叶粉的粗脂肪、镁元素和铁元素含量最高。采用GC-IMS从3种沙棘若叶粉中共鉴定出36种挥发性物质。其中,醇类、酮类、醛类、酯类和酸类是主要特征香气成分,结合相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)明确了其关键挥发性成分,主要为反式-3-己烯-1-醇等,说明沙棘若叶粉主体香气呈草香风味,其中‘深秋红’中主要呈香物质反式-3-己烯-1-醇(6.65%)相对含量最高,香气较为浓郁。主成分分析综合评价得出‘深秋红’若叶粉的综合品质最佳(0.54分)。该研究为沙棘若叶粉的后续生产加工和深度开发应用提供了理论依据。

关键词沙棘若叶粉;品质特性;挥发性物质;主成分分析;综合评价

引用格式：郭文莉,韩蓉,马燕,等.不同品种沙棘若叶粉品质特性及挥发性成分分析与综合评价[J].食品与发酵工业,2025,51(14):353-363.

GUO Wenli,HAN Rong,MA Yan, et al.Analysis and comprehensive evaluation of quality characteristics and volatile components of different varieties of sea buckthorn wakame powder[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(14):353-363.

第一作者：硕士研究生(马燕研究员为通信作者,E-mail:282568949@qq.com)

基金项目：自治区重点研发任务专项项目(2022B02005-3);自治区公益性科研院所基本科研业务费专项项目(KY2022015)

沙棘(Hippophae rhamnoides L.)为胡颓子科沙棘,属多刺固氮落叶灌木植物,主要分布于我国西北、华北及西南地区,主产于新疆、西藏和内蒙古等地。截止2022年,新疆大果沙棘种植面积达46 667公顷,已形成以阿勒泰、阿克苏、克州、塔城等地为主的沙棘优势产区。其中,阿勒泰地区作为大果沙棘的原产地,其产出的大果沙棘已被认定为中国国家地理标志产品。沙棘作为一种传统的药食同源植物,具有丰富的营养价值。除果实含有营养活性成分外,其叶子也富含维生素、脂肪酸、矿物质、多糖、黄酮等多种营养物质,占沙棘整体活性成分的70%左右,具有极高的开发应用价值[1]。沙棘叶提取物已被证明具有抗菌、抗氧化、抗炎和抗病毒特性[2]。沙棘叶多糖对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基具有较强的清除活性,能够刺激细胞的免疫活性[3]。沙棘叶中的黄酮类化合物具有有效的抗氧化特性,能够增强生物体应对应激源的能力。此外,沙棘叶皂苷可以保护DNA免受氧化损伤,具有抗凝潜力[4]。虽然,沙棘叶富含多种活性成分且功效显著,但在实际应用开发中的利用程度远不及沙棘果实。

目前,沙棘加工产品的开发主要集中在沙棘汁、沙棘油和沙棘果粉等。沙棘叶作为沙棘果实加工的废弃物利用不充分。沙棘若叶粉是一种以沙棘嫩叶为原料,经过清洗、干燥、粉碎等工艺加工而成的天然植物粉末,能够作为营养补充剂添加到饮料和烘培食品中,还可作为其他产品开发的优质原料。该产品的开发对于提高沙棘废弃物的综合利用,丰富沙棘产品多元化,促进沙棘产业的高质量发展具有重要意义。然而,不同的气候、土壤以及品种差异等因素,对大果沙棘嫩叶的生理状态产生影响,导致沙棘若叶粉的产品质量存在差异,造成“特色不特”的局面。因此,针对市场需求,选择适宜的原材料,是沙棘若叶粉产品开发的关键,但相关研究鲜有报道。

为了探究不同品种沙棘嫩叶产品的差异性,以‘阿列依’、‘状元黄’和‘深秋红’3个品种沙棘若叶粉为材料,分析理化指标、营养品质和挥发性成分的变化特征,综合评估沙棘若叶粉的品质,为企业产品的开发和选品定位提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙棘嫩叶由新疆康元生物技术集团股份有限公司沙棘苗圃基地提供。将采摘的不同品种沙棘嫩叶经真空冷冻干燥后粉碎、过筛制成沙棘若叶粉备用,具体样品信息如表1所示。

草酸、碳酸氢钠、抗坏血酸钠、2,6-二氯酚靛酚钠盐、三氯化铝、石油醚、硫酸钾、硫酸酮、醋酸钾、无水乙醇、甲醇(均为分析纯),天津市致远化学试剂有限公司;福林酚试剂、芦丁、DPPH、维生素C标准品、维生素E试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;总抗氧化能力(FRAP法)试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-丁酮,Sigma公司。

1.2 仪器与设备

UV-2600紫外可见分光光度计,岛津企业管理(中国)有限公司;KQ32200DE超声波清洗机,昆山市超声仪器有限公司;DZKW-S-4电热恒温水浴锅,北京市永光明医疗仪器有限公司;YS6060台式分光测色仪,深圳市三恩时科技有限公司;Centrifge5810R高速冷冻离心机,德国Eppendorf公司;SYNERGY多功能微孔板检测仪,科瑞恩特(北京)科技有限公司;Flavour Spec气相离子迁移谱联用仪,德国G.A.S公司。

1.3 实验方法

1.3.1 沙棘若叶干粉的制备

将采摘的新鲜沙棘嫩叶平铺于盘中(厚度约2 cm)置于-40 ℃冰箱预冻24 h,再将冻样置于真空冷冻干燥设备(-50 ℃,20 Pa)中处理30～35 h。干燥完成后粉碎、过筛(80目)并包装备用。

1.3.1.1 色泽测定

沙棘若叶粉色泽的测定采用色差计法,选取L*、a*、b*表色系,其中L*值表示明亮度,a*值代表红绿度,b*值代表黄蓝度。

1.3.1.2 主要成分测定

水分含量的测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》直接干燥法进行测定;水分活度的测定参考GB 5009.238—2016《食品安全国家标准食品水分活度的测定》水分活度仪扩散法进行测定;灰分含量的测定参照GB/T 8306—2002《茶总灰分测定》的方法;蛋白质含量的测定参照食品安全国家标准GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》第一法:凯氏定氮法;粗脂肪含量的测定参照食品安全国家标准GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》第一法:索氏抽提法;膳食纤维含量的测定参照食品安全国家标准GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》酶重量法测定。

1.3.2 营养品质的测定

1.3.2.1 维生素C含量

采用GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中2,6-二氯靛酚法进行测定。

1.3.2.2 维生素E含量

采用维生素E试剂盒通过微量法进行测定并计算。

1.3.2.3 总酚含量

采用福林酚比色法[5]测定样品总酚含量,准确称取1.00 g沙棘若叶粉,装入圆底烧瓶,加入100 mL 90%乙醇,80 ℃条件下索氏提取抽滤后滤液转移到100 mL容量瓶中,用90%的乙醇定容。吸取0.2 mL样品并加入1 mL Folin-Ciocalteu试剂摇匀后加入15 mL的40 g/L的Na2CO3溶液,用蒸馏水定容,摇匀后于70 ℃水浴反应30 min。冷却后,在760 nm测定吸光度值,并作空白对照。

1.3.2.4 总黄酮含量

参照DB43/T 476—2009《植物源性食品中总黄酮的测定》略作修改后测定,样液以8 000 r/min离心10 min取上清液得待测液。准确配制芦丁标准液0.2 mg/mL,准确吸取0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL,分别置于25 mL容量瓶中,于标准管和试样管分别加入2.0 mL三氯化铝溶液,混匀,各加入2.0 mL醋酸钾溶液,混匀,加30%的乙醇至刻度,静置15 min,于波长510 nm处测定吸光度,绘制标准曲线,同时做空白。

1.3.2.5 FRAP自由基清除率

采用总抗氧化能力(FRAP法)试剂盒通过微量法测定并计算。

1.3.2.6 DPPH自由基清除率

根据GB/T 39100—2020《多肽抗氧化性测定DPPH和ABTS法》测定。

1.3.2.7 脂肪酸含量

参照GB/T 17376—2008《动植物油脂脂肪酸甲酯制备》。

1.3.2.8 氨基酸含量

采用GB/T 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》方法测定17种游离氨基酸和17种水解氨基酸。

1.3.2.9 矿物质成分

参考食品安全国家标准GB 5009.268—2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中的电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)。

1.3.3 气相离子迁移色谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)测定挥发性物质条件

参考WU等[6]的测定方法略作修改。准确称重1.00 g样品置于20 mL(2 cm×4 cm)的顶空进样品中,每个样品重复3次。将样品在40 ℃下孵育20 min后进样,进样0.5 mL,进样针温度45 ℃,孵化转速500 r/min,载气为高纯氮气(≥99.999%);色谱柱类型为FS-SE-54-CB-0.515 m ID:0.53 mm,色谱柱温度45 ℃;分析时间20 min,设置程序流速2.00 mL/min并保持10 min,在5 min内线性增至20.00 mL/min,在15 min内线性增至100.00 mL/min,100.00 mL/min保持5 min。

2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮作为标准品(按照1∶1∶1∶1∶1(V∶V)取样品液,并稀释5 000倍),吸取1 mL标准品(混标)建立标准曲线,确定样品中挥发性物质的保留时间和漂移时间,根据标准曲线,通过离子迁移时间和保留时间,计算出待测样品中目标化合物的浓度,并通过迁移时间来定性挥发性化合物。

1.3.4 相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)计算

通过计算ROAV,确定挥发性物质对样品风味的贡献。一般认为ROAV>1的挥发性物质是样品中的关键风味物质,0.1<ROAV≤1的挥发性物质是对样品的总体风味起修饰作用。选取化合物中对样品风味贡献最大的ROAVstan为100,其余各组分的ROAV按公式(1)计算:

式中:CA,各组分的相对含量,%;TA,各组分的感觉阈值,mg/kg;Cstan,对整体风味贡献最大的化合物的相对含量,%;Tstan,对整体风味贡献最大的化合物的感觉阈值,mg/kg。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0进行差异性显著分析(P<0.05)和主成分分析,Origin 21.0和SIMCA 14.1软件进行图的绘制。采用GC-IMS设备中的LAV(Laboratory Analytical Viewer)分析软件进行特征挥发性物质的定性和构建指纹图谱。所有实验重复3次,结果表示为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 理化特性分析

色泽是评价产品品质的重要指标之一。由表2可知,‘状元黄’若叶粉的L*值和a*值最高,分别为54.43和6.22,与‘阿列依’和‘深秋红’若叶粉的差异显著(P<0.05),而3个品种沙棘若叶粉b*值差异不显著(P>0.05)。结合图1说明‘状元黄’沙棘若叶粉亮度最高,颜色最绿,这可能与原料品种遗传基因与种植、栽培等环境条件不同等因素有关。

沙棘叶中的主要成分为水分、粗脂肪、蛋白质和膳食纤维等,水分含量和水分活度是衡量沙棘叶品质和稳定性的重要指标。杜芷茵等[7]研究发现,茶叶水分含量和水分活度越低,品质越稳定。由表3可知,沙棘若叶粉的水分含量范围在5.97～6.73 g/100 g,3种沙棘若叶粉之间差异显著(P<0.05)。其中,‘阿列依’的水分含量最高(6.73 g/100 g),但三者水分含量均低于7%,符合食品安全保存范围。不同沙棘若叶粉之间水分活度为0.30～0.31,差异不显著(P>0.05)。不同品种沙棘若叶粉的粗脂肪含量范围在5.75～6.40 g/100 g,品种间差异不显著(P>0.05)。张粲等[8]发现的沙棘茶粉中粗脂肪含量[(6.7±0.32)%]高于沙棘若叶粉[(4.67±0.02)%],固体食品的低脂标准为脂肪含量≤3.00 g/100 g,相较于沙棘茶粉,沙棘若叶粉更符合低脂标准,对其进行加工能有效满足消费者对食品“低脂、高营养”的需求。不同品种沙棘若叶粉中的蛋白质含量为14.76～16.24 g/100 g。其中,‘阿列依’沙棘若叶粉中蛋白质含量最高,为16.24 g/100 g。此前,YUAN等[9]测得沙棘果中蛋白质含量为2.89%,沙棘若叶粉中所含蛋白远高于沙棘果,沙棘叶蛋白作为一种功能性蛋白质,可广泛应用于人体蛋白质营养补充和蛋白源饲料加工中。3个品种的沙棘若叶粉灰分含量为6.05～7.05 g/100 g。其中,‘深秋红’总灰分含量最低,说明其含有的杂质较少。膳食纤维是评定产品营养价值的重要指标之一,在维持膳食平衡方面发挥着重要作用。不同品种沙棘若叶粉的膳食纤维含量在33.4～38.8 g/100 g,显著高于大麦若叶复合果蔬粉的膳食纤维含量(25.91%)[10]。其中,‘阿列依’的膳食纤维含量最高,为38.80 g/100 g,不同品种间的含量差异可能与沙棘嫩叶采摘期选有关。上述结果反映了3种不同沙棘若叶粉的理化特性,但无法完全反映其特征营养价值优势。因此,对其营养品质和挥发性成分等品质指标进一步分析。

2.2 营养品质分析

分别通过测定维生素C、维生素E、总酚、总黄酮、抗氧化能力、脂肪酸含量、矿物质元素及氨基酸等指标分析不同品种沙棘若叶粉的营养品质。由表3可知,3个品种沙棘若叶粉样品的维生素C含量为94.20～99.20 mg/100 g。其中,‘状元黄’沙棘若叶粉的维生素C含量最高。前期研究发现,沙棘叶中的维生素C含量为0.5～1.2 mg/g,大麦若叶粉为0.505 mg/g[11-12]。沙棘叶和大麦若叶粉的含量均低于沙棘若叶粉的含量,这可能与原料品种特性与加工方式不同有关。3个品种沙棘若叶粉样品的维生素E含量为117.00～161.00 mg/100 g,其中‘深秋红’沙棘叶维生素E含量最高,该结果高于沙棘叶[(58 mg/100 g)]和绿茶粉[(63.72 mg/100 g)]中维生素E平均含量[8]。沙棘叶中维生素E含量取决于产地、品种、采收期和成熟度。总酚和总黄酮是沙棘叶中的重要功能活性成分,在预防和治疗糖尿病、心血管疾病和癌症等慢性疾病方面具有潜在功效,是衡量沙棘叶产品质量和理化鉴别的重要指标[13]。3种沙棘若叶粉样品间的总酚含量差异不显著(P>0.05)。‘阿列依’沙棘若叶粉的总黄酮含量显著高于其他2个品种(P<0.05),为12.58 RU mg/g。冉贝贝等[14]研究发现的沙棘叶总黄酮含量[(876 mg/100 g)]显著高于沙棘果[(354 mg/100 g)]和沙棘叶茶的含量[(350 mg/100 g)],但明显低于沙棘若叶粉的含量。FRAP自由基清除率反映了样品的总抗氧化能力,FRAP自由基清除率越强说明对自由基的清除能力越高。3种沙棘若叶粉的FRAP清除率和DPPH自由基清除率的分别为11.09～23.41 mg Trolox/g和11.29～15.56 mg Trolox/g。其中,‘状元黄’沙棘若叶粉的DPPH自由基清除率和FRAP自由基清除率最高,说明‘状元黄’沙棘若叶粉具有较强的抗氧化能力。沙棘叶茶在杀青工艺中抗氧化能力明显下降5.81%[15]。与沙棘叶茶相比,沙棘若叶粉能够较好地保留沙棘叶中的功能性成分。

沙棘若叶粉中的脂肪酸组成丰富,其中饱和脂肪酸可用于饲料资源的开发利用,而易被人体吸收的不饱和脂肪酸,可加工为沙棘若叶压片糖果等产品来补充人体不可缺少的脂肪酸,预防动脉硬化等心血管疾病。由表4可知,3种沙棘若叶粉的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸分别为23.38%～24.19%和28.52%～35.77%。其中,不饱和脂肪酸中的主要脂肪酸为亚油酸(5.15%～5.91%)和亚麻酸(18.87%～28.19%)。亚油酸和亚麻酸是人体维持正常生长所需而体内不能合成的必需脂肪酸,对预防高血压、高血脂、心脑血管疾病有重要意义。‘深秋红’若叶粉中的饱和脂肪酸含量为24.19%,显著高于其他2个品种(P<0.05);‘状元黄’若叶粉中的不饱和脂肪酸含量最高,为35.77%,亚油酸和亚麻酸含量分别为5.91%和28.19%。

氨基酸能促进人体生长发育、提高记忆力,有助于维护神经系统的正常活动。与沙棘果相比,沙棘叶中的氨基酸种类齐全,包含人体必需的大部分氨基酸。由表5可知,3种沙棘若叶粉样品中的总氨基酸含量为12.15%～13.46%,‘阿列依’沙棘若叶粉的总氨基酸含量最高,为13.46%,与其他2个品种氨基酸组成含量差异显著(P<0.05)。必需氨基酸含量为4.26%～5.03%,‘阿列依’含量最高,而非必需氨基酸含量为8.07～8.47 g/100 g,‘状元黄’中的非必需氨基酸含量最高,为8.47 g/100 g。谭亮等[16]通过对沙棘不同部位中氨基酸的含量分析得出沙棘叶氨基酸平均总含量(15.41%)高于沙棘果实(11.62%)和沙棘枝(6.89%)。

目前,已有研究发现沙棘叶中总矿物质元素(7.48 mg/g)显著高于沙棘果中总矿物质元素(2.26 mg/g)[16],沙棘叶中含有人体所需的微量元素,且含量较高(Fe、Zn)。大麦苗粉中Mg、Fe、Zn、Ca等矿物质元素含量分别为0.24、0.01、0.005、0.48 mg/g[17],均低于沙棘若叶粉。由表6可知,‘状元黄’沙棘叶粉中钾、钠、硒元素含量最高。钾元素及钠元素有利于调节体液酸碱平衡,硒元素是一种抗氧化剂,能清除人体内氧自由基,防止过氧化的破坏;3种样品中钙元素含量均很高。其中,‘阿列依’的钙含量最高,达19.72 mg/g,而‘深秋红’中的镁元素(3.09 mg/g)和铁元素含量(0.21 mg/g)最高。

通过对不同品种沙棘若叶粉的营养成分分析发现,‘状元黄’的主要营养成分(维生素C、不饱和脂肪酸、非必需氨基酸、钾元素、钠元素及硒元素)、FRAP自由基清除率、DPPH自由基清除率显著高于其他品种,可用于开发制备高抗氧化等功能营养性产品;‘阿列依’中含有丰富的总酚、总黄酮、总氨基酸、钙元素;‘深秋红’中的维生素E含量和镁、锌、铁元素含量均高于其他2个品种,可根据不同用途作为配料产品基料。

2.3 挥发性成分分析

沙棘叶的挥发性化合物对其风味具有重要贡献。由表7可知,3种沙棘若叶粉中共鉴定出36种挥发性物质,包括:9种醇类、7种酮类、5种醛类、3种酯类、3种酸类、2种吡嗪、1种呋喃、1种单萜及5种其他类化合物。其中,共有3对物质是其单体二聚体。研究表明,单体和二聚体为同一化合物,二聚体较单体而言,质子亲和力更为强烈,二聚体的形成与物质浓度和性质有关[18]。吡嗪通常与非酶促褐变反应有关,会产生烘烤坚果般的香气[19]。呋喃源于脱水碳水化合物和脂肪酸氧化或通过Amadori重排机制产生[20]。酯类主要是醇类和酸类化合物之间酯化产生的花香和果香味的来源[21]。3个样品的挥发性有机化合物含量差异较大,从而导致香气特性不同。为进一步了解3种沙棘若叶粉样品中挥发性有机化合物的差异,基于每种化合物的信号强度创建了三维地形图(图2)。由直观图可以发现,顶空采集到的所有挥发性化合物,RIP峰右侧的每个峰代表从样品中分离出的挥发性化合物,颜色表示化合物的浓度。红色越深表示浓度越高,底色为蓝色。由图2可以看出,‘深秋红’和‘状元黄’沙棘若叶粉的挥发性化合物出峰位置及特征峰较为相似,但浓度有所差别,黑圈对应‘深秋红’沙棘若叶粉独有的特征吸收峰;红圈对应‘状元黄’沙棘若叶粉独有的特征吸收峰。说明3个样品的挥发性化合物类型相似,但挥发性成分的信号强度不同。

为了更系统全面地了解3个品种沙棘若叶粉不同挥发性成分类别的风味信息,分析了不同种类挥发性成分在样品中的相对含量占比(图3)。由图3可知,醇类是沙棘若叶粉中占比最高的挥发性成分,占比23%～26%,具有果香味;其次是酮类,占比19%～21%,包括6-甲基-5-庚烯-2-酮、环己酮、4-甲基-2-戊酮、2-丁酮和2-戊酮,酮类物质经不饱和脂肪酸氧化、醇类氧化及美拉德反应等呈现出甜果香、焦糖香、辛辣等气味[22]。酯类(17%～21%)为第三大挥发性成分,由有机酸和醇类酯化生成,主要对沙棘若叶粉的果味和甜味等气味有贡献[23],其余几类物质含量占比较低。

进一步通过构建3个品种沙棘若叶粉的挥发性有机物的指纹图谱(图4)分析3个品种沙棘若叶粉挥发性化合物的差异。由图4可知,每行显示样品的所有信号峰,每列为不同样品中的相同挥发性化合物,右侧显示了3种沙棘叶样品的编号,每个样品设置了3个平行批次,3次平行的结果无明显差异,说明利用GC-IMS测定挥发性成分具有可行性。颜色表示挥发性化合物的含量,颜色越明亮表明化合物含量越高,纯黑色表示化合物浓度接近于零。结果表明:‘深秋红’与‘状元黄’呈现较为相似的特征峰,这与图2三维地形图的结果一致。A区域为所有样品主要共有挥发性化合物的特征峰区域,共有20种挥发性化合物,主要为醇类和酮类物质及其二聚体,呈现出果香及花香气味。B区域是‘深秋红’沙棘若叶粉的特征挥发性化合物3-甲基丁醛,为异戊醇氧化的主要分解产物[24]。结合表8可知,3-甲基丁醛相对含量(2.88%)显著高于其他2个品种(P<0.05),主要呈巧克力、桃子清香风味。C区显示‘深秋红’和‘阿列依’沙棘叶共有挥发性化合物特征峰区域,分别为异丁醇、2-甲基丁酸和异戊醇,呈现出酒精味、酸酪味等负面风味,这可能与其生长条件、遗传因素及加工手段有关。D区域显示‘深秋红’和‘状元黄’的共有挥发性化合物特征峰,主要为戊醛、反式-2-戊烯醛、2-丁酮、乙酸乙酯、1-己醇、2-戊酮、乙酸、乙二醇二甲醚、羟基丙酮、3-甲基丁醛,呈现出甜果香、木质香、焦糖风味,这2种沙棘若叶粉的挥发性成分相似,可能与原料品种的亲缘关系远近有关。

图5-a为3种沙棘若叶粉中的挥发性化合物成分的主成分分析(principal component analysis,PCA)。结果表明,第一主成分(PC1)贡献率达55.882%,第二主成分(PC2)贡献率达30.253%,累计贡献率达86.135%,说明这2个主成分可有效反映原始数据的绝大部分信息。其中,‘状元黄’和‘阿列依’沙棘若叶粉在同一象限中,彼此距离较近,说明2种若叶粉挥发性物质相近。‘深秋红’单独被划分在第二象限,表明‘深秋红’沙棘若叶粉与‘状元黄’和‘阿列依’的香气成分差异显著(P<0.05)。‘阿列依’和‘状元黄’挥发性风味物质差异不显著(P>0.05),说明两者之间的挥发性物质相近。

运用偏最小二乘法判别分析(partial least squares discrimination analysis,PLS-DA)模型分析确定样品之间挥发性化合物的香气差异,结果如图5-b所示,拟合优度参数(R2 X)、模型解释能力(R2Y)和预测能力(Q2)分别为0.967、0.057和-0.411,表明模型具有较好的稳健性和可预测性。变量投影(variable importance in projection,VIP)方法中的可变重要性可用于进一步识别区分3种沙棘若叶粉的参数。变量的VIP值越大,对样本的区分就越显著。由图5-c可知,共有9种VIP>1的化合物,包括3-甲基丁醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-庚醇、乙酸异戊酯、反式-3-己烯-1-醇、2-甲基丁酸、己醛、反式-2-戊烯醛、2-丁酮可作为3种沙棘若叶粉挥发性成分的标志物。

沙棘若叶粉的总体香气是由挥发性成分的相对含量及感觉阈值共同决定[25]。因此,为进一步分析挥发性成分标志物对沙棘若叶粉风味的贡献程度,采用计算ROAV进行分析。由表8可知,反式-3-己烯-1-醇、2-己醇、己醛、2-丁酮、乙酸异戊酯、2-甲基丁酸在3个样品中ROAV均大于1,这些成分可能是造成沙棘若叶粉不同香气差异的主要原因,其中反式-3-己烯-1-醇ROAV最大,对沙棘若叶粉总体香气贡献较大,呈草香味,其余物质对沙棘若叶粉的风味起修饰作用。

综上所述,3种沙棘若叶粉样品挥发性化合物成分相似,相对含量占比差异较大,这与生长条件、成熟度和遗传背景等因素有关,而风味化合物的形成与氧化反应、脂肪酸代谢、代谢途径等有关[26]。通过对不同沙棘若叶粉的挥发性成分及ROAV综合分析可知,沙棘若叶粉的主体香气为草香风味。其中‘深秋红’沙棘若叶粉中主要呈香物质—反式-3-己烯-1-醇的相对含量最高,为6.65%,这说明‘深秋红’沙棘若叶粉的香气浓郁程度较好,可作为风味饮品或复合饮品的加工基料。

2.4 不同品种沙棘若叶粉综合评价分析

为选择出综合品质最佳的沙棘若叶粉,通过对沙棘若叶粉的20项品质指标进行主成分(principle component,PC)分析,建立3种沙棘若叶粉综合评价模型,得出2个特征值大于1的主成分。由表9可知,累计贡献率达86.135%,能够表征原始数据的绝大部分有效信息,表明这2个PC可作为评价不同品种沙棘若叶粉综合指标的主成分因子。如表10所示,PC1贡献率较大的指标为总挥发性成分、维生素E、DPPH自由基清除率、饱和脂肪酸、b*值、FRAP自由基清除率、水分、水分活度及粗脂肪;PC2贡献率较大的指标为不饱和脂肪酸、L*值、a*值、维生素C。

基于PC分析结果,以2个PC和其对应的特征值占总特征值的比值为权重(F),通过计算得出2个PC的函数表达式:F1、F2、F3,如公式(2)、公式(3)所示:

F1=-0.093X1+0.083X2+0.047X3+……+0.089X20

F2=0.12X1+0.089X2+0.164X3+……+0.007X20

式中:X1～X20分别表示L*、a*、b*、水分、水分活度、粗脂肪、蛋白质、灰分、膳食纤维、维生素C、维生素E、总酚、总黄酮、FRAP自由基清除率、DPPH自由基清除率、饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸、氨基酸总量、矿物元素总量、总挥发性成分。

得出主成分的综合评价方程(F综合)如公式(4)所示:

3个品种沙棘若叶粉的综合得分和排名见表11。3种沙棘若叶粉的综合得分结果为:‘深秋红’(0.54)>‘状元黄(0.5)>‘阿列依’(-0.44)。说明‘深秋红’沙棘若叶粉综合品质最优。

3 结论

产品品质是决定商品价值的关键,但受原料生长环境和遗传特性等多因素综合影响。本研究以新疆沙棘企业加工的3个不同品种沙棘若叶粉为研究对象,分别从理化特性、营养品质和挥发性化合物3个维度考察了色泽、水分、粗脂肪、蛋白质、氨基酸含量、脂肪酸含量和矿物质元素等多项指标,并结合PC等多元统计方法分析了不同品种沙棘若叶粉的综合品质。研究发现,不同品种沙棘若叶粉的营养品质指标差异显著(P<0.05)。通过对挥发性化合物的综合分析得出反式-3-己烯-1-醇为沙棘若叶粉的主要呈香物质,使得沙棘若叶粉整体香气呈草香,其中‘深秋红’沙棘若叶粉中的反式-3-己烯-1-醇相对含量最高(6.65%),香气程度较佳,进一步通过综合评价得出‘深秋红’沙棘若叶粉的综合得分最高(0.54分),说明其综合品质最佳,加上其香气浓郁的特点,后期生产可作为风味饮品或复合饮品等产品的加工基料。‘状元黄’和‘阿列依’沙棘若叶粉的综合得分相对较低,但‘状元黄’中亚油酸、亚麻酸和钾元素含量丰富,其相关产品开发定位更适宜老年人、小孩及睡眠功能障碍人群。‘阿列依’中的膳食纤维、黄酮等含量优势明显,具有增强免疫力、抗疲劳等多种功效,可作为保健品开发的沙棘叶品种。该研究为企业对沙棘若叶粉的深度开发提供了理论和应用依据。后期可在此基础上,进一步开展沙棘若叶粉加工品质提升研究,实现产品高质化生产,并根据产品市场定位,深入挖掘特定沙棘若叶粉功效组分,开发多元化功效产品,全面提升沙棘产品市场价值。

[1] LEE H H L, LEE C J, CHOI S Y, et al.Inhibitory effect of sea buckthorn extracts on advanced glycation endproduct formation[J].Food Chemistry, 2022, 373:131364.

[2] YOGENDRA KUMAR M S, TIRPUDE R J, MAHESHWARI D T, et al.Antioxidant and antimicrobial properties of phenolic rich fraction of Seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.) leaves in vitro[J].Food Chemistry, 2013, 141(4):3443-3450.

[3] LIU Y, RAN L M, WANG Y H, et al.Basic characterization, antioxidant and immunomodulatory activities of polysaccharides from sea buckthorn leaves[J].Fitoterapia, 2023, 169:105592.

[4] JUSZCZAK M, KLUSKA M, SKALSKI B, et al.Multidirectional effects of saponin fraction isolated from the leaves of sea buckthorn Elaeagnus rhamnoides (L.) A.Nelson[J].Biomedicine &Pharmacotherapy, 2021, 137:111395.

[5] 万福宝, 辛明亮, 王鑫, 等.福林酚比色法测定保健食品中茶多酚的含量[J].实验与分析, 2023, 1(1):58-60.WAN F B, XIN M L, WANG X, et al.Determination of tea polyphenols in dietary supplement by Hungarian Forint colorimetry[J].Labor Praxis, 2023, 1(1):58-60.

[6] WU D, XIA Q L, CHENG H, et al.Changes of volatile flavor compounds in sea buckthorn juice during fermentation based on gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].Foods, 2022, 11(21):3471.

[7] 杜芷茵, 王玉莲, 万欣雨, 等.贮藏温度和湿度条件对茶叶、干贝和枸杞贮藏期间品质变化的影响[J].食品科技, 2023, 48(5):34-41.DU Z Y, WANG Y L, WAN X Y, et al.Effect of storage temperature and humidity conditions on the quality changes of tea, dried scallop and wolfberry[J].Food Science and Technology, 2023, 48(5):34-41.

[8] 张粲. 沙棘叶、沙棘茶和绿茶营养成分的比较研究[D].北京:北京林业大学, 2012.ZHANG C.Study on nutritional components of sea buckthorn leaves, sea buckthorn tea and green tea[D].Beijing:Beijing Forestry University, 2012.

[9] YUAN H B, SHI F F, MENG L N, et al.Effect of sea buckthorn protein on the intestinal microbial community in streptozotocin-induced diabetic mice[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 107:1168-1174.

[10] 焦岩, 赵鑫祺, 常影, 等.大麦若叶复合果蔬营养粉工艺研究[J].中国果菜, 2024, 44(1):30-34.JIAO Y, ZHAO X Q, CHANG Y, et al.Research on the process of barley Ruoye bompound fruit and vegetable nutrition powder[J].China Fruit and Vegetable, 2024, 44(1):30-34.

[11] 王俊峰, 刘安典, 解柱华, 等.陕西沙棘叶片主要营养成分的测定与分析[J].沙棘, 2001(3):18-21.WANG J F, LIU A D, XIE Z H, et al.Analysis of main nutrient of seabuckthorn leaf blades in Shaanxi[J].Hippophae, 2001(3):18-21.

[12] 李志刚, 许琦, 袁奇, 等.大麦若叶粉成分分析及其青汁稳定性研究[J].中国食品添加剂, 2021, 32(3):40-45.LI Z G, XU Q, YUAN Q, et al.Composition of barley tender leaf powder and stability of its juice[J].China Food Additives, 2021, 32(3):40-45.

[13] BAL L M, MEDA V, NAIK S N, et al.Sea buckthorn berries:A potential source of valuable nutrients for nutraceuticals and cosmoceuticals[J].Food Research International, 2011, 44(7):1718-1727.

[14] 冉贝贝, 李卫东.沙棘果与沙棘叶化学成分及其差异的研究进展[J].中国中药杂志, 2019, 44(9):1767-1773.RAN B B, LI W D.Research progress on chemical constituents and their differences between sea buckthorn berries and leaves[J].China Journal of Chinese Materia Medica, 2019, 44(9):1767-1773.

[15] 李磊磊, 游芳宁, 刘彬彬, 等.原料及杀青工艺对沙棘叶茶品质的影响[J].亚热带农业研究, 2018, 14(2):78-85.LI L L, YOU F T, LIU B B, et al.Effect of raw material and fixing technology on the quality of seabuckthorn leaf tea[J].Subtropical Agriculture Research, 2018, 14(2):78-85.

[16] 谭亮, 赵静, 马家麟, 等.青海玉树沙棘不同部位营养成分分析与营养价值评价[J].天然产物研究与开发, 2018, 30(5):807-816;899.TAN L, ZHAO J, MA J L, et al.Analysis of nutritional compositions and nutritional quality evaluation in different parts of Yushu Hippophae (Hippophae rhamnoides L.subsp.sinensis)[J].Natural Product Research and Development, 2018, 30(5):807-816;899.

[17] 卢伟, 耿楠, 陆宁.大麦苗粉营养成分及其制品研究进展[J].包装与食品机械, 2018, 36(1):63-67.LU W, GENG N, LU N.Research progress of nutritional components and products of barley leaf powder[J].Packaging and Food Machinery, 2018, 36(1):63-67.

[18] WANG D, ZHANG J, ZHU Z S, et al.Effect of ageing time on the flavour compounds in Nanjing water-boiled salted duck detected by HS-GC-IMS[J].LWT, 2022, 155:112870.

[19] MACIEL I C F, SCHWEIHOFER J P, FENTON J I, et al.Influence of beef genotypes on animal performance, carcass traits, meat quality, and sensory characteristics in grazing or feedlot-finished steers[J].Translational Animal Science, 2021, 5(4):214.

[20] CIESAROV width=11,height=14,dpi=110

Z, MURKOVIC M, CEJPEK K, et al.Why is sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) so exceptional? A review[J].Food Research International, 2020, 133:109170.

[21] GUO X Y, WILFRIED S W, HE Z T, et al.Characterization of the aroma profiles of oolong tea made from three tea cultivars by both GC-MS and GC-IMS[J].Food Chemistry, 2022, 376:131933.

[22] YANG X X, HUANG L, ZHANG Y Y, et al.Untargeted metabolomics and Mendelian randomization analysis identify alpha-linolenic acid and linoleic acid as novel biomarkers of perioperative neurocognitive dysfunction[J].Clinical Nutrition, 2024, 43(9):2198-2210.

[23] IBRAHIM S A Z, KERKADI A, AGOUNI A.Selenium and health:An update on the situation in the Middle East and North Africa[J].Nutrients, 2019, 11(7):1457.

[24] 陈臣, 周文雅, 袁佳杰, 等.3-甲基丁醛对奶酪坚果风味的贡献及其生物合成的研究进展[J].食品科学, 2020, 41(7):228-233.CHEN C, ZHOU W Y, YUAN J J, et al.Recent progress in biosynthesis of 3-methylbutanal and its contribution to nutty flavor in cheese[J].Food Science, 2020, 41(7):228-233.

[25] 刘登勇, 周光宏, 徐幸莲.确定食品关键风味化合物的一种新方法:“ROAV”法[J].食品科学, 2008,29(7):370-374.LIU D Y,ZHOU G H,XU X L.“ROAV” method:A new method for determining key odor compounds of Rugao Ham[J].Food Science, 2008, 29(7):370-374.

[26] MELUCCI D, BENDINI A, TESINI F, et al.Rapid direct analysis to discriminate geographic origin of extra virgin olive oils by flash gas chromatography electronic nose and chemometrics[J].Food Chemistry, 2016, 204(8):263-273.

Analysis and comprehensive evaluation of quality characteristics and volatile components of different varieties of sea buckthorn wakame powder

GUO Wenli1,2, HAN Rong1,2, MA Yan1,2*, MENG Xintao1,2, ZHANG Ting1,2, XU Mingqiang1,2, ZHANG Jian1,2

1(Institute of Agricultural Products Processing, Xinjiang Uygur Autonomous Region Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China)2(Xinjiang Engineering and Technology Research Center for Deep Processing of Major Agricultural and Side Products, Urumqi 830091, China)

ABSTRACT Three varieties of sea buckthorn wakame powder from Xinjiang, namely, ‘Shenqiuhong’, ‘Zhuang Yuanhuang’, and ‘Alieyi’, were used as research materials to investigate the quality characteristics and volatile composition of different varieties of sea buckthorn powder.The physicochemical properties, nutritional quality, and volatile components were analyzed by chemical methods and gas phase ion mobility chromatography (GC-IMS).Their qualities were comprehensively evaluated using principal component analysis.Results showed that there were significant differences between the quality characteristics and volatile components of different varieties of sea buckthorn wakame powder.Among them, ‘Alieyi’ sea buckthorn wakame powder contained more protein, ash, dietary fiber, total phenols, flavonoids, amino acids, and calcium.‘Zhuang Yuanhuang’ sea buckthorn wakame powder was brighter in color, with the highest contents of vitamin C, unsaturated fatty acids, potassium element, and selenium and the highest DPPH free radical scavenging ability and ferric ion reducing antioxidant power.‘Shenqiuhong’ sea buckthorn wakame powder had the highest contents of crude fat, magnesium, and iron.A total of 36 volatile substances were identified from three varieties of sea buckthorn wakame powder using GC-IMS.The main characteristic aroma components included alcohols, ketones, aldehydes, esters, and acids.(Z)-3-hexen-1-ol were the key volatile components.It indicated that the main body aroma of sea buckthorn wakame powder had a grassy flavor.‘Shenqiuhong’ had the highest relative content of the main aroma-presenting substances (Z)-3-Hexen-1-ol (6.65%), with a good intensity of aroma.The comprehensive evaluation via principal component analysis revealed that ‘Shenqiuhong’ wakame powder had the best comprehensive quality (0.54 points).This study provided a theoretical basis for the subsequent production and processing of sea buckthorn wakame powder and the application of in-depth development.

Key words sea buckthorn wakame powder; quality characteristics; volatile substances; principal component analysis; comprehensive evaluation