木槿(Hibiscus L.)是锦葵科中最重要、种类最繁多的属,中国国内存在的木槿属植物共有24种,包含16个变种或变型[1],各地均有分布,以南方地区种类最为丰富,常见的木槿属植物有木槿(Hibiscus syriacus Linn.)、黄槿(Hibiscus tiliaceus Linn.)、朱槿(Hibiscus rosa-sinesis Linn.)、玫瑰茄(Hibiscus sabdariffa Linn.)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis Linn.)等[2]。与桂花、菊花等浓烈的花香相比,木槿属植物花朵香气清新淡雅,闻之使人心旷神怡[3]。木槿植物的花朵大都富含多糖类、蛋白质、氨基酸、有机酸类、花青素、黄酮类、皂苷类等成分[4],因此被广泛用作食用[4]、医药[5]和保健[6]产品开发材料。目前关于木槿属植物的研究集中在营养物质和化学成分与药理研究等方面[7]。在化学成分研究方面,叶磊等[8]从木芙蓉花90%乙醇提取物中共分离纯化并鉴定出包括酯类、色素类和有机酸在内的16种化合物,其中反式对羟基肉桂酸、(S)-3-羟基-β-紫罗兰酮、咖啡酸乙酯等9种化合物为首次从木槿属植物中分离得到;孙京格等[9]则聚焦于玫瑰茄花萼,明确其挥发性香气成分包括醛类、酯类、有机酸类和酮类化合物成分共56种;在药理活性研究方面,陈沁雯等[10]研究揭示了玫瑰茄花萼提取物中多酚类及有机酸等物质拥有多种生物活性,具有优异抗氧化和降血脂等作用。张小坡等[11]总结发现黄槿的化学成分研究主要集中在石油醚、醋酸乙酯萃取的小极性和中等极性部位,且药理研究表明黄槿具有抗炎、细胞毒性等药理活性。在木槿植物花朵的挥发性成分研究方面,蔡定建等[12]研究了木槿花挥发油的化学成分,分离并鉴定出43种挥发性化合物;金友权[6]对新鲜采摘与贮存一年的不同品系木槿花原样香气的挥发性成分进行了研究,发现贮存一年后,木槿花中萜类、醇类等化合物增多,如樟脑、壬醛、龙脑和石竹烯等物质含量升高。现有研究多集中于植物的特定部位(如木芙蓉的叶、玫瑰茄的花萼),而关于朱槿和玫瑰茄花朵挥发性成分的相关研究鲜见报道,特别是对于不同种木槿植物花朵浸膏的挥发性成分差异的对比研究尚属空白。
通过组建评价小组对不同种木槿植物花朵浸膏的香气进行感官评价,对其香气特征进行直接评估,而电子鼻实验能够弥补由于评价人员的个人偏好、嗅觉疲劳导致嗅闻实验的不稳定和可重复性差的缺点[13],更能使结果量化。而顶空固相微萃取(head space solid-phase micro-extraction, HS-SPME)是一种能够直接分析样品中挥发性成分的技术[14],目前已广泛应用于食品挥发性风味研究[15-16],如金有权[6]就因其在分离样品香气上具有快速方便准确等优点[17-18],将其用于检测不同品系及保存时间下木槿干花的挥发性成分的研究,因此为了精确、全面地解析并对比木槿属植物花朵香气复杂体系中的挥发性成分,选择HS-SPME用于分离3种花朵浸膏的香气成分。全二维气相色谱质谱技术(comprehensive two-dimensional gas chromatography mass spectrometry, GC×GC-MS)相较一维GC-MS色谱分析技术,具有更优的分辨率、峰容量和灵敏度[19-20],如陈啸天等[20]采用GC-MS与GC×GC-MS技术测定砂仁挥发油成分,GC×GC-MS结果显示共鉴定到砂仁挥发油中83种化学成分,而常规一维只能检测到36种成分。全二维气质技术被广泛应用于风味研究[21]、食品分析[18]等领域,但GC×GC-MS技术在木槿花挥发性风味物质检测应用未见报道,该技术对不同种木槿植物花朵提取物的风味物质检测还有待探究。
本研究以木槿花、朱瑾花、玫瑰茄花3种木槿属植物的花朵为研究对象,采用HS-SPME-GC×GC-MS和电子鼻对3种木槿植物花浸膏中挥发性成分进行定性、定量分析,并结合偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)确定潜在差异挥发性成分,利用相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)分析探讨关键性风味物质,旨在为开发不同种木槿植物花朵浸膏产品,提高木槿属植物花朵利用效率和品质,以及拓展其在相关香精香料产业发展提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
木槿花(白色重瓣,白雪公主)、朱槿花(红色单瓣,President)、玫瑰茄花(红色单瓣,Victor),市售,毫州市易源生物科技有限公司;无水乙醇,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;丙酸乙酯,纯度≥99%,北京百灵威科技有限公司;纯净水,娃哈哈集团有限公司;C7～C40正构烷烃标准品,纯度≥99.6%,北京百灵威科技有限公司;2,3-丁二醇、苯甲醇、正辛醇、苯乙醇、麦芽酚、丁香酚、正己醛、糠醛、苯甲醛、5-甲基糠醛、2-吡咯甲醛、苯乙醛、(E)-2-辛烯醛、正壬醛、丁香醛、5-羟甲基糠醛、2-十一醛、椰子醛、十二醛、十三醛、十五醛、异戊酸、正戊酸、正己酸、正辛酸、壬酸、香叶基丙酮、β-紫罗兰酮、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、柠檬烯、十四烯、α-柏木烯、(E)-β-金合欢烯、十五烯、十六烯、乳酸乙酯、丙酮酸乙酯、甲酸辛酯、苯甲酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯、γ-辛内酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸甲酯、月桂酸乙酯、十四酸乙酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、2-丙酰呋喃,浓度均≥95%,上海麦克林生化科技股份有限公;茴香脑,浓度≥98%,上海皓鸿生物医药科技有限公司;2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4(H)吡喃-4-酮(2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-4(H)-pyran-4-one,DDMP),实验室自制;雪松醇(浓度99%)、异丁香酚(浓度≥95%),上海源叶生物科技有限公司;(E)-2-壬醛、癸醛、十一醛、乙酰丙酸乙酯,纯度均≥95%,北京百灵威科技有限公司。
1.2 仪器与设备
8890-5977C全二维气相色谱-质谱仪,美国Agilent公司;旋转蒸发仪、DLSB-5-20 低温冷却液循环泵,郑州长城科工贸有限公司;HH-S2数显恒温水浴锅,江苏金怡仪器科技有限公司;PEN3.5便携式电子鼻,德国Airsence公司;二乙烯苯/碳/聚二甲基硅氧烷(DVB/CAR/PDMS)萃取头,美国Supelco公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品制备
用粉碎机分别将木槿花、朱槿花、玫瑰茄花粉碎,过80目筛网,贮存备用。浸膏采用加热回流方式提取制备。具体操作如下:分别称取木槿花、朱槿花、玫瑰茄花粉末30 g于圆底烧瓶中,加入300 mL体积分数为95%的乙醇溶液,60 ℃加热4 h,旋转蒸发去除提取液中的溶剂,即得到3种木槿植物花浸膏:木槿花(MJH)浸膏、朱槿花(ZJH)浸膏和玫瑰茄花(MGH)浸膏。
1.3.2 感官评价
依据GB/T 14454.2—2008《香料 香气评定法》,组建感官评价小组,对3种木槿植物花浸膏的6种香气属性的强度进行感官评价。评价小组由提前经过培训并通过测试的13名感官评价人员(7男6女)组成,在适宜感官条件下对3种木槿植物花浸膏的香气特征进行评估。首先,通过评价人员初步嗅闻给出香气描述词,后经讨论筛选出6个使用频率较高的香气描述词,即花香、果香、甘草香、焦甜香、奶酪香和蜡脂香,来描述3种木槿属植物花朵浸膏的整体香气。这6种属性分别用以下香气参考物进行定义:苯乙醇(花香)、乙酸乙酯(果香)、茴香脑(甘草香)、糠醛(焦甜香)、正戊酸(奶酪香)、壬酸(蜡脂香)。所有参考物浓度为其在水中气味阈值的100倍。最终对3种经过无序编号的花朵浸膏样品,由评价员根据0～3分(弱)、4～6分(显著)、7～9分(强)的10分间隔量表进行气味强度评分。对各项评分取平均值,据此绘制感官雷达图,以直观呈现3种木槿植物花朵浸膏各自的香气特征。
1.3.3 电子鼻分析
准确称取3种木槿属植物花浸膏各1.0 g,分别置于30 mL顶空瓶中,70 ℃下水浴5 min后静置10 min,进行检测。电子鼻参数:室温25 ℃,吸气速率300 mL/min,样品检测时间120 s,传感器清洗时间300 s;每个样品进行3次平行试验。每个样品取116～118 s响应值的平均值进行后续分析。电子鼻10个传感器敏感物质见电子版增强出版附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044884,下同)。
1.3.4 HS-SPME条件
准确称取3种浸膏各1.0 g,分别置于30 mL顶空瓶中,加入50 μL的丙酸乙酯(浓度0.62 mg/mL)作为内标,用带有聚四氯乙烯隔垫的盖子密封后放于水浴锅中,在60 ℃条件下加热平衡20 min,萃取20 min。由全自动萃取装置将萃取探针插入GC×GC-MS进样口,在270 ℃下解吸4 min[22]。
1.3.5 GC×GC/MS条件
色谱条件:Agilent 19091S-433UI,柱系统由2条色谱柱组成,分别为HP-5MS Ultra Inert(30 m×250 μm×0.25 μm)、DB-17MS(2 m×0.18 μm×0.18 μm),通过固态调制器串联连接。进样口温度280 ℃,进样模式不分流,进样量1 μL。升温梯度:起始温度50 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升到290 ℃,保持5 min。
调制器:进口热区初始温度为50 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升到290 ℃,保持5 min;出口热区初始温度为80 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升到320 ℃,保持5 min;冷区初始温度为9 ℃,保持0 min,以50 ℃/min降到-51 ℃,保持23.8 min,再以20 ℃/min升到9 ℃,保持30 min。调制周期为8 s。
质谱条件:采用全扫描模式,传输线温度280 ℃;离子源温度为230 ℃;四极杆温度为150 ℃;离子源为XTR-EI源,电子能量为70 ev;扫描范围:35～350 amu。
1.3.6 香气物质定性定量分析
挥发性化合物定性方法:利用Canvas panel工作站检索,选择正反匹配度大于800的物质为有效挥发性成分进行定性分析,与 NIST20 数据库中的质谱进行比对,信噪比(S/N)>10的色谱峰被自动识别。并利用相同条件下C7～C40正构烷烃计算化合物的保留指数(retention index,RI),与NIST文献值进行比对,进行核对确认。
挥发性化合物定量分析:采用内标法对挥发性成分进行定量分析,如公式(1)所示:
(1)
式中,w为挥发性物质含量,μg/g;S0为挥发性物质峰面积;w1为内标含量,μg/g;S1为内标峰面积。
1.3.7 ROAV分析
参考汪新洁等[23]方法计算木槿植物花朵浸膏挥发性成分的ROAV。对样品风味贡献最大的组分定义为 ROAVmax=100,其余各化合物ROAV计算如公式(2)所示:
(2)
式中:Ci 为各挥发性化合物的相对含量,μg/g;Ti 为各挥发性化合物的阈值,μg/g;Cmax为对花朵浸膏香气贡献值最大的挥发性化合物所对应的相对含量,μg/g;Tmax 为对花朵浸膏香气贡献值最大的挥发性化合物所对应的阈值,μg/g。
1.4 数据分析
通过SPSS 27.0软件对数据进行差异显著性分析和Pearson相关性计算;Origin2021进行主成分分析(principal component analysis,PCA);利用WinMuster软件对电子鼻数据进行分析;采用SIMCA 14.1软件完成OPLS-DA、预测变量重要性投影(variable importance in projection,VIP);TBtools绘制热图。
2 结果与分析
2.1 3种木槿属植物花朵浸膏感官评价
通过评价人员对3种花朵浸膏整体香气进行感官分析,获得3种木槿属植物花朵浸膏的挥发性成分香气轮廓图(图1),6个香气属性分别为花香、果香、甘草香、焦甜香、奶酪香和蜡脂香。结果显示,不同种木槿植物花浸膏样品香气属性存在差别。由图1可知,MJH浸膏与ZJH浸膏两者香气轮廓较相似,MJH浸膏在果香与甘草香2个维度上强度更高,在花香、蜡脂香、焦甜香与花香上稍弱于ZJH浸膏;与MGH浸膏相比,MJH浸膏的花香与甘草香气更强,但MGH浸膏的焦甜香气更突出;与ZJH浸膏相比,MGH浸膏的花香、蜡脂香与奶酪香较弱,但果香与焦甜香强于ZJH浸膏。3种花朵浸膏的香气轮廓差异可能与相应化合物存在种类以及含量浓度的差异有关。
图1 3种木槿属植物花朵浸膏香气轮廓
Fig.1 Aroma profiles of flower extracts from three species of Hibiscus
2.2 电子鼻传感器响应分析结果
电子鼻传感器对测定范围内的挥发性成分极其敏感,其响应强度与样品中相应化合物的含量密切相关,含量轻微变化即可导致传感器响应的差异[23],图2为3种木槿植物花浸膏的电子鼻响应值雷达图,可以看出电子鼻10个不同传感器上的响应值有明显差异,W1S、W5S、W1W、W2S等4个传感器响应值相对较高,表明3种花朵浸膏中含有较多上述传感器敏感的挥发性成分,其中W1S与W5S两个传感器响应值最高,表明这3种花朵浸膏中的挥发性成分以氮氧化合物和烷烃类成分为主。由金友权[6]所做的关于不同品系木槿花挥发性成分研究可知在木槿花挥发性成分中含有含量较高的1-癸炔,其结构中的亚甲基与末端甲基提供18个C、H单键,其结构与烷烃类似,导致W1S传感器响应值较高。根据所查阅文献[6,24]可知,木槿花、朱槿花与玫瑰茄花朵浸膏的挥发性成分中烷烃类与萜醛类物质种类含量较高,而醛基中的碳氧双键与硝基中氮氧双键整体表现出类似的极性特性,是W5S响应值较高的原因。由图2可知,MGH浸膏、MJH浸膏和ZJH浸膏的电子鼻响应值存在明显差异,MGH电子鼻响应值在上述4个维度上强度显著高于其余2种样品,MJH浸膏与ZJH浸膏组分重叠在一起,说明与MGH浸膏相比其余2种样品气味相似度更高[25]。对3种木槿植物花朵浸膏电子鼻116～118 s的响应值进行PCA,PCA得分图及载荷图如图3所示,第一、第二主成分贡献率之和为99.1%,能有效代表3种木槿属植物花朵浸膏的气味信息[26]。由PCA得分图(图3-a)可知PC1将MJH浸膏、ZJH浸膏与MGH浸膏分为两类,表明MGH浸膏与前2种相比挥发性物质的整体差异较大[27]。PC2可将MJH浸膏与ZJH浸膏分为两类,两者存在部分重叠,表明其挥发气味较为相近[28]。由载荷图(图3-b)可知,第一主成分W2S、W6S贡献率最高,第二主成分W3S、W2W贡献率最高,说明不同种木槿植物花朵浸膏的醇类、部分芳香族化合物、氢气(氢化物)、烯烃、芳香族化合物和有机硫化物可能具有明显差异。
图2 电子鼻感官雷达图
Fig.2 Sensory radar chart of electronic nose
a-PCA图;b-载荷图
图3 3种木槿属植物花朵浸膏的电子鼻分析
Fig.3 Electronic nose analysis for flower extracts of three species of Hibiscus
2.3 三种木槿属植物花朵浸膏挥发性成分定性分析
利用GC×GC-MS对不同种木槿植物花朵浸膏的挥发性成分进行定性、定量分析,结果如附表2所示。在3种浸膏样品中共检测出109种化合物,其中醇类8种、酚类4种、醛类26种、酸类6种、酮类8种、萜烯类20种、烷烃9种、酯类23种、其他化合物5种,3种浸膏共有挥发性成分有21种(图4)。MJH与ZJH中含量较高的挥发性成分主要是醛类、酸类、酯类化合物。MGH中含量较高的挥发性成分主要是醛类、酯类和烷烃,与前两者相比存在差异。此外,23种化合物(5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛、苯乙酮、辛酸乙酯、庚酸乙酯等)仅在MJH中检测到,ZJH独有的化合物11种(正辛醇、柏木醇、香叶基丙酮、β-紫罗兰酮、α-柏木烯等)独有,MGH中有20种(2,3-丁二醇、8-羟基芳樟醇、椰子醛、γ-辛内酯、异香兰素等)。在木槿花挥发性成分的研究中,本研究结果与蔡定建等[12]的报道存在显著差异。蔡定建等[12]采用水蒸气蒸馏法提取挥发油,鉴定出的成分以有机酸类为主(18种,占81.81%),而酯类化合物仅3种,含量较低(2.51%)。其中十三烷酸、亚油酸、亚麻油酸和油酸等无显著芳香气味的游离脂肪酸占比最高。与之相反,本研究通过乙醇提取制备的MJH浸膏中,具有花果类香气的酯类化合物的种类与相对含量(6种,占22.72%)高于有机酸类(2种,占12.54%)。该差异产生的原因是提取方法不同,水蒸气蒸馏法操作繁琐、所需样品量大,导致低沸点的芳香成分在高温下损失。利用乙醇提取花朵浸膏的方法,条件更温和,能更好地保留如壬酸乙酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯等具有令人愉悦香气的低沸点酯类化合物。相比而言,本方法所获得的成分谱更能代表木槿花的原始特征香气。
图4 3种木槿属植物花朵浸膏挥发性化合物种类韦恩图
Fig.4 Venn diagrams of volatile compounds in three flower extracts from different species of Hibiscus
2.3.1 烷烃类化合物
在3种花朵浸膏的挥发性化合物中,烷烃类成分分布较多,包括1-癸炔、十二烷、十三烷、十四烷、3-甲基十五烷、十五烷、十六烷、十七烷和十八烷共九类,含量差别较大,含量为118.29～192.65 μg/g,分别占各自总挥发性物质的32.72%、13.75%、18.60%。
2.3.2 有机酸类化合物
MJH、ZJH、MGH 3种花朵浸膏中共检测出正戊酸、异戊酸、正己酸、庚酸、辛酸、正壬酸6种有机酸类化合物,MJH浸膏中酸类占总挥发性成分12.54%,其中含量较高的是正壬酸,具有脂肪香气类似椰子油的柔和润感;ZJH浸膏中酸类占15.39%,除正壬酸(6.06%)外,正己酸(5.53%)含量较高,其低浓度时具有奶酪、热带水果或酿酒般发酵甜味;MGH浸膏中的酸类化合物只有1种含量较少的正壬酸(0.4%)。
2.3.3 醛类化合物
从种类上看,醛类化合物是3种花朵浸膏中最丰富的挥发性成分,共有26种。3种花朵浸膏中总醛含量差异显著,其中MJH浸膏中醛类含量最低(64.82 μg/g),MGH浸膏中醛类含量最高(407.01 μg/g)。醛类分别占MJH、ZJH、MGH浸膏样品中挥发性成分的11.01%、25.53%、46.80%。在鉴定出的醛类化合物中糠醛、苯乙醛的含量相对较高。苯乙醛可赋予MZH浸膏蜂蜜、红玫瑰、风信子以及坚果样的香气[29],而糠醛可以赋予ZJH浸膏和MGH浸膏杏仁、坚果、烤红薯样的烘烤香气[30]。
2.3.4 酯类化合物
除醛类以外,酯类化合物在3种花朵浸膏的挥发性成分中种类同样丰富,共有23种。MJH浸膏总挥发性成分中,酯类物质占22.72%,其中壬酸乙酯(19.91%)含量最高,具有明显的甜瓜和菠萝的果香以及玫瑰样的花卉香气[31];ZJH浸膏中酯类占11.13%,除壬酸乙酯(5.61%)含量最高外,较高含量的是苯乙酸乙酯(1.36%),可以赋予浸膏样品浓郁的蜂蜜甜香、玫瑰花香与果香[32]。在MGH浸膏总挥发性成分中,酯类占25.46%,除丁二酸乙酯(7.73%)外,棕榈酸乙酯(4.22%)含量较高,丁二酸乙酯的香气特征是果香、花香与酒香,而棕榈酸乙酯主要体现出带有奶油气息的蜡脂香气与果香。
2.3.5 萜烯与醇类化合物
除醛类以外,酯类化合物在此3种木槿植物花浸膏中,萜烯类分别占总挥发性成分的5.8%、4.64%、2.25%,因为实验所用花样品是干花,所以如α-蒎烯、α-柏木烯等低沸点物质的含量偏低,这与金友权[6]报道的结果是一致的。醇类占总挥发性成分的2.18%、9.01%、0.64%,这些少量的醇类化合物成分可以赋予样品花果香气[33],其中含量较多的苯甲醇可为样品提供微弱花香与杏仁果香,苯乙醇则能为样品增添玫瑰花香与蜂蜜甜香。
2.3.6 其他类化合物
在MJH、ZJH、MGH此3种木槿植物花朵浸膏中还检测到5种其他类型挥发性化合物,分别为2-乙酰吡咯、茴香脑、DDMP、2-丙酰呋喃、2-戊基呋喃。含量相对较高的为DDMP,在MJH浸膏与ZJH浸膏中存在,DDMP属于吡喃烯醇酮类化合物,这类具有环状烯醇酮类的化合物大多具有焦糖样香味,与麦芽酚等焦糖样香味物质相比,DDMP具有更好的水溶性,在味觉上呈现出的“甜味”更加突出。除DDMP外,含量相对较高的是2-乙酰吡咯与茴香脑。2-乙酰吡咯存在于MJH、ZJH浸膏中,2-乙酰吡咯主要常被用于配制焙烤食品型香精,能赋予样品面包和焦甜香气。检测到的茴香脑存在于MJH浸膏与MGH浸膏中,香气特征是甜茴香与甘草香。
综上所述,不同种木槿植物花浸膏所含有的挥发性成分在种类及构成比例上存在着差异,从而造成了3种浸膏独特的气味。由于3种浸膏各成分含量差别比较大,所得到的信息比较复杂,较难直观地看出不同浸膏中挥发性成分种类及含量的差异,因此需利用其他多元统计分析方法进行进一步数据处理。
2.4 三种木槿属植物花朵浸膏挥发性成分的差异分析
为了更清晰地区别3种木槿属植物花朵浸膏挥发性成分之间的差异性,明确不同浸膏样本的关键差异香气成分,本研究采用OPLS-DA与ROAV对3种木槿属植物花浸膏挥发性成分进行差异分析。以花朵浸膏种类为自变量(X),以109种挥发性化合物为因变量(Y),进行OPLS-DA,结果如图5-a所示,得到模型的自变量拟合指数R2X=0.967,因变量拟合指数R2Y=0.996,模型预测指标R2=0.993,Q2=0.997,R2与Q2均接近1,表明该模型结果具有可靠的概括解释能力和预测能力[29]。图5-b为该模型进行200次置换检验结果,发现模型的预测指数Q2与Y轴相交于负半轴,截距为-0.724,说明该模型不存在过拟合的情况,能够用来区分不同种木槿植物花朵浸膏之间的挥发性成分差异。
a-OPLS-DA得分图;b-置换检验图
图5 三种木槿属植物花朵浸膏挥发性成分OPLS-DA得分图及置换检验验证结果
Fig.5 Score plot of OPLS-DA and permutation test validation results for volatile components of flower extracts from three species of Hibiscus
ROAV具有量化挥发性成分对总体香味贡献程度的功能,进而确定关键香味化合物,若某化合物ROAV>1表明其对样品整体风味有贡献,为样品关键香味化合物[34-35],ROAV越大,其对总体香味的贡献度越大。通过结合多元统计分析结果,根据VIP值、P值和ROAV的综合考量,以P<0.05,VIP>1和ROAV>1为标准[36],筛选不同种木槿属植物花浸膏关键差异香味成分。由附表3所示,共筛选出15种关键差异香味成分,分别为糠醛、5-甲基糠醛、椰子醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、壬酸乙酯、丁二酸乙酯、棕榈酸乙酯、乙酰丙酸乙酯、苯乙酸乙酯、正己酸、正戊酸、苯乙醇、茴香脑。为了清晰明确地区分不同种木槿植物的花朵浸膏样品间挥发性成分的差异,对以上15种成分进行聚类分析,结果如图6所示。从聚类结果可以看出,15种差异香味成分大致将3种木槿植物花浸膏分成了三类。
图6 3种木槿属植物花朵浸膏差异挥发成分聚类热图
Fig.6 Cluster heatmap of differential volatile components in flower extracts of three Hibiscus species
MJH浸膏中含量较高的苯乙醛带有类似风信子和玫瑰样的花香与天然蜂蜜般柔和香味,茴香脑为样品赋予辛甜甘草香,而壬酸乙酯则具有强烈果香。含量适中的正己酸能辅以带有奶酪味的腊脂香气;ZJH浸膏中含量较多的正戊酸与正己酸都带有酸腐奶酪风味,苯甲醛则带有苦杏仁味,椰子醛带有奶油-乳脂调的浓郁椰子香,苯乙醇与苯乙醛都带来甜美花香,含量适中的壬醛辅以样品混合清新果香的油脂感,并带有微弱甜润花香;MGH浸膏中含有较多的糠醛、5-甲基糠醛都能带来烘烤香、焦甜香气,丁二酸乙酯、乙酰丙酸乙酯均是果香,含量较少的棕榈酸乙酯、苯乙酸乙酯则分别给样品增添奶油、果香香气与甜香。
2.5 3种花朵浸膏香气属性与关键差异香味成分的相关性分析
为探究不同种木槿植物花朵浸膏样品的感官评价结果与关键差异香味成分之间的关系,对15种关键差异香味成分的相对含量结合感官评价结果进行Pearson相关性分析(图7)。
图7 感官评价和关键差异成分Pearson相关性热图
Fig.7 Pearson correlation heatmap of sensory evaluation and key differential aroma components
Pearson相关性分析结果表明,花香与苯乙醛呈显著正相关,与棕榈酸乙酯呈显著负相关;果香与多数香气化合物呈负相关,但与壬酸乙酯呈显著正相关;焦甜香与糠醛呈极显著正相关,与5-甲基糠醛、乙酰丙酸乙酯、棕榈酸乙酯、丁二酸乙酯呈显著正相关,与苯乙醇呈显著负相关;奶酪香与正己酸呈极显著正相关;蜡脂香气与壬醛呈极显著正相关;甘草香与茴香脑呈显著正相关,与其他多数香气化合物呈负相关。这15种挥发性成分相互协同或拮抗共同影响了这3种木槿属植物花朵浸膏的香气特征,大多数挥发性成分与焦甜香呈正相关,与花香和果香负相关,其中糠醛和5-甲基糠醛是影响花朵浸膏烤香气强度最主要的挥发性成分。
3 结论
本研究结合电子鼻、全二维气相色谱-质谱联用技术、感官评价及化学计量学方法,系统分析了木槿、朱槿、玫瑰茄3种木槿植物花朵浸膏挥发性成分的差异。3种浸膏在挥发性成分组成及香气属性上存在显著差异,通过多变量分析筛选出15种关键差异香气成分,包括糠醛、苯乙醛、壬酸乙酯等成分共同构成了不同浸膏的花香、果香、焦甜香等特征。而电子鼻与感官评价结果的一致,进一步验证了分析方法的可靠性与有效性。本研究明确了这3种花朵浸膏香气特征与关键差异性成分,研究了木槿属植物花朵浸膏在香精香料领域的潜在应用价值,填补了同一属不同种木槿植物挥发性成分比较研究的空白。但尽管明确了关键香气成分及其对花朵浸膏整体风味的贡献,研究仍在选材范围上局限于3种木槿植物,未涵盖如黄槿、木芙蓉等更多木槿属植物,加热回流浸膏法虽较传统水蒸气蒸馏更优,但不同溶剂、温度等条件对香气成分的影响尚未深入探讨。此外,关键香气成分的感官相互作用机制及其在实际香精配方中的稳定性与表现仍有待验证。后续研究将扩展木槿属植物种类及不同产地样本,全面评估其挥发性成分多样性;优化提取与制备工艺,最大限度地保留特征香气成分;结合感官组学与分子感官科学,深入解析香气物质的协同与拮抗效应,以有效推动木槿花朵浸膏在食品、烟草及日用香精中的实际应用研究,实现从理论到产业的转化。
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