柠檬(Citrus limon L.)为芸香科(Rutaceae)柑橘属(Citrus)植物,是世界范围内第三大柑橘类果树作物,我国柠檬类栽培可追溯至元代[1]。这类水果因有机酸与芳香物质含量高,鲜食较少,主要进行加工利用[2]。随着市场对风味多元化需求增长,香气特征显著的‘广东香水’柠檬(Citrus medica ‘Guangdongxiangshui’)在新式茶饮中广泛应用,成为市场焦点[3]。香气品质直接决定其市场价值,因此阐明其香气形成的物质基础与分子机制对产业优化意义重大[4]。目前,关于柠檬类果实香气和精油的研究已有开展[5],但针对‘广东香水’柠檬不同组织挥发性成分差异的研究未见报导。
顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(headspace-solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry HP-SPME-GC-MS)技术已被广泛应用于挥发性物质的检测,例如,张耀海等[6]运用HS-SPME-GC-MS检测22个枸橼类品种挥发性成分的差异;李开等[7]利用HS-SPME-GC-MS对2种冷榨工艺红橘精油挥发性成分对比分析;邵淑贤等[8]以云霄与武夷产地的黄观音乌龙茶为研究对象,筛选影响品质的关键差异香气组分,为解析两地乌龙茶的香气特征提供理论依据;李文云等[9]通过分析‘利王柚’(Citrus grandis ‘Li Wang’) 从果皮香气成分中,共鉴定出72种化合物。其中,萜烯类物质含量最为丰富,作为柑橘类果实的关键呈香物质,其组成对果实香气特征具有决定性作用。
在探究‘广东香水’柠檬果皮和果肉香气特性时,为了避免因过多变量而使得评价变得过于复杂,需要通过多变量分析技术来简化评价过程,从而更有效地评价香气品质。谭艳等[10]利用香气活性物质作为评价指标,通过主成分分析(principal component analysis,PCA)法建立柚皮精油挥发性风味物质鉴别的模型,对4种柚皮精油进行了香气物质分析评价,并证实该方法是可行的。本研究以香气物质作为变量,利用多元分析法建立了‘广东香水’柠檬果皮和果肉之间的正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLA-DA)模型,并进行了置换检验。结合相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)分析、变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)值,得出果皮和果肉之间的香气特征标志物,显示分析方法具有一定的可行性。
本研究以‘广东香水’柠檬为材料,采用HS-SPME-GC-MS分别对‘广东香水’柠檬的果皮和果肉挥发性成分进行分析和鉴定,通过OPLS-DA比较分析其果皮和果肉挥发性成分物质含量,为后续‘广东香水’柠檬农副产品加工和香精研制提供支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜‘广东香水’柠檬采摘于广东省肇庆市果园并立即运回实验室,挑选大小均匀,无机械损伤且无病虫害的新鲜‘广东香水’柠檬作为实验材料,选取20颗‘广东香水’柠檬,将果皮与果肉分离。
1.2 仪器与设备
DB-Wax色谱柱、6890-5973N GC-MS联用仪,安捷伦科技(中国)有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头SPME,美国 Supelco 公司;PEN3电子鼻,德国Airsense公司。
1.3 实验方法
1.3.1 电子鼻测定
测量步骤参照CHEN等[11]的方法,并略作修改。分别精确称取果皮和果肉各2.0 g, 置于40 mL电子鼻样品瓶中,静置,使顶空瓶中充盈样品气体,在室温下用电子鼻检测。设置清洗时间180 s,进气体积流量0.6 L/min,进气体积流量0.6 L/min,检测时间120 s,进样量10 mL,平行测定10组样品。
1.3.2 样品前处理
用蒸馏水洗净‘广东香水’柠檬后,将果皮和果肉进行分离,用小刀切分为1.00 cm左右的小块,分别将其放入磨样机磨碎。将粉碎后的果皮及果肉样品分别准确称取 0.5 g(各设10个平行),并分装于5 mL 进样瓶中,加0.1 mL饱和NaCl溶液,立即进行气密性密封,并于室温 (25±2) ℃下平衡10 min。
1.3.3 HS-SPME 萃取条件
参考SHEN等[12]的方法并稍作修改,将装有样品的顶空瓶于45 ℃下平衡10 min后,插入已老化的萃取头,在45 ℃下顶空萃取35 min。随后,萃取头转移至GC进样口,于250 ℃下热解析5 min。
1.3.4 GC-MS条件
参考HU等[13]的方法并稍作修改。
GC条件:色谱柱:DB-Wax(30 m×0.25 mm× 0.25 μm);GC 仪进样口温度:250 ℃。升温程序:35 ℃保持5 min,以3 ℃/min 升至150 ℃,保持5 min,最后以5 ℃/min 升至 240 ℃,保持2 min;载气为高纯氦气,采用不分流进样方式。
MS条件:电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量为 70 eV,四极杆温度 150 ℃,离子源温度 230 ℃,接口温度 280 ℃,扫描范围 35～550 m/z。
1.3.5 ROAV分析
参考刘登勇等[14]的方法,采用ROAV 法确定‘广东香水’柠檬果皮及果肉中主要挥发性成分,按公式(1)确定对果皮或果肉风味贡献度最大的物质,并将其 ROAV 值设置为 100;其他挥发性成分的 ROAV 值按照公式(2)计算:
气味活度值
(1)
(2)
式中:Ci,目标化合物的相对含量,%;Ti,目标化合物的感觉阈值,mg/kg;Cmax,对‘广东香水’柠檬果皮或果肉风味贡献最大组分的相对含量,%;Tmax,对‘广东香水’柠檬果皮或果肉风味贡献最大组分的感觉阈值,mg/kg。
1.4 数据处理
将生成的各样品图谱导入Data Analysis 2013软件中进行积分,与美国国家标准与技术研究院(NIST)20.L标准谱图库比对,导出鉴定结果,对总离子流图中的各色谱峰进行质谱扫描后,通过检索比对NIST 20.L,导出谱库检索报告,筛选出匹配度≥80%的化合物,通过CAS号进行化合物鉴定进行定性,通过与内标物的峰面积比较得到香气成分的含量,内标物为环己酮,单位为μg/g。电子鼻数据与挥发性成分数据采用 SIMCA 14.1 构建 OPLS-DA 模型,并通过 200 次置换检验验证模型稳定性与拟合度。GC-MS 定量数据及图表处理使用 Origin 2020 和 SPSS 26.0完成。Origin 2020软件绘制雷达图、柱状图、比例弦图、指纹图谱;基于SIMCA 14.1 进行OPLS-DA。所有数据以“平均值±标准差”表示;果皮与果肉2组数据的差异采用单因素方差分析进行检验,并使用 Tukey 法进行多重比较。显著性水平设定为P<0.05。
2 结果与分析
2.1 基于电子鼻技术对香水柠檬果皮和果肉品质差异分析
电子鼻(气味扫描仪)基于传感器阵列,将样本中的化学成分转换为电子信号,再集合这些信号构成独特的数字模式[15]。如图1所示,香水柠檬果皮和果肉在得分散点图的横轴上实现了区分,自变量拟合指数
为0.830,因变量拟合指数
为0.999,模型预测指数(Q2)为0.984。OPLS-DA得分图显示,果肉主要分布于横轴负值区域,而果皮集中分布于横轴正值区域,表明两类组织挥发性成分存在显著空间分离特征。电子鼻雷达图谱显示,果皮与果肉挥发性成分在10个传感器上的响应特征存在显著分异。10个传感器性能描述见表1,果皮与果肉在 10 个电子鼻传感器上的响应特征存在显著差异,其中W2W、W1W和W5S传感器在果皮中的响应强度显著高于果肉(P<0.05,VIP>1),对两类组织的区分具有主要贡献;表明这三类传感器在OPLS-DA模型中具有关键判别价值。其中W1W对硫化物和萜烯类敏感,而萜烯类物质在‘广东香水’柠檬中主要呈香物质[9]。
A-OPLS-DA;B-雷达图
图1 香水柠檬果皮和果肉电子鼻的OPLS-DA及雷达图
Fig.1 OPLS-DA and radar diagram of the peel and pulp of the e-nose of perfume lemon
注:GP为果皮;GR为果肉(下同)。
表1 香水柠檬果皮和果肉的电子鼻响应值
Table 1 E-nose response values of peel and pulp of perfume lemon
传感器编号传感器名称传感器响应特性响应值果皮果肉P值VIP值1W1C对芳香族化合物敏感1.29±0.051.12±0.030.330.292W5S对氮氧化合物敏感38.68±0.062.08±0.050.001.193W3C对氨类、芳香族化合物敏感1.44±0.021.07±0.020.001.174W6S对氢气敏感1.04±0..041.04±0.020.660.155W5C对烷烃、芳香族化合物敏感1.25±0.051.04±0.020.001.196W1S对甲烷敏感3.30±0.042.29±0.060.001.177W1W对硫化物和萜烯类敏感36.86±0.158.34±0.590.001.198W2S对醇类和部分芳香族化合物敏感1.92±0.031.44±0.020.001.159W2W对有机硫化物和芳香族化合物敏感33.87±0.564.50±0.290.001.1810W3S对烷烃敏感1.065 41.082 3 0.144 320.39
2.2 ‘广东香水’柠檬果皮和果肉的香气成分特征分析
为系统解析‘广东香水’柠檬果皮与果肉的香气特征差异,采用HS-SPME-GC-MS对10组果皮果肉样品的挥发性成分进行定性与定量分析。如表2所示,共鉴定出73种挥发性有机物,其中酯类化合物8种、醛类化合物13种、醇类化合物11种、烷烃类化合物7种、萜烯类化合物33种、杂环类化合物1种。以73个香气成分作为因变量,不同部位作为自变量,通过OPLS-DA可以实现‘广东香水’柠檬果皮和果肉的有效区分。本次分析中的自变量拟合指数为0.958,因变量拟合指数为0.864,模型预测指数(Q2)为1.000,根据文献[16]可得,R2与Q2值超过0.5表明模型拟合效果可接受。置换检验(200次)结果显示(图2-B),Q2回归线的纵轴截距为负值,证实模型未过拟合且验证有效,适用于‘广东香水’柠檬果皮与果肉的鉴别分析。图2-C是变量重要性 VIP 值图,通常认为VIP>1.0的变量在判别过程中具有重要作用,VIP值越大,所对应的组分在不同品种间的差异越明显,由图2-C可以看出,有58种香气组分 VIP >1,分别为乙酸橙花酯、8-羟基薄荷醇、香叶酸甲酯等。这些组分离密集区较远,属于组间差异显著的特征性组分。
表2 ‘广东香水’柠檬果肉果皮和果肉香味分析
Table 2 Aroma analysis of lemon pulp, peel, and pulp of ‘Guangdong perfume’
编号保留时间/minCAS香气成分含量/(μg/g)果皮果肉134.42105-87-3乙酸香叶酯287.53±1.597.35±0.59235.141189-09-9香叶酸甲酯1.70±0.23— 336.52105-91-9丙酸橙花酯256.89±1.291.18±0.12酯类 436.57141-12-8乙酸橙花酯62.49±0.991.22±0.15637.5216409-44-23,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇乙酸酯108.94±0.86—736.73002345-26-8异丁酸香叶酯63.17±2.191.14±0.26860.50628-97-7十六酸乙酯0.68±0.13— 781.4±8.1810.89±1.12911.132505-57-72-己烯醛—0.14±0.061011.2236728-26-3青叶醛—0.13±0.021125.129124-19-6壬醛56.47±0.541.11±0.271226.46155050-40-37-甲基-3-亚甲基-6-辛烯醛24.29±0.610.14±0.241327.361000414-18-0异橙花醛52.29±0.730.36±0.181427.5312385-77-5(+)-香茅醛513.63±3.36—醛类 1529.71112-31-2癸醛8.00±0.050.27±0.011631.141106-26-3橙花醛227.79±0.9824.83±2.131732.591141-27-5香叶醛574.95±0.7927.84±0.381832.7785392-40-5柠檬醛612.19±2.7928.43±0.181934.313112-54-9月桂醛33.29±1.320.59±0.392034.655112-44-7十一醛28.87±0.120.45±0.022156.0182765-11-9正十五碳醛0.56±0.06— 2 132.33±11.3584.29±3.882224.27978-70-6芳樟醇65.42±0.560.64±0.062328.2961000414-18-1异香叶醇69.22±1.671.34±0.122428.9971000411-59-6松油醇6.81±0.620.11±0.022529.22198-55-5α-松油醇4.32±0.69— 2630.5311000374-16-28-羟基薄荷醇14.61±0.09— 醇类 2730.612106-22-9香茅醇—0.14±0.012831.0083790-71-43,7,11-三甲基-2,6,10-十二旋三烯-1-醇1.06±0.06— 2931.708000106-25-2橙花醇8.01±0.060.36±0.013032.329106-24-1香叶醇7.24±0.68— 3148.39188395-46-4异匙叶烯醇0.56±0.06— 3251.386515-69-5α-红没药醇2.53±0.16— 180.75±4.786.03±0.783326.0064292-92-6正戊基环己烷—0.42±0.033429.301112-40-3十二烷13.01±0.790.21±0.023533.987629-59-4正十四烷8.02±0.080.15±0.03烷烃类3634.254629-50-5正十三烷2.21±0.190.16±0.053747.054544-76-3正十六烷0.79±0.08— 3852.065629-78-7十七烷0.28±0.03— 3962.763629-92-5十九烷0.16±0.01— 24.47±1.180.96±0.134015.17003387-41-5 桧烯4.88±0.050.05±0.014115.1757785-70-8蒎烯10.64±0.590.18±0.034215.2347785-26-4 左旋-α-蒎烯10.88±0.490.08±0.024318.422123-35-3月桂烯29.82±1.234.95±0.264420.28918368-95-11,3,8-p-薄荷烯—0.14±0.024520.75989-27-5D-柠檬烯461.13±2.63107.19±2.454620.96313466-78-93-蒈烯10.48±0.181.24±0.114721.48713877-91-3罗勒烯102.94±1.291.01±0.044823.4073338-55-4(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯69.92±1.190.99±0.124923.428586-62-9异松油烯11.68±0.45— 5023.53599-85-4松油烯73.76±1.68— 5123.7231195-32-02,4-二甲基苯乙烯3.10±0.560.24±0.03
续表2
编号保留时间/minCAS香气成分含量/(μg/g)果皮果肉5236.1482792-39-42,6-二甲基-2,6-辛二烯41.59±1.910.80±0.025337.3563856-25-5可巴烯2.01±0.061.27±0.085438.11641446-60-0(Z)-7-十四烯3.31±0.02— 5539.08487-44-51-石竹烯97.73±1.261.77±0.28烯萜类5639.52329873-99-2γ-榄香烯40.18±0.891.32±0.025739.69913474-59-4反式 -α-佛手柑烯22.01±0.562.89±0.255839.822495-61-4β-没药烯11.42±0.140.23±0.025940.5766753-98-6丁香烯11.28±0.560.34±0.046040.961157477-72-0顺式-穆罗拉-4(15),5-二烯3.43±0.03— 6141.40530021-74-0γ-苜蓿烯6.78±0.560.82±0.126241.614451-55-81-甲基-4-(6-甲基庚-5-烯-2-基)环己-1,3-二烯7.31±0.13— 6341.75323986-74-5大牛儿烯D61.83±1.37— 6441.7928973-97-9顺式-β-法尔尼烯23.70±0.260.22±0.016541.83000483-76-1D-杜松烯11.59±0.750.15±0.016641.95628624-28-4α-芹子烯4.14±0.08— 6742.14911028-42-5雪松烯2.66±0.05— 6842.1751000360-33-0α-可巴烯4.00±0.060.14±0.016942.62529837-07-8(Z)-α-没药烯30.87±0.050.32±0.067043.34772937-55-4(Z)-卡拉曼烯2.94±0.040.07±0.017144.49225246-27-9香树烯1.12±0.02— 7244.689489-39-4(+)-香橙烯63.17±0.46— 1 301.36±20.28127.30±3.59杂环类7345.00515423-57-1(E,E)-1,5-二甲基-8-(1-甲基乙基)-1,5-环癸二烯63.94±0.73— 63.94±0.73— 总4 420.31±41.85229.47±9.25
A-OPLS-DA;B-模型交叉验证结果;C-关键香气成分VIP值;D-香气指纹图谱
图2 ‘广东香水’柠檬果皮和果肉的OPLS-DA、模型交叉验证结果、关键香气成分VIP值及香气指纹图谱
Fig.2 OPLS-DA analysis of peel and pulp from ‘Guangdong Xiangshui’ lemon, model cross-validation results,VIP values of key aroma compounds, and aroma fingerprint profiles
通过香气成分的峰保留时间、峰面积值等建立‘广东香水’柠檬果皮和果肉指纹图谱,由图2-D可知,‘广东香水’柠檬果皮和果肉香气指纹图谱有差异。‘广东香水’柠檬的果皮与果肉所含组分种类基本一致,但各类物质的总含量存在明显差异。此外,在45 min后‘广东香水’柠檬果皮任检测到较高的峰,而果肉无明显出峰。
果实中的萜烯类化合物多数来自于萜类代谢途径,而酯类、醇类、醛类和酮类等物质多经脂肪酸代谢或氨基酸代谢途径形成。底物与酶活性的差异则决定了香气物质的种类[17]。烯萜类和醛类是‘广东香水’柠檬的主要挥发性成分,果皮相对含量分别为29.50%和49.17%;果肉相对含量分别为55.63%和36.90%。在果皮中,醛类物质的的相对含量大于烯萜类物质,在果肉中,正好相反。果皮中,柠檬醛、香叶醛、橙花醛和香茅醛含量很高,推测对‘广东香水’柠檬香气具有重要贡献。
醛类物质是构成柠檬风味的关键成分,其总含量与柠檬香气的品质密切相关[18],醛类物质香气阈值低,微量即可产生浓郁香气;相比之下,萜烯类化合物对果实香气的贡献通常低于含氧萜类[19],‘广东香水’柠檬果皮醛类物质含量最高,这可能是其香气更明显的原因。在‘广东香水’柠檬果皮所测得的挥发性成分中,主要的醛类物质为柠檬醛、香茅醛、橙花醛和香叶醛,香茅醛只在果皮中检出,这与何朝飞等[20]研究结果一致,青叶醛和2-己烯醛只在果肉中检测出。‘广东香水’柠檬果皮中烯萜类物质种类是最丰富的,萜烯类是精油主要成分,具有柑橘、草本和木本等香气特征[21],主要的烯类物质为D-柠檬烯、罗勒烯、γ-榄香烯、(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯、大牛儿烯 D、1-石竹烯和(+)-香橙烯。主要的酯类物质乙酸芳樟酯、乙酸香叶酯和乙酸橙花酯,酯类物质在一定程度上能反映出香气品质高低[22]。主要的醇类物质为芳樟醇、异香叶醇。‘广东香水’柠檬果肉所测得的挥发性成分中,主要的酯类物质为乙酸香叶酯。主要的醛类物质为橙花醛、香叶醛和柠檬醛。主要的醇类物质为异香叶醇。主要的烯萜类物质为月桂烯、柠檬烯。
2.3 ‘广东香水’柠檬果皮果肉挥发性成分差异分析
将‘广东香水’柠檬果皮和果肉的挥发性风味成分种类含量及差异绘制成柱状图和比例弦图,其结果如图3及图4所示。醛类挥发性成分中果皮拥有48.13%,特有成分2种,果肉拥有36.62%,特有成分2种,两者共有成分9种;酯类挥发性成分中果皮拥17.64%,特有成分2种,果肉拥有4.73%,特有成分0种,两者共有成分4种;醇类挥发性成分中果皮拥有4.08%,特有成分7种,果肉拥有2.62%,特有成分0种,两者共有成分5种;烯萜类挥发性成分中果皮拥有29.38%,特有成分11种,果肉拥有55.31%,特有成分1种,两者共有成分22种;烷烃类和杂环类在果皮和果肉中所占的比例很小,烷烃类主要作为香气物质的载体,长链烷烃是水果表皮的蜡质层的重要组成部分,因具有疏水性,长链烷烃可减少水果表面的水分流失,延长水果的保鲜期[23]。α-松油醇为果皮特有并对‘广东香水’柠檬具有贡献作用,与MULTARI等[24]研究发现α-松油醇和香茅醛分别是柠檬果皮独有的挥发性成分结果相匹配。
图3 ‘广东香水’柠檬果皮和果肉挥发性成分各种类物质相对含量
Fig.3 Relative contents of various volatile components in lemon peel and pulp of ‘Guangdong perfume’
图4 挥发性成分各种类物质数量
Fig.4 Quantities of volatile components of various types of substances
2.4 ‘广东香水’柠檬果皮和果肉的ROAV分析
在检测出的众多挥发性成分中,相对含量较高的仅占据一部分,这部分挥发性成分组成了‘广东香水’柠檬独特的香气特征。以上结果发现,‘广东香水’柠檬中乙酸香叶酯、橙花醛醛、香叶醛、柠檬醛、柠檬烯和罗勒烯等相对含量高、推测这些物质可能对‘广东香水’柠檬的香气具有一定贡献分。为进一步筛选构成‘广东香水’柠檬果皮及果肉香型的关键挥发性成分,采用ROAV法将各挥发性成分与其香气阈值结合,评估不同挥发性成分对‘广东香水’柠檬果皮及果肉的贡献程度,以确定关键挥发性成分。当挥发性成分ROAV≥1.00 时,表明该挥发性成分为‘广东香水’柠檬的关键挥发性成分,当0.10≤ROAV<1.00 时,表明该挥发性物质对‘广东香水’柠檬的总体风味具有重要的修饰作用,而当ROAV<0.10时,该成分仅视为潜在香气成分[23]。
根据前人研究结果,共确定24种挥发性化合物的感觉阈值[8,25],结果见表3, 汇总了‘广东香水’柠檬果皮和果肉中挥发性成分的 ROAV 分析结果。结果显示,果皮和果肉的关键香气成分均由少数ROAV较高的挥发性物质构成,其余挥发性成分主要起到香气修饰作用。通过公式(1)确认癸醛(0.18 mg/kg)和柠檬醛(12.44 mg/kg)分别为果皮和果肉风味贡献最大组分,不同柑橘类作物都有不同的成分种类或含量差异,赋予果实特有的香气[26],例如沙田柚中果皮和果肉的香气分别由月桂烯和己醛[25]提供。而该实验所测‘广东香水’柠檬果皮主要风味由癸醛提供,果肉主要风味由柠檬醛提供。将其ROAV均设为100,进行ROAV比较分析,其结果如图3所示。结果表明,‘广东香水’柠檬果皮中ROAV均大于1的物质有11种:D-柠檬烯、罗勒烯、芳樟醇、香茅醛和柠檬醛等,认为这些挥发性成分可能是‘广东香水’柠檬果皮中关键性香气成分,对果皮整体香气贡献较大。这些物质大多为醛类化合物,可使‘广东香水’柠檬果皮呈现花香、柠檬香及薄荷香[27]。其中癸醛在果皮中ROAV最大,散发浓郁的柑橘皮香气,并带有微弱的蜡质感和清新草本气息[28],此外,芳樟醇、乙酸橙花酯和α-松油醇都可呈现浓郁的花香和果香[29]。‘广东香水’柠檬果肉中ROAV均大于1的物质有9种:D-柠檬烯、月桂烯、芳樟醇、乙酸香叶酯、异丁酸香叶酯、乙酸橙花酯、癸醛、月桂醛和柠檬醛,这些挥发性成分可能是‘广东香水’柠檬果肉中关键性香气成分,对果肉整体香气贡献较大。其中柠檬醛在果肉中ROAV最大,可使‘广东香水’柠檬果皮呈现花香、柠檬香及果香[30],此外柠檬醛、D-柠檬烯和癸醛都可呈现出柠檬味香气和清香;芳樟醇和乙酸香叶酯可以提供花香[31]。同时β-石竹烯、蒎烯、桧烯、丁香烯、罗勒烯、杜松烯、橙花醇、月桂醛和3-蒈烯在果肉中ROAV介于0.10～1.00,对‘广东香水’柠檬果肉的香气具有修饰作用。这些化合物大多数为烯类和醛类化合物,在水果中可经由碳水化合物代谢、脂肪酸氧化及氨基酸代谢途径生成,主要呈现柠檬香、清香和花香[32]。
表3 ROAV汇总表
Table 3 Summary of ROAV
物质名称阈值/(mg/kg)CAS果皮果肉含量/%ROAV含量/%ROAV气味描述D-柠檬烯0.215989-27-510.41±0.322.7446.89±5.3211.89甜橙味、清凉[33]月桂烯0.1123-35-30.67±0.030.372.17±0.251.15青草味[3]β-石竹烯0.1687-44-52.21±0.050.760.77±0.360.26木香、麻味[8]蒎烯0.037785-70-80.24±0.010.440.08±0.020.14芳香薄荷[33]左旋-α-蒎烯0.127785-26-40.25±0.010.110.03±0.010.02清香[9]桧烯0.153387-41-50.11±0.030.040.03±0.010.01木香、柑橘香[10]松油烯2.1499-85-41.67±0.060.040.000.00柠檬香、草香[15]丁香烯0.166753-98-60.25±0.060.090.15±0.020.05—杜松烯0.1483-76-10.26±0.030.140.07±0.030.03清香[3]罗勒烯0.03413877-91-32.32±0.083.780.44±0.210.69薄荷味[9]3-蒈烯0.04413466-78-90.24±0.040.300.54±0.040.66柑橘香[10]芳樟醇0.003 778-70-61.48±0.0622.100.28±0.0255.05花香[13]α-松油醇0.00398-55-50.10±0.091.800.000.00柠檬味、果香[33]香叶醇0.075106-24-10.16±0.090.120.000.00花香[8]橙花醇0.3106-25-20.18±0.230.030.16±0.050.59柠檬味、果香[9]8-羟基薄荷醇0.0171000374-16-20.33±0.111.070.000.00薄荷味[10]乙酸香叶酯1105-87-36.49±0.650.363.22±0.112.00花香、膏香[16]异丁酸香叶酯0.0132345-26-81.43±0.326.070.50±0.1223.87果香、花香、青香[3]乙酸橙花酯0.042105-87-31.41±0.121.860.53±0.017.91花香[33]癸醛0.000 1112-31-20.18±0.15100.000.12±0.0834.97清香、花香[33]月桂醛0.055112-54-90.75±0.190.760.26±0.110.38药草香、花香[17]壬醛0.002 7124-19-61.27±0.3226.140.49±0.0214.46花香、甜橙香[9]香茅醛0.012385-77-511.59±0.8964.200.000.00果香[33]柠檬醛0.015392-40-513.82±0.2376.5212.44±0.56100.00柠檬味、果香[3]
2.5 ‘广东香水’柠檬果皮和果肉香气品质解析
参考张思凝等[3]‘广东香水’柠檬香气风味轮构建,将其归纳分组为柠檬香、清香、花香、甜香、橙香和薄荷香。结合各挥发性成分的ROAV及其相对含量,同时根据其香型描述,绘制成雷达图,评估各挥发性成分种类的占比与其对香气强度的贡献。结果如图5所示,‘广东香水’柠檬果皮中挥发性成分相对含量最高的组分呈现柠檬香(42.23%),其次为呈现花香(11.90%)、薄荷香(10.03%)、甜香(5.24%)的挥发性成分,呈现清香(3.98%)和甜橙味(1.56%)组分含量较少。‘广东香水’柠檬果肉中挥发性成分相对含量最高的组分呈现清香(49.74%),其次为呈现柠檬香(13.00%)、花香(8.32%)的挥发性成分,呈现甜香(1.31%)、甜橙味(1.21%)组分较少。因不同挥发性成分察觉阈值不同,导致其对香气强度贡献不同,果皮中贡献度最高组分呈现柠檬香(146.79),其次为清香(102.74)、花香(56.17)、甜香(26.14)、薄荷香(6.85)和甜橙味(2.77),其中醛类物质贡献度最高、其次为烯萜类物质和酯类物质。果肉中贡献度最高组分现柠檬香(123.87),其次为花香(103.29)、清香(48.01)、甜香(14.46)、甜橙味(10.55)和薄荷香(0.83)其中醛类物质贡献度最高、其次为醇类物质。
A-不同香型挥发性成分相对含量占比图;B-不同种类挥发性成分ROAV占比图
图5 挥发性成分雷达图
Fig.5 Radar chart of volatile components
3 讨论与结论
本文采用HP-SPME-GC-MS分析法对‘广东香水’柠檬果皮和果肉的挥发性成分进行了分析鉴定及差异化分析。‘广东香水’柠檬果皮和果肉分别鉴定出68种、48种挥发性成分,果皮和果肉共有的化合物有44种。系统揭示了‘广东香水’柠檬果皮与果肉在挥发性成分组成和香气特征上的显著差异。结果显示,果皮香气以醛类物质主导,代表性化合物为柠檬醛与香茅醛;果肉则以烯萜类化合物为主,主要为D-柠檬烯与月桂烯。这种差异可能与2种组织在代谢途径与生理功能上的分化机制有关[17]。果皮和果肉的香气差异主要来源于其组织结构与生物学功能的不同。果皮中分布有丰富的油腺和腺毛,是萜类与醛类合成酶集中分布的部位,易通过萜类合成与脂肪酸氧化途径形成柠檬醛、香叶醛、香茅醛等氧化型挥发物,这些成分挥发性强、香气阈值低,是形成果皮浓郁柠檬香与花香的关键物质[20]。相比之下,果肉主要参与糖代谢与脂肪酸裂解途径,生成烯类和少量酯类化合物,如D-柠檬烯、乙酸香叶酯,使整体香气更清爽[27]。
电子鼻OPLS-DA结果显示,果皮与果肉在空间分布上具有明显分离,表明两者挥发性物质谱图差异显著。W2W、W1W、W5S等传感器对果皮的响应更强,说明硫化物和萜烯类在果皮中更为丰富。电子鼻的判别结果与GC-MS分析趋势一致,表明2种技术在揭示香气差异方面具有良好的互补性,可共同用于柑橘类果实香气特征的综合表征。ROAV分析结果进一步证实,果皮中柠檬醛与癸醛、果肉中D-柠檬烯和柠檬醛是对整体香气贡献最大的核心物质,构成了‘广东香水’柠檬“柠檬香—清香”双重香气特征的关键分子基础。本研究进一步揭示了果皮与果肉在关键化合物上的定量差异,并结合ROAV模型定量化分析了其风味贡献,显著增强了香气品质评价。此外,本研究发现‘广东香水’柠檬果皮香型以柠檬香与清香为主,而果肉以清香与果香为主。
综上所述,本研究揭示了‘广东香水’柠檬果皮与果肉香气差异的生化基础,明确了醛类与烯萜类在不同组织中的主导作用。研究结果为香水柠檬的风味品质提升、精油提取优化及副产物综合利用提供了理论依据。未来可结合感官评价与代谢组学,深入探讨香气物质的形成机制与感官贡献,以实现香气品质的定量化调控。
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