八月瓜,学名三叶木通(Akebia trifoliate),是一种广泛分布在中国长江流域的落叶缠绕木质藤本植物,属于木通科八月瓜属,别名又称八月炸、羊开口、活血藤等[1-2],其果实成熟期为7~9月,为不规则的长圆形或椭圆形,熟时呈红紫色或紫褐色且沿腹缝线自然开裂。八月瓜不仅具有独特的风味和营养价值,而且在传统医学中也占有一席之地。八月瓜果实富含多种可溶性果糖、氨基酸、蛋白质、脂肪、黄酮、维生素以及人体所需的钙、磷、铁、锌等矿物质元素,被誉为“保健果王”。在中医学中,八月瓜又被称为“预知子”,具有活血、消炎、利尿、镇痛等功效[3-5]。尽管八月瓜果实具有诸多优点,但关于其果实风味特性的研究相对有限。目前,关于八月瓜的研究主要集中于2个方面:一是对其基础成分的分析,如糖类、氨基酸、维生素等营养成分[6],以及齐墩果酸、多酚、黄酮、果胶等特征活性成分[7];二是相关产品的开发,例如果脯[5]、饮料[8]、果酱[9]等。八月瓜果实风味的研究主要集中在感官评价和传统化学分析上,吴莹等[10]利用气相色谱-质谱仪分析了陕西安康八月瓜果实的香气成分。这些方法虽然能够提供一定的风味信息,但往往缺乏对风味成分全面和深入的研究、理解。
随着人们对健康食品需求的增加,八月瓜及其制品的市场潜力逐渐受到重视。此外,为贯彻落实习近平总书记扶贫开发战略思想,四川、贵州、湖南等地将八月瓜作为重点扶贫项目进行大量推广种植[1]。郭霞等[1]对云南、四川等5省八月瓜人工种植现状进行了研究,WANG等[11]比较分析了秦巴山16个基因型八月瓜的营养成分,筛选了3个优势基因型。不同产地的八月瓜可能因为土壤、气候等环境因素的差异,导致果实风味存在显著差异,这对八月瓜的品质评价和市场定位提出了新的挑战。
鉴于此,本研究旨在利用现代风味分析技术,如智能感官仪器电子鼻和电子舌,分子感官仪器氨基酸自动分析仪和气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)法,再结合人工感官评价等对不同产地八月瓜果肉的风味成分进行全面解析,评估不同产地八月瓜果肉风味的差异性,以期为八月瓜的品种改良以及市场推广提供科学依据,同时能够为八月瓜风味的科学评价提供新的视角和方法。
人工种植八月瓜,购自云南(A)、湖南(B)、四川(C)和贵州(D)当地农贸市场,所有果实无病虫害和机械损伤,均为自然成熟果实。为保证八月瓜成熟度一致,选取可溶固形物含量无显著差异,均在17%~19%的果实开展实验。八月瓜去皮除籽后取果肉浆,于-20 ℃贮藏。
磺基水杨酸、氢氧化钠、浓盐酸均为分析纯,都市科隆化学品有限公司;甲醇(色谱纯),美国Merck KGa A公司;游离氨基酸标准品(纯度≥99%),德国赛卡姆公司。
α-ASTREE电子舌、FOX4000电子鼻,法国Alpha MOS公司;Flavour Spec®GC-IMS联用仪,德国G.A.S.公司;S-433D氨基酸自动分析仪,德国赛卡姆(SYKAM)科学仪器有限公司;YP-N电子天平(精度0.000 1 g),上海精密仪器仪表有限公司;KQ-300DE超声波清洗机,上海冠特超声仪器有限公司;TGL-16高速冷冻离心机,四川蜀科仪器有限公司;FS-SE-54-CB-1色谱柱(15 m×0.53 mm,5 μm),美国RESTEK公司。
1.3.1 感官评定
参照DBS 52/052—2024《食品安全地方标准 八月瓜鲜果》,对不同产地八月瓜果肉风味进行评价,具体评价标准见表1。评价小组由10名已完成《感官评价》专业课程的食品专业学生组成(男女各半),所有成员均熟悉感官评价流程与标准。八月瓜果肉样品在评价前均统一制备,等量分装于一次性纸杯中,并采用3位随机数字编号,样品呈递顺序遵循随机平衡设计。评价员独立品评,依据表1的标准对每个样品进行打分。每品尝1个样品前后,均需用清水漱口并咀嚼无盐苏打饼干以清除口腔残留味道。每个样品重复品尝3次。
表1 八月瓜果浆感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for Akebia trifoliate
项目评价标准 分值/分有清香味,无异味、异嗅14~20气味(20分)有清香味,气味较差 7~13无清香味,有异味、异嗅 0~6果肉绵软、糯甜,酸甜适中14~20滋味(20分)果肉绵软,口感微甜/酸 7~13果肉结实,偏酸/甜 0~6
1.3.2 电子鼻分析
参考袁灿等[12]的分析方法,并稍作修改。称取5.00 g八月瓜果肉于10 mL顶空瓶中,密封,进行电子鼻的测定。电子鼻的分析条件:顶空加热温度70 ℃,加热时间420 s,进样2 000 μL,数据采集时间120 s,数据采集延迟180 s。每组样品测定8次重复,选取3组稳定性较好的数据进行分析。电子鼻传感器性能特点及敏感物质类型如表2所示。
表2 电子鼻传感器性能特点
Table 2 Sensor performance characteristics of the electronic nose
序号传感器名称性能描述敏感物质类型1LY2/LG对氧化能力较强气体敏感氯、氟、氮氧化合物、硫化物2LY2/G对有毒气体敏感氨、胺类化合物、氮氧化合物3LY2/AA对有机化合物敏感乙醇、戊醛、丙酮4LY2/Gh对有毒气体敏感氨、胺类化合物5LY2/gCT1对有毒气体敏感硫化物6LY2/gCT对易燃气体敏感丁烷、丙烷7T30/1对极性化合物敏感极性化合物、氯化氢8P10/1对非极性化合物敏感非极性化合物;氨、氯、碳氢化合物9P10/2对非极性易燃气体敏感非极性化合物;甲烷、乙烷10P40/1对氧化能力较强气体敏感氟、氯11T70/2对芳香族化合物敏感甲苯、二甲苯12PA/2对有机化合物、有毒气体敏感乙醇、氨水、胺类化合物13P30/1对可燃气体、有机化合物敏感乙醇、氨、碳氢化合物14P40/2对氧化能力较强气体敏感氯、硫化氢、氟化物15P30/2对有机化合物敏感硫化氢、酮16T40/2对氧化能力较强气体敏感氯17T40/1对氧化能力较强气体敏感氟18TA/2对有机化合物敏感乙醇
1.3.3 电子舌分析
参考袁灿等[12]的分析方法,并稍作改动。称取20.00 g八月瓜果肉于100 mL容量瓶,用去离子水定容至100 mL,用超声波超声15 min后使用中性滤纸过滤,取滤液80 mL于电子舌专用烧杯中待检。电子舌分析条件:数据采集时间为120 s,蒸馏水清洗180 s。每组样品测定8次重复,选取3组稳定性较好的数据进行分析。
1.3.4 游离氨基酸测定
参考DUAN等[13]的方法,并略作改动。称取八月瓜果肉4.00 g,加入2 mL 70.0 g/L磺基水杨酸溶液,于30 ℃超声30 min,然后在4 ℃下以13 000 r/min离心15 min,取上清液用0.22 μm过滤器过滤,利用自动氨基酸分析仪进行分析。每组样品平行测定3次。
1.3.5 风味物质测定
参考王天杨等[14]的方法,略作改动。准确称量5.00 g八月瓜果肉于20 mL顶空进样瓶中加盖密封,编号待检,所有样品平行测定3次。
进样条件:50 ℃条件下孵化15 min;进样方式为顶空进样,进样温度60 ℃;进样体积500 mL,孵化转速500 r/min。
GC条件:色谱柱:FS-SE-54-CB-1色谱柱(15 m×0.53 mm,5 μm);柱温60 ℃;载气为高纯氮气(纯度≥99.999%);载气流速程序:初始流速2.0 mL/min,保持2 min;在10 min内流速增加到10.0 mL/min;而后在10~40 min内流速增大到100.0 mL/min。
IMS条件:漂移管温度45 ℃;漂移管长度为9.8 cm;管内线性电压为500 V/cm;漂移气流速150 mL/min(纯度99.999%以上的N2)。
化合物定性与定量:通过比对NIST 2020数据库、IMS 2024数据库以及标准品C4~C9正烷烃校准的保留时间(retention time,Rt)和漂移时间(drift time,Dt)进行定性鉴定,以峰体积作为信号强度进行定量。
本研究采用Excel 2016进行数据统计;采用SPSS 27.0对数据进行显著性差异分析,用Duncan’s法检验,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著;采用SIMCA 14.1进行正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA);采用Origin 2021绘制雷达图;利用线上Genes Cloud平台(https://www.genescloud.cn/home)进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。
将不同产地的八月瓜果浆进行风味感官评定,结果见表3。不同产地八月瓜果肉在风味方面存在差异。对于气味,湖南和贵州的八月瓜样品评分较高且无显著差异(P>0.05),云南和四川的八月瓜样品气味评分较低且无显著差异(P>0.05);对于滋味,四川和贵州的八月瓜样品评分较高且无显著差异(P>0.05),云南和湖南的八月瓜样品滋味评分较低且无显著差异(P>0.05)。总体上,贵州的八月瓜样品的气味和滋味评分均较高,说明产地为贵州的八月瓜更受人们喜欢。
表3 不同产地八月瓜果浆感官评定结果分析
Table 3 Analysis of sensory evaluation results for Akebia trifoliate from different origins
样品气味/分滋味/分A(云南)11.60±1.43b11.90±1.10bB(湖南)13.90±0.99a12.70±0.82bC(四川)11.30±1.25b13.90±1.10aD(贵州)14.20±0.79a14.40±0.97a
注:同列上标字母不同表示差异显著(P<0.05)。
电子鼻是由气敏传感器列阵和模式识别系统组成的新型电子分析仪器[15],根据样品在传感器上的响应值绘制出八月瓜果肉气味雷达图。如图1-A所示,传感器LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh、LY2/gCT1、LY2/Gt响应较弱,且样品间差异不明显,LY2型传感器对氮氧化合物、硫化物、丙酮、丙烷和丁烷等物质敏感[12],说明八月瓜果肉中这些类型的物质含量较少。电子鼻的T、P型传感器对八月瓜果肉的响应均较强,湖南和贵州的样品响应值接近且明显高于云南和四川,说明湖南和贵州的八月瓜果肉整体气味更浓郁,氟化物、乙醇、甲苯、氯化氢等挥发性风味物质含量更高。
A-雷达图;B-PCA图
图1 不同产地八月瓜果肉电子鼻分析
Fig.1 Electronic nose analysis of the flesh of Akebia trifoliate from different origins
PCA是一种有效的降维方式,可以最大限度地保留原始数据信息并对观测值进行重新分组[16],对样品的电子鼻数据进行PCA,结果如图1-B所示。PC1的贡献率为98.5%,能够充分表达样品的整体信息。PC1贡献率远大于PC2,说明样品在横坐标上的距离越大,其差异性越大[12]。4个样品在图中明显分开,说明不同产地八月瓜果肉风味存在差异,但在横坐标上,B和D样品、A和C样品分别有重叠,说明贵州和湖南的八月瓜果肉整体香气轮廓接近,而云南和四川的相近。
为了更直观地表示不同产地八月瓜果肉的滋味差异,根据八月瓜果肉样品在电子舌上的响应结果绘制滋味轮廓雷达图,如图2-A所示。不同样品均在SCS传感器上的响应值最高,且差异明显,其中贵州(D)样品的响应较大,其次是云南(A)样品。八月瓜果肉在特敏传感器CTS(咸味)和NMS(鲜味)上响应值较大但不同样品间差异较小,说明4个产地八月瓜果肉的鲜味和咸味不存在明显差异。在酸味传感器AHS上,样品响应值相对较小,但不同样品之间差异明显,强弱顺序为云南>湖南>贵州>四川。
A-雷达图;B-PCA图
图2 不同产地八月瓜果肉电子舌分析
Fig.2 Electronic tongue analysis of the flesh of Akebia trifoliate from different origins
电子舌PCA结果如图2-B所示,PC1的贡献率为98.6%,能反映出八月瓜果肉的整体滋味[17]。4个样品无重叠区域,且能被较好地分开,表明不同产地的八月瓜果肉在滋味上存在差异明显。样品A和B横坐标分布距离较近,而C和D接近,说明在整体滋味上,云南和湖南的八月瓜果实相似,而四川和贵州的相似。
氨基酸是果实品质的组成成分之一,其种类和含量是考察果实营养价值的重要指标,在参与其他品质特征成分和风味物质合成的同时,氨基酸自身也表现出一定的呈味特性[18]。由图3可知,八月瓜果肉中共检测出21种游离氨基酸,湖南样品的总游离氨基酸含量最高,为681.1 mg/100 g,其次是四川(591.6 mg/100 g)、云南(566.4 mg/100 g)和贵州(520.3 mg/100 g),整体上与香蕉的氨基酸含量接近[19],但低于ZHONG等[20]所报道的人工种植八月瓜品种(1 010.30 mg/100 g)。谷氨酸作为一种典型的鲜味物质,是八月瓜果肉中含量最丰富的氨基酸,占总游离氨基酸28.7%~45.0%,其中云南和湖南样品中谷氨酸含量较高,分别为255.1、265.2 mg/100 g。根据氨基酸的含量,对样品进行聚类分析,结果如图3左侧欧式距离可知,湖南和云南的更为接近,说明这2个产地的八月瓜果肉在氨基酸组成上更为相似。
图3 游离氨基酸的聚类条形图
Fig.3 Cluster bar chart of free amino acids
必需氨基酸是人体自身无法合成的氨基酸,8种人体必需氨基酸(蛋氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸)在八月瓜果肉中均被检出,其总量占总游离氨基酸的7.8%~20.6%。赖氨酸是八月瓜果肉中最主要的必需氨基酸,含量为8.5~74.7 mg/100 g,在湖南样品中最高。有研究表明,水晶蜜柚、三红蜜柚、草莓、白桃等水果中必需氨基酸均以苏氨酸为主,而以赖氨酸为主的较少[21-22]。赖氨酸能促进幼儿成长和发育[22],进一步说明八月瓜有助于维持人体健康。
根据氨基酸的呈味特点,分析不同产地八月瓜果肉中滋味氨基酸的差异。由图4可知,八月瓜果肉中的滋味氨基酸可分为鲜味氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸),甜味氨基酸(丙氨酸,甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸),芳香味氨基酸(酪氨酸、苯丙氨酸)和苦味氨基酸(缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸)[23-25]。不同产地八月瓜果肉中,呈味氨基酸含量的排序基本一致,以鲜味氨基酸为主,为266.9~391.9 mg/100 g,占总游离氨基酸的46.8%~67.1%,其中,湖南八月瓜果肉中鲜味氨基酸含量最高。八月瓜果肉中苦味氨基酸仅低于鲜味氨基酸,含量为143.3~282.0 mg/100 g,占总游离氨基酸的25.3%~47.7%,其中四川样品的含量最高。苦味氨基酸虽然赋予了八月瓜不美好的滋味,但能增加果实滋味的复杂性,并在一定程度上可以辅助提升八月瓜的鲜甜度。甜味氨基酸的含量为69.9~96.6 mg/100 g,其占比为12.3%~14.2%,其中湖南(14.2%)、四川(14.0%)和贵州(14.2%)样品中比值相近。八月瓜果肉中芳香味氨基酸含量为36.7~113.3 mg/100 g,其中贵州样品的(113.3 mg/100 g)含量较高,云南和四川的相对较低。
图4 不同产地八月瓜果肉中呈味氨基酸的分布
Fig.4 Distribution of flavor amino acids in the flesh of Akebia trifoliate from different origins
2.5.1 不同产地八月瓜果肉中挥发性风味物质差异对比
利用GC-IMS对不同产地八月瓜果肉中挥发性化合物进行分析。为更直观清晰地比较4个样品中挥发性风味物质的差别,以三维图谱Rt为横坐标,Dt为纵坐标,取俯瞰图进行差异对比,如图5-A所示。同时,选择样品A为参考,扣除其他谱图的信号峰,绘制二维俯视图,得到差异图谱(图5-B),整个图谱背景为蓝色,浓度相同的挥发性物质被抵消为白色,蓝色表示该物质浓度低于参考样品,红色表示该物质浓度高于参考样品,不同颜色的点出现在不同的位置,直接反映了他们之间挥发性物质的差异,颜色越深表示差异越大[26]。由图5-A和图5-B可知,不同产地八月瓜果肉中挥发性风味物质的浓度存在明显差异。贵州样品有明显的红色斑点,说明与云南样品相比,贵州的整体挥发性风味物质含量更高,这与电子鼻结果一致。
A-三维图谱;B-二维图谱
图5 不同产地八月瓜果肉中挥发性风味物质的GC-IMS图谱分析
Fig.5 GC-IMS dimensional maps of volatile flavor substances in the flesh of Akebia trifoliate from different origins
2.5.2 不同产地八月瓜果肉中挥发性成分GC-IMS定性分析
为了进一步分析不同产地八月瓜果肉中挥发性风味物质的含量差异,对检测到的物质进行了定性分析,结果如表4所示。共检测到45种挥发性物质,其中39种通过与数据库比对保留指数(retention index,RI)和Dt得以鉴定,包含7种二聚体,最终定性出32种化合物,分别为:醛类4种、酸类3种、醇类8种、酮类7种、酯类6种、呋喃2种和醚类2种。醇类、酮类和酯类化合物是八月瓜的主要挥发性风味物质。利用GC-IMS内置软件绘制了挥发性风味物质指纹图谱,如图6所示。在图6的A区域中,乙酸、丙酸异丁酯和3-呋喃甲醇在所有八月瓜样品中含量均较高,这些成分赋予了八月瓜独特的酸味和清新的鲜果香气;B区域中的挥发性物质丙酸、2-糠酸甲酯和异丁醇-D在云南样品中含量较为突出,呈奶酪醋香、酒香、果香等香气;C区域中正丁醇、二烯丙基硫醚和己酸戊酯在湖南样品中含量相对较高,其中二烯丙基硫醚具有大蒜气味,使果实香气带有一定刺激味;D区域中,3-羟基-2-丁酮、乙酸乙酯、2-庚酮、异丙醇、2-戊酮和正丁醛-D是四川八月瓜果肉的特征风味物质,呈现出薄荷香、果香、巧克力香、青草香等香气;E区域表示,与其他3个产地的八月瓜果肉相比,正丙醇-D、丙醛、2-乙基呋喃、甲酸乙酯、2-己酮和正丙醇-M在贵州样品中含量较高,使其主要呈现出酒香、芬香、果香等香气。
图6 不同产地八月瓜果肉中挥发性有机物指纹图谱
Fig.6 Volatile organic compounds fingerprints of the flesh of Akebia trifoliate from different origins
注:图中红框,A,4个八月瓜样品;B,云南;C,湖南;D,四川;E,贵州。
表4 不同产地八月瓜果肉中挥发性成分定性分析
Table 4 Qualitative analysis of volatile components in the flesh of Akebia trifoliate from different origins
种类化合物名称CAS号分子式相对分子质量RIRt/sDt/ms风味描述正辛醛124-13-0C8H16O128.21 275.5661.0231.402 8脂肪橙气味正丁醛-M123-72-8C4H8O72.1851.4255.2721.116 0巧克力香醛类 正丁醛-D865.5260.4221.289 9反-2-庚醛18829-55-5C7H12O112.21 317.8763.7191.251 7青草味丙醛123-38-6C3H6O58.1817.4242.8001.153 3泥土坚果味乙酸-M64-19-7C2H4O260.11 465.91 177.3421.056 4醋酸味酸类 乙酸-D1 464.01 172.0741.158 5正丁酸107-92-6C4H8O288.11 600.21 552.6271.157 3酸奶酪味丙酸79-09-4C3H6O274.11 558.21 435.1241.111 1奶酪醋味正己醇111-27-3C6H14O102.21 348.3848.9351.325 1药草味2-甲基丁醇-M137-32-6C5H12O88.11 191.3493.421.238 6酒精味2-甲基丁醇-D1 187.3488.3841.484 9正丁醇71-36-3C4H10O74.11 110.6392.3451.186 6辛辣味正丙醇-M71-23-8C3H8O60.11 005.7314.6521.111 2酒精味醇类 正丙醇-D1 003.4313.1381.252 6异丙醇67-63-0C3H8O60.1949.0291.0211.230 3酒精味异丁醇-M78-83-1C4H10O74.11 058.3349.6731.175 87—异丁醇-D1 060.4351.0301.368 6—1-戊烯-3-醇616-25-1C5H10O86.11 134.4422.1690.941 1果香3-呋喃甲醇4412-91-3C5H6O298.11 675.81 763.9101.089 7—甲基庚烯酮110-93-0C8H14O126.21 331.6802.2851.179 3柑橘味,果味2-庚酮110-43-0C7H14O114.21 162.7457.6211.259 6果味,草本木香2-己酮591-78-6C6H12O100.21 119.1403.0051.187 6果味酮类 2-戊酮107-87-9C5H10O86.1945.7289.8091.371 7酒香,木质香2-丙酮67-64-1C3H6O58.1812.0240.7961.110 6—环己酮-M108-94-1C6H10O98.11 274.7659.3561.155 8薄荷和丙酮环己酮-D1 274.7659.3561.460 03-羟基-2-丁酮513-86-0C4H8O288.11 275.5661.0231.065 3黄油味2-糠酸甲酯611-13-2C6H6O3126.11 553.31 421.6951.144 1蘑菇样气味丙酸异丁酯540-42-1C7H14O2130.21 060.3350.9581.272 8果香酯类 乙酸乙酯141-78-6C4H8O288.1848.1254.0601.338 3果味甲酸乙酯109-94-4C3H6O274.1794.8234.5071.068 4芳香己酸戊酯540-07-8C11H22O2186.31 493.21 253.6361.545 1果味2-甲基丁酸甲酯868-57-5C6H12O2116.21 003.8313.4401.190 0果味呋喃类2-乙基呋喃3208-16-0C6H8O96.1949.5291.2061.299 1坚果味2-戊基呋喃3777-69-3C9H14O138.21 230.2570.6361.247 4果味二烯丙基硫醚-M592-88-1C6H10S114.21 111.1393.0831.120 7大蒜气味醚类 二烯丙基硫醚-D1 108.5389.7631.322 3(-)-玫瑰醚16409-43-1C10H18O154.2984.6304.0491.092 2玫瑰、草本香
注:风味描述来源:https://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB6240532.html;—表示未查出风味描述。
2.5.3 OPLS-DA
OPLS-DA是一种将数据可视化的分析方法,通过数据间的相关性来量化样品之间的差异程度[27]。以挥发性化合物为因变量,不同产地样品为自变量,进行OPLS-DA。如图7-A所示,通过交叉验证预测方差分析,对模型各指标进行200次置换检验,自变量拟合指数R2x(cum)=0.762,因变量拟合指数R2y(cum)=0.965,模型预测指数Q2(cum)=0.905,说明OPLS-DA模型的数据拟合良好[14]。由图7-B可知,OPLS-DA主成分图搜集到所有样本信号值在Hotelling’s T2区间内分数达到95%,不同产地八月瓜果肉样品在得分散点图有较好的区分度,说明不同产地的八月瓜果肉在挥发性化合物的含量上存在显著差异,这些差异可能与地理环境、栽培条件等因素有关。湖南和贵州的样品距离较近,说明2个产地八月瓜果肉的挥发性风味物质含量接近,这与电子鼻分析结果一致。
A-OPLS-DA得分图;B-预测图
图7 不同地区八月瓜果肉挥发性物质OPLS-DA
Fig.7 OPLS-DA of volatile substances in the flesh of Akebia trifoliate from different origins
2.5.4 不同产地八月瓜果肉风味物质VIP值与聚类热图分析
将挥发性物质对八月瓜果肉风味的贡献变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)量化分析,采用“>1”的标准,VIP值越大,说明该挥发性化合物对样本区分具有较高的重要性[28]。由图8-A得分图可知,乙酸乙酯、乙酸-M、乙酸-D、2-丙酮、丙醛、2-甲基丁醇-M、2-甲基丁醇-D、二烯丙基硫醚-M、正丁醛-M、异丙醇的VIP值大于1,说明这些化合物在区分不同产地八月瓜果肉风味中具有显著重要性,其中乙酸乙酯的VIP值大于2,表明它对样本区分的贡献最大。为了进一步可视化关键挥发性风味物质对不同产地八月瓜果肉风味的贡献,从OPLS-DA模型中筛选出8种关键风味物质并进行聚类热图分析,结果如图8-B所示。由图8-B可知,图例中的颜色从深色到浅色表示相对含量的高低变化,颜色越浅表示相对含量越高;颜色越深表示相对含量越低,并且坐标轴上的欧式距离越短,样本的相似性越高[29]。在聚类热图中,样本大致可以分为两类,样本B、D和A可以分为第1类,样本C分为第2类,这一结果与OPLS-DA模型中预测图分析结果相近。因此,这8个挥发性化合物对不同产地八月瓜果肉风味的分类具有影响,可能是引起其风味变化的关键物质,可为区分其风味提供理论依据。
A-VIP得分图;B-聚类热图
图8 不同产地八月瓜果肉VIP得分和聚类分析
Fig.8 VIP scores and cluster analysis of the flesh of Akebia trifoliate from different origins
为进一步研究挥发性风味物质对不同产地八月瓜样品香气的贡献,以及游离氨基酸对滋味的贡献,分别研究了电子鼻传感器的响应值与GC-IMS检测到的挥发性化合物之间的潜在相关性分析,以及电子舌传感器的响应值与游离氨基酸含量之间的潜在相关性分析,结果如图9所示。在聚类热图中,颜色表示相关系数,颜色的深浅表示相关程度的大小,绿色表示正相关,棕色表示负相关。由图9-A可知,挥发性化合物与电子鼻传感器的响应有关,传感器LY2/LG、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2与化合物2-己酮、正丙醇-M、正丙醇-D、2-丙酮、甲酸乙酯呈正相关,而与乙酸-M、乙酸-D、丙酸、丙酸异丁酯、正丁醛-M、丙醛等化合物呈负相关。相反,传感器LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh、LY2/gCTI与化合物正丁醛-M、丙醛、反-2-庚醛呈正相关,与2-己酮、二烯丙基硫醚-M等化合物呈负相关。由图9-B可知,游离氨基酸与电子舌传感器的响应有关。传感器AHS、CTS、ANS与天冬氨酸呈正相关,而与蛋氨酸呈负相关。酪氨酸与传感器PKS、NMS、CPS、SCS呈正相关。组氨酸、赖氨酸、精氨酸与传感器PKS、NMS、CPS、ANS、SCS呈负相关。
A-挥发性化合物与电子鼻传感器的响应值之间的相关性;B-游离氨基酸含量与电子舌传感器的响应值之间的相关性;C-不同样品间的聚类分析
图9 相关性分析图
Fig.9 Correlation analysis diagram
注:图中“**”表示相关性极显著(P<0.01);“*”表示相关性显著(P<0.05)。
基于电子鼻、电子舌、游离氨基酸及GC-IMS数据的聚类分析如图9-C所示,不同产地八月瓜果肉的整体风味存在显著差异,其挥发性成分与游离氨基酸共同决定了香气与滋味的独特性。智能感官仪器可有效区分这些差异,其中湖南(B)与四川(C)产八月瓜的整体风味最为接近。
本研究通过多维度风味分析技术,系统阐明了云南、湖南、四川和贵州4个主产地八月瓜果肉的风味特征差异。不同产地的八月瓜在气味、滋味及挥发性成分上均呈显著差异;贵州产八月瓜香气浓郁、接受度高,且其风味轮廓与湖南样品相近。湖南样品表现出最高的总游离氨基酸含量,尤其富含赖氨酸,营养价值突出。GC-IMS鉴定出32种挥发性化合物,其中醇、酮、酯类为主要呈香物质。通过OPLS-DA模型筛选出乙酸乙酯、乙酸、2-丙酮、丙醛、2-甲基-1-丁醇、二烯丙基硫醚、正丁醛、异丙醇(VIP值>1)8种物质可作为区分产地的关键标志物。综上,湖南八月瓜在氨基酸补充和鲜甜滋味产品开发方面潜力巨大,而贵州八月瓜更适于开发浓郁果香产品。本研究为八月瓜的产地鉴别与精深加工提供了理论依据。未来研究将致力于基于上述风味优势的定向加工产品开发,以提升八月瓜经济价值。
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