陳 琪, 莊建取, 陳舒唱, 任新雅, 常晨光, 張 月, 黃文書,2,*
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學 食品科學與藥學學院, 新疆 烏魯木齊 830052;2.新疆果品采后科學與技術(shù)重點實驗室, 新疆 烏魯木齊 830052)
杏(ArmeniacavulgarisLam.)為木蘭綱(Magnoliopsida)薔薇目(Rosales)薔薇科(Rosaceae)杏屬(Armeniaca)植物的果實,在初夏新鮮水果市場上占有重要地位。杏樹在我國北方的治沙防塵工作中發(fā)揮了重要作用。杏在中國栽培歷史悠久,資源豐富,世界上杏共有10個種,在中國就有9個種13個變種[1]。杏是新疆最重要的經(jīng)濟樹種之一。新疆是世界杏屬植物起源中心之一,是我國杏的主產(chǎn)區(qū),栽培歷史悠久,品種資源豐富,果實品質(zhì)優(yōu)異[2]。新疆庫買提杏因香氣濃郁、果肉厚、纖維少、可溶固形物含量高、甜酸適口、果肉細膩滑潤等特點,最為出名,具有優(yōu)良的加工品質(zhì)和廣闊的商業(yè)價值[3]。杏不僅可以鮮食,在長期發(fā)展過程中也被制成許多加工品。自然晾曬干燥非常普遍,然而由于灰塵、昆蟲、哺乳動物(如鳥類和老鼠)和微生物的影響,單靠曬干對于食品安全來說是不穩(wěn)定和不安全的,取決于天氣的生產(chǎn)對于現(xiàn)代生產(chǎn)標準而言始終是不經(jīng)濟的[4]。熱風干制是目前杏制干最常用的手段,干制前處理對杏干的色澤、風味等品質(zhì)有較大影響。
水果具有濃郁的香氣,果香能直觀反映產(chǎn)品風味和品質(zhì),是影響消費者接受能力和產(chǎn)品市場競爭力的重要因素[5-6]。杏干香氣來源之一是由于杏果實中含有豐富的類胡蘿卜素[7-8]。根據(jù)前期實驗結(jié)果及文獻報道[9-11],確定β-紫羅蘭酮[12]、α-松油醇[13]、β-環(huán)檸檬醛[14]、二氫獼猴桃內(nèi)酯[15]、香葉醇[16]、芳樟醇[17]6種類胡蘿卜素降解產(chǎn)物為杏干主要香氣成分??傮w上,前人對杏果實香氣物質(zhì)的研究主要集中不同品種的香氣差異上,或?qū)μ崛⌒酉銡獾姆椒ㄒ约皺z測杏香氣的方法進行研究,而有關(guān)不同干制條件對杏干香氣的影響仍不清楚。
本研究探究不同前處理方法對庫買提杏干的主要香氣物質(zhì)(β-紫羅蘭酮、α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇、芳樟醇)含量的影響,通過檢測杏干主要香氣成分,明確干制條件對杏干香氣成分含量的影響,旨在為杏干產(chǎn)品加工提供理論參考。
庫買提鮮杏于2018年6月購于烏魯木齊市九鼎農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場,選取杏果實大小、顏色、硬度均一且完好無損的果實。
β-紫羅蘭酮、2-甲基-3-庚酮,色譜純,美國Sigma公司;α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、芳樟醇、香葉醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯,色譜純,上海源葉生物科技有限公司;C7~C40正構(gòu)烷烴,色譜純,上海安譜實驗科技股份有限公司;氯化鈉,分析純,天津市光復科技發(fā)展有限公司。
7890A型氣相色譜儀、5975C型質(zhì)譜儀,美國Agilent公司;65 μm PDMS/DVB型固相微萃取頭,美國Supelco公司;ME204型電子天平,瑞士Mettler公司;TD型固相微萃取手動套裝,青島貞正分析儀器有限公司;JYZ- D02V型多功能料理機,九陽股份有限公司;HT- RE- 03型熱泵干燥箱,石家莊宏濤科技有限公司。XMTD- 4000型電熱恒溫水浴鍋,北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。
1.3.1杏干樣品的制備
1) 不同處理時期樣品。在杏的干制處理過程中,不定時稱重,分別在杏干質(zhì)量損失為20%(前期)、50%(中期)、80%(后期)時,取出樣品,立即用液氮快速冷凍,之后于-20 ℃冰柜保藏備用待測。
2) 不同溫度處理樣品。將果皮顏色全黃,軟硬適中(黃熟期)的庫買提鮮杏樣品,平均分為3組,每組均分為3份,每份鮮杏質(zhì)量為1.5 kg。一組置于40 ℃熱泵干燥箱內(nèi),恒溫干制;一組置于60 ℃熱泵干燥箱內(nèi),恒溫干制;另一組置于階段變溫(40 ℃-50 ℃-60 ℃-55 ℃,每次取出樣品后,調(diào)整溫度)熱泵干燥箱內(nèi),變溫干制。風速均為1 m/s。在前期、中期、后期分別取樣檢測。
3) 不同成熟度處理樣品。選購果皮顏色青綠,硬度較硬(青熟期)以及果皮顏色全黃,軟硬適中(黃熟期)的2組庫買提鮮杏,每組均分為3份,每份鮮杏質(zhì)量為1.5 kg。置于熱泵干燥箱內(nèi),階段變溫干制,風速1 m/s。在前期、中期、后期分別取樣檢測。
4) 切分處理樣品。將果皮顏色全黃,軟硬適中(黃熟期)的庫買提鮮杏樣品平均分為2組,每組均分為3份,每份鮮杏質(zhì)量為1.5 kg。一組直接干制,一組沿杏果赤道線切開,取出果核后,置于干燥盤上,杏碗朝上擺放進行干制,階段變溫干制,風速1 m/s。在前期、中期、后期分別取樣檢測。
5) NaHSO3處理樣品[18-19]。將果皮顏色全黃,軟硬適中(黃熟期)的庫買提鮮杏樣品平均分為2組,每組均分為3份,每份鮮杏質(zhì)量為1.5 kg。一組沿杏果赤道線切開去核直接干制,一組用2.5 g/kg鮮杏的NaHSO3溶液均勻噴灑于杏果表面,置于密封袋內(nèi),封口,于自然光下曬3 h,每隔0.5 h翻一次密封袋,切分去核之后置于熱泵干燥箱內(nèi),階段變溫干制,風速1 m/s。在前期、中期、后期分別取樣檢測。
6) 燙漂處理樣品。將果皮顏色全黃,軟硬適中(黃熟期)的庫買提鮮杏樣品平均分為2組,每組均分為3份,每份鮮杏質(zhì)量為1.5 kg。一組沿杏果赤道線切開去核直接干制,一組置于80 ℃恒溫水浴鍋內(nèi),燙漂1 min,取出立即切分去核后干制,階段變溫干制,風速1 m/s。在前期、中期、后期分別取樣檢測。
1.3.2杏干燥程度的測定
參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》,測定干燥過程中水分的損失。以失重率(weightlessness rate,WR)表示杏的干燥程度,失重率的計算方法見式(1)。
(1)
式(1)中,WR,失重率;M0,干燥前杏的質(zhì)量,g;Mt,干燥至t時刻杏干的質(zhì)量,g。
1.3.3主要香氣物質(zhì)的測定
采用HS- SPME方法對杏干的主要香氣物質(zhì)進行萃取分析。
1) HS- SPME操作方法。隨機取15 g杏樣,加入2 mL飽和NaCl水溶液混勻粉碎,準確稱取粉碎樣品(準確至0.1 mg)2 g于20 mL頂空瓶中,旋緊蓋帽,將頂空瓶置于60 ℃金屬浴中平衡10 min,將老化后[老化溫度250 ℃,載氣壓力3 PSI(20.68 kPa),老化時間30 min]的萃取頭插入頂空瓶中并推出纖維吸附頭,并使其距離被吸附物表面2 mm,靜置吸附60 min后,將吸附頭收回針管后拔出,立即進樣。在氣相色譜進樣口保持5 min解析。每份樣品重復試驗3次。
2) GC- MS分析條件。Agilent 19091S- 431UI HP- 5ms :15 m×250 μm×0.25 μm 色譜柱,載氣為高純氦氣,進樣口溫度230 ℃,不分流進樣,初始溫度為50 ℃保持2 min,以4 ℃/min升到150 ℃,再以10 ℃/min升到230 ℃保持10 min。離子源EI,離子源溫度230 ℃,MS四級桿溫度150 ℃,輔助加熱器240 ℃,質(zhì)量掃描范圍30~500 u。
1~6峰分別為芳樟醇、α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、香葉醇、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯。圖1 庫買提杏干揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile constituents of dried Kumaiti apricot
3) 定性方法。采用氣相色譜- 質(zhì)譜聯(lián)用儀分離鑒定各香氣成分,通過標準品進樣,檢索NIST庫并結(jié)合保留指數(shù)[20]進行定性,以確定各種香氣化合物的化學成分。
4) 定量方法。采用內(nèi)標法結(jié)合選擇特征離子監(jiān)測(select ion monitoring, SIM)進行半定量分析,通過比較待測組分的特征離子的峰面積(基峰)與內(nèi)標物(2-甲基-3-庚酮)峰面積的比值,計算出待測組分的含量。每個樣品做3次重復,計算出平均值。
采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件二因素有重復試驗統(tǒng)計分析進行差異分析,Origin 9.1軟件繪圖。
庫買提杏干揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖1,組分中,β-紫羅蘭酮、α-松油醇、香葉醇、芳樟醇的相對含量較高。通過SIM方法分析杏干香氣物質(zhì),可獲得更高的選擇性和靈敏度。只要特征碎片離子滿足兩個條件:碎片本身信號強度高、特征離子含有目標代謝物的分子碳骨架,即可使用SIM法[21]。在此選擇信號響應最高的基峰離子進行定量分析。庫買提杏干幾種類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的定性定量指標及香氣描述見表1。芳樟醇屬于萜類化合物,具有木香,花果香。α-松油醇,是鮮杏中特征香氣之一[22],具有清甜的花香和果香。β-環(huán)檸檬醛屬萜類化合物,具有清鮮有力的柑桔樣和濃郁的青草香韻,是類蘿卜素重要的降解產(chǎn)物之一[23]。香葉醇是一種單萜烯醇[24],具有玫瑰花香味。β-紫羅蘭酮通常與水果的花香和木質(zhì)香調(diào)具有關(guān)聯(lián),對鮮杏中的香氣具有較大積極貢獻[25]。二氫獼猴桃內(nèi)酯是類胡蘿卜素氧化降解產(chǎn)生的主要揮發(fā)性化合物[26],具有清純優(yōu)雅的烘烤香氣、麝香味。
溫度和反應時間是影響類胡蘿卜素降解及揮發(fā)性化合物形成的主要因素[27-29]。對不同干制溫度杏干中幾種香氣物質(zhì)的含量進行方差分析可知:β-紫羅蘭酮含量在溫度因素間無顯著差異(P=0.203 7),而α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇、芳樟醇的含量在溫度因素間差異極顯著(P<0.01)。6種香氣物質(zhì)含量在干制時期因素間差異極顯著(P<0.01),說明干制時期對6種香氣有較大影響。除α-松油醇外,其他5種香氣物質(zhì)含量在兩因素互作時,差異極顯著(P<0.01)。60 ℃干制的香氣含量大多低于40 ℃的,分析認為60 ℃溫度較高,使類胡蘿卜素生物降解途徑的相關(guān)酶失活變性,從而減少了香氣物質(zhì)的生成。
表1 庫買提杏干中幾種香氣物質(zhì)的定性定量指標及香氣描述Tab.1 Qualitative and quantitative indexes and aroma descriptions of several aromas of dried Kumaiti apricots
圖2 干制溫度對庫買提杏干主要香氣物質(zhì)含量的影響Fig.2 Effect of drying temperatures on major aroma substance content of dried Kumaiti apricots
不同干制溫度和時期杏干的6種香氣物質(zhì)的含量變化如圖2,不同干制時期,β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯呈現(xiàn)出相同的變化趨勢:上升—上升—下降,研究發(fā)現(xiàn),類胡蘿卜素加雙氧酶1(carotenoid cleavage dioxygenase 1,CCD1)可催化多種類胡蘿卜素在C9—C10和C′9—C′10雙鍵位置對稱降解而生成C13衍生物如β-紫羅蘭酮、環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯等降異戊二烯香氣物質(zhì)[30-31]。類胡蘿卜素加雙氧酶4(carotenoid cleavage dioxygenase 4,CCD4)酶也可作用于β-胡蘿卜素的C9—C10雙鍵,形成β-紫羅蘭酮香氣物質(zhì)[32]。在干制中期,杏干質(zhì)量損失為50%時,三種物質(zhì)的含量達到了整個干燥期的最大值,此時60 ℃的含量高于40 ℃和階段變溫的含量,到干制后期60 ℃的含量低于另外兩個溫度的,即隨著反應溫度的升高,β-紫羅蘭酮呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,這與李志芬的研究結(jié)果相一致,分析認為:隨著溫度的升高,β-胡蘿卜素反應的更徹底,殘存量少,而β-紫羅蘭酮隨著反應溫度的升高發(fā)生氧化反應,含量有所降低[33]。香葉醇和芳樟醇呈現(xiàn)出上升—下降—下降的變化趨勢,在三個干制時期,階段變溫的含量皆高于另外另個溫度的。α-松油醇在40 ℃和階段變溫條件下前期、中期含量相近,干制后期,階段變溫的含量高于另兩個,為649.85 ng/g。Crouzet等[34]在研究中發(fā)現(xiàn)隨著加熱時間的延長,β-胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量逐步減少。
圖3 成熟度對庫買提杏干主要香氣物質(zhì)含量的影響Fig.3 Effect of maturities on major aroma substance content of dried Kumaiti apricots
采收時果實的成熟度對于果實品質(zhì)是十分重要的,成熟度控制了果實香氣成分的釋放[35]。對不同成熟度杏干中幾種香氣物質(zhì)的含量進行方差分析可知:β-紫羅蘭酮含量在成熟度因素間無顯著差異(P=0.055 3),芳樟醇含量在成熟度因素間差異顯著(P=0.014 0),而α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇的含量在成熟度因素間差異極顯著(P<0.01),說明成熟度對α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇有極大的影響。6種香氣物質(zhì)含量在干制時期因素間差異極顯著(P<0.01)。6種香氣物質(zhì)含量在兩因素互作時,差異極顯著(P<0.01)。楊婷婷[36]研究不同采收成熟度對杏品質(zhì)影響時發(fā)現(xiàn):不同成熟度杏果內(nèi)揮發(fā)性物質(zhì)成分和相對含量都存在極顯著差異(P<0.01)。
不同干制溫度和時期杏干的6種香氣的含量變化如圖3,β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯呈現(xiàn)相似的變化趨勢:下降—升高—下降(青熟期),升高—升高—下降(黃熟期)。α-松油醇、香葉醇、芳樟醇呈現(xiàn)相似的變化趨勢:持續(xù)下降(青熟期),上升—下降—下降(黃熟期)。青熟期鮮杏樣品6種香氣物質(zhì)的含量皆高于黃熟期鮮杏樣品,這與朱保慶等人對雷司令果實發(fā)育過程中降異戊二烯類香氣物質(zhì)的研究相似:β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮在果實發(fā)育初期含量最高,隨著果實發(fā)育成熟,含量逐漸降低[37]。Lakshminarayana研究發(fā)現(xiàn):完全成熟時收獲的“阿方索”芒果比成熟或半成熟時收獲的水果香氣含量更低[38]。黃熟期鮮杏在干制過程中,6種香氣物質(zhì)的含量都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,分析認為,干制時的高溫,促進了果實的新陳代謝,使可溶性固形物得到積累,香氣隨之增加,成熟達到最大,然后降低[39]。
切分去核后,杏肉內(nèi)部水分遷移到表皮的距離縮短,同時整杏杏肉被一層蠟質(zhì)層表皮包裹著,水分穿透果皮的擴散阻力比穿透果肉的擴散阻力大,切分破壞了杏包裹的表皮,有利杏干制[40]。對切分處理杏干中幾種香氣物質(zhì)的含量進行方差分析可知:6種香氣物質(zhì)含量在切分、干制時期兩因素間均呈現(xiàn)極顯著差異(P<0.01)。兩因素互作時,α-松油醇含量間無顯著差異(P=0.060 1),香葉醇、芳樟醇含量間差異顯著(P<0.05),β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯間含量差異極顯著(P<0.01)。
切分處理杏干的6種香氣的含量變化如圖4,β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯呈現(xiàn)相似的變化趨勢:持續(xù)上升(切分),干制后期含量最高,下降—升高—下降(不切),干制中期含量最高。α-松油醇、香葉醇、芳樟醇呈現(xiàn)相似的變化趨勢:上升—下降—下降(切分),干制前期達到最大值,上升—上升—下降(不切)干制中期達到最大值。干制后期,切分處理下6種香氣的含量均高于不切的,分析認為,杏果切分干制增大了表面積,果肉面暴露在空氣中,沒有果皮蠟質(zhì)層的保護,水分散失更快,縮短了干制時長,從而保留了較多的香氣成分。
圖4 切分處理對庫買提杏干主要香氣物質(zhì)含量的影響Fig.4 Effect of segmentation on major aroma substance of dried Kumaiti apricots
杏在制干或貯藏的過程中常會發(fā)生褐變,采取NaHSO3護色的方法,可加速干燥速度,在果實加工貯藏中還能有效防止果肉色澤褐變和腐敗變質(zhì)[41]。對NaHSO3處理杏干中幾種香氣物質(zhì)的含量進行方差分析可知:6種香氣物質(zhì)含量在NaHSO3處理和干制時期兩因素間均呈現(xiàn)極顯著差異(P<0.01)。兩因素互作時,6種香氣物質(zhì)含量各自間差異極顯著(P<0.01)。
圖5 NaHSO3處理對庫買提杏干主要香氣物質(zhì)含量的影響Fig.5 Effect of NaHSO3 treatment on major aroma substance content of dried Kumaiti apricots
NaHSO3處理杏干的6種香氣的含量變化如圖5,α-松油醇、香葉醇、芳樟醇呈現(xiàn)相似的變化趨勢:上升—下降—下降。6種物質(zhì)在不同干制時期,NaHSO3處理的含量皆低于未經(jīng)NaHSO3處理的含量,說明NaHSO3處理對杏干6種香氣成分有十分顯著的抑制作用。這與Inserra等[42]的研究結(jié)果一致:硫化處理杏中的香氣化合物含量顯著低于未硫化處理杏中的香氣化合物含量(P<0.05)。據(jù)文獻報道,硫化處理可增強多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的活性[43],由于多酚氧化酶的促氧化作用,可導致萜烯醇化合物含量下降[44]。由此可見,NaHSO3處理對杏干萜烯醇類香氣物質(zhì)有抑制作用。
對燙漂處理杏干中幾種香氣物質(zhì)的含量進行方差分析可知:香葉醇含量在燙漂因素間無顯著差異(P=0.053 1),說明香葉醇的含量受燙漂處理的影響不大。α-松油醇、芳樟醇含量在燙漂因素間差異顯著(P<0.05),β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯含量在燙漂因素間差異極顯著(P<0.01),反映出燙漂對β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯三種物質(zhì)影響極大。6種香氣物質(zhì)含量在干制時期因素間差異極顯著(P<0.01)。兩因素互作時,香葉醇、芳樟醇含量間差異顯著(P<0.05),其余4種香氣物質(zhì)含量差異極顯著(P<0.01)。
燙漂處理杏干的6種香氣的含量變化如圖6,β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯呈現(xiàn)基本相似的變化趨勢:上升—上升—下降(燙漂),在干制中期達到最大值。α-松油醇、香葉醇、芳樟醇呈現(xiàn)相似的變化趨勢:上升—下降—下降(未燙)。燙漂杏干中β-環(huán)檸檬醛在干制中期含量最高,顯著高于未燙樣品,含量為110.31 ng/g,可能是因為杏果中含有還原糖,加熱促進還原糖與氨基發(fā)生反應,產(chǎn)生醛類物質(zhì)[45]。在整個干制時期,燙漂樣品6種香氣物質(zhì)的最大值均高于未燙樣品的最大值,說明燙漂處理對杏干香氣含量有一定的促進作用。于筱雨等人研究發(fā)現(xiàn):經(jīng)過熱燙處理過后,揮發(fā)性香氣成分變化明顯,尤其是醇醛類、烯烴類,都有顯著的升高[45]。
圖6 燙漂處理庫買提杏干幾種香氣物質(zhì)含量的變化Fig.6 Changes in content of several aroma substances of dried Kumaiti apricots in hot-bleaching process
研究了不同前處理條件對庫買提杏干主要揮發(fā)性成分含量的影響,研究表明:不同干制時期,6種物質(zhì)含量差異極顯著(P<0.01);不同溫度處理干制后期,階段變溫條件下α-松油醇、香葉醇、芳樟醇的含量顯著高于另兩個溫度(P<0.05),β-紫羅蘭酮和β-環(huán)檸檬醛在3 個溫度條件下的含量無顯著差異,60 ℃條件下二氫獼猴桃內(nèi)酯的含量極顯著低于40 ℃(P<0.01);不同成熟度處理,干制后期,除β-紫羅蘭酮外,黃熟期中其余5種香氣物質(zhì)的含量極顯著高于青熟期(P<0.01);切分處理,干制后期,切分處理中香葉醇顯著高于不切分處理(P<0.05),其余5種香氣物質(zhì)含量極顯著高于不切分處理(P<0.01);NaHSO3處理,干制后期,未經(jīng)NaHSO3處理樣品中β-紫羅蘭酮含量顯著高于NaHSO3處理樣品(P<0.05),芳樟醇、α-松油醇含量在兩處理間無顯著差異,未經(jīng)NaHSO3處理樣品中β-環(huán)檸檬醛、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉醇含量極顯著高于NaHSO3處理樣品;燙漂處理,干制后期,α-松油醇、香葉醇、芳樟醇的含量在兩處理間無顯著差異,燙漂樣品中β-環(huán)檸檬醛和β-紫羅蘭酮的含量顯著高于未燙樣品(P<0.05),二氫獼猴桃內(nèi)酯的含量極顯著高于未燙樣品(P<0.01)。根據(jù)干制后期6種物質(zhì)含量之和,干制時長,綜合考慮,建議選擇階段變溫、高成熟度、切分、未經(jīng)NaHSO3處理、燙漂處理干制庫買提杏,以得到風味較佳的高品質(zhì)杏干。