程玉嬌,李貴節(jié),歐陽祝,談安群,吳厚玖,梁國魯,王華*,陳煒鈴,王震寰
1(西南大學(xué) 柑桔研究所,重慶,400712)2(國家柑桔工程技術(shù)研究中心,重慶,400712)3(西南大學(xué) 園藝園林學(xué)院,重慶,400715) 4(廣東李金柚農(nóng)業(yè)科技有限公司,廣東 梅州,514743)5(重慶市梁平區(qū)奇爽食品有限公司,重慶,404100)
柚是一類果型碩大、風(fēng)味獨特的柑橘品種,主要分布在中國、越南、美國和泰國等國。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國是全球最大的柚子生產(chǎn)國,2019年產(chǎn)量可達501.31萬t,占全球柚類總產(chǎn)量的50%以上。我國柚子品種繁多,主要包括沙田柚群、文旦柚群、種間雜種柚群三類;按照果肉顏色的不同,也可分為白囊型柚和紅囊型柚。柚子營養(yǎng)價值豐富,富含葡萄糖、果糖、果膠、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、呋喃香豆素、黃酮類化合物等組分,具有重要的開發(fā)利用價值。目前,我國柚子主要以鮮果銷售為主,較少的柚果用于加工成蜜餞、柚子茶及柚汁等產(chǎn)品。隨著我國飲料行業(yè)快速發(fā)展,因獨特的風(fēng)味和口感,柚汁及其飲料產(chǎn)品深受消費者的喜愛。
揮發(fā)性組分是柚汁中重要的次生代謝產(chǎn)物,對柚汁的風(fēng)味具有重要的影響。CHEONG等[1]采用頂空固相微萃取(head space-solid phase micorextraction,HS-SMPE)方法結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜/脈沖火焰檢測器(gas chromatography-mass spectrometry/pulsed flame photometric detector,GC-MS/PFPD),對馬來西亞主產(chǎn)的PO51(白柚)和PO52(粉紅柚)2個不同品種的柚汁中揮發(fā)性組分進行了測定,分別檢測到49種和65種揮發(fā)性組分,且白柚中萜烯類組分數(shù)量明顯少于粉紅柚。葡萄柚汁是一類營養(yǎng)價值豐富、口感獨特的果汁產(chǎn)品。BUETTNER等[2]在手榨的葡萄柚汁中共發(fā)現(xiàn)25種重要的風(fēng)味組分,其中具有極低感官閾值(0.000 1 μg/L[3])且呈現(xiàn)葡萄柚風(fēng)味的1-對孟烯-8-硫醇和感官閾值為0.000 1 μg/L且呈現(xiàn)黑醋栗風(fēng)味的4-巰基-4-甲基-2-戊酮是最為關(guān)鍵的風(fēng)味組分[4]。此外,沙田柚果肉中揮發(fā)性組分以酯類為主(47.99%~91.69%),根據(jù)產(chǎn)地不同沙田柚果肉中酯類含量不同[5]。
多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計,如主成分分析(principal component analysis,PCA),被廣泛用于從復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提取有意義的信息[6]。肖作兵等[7]采用PCA分析7種不同廠家的菊花精油樣品中的5種感官屬性(花香、木香、草香、果香、酸香),明確了7種產(chǎn)品與感官屬性之間的關(guān)系。VIVIAN等[8]采用PCA對柚子不同部位(花、葉、皮和果汁)聚類趨勢進行了可視化研究,據(jù)PCA載荷圖發(fā)現(xiàn),香茅醇和a-松油醇有助于柚皮和柚汁的分離。
目前,關(guān)于柚汁風(fēng)味的研究主要集中在國外盛產(chǎn)的柚品種(葡萄柚、PO51柚、PO52柚等),針對我國主產(chǎn)的柚子品種,如沙田柚、琯溪蜜柚、梁平柚、胡柚等品種中揮發(fā)性組分,還未進行全面和深入的探究。為了明確我國主產(chǎn)柚子品種中揮發(fā)性組分分布及風(fēng)味特性,本研究擬以我國主產(chǎn)的5個不同品種的柚汁為研究對象,利用HS-SPME結(jié)合GC-MS/PFPD對柚汁中揮發(fā)性組分進行定性和定量分析,采用氣味活性值(odor activity value,OAV)篩選特征風(fēng)味組分和PCA區(qū)分柚子品種,該研究為我國柚汁及系列產(chǎn)品生產(chǎn)加工、柚子風(fēng)味選育提供理論依據(jù)。
1.1.1 實驗材料
沙田柚,廣東梅州;琯溪蜜柚和梁平柚,重慶市梁平區(qū);胡柚和葡萄柚,重慶市北碚區(qū)農(nóng)貿(mào)市場。
1.1.2 實驗試劑
C5~C20正構(gòu)烷烴,美國Honeywell公司;環(huán)己酮(純度99%)、甲基乙基硫醚(純度96%),上海阿拉丁公司。
7890B GC-5977A MS氣質(zhì)聯(lián)用儀、RTX-wax 色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),美國安捷倫科技有限公司;OI 5380 PFPD脈沖火焰光度檢測儀,美國OI公司;H-100-DWBIA0惠人榨汁機,上海韓惠人愛家電科技有限公司;DouR@SPT-H氮空吹掃濃縮儀,北京斯珀特科技有限公司;Milli-Q超純水系統(tǒng),德國Merck-Millpore公司;50/30 μm二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭(DVB/CAR/PDMS)萃取頭,美國Supelco公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,上海力辰科技有限公司。
1.3.1 樣品制備
將柚子鮮果手動去皮、去白化層和去籽,得到柚子果肉,采用惠人榨汁機壓榨出汁,隨后裝瓶、并置于-20 ℃待用。
1.3.2 揮發(fā)性組分的測定
將5 mL鮮榨柚汁置于含有磁子的20 mL頂空瓶中,加入內(nèi)標環(huán)己酮2.5 μL(9.423 mg/mL)和甲基乙基硫醚1.5 μL(8.42 mg/mL),混勻,采用聚四氟乙烯材質(zhì)的隔墊密封。將頂空瓶置于40 ℃水浴中平衡20 min,采用2 cm的50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭插入頂空瓶中,萃取揮發(fā)性組分30 min。
GC-MS/PFPD測定條件:采用安捷倫7890B GC-5977A MS/OI5380 PFPD設(shè)備對果汁中的揮發(fā)性組分進行測定,將備好的萃取頭置于GC進樣口200 ℃解析5 min,揮發(fā)性組分在RTX-wax色譜柱上進行分離后進入MS和PFPD檢測器進行測定。柱溫設(shè)置程序:初始溫度為35 ℃,保持6 min,7 ℃/min升至203 ℃,保持10 min。載氣為氦氣,流速為1.5 mL/min。EI離子源的電子能量為70 eV,傳輸線溫度設(shè)置為280 ℃。m/z掃描范圍為33~500 mau。PFPD檢測器的溫度設(shè)置為250 ℃,PMT電壓為498 V,載氣和燃氣分別為氦氣、空氣和氫氣。每個樣品重復(fù)3次。
1.3.3 定性和定量分析
定性分析:通過正構(gòu)烷烴C5~C20計算揮發(fā)性組分的線性保留指數(shù)(linear retention index,LRI),并與已發(fā)表文獻中的LRI進行匹配,柚汁中的揮發(fā)性非硫組分的定性也可通過匹配NIST11、W10 N14庫中MS總離子流,揮發(fā)性硫組分也通過PFPD進行定性。
定量分析:揮發(fā)性非硫組分的定量主要通過內(nèi)標環(huán)己酮進行,而揮發(fā)性硫組分的定量主要通過內(nèi)標甲基乙基硫醚進行。定量計算如公式(1)所示:
(1)
式中:C待,待測的揮發(fā)性組分的質(zhì)量濃度,μg/mL;A待,待測的揮發(fā)性組分的峰面積;C,內(nèi)標濃度;A內(nèi)標,內(nèi)標組分在MS或PFPD上的峰面積。
1.3.4 OAV計算
OAV是揮發(fā)性組分的濃度與感官閾值的比值,通常當OAV≥1時,表明該風(fēng)味組分對果汁的整體風(fēng)味具有貢獻。
1.3.5 數(shù)據(jù)處理
采用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行方差分析(analysis of variance,ANOVA)和Duncan多重檢驗;化學(xué)工作站F.01.01.2317對揮發(fā)性組分進行定性分析。采用Origin 7.5 繪圖和Unscrambler 10.4軟件進行PCA分析。
采用HS-SPME對5種不同品種(琯溪蜜柚、梁平柚、葡萄柚、胡柚、沙田柚)柚汁中的揮發(fā)性組分進行萃取和濃縮,wax色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)進行分離,并以MS檢測器為主,PFPD檢測器為輔,對柚汁中揮發(fā)性組分進行全面檢測。通過匹配揮發(fā)性組分的MS總離子流與NIST11、W10 N14庫中MS總離子流、計算揮發(fā)性組分的LRI并與已發(fā)表文獻中相應(yīng)色譜柱上的LRI進行比較以及PFPD硫檢測器的信號值,對5種不同品種柚汁中揮發(fā)性組分進行準確定性。結(jié)果如圖1和表1所示,共86種揮發(fā)性組分被檢測,包括萜烯類包括萜烯類(25種)、醇類(22種)、醛類(11種)、酮類(8種)、酯類(12種)、揮發(fā)性硫化物類(volatile sulfur compounds, VSCs)(4種)及其他種類(4種),其中硫化氫、乙硫醇、二硫化碳、甲硫醚,首次在琯溪蜜柚、梁平柚、胡柚、沙田柚4個品種柚汁中檢測到。不同品種柚汁中揮發(fā)性組分數(shù)量呈現(xiàn)不同,在琯溪蜜柚、梁平柚、葡萄柚、胡柚、沙田柚汁中分別檢測到34、39、39、32、32種。不同品種柚汁中揮發(fā)性組分種類呈現(xiàn)不同,如圖2所示,萜烯類和醛類數(shù)量最多的是梁平柚汁(21、8種),其中β-蒎烯、α-水芹烯、(-)-a-蓽澄茄油萜、衣蘭烯、(-)-a-蒎烯、馬兜鈴烯、β-欖香烯、β-石竹烯、香樹烯、γ-欖香烯、a-欖香烯、α-葎草烯、巴倫西亞橘烯、γ-杜松烯、δ-杜松烯、a-二去氫菖蒲烯、3-己烯醛、(E)-2-庚烯醛、壬醛、反-2-辛烯醛僅在梁平柚汁中檢測到;醇類物質(zhì)和VSCs在葡萄柚汁中數(shù)量最多(16、4種),其中4-萜烯醇、a-萜品醇、橙花醇和香葉醇僅在葡萄柚汁中檢測到;沙田柚汁中酯類物質(zhì)數(shù)量最多(10種),這與艾沙江·買買提等[5]對不同產(chǎn)地沙田柚果肉揮發(fā)性物質(zhì)的研究結(jié)果一致。
圖1 采用GC-MS/PFPD對5種不同柚汁中揮發(fā)性組分檢測色譜圖Fig.1 The chromatography of volatile compounds in 5 different varieties of pomelo juice by GC-MS/PFPD
圖2 五種不同柚汁中各類揮發(fā)性組分數(shù)量Fig.2 The quantity of volatile compounds in 5 different varieties of pomelo juice
采用內(nèi)標環(huán)己酮和甲基乙基硫醚對5種不同柚汁中86種揮發(fā)性組分進行定量分析,結(jié)果如表1所示。揮發(fā)性組分的含量在5個品種中分布不同,梁平柚汁中主要揮發(fā)性組分是萜烯類(86.47%)和醛類(6.77%),其中d-檸檬烯[(18 370.30±93.09) μg/L]、β-石竹烯[(6 957.60±64.37) μg/L]、δ-杜松烯[(6 161.17±36.12) μg/L]、α-衣蘭油烯[(4 095.96±41.01) μg/L]、γ-杜松烯[(3 923.10±16.76) μg/L]、δ-欖香烯[(1 087.09±11.24) μg/L]、正己醛[(2 317.29±50.92) μg/L]是梁平柚汁中主要的揮發(fā)性組分。β-石竹烯具有重要的藥用價值,可以選擇性的結(jié)合CB2受體,對治療身體炎癥、疼痛、動脈硬化和骨質(zhì)酥松癥等癥狀具有重要作用[9-10]。d-檸檬烯是柑橘汁主要的揮發(fā)性組分,已在柚汁[1]、橙汁[11]、寬皮柑桔汁[12]、檸檬汁[13]中報道。d-檸檬烯[(18 906.70±89.57) μg/L]是葡萄柚汁中主要的揮發(fā)性組分,這與LIN等[14]研究相一致。1-對孟烯-8-硫醇是葡萄柚汁中特征風(fēng)味物質(zhì),含量極低,易在貯藏的葡萄柚汁中[(0.42±0.047) μg/L]檢測到[15],在本研究中,新鮮的葡萄柚汁中并未檢測到1-對孟烯-8-硫醇,這與JABALPURWALA等[15]研究相一致。與其他4種柚汁相比,葡萄柚汁中VSCs質(zhì)量濃度最高,包括硫化氫[(0.10±0.001 0) μg/L]、甲硫醇[(0.08±0.005 2) μg/L]、二硫化碳[(0.16±0.008 4) μg/L]、甲硫醚[(2.37±0.022) μg/L],這些VSCs對葡萄柚汁風(fēng)味的整體呈現(xiàn)具有重要的影響?,g溪蜜柚汁主要揮發(fā)性組分為:1-己醇[(9 329.22±113.83) μg/L]、(Z)-3-己烯-1-醇[(7 974.95±74.59) μg/L]、(E)-2-己烯-1-醇[(2 289.62±56.59) μg/L]、正己醛[(1 656.57±65.14) μg/L]和乙醇[(3 600.35±89.91) μg/L]。胡柚汁中醇類(57.79%)和酯類(31.73%)為主要的揮發(fā)性組分。與其他4個品種相比,沙田柚汁中富含酯類物質(zhì),其中乙酸乙酯[(4 640.67±110.42) μg/L]和3-羥基己酸乙酯[(1 972.46±26.78) μg/L]是沙田柚主要的酯類成分,乙酸甲酯、甲酸丙酯、丙酸乙酯、異丁酸乙酯、丁酸甲酯、2-甲基丁酸乙酯、碳酸二乙酯7種酯類物質(zhì)僅在沙田柚汁中檢測到。此外,5種柚汁中揮發(fā)性組分總含量呈現(xiàn)不同,其中梁平柚汁中揮發(fā)性組分含量最高,胡柚汁最低。
為了篩選5種不同品種柚汁中特征風(fēng)味物質(zhì),明確每種柚汁中特征風(fēng)味物質(zhì)對風(fēng)味呈現(xiàn)的貢獻及不同品種之間的風(fēng)味差異,通過各個風(fēng)味物質(zhì)的濃度與感官閾值的比值,計算各個風(fēng)味物質(zhì)的OAV值。當OAV值≥1時,表明風(fēng)味物質(zhì)對果汁的整體風(fēng)味具有貢獻作用,被認為是果汁的特征風(fēng)味物質(zhì),OAV值的大小也可反映出風(fēng)味物質(zhì)的貢獻程度[16]。經(jīng)查文獻,明確各個揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣味屬性和氣味感官閾值。如表2所示,不同品種柚汁中特征風(fēng)味呈現(xiàn)不同,琯溪蜜柚、梁平柚、葡萄柚、胡柚、沙田柚汁中特征風(fēng)味物質(zhì)(OAV≥1)數(shù)量分別為21、16、16、14、18,其中梁平柚汁中萜烯類特征風(fēng)味物質(zhì)最多(5個),葡萄柚汁中醇類特征風(fēng)味物質(zhì)最多(6個),琯溪蜜柚汁中醛類和酮類特征風(fēng)味物質(zhì)最多(7個和3個),沙田柚汁中酯類特征風(fēng)味物質(zhì)最多(6個)。具有橘香的庚醛(OAV=65.79)和辛醛(OAV=55.35),花香的芳樟醇(OAV=33.92)和β-紫羅酮(OAV=24 167.52),果香的3-羥基己酸乙酯(OAV=19 535.65)、丁酸乙酯(OAV=212.10)和乙酸乙酯(OAV=33.97),青草味的正己醛(OAV=368.13)和(E)-3-己烯-1-醇(OAV=84.81),青椒味、油脂味的(E)-2-己烯-1-醇(OAV=34.39),蘑菇味的1-辛烯-3-醇(OAV=305.01)是琯溪蜜柚汁中重要的特征風(fēng)味物質(zhì);具有橘香的d-檸檬烯(OAV=306.17),果香的β-月桂烯(OAV=39.68),青草味的正己醛(OAV=514.95)和1-戊烯-3-酮(OAV=94.13),油炸味、香料味的β-石竹烯(OAV=108.71)是梁平柚汁中重要的特征風(fēng)味物質(zhì);具有橘香的d-檸檬烯(OAV=315.11),花香的芳樟醇(OAV=246.93),果香的β-月桂烯(OAV=35.84)和異丁醇(OAV=31.50),青草味的(E)-3-己烯-1-醇(OAV=32.00)是葡萄柚重要的特征風(fēng)味物質(zhì);具有橘香的辛醛(OAV=35.17),果香的異丁醇(OAV=79.67),青草味的正己醛(OAV=33.30)是胡柚汁中重要的特征風(fēng)味物質(zhì);具有橘香的庚醛(OAV=65.92)和辛醛(OAV=44.05),果香的異丁酸乙酯(OAV=759.08)、丁酸乙
表1 五種不同柚汁中揮發(fā)性組分的定性和定量分析Table 1 Identification and quantitative analysis of volatile compounds in 5 different varieties of pomelo juice
續(xù)表1
續(xù)表1
表2 五種不同柚汁中揮發(fā)性組分的OAV值Table 2 The odor activity values of volatile compounds in 5 different pomelo juice
續(xù)表2
酯(OAV=967.32)、2-甲基丁酸乙酯(OAV=13 889.24)和3-羥基己酸乙酯(OAV=43 832.55),青草味的正己醛(OAV=346.79),油脂味的癸醛(OAV=1 181.60),橙皮味的2-戊酮(OAV=380.93)是沙田柚汁中重要的特征風(fēng)味物質(zhì)。β-月桂烯、d-檸檬烯、(E)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇、乙醛、正己醛、庚醛、(E)-2-己烯醛、甲硫醚是柚汁中的普遍存在的特征風(fēng)味物質(zhì)(至少4種柚汁中檢測到且OAVs≥1)。VSCs是食品中常見的異味物質(zhì),降低柑橘汁風(fēng)味品質(zhì),這種現(xiàn)象已在寬皮柑橘汁[17]、橙汁[11]、葡萄柚汁[15]中發(fā)現(xiàn),加熱或貯藏過程加速VSCs的生成[11,18]。
本研究采用PCA法對5種不同柚汁樣品及其揮發(fā)性組分進行分析,得到由得分/載荷圖組成的雙標圖(圖3)。在PCA模型中,主成分PC1(37.7%)和PC2(31.1%)累計方差貢獻為68.8%,能夠反映柚汁樣本的主要特征。如圖3所示,5個品種(琯溪蜜柚、梁平柚、葡萄柚、胡柚、沙田柚)相互之間可以很好地分開,表明不同品種柚汁中揮發(fā)性組分種類或濃度之間具有明顯差異性。根據(jù)主成分在雙標圖上的距離來反映柚汁中揮發(fā)性組分與柚子品種之間的相關(guān)性?,g溪蜜柚汁主要與醛類(乙醛、辛醛、庚醛)、醇類[(E)-2-己烯-1-醇、(Z)-3-己烯-1-醇、1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、1-己醇]、酸類(己酸)、酯類(3-羥基己酸乙酯)10種揮發(fā)性組分密切相關(guān);梁平柚汁主要VSCs類(硫化氫)和萜烯類(δ-欖香烯、β-月桂烯、β-水芹烯)密切相關(guān);葡萄柚主要與醇類(芳樟醇、1-庚醇)、酮類(2-庚酮、2-戊酮)、萜烯類(對傘花烴)和呋喃類(2-正戊基呋喃)密切相關(guān);胡柚主要與醇類(1-辛醇、1-戊醇、異丁醇)、VSCs(二硫化碳、甲硫醚)、酮類(甲基庚烯酮)和酯類(乙酸乙酯)密切相關(guān);沙田柚汁主要與丁酸乙酯密切相關(guān)。
圖3 五種不同柚汁中揮發(fā)性組分的PCA得分/載荷圖Fig.3 Principal component analysis biplot (score and load values) for volatile compounds in 5 different varieties of pomelo juice
采用GC-MS/PFPD檢測技術(shù)對5種不同品種柚汁中揮發(fā)性組分進行分析,共鑒定出86種揮發(fā)性組分,即在琯溪蜜柚、梁平柚、葡萄柚、胡柚、沙田柚汁中分別檢測到34、39、39、32、32種揮發(fā)性組分,根據(jù)果肉顏色不同,紅柚類(琯溪蜜柚、葡萄柚、胡柚)中總揮發(fā)性組分數(shù)量并非全部都高于白柚類(梁平柚、沙田柚),前期CHEONG等[1]研究僅發(fā)現(xiàn)紅柚汁PO 52比白柚汁PO 51中的總揮發(fā)性組分數(shù)量多,因此,柚汁中總揮發(fā)性組分的數(shù)量與柚子品種密切相關(guān),與柚子果肉顏色無關(guān)。各類柚汁中揮發(fā)性組分的含量呈現(xiàn)不同,其中琯溪蜜柚汁中揮發(fā)性組分含量主要以醇類(78.13%)和醛類(9.32%)為主,梁平柚汁以萜烯類(86.47%)和醛類(6.77%)為主,葡萄柚汁以萜烯類(55.80%)和醇類(39.56%)為主,胡柚汁以醇類(57.79%)和酯類(31.73%)為主,沙田柚汁以醇類(46.65%)和酯類(35.64%)為主。柚汁中檢測出4種VSCs(硫化氫、甲硫醇、二硫化碳、甲硫醚),早期在葡萄柚汁有報道[15],然而,首次在琯溪蜜柚、梁平柚、胡柚、沙田柚汁中檢測到。果汁的風(fēng)味不僅與揮發(fā)性組分的含量有關(guān),也與揮發(fā)性組分的感官閾值密切相關(guān)[16],因此,常采用OAV篩選對柚汁整體風(fēng)味具有貢獻的揮發(fā)性組分。在5種柚汁中特征風(fēng)味物質(zhì)數(shù)量不同:琯溪蜜柚(21)>沙田柚(18)>葡萄柚(16)=梁平柚(16)>胡柚(14);琯溪蜜柚(β-紫羅酮,OAV=24 167.52),梁平柚(正己醛,OAV=514.95),葡萄柚(d-檸檬烯,OAV=315.11),胡柚(1-辛烯-3-醇,OAV=111.67),沙田柚(3-羥基己酸乙酯,OAV=43 832.55)5種柚汁中最主要特征風(fēng)味物質(zhì)種類也呈現(xiàn)不同。綜上,本研究采用HS-SPME-GC-MS/PFPD結(jié)合多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法,比較5種不同品種柚汁中揮發(fā)性組分種類、含量和香氣特征的差異,明確琯溪蜜是含有特征風(fēng)味組分的柚子品種,PFPD檢測器的使用為柚汁中VSCs的檢測方法提供了參考。此外,5種柚汁揮發(fā)性組分的研究對柚汁加工生產(chǎn)、柚類風(fēng)味選育,都具有重要的理論指導(dǎo)意義。