菠萝蜜果实成熟过程中香气成分组成及变化规律研究

贺书珍等

摘 要 以不同成熟阶段的菠萝蜜果实为材料，采用顶空-固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术，对菠萝蜜果实成熟过程中的香气成分及变化规律进行研究，以期为菠萝蜜果实采收、贮运与保鲜技术提供参考依据。结果表明：菠萝蜜果实成熟过程的4个阶段共鉴定出51种化合物，包括酯类26种、烃类17种，其中，异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、异戊酸异戊酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯是构成成熟菠萝蜜香气的主要成分，异戊酸乙酯是鉴定III阶段（9成熟）菠萝蜜的标志性化合物。在菠萝蜜不同成熟阶段，香气物质种类及含量存在明显差异。α-香柠檬烯、β-倍半水芹烯、3-蒈烯、左旋-β-蒎烯等烃类仅出现在Ⅰ、Ⅱ阶段（7成熟、8成熟），而异戊酸丙酯、异戊酸异戊酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯等酯类仅出现在Ⅲ、Ⅳ阶段（9成熟、完全成熟）。且异戊酸乙酯的相对含量呈现先升高后降低的趋势，乙酸异戊酯、β-石竹烯、异戊酸异戊酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯相对含量呈现持续升高的趋势，而异戊酸甲酯呈现逐渐下降趋势。

关键词 菠萝蜜；成熟阶段；香气成分；顶空固相微萃取

中图分类号 S153.6 文献标识码 A

Volatile Composition and Changes of Jackfruit

（Artocarpus heterophyllus Lam.）

During Maturation

HE Shuzhen1， ZHANG Yanjun1， XU Fei1， ZHU Kexue1

TAN Lehe1 *， WU Gang1， FU Lili2

1 Spice and Beverage Research Institute，CATAS，Wanning，Hainan 571533，China

2 Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，CATAS，Haikou， Hainan 571101， China

Abstract The changes of aroma components of jackfruit（Artocarpus heterophyllus Lam.）in different maturation stages were studied by gas-chromatography and mass spectrum coupled with headspace solid phase microextraction. The results showed that 51 volatile compounds were detected including 26 esters and 17 hydrocarbons during the maturation stages. Ethyl isovalerate， isoamyl acetate， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate and 2-methylbutyl isovalerate were the major compounds emitted from mature jackfruit， and ethyl isovalerate was the specific marker to detect jackfruit in stage III（90% matured）. The chemical components and relative contents showed significant differences between different mature stages of jackfruit pulp. α-Bergamotene， β-sesquiphellandrene， 3-carene，（1S）-（1）-β-pinene and other hydrocarbon compounds were only detected in stage I and stage II（70% and 80% matured）while propyl isovalerate， butyl isovalerate， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate， 2-methylbutyl isovalerate and other ester compounds were only detected in stage III and stage IV（90% and fully matured）. The relative contents of ethyl isovalerate first increased and then decreased during the maturation stages. The relative contents of isoamyl acetate， β-caryophyllene， 3-methylbutyl 3-methylbutanoate and 2-methylbutyl isovalerate increased， while methyl isovalerate decreased during the maturation stages.

Key words Jackfruit； Maturation stages； Volatile compound； HS-SPME

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.011

菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.，2n=56）为桑科（Moraceae）木菠萝属（Artocarpus）多年生热带特色果树，集水果、木本粮食及珍贵用材于一体，素有“热带珍果”之称[1]。其果肉富含糖类、果胶、膳食纤维及微量元素等营养成分[2-3]，且香气四溢，甘甜爽脆，具有生津、止渴、益气等功效[4]，除鲜食外，还是制作果酱、果脯、果酒和脆片等的优质原料[5-10]。菠萝蜜原产印度[11-12]，目前在缅甸、泰国、斯里兰卡、印度尼西亚、菲律宾等热带国家均有栽培。中国引入菠萝蜜已有1 000多年历史[13]，现广泛栽培于海南和广东一带，且广西、福建、云南和四川南部以及中国台湾省均有零星栽培。据不完全统计，目前我国菠萝蜜种植面积约9 330 hm2，其中海南省约5 000 hm2[11]。作为一种深受人们喜爱的热带水果和具有重要用途的热带农产品，菠萝蜜对于发展热带经济，提高边远地区农民收入和生活水平具有重要意义。

成熟度是影响菠萝蜜品质最重要的因素之一。菠萝蜜果实硕大（单果重5～25 kg），果肉味甜，且香气浓郁。芳香物质的类型和含量是果实内在品质的重要指标，对果实的鲜食品质和加工品质具有重要的影响。然而，菠萝蜜果实的采收期影响着其风味品质[11]。通常，采收过早则甜度低、口感差，且易造成香气成分缺少而严重影响食用品质；采收过迟则会有苦味，并导致保存期过短、果实极易变质，降低经济价值。因此，在适宜的成熟阶段进行果实采收对菠萝蜜的食用品质及加工品质有着重要影响。

菠萝蜜香气成分的研究一直是学术界关注的热点，Ong等[14]采用固相微萃取结合气相-飞行时间质谱（GC-TOF-MS）从5个菠萝蜜品种中鉴定出37种化合物，李洪波等[15]采用顶空固相微萃取和GC-MS联用技术在菠萝蜜干苞和湿苞类型果实共鉴定出66种香气物质，Maia等[16]利用GC-MS技术对菠萝蜜干苞和湿苞型果实进行研究，发现干苞型菠萝蜜的主要香气成分为异戊酸异戊酯（28.4%）和异戊酸丁酯（25.6%），湿苞型的主要香气成分为异戊酸异戊酯（18.3%）、乙酸丁酯（16.5%）、异戊酸乙酯（14.4%）、异戊酸丁酯（12.9%）和乙酸2-甲基丁酯（12.0%）。香气是果实风味的重要组成部分[17]，已有关于其他水果，如葡萄[18-19]、樱桃[20]、苹果[21]等水果香气成分与成熟度关系的研究，而利用香气检测菠萝蜜果实成熟度的研究尚未见报道。本研究采用顶空固相微萃取技术对不同成熟阶段海南产菠萝蜜挥发性香气成分进行富集，利用气相-质谱联用技术分析其化学成分，了解菠萝蜜果实成熟过程中香气成分的变化规律，以期为控制菠萝蜜的采收及制定生产标准提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料及预处理 供试样品为马来西亚1号菠萝蜜（Artocarpus heterophyllus Lam. cv. Malaixiya No.1），于2014年3月至7月间采自海南兴隆菠萝蜜种植园，按照果实外观、敲击声音及果肉色泽等特性，结合专业技术人员的鉴评，初步将菠萝蜜果实划分为4个成熟阶段[22]（如图1）。阶段Ⅰ：7成熟，未成熟果，发育基本完成；阶段Ⅱ：8成熟，果肉未软化；阶段Ⅲ：9成熟，果肉开始软化；阶段Ⅳ：完全成熟，果肉完全软化。每个果实样品剖开后，立即将不同部位果肉混匀取3份待用。

1.1.2 仪器 DS-1高速组织破碎机（上海标本模型厂）；Thermo Trace1300-ISQ气相色谱-质谱联用仪，配有离子源（EI）及Xcalibur数据处理系统（美国Thermo公司）；TRIPLUS RSH自动进样器、20 mL样品瓶（美国Thermo公司）；固相微萃取自动进样手柄（美国Thermo公司）；65 μm PDMS/DVB固相微萃取头（美国Supelco公司）。

1.2 挥发性香气成分测定

萃取条件：将所取果肉每份绞碎后取5 g放入样品瓶，萃取温度为40 ℃，平衡时间为10 min，萃取时间为90 min。

气相条件：Thermo TR-5MS弹性石英毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。

升温程序：40 ℃保持0 min，以2 ℃/min升至120 ℃，保持2 min；以2 ℃/min升至200 ℃，保持0 min；以20 ℃/min升至280 ℃，保持4 min；载气（He）流速1.0 mL/min；进样口250 ℃。

质谱条件：电子轰击（EI）离子源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；质量扫描范围m/z 35～500[16]。

1.3 数据分析

实验数据处理由Xcalibur系统软件完成，化合物质谱图经计算机检索并与NIST 11谱库相匹配，选择匹配度大于800（最大值为999）的鉴定结果，结合人工谱图解析并与文献对照确认定性。采用峰面积归一化法计算各组分相对含量，取3次平行测定数据平均值作为挥发性香气成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 菠萝蜜不同成熟阶段的挥发性香气成分

通过顶空固相微萃取分别按上述实验条件对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4个成熟阶段菠萝蜜果肉的挥发性香气成分进行测定，总离子流图如图2 。顶空固相微萃取结合气相色谱和质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS）分析结果表明，菠萝蜜4个成熟阶段果肉中共鉴定出51种挥发性有机物（表1），其中酯类化合物种类最多，共26种，烃类化合物以烯烃为主，共13种，另有少量醇类、醛类及其它化合物。在菠萝蜜果实成熟过程中，挥发性化合物数量呈递增趋势，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4个成熟阶段中分别鉴定出23、23、24、26种挥发性化合物，其中相对含量变化较大的香气成分有异戊酸甲酯（1.10%～20.12%）、异戊酸乙酯（0.97%～27.16%）、乙酸异戊酯（0.46%～26.17%）、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯（0.00%～24.18%）、异戊酸异戊酯（0.00%～18.99%）等化合物，这些化合物含量随果实成熟含量变化表现出一定规律性，如异戊酸甲酯含量变化趋势为逐渐下降，异戊酸乙酯含量先上升后下降，乙酸异戊酯、异戊酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯含量逐渐上升（表1）。

另外，由表1可见，酯类化合物在成熟过程中种类呈上升趋势，总含量呈先上升后下降趋势，而烃类化合物种类及总含量均呈先上升后下降趋势。许多酯类如异戊酸异丁酯、异戊酸异戊酯、异戊酸丙酯、异戊酸丁酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯等都是在Ⅲ、Ⅳ阶段才有检出，许多烃类化合物如α-香柠檬烯、β-倍半水芹烯、3-蒈烯、（-）-β-蒎烯、（S）-（-）-柠檬烯等只在Ⅰ、Ⅱ阶段检出，一些含量较低的化合物只在某一阶段有检出，如1-戊醇、α-蒎烯、δ-榄香烯等只在Ⅱ阶段检出，乙酸己酯、丙酸正戊酯、苯甲醇等只在Ⅲ阶段检出，丙酸异戊酯、邻苯二甲酸二丁酯、异戊醛、苯甲醛等只在Ⅳ阶段检出。

2.2 菠萝蜜不同成熟阶段挥发性香气成分种类变化

由表1和图3可见，菠萝蜜果肉中的挥发性化合物种类和含量在不同成熟阶段变化较大。从化合物种类上看，Ⅰ、Ⅱ阶段挥发性化合物种类以烃类为主，分别鉴定出11种和13种，酯类化合物种类相对较少，分别鉴定出6种和7种，而Ⅲ、Ⅳ阶段酯类化合物较多，各鉴定出19种，烃类化合物很少，各鉴定出1种，可见在Ⅱ阶段之后菠萝蜜会大量生成酯类化合物，而多数烃类化合物随着果实成熟逐渐消失。

从化合物含量上看，各成熟阶段含量最高的物质均为酯类。酯类化合物在Ⅰ、Ⅱ阶段种类虽然较少，但含量较高，其中含量最高的均为异戊酸甲酯，相对含量分别为20.12%和18.55%。Ⅲ阶段检出的主要成分为异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯，四者相对含量分别占到27.16%、17.49%、17.17%、11.16%。Ⅳ阶段检出的主要成分为乙酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯，三者相对含量分别占到26.17%、24.18%、18.99%。

3 讨论与结论

本研究的供试对象为海南省广泛种植的马来西亚1号菠萝蜜品种。测试方法采用顶空固相微萃取技术进行挥发性化合物的富集，结合气相-质谱联用技术进行成分分析，顶空固相微萃取技术摒弃了传统的溶剂，具有取样方便、速度快、灵敏度高、操作简单等优点，在食品分析中有广泛应用，适宜进行果实成熟度的快速检测。

近年来，关于菠萝蜜果实香气成分的鉴定研究已有报道，其主要成分以酯类、醛类和醇类等为主。Ong 等[14]利用GC-TOF-MS技术对5个菠萝蜜品种的香气物质进行分析，共鉴定出20种酯类化合物，占香气物质种类的54%。类似地，Maia等[16]在干苞和湿苞菠萝蜜中鉴定出39种香气化合物，其中62%的香气物质为酯类化合物，另有少量醇类、醛类、脂肪酸类等。此外，李洪波等[15]的研究进一步表明成熟菠萝蜜果实中酯类化合物占香气种类的80%之多，而郑华等[23]采用热脱附-气相色谱质谱（TCT-GC-MS）联用分析技术的结果也证实了成熟菠萝蜜果实中富含酯类香气物质的结论。

与以上研究结果类似，本研究结果表明，菠萝蜜果实中的主要香气成分可分为酯类、酸类、醇类、烯烃类、醛类、酮类等6大类，其中酯类是马来西亚1号菠萝蜜果实的主要香气物质，有26种，占总香气种类的51%。然而，本研究结果进一步表明，在未成熟菠萝蜜果实中含有丰富的烃类化合物，约有11～13种，而酯类化合物种类相对较少，仅有6～7种。相反地，成熟菠萝蜜果实中则富含酯类化合物，达19种之多，而烃类化合物则仅有1种。因此，在菠萝蜜发育进程中，酯类和烃类化合物的种类及含量发生明显改变，尤其是在Ⅱ阶段（8成熟）至Ⅲ阶段（9成熟）发育过程中，物质种类、含量发生较大变化。菠萝蜜果实各成熟阶段中共检出51种挥发性香气成分，其中，Ⅰ阶段酯类检出6种，烃类检出11种，主要成分异戊酸甲酯，相对含量20.12%，为4个阶段中的最大值；Ⅱ阶段酯类检出7种，烃类检出13种，主要成分异戊酸甲酯，相对含量18.55%；Ⅲ阶段酯类检出19种，烃类检出1种，主要成分异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯，相对含量共占72.98%，含量最高的化合物为异戊酸乙酯（27.16%），达到4个时期中的最大值，显著高于其它3个阶段（Ⅰ阶段0.97%，Ⅱ阶段5.46%，Ⅳ阶段3.20%），可作为鉴别Ⅲ阶段（9成熟）菠萝蜜的标志性化合物；Ⅳ阶段酯类检出19种，烃类检出1种，主要成分为乙酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯，相对含量共占69.35%，含量最高的化合物为乙酸异戊酯（26.17%），达到4个时期中的最大值。另外，IV阶段异戊酸乙酯含量显著下降，醛类物质增多，部分只在Ⅳ阶段检出的化合物，如异戊醛--该化合物具有辛辣味，苯甲醛--该化合物具有苦杏仁味、烤辣椒味等，会产生不愉快气味。且完全成熟的果实易产生苦味，是果肉中酒精增加所致，且不耐贮运[11]。因此，Ⅲ阶段（9成熟）应为菠萝蜜果实的最佳采收时期，也是风味最佳时期，适宜食用与加工，该时期主要挥发性香气成分有异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯和异戊酸异戊酯，其中异戊酸乙酯为该阶段的特征香气成分。

综上所述，在菠萝蜜果实成熟过程中各成熟阶段挥发性香气成分种类及含量不同，香气成分种类呈增加趋势，其中酯类化合物种类及含量均呈上升趋势，烃类化合物则随果实成熟逐渐减少。各阶段含量最高的挥发性成分均为酯类化合物，成熟菠萝蜜果实的主要香气成分有异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、异戊酸异戊酯、3-甲基丁酸2-甲基丁酯等，9成熟为菠萝蜜风味最佳时期，异戊酸乙酯是鉴定9成熟菠萝蜜的标志性化合物。

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