基于电子舌与SPME-GC-MS技术的芒果风味物质的比较分析

张浩，安可婧，徐玉娟，余元善，吴继军，肖更生

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广东省农产品加工公共实验室，广东广州 510610）

（2.江西农业大学食品科技与工程学院，江西南昌 330045)

芒果属于漆树科（Anacardiaceae）芒果属（Mangifera indica L.），是非常重要和受欢迎的热带水果。我国芒果的主栽品种有30多种，包括台农一号、金芒、红玉、贵妃、紫花和青芒等[1,2]。芒果因其独特的口感、风味以及较高的营养价值，被称为“水果之王”。然而，由于芒果采收期短，采收季节高温多湿，呼吸代谢高，极易腐烂变质。因此，为了减少采后损失，增加产品的附加值，芒果多被加工成芒果汁、芒果干、芒果花蜜和芒果酒等产品[3]，芒果的风味决定了其不同的加工方式。风味是滋味（Taste）和香气（Aroma）的综合体现，是影响消费者接受度的最重要的品质指标之一，具有较高的商业价值。

电子舌作为一种分析检测的新型仪器，利用其不同传感器上的生物膜对样品的不同味道进行选择吸附，并根据不同的化学信息产生不同的电信号转化为数据模型分析，能快速反映出样品整体的质量信息，从而实现对样品的识别和分类，已广泛应用于食品整体滋味的分析和判别[4～6]。主成分分析（principle component analysis，PCA）是非监督类模式识别中的一种重要的分类方法，它是通过降维技术，根据贡献率的大小，用少数几个具有代表性的综合指标代替多个原始变量，从而使复杂的问题简化，揭示问题的本质[7]。固相微萃取（solid-phase micro-extraction，SPME）是将具有特殊涂层的极性/非极性纤维萃取头暴露于分析样品顶空部分或浸入其内部以对化合物进行富集提取的技术，具有灵敏度高、选择性与重现性好、方便便捷等优点，提高了分析检测的效率和准确性，已广泛应用于食品风味的分析研究[8]。目前从芒果中鉴定出的风味成分有300多种，这些成分主要包括萜烯类、酯类、醛类、酮类、酸类、脂肪烃类以及芳香化合物等。刘传和等[9]人利用SPME-GC-MS技术对芒果挥发性物质进行分离鉴定，发现芒果中烯萜类物质为主要的挥发性物质，占总挥发性物质的 70%以上；Mi-Ran An等[10]人对台湾以及菲律宾芒果品种进行分析发现3-蒈烯是最主要的挥发性物质。目前我国对芒果风味物质的研究主要集中在挥发性物质的分离与鉴定，鲜少有将GC-MS与电子舌及感官分析相结合进行综合性评价的研究。

因此，本文选取我国海南省四个常见的芒果品种，采用电子舌与 SPME-GC-MS联用技术，结合主成分分析(PCA)与感官分析，从味觉和香气两个角度对四种芒果进行风味品质研究，进一步促进我国芒果深加工产业发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究所用金芒、青芒、红玉以及贵妃四种芒果均采购于海南省万宁市农贸市场（2017年4月），均为七成熟样品。样品运送至实验室，并在25 ℃的条件下持续直至完全成熟。通过表皮颜色变化（绿色变为黄橙色或红色，青芒除外），气味（青涩味变为香甜味）以及硬度（果肉硬度指标从4.32变为5.28 N）等指标确定是否完全成熟，保持成熟度一致。最后，将成熟度一致的芒果样品洗净去皮，果肉立即用液氮冷冻，-80 ℃贮藏，备用。

C5-C20正构烷烃混标，美国Accustandard公司；无水氯化钠（分析纯），天津市科密欧化学试剂有限公司；无水乙醇（分析纯），天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

a-Astree电子舌，法国Alpha M.O.S公司；7980A气相色谱-质谱联用仪，美国 Agilent公司；DF-101S集热式恒温加热搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；梅特勒-托利多电子分析天平，济南博鑫生物技术有限公司；手动 SPME进样器、萃取纤维头 50/30 µm DVB/CAR/PDMS，美国 Supelco公司；梅特勒-托利多FE-20 pH计，瑞士Mettlertoledo公司；小型榨汁机，飞利浦公司。

1.3 方法

1.3.1 芒果样品的制备

将冷冻样品置于4 ℃条件下完全解冻，将果肉打浆均匀，得到样品。

1.3.2 芒果基本指标测定

本研究对芒果的可食率、水分含量、pH值和可溶性固形物含量四个指标进行测定。测定方法参照Plamen M[11]与刁俊明[12]的方法，并稍作修改。

可食率：用干净水果刀将芒果 m1的果皮、果核与果肉分开，果肉用分析天平称重m2，得出可食率。可食率（%）=（m2/m1）×100%。水分含量：芒果浆m0称重后放入105 ℃烘箱烘至恒重mf，计算水分含量。水分含量（%）=[(m0-mf)/m0]×100%。pH测定：取25 mL芒果浆置于烧杯中，用pH计探头放置烧杯中进行测定，待数值稳定后记录读数。可溶性固形物测定：切取10 mm×10 mm×5 mm果肉，挤出果汁滴于折光仪镜面上，测量并记录读数。

1.3.3 芒果电子舌分析

本实验采用a-Astree电子舌系统包含7个具有不同生物传感器（ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB）组成的传感器阵列，一个参比电极 Ag/Agcl，一个进样器。将30 g芒果浆置于120 mL电子舌专用烧杯中，另准备30 mL蒸馏水作为洗液；按样品-洗液-样品的顺序交替放入电子舌进样器；单次采集时间为120 s，每个样品重复检测5次，清洗时间为10 s，为避免传感器检测值一定程度上的波动，取后3次采集到的数据进行实验分析[13]。

1.3.4 芒果SPME/GC-MS方法

芒果挥发性成分测定采用刘凤霞[14]的方法，并加以修改。SPME方法：取5 g芒果浆样品，加入1.5 g无水氯化钠，置于15 mL样品瓶中，在电热恒温加热搅拌器中40 ℃水浴平衡10 min，再将老化好的SPME针头插入萃取30 min，最后将萃取头插入GC-MS进样器中解吸。

GC-MS条件：DB-5 MS色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 µm)；进样口温度250 ℃；升温程序：起始温度为40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升温到190 ℃，保持0 min；再以50 ℃/min的速度升温到280 ℃，最后保持2 min；载气：He，流速1.0 mL/min；不分流。电子电离源；离子源温度200 ℃；电子能量70 eV；质量扫描范围40～550 u。

1.3.5 组分定性定量

定性分析：利用质谱信息与标准信息库 NIST16进行比对；使用C5-C20的系列正构烷烃计算各挥发性成分的保留指数，保留指数 RI计算公式如下：RI=100×N+100n×(t0-t1)/(t2-t1)；其中，N是色谱图中位于目标物质左侧正构烷烃的碳原子数，n为位于目标物质两侧的正构烷烃的碳分子数之差，t0，t2和t1分别是色谱图中待测物质，待测物质左侧和右侧正构烷烃的保留时间。再与文献[15～19]进行对比，进行二次定性。定量分析：采用峰面积归一化法计算各挥发性成分的相对含量。

1.3.6 芒果香气的感官评价

香气感官评价参考赵镭[20]与牛云蔚[21]的方法，并稍作修改。采用5点强度法对四种芒果整体香气特征（总强度及各香气强度）进行定量评价（0=几乎无香味，5=香味很强）。评价小组由年龄在23～30岁之间4男4女共8名成员组成。小组建立过程参照GB/T 14195-93（感官分析选拔与培训感官分析优选评价员导则）。样品预处理、呈送和评价环境信息如下：准确量取40 mL芒果浆样品置于125 mL棕色嗅闻瓶中，随机三位数字编号后呈送给感官评价员(21±1 ℃)，评价员采取鼻前嗅闻（Orthonasal olfaction）对样品进行评价。评价重复进行三次，两次评价中间设置休息时间5 min。取其平均值绘制香气轮廓雷达图[20,21]。

表1 不同芒果浆香气特征感官描述词Table 1 Aroma descriptors, reference standard for flavor profile test of mango plup

1.3.7 数据处理

采用SPSS 20.0软件进行显著性分析和相关性分析，Excel、Origin软件对数据进行统计分析和绘图；SIMCA-P 13.0软件对GC-MS数据进行主成分（PCA）分析，所有实验均重复3次。

2 结果与分析

2.1 芒果基本理化指标

由表2可知，金芒的可食率（75.62%）最高，贵妃和红玉次之，青芒（53.67%）最低；青芒的水分含量（89.61%）最高，红玉和贵妃次之，金芒（84.39%）最低；pH、可溶性固形物含量在金芒中最高，分别为4.25和 15.3 ºBrix，贵妃和红玉次之，青芒最低，为3.05和11.50 ºBrix。显著性分析结果表明：四种芒果在可食率上表现出显著性差异（p＜0.05），水分含量上金芒和贵妃差异不显著（p＞0.05），在 pH、可溶性固形物两个指标上，金芒与贵妃差异不显著（p＞0.05），青芒与红玉芒差异不显著（p＞0.05）。因此，综合上述四个理化指标，金芒和贵妃更接近，青芒和红玉更接近。

表2 不同品种芒果可食率、水分含量、pH及可溶性固形物的比较Table 2 The comparison of edible rate, moisture content, pH and soluble solid of different varieties of mango

2.2 电子舌检测及传感器响应值的主成分（PCA）分析

图1 不同品种芒果样品电子舌PCA分析图Fig.1 PCA analysis of different varieties of mango by electronic tongue

根据电子舌传感器信号显示，7个传感器中BB、CA传感器的响应值重复性和稳定性较差，为了保证结果的准确性和稳定性，将BB、CA这两根传感器剔除，然后进行PCA分析。PCA结果显示，PC1的方差贡献率为94.42%，PC2的方差贡献率为4.95%，累计贡献率为 99.37%，通常认为累计方差贡献率大于80%就能够充分的反映样品的整体信息。由图1可知，四种芒果样品主成分得分值均落在互不干扰的区域，区域之间的距离代表了芒果样品的味觉差异，青芒和红玉间距较小，贵妃和金芒间距较小，说明青芒和红玉味觉相似度高，贵妃和金芒味觉相似度高。

2.3 电子舌响应值与水分含量、pH、可溶性固形物的相关性分析

由表3可知，四种芒果的水分含量、pH、可溶性固形物含量与电子舌响应值存在显著的相关性。除了HA、JE传感器外，其余3根传感器的响应值整体上与三个个理化指标都存在显著相关性（p＜0.05），且GA传感器响应值与其存在极显著的相关性（p＜0.01）。因此，水分含量、可溶性固形物和pH值等理化指标是影响水果滋味的重要指标。

表3 不同品种芒果的水分含量、pH、可溶性固形物含量与电子舌响应值相关性分析Table 3 Correlation analysis of moisture content, pH, soluble solid with signals of electronic tongue of different varieties of mango

2.4 不同品种芒果挥发性成分比较分析

图2 不同品种芒果挥发性成分总离子流图Fig.2 TIC chromatograms of volatile flavor components in different varieties of mango

如总离子流图（图2）所示，分别从红玉、金芒、青芒和贵妃中鉴定出44种，36种，37种，35种挥发性成分。四种芒果中共有16种相同的挥发性成分，分别为壬醛、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、(E)-壬烯醛、蒎烯、β-蒎烯、β-月桂烯、3-蒈烯、2-蒈烯、西车烯、a-石竹烯、香树烯、a-桉叶烯、3-己烯-1-醇、1-己醇、棕榈酸和1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)苯。其中，萜烯类化合物为最主要的挥发性物质，在红玉、金芒、青芒及贵妃中分别占92.55%、52.47%、93.20%、81.50%。如表4可知，红玉中，相对含量最高的物质为3-蒈烯（71.79%），其次为柠檬烯（3.49%）和棕榈酸（3.17%），特有的挥发性成分有8种。金芒中相对含量最高的物质为3-己烯-1-醇（20.47%），其次为3-蒈烯（16.86%）与异松油烯（14.01%），特有的挥发性成分有反-4-侧柏醇、苯甲醇等7种物质。青芒中，（顺）4-蒈烯（44.95%）、3-蒈烯（25.63%）和 a-桉叶烯（5.03%）为主要的挥发性物质，特有挥发组分有己醛、(E)-2-己烯醛等 7种。贵妃中，（顺）4-蒈烯（47.24%），3-蒈烯（23.22%）以及 3-己烯-1-醇（8.25%）为主要的挥发性物质，特有的物质仅环戊基十一酸1种。Gustavo A等[22]研究发现芒果中含量最高的萜烯类化合物主要包括 3-蒈烯、异松油烯、月桂烯、柠檬烯、罗勒烯、蒎烯等，与本文中检测的萜烯种类相一致。红玉、金芒、青芒及贵妃中醇类和醛类化合物分别有8种和13种，主要的醇类物质 3-己烯-1-醇、1-己醇以及芳樟醇等与 Jha等[23]人报道的芒果中主要的醇类物质相一致，主要的醛类物质己醛、壬醛以及(E,Z)-2,6-壬二烯醛等与Zuobing X等[24]人报道的基本一致。此外，Olle[25]报道了芒果中含量较少的酯类和内酯类化合物也是重要的呈香成分。在红玉、金芒、青芒和贵妃中酯类和内酯类化合物分别占1.10%，7.18%，0.45%和2.98%，主要包括己内酯、辛酸乙酯、丙位辛内酯、月桂酸乙酯等6种物质。本研究中也发现了前人文献中未见报道的物质，主要包括甘油亚麻酸酯、N-[4-溴-n-丁基]哌啶酮、十七烷基酯十七烷酸、2,3-二氢-3-甲基呋喃等，这主要受芒果品种和产地的影响。

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上页D-L i m o n e n e柠檬烯1 3.6 5 1 0 2 3.9 6 3.4 9±0.1 6 2.3 7±0.2 7 3.9 4±0.0 7 3.9 8±0.1,3,6-O c t a t r i e n e,3,7-d i m e t h y l-,(E)-（E）-Β-罗勒烯1 4.7 7 1 0 4 4.2 1 0.2 8±0.0 4-0.1 7±0.0 1 0.1 7±0.C y c l o h e x e n e 1-m e t h y l-4- (1-m e t h y l e t h y l i d e n e)-异松油烯1 5.4 4 1 0 8 1.8 0.3 2±0.0 5 1 4.0 1±0.0 5--(+)-4-C a r e n e（顺）4-蒈烯1 6.4 9 1 0 8 6.8 1 3.0 1±0.7 3-4 4.9 5±0.6 8 4 7.2 4±4 1,3,8-p-M e n t h a t r i e n e 1，3，8-对-薄荷三烯1 7.4 3 1 1 1 6.7 0.2 4±0.0 4 0.7 4±0.0 5 0.2 7±0.0 1 0.2 9±0.S e y c h e l l e n e西车烯2 2.6 8 1 2 8 1.0 4 0.1 3±0.0 1 0.2 3±0.0 3 0.0 7±0.0 0 0.1 1±0.C y c l o h e x a n e,1-e t h e n y l-1-m e t h y l- 2,4-b i s(1-m e t h y l e t h e n y l)-榄香烯2 3.9 8 1 3 9 5.2 1--0.1 2±0.0 1-B i c y c l o[7.2.0]u n d e c-4-e n e,4,1 1,1 1-t r i m e t h y l-8-m e t h y l e n e-,[1 R -（1 R*，4 Z，9 S*）]-（-）-异丁香烯2 6.5 9 1 4 2 5.2 0.1 4±0.0 0 2.8 2±0.0 5 0.1 9±0.0 2-a一C a r y o p h y l l e n a-石竹烯2 7.7 9 1 4 4 2.4 3 0.3 5±0.0 9 0.3 3±0.0 2 0.0 5±0.0 0 0.1 3±0.1 H -C y c l o p r o p[e]a z u l e n e,d e c a h y d r o-1,1,7-t r i m e t h y l-4-m e t h y l e n e-，[1 a R -(1 a.a l p h a.，4 a.b e t a.，7.a l p h a.,7 a.b e t a.,7 b.a l p h a.)]-香树烯2 9.3 4 1 4 7 7.5 2 0.3±0.0 7-0.6 2±0.1 6 0.0 8±0.N a p h t h a l e n e,1,2,3,4,4 a，5，6，8 a-o c t a h y d r o-4 a，8-d i m e t h y l-2-(1-m e t h y l e t h e n y l)-,[2 R- (2.a l p h a.,4 a.a l p h a,8 a.b e t a.)]-a-桉叶烯3 0.4 2 1 4 9 8.4 7 2.5±0.3 2 2.5 6±0.1 4 5.0 3±1.0 3 0.8 1±0.N a p h t h a l e n e,d e c a h y d r o-4 a-m e t h y l-1-m e t h y l e n e-7-(1-m e t h y l e t h e n y l)-，[ 4 a R -(4 a.a l p h a.，7.a l p h a.，8 a.b e t a.)]β-瑟林烯3 1.2 1 1 5 0 7.1 2 0.2±0.0 0-0.4 3±0.0 3-(-)-.a l p h a.-P a n a s i n s e n（-）-a-人参烯3 1.9 1 5 4 0.5 4--0.1 5±0.0 1-E t h y l 5-(5-m e t h y l-2-f u r y l)- 2,4-p e n t a d i e n o a t e乙基5-（5-甲基-2-呋喃）-2，4戊二烯3 4.1 1 1 7 2 1.9 4 0.1 5±0.0 1---1-H e p t a d e c e n e 1-十七烯3 4.6 3 1 8 1 3.5 1 0.7 6±0.0 8---1 6-K a u r e n e 1 6-贝壳杉烯3 5.8 2 2 0 9 8.7 2 0.0 8±0.0 0---类3-H e x e n-1-o l 3-己烯-1-醇6.1 7 8 3 5.3 0.9 4±0.0 3 2 0.4 7±1.3 2 2.3 8±0.3 3 8.2 5±0.1-H e x a n o l 1-己醇6.8 2 8 4 6.0 2 0.1±0.0 0 2.3 3±0.4 3 1.1 8±0.1 2 3.8 5±0.2-F u r a n m e t h a n o l糠醇8.1 5 8 6 9.6 8 0.2 7±0.0 1---(E )-4-t h u i a n o反-4-侧柏醇9.4 8 9 9 1.7 1-0.7 2±0.1 4--1-H e x a n o l,2-e t h y l-2-乙基-1-己醇1 4.0 9 1 0 4 0.8 3 0.1±0.0 0 2.3 2±0.4 2 0.2 1±0.0 2 0.1 5±0.转下

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2.5 芒果挥发性成分的主成分（PCA）分析与香气感官评价结果比较分析

图3 不同芒果品种挥发性成分法的主成分的得分图(a)和载荷图(b)Fig.3 PCA score plots (a and loading plots (b) of volatile components of different varieties of mango

由表 5可知，前三个主成分的累计贡献率为92.3%并拥有80.06%的预测能力，基本上代表了四种芒果挥发性成分的绝大部分信息。

由图3可知，得分图上的位置显示样本的分类信息。四种芒果在主成分空间上的分布均处于相对独立的空间。金芒位于得分图左侧，红玉位于右侧上部，青芒位于右侧中部，贵妃位于右下部，PCA能够很好地将四种芒果区分，其中青芒和红玉挥发性成分较为接近。载荷图表明挥发性成分的分布情况，其分布情况与得分图中样本点的分布位置相对应。VIP值可以量化每个挥发性成分对分类的贡献性，VIP值越大（一般VIP值＞1），挥发性成分对芒果品种的差异贡献越大[26]，即为芒果的特征挥发性成分。结合得分图和载荷图可知，将四种芒果区分开的特征挥发性成分主要包括：（E,Z）-2,6-壬二烯醛（4.83%）、异松油烯（14.01%）、3-己烯-1-醇（20.47%）、芳樟醇（1.56%）（金芒）；2-蒈烯（2.15%）、(E)罗勒烯（0.17%）、4-蒈烯（47.24%）（贵妃）；a-桉叶烯（5.03%）、己醛（2.27%）、(E)-3-己烯醛（3.50%）（青芒）；3-蒈烯（71.79%）、柠檬烯（3.49%）（红玉）。根据参考文献[14,27,28]对芒果挥发性组分的香韵描述（表6），金芒的特征挥发性成分主要能呈现出青草味、花香、甜香以及松油味；贵妃种主要呈现出青草、花香、甜香以及松木香；青芒主要呈果香、香草味以及松木味；红玉主要呈果香以及松木味。

表5 不同芒果品种主成分的特征值、贡献率及预测能力Table 5 Eigenvalues, cumulative contribution and predication performance of different varieties of mango

表6 不同芒果品种挥发性成分中潜在标志物(VIP＞1)Table 6 Potential markers of volatile components of different varieties of mango

2.6 不同品种芒果香气感官鉴定分析

由香气强度雷达图可知（图4），四种芒果中贵妃整体香气强度最大，金芒、红玉次之，青芒最小；贵妃、金芒的“草香”“花香”和“甜香”等香气较为突出，强度高于青芒与红玉；青芒和红玉的“果香”香气强度高于贵妃和金芒；四种芒果在“松香”中强度差别不大。由此可初步推测，贵妃、金芒主要呈现“草香”“花香”和“甜香”等香气，而青芒、红玉则呈现“果香”等香气。此结果与芒果特征挥发性成分的呈香结果相比较发现，贵妃和金芒主要呈现 “草香”“花香”以及“甜香”，而青芒和红玉主要呈现“果香”和“松木”等香气。因此，芒果香味感官鉴定结果进一步验证了采集到的芒果挥发性成分基本代表了四种芒果的主要呈香物质。

3 结论

本实验通过电子舌检测技术结合固相微萃取气相色谱-质谱联用技术，比较了四个不同品种芒果之间的风味品质差异。电子舌PCA结果表明青芒和红玉具有更相近的味觉特征，贵妃和金芒具有更相近的味觉特征，且电子舌结果与水分含量、pH值、可溶性固形物含等理化指标具有高度相关性。采用 SPME-GC-MS从青芒、红玉、贵妃、金芒中分别检测出44、36、37和35种挥发性物质。芒果挥发性成分的PCA结果能很好地区分出四种芒果，其中青芒和红玉的挥发性成分更接近。通过感官分析进一步验证了芒果的特征挥发性成分基本代表了四种芒果的主要呈香成分。综合理化指标、电子舌、SPME-GC-MS以及香气感官分析结果显示青芒和红玉具有相似的风味特征，金芒和贵妃具有相似的风味特征。本实验结论可为芒果产品的深加工提供理论依据。