气味活度值法评价蓝莓果皮、果肉、果汁挥发性香气成分

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(1.吉林农业大学园艺学院,吉林长春 130118;2.吉林省普蓝高科技有限公司,吉林长春 130000;3.淄博普蓝农业科技有限公司,山东淄博 255000;4.山东理工大学生命科学学院,山东淄博 255000)

蓝莓,又名越橘,原产于美洲,是多年生落叶小灌木。经过多年的引种试验,密斯蒂、布里吉塔蓝莓成为中国长江流域的主栽品种。蓝莓酸甜可口,香气清爽,营养丰富,含有大量的植物多酚,富含绿原酸、鞣花酸、花青素等物质,具有清除自由基、保护视力、降低心脏风险等功效,国际粮农组织确定蓝莓为人类健康食品[1]。

香气成分是评价食品质量的重要指标,在对香气研究的过程中,分析结果都是挥发性成分在食品挥发性气体体系中的百分含量,而大量研究表明挥发性成分的百分含量与风味特征无直接关系[2]。谢妍纯[3]等通过相对百分含量分析,发现异戊酸乙酯、乙酸乙酯是都克蓝莓主要的香气成分。孙阳[4]研究发现蓝莓果实主要以酯类为主,其中3-甲基丁酸乙酯、3-甲基丁酸甲酯是Geo和Reveilla的主要香气成分。不同挥发性香气的香味阈值差异很大,对人体感官的嗅觉刺激差别也很大,挥发性风味化合物对食品风味的贡献是由物质的浓度与感觉阈值共同决定的[5]。胡秋丽[6]研究发现癸醛、芳樟醇、大马士酮阈值较低,结合香气成分的百分含量进行气味活度值分析表明:大马士酮、芳樟醇是蓝莓果实的关键风味化合物。

目前,对水果完整果实的香气研究较多,而果皮、果肉等单一组织的香气研究较少。研究水果香气成分的意义在于挥发性成分所散发出的香味特征,进而确定关键风味化合物,对于食品香精香料等产品的配伍提供依据。本研究应用顶空固相微萃取法吸附收集蓝莓果皮、果肉、果汁挥发性气体,通过色谱图与质谱库鉴定香气成分,采用气味活度值法评价香气特征,确定关键风味化合物,为密斯蒂、布里吉塔蓝莓的果实品质与加工利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蓝莓品种 为密斯蒂、布里吉塔,由吉林省普蓝高科技有限公司提供,采自湖北随州广济基地;NaCl 天津市华东试剂厂。

SG280C1组织破碎机 浙江苏泊尔股份有限公司;601超级恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗仪器厂;BT125D型分析天平 奥多利斯科学仪器有限公司;7890A/5975C气相-质谱联用仪 美国Agilent公司;固相微萃取装置及50/30 μmol/L DVB/CAR/PDMS萃取头 上海安谱科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 香气成分萃取

1.2.1.1 蓝莓果皮香气成分提取 参考马越[7]的方法,以密斯蒂、布里吉塔蓝莓为实验原料,使用医用刀片切开果实,剥去果肉,用吸水纸吸干果皮上的果汁,称取0.5 g蓝莓果皮样品,均匀放置于50 mL顶空萃取瓶中,45 ℃保温平衡30 min,插入固相微萃取针,顶空萃取30 min后,将萃取针插入GC进样口,解析5 min。

1.2.1.2 蓝莓果肉香气成分提取 参考孙海悦[8]的方法,以密斯蒂、布里吉塔蓝莓为实验原料,使用医用刀片剥离果肉,置于研钵中,精确称量10.0 g蓝莓果肉,加入1 g NaCl研磨,放置于50 mL顶空萃取瓶中,45 ℃保温平衡30 min,插入固相微萃取针,顶空萃取30 min后,将萃取针插入GC进样口,解析5 min。

1.2.1.3 蓝莓果汁香气成分提取 参考关小莺[9]的方法,以密斯蒂、布里吉塔蓝莓为实验原料,取适量步骤1.2.1.2制得的蓝莓果肉,放置于组织破碎机中,取出后采用70目尼龙滤布过滤,准确量取10 mL果汁,添加1 g NaCl,完全溶解后放置于50 mL顶空萃取瓶中,45 ℃保温平衡30 min,插入固相微萃取针,顶空萃取30 min后,将萃取针插入GC进样口,解析5 min。

1.2.2 气相色谱条件 参考杨旭[10]的方法,色谱柱DB-5MS(30 m×250 μm,0.25 μm);进样口温度:250 ℃;升温程序以50 ℃保持1 min,以5 ℃/min升到80 ℃,保持0 min,以10 ℃/min升到220 ℃,保持2 min;载气:高纯He,1.0 mL/min;色谱柱起始温度50 ℃。

1.2.3 质谱条件 参考张强[11]的方法,MS四级杆温度150 ℃;离子源温度230 ℃;离子源:EI;电子能量:70 eV;扫描范围:35～625 amu。

1.2.4 定性定量分析 扫描图谱与NIST08.L 质谱库对照进行定性鉴定,采用峰面积归一化法计算出各香气成分样品中的相对含量,为确定关键风味化合物,本研究只分析匹配度大于60%且带有挥发性香味的组分。

1.2.5 气味活度值评价方法 参考Swiegers[12]的方法,采用气味活度值(odor activity value,OAV)评价各化合物对样品总体风味的贡献,气味活度值的计算公式为:

OAV=C/T

式中,C为挥发性香气成分百分含量;T为感觉阈值。

参考陈芝飞[13]的方法,OAV>1,说明该物质可能对总体风味有直接影响,定义为关键风味化合物;0.1

2 结果与分析

2.1 蓝莓挥发性香气成分分析

经气相质谱联用仪鉴定与质谱库比对分析,蓝莓挥发性香气如表1所示。

表1 蓝莓果皮、果肉、果汁挥发性香气分析Table 1 Analysis of volatile aroma of blueberry peel,pulp and juice

注:“-”为该化合物未检出。

检出过程中存在进样隔垫损耗,固相微萃取头吸附材料或色谱柱填充材料流失等情况,成分中含有部分硅氧环状化合物和饱和烷烃类物质,本研究在于确定蓝莓不同实验样品的关键风味化合物,故本文对无特征风味的挥发性化合物不做详细分析。

在密斯蒂、布里吉塔蓝莓果皮、果肉、果汁6个样品中共鉴定出35种香味成分,主要挥发性香气成分为醛类11种、醇类10种、酮类7种、萜烯类化合物4种、其他类3种。6个样品中均检测出芳樟醇、2-壬烯醛、甲基庚烯酮、香叶基丙酮、桉叶油醇、α-松油醇,且芳樟醇相对含量最高。密斯蒂蓝莓果皮、果肉、果汁香味成分相对含量分别为59.98%、61.77%、68.31%,布里吉塔蓝莓果皮、果肉、果汁分别为65.72%、66.87%、58.35%。

2.1.1 密斯蒂、布里吉塔果皮香气成分比较 密斯蒂果皮含23种挥发性香气成分,其中醛类8种、醇类8种、酮类3种、萜烯类2种、其他类2种,香气成分以醇类、醛类、萜烯类为主,三者相对含量总计50.93%,含量较高的香气成分是芳樟醇(13.26%)、右旋萜二烯(11.75%)。布里吉塔果皮含16种挥发性香气成分,其中醛类7种、醇类4种、酮类3种、萜烯类2种,香气成分以醇类、醛类、酮类为主,三者相对含量总计59.16%,含量较高的香气成分是芳樟醇(10.74%)、壬醛(9%)。

密斯蒂、布里吉塔果皮共同含有14种香气成分,其中芳樟醇、壬醛、右旋萜二烯、苯甲醛、香叶基丙酮、2-辛烯醛、甲基壬基甲酮是蓝莓果皮的主要香气成分。相比布里吉塔果皮,密斯蒂果皮香气成分种类丰富,还含有萜品油烯、橙花醇、香叶醇、桂皮醛、丁香酚等成分,且芳樟醇、右旋萜二烯贡献突出。布里吉塔果皮香气成分种类较少,含量较均衡。果皮是加工香精香料的主要对象,不同水果果皮挥发性物质差异较大,枇杷[20]果皮以己醛、反-2-己烯醛等醛类物质为主,赤霞珠、蛇龙珠葡萄[21]果皮以乙酸、萘为主,柠檬[22]、金菠萝[23]果皮以萜类化合物为主。

表2 蓝莓果皮、果肉、果汁气味活度值分析Table 2 Analysis of odor activity value of blueberry peel,pulp and juice

2.1.2 密斯蒂、布里吉塔果肉香气成分比较 密斯蒂果肉含18种挥发性香气成分,其中酮类6种、醇类5种、醛类4种、萜烯类2种、其他类1种,香气成分以醇类为主,相对含量总计46.83%,含量较高的香气成分是芳樟醇(36.38%)、α-松油醇(7.89%)。布里吉塔果肉含14种挥发性香气成分,其中醇类5种、醛类4种、酮类4种、萜烯类1种,香气成分以醇类为主，相对含量总计49.72%,含量较高的香气成分是芳樟醇(33.13%)、α-松油醇(9.20%),周立华等[24]研究表明蓝莓主要香气物质是芳樟醇与α-松油醇,相对含量分别为15.98%、8.54%,与本文研究一致。

密斯蒂、布里吉塔果肉共同含有12种香气成分,其中芳樟醇、α-松油醇、香叶基丙酮、E-2-庚烯醛、甲基庚烯酮是蓝莓果肉的主要香气成分。相比布里吉塔果肉,密斯蒂果肉香气成分种类较为丰富,还含有右旋萜二烯、香叶醇、左氢香芹酮、右旋香芹酮等成分。

2.1.3 密斯蒂、布里吉塔果汁香气成分比较 密斯蒂果汁含13种挥发性香气成分,其中醇类5种、酮类3种、醛类2种、萜烯类2种、其他类2种,香气成分以醇类为主,相对含量总计63.52%,相对含量较高的香气成分是芳樟醇(41.37%)、α-松油醇(16.52%)。布里吉塔果皮含16种挥发性香气成分,其中醇类6种、醛类5种、酮类3种、萜烯类2种,香气成分以醇类为主、相对含量总计49.73%,相对含量较高的香气成分是芳樟醇(25.85%)、α-松油醇(16.23%)。

密斯蒂、布里吉塔果汁共同含有10种香气成分,其中芳樟醇、α-松油醇、香叶基丙酮、桉叶油醇是蓝莓果汁的主要香气成分。二者在成分种类上差异不大,但芳樟醇、桉叶油醇、萜品油烯在相对含量上差异较大。谢妍纯等[25]研究都克品种蓝莓果汁发现主要香气成分为己醛(43.70%)、反-2-己烯醛(38.77%),与本文研究成果差异较大,是由于使用INNOwax极性色谱柱决定的。

2.2 气味活度值分析

结合挥发性香气成分阈值分析蓝莓样品气味活度值,结果如表2所示。

气味活度值次序为:密斯蒂果肉>密斯蒂果汁>布里吉塔果皮>布里吉塔果汁>布里吉塔果肉>密斯蒂果皮,密斯蒂蓝莓气味活度明显高于布里吉塔蓝莓。如表1所示芳樟醇相对含量最高,但对蓝莓样品的气味活度贡献不是最高的,而大马士酮、癸醛、2,4-壬二烯醛相对含量较低,阈值分别为0.002、0.1、0.06 μg/kg,对蓝莓样品气味活度有较大的贡献,这也说明采用相对百分含量评价蓝莓香气并不能反映挥发性香气成分的贡献性[26]。研究表明OAV≥1的物质被确定为关键性香气成分[27-28],并在蔓越莓[29]、草莓[30]等水果以及榴莲酒[31]、葡萄酒[32]等水果加工制品中得到了广泛的应用。

2.2.1 密斯蒂、布里吉塔果肉气味活度值比较 密斯蒂与布里吉塔果肉含有3种关键风味化合物且成分及贡献次序相同,依次为大马士酮、芳樟醇、2-壬烯醛。密斯蒂果肉还含有修饰性风味化合物桉叶油醇、1-辛烯-3-酮和13种潜在风味化合物;布里吉塔含有修饰性风味化合物桉叶油醇、1-辛烯-3-酮、Z-5-辛烯-1-醇和8种潜在风味化合物。二者在主要风味化合物种类上无明显差别,密斯蒂与布里吉塔果肉均带有玫瑰花香、清香与脂香气息,由于密斯蒂果肉大马士酮的气味活度值(234.65)高于布里吉塔(117.8),密斯蒂果肉玫瑰香气更浓郁。研究发现大马士酮也是葡萄[33-34]中的主要香气成分,申静云等[35]采用2株汉逊氏酵母混合发酵,大马士酮含量提高8.85%,使葡萄酒香气更加浓郁。

2.2.2 密斯蒂、布里吉塔果皮气味活度值比较 密斯蒂与布里吉塔果皮含有5种关键风味化合物,密斯蒂果皮依次为癸醛、2-壬烯醛、壬醛、芳樟醇、右旋萜二烯,布里吉塔果皮依次为2,4-壬二烯醛、癸醛、2-壬烯醛、壬醛、芳樟醇。蓝莓果皮以醛类为主,但二者气味描述差异较大,密斯蒂果皮贡献最高的是癸醛(14.73),具有甜香、柑橘香的特征;布里吉塔果皮贡献最高为2,4-壬二烯醛(79.68),具有花香、脂香的特点。此外,密斯蒂果皮还含有丁香酚、辛醛2种修饰性风味化合物和15种潜在风味化合物,布里吉塔果皮含有辛醛、右旋萜二烯、桉叶油醇2种修饰性风味化合物和8种潜在风味化合物,且布里吉塔果皮香气活度值(146.2)更高,布里吉塔果皮脂香更浓郁。

2.2.3 密斯蒂、布里吉塔果汁气味活度值比较 密斯蒂果汁关键风味化合物为大马士酮、芳樟醇,布里吉塔果汁关键风味化合物为大马士酮、芳樟醇、2-壬烯醛。密斯蒂果汁大马士酮(236.35)气味活度值高于布里吉塔果汁(133.95),果汁香气描述与果肉组织一致。此外,密斯蒂果汁还含有修饰性风味化合物右旋萜二烯、桉叶油醇和8种潜在风味化合物,布里吉塔果汁含有修饰性风味化合物桉叶油醇、2-己烯醛和10种潜在风味化合物。桉叶油醇也是肉桂[36]、月桂叶[37]、菊花[38]等植物香料的主要香气成分。

3 结论

本研究采用色谱图与NIST08.L质谱库对照进行鉴定,结果表明:在密斯蒂与布里吉塔蓝莓果皮、果肉、果汁6个样品中共鉴定出35种香气成分,主要挥发性香气成分为醛类、醇类、酮类、萜烯类4大类化合物。芳樟醇、2-壬烯醛、甲基庚烯酮、香叶基丙酮、桉叶油醇、α-松油醇为共同含有,且芳樟醇相对含量最高。密斯蒂蓝莓果皮、果肉、果汁具有嗅感风味化合物相对含量分别为59.98%、61.77%、68.31%,布里吉塔蓝莓果皮、果肉、果汁分别为65.72%、66.87%、58.35%。

通过气味活度值法分析表明:密斯蒂果肉、布里吉塔果肉与布里吉塔果汁关键风味化合物均为大马士酮、芳樟醇、2-壬烯醛;密斯蒂果汁关键风味化合物为大马士酮、芳樟醇;密斯蒂果皮关键风味化合物为癸醛、2-壬烯醛、壬醛、芳樟醇、右旋萜二烯;布里吉塔果皮关键风味化合物为2,4-壬二烯醛、癸醛、2-壬烯醛、壬醛、芳樟醇。此外,桉叶油醇、右旋萜二烯等修饰性风味化合物与α-松油醇、甲基庚烯酮、香叶醇等潜在风味化合物对蓝莓的整体风味具有很好的调和与修饰作用,是必不可少的挥发性香气成分。

本文在对蓝莓果皮、果肉、果汁的研究中发现,大马士酮相对百分含量较低,但气味活度值高,对密斯蒂、布里吉塔蓝莓果肉与果汁样品贡献显著。果肉与果汁整体气味活度值较高,其关键风味化合物无明显差别,修饰性及潜在风味化合物差别较大,说明蓝莓香气品种间差异是由修饰性及潜在风味化合物决定的。布里吉塔果皮气味活度值较高,果肉与果汁较低,适合鲜果食用,而密斯蒂与之相反,更适合做加工产品。