新疆5 种鲜食葡萄挥发性香气成分比较分析

朱珠芸茜，王 斌，邓乾坤，史学伟

（石河子大学食品学院，新疆石河子 832000）

新疆因干旱少雨、日照时间长且昼夜温差较大，十分有利于水果生长，素有“瓜果之乡”的美名。新疆苹果、香梨、葡萄、西瓜、哈密瓜等品质优良，含糖量高，味道非常甜美[1]。新疆种植的鲜食葡萄更是种类繁多，包括无核紫、无核白、马奶子、玻璃脆、玫瑰香、美人指、木纳格、香妃、乍娜、喀什哈尔等。其中，玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈尔、无核紫5 种鲜食葡萄香气馥郁、口味甘美，含有丰富的维生素、有机酸，以及钾、钙、磷、铁等矿物质，深受消费者青睐[2]。

挥发性香气是构成葡萄特殊风味的重要因素之一，能令人产生愉悦的感觉，往往成为人们挑选葡萄的关注焦点，也是衡量葡萄及其相关加工产品的一项重要指标[3]。目前，用于研究水果香气技术主要包括感官分析、电子鼻分析、气相色谱- 闻香法、超临界萃取、静态顶空分析、动态顶空分析、顶空固相微萃取技术等[4]。其中，顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术（HS-SPME-GC-MS） 因分析方法简单、快速、准确而被广泛应用于各种水果挥发性风味物质的检测中[5]。Strauss C R 等人[6]发现葡萄的挥发性风味物质主要由醇、醛、酸、酯、酮、萜烯等多类化合物组成，这些化合物是葡萄香味的主要来源，如醛类化合物具有花香，小分子酯类水果香尤为明显，萜烯类化合物可带来独特的品种香[7]。挥发性风味物质的种类、占比、感觉阈值及其相互作用共同决定着葡萄鲜果的风味品质[8]。

近年来，赤霞珠、蛇龙珠和美乐等大宗酿酒葡萄及葡萄酒挥发性香气物质引起人们的关注[9-11]。尽管以巨峰葡萄为主的鲜食葡萄香气物质也有相关报道[12]，但涉及鲜食葡萄的研究方面还比较少。此外，葡萄鲜果的挥发性香气物质不仅受葡萄品种、成熟期等内部因素影响，与种植条件等外部因素也密切相关[13]。作为我国重要的葡萄产区，新疆全年长达2 800 h 的日照、高达20 ℃的昼夜温差，以及纯净的天山雪水、通透的土壤等独特生长条件，赋予鲜食葡萄独特的风味[14]。采用HS-SPME-GC/MS 技术比较了新疆常见5 种鲜食葡萄（玫瑰香、美人指、喀什哈尔、无核紫和乍娜） 的挥发性风味物质组成，并通过香气活性值（OAV） 分析5 种鲜食葡萄特征性香味，为鲜食葡萄及其深加工产品的品质特性提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与抽样

根据鲜食葡萄的香气表征和市场受欢迎程度，确定玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈尔、无核紫5 种鲜食葡萄作为研究对象。2019 年9 月，在新疆天山北麓-石河子产区，根据科学采样的方法，在每种葡萄地里随机选取5 个葡萄架，再在每个葡萄架上随机挑选5 根葡萄藤，采摘5 串葡萄，置于4 ℃冷库中保存。

1.2 仪器与设备

7980A-5975C 型气相质谱联用仪，美国安捷伦公司产品；SPME 型进样器，瑞士CTC Analytics 公司产品；MC202231DF-Ⅱ型数显集热式磁力搅拌器，常州爱华仪器制造有限公司产品；BS 2000S 型电子天平，北京赛多利斯天平有限责任公司产品。

1.3 样品制备

从每串葡萄的不同位置（上、中、下） 各采集5 颗葡萄，冲洗干净后晾干。将晾干的葡萄果粒去核后置于锥形瓶中均匀捣碎。称取5 g 新鲜破碎葡萄匀浆于20 mL 顶空瓶中，加入1.0 g NaCl 和2.5 μL 的内标2 -辛醇，用密封盖密封。

1.4 物质鉴定

1.4.1 GC-MS 条件

GC 条件：进样口温度250 ℃，程序升温，初温50 ℃，保持3 min，以6 ℃/min 升至150 ℃，再以8 ℃/min 升至230 ℃，并保持15 min，载气He，纯度≥99.999%，不分流进样。

质谱条件：电子电离（Electronionization，EI）离子源；电子能量70 eV，接口温度为220 ℃，离子源温度为230 ℃，灯丝发射电流为100 μA，检测器电压1 kV，溶剂延迟时间3 min；扫描范围33.00～450 amu。

1.4.2 香气鉴定

将制备好的样品放在40 ℃磁力搅拌器中，平衡10 min，顶空萃取30 min 后进入气相质谱联用仪。香气物质质谱图采用标准谱库NIST 2008 进行搜索，结合相关文献匹配确定成分，保留正反匹配度大于800 的香气物质[15]，使用内标法进行定量计算[16]，定义为内标2-辛醇的相对含量，按照公式：香气物质质量浓度C（μg/kg） =各组分峰面积×内标质量浓度/内标物峰面积计算，取3 次重复试验的平均值。

1.4.3 关键香气分析

不同化合物对葡萄香气的贡献通过其相关描述进行定性评估，并通过其气味活性值OAV=C/OT，C为某种化合物在葡萄中的浓度，OT 为查阅相关文献获得） 进行定量评估[17]。若某种化合物OAV≥1，则可判定其是对葡萄香气具有重要贡献的成分。鉴定成分中具有最高OAV 的一个或几个成分即被认为是该品种葡萄的特征香气。参考孙宝国《食用调香术》中介绍的香味轮分类法，将鉴定出OAV≥1 的挥发性香气物质分门别类[18]，结合雷达图分析不同鲜食葡萄的香气特征[19]。

1.5 数据处理

试验数据使用Excel 2010 进行统计分析，采用SIMCA 14.1 进行PCA 主成分分析，运用Origin 8.5（Origin Lab，Northampton，MA，USA） 软件进行数据处理和作图，采用SPSS 19.0 进行香气物质组间显著性差异分析（Duncan 检验，p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质鉴定

香气是判断葡萄鲜果及其加工产品的重要指标之一。试验采用HS-SPME-GC/MS 技术检测了新疆5 种鲜食葡萄的挥发性风味物质，香气物质质谱图采用标准谱库NIST 2008 进行搜索，结合相关文献匹配确定成分，使用内标法进行定量计算。

鲜食葡萄挥发性香气物质质量浓度见表1。

试验从玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈尔、无核紫5 种葡萄果实中共检测出66 种挥发性化合物，包括19 种醇类、14 种醛类、8 种酯类、3 种酸类、5 种酮类、9 种萜烯类和8 种其他类化合物。由此可见，鲜食葡萄的主要香气物质为醇类和醛类物质。其中，美人指中检出的香气物质最多，为42 种，质量浓度也最高，香气物质更加丰富且风味强度更高；无核紫种类最少，为31 种；乍娜则是香气物质质量浓度最低。

表1 鲜食葡萄挥发性香气物质质量浓度

（续表1）

挥发性风味物质成分含量见图1。

醛类物质是玫瑰香、美人指、喀什哈尔和无核紫葡萄的第一大类香气化合物，分别占总质量浓度的41.35%，62.62%，39.49%，75.57%（见图1）。其中，2 -己烯醛和正己醛含量最高，决定了葡萄果实的青草味香气；醇类物质是葡萄果实的第二大香气化合物，美人指和喀什哈尔葡萄的醇类物质含量最高，但美人指葡萄更加突出正己醇和（E） -2-己烯-1-醇的果香和酒香，喀什哈尔葡萄则更具乙醇的醇香和1-戊醇的面包香；在5 种葡萄种共检出3 种酸类物质，是葡萄果实中种类最少的香气化合物且只在美人指、乍娜和喀什哈尔葡萄种检出，其中美人指葡萄酸类物质质量浓度最高，具体表现为正己酸的含量，具有类似干奶酪气味，并且一定量的酸能够调和葡萄口感。酯类物质是葡萄香气中的第三大化合物，其中玫瑰香和喀什哈尔的质量浓度最高，主要是己酸乙酯和乙酸乙酯，这2 种化合物增强了葡萄果实的花果类香气。酮类物质共检出5 种，其中玫瑰香葡萄含有所检出的5 种香气化合物，喀什哈尔只检出3 种酮类化合物，但其质量浓度最高，主要为甲基庚烯酮含量较高，增加了喀什哈尔葡萄柠檬草类香气。在萜烯类物质中，玫瑰香葡萄检出8 种，且质量浓度也最高，其中香茅醇、香叶醇和柠檬烯等化合物含量较高，赋予葡萄果实玫瑰花香气。在其他类化合物中，5 种葡萄香气物质质量浓度差距不大，但在物质组成中美人指葡萄更加丰富。

2.2 葡萄重要贡献香气物成分分析

香气阈值是指能够辨认出其香气或者味道的最低浓度[20]，而辨别一种化合物是否对香气有贡献，取决于其存在浓度是否大于它的香气阈值。因此，试验检测出的66 种挥发性风味物质，并非每一种都对鲜食葡萄的香气起作用，需要通过计算气味活性值OAV=C/OT（C 为某种化合物在葡萄中的浓度，OT为查阅相关文献获得） 进行定量评估。当某种化合物OAV≥1，则可判定其是对葡萄香气具有重要贡献的成分。5 种葡萄的重要贡献香气物质见表2。由表2 可知，5 种葡萄中共检测到16 种重要贡献香气物质，包括醇、醛、酯、酮和萜烯5 类化合物，酸和其他类化合物对香气的贡献较低。其中，正己醛、2-己烯醛具有青香气味，酯类化合物可以增强葡萄果实的果香味，正辛醛、壬醛具备的柑橘香也能一定程度上增强葡萄的水果香气，苯乙醛和萜烯类化合物则能为葡萄带来甜玫瑰和花香气息。

表2 5 种葡萄的重要贡献香气物质

2.3 香气聚类分析

鉴于不同品种葡萄之间香气物质的种类、占比及相互之间平衡关系的差异，带来不同品种之间的差异风味。为更直观地展现5 种葡萄挥发性风味物质之间的差异，故采用多元统计分析方法对香气物质进行鉴定，以香气物质组成成分分析与载荷图（图2） 展示5 种葡萄香气物质的聚类情况和重要贡献香气物质，并用总离子流图（图3） 直观展现差异性香气。

主要香气物质主成分分析得分图（a） 与载荷图（b） 见图2，鲜食葡萄香气成分总离子流图见图3。

由图2 和图3 可知，2 个主成分PC1 与PC2 的方差贡献率分别为50.4%和23.6%，累计总贡献率为74%。5 个品种葡萄样品在PCA 得分图中分为3 类，其中喀什哈尔（K） 葡萄样品位于第一象限，无核紫（N） 和美人指（F） 葡萄样品位于第三象限，玫瑰香（M） 和乍娜（Z） 葡萄样品位于第四象限，3 类样品在得分图中距离分别属于不同象限且距离较远，说明在主要贡献香气物质具有较大差异。喀什哈尔（K） 葡萄样品主要贡献香气物质为乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸异戊酯和苯乙醛；无核紫（N） 和美人指（F） 葡萄样品的主要贡献香气物质较少，仅有2-己烯醛和（+） -柠檬烯；玫瑰香（M） 和乍娜（Z）葡萄样品主要贡献香气物质为3-己烯醛、2-辛酮、柠檬醛、香茅醇和香叶醇。

2.4 特征香气分析

通过香气检测技术，在5 种葡萄中检测出16 种对葡萄的香气具有重要贡献的香气物质（见表2）。其中，正己醛、2-己烯醛、正辛醛和壬醛在5 种葡萄中均具有较高香气活性值，是5 种葡萄共有香气物质，赋予葡萄鲜果青香、水果香、花香、柑橘香的基础香味。此外，乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸异戊酯和苯乙醛为喀什哈尔增添了花果类香气和醇香；（+） -柠檬烯为无核紫和美人指贡献了特殊的柠檬及甜香味；3-己烯醛、2-辛酮、柠檬醛、香茅醇和香叶醇则为玫瑰香和乍娜增加了玫瑰花及柑橘香，且在5 种葡萄中，喀什哈尔样品的OAV 值最高，其葡萄的风味强度更高。

为直观展示5 种葡萄的香气分布，根据OAV≥1的重要贡献香气物质对不同香系的贡献，以水果的不同香味作为维度绘制特征香气雷达图（见图5），展示每种香味强弱及不同香味之间的关联。

雷达图，一种以二维形式展示多维数据的图形，雷达图从中心点出发辐射出多条坐标轴（至少大于三条），每一份多维数据在每一维度上的数值都占用一条坐标轴，并和相邻坐标轴上的数据点连接起来，形成一个不规则多边形。如果将相邻坐标轴上的刻度点也连接起来以便于读取数值，整个图形形似雷达仪表盘，因此得名。

香系划分参考孙宝国《使用调香术》中介绍的香味轮（Flavour wheel） 分类法，根据青香（Green flavor）、果香（Fruity ester-like）、柑橘香（Citrus-like flavor）、薄荷香（Minty）、花香（Floral）、辛草香（Spicy herbaceous flavor）、木香- 烟熏香（Woody smoky flavor）、烤香- 焦香（Roasty burnt flavor）、焦糖、坚果香（Caramel nutty flavor）、肉汤-HVP 香（Bouillon HVP flavor）、肉香（Meaty animalic flavor）、脂肪-腐臭香味（Fatty rancid）、奶香- 黄油香味（Dairy butter flavor）、蘑菇- 壤香香味（Mushroom earthy flavor）、芹菜- 汤汁香味（Celery soupy flavor）、硫化物-葱蒜香味（Sulphurous alliaceous flavor） 16 种香味。

5 种鲜食葡萄香气雷达图见图4。

由图4 可知，不同品种葡萄具有不同的香气轮廓，其中青香、果香、柑橘香、花香是5 种葡萄的典型特征香气，但浓郁程度及侧重香气各不相同。通过比较发现，玫瑰香和无核紫的香气轮廓比较相似，都更加突出青香气味，是玫瑰香和无核紫的特征香气；喀什哈尔葡萄则更加突出青香和果香味；乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味；相比之下，美人指葡萄的特征香气更具平衡，具有青香、果香、柑橘香和花香。

3 结论

通过顶空固相微萃取和气相色谱质谱联用技术，从玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈尔、无核紫5 种鲜食葡萄中共检测出66 种挥发性化合物，包括19种醇类、14 种醛类、8 种酯类、3 种酸类、5 种酮类、9 种萜烯类和8 种其他类化合物，其中美人指葡萄香气物质种类和物质质量浓度均最高。在检出的66 种物质中共有16 种香气物质OAV 值大于1，是葡萄果实中的主要香气，通过对这16 种主要香气物质进行主成分分析，喀什哈尔葡萄香气的主要贡献为乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸异戊酯和苯乙醛；无核紫和美人指葡萄香气的主要贡献为2-己烯醛和(+)-柠檬烯；玫瑰香和乍娜葡萄香气的主要贡献为3-己烯醛、2-辛酮、柠檬醛、香茅醇和香叶醇；通过雷达图构建5 种葡萄的香气轮廓，玫瑰香和无核紫的香气轮廓比较相近，更具青香气味；喀什哈尔葡萄则更加突出青香和果香味；乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味；美人指葡萄的特征香气则更具平衡，具有青香、果香、柑橘香和花香。