基于GC-IMS分析“黄金”和“紫香”西番莲果实挥发性风味物质的差异

陈怀宇，王钰淇，陈洪彬，郑金水，蒋璇靓

(1 泉州师范学院海洋与食品学院，福建泉州，362002；2 近海资源生物技术福建省高校重点实验室，福建泉州，362002；3 福建省泉州市农业科学研究所，福建泉州，362212)

西番莲PassifloracaeruleaL.俗称百香果、热情果，属多年生藤本植物，是近年来我国福建、广西、广东等地大量推广种植的热带特色浆果[1-2]。成熟西番莲果实富含浓郁香气，具有番石榴、草莓、苹果、菠萝等多种水果香气，素有“果汁之王”和“香料水果”的美誉[1，3]。风味是果实重要的感官品质指标之一，不同品种西番莲果实的挥发性风味物质组成和含量不同，而浓郁的风味是西番莲果实风靡市场的重要因素[4]。西番莲果实中的主要挥发性风味物质以酯类为主，如丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸己酯、乙酸丁酯、己酸乙酯等，其次为醇类、酮类和醛类等物质[5-7]。这些挥发性风味物质的组成和含量因西番莲果实成熟度、品种以及贮藏环境的不同而有较大差异[8-9]。

目前，有关西番莲果实中挥发性风味物质的鉴定主要以气相色谱-质谱法为主，需要对其进行固相微萃取等预处理，对于组分相似的物质分离也存在一定局限性，限制了西番莲果实特征风味指纹图谱的构建[4-5]。气相色谱-离子迁移谱(Gas chromatographyionmobility spectrometry，GC-IMS)是一种新型的风味物质分离和检测技术，通过GC-IMS技术可以分析不同品种番荔枝、水蜜桃等果实挥发性风味物质的差异，找出特征挥发性组分，建立的指纹图谱可以显著区分不同品种或鉴别出产地[10-13]。目前，鲜见利用GC-IMS技术分析西番莲果实挥发性风味物质的有关报道。本文以福建省主栽西番莲品种果实为材料，利用GC-IMS技术分析两个品种果实挥发性风味物质的差异，建立相关指纹图谱，为西番莲品种识别和挥发性风味物质研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

“黄金”和“紫香”西番莲果实采自福建省泉州市南安市溪美镇缘味家庭农场，九成熟，采后立即运送至实验室。FlavourSpec®风味分析仪配有CTC PAL RSI自动顶空进样器(GC-IMS)，德国G.A.S公司产。

1.2 方法

每个品种取备用果实10个切开，将果汁混匀后，取果汁1.0 g，置于20 mL顶空瓶中密封，每个品种做3个平行重复。

GC-IMS分析条件参考杨涛华等[10]方法，自动顶空孵育温度40 ℃，孵育时间15 min，孵化转速500 rpm，进样针温度45 ℃，进样体积200 μL；GC色谱柱为MXT-5(15 m×0.53 mm×1 μm)，柱温60 ℃，运行时间20 min，载气为高纯度N2，载气流速设定为初始2 mL/min，保持2 min，2～20 min线性增加至100 mL/min；IMS漂移管温度45 ℃，漂移气为高纯度N2，漂移气流速150 mL/min。

1.3 数据分析

采用风味分析仪配套的分析软件VOCal对谱图和数据进行分析，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库对香气物质进行定性分析,用Reporter插件直接对比样品之间的谱图差异,用Gallery Plot插件进行指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间香气成分的差异；用Dynamic PCA插件进行动态主成分分析和相似度分析,采用软件Excel 2016处理数据，挥发性物质含量为归一化后的相对峰体积(%)。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质GC-IMS图谱对比

从图1A可以直观看出“黄金”和“紫香”西番莲果实中挥发性风味物质的差异。图1B中横坐标1.0处竖线为反应离子峰RIP，RIP峰两侧的每1个点代表1种挥发性风味物质。颜色深浅代表物质的浓度高低，颜色越深表示浓度越高。图1C是以“黄金”西番莲为参比，浅色图谱扣除“黄金”西番莲中的信号峰，得到二者的差异谱图。其中，深色部分说明该物质在此样品中较“黄金”低(见图C区域a)，灰色部分说明该物质在此样品中较“黄金”多(见图C区域 b)，颜色越深说明差异越大。由图1可知，西番莲果实挥发性风味物质可以通过GC-IMS得到较好的分离检测，“黄金”和“紫香”果实之间的挥发性风味物质组成差别不大，但同种挥发性风味物质含量则存在较大差异。与“黄金”相比，“紫香”a区域内挥发性风味物质含量较低，b区域内挥发性风味物质含量较高。总体而言，与“黄金”相比，“紫香”果实挥发性风味物质较丰富。

注：A.三维图，B.俯视图，C.差异图。a区域表示挥发性风味物质含量较低，b区域表示挥发性风味物质含量较高。

2.2 果实挥发性风味物质定性分析

根据“黄金”和“紫香”果实挥发性风味物质的保留时间和离子漂移时间，使用外标正酮C4～C9为参考，计算挥发性风味物质的保留指数，与GC-IMS内置软件的NIST数据库和IMS数据库进行匹配，对西番莲果实挥发性风味物质进行定性分析，共检出挥发性风味物质48种。其中已定性物质43种，未知5种。从表1看出，挥发性风味物质主要包括酯类20种、醇类8种、酮类7种、萜烯类5种、醛类3种，其中有11种化合物同时检出单体和二聚体(两个相同分子结合成的物质，在单体洗脱后出现)。“黄金”和“紫香”果实挥发性风味物质的种类基本一致，但不同挥发性风味物质相对含量有差异。这与顶空固相微萃取联合GC-MS(HS-SPME-GC-MS)分析不同品种西番莲果实挥发性风味物质的结果基本一致[4，14]。

表1 “黄金”和“紫香”西番莲果实挥发性风味物质定性分析

对峰体积归一化后可知，“黄金”果实中酯类占66.95%、醇类占12.87%、酮类占2.76%、萜烯类占14.85%、醛类占0.70%，“紫香”果实中酯类占71.94%、醇类占11.81%、酮类占4.08%、萜烯类占7.37%、醛类占1.09%。这说明西番莲果实中挥发性风味物质以酯类和醇类为主，如己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯和乙醇等。进一步比较分析发现，“紫香”果实中的酯类总含量较“黄金”高，但“黄金”果实中己酸乙酯和乙酸乙酯的含量高于“紫香”，而己酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、甲酸乙酯 、2-甲基丁酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸己酯等物质含量均极显著低于“紫香”；“黄金”果实中萜烯类物质总含量是“紫香”的2.01倍，以柠檬烯和月桂烯为主；而“紫香”果实中酮类物质总含量是“黄金”的1.48倍，以2-庚酮和丙酮为主。

续表1

2.3 挥发性风味物质GC-IMS指纹图谱分析

图2中，每列为1种挥发性风味物质，点的颜色深浅和面积表示挥发性风味物质含量大小，颜色越深、面积越大，说明该挥发性风味物质含量越高。由图2可知，“黄金”和“紫香”果实的挥发性风味物质存在显著性差异，均有各自的特征风味物质，且果实中挥发性风味物质组分及含量差异会使其呈现不同的香气类型。“黄金”果实中萜烯类物质含量较高，如柠檬烯、α-松油烯、月桂烯、β-蒎烯、α-蒎烯等；此外，苯甲酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、苯乙酮、1-戊醇、E-2-己烯醇、E-2-己烯醛、2-己酮等物质含量也较高。“紫香”果实中酯类物质含量较高，如癸酸乙酯、己酸异戊酯、辛酸乙酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、己酸丙酯、己酸甲酯、丁酸异丁酯、丁酸丙酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、乙酸异丁酯、异丁酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯、甲酸乙酯等；此外，(E，E)-2，4-壬二烯醛、3-甲基丁醛、1-己醇、异己醇、异戊醇、芳樟醇、氧化芳樟醇、2-壬酮、2-庚酮、环己酮、2-戊酮、丙酮等物质含量也较高。说明“黄金”果实的特征风味以萜烯类为主，“紫香”果实的特征风味以酯类为主。

注：1—5表示未知的挥发性风味物质。

2.4 挥发性风味物质主成分分析

由图3可知，对西番莲果实挥发性风味物质进行主成分分析，第一主成分(PC1)为97%，第二主成分(PC2)为2%，两个主成分累计贡献率99%；可以直观看出“黄金”和“紫香”果实各自聚类，区分度很高。因此，可以根据西番莲果实挥发性风味物质来区分两个品种。

图3 “黄金”和“紫香”西番莲果实挥发性风味物质主成分分析

3 结论与讨论

本研究利用GC-IMS技术检测“黄金”和“紫香”西番莲果实中挥发性风味物质，共定性识别出挥发性风味物质43种，包含酯、醇、酮、萜烯和醛类化合物等，以酯、醇和萜烯类为主。研究结果表明，两个西番莲品种果实挥发性风味物质含量差异显著，“黄金”果实中萜烯类物质含量较高，以柠檬烯和月桂烯为主；“紫香”果实中酯类和酮类物质含量较高，以己酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸甲酯、甲酸乙酯、2-甲基丁酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸己酯、2-庚酮和丙酮为主。相较于“黄金”西番莲，“紫香”西番莲表现出更为丰郁的香气，推测正是由于两者上述挥发性风味物质含量差异引起。主成分分析可以有效区分两个品种西番莲果实，前两个主成分累计方差贡献率高达99%。同时，本研究利用GC-IMS技术构建了“黄金”和“紫香”西番莲果实挥发性风味物质指纹图谱，但由于IMS数据库中西番莲风味物质数据还不完善，该指纹图谱不能完全代表两个品种挥发性风味物质，仍需进一步扩充西番莲挥发性风味物质数据库，以为西番莲品种识别及挥发性风味物质研究提供数据支持。