基于顶空气相色谱-离子迁移谱对不同品种猕猴桃果汁的香气指纹表征

田真，张萌，王银，刘永萍，岳田利*，霍羽佳

1(西北大学 食品科学与工程学院，陕西 西安，710069)2(山东海能科学仪器有限公司，济南 山东，251500)

猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch)，又名奇异果，因其富含维生素C、糖类、单宁、有机酸、氨基酸等营养成分广受消费者欢迎[1-3]。我国猕猴桃年产量约为243万t[4]，深加工产品以果汁、果酒、果醋、果干为主，研究果汁的香气成分有助于调控果酒、果醋等在加工和储藏过程中的香气品质[5]。

品种是影响果实品质的重要因素，更是生产制备猕猴桃果汁的关键影响因子。品种选择不当，会导致猕猴桃汁口味偏酸、维生素C含量低、香气不丰富[6]。目前对不同品种猕猴桃风味成分的研究多采用GC-MS、嗅辨法、电子鼻法等。耿彤晖等[7]通过GC-MS对国产新优猕猴桃品种瑞玉、璞玉的果实香气特征进行分析，指出不同猕猴桃品种的香气特征差异显著，醛类化合物在所有猕猴桃品种中占比最高；朱云琦等[8]采用GC-MS从6种美味猕猴桃中鉴定出50种挥发性成分，其中丁酸丁酯、芳樟醇为共有香气物质；赵玉等[9]结合气相色谱-嗅闻法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)和香气重组法成功鉴定出翠香、徐香、秦美及华优4种猕猴桃中的关键香气物质。顶空气相色谱-离子迁移谱联用技术(headspace-gas chromatography-ion migration spectroscopy, HS-GC-IMS)与GC-MS、GC-O、电子鼻法相比，具有耗时短、灵敏度高、痕量分析等优点[10-11]。因此，本研究以陕西、四川、辽宁3个地区3大种系8个品种猕猴桃为原料，通过测定理化指标，结合HS-GC-IMS与描述性感官分析(descriptive sensory analysis, DSA)表征不同品种猕猴桃汁的香气特性。研究结果可为猕猴桃品种鉴别、猕猴桃果汁、果酒的优质加工专用原料品种选育、加工选择提供理论依据和数据支持，促进HS-GC-IMS技术在猕猴桃果汁风味研究领域的应用发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猕猴桃：共8种，采收自2021年8月至10月，采样情况见表1。每个品种采集10 kg，并从中随机选取30个大小一致、无机械损伤的猕猴桃进行分析。

表1 不同猕猴桃品种的采集情况Table 1 Collection of different kiwifruit varieties

正丁酮、正戊酮、正己酮、正庚酮、正辛酮、正壬酮(色谱纯),百灵威科技有限公司；偏重亚硫酸钾、2,6-二氯靛酚钠、抗坏血酸、草酸、葡萄糖、3,5-二硝基水杨酸(均为分析纯),西安永屹生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

Flavour Spec®气相离子迁移谱联用仪，德国G.S.A公司；MM-DC0617榨汁机，美菱电器有限公司；UV-2600型紫外可见分光光度计，苏州岛津仪器有限公司；Z326K台式高速冷冻离心机，北京五洲新桥贸易有限公司；WZS手持式折射仪，上海仪电物理光学仪器有限公司；PB-10酸度计，赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 猕猴桃汁制备

参考LIU等[12]的方法，选择充分成熟的猕猴桃进行清洗、去皮、压榨，榨汁后添加60 mg/L的偏重亚硫酸钾，4 ℃、5 000 r/min离心10 min，取猕猴桃清汁于-40 ℃冰柜储存。

1.3.2 理化指标分析

出汁率：果汁质量与全果质量之比；可溶性固形物含量：手持折射仪测定；可滴定酸含量：参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》；糖酸比：可溶性固形物含量/可滴定酸含量；pH值：酸度计测定；还原糖：3, 5-二硝基水杨酸法[13]；维生素C含量：2,6-二氯靛酚钠法[14]。

1.3.3 HS-GC-IMS分析

自动进样条件：采用顶空进样方式，取1 mL猕猴桃果汁置于顶空瓶密封。孵化温度60 ℃，孵化时间15 min，孵化转速500 r/min，进样针温度85 ℃，进样量100 μL，清洗时间30 s。

GC条件：色谱柱(FS-SE-54毛细管柱)，色谱柱温度40 ℃，载气为高纯N2(纯度≥99.999%)，运行时间30 min。程序流速，初始2 mL/min，保持5 min，在5 min内线性增至10 mL/min，在10 min内线性增至100 mL/min，并保持10 min。

IMS条件：漂移管温度45 ℃，漂移气为N2(纯度≥99.999%)，漂移气流速150 mL/min。

1.3.4 DSA

参考文献[15]，分析研究了8种猕猴桃汁的香气差异。首先，通过“Le Nez du Vin”香气套件的培训筛选出了对香气较敏感的8名感官评价人员。在分析过程中，每位小组成员都使用了与猕猴桃果汁有关的香气术语来描述其香气特征，经过讨论，确定了9种香气属性词(甜味、酸味、辛辣味、青草香、水果香、坚果香、柑橘香、焦糖香和烟熏味)来评估猕猴桃汁样品(表2)。最后，采用9点区间量表进行样本评估(0表示无此种香气，9表示此种香气非常强烈)。

表2 猕猴桃果汁感官分析标准Table 2 Sensory analysis standard of kiwifruit juices

1.3.5 数据处理

理化指标及感官评价数据分析：采用SPSS 19.0进行统计分析，Graphpad 8.0及Origin 2019软件绘图。

GC-IMS数据分析：利用Reporter插件对比样品间的谱图差异，Gallery Plot插件构建指纹图谱，Dynamic PCA插件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种猕猴桃果汁理化指标分析

出汁率反映了猕猴桃果实的加工特性，如图1-a所示,不同品种猕猴桃出汁率均在70%以上，其中亚特的出汁率最高，与红阳猕猴桃间存在显著差异。可溶性固形物含量、酸度、糖酸比等指标对猕猴桃汁的口感具有重要影响，糖酸比越高说明果汁甜味更强烈，亚特和翠香的糖酸比分别为12.43、12.17，显著高于其他品种猕猴桃，红阳猕猴桃汁的糖酸比仅为5.89(图1-d)，这表明其酸度过高，不利于良好风味的形成。有文献指出，还原糖占水果中总糖含量的90%，主要以葡萄糖、果糖、山梨糖醇等形式存在，对果汁优良风味的产生具有重要作用[13]。美味猕猴桃汁的还原糖含量与中华猕猴桃和软枣猕猴桃间存在极显著差异，其中海沃德的还原糖含量最高，为104.93 g/L(图1-f)。不同品种间维生素C含量差异显著，其中翠香含量最高(126.92 mg/100 mL)，亚特次之，LD133含量最低，仅为11.40 mg/100 mL(图1-g)。

a-出汁率；b-可溶性固形物含量；c-可滴定酸；d-糖酸比；e-pH值；f-还原糖；g-维生素C含量图1 不同品种猕猴桃果汁理化指标Fig.1 Physical and chemical indexes of different kiwifruit juices注：****：P<0.000 1；***：P<0.001；**：P<0.01；*：P<0.05

2.2 不同品种猕猴桃果汁的气相离子迁移色谱分析

2.2.1 不同品种猕猴桃果汁挥发性香气的HS-GC-IMS谱图对比分析

不同品种猕猴桃果汁的三维地形图如图2所示，X轴、Y轴和Z轴分别表示迁移时间、保留时间和离子强度，不同种系间猕猴桃汁挥发性物质种类及含量上的差异，同种系内，虽然挥发性物质种类比较相似，但离子强度存在明显差异。

a-美味猕猴桃；b-软枣猕猴桃；c-中华猕猴桃图2 不同品种猕猴桃果汁的HS-GC-IMS三维谱图Fig.2 Three-dimensional HS-GC-IMS spectra of different kiwifruit juices

图3是三维谱图投影到二维平面上的俯视图，有助于更直观地对比猕猴桃果汁间的挥发性组分，图中的每个点代表一种挥发性物质(颜色越深，浓度越高)。对比可知，美味猕猴桃果汁中(图3-a)亚特的挥发性香气物质较其他3种更加丰富，软枣猕猴桃中(图3-b)，龙成二号和LD133的风味组分差别不大，而中华猕猴桃中(图3-c)，金艳和红阳之间挥发性风味组分有较大差异。图中方形标注位置为美味猕猴桃果汁差异挥发性组分，圆圈标注位置为中华猕猴桃果汁差异挥发性组分。

a-美味猕猴桃；b-软枣猕猴桃；c-中华猕猴桃图3 不同品种猕猴桃果汁的HS-GC-IMS二维谱图Fig.3 Two-dimensional HS-GC-IMS spectra of different kiwifruit juices

2.2.2 基于HS-GC-IMS的不同品种猕猴桃果汁挥发性香气定性分析

利用GC-IMS数据库对比挥发性组分的保留时间和迁移时间进行定性分析，基于正酮C4～C9作外标计算保留指数(retention index, RI)。如表3所示，从8种猕猴桃果汁中共定性出64种挥发性组分(单体及部分物质的二聚体)，主要以酯类、醛酮类物质为主。其中乙酸乙酯、丁酸乙酯、(E)-2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、己醛、正己醇等物质在所有样品中均被检出，这与ZHAO等[15]研究结果一致。

表3 不同品种猕猴桃汁挥发性组分的定性分析Table 3 Qualitative analysis of volatile components in different kiwifruit juices

续表3

不同种系猕猴桃果汁在挥发性物质的种类上存在较大差异(图4)。由图4可知，美味猕猴桃果汁中亚特的酯类物质最为丰富，有21种，其次为海沃德(20种)，相比之下，中华猕猴桃果汁中红阳的酯类化合物则略为单薄，仅有7种。有研究报道，美味猕猴桃中亚油酸、亚麻酸在脂氧合酶和乙醇脱氢酶的作用下形成醇类物质后，可经酰基转移酶催化最终生成酯类物质[16]，本研究中乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯为所有样品中的共有酯类，对于猕猴桃果汁的水果香及甜味具有重要贡献。

图4 不同品种猕猴桃果汁中挥发性组分的种类Fig.4 Types of volatile components in different kiwifruit juices

美味猕猴桃海沃德和翠香果汁中的醛类化合物种类最多，均为16种，包括苯甲醛、己醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、辛醛、庚醛等(表3)。以C6和C9的醛类物质代表着绿色植物的青香味[17]。醛类多以不饱和脂肪酸氧化或Strecker降解途径产生，阈值较低，对香气具有突出贡献[18]。苯甲醛由苯丙氨酸降解形成[19]，具有丰富的坚果香；己醛和庚醛分别是亚油酸和花生四烯酸的氧化产物[20]，具有油脂、青草香、苹果香；糠醛具有烤面包、焦糖香气，其中糠醛仅在海沃德果汁中检测到。邓红等[21]分析发现海沃德猕猴桃非浓缩还原汁主要的醛类香气物质为戊醛、己醛、壬醛、辛醛、正庚醛、(E)-2-己烯醛、2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、(Z)-2-庚烯醛，这与本研究结果基本相似。3-甲基丁醛具有类似苹果、桃子等果香味，其二聚体仅在软枣猕猴桃汁中检测到，赋予了该种系独特的水果香气。软枣猕猴桃果汁中的酮类物质更加丰富(龙成二号和LD133均为8种)，其中具有甜香、奶油味的乙偶姻单体及二聚体是其区分于美味猕猴桃汁和金艳的特征性物质。2,3-戊二酮具有奶油香、甜香、焦糖气味，仅在海沃德猕猴桃汁中检测到。

中华猕猴桃红阳果汁中的醇类物质种类最少，仅为5种。醇类化合物多来源于氨基酸的还原和脂肪的氧化，呈现果香及花香香气[22]。不同品种猕猴桃果汁共有的醇类物质包括正己醇(单体)、1-丁醇、1-戊醇、2-己醇，这些物质为猕猴桃汁提供了青草香气、水果香和辛辣味。2-甲基丁醇、3-甲基丁醇(二聚体)仅在软枣猕猴桃果汁中检测到，这2种醇类均为杂醇油，具有苹果、白兰地、辛辣味。孙阳等[23]通过气相质谱从4种软枣猕猴桃果实中共检测出6种醇类，包括1,5-己二烯-3-醇、3-辛醇、1-辛烯-3-醇、桉树醇、2-乙基己醇、α-松油醇，与本研究结果有较大差异，分析可能是猕猴桃产地、品种及检测方式的不同导致。

萜烯类化合物阈值普遍较低，赋香作用明显[24]。孙阳等[23]发现‘龙成二号’软枣猕猴桃中特有香气化合物为乙酸乙酯、桉树醇、4-蒈烯。辛广等[25]从软枣猕猴桃果实中共检测鉴定出21种化学成分, 其中主要的萜烯类物质为β-月桂烯、D-柠檬烯、β-蒎烯。本试验的检测结果与上述结果略有不同，仅定性出1种萜烯类化合物柠檬烯，可能与遗传差异、检测仪器、色谱柱极性有关[26]。其他类物质主要有2-乙基呋喃和2-乙基-3,5-二甲基吡嗪，2-乙基呋喃具有面包香、焦香、甜香、咖啡香味，2-乙基-3,5-二甲基吡嗪具有巧克力、咖啡、烤坚果香，两者均存在于所有样品中，对猕猴桃果汁中的坚果香气及焦糖香气起到了正向作用。

2.2.3 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气指纹图谱分析

为直观对比不同品种之间挥发性成分相对丰度的差异，构建8种猕猴桃汁样品的指纹图谱。图中每一行代表一种样品的指纹图谱，每一列代表定性出的挥发性组分，指纹图谱中颜色的深浅表示挥发性组分含量的高低。由图5可知，不同品种猕猴桃汁的风味物质的种类和相对丰度存在较大差异。

美味猕猴桃汁中优势挥发性组分主要为酯类及醛类(图5)，其中己酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、正丁醇等物质在亚特猕猴桃汁中的相对丰度要明显高于其他品种，丰富的酯类物质赋予了亚特猕猴桃汁较高的甜味及果香味，有研究表明，高的挥发酯含量与果实软化、可溶性固形物含量及高的糖酸比具有相关性[27]。海沃德与徐香的香气成分比较相似，但也存在特征峰区域，如乙酸戊酯在海沃德果汁中的浓度更高。徐香猕猴桃汁中正己醇、正戊醇的含量高于其他品种，贡献了较浓郁的青草香气。翠香猕猴桃汁中优势挥发性组分主要为醛类及吡嗪类，包括苯甲醛、庚醛、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪，这些物质具有杏味、果仁味、烤坚果味，有助于坚果香气的形成。

图5 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气指纹图谱Fig.5 Fingerprints of volatile aroma of different kiwifruit juices based on HS-GC-IMS注：HWD-海沃德；UX-徐香；CX-翠香；YT-亚特；JY-金艳；HY-红阳；LC2H-龙成2号；LD133-LD133(下同)

中华猕猴桃中金艳和红阳挥发性组分存在较大差异，其中金艳猕猴桃果汁中己酸乙酯、丁酸丙酯、(E)-2-戊烯醛、戊醛相对丰度均高于红阳，这对其呈现的果香、青草香起重要作用。红阳猕猴桃汁中柠檬烯的离子强度最高，柠檬烯具有白柠檬、柑橘、橙子、果香味，为红阳样品提供了较高的柑橘香气。软枣猕猴桃汁中龙成二号与LD133的挥发性组分差异不大，LD133中相对丰度偏高的1-戊烯-3-酮具有强刺激性，为LD133果汁贡献出了较强的辛辣味，而龙成二号果汁中强度较高的2-乙基呋喃具有豆香、烤面包香、甜香，使其香气相对柔和。

2.2.4 基于HS-GC-IMS不同品种猕猴桃汁挥发性香气主成分分析

主成分分析可更直观地对不同品种猕猴桃果汁进行区分。如图6所示，主成分1和主成分2的贡献率之和达72%，表明这2个主成分能表征挥发性物质中的大部分信息。

图6 不同品种猕猴桃汁主成分分析Fig.6 Principal component analysis of different kiwifruit juices

由图6可知，不同品种的猕猴桃汁分别处于不同的区域，得到了很好的区分。软枣猕猴桃与中华猕猴桃和美味猕猴桃相距较远，说明主成分1能有效的将软枣猕猴桃与其他2类进行区分，而中华猕猴桃和美味猕猴桃距离较近，说明两者之间的挥发性组分比较相似，其中金艳香气特征极贴近美味猕猴桃。美味猕猴桃果汁中，亚特的挥发性组分与其他3个品种间差异较大，主成分2很好地将亚特与其他品种进行了区分。

2.3 不同品种猕猴桃果汁DSA

对8名品评员的感官数据进行统计，绘制感官分析蜘蛛网图。如图7所示，猕猴桃汁样品中青草香、水果香、酸味的得分偏高，说明这3种香气属性代表了猕猴桃汁中的主要气味，与ZHAO等[15]研究结果相似。

图7 不同品种猕猴桃汁感官分析蜘蛛网图Fig.7 Spider web map of sensory analysis for different kiwifruit juices

不同种系的猕猴桃汁的感官结果有明显差异。美味猕猴桃汁的甜味、水果香气较高，其中亚特的果香味最高，这可能与HS-GC-IMS中定性出的丰富的挥发性酯类存在相关性。青草香是猕猴桃汁中的一类主要香气，相比于其他3种美味猕猴桃，徐香的青草香更加浓郁，这可能归因于徐香猕猴桃汁中相对丰度较高的正己醇。坚果香、焦糖香气的感官得分都偏低，这2类香气的强度在翠香猕猴桃汁中最高，推测可能与翠香中的醛类物质和吡嗪类物质含量较高有关。

中华猕猴桃汁中，金艳和红阳的感官结果差异较大，主要体现在甜味、辛辣味、水果香及柑橘香气上，金艳的甜味、水果香气强度均明显高于红阳猕猴桃汁，与美味猕猴桃汁的香气特征比较接近，这与主成分分析结果相符。红阳猕猴桃汁的柑橘香气最为突出，推测可能是红阳中的柠檬烯含量较高所引起的。令人意外的是，评价人员在软枣猕猴桃汁中均嗅出了不同强度的烟熏香味，其中龙成二号的烟熏味最浓，但目前还无法推断出产生这类香气的具体挥发性组分，有待后续研究中与GC-MS相结合进一步分析。

3 结论

本研究对不同地区8个品种猕猴桃汁的理化指标和香气物质进行了测定和分析，其中美味猕猴桃汁的可溶性固形物含量、糖酸比、还原糖含量均明显高于其他种系，甜味、水果香突出，中华猕猴桃红阳的感官结果与其他品种差异较大，酸度、辛辣度、青草香突出，软枣猕猴桃烟熏味明显。通过HS-GC-IMS在猕猴桃汁中共定性出64种香气成分，主要为酯类及醛酮类，乙酸乙酯、丁酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯、己醛在美味猕猴桃汁中的相对丰度更高，中华猕猴桃果汁金艳和红阳的风味组分存在较大差异，金艳的香气特征与美味猕猴桃汁类似，红阳的特征风味物质为柠檬烯，2-甲基丁醇、3-甲基丁醇(二聚体)、乙偶姻是软枣猕猴桃果汁区分于其他品种的关键香气物质。主成分分析结果表明，不同品种猕猴桃汁有明显的差异。研究建立了8种猕猴桃果汁的挥发性气味指纹图谱，为优质猕猴桃果汁加工专用品种的育种、加工原料选用提供了数据支持。