5種市售臍橙果實香氣成分的主成分分析

唐會周，明 建,2,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400715)

5種市售臍橙果實香氣成分的主成分分析

唐會周1，明 建1,2,*

(1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400715)

研究5種市售臍橙的香氣成分，并探索將臍橙香氣成分作為風味評價指標的可能性。采用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯(lián)用技術測定5種市售臍橙果實的香氣成分，并用主成分分析法對臍橙果實的香氣成分進行分析。結果表明：5種市售臍橙的香氣成分存在較大差異，從中檢出65種香氣成分，主要是單萜、倍半萜、醛類、酮類、醇類和酯類，第一主成分、第二主成分分別指向單萜、烯萜類氧化衍生物。這些香氣成分的差異，形成臍橙各自的風味特征，臍橙香氣成分的主成分分析可以作為臍橙香氣品質潛在的評價方法。

臍橙；揮發(fā)性化合物；主成分分析；氣相色譜-質譜聯(lián)用

柑橘是世界重要的商品水果，其產量為所有水果之首，并且營養(yǎng)價值、藥用價值及保健價值都很高，被世界公認為保健食品[1]。臍橙是我國重要的柑橘品種，亦是鮮食之佳品。香氣成分是構成和影響果品鮮食、貯藏、加工質量及典型性的重要因素，相比傳統(tǒng)品質指標而言，香氣成分越來越成為相關研究的重點。目前，有關柑橘香氣成分的報道較多，主要是果汁貯藏、加工過程中產生異味以及異味物質種類的研究[2-6]，不同品種柑橘香氣成分對比分析報道相對較少，有美國、西班牙的一些品種[7]和溫州蜜柑[8]，有關不同地域臍橙的對比研究主要集中在普通品質上[9-10]，還未見有不同品種臍橙果實香氣成分的報道。主成分分析是一種多元統(tǒng)計分析技術，它是一種降維或者把多個指標轉化為少數(shù)幾個綜合指標的一種方法，主成分分析的目的是簡化數(shù)據(jù)和揭示變量間的關系，其作為一種多元分析方法已廣泛應用于橙汁中果汁含量的判別、濃縮方式的判別以及產品類型與品種的判別[11-13]。目前，中國臍橙面臨著國外“洋水果”的嚴峻挑戰(zhàn)，合理地評價市售鮮食臍橙的香氣品質，有助于應對這種挑戰(zhàn)。本實驗以固相微萃取(solid phase micro extraction，SPME)為香氣富集方法，采用氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)聯(lián)用技術測定5種市售優(yōu)質鮮食臍橙的香氣成分，利用主成分分析方法分析影響香氣成分的主要因子，旨在為臍橙香氣品質的評價提供一種新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

5種市售臍橙商品名分別為奉節(jié)紐荷爾臍橙(產于重慶奉節(jié)縣，品種為紐荷爾)、奉節(jié)臍橙(產于重慶奉節(jié)縣，品種為奉園72-1)、贛南臍橙(產于江西贛州市安遠縣，品種為紐荷爾)、長紅臍橙(產于湖北秭歸縣，系華中農業(yè)大學培育紐荷爾臍橙中的一個優(yōu)良品系)和北碚臍橙(產于重慶北碚區(qū)，品種為鮑威爾)，商業(yè)成熟，購于重慶，每個品種選取10個大小均一、無損傷的果實去核去皮，將可食部分混勻，用于香氣成分分析。

1.2 儀器與設備

QP2010氣相色譜-質譜聯(lián)用儀、DB-FFAP彈性石英毛細管柱(30m×0.25mm，0.25μm) 日本島津公司；固相微萃取裝置、DVB/CAR/PDMS 50/30μm(二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)萃取頭 美國Supelco公司；手持折光儀。

1.3 方法

1.3.1 香氣成分分析

SPME條件：稱取5g待測樣品，轉移至15mL頂空瓶中，加入磁力攪拌子(轉速500r/min)，使用DVB/ CAR/PDMS 50/30μm萃取頭、固相微萃取裝置(在40℃條件下頂空吸附30min后，將萃取頭插入GC進樣口，解析5min。

色譜條件：DB-FFAP石英毛細柱(30m×0.25mm，0.25μm)；載氣：氦氣(He)；進樣口溫度：230℃，無分流進樣。升溫程序：起始溫度 40℃保持5min，以7℃/min 升至140℃，再以10/min℃升至230℃，保持8min。

質譜條件：接口溫度230℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子化方式EI，電子能量70eV，質量掃描范圍35～350m/z。

數(shù)據(jù)分析：運用計算機檢索并與圖譜庫(NIST 05)的標準質譜圖對照，結合有關文獻，確認香氣物質的各個化學成分，按峰面積歸一化法算出樣品中各個組分的相對含量。

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及制圖

主成分分析采用SAS 9.1軟件，根據(jù)相關系數(shù)列出相關矩陣，求出特征根及其相應的特征向量，從特征根中選出幾個較大的特征根及其特征向量，使其累積貢獻率在90%以上。根據(jù)每個品種有關成分相對含量的標準化值及特征根、特征向量計算出各主成分值，并以此作散點圖。

2 結果與分析

2.1 5種臍橙果實香氣成分分析

5種市售臍橙果實香氣成分各組分經計算機譜庫，并結合相關文獻[7,14-15]檢索，從中檢出65種香氣成分(表1)，主要分為6大類，其中醇類15種、醛類11種、酮類5種、酯類7種、單萜9種、倍半萜15種以及其他類3種。

在相同的分析條件下，不同品種臍橙果實各類芳香物質的種類及其相對含量存在很大的差異。從奉節(jié)紐荷爾臍橙果實中檢出香氣成分41種，其中醇類11種、醛類8種、酯類3種、單萜5種、倍半萜1 1種，其他類3種，且無酮類檢出；從奉節(jié)臍橙果實中檢出香氣成分2 5種，其中醇類6種、醛類5種、酮類2種、酯類1種、單萜5種、倍半萜5種，其他類1種；從贛南臍橙果實中檢出香氣成分36種，其中醇類3種、醛類7種、酯類6種、單萜8種、倍半萜1 1種，其他類1種，且無酮類檢出；從長紅臍橙果實中檢出香氣成分3 2種，其中醇類4種、醛類5種、酮類2種、酯類6種、單萜5種、倍半萜8種，其他類2種；從北碚臍橙果實中檢出香氣成分37種，其中醇類11種、醛類6種、酮類1種、酯類3種、單萜5種、倍半萜9種，其他類2種。

2.1.1 共有香氣成分

由表1可知，5種臍橙果實共有的香氣成分共有14種，其中包括：醇類3種，即乙醇(0.35%～3.47%)、芳樟醇(0.37%～2.30%)、α-萜品醇(0.09%～0.38%)；醛類2種，即己醛(0.12%～2.38%)、反-檸檬醛(0.06%～0.78%)；酯類1種，即丁酸乙酯(0.08%～3.72%)；萜烯類7種，即D-檸檬烯(68.5%～80.6%)、β-水芹烯(0.46%～1.49%)、β-月桂烯(2.72%～3.99%)、α-蒎烯(0.34%～0.49%)、石竹烯(0.32%～0.90%)、α-法呢烯(0.02%～0.11%)、α-人參烯(0.28%～1.21%)；其他類1種，即1,1,1-三甲基-3-苯基-2,3-二氫茚滿(0.34%～0.90%)。

2.1.2 特有香氣成分

由表1可知，不同臍橙果實具有不同的香氣特征，其中一個原因是其香氣成分種類存在差異。奉節(jié)紐荷爾臍橙果實特有的香氣成分共9種，分別是1-壬醇、1-癸醇、馬鞭草烯醇、紫蘇醇、十一醛、順-檸檬烯、吉馬烯D、β-倍半水芹烯、9-甲基-1-十一烯；奉節(jié)臍橙果實特有的香氣成分共4種，分別是(Z)-2-己烯醛、乙基乙烯基酮、環(huán)戊酮、1,4-二甲基-7-異丙基-1,2,3,3a,4,5,6,7-八氫天藍烴；贛南臍橙果實特有的香氣成分共7種，分別是己酸乙酯、香檜烯、3-蒈烯、α-水芹烯、4-蒈烯、雪松烯、斧柏烯；長紅臍橙果實特有的香氣成分共3種，分別是3,3,4,4-四甲基-2-戊酮、1-戊烯-3-酮、香茅醇乙酸酯；北碚臍橙果實特有的香氣成分共2種，為3,7-二甲基-1-辛醇和3-戊酮。

表1 5種市售臍橙果實香氣成分及其相對含量Table 1 Aroma components and relative contents in marketed navel oranges from five varieties

續(xù)表1

2.2 5種臍橙香氣成分的主成分分析

利用SAS軟件分析家模塊的主分量分析過程對5種市售臍橙果實香氣成分的相對含量進行主成分分析，得到主成分的特征值和特征向量見表2。由表2可知，第1成分的貢獻率為45.05%，第2成分的貢獻率為19.07%，第3成分的貢獻率為16.33%，第4成分的貢獻率為10.40%，4個成分的累計貢獻率已經達到90.84%，根據(jù)主成分分析一般提取主成分包含90%以上信息的原理[16]，可見此4個主成分足以說明該數(shù)據(jù)的變化趨勢，故根據(jù)其貢獻大小將其命名為第1、2、3、4主成分。

表2 4個主成分的特征值及其貢獻率Table 2 Eigenvalues, contribution and cumulative contribution of 4 principal components

表3 主成分載荷矩陣Table 3 Principal component loading matrix

續(xù)表3

由表3可知：第一主成分反映的指標主要有芳樟醇、α-萜品醇、(E)-2-己烯醛、反-檸檬醛、辛酸乙酯、α-蒎烯、β-水芹烯、β-月桂烯、D-檸檬烯，指向單萜類物質；第二主成分反映的指標主要有1-壬醇、1-癸醇、馬鞭草烯醇、紫蘇醇、癸醛、順-檸檬醛、β-倍半水芹烯，指向烯萜類氧化衍生物；第三主成分反映的指標主要有1-己醇、(Z)-3-己烯醇、(Z)-2-己烯醇、β-側柏烯，指向C6醇類；第4主成分反映的指標主要有己醛、乙基乙烯基酮、環(huán)己酮和1,4-二甲基-7-異丙基-1,2,3,3a,4,5,6,7-八氫天藍烴，指向酮類。因此，柑橘的主要香氣成分可以綜合成單萜類物質、烯萜類氧化衍生物、C6醇類和酮類等幾項指標，用來評價柑橘香氣成分的組成。

根據(jù)表1中5種市售臍橙的65種香氣成分的相對含量、表2中前兩個主成分的特征值和表4中65種香氣成分的載荷值計算出5種臍橙的第一、第二主成分值(且第一、第二主成分之和所占總變異額為64.12%)，然后以第一主成分值為橫坐標、第二主成分值為縱坐標作散點圖(圖1)，由圖1可知，5個品種臍橙根據(jù)距離遠近分為4個區(qū)域，其中除北碚臍橙和奉節(jié)臍橙相離較近可以視為較接近外，奉節(jié)紐荷爾臍橙、贛南臍橙、長紅臍橙相距都比較遠。

圖1 5種市售臍橙的主成分散點圖Fig.1 PCA biplot for five orange varieties

圖2 65種香氣成分的主成分散點圖Fig.2 PCA biplot for 65 identified aroma components

圖2由65種香氣成分的第一主成分值為橫坐標、第二主成分值為縱坐標作散點圖而得。圖2結合圖1可知，影響奉節(jié)紐荷爾臍橙的香氣組成的香氣成分主要集中在第一主成分的正半軸，按影響力從大到小依次為α-蒎烯(39)、β-月桂烯(46)、D-檸檬烯(47)、石竹烯(51)、α-人參烯(59)、β-水芹烯(45)、β-人參烯(54)，其中D-檸檬烯(80.6%)和β-月桂烯(3.99%)占有高的百分含量；影響贛南臍橙的香氣組成的香氣成分主要集中在第二主成分的正半軸，按影響力從大到小依次為癸醛(20)、壬醛(19)、2-甲基丁酸乙酯(36)、反-檸檬醛(26)、辛醛(18)、α-法呢烯(58)；影響奉節(jié)和本地臍橙的香氣組成的香氣成分主要集中在第二主成分的負半軸，按影響力從大到小依次為3-戊酮(29)、乙醛(16)、乙酸乙酯(32)、丁酸乙酯(33)、β-人參烯(54)；影響長紅臍橙的香氣組成的香氣成分主要集中在第一主成分的正半軸，按影響力從大到小依次為1,4-二甲基-7-異丙基-1,2,3,3a, 4,5,6,7-八氫天藍烴(48)、(Z)-2-己烯醛(24)、環(huán)戊酮(31)。

3 討 論

鮑江峰等[9-10]研究表明，不同緯度和不同產區(qū)、產地的紐荷爾臍橙果實的食味品質和品質狀態(tài)存在較大差異，并且主要通過溫度、光照和降雨量等影響果實的品質。本研究考查5種市售臍橙品種香氣成分，發(fā)現(xiàn)各品種之間品質指標差異較大。

結果表明，所占成熟臍橙果實香氣成分比例最高的是烯萜類，臍橙果實香氣成分中的烯萜分為單萜和倍半萜，其中單萜類物質占絕大多數(shù)。檸檬烯具有典型的柑橘香氣，對橙汁的香氣有重要作用[17]，本研究所有單萜中又以檸檬烯相對含量最高，同時檸檬烯也是臍橙果實全部香氣成分中相對含量最高的，含量較高的還有α-萜品醇、β-水芹烯、β-月桂烯、芳樟醇等，Pé rez-Ló pez等[18]認為D-檸檬烯、芳樟醇、α-萜品醇等是橙汁加工過程中的主要控制參數(shù)，本實驗的檢測結果從相對含量的大小上來分析也與此相似，相對含量范圍分別是68.5%～80.6%、0.37%～2.3%、0.09%～0.38%，這樣的結果與對其他橙汁的報道有一定的差異，其他橙汁的D-檸檬烯(86.9%～97.1%)相對含量較大[19-20]。

本實驗嘗試用主成分分析法研究臍橙果實香氣成分的差異，可以找出引起其香氣成分差異的主要化合物，并進行模擬量化。本研究的找出4個主成分，他們代表了90%以上的樣品信息，可以說明樣品之間的差異，第一主成分主要指向單萜類物質，第二主成分主要指向烯萜類氧化衍生物，這與影響橙汁加工的物質相似[18]。

評價一種物質對果實整體香氣的貢獻不能夠僅僅看其相對含量，不同的香氣物質由于閾值及在樣品基質中濃度的不同，對果實香氣的貢獻會不同，僅憑某種香氣成分含量的高低不能準確判斷其對樣品整體香氣貢獻的大小，只有具有較高香氣值(濃度/香氣閾值)的成分才是果實的特征香氣。它們之中，有些含量雖極其微小，但由于香氣閾值較低作用巨大，同時果實香氣的構成中，除了主要賦香物質外，還包括了起協(xié)調作用的、起修飾作用的和起定香作用的化合物，并且這些化合物有的含量甚微，單一通過相對含量或者是香氣值可能無法評價某一成分對果實香氣的影響。主成分分析方法有其可取之處，它提取了香氣成分的有效信息，克服了香氣成分的相對含量評價或者是閾值評價的不足之處，對理解各化合物對香氣的貢獻有重要的幫助。

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Principal Components Analysis of Aroma Components of Marketed Navel Oranges from Five Varieties

TANG Hui-zhou1，MING Jian1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；
2. Chongqing Special Food Programme and Technology Research Center, Chongqing 400715, China)

In the current work, the aroma components of marketed navel oranges from five varieties such as Fengjie Newhal navel orange, Fengjie navel orange Fengyuan 72-1, Gannan Newhall navel orange, Changhong navel orange and Beibei Powell navel orange were investigated by solid phase microextraction (SPME) followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) combined with principal component analysis, and the feasibility of using aroma components for flavor evaluation of orange was explored. The orange varieties presented a large difference in their aroma components. The number of aroma components identified in them was 65, mainly monoterpenes, sesquiterpenes, aldehydes, ketones, alcohols and esters. The first and second principal components were explained as monoterpenes and oxided terpenoid derivatives, respectively. The difference of these aroma components resulted in the unique flavor characteristics of different orange varieties. Therefore, principal component analysis has the potential to be used for aroma quality evaluation of orange.

navel orange；volatile compounds；principal component analysis；gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS)

TS255.2

A

1002-6630(2011)20-0175-06

2011-05-17

唐會周(1986—)，男，碩士研究生，研究方向為果蔬采后生理。E-mail：shcjthz@163.com

*通信作者：明建(1972—)，男，副教授，博士，研究方向為食品化學與營養(yǎng)學。E-mail：mingjian1972@163.com