油紅梨 (Pyrus ussuriensis) 果實(shí)后熟過程中香氣成分的變化

摘 要: 通過頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析油紅梨果實(shí)后熟不同時(shí)期揮發(fā)性組分。后熟0 d、5 d及10 d時(shí)分別檢測(cè)出11、26 和33種揮發(fā)性成分，主要為酯類、醛類、醇類及萜類物質(zhì)。各種揮發(fā)性物質(zhì)在不同的后熟時(shí)期種類及絕對(duì)含量均為升高的趨勢(shì)，尤其是酯類組分的增加；35種揮發(fā)性組分中共檢測(cè)出7種特征香氣組分，分別為己醛、E-2-己烯醛、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯和庚酸乙酯，其中具有果香型特征的2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯及乙酸己酯對(duì)果實(shí)香氣的貢獻(xiàn)值較大；基于揮發(fā)性組分的差異，電子鼻能夠很好的將不同時(shí)期的油紅梨區(qū)分開來。

關(guān)鍵詞: 油紅梨； 揮發(fā)性組分； 頂空固相微萃取； 氣質(zhì)聯(lián)用儀； 電子鼻

中圖分類號(hào)：Ｓ６６1．2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１００９－９９８０?穴２０12?雪０1－0011－０6

Changes of aromatic composition in Youhongli (Pyrus ussuriensis) fruit during fruit ripening

LI Guo-peng1， JIA Hui-juan1，WANG Qiang2， ZHANG Mao-jun2， TENG Yuan-wen1*

（1Department of Horticulture， Zhejiang University· The State Agricultural Ministry Laboratory of Horticultural Plant Growth， Development ＆ Biotechnology， Hangzhou， Zhejiang 310058 China； 2Pomology Institute， Academy of Agricultural Sciences of Jilin Province， Gongzhuling， Jilin 136100 China）

Abstract: The volatile components of Youhongli （Pyrus ussuriensis Maxim.） in different ripening stages were extracted by headspace solid phase micro-extraction and analyzed by gas chromatography-mass spectrometer. Eleven， twenty-six and thirty-three components mainly including aldehydes， esters， alcohols and terpenes were identified at different ripening stages. The number and concentration of different volatile profiles ， especially esters increased with the development of ripening. Seven characteristic impact compounds including hexanal， E-2-hexenal， ethyl butanoate， ethyl 2-methylbutanoate， ethyl hexanoate， hexyl acetate and ethyl heptanoate were identified amongst these 35 volatiles. Ethyl 2-methylbutanoate， ethyl hexanoate and hexyl acetate had the highest aromatic values. Based on the volatiles， electronic nose could clearly discriminate different ripening stages of Youhongli pear.

Key words: Youhongli （Pyrus ussuriensis Maxim.）； Volatile compounds； HS-SPME； GC-MS； Electronic nose

秋子梨系統(tǒng)（Pyrus ussuriensis Maxim.）是我國主栽的四大梨系統(tǒng)之一，其果實(shí)成熟特性不同于其他栽培系統(tǒng)。果實(shí)達(dá)到生理成熟時(shí)不太適宜鮮食，需要一個(gè)后熟變軟過程才可食用，而且在后熟過程中會(huì)產(chǎn)生濃郁的香氣，果實(shí)品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。果實(shí)香氣是由數(shù)種濃度大于閾值濃度的揮發(fā)性物質(zhì)組成的。對(duì)于揮發(fā)性物質(zhì)提取的方法有溶劑萃取[1]、同時(shí)蒸餾提取[2]及固相微萃取技術(shù)[3]。固相微萃取技術(shù)（Solid Phase Microextraction）由于具有操作簡(jiǎn)單、快速、無需溶劑等優(yōu)點(diǎn)，并且集萃取、進(jìn)樣等操作于一體，能夠盡可能減少被分析組分的損失，目前固相微萃取技術(shù)在食品香氣成分分析中得到廣泛應(yīng)用。電子鼻（Electronic Nose）是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種能夠快速分析氣味的儀器[4]。與傳統(tǒng)方法相比，電子鼻雖不能檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)的具體組分，但可以檢測(cè)出樣品整體的特征香氣類型。果實(shí)揮發(fā)性組分受品種、成熟度等因素影響，在生產(chǎn)中對(duì)果實(shí)進(jìn)行判別時(shí)往往并不需獲得具體的香氣組分，因此可以利用電子鼻快速地對(duì)不同品種或不同產(chǎn)地的水果進(jìn)行區(qū)分。

油紅梨是典型的秋子梨品種，其果實(shí)在后熟軟化過程中會(huì)產(chǎn)生濃郁的香氣，但對(duì)該品種后熟過程中香氣組分變化的研究未見到相關(guān)報(bào)道。鑒于此，我們以油紅梨為試材，利用固相微萃取技術(shù)結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀和電子鼻分析技術(shù)研究其在后熟過程中果實(shí)香氣的變化，確定果實(shí)后熟過程中特征香氣組分，以期為油紅梨果實(shí)品質(zhì)性狀評(píng)價(jià)及電子鼻在梨香氣判別上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

油紅梨果實(shí)采自吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所梨育種園的成年樹。果實(shí)于2010年9月17日達(dá)到生理成熟進(jìn)行采收，采收后第2天空運(yùn)至浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)部園藝植物生長(zhǎng)發(fā)育與品質(zhì)調(diào)控重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室。剔除掉機(jī)械損傷和病蟲危害的果實(shí)后，將果實(shí)置于溫度為20℃，相對(duì)濕度80%的室內(nèi)后熟。每隔5 d取樣1次，每次取5個(gè)果實(shí)進(jìn)行果實(shí)硬度及乙烯釋放量測(cè)定，重復(fù)3次。果實(shí)去皮取果肉混勻，樣品液氮冷凍，置于-80 ℃冰箱保存用于揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定。

1.2 方法

1.2.1 果實(shí)硬度測(cè)定 果實(shí)硬度測(cè)定使用FT-327果實(shí)硬度計(jì)（Effegi，意大利），對(duì)果實(shí)赤道部相對(duì)稱兩部位削除1 cm2果皮后的果肉進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 果實(shí)乙烯釋放量測(cè)定 取5個(gè)梨果實(shí)（約500 g），置于1.0 L密閉容器1 h，抽取1.0 mL頂空氣體注入配備有FID檢測(cè)器和F1填充柱的HP5890氣相色譜儀（Hewlett-Packard，美國）測(cè)定乙烯釋放量。進(jìn)樣口、檢測(cè)器及爐溫溫度分別為160 ℃、200 ℃和130 ℃。

1.2.3 果實(shí)色澤測(cè)定 用MiniScan XE PLUS色差計(jì)（Hunter Associates Laboratory Inc， USA）測(cè)定每個(gè)品種30個(gè)果實(shí)赤道部位的L*、a*和b*值。利用a*和b*值可以計(jì)算出C（Chroma）和ho（hue angle）。其中C =[a*2+ b*2]1/2表示色澤飽和度；ho為色調(diào)角，當(dāng)a*＞0，b*＞0時(shí)，ho＝tan-1（b*/a*）；當(dāng)a*＜0，b*＞0時(shí)，ho＝180 + tan-1（b*/a*）。

1.2.4 果肉揮發(fā)性物質(zhì)的測(cè)定 采用頂空固相微萃取（Headspace solid phase microextraction， HS-SPME）結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）進(jìn)行果肉揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定。樣品在液氮中充分研磨后準(zhǔn)確稱取10 g樣品置于20 mL萃取瓶中，為使揮發(fā)性物質(zhì)充分釋放，加入4 mL飽和NaCl，加入轉(zhuǎn)子及內(nèi)標(biāo)后加蓋封口，充分震蕩。使用手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器及65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（PDMS/DVB）萃取頭（Supelco，美國）進(jìn)行吸附。萃取頭在使用前于按照說明書在氣相色譜進(jìn)樣口老化2 h，老化溫度為250 ℃。老化好的萃取頭插入樣品瓶的頂空部分，推出纖維頭，50 ℃磁力攪拌器上吸附45 min。氣相色譜分析條件為: 采用HP6890/9370/GC/MS氣質(zhì)聯(lián)用儀，色譜柱為安捷倫INNOWAX毛細(xì)管柱（30 m×0.5 μm×0.32 mm），升溫程序?yàn)槠鹗紲囟葹?0 ℃，保留2 min，以4 ℃·min-1升溫到220 ℃，再以15 ℃·min-1升到250 ℃，保留2 min。進(jìn)樣口溫度250 ℃，連接口溫度280 ℃，解吸附5 min。載氣為高濃度He（99.99%），不分流進(jìn)樣，流速為1 mL ·min-1。質(zhì)譜條件: 連接口溫度280 ℃，電離方式EI，離子源溫度為230 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃；電子能量70 eV，Scan模式全程掃描。揮發(fā)性物質(zhì)的定性分析: 樣品經(jīng)過氣相色譜進(jìn)行分離后，形成不同的色譜峰。各組分質(zhì)譜經(jīng)NIST/WILEY檢索及資料分析，再結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行人工譜圖分析以確定各化學(xué)成分。定量分析: 以2-辛醇作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行濃度計(jì)算。計(jì)算方法為: 組分含量（ng ·g-1）=各組分的峰面積/內(nèi)標(biāo)的峰面積×內(nèi)標(biāo)濃度（mg ·L-1）×1 000/樣品量（g）[5]。

1.2.5 油紅梨揮發(fā)性物質(zhì)無損傷電子鼻分析 將5個(gè)不同后熟期梨果實(shí)（約500 g）置于1.0 L密閉容器平衡1 h，手動(dòng)注射器頂空取樣2 mL。電子鼻采用Alpha MOS公司生產(chǎn)的FOX4000型號(hào)電子鼻系統(tǒng)。采集時(shí)間為120 s，采集延時(shí)為240 s，載氣為合成干燥空氣，載氣流速為150 mL ·min-1，進(jìn)樣量為2 mL。FOX4000電子鼻系統(tǒng)具有18個(gè)不同的金屬傳感器，其提供的整體信息會(huì)發(fā)生重疊，使得在高維空間中研究樣本的規(guī)律性變得復(fù)雜。主成分分析能通過降維，將多個(gè)變量間的變化轉(zhuǎn)為較少的幾個(gè)變量。這樣在保證原來所有變量信息完整的情況下使得分析變得簡(jiǎn)單。我們利用FOX4000電子鼻系統(tǒng)所配套的分析軟件對(duì)電子鼻獲得的不同梨品種揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，再進(jìn)行主成分分析（PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同后熟度果實(shí)硬度、乙烯及色澤變化

由表1可以看出，油紅梨在后熟5 d時(shí)有明顯的乙烯釋放高峰，乙烯釋放速率達(dá)到76.97 nL·g-1·h-1。在后熟過程中，果實(shí)軟化進(jìn)程明顯，硬度值呈明顯的降低趨勢(shì)，尤其是從第5天至第10天。硬度值下降了66.88%。表示色澤亮度的L*值及色澤飽和度的C值均表現(xiàn)為升高趨勢(shì)，這表明果實(shí)在后熟過程中亮度有所下降，但果實(shí)顏色變得更加飽滿。ho的變化由起始的92.76降低至83.78，說明果實(shí)后熟過程中由綠色向黃綠色轉(zhuǎn)變。

2.2 果實(shí)揮發(fā)性組分的變化

油紅梨果實(shí)后熟過程中共檢測(cè)出35種揮發(fā)性物質(zhì)，其中包括2種醇類、3種醛類、27種酯類、2種萜類及1種酸類物質(zhì)（表2）。在后熟0 d、5 d和10 d時(shí)分別有11種、26種和33種揮發(fā)性物質(zhì)被檢測(cè)到，它們的含量分別為232.85、497.52 和1551.74 ng ·g-1。所檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)中，乙酸、己醛、E-2-己烯醛、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丁酯、己酸乙酯、乙酸己酯、3-甲硫基丙酸乙酯及α-法尼烯等10種揮發(fā)性物質(zhì)在不同的后熟階段均被檢測(cè)到。5類化合物及總揮發(fā)性物質(zhì)的含量在整個(gè)后熟過程呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，尤其酯類及萜類物質(zhì)增加幅度最大，酯類物質(zhì)由后熟0 d時(shí)38.65 ng·g-1升至955.44 ng·g-1，增幅達(dá)到24倍，而2種萜類物質(zhì)（Z，E）-α-法尼烯和α-法尼烯從1.46 ng·g-1升高至329.92 ng·g-1，其中α-法尼烯增加了217倍。和酯類、萜類及醛類物質(zhì)不同，醇類和乙酸的含量較低，其在后熟過程中的變化幅度不大。E-2-己烯醛后熟過程中的變化不同于其他揮發(fā)性物質(zhì)，其含量表現(xiàn)為明顯的降低，由后熟0 d時(shí)41.98 ng·g-1降低至25.80 ng·g-1，降低了38.5%。

2.3 油紅梨后熟過程中特征香氣組分的變化

香氣值為某種揮發(fā)性組分檢測(cè)濃度與該物質(zhì)閾值濃度的比值。香氣值大于1時(shí)，該揮發(fā)性組分對(duì)果實(shí)香味有著一定的作用，稱為該品種果實(shí)的特征香氣成分，反之則不是。果實(shí)特征香氣往往不是由一種特征香氣組分構(gòu)成，通常數(shù)種特征香氣組分共同構(gòu)成果實(shí)特征香氣。通過對(duì)35種揮發(fā)性物質(zhì)與已知的閾值濃度進(jìn)行比較，共檢測(cè)出7種特征香氣組分，己醛和E-2-己烯醛等醛類物質(zhì)及酯類物質(zhì)中丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯和庚酸乙酯（表3）。

在由醛類物質(zhì)和酯類物質(zhì)構(gòu)成的特征香氣中，己醛和E-2-己烯醛屬于青草型香氣成分，而丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸己酯和庚酸乙酯等酯類物質(zhì)則屬于果香型香氣成分。除E-2-己烯醛之外的6種特征香氣組分均隨著果實(shí)后熟進(jìn)程香氣值呈上升趨勢(shì)，但各不同特征香氣組分增加的程度有很大差異。己醛在后熟10 d內(nèi)香氣值由34.44升高至42.23。在后熟0 d時(shí)，庚酸乙酯并未被檢測(cè)到，在后熟10 d時(shí)香氣值也較低，僅為1.08，是所有特征香氣組分中對(duì)總香氣貢獻(xiàn)最小的組分。其他酯類物質(zhì)香氣值在后熟過程中均表現(xiàn)為急劇升高，己酸乙酯增幅最大，后熟10 d內(nèi)增加了40倍，其次為2-甲基丁酸乙酯和乙酸己酯，分別增加了15倍和11倍。總之，隨著果實(shí)后熟進(jìn)程的推進(jìn)，果香型酯類物質(zhì)對(duì)果實(shí)香氣的貢獻(xiàn)值越來越大，使得果實(shí)在后熟10 d時(shí)具有濃郁的香氣。

2.4 果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的電子鼻分析

FOX4000電子鼻系統(tǒng)由18個(gè)不同的金屬傳感器構(gòu)成，主成分分析能通過降維，將多個(gè)變量間的變化轉(zhuǎn)為較少的幾個(gè)變量。這樣在保證原來所有變量信息完整的情況下使得分析變得簡(jiǎn)單。油紅梨不同后熟階段無損傷電子鼻檢測(cè)的PCA分析圖（圖1）中，第一主成分PC1和第二主成分PC2的貢獻(xiàn)率分別為90.25%和6.61%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到96.86%。從圖中可以看出，主成分分析能將油紅梨不同后熟期的果實(shí)很好地區(qū)分開來，其中后熟0 d時(shí)與后熟5 d和10 d距離較遠(yuǎn)，表明其揮發(fā)性組分差異較大。雖然能夠很好地將5 d和10 d區(qū)分開來，但其距離較近，表明與后熟0 d時(shí)相比揮發(fā)性物質(zhì)差異較小。結(jié)合氣質(zhì)分析結(jié)果來看，在后熟0 d時(shí)，醛類物質(zhì)的特征香氣組分對(duì)總香氣貢獻(xiàn)值較大（39.59%），而在后期果實(shí)的酯類物質(zhì)含量急劇升高，在后熟5 d和10 d時(shí)對(duì)香氣的貢獻(xiàn)值分別為91.85%和96.21%。

3 討 論

果實(shí)香氣是一個(gè)非常重要的品質(zhì)特性，其由數(shù)種揮發(fā)性物質(zhì)組成，但只有濃度大于閾值濃度的組分才能對(duì)果實(shí)香氣起作用。但Johannes等[11]指出，果實(shí)香氣不僅與揮發(fā)性物質(zhì)含量有直接關(guān)系，還與揮發(fā)性物質(zhì)種類的多少有關(guān)，由于感官互作，香氣成分種類多的品種香氣會(huì)顯得更為強(qiáng)烈。梨果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的相關(guān)研究可追溯至1927年，迄今，已有300余種揮發(fā)性物質(zhì)在梨果實(shí)中檢測(cè)到[12]。田長(zhǎng)平[13]比較了白梨系統(tǒng)和砂梨系統(tǒng)各3個(gè)梨品種的香氣組分，發(fā)現(xiàn)白梨品種中香氣總量、醛類物質(zhì)顯著高于砂梨品種，并且己醛和乙酸己酯是供試的白梨和砂梨品種共有的香氣成分。本研究亦發(fā)現(xiàn)己醛和乙酸己酯是油紅梨果實(shí)中重要的特征香氣組分。己酸乙酯、乙酸己酯、己醛作為油紅梨果實(shí)后熟過程中重要的特征香氣組分，其在同為秋子梨的南果梨中相對(duì)含量也較高[14]。油紅梨果實(shí)在后熟過程中，香氣濃度表現(xiàn)為一個(gè)逐漸升高的趨勢(shì)，其揮發(fā)性組分濃度由后熟0 d時(shí)的232.85 ng·g-1增加至后熟10 d時(shí)的1 551.74 ng·g-1，其中酯類物質(zhì)急劇升高及醛類物質(zhì)的相對(duì)含量的降低與前人在蘋果[8]、獼猴桃[1]、五九香梨[15]、大久保桃[16]及西洋梨[17]上的結(jié)果相似。

作為上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種能夠快速分析氣味的儀器，電子鼻具有檢測(cè)時(shí)間短、客觀性強(qiáng)、重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)， Defilippi等[18]運(yùn)用電子鼻能很好地將不同成熟度和貯藏期的Castlebrite杏區(qū)分開；Benedetti等[19]利用電子鼻技術(shù)對(duì)不同品種的桃進(jìn)行了很好的區(qū)分。本研究利用Alpha MOS公司生產(chǎn)的FOX4000型號(hào)電子鼻系統(tǒng)能夠通過油紅梨果實(shí)揮發(fā)性組分將不同后熟期的果實(shí)進(jìn)行區(qū)分。

4 結(jié) 論

果實(shí)揮發(fā)性組分在油紅梨果實(shí)后熟過程中表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)；隨著果實(shí)后熟進(jìn)程的進(jìn)行，酯類物質(zhì)種類及含量升高明顯；各特征香氣組分對(duì)不同后熟期果實(shí)香氣貢獻(xiàn)值不同，酯類物質(zhì)在后熟后期的貢獻(xiàn)值明顯大于醛類；電子鼻能夠?qū)Σ煌笫斐潭鹊墓麑?shí)進(jìn)行區(qū)分。

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