不同溫度對貨架期櫻桃揮發性物質變化的影響

羅 楓,魯曉翔,*,張 鵬,陳紹慧,李江闊

(1.天津商業大學生物技術與食品科學學院,天津市食品生物技術重點實驗室,天津 300134;2.國家農產品保鮮工程技術研究中心,天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384)

不同溫度對貨架期櫻桃揮發性物質變化的影響

羅 楓1,魯曉翔1,*,張 鵬2,陳紹慧2,李江闊2

(1.天津商業大學生物技術與食品科學學院,天津市食品生物技術重點實驗室,天津 300134;2.國家農產品保鮮工程技術研究中心,天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384)

以“沙蜜豆”櫻桃為試材,利用電子鼻檢測系統和頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用儀2種檢測技術,對冷藏20d后不同貨架溫度(13、20℃)不同時間(1、4、6d)櫻桃芳香性物質變化進行分析。研究結果表明,應用主成分分析法、線性判別分析法、負荷加載分析法三種方法進行綜合分析,電子鼻技術可以較好的區分不同貨架溫度下的櫻桃。經SPME-GC-MS技術檢測,得到櫻桃果實中含量較高的成分是醇類和醛類,其中5種主要芳香性物質分別是苯甲醇、(E)-2-己烯醇、己醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醛。發現13℃下1、4d時(E)-2-己烯醛含量趨于平穩狀態,約在42%左右,6d時抑制受到緩和,(E)-2-己烯醛含量增至52%。20℃下1、4d時(E)-2-己烯醛已處于最高含量狀態,約為53%左右,6d時其含量降至43%。這可能是由于低溫環境下抑制了櫻桃中的(E)-2-己烯醛芳香性物質的生成。

電子鼻,頂空固相微萃取,氣相質譜聯用,貨架期,櫻桃

櫻桃,屬薔薇科李亞科李屬,又稱甜櫻桃、大櫻桃,味美可口,并具有益氣、健脾、祛風濕的功效,是具有較高營養價值和保健功效的水果,被譽為“果中珍品”[1-2]。由于櫻桃果皮薄、果肉軟、果汁多,且櫻桃在盛夏(6～7月)時節采收上市,導致櫻桃在貯運過程中很容易造成品質下降(果肉變軟、表皮破損、風味變劣等)[3-4]。

芳香性物質常被作為食品品質評價的重要手段,其風味直接影響到消費者的購買情況[5-6]。由于不同果蔬有其獨特的芳香性成分,導致果蔬具有特殊的芳香氣味。目前較為普遍的芳香性物質的檢測,主要采用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography mass spectrometry,GC-MS)檢測和電子鼻系統檢測技術[7-8]。單獨利用GC-MS技術對芳香性物質進行檢測,需要將樣品氣味先分離,再將結果重新組合才能進行對比分析,缺乏對樣品整體性的體現,很難與人類嗅覺進行科學、系統化的對比[9-10]。電子鼻技術可以用來做粗略的定性分析實驗,內部的傳感器陣列系統可以科學、可靠的對芳香氣味及樣品品質進行檢測[11-12]。因而將電子鼻與GC-MS聯用可以彌補兩者的不足之處,將優點最大化呈現。基于上述優點,近年來電子鼻與GC-MS聯用技術相結合的方式對食品中芳香性物質進行檢測分析,越來越受到研究人員們的青睞。

目前,已有一些關于電子鼻與SPME-GC-MS對芳香性物質檢測方面的報道。近兩年的報道主要是關于魚類[13-14]、滸苔[15-16]、乳酪[17]、巧克力[18]、臘肉[19]、蘋果[20]等的氣味物質的檢測。丁媛[21]等應用電子鼻和SPME-GC-MS技術,研究毛蚶中芳香性物質受溫度變化的影響,研究表明電子鼻可以高效快速的區分不同溫度處理下的毛蚶,GC-MS可以鑒定出毛蚶中的特征性芳香性氣味物質。在不同溫度條件下貯藏,食品內部的芳香性物質含量會有所不同。目前,尚未發現電子鼻結合SPME-GC-MS技術對不同貨架溫度下櫻桃內部芳香性物質的研究報道。本文研究目的在于分析不同貨架期溫度下沙蜜豆櫻桃主要氣味物質及其變化,為今后果蔬貨架期溫度的選擇等問題提供了科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

沙蜜豆櫻桃 于2014年6月10日采自河北省山海關區石河鎮毛家溝村實驗基地,采收成熟度約八成熟的果實,采摘當天運至國家農產品保鮮工程技術研究中心實驗室(20±1.5)℃,立即進行如下處理:將櫻桃按1.75kg/袋裝入襯有0.05mm PE保鮮膜的塑料框中,膜敞口(0±0.5)℃冷庫中預冷24h后,扎口在此溫度下貯藏20d。將在冷庫中冷藏20d的櫻桃樣品取出6袋,分別在13、20℃恒溫恒濕培養箱(濕度均為90%)放置3袋,每個溫度處理下按照1、4、6d進行測定。

SPX-250-C智能型恒溫恒濕培養箱 上海瑯軒實驗設備有限公司;PEN3電子鼻 德國Airsense公司;高度交聯,灰色平頭/SPME萃取頭 美國Supleco公司;Trace-DSQ-MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司。

1.2 電子鼻技術對櫻桃內部風味物質的檢測

1.2.1 電子鼻測定方法 取出的櫻桃樣品稱取30g左右分別放入250mL燒杯中用保鮮膜封口,在常溫下放置30min,待樣品揮發性物質揮發達到平衡后,用電子鼻對其進行測量,每個處理組平行測定10次,即做10次重復實驗。

1.2.2 電子鼻測定參數 樣品測定間隔時間:1s;樣品準備時間:5s;樣品測試時間:50s;清洗時間:220s;自動調零時間:10s;內部流量:100mL/min;進樣流量:100mL/min。

1.2.3 電子鼻信號處理 通過電子鼻自帶的WinMuster軟件對采集到的數據進行分析。

1.3 SPME-GC-MS技術對櫻桃內部風味物質的檢測

本文GC-MS的實驗條件是在參考秦玲[22]和王家喜[23]等對櫻桃揮發性成分研究報道中的方法基礎上,稍加調整得出的。每個處理每次實驗進行2次平行重復測定。

1.3.1 氣相色譜條件 前處理方法:稱取250g櫻桃,去核打漿→4℃,8000r/min,15min→4 層紗布過濾→8mL置于帶有磁力攪拌子的15mL頂空瓶中,54℃水浴15min,加入2.5g NaCl,加蓋封口后將萃取頭插入樣品頂空瓶,于50℃吸附30min,磁力攪拌子轉速為600r/min。吸附后將萃取頭取出插入氣相色譜進樣口,于250℃解吸10min,同時啟動儀器采集數據。

程序條件:HP-INNOWAX色譜柱(30m×250μm×0.25μm);程序升溫:40℃下保留3min,然后以4℃/min升至120℃,再以5℃/min升至210℃,保留5min。傳輸線溫度為250℃。載氣為He,流速1mL/min,不分流。

1.3.2 質譜條件 連接桿溫度280℃,電離方式為EI,離子源溫度200℃,掃描范圍45～600u。

1.3.3 SPME-GC-MS數據處理 通過WILEY/NIST譜庫進行定性分析比對,采用峰面積歸一化法計算各芳香性物質相對含量。

2 結果與分析

2.1 不同貨架溫度處理對櫻桃芳香性物質的影響

圖1、圖2、圖3分別是對沙蜜豆櫻桃樣品進行電子鼻PCA、LDA、LA分析的示意圖。

圖1 不同貨架溫度下櫻桃揮發性成分PCA分析圖Fig.1 PCA analysis of volatile components of cherry at different shelf temperatures

表2 不同處理對櫻桃揮發性物質含量Table 2 Different treatments of cherry volatile matter content

圖2 不同處理櫻桃LD分析圖Fig.1 LD analysis of cherry at different processing

圖3 櫻桃在不同貨架溫度下電子鼻10條傳感器貢獻率Fig.3 The contribution rate of cherry at different shelf temperature sensor electronic nose 10

圖1是通過PCA的散點分析圖上顯示的二維散點圖得到的,圖中每個趨于橢圓形的區域代表各自的貨架天數及溫度的櫻桃芳香性物質的信息采集點。PC1、PC2的貢獻率分別是81.63%和17.28%,方差貢獻率總和是98.91%,其貢獻率較高,說明反映櫻桃中的信息全面,干擾小。從圖1可以看出不同處理下的櫻桃芳香性物質成分橢圓區域之間沒有重疊交叉,說明采用PCA分析法可以將不同處理下的櫻桃芳香性物質完全分開。

由圖2可知,LD1、LD2貢獻率分別是57.95%、33.68%。判別累計貢獻率總和是91.63%。可以看出,13℃時,隨著天數的增加,LD2逐漸升高;20℃時,隨著天數的增加,LD2呈現先升高后下降的趨勢。兩種不同溫度貨架期內芳香性物質變化趨勢相近。20℃處理下1、4、6d橢圓形區域之間跨距比13℃要大,說明13℃下櫻桃后熟過程受到了一定的抑制。

從圖3可知,W1W傳感器對PC1貢獻率最大,W2S、W1S傳感器對PC2的貢獻率最大。這表明W1W、W2S、W1S傳感器相應值的改變較明顯,比起其余7條傳感器起到了更大的作用。

2.2 不同貨架溫度下櫻桃揮發性物質變化

表2是櫻桃樣品經過SPME-GC-MS分析得到的數據。

從表2可知,主要鑒別出來17、20、18、18、18、18種含量較高揮發性芳香物質(剔除了雜質、未知物質以及百分含量小于0.01%的物質),主要含有醇類、酯類、醛類、酮類、酸類、烴類等物質,其中醇類和醛類含量最高。

13℃-1、4、6d檢測出櫻桃中醇類物質分別為23.55%、19.29%、17.55%,醇類物質百分含量依次降低,該處理組中酮類含量呈現降低的趨勢,由0.71%下降至0.32%。20℃-1、4、6d檢測出櫻桃中醇類物質依次為16.94%、21.76%、22.01%,呈現含量上升的趨勢,該處理組中發現隨著天數增加醛類、酯類含量降低,其中酯類含量由0.97%顯著下降至0.23%,分析這一情況可能是酯類成分水解轉化成了醇類,也可能是由于醇類在某些脂肪酸的作用下,經過脂氧合酶氧化,造成醇類物質含量增加。在貯藏的過程中,由于某些醛類在醇脫氧酶的作用下轉變成醇類,導致醛類含量下降,醇類含量升高。隨著貨架時間的延長,13℃和20℃處理組中的烴類含量呈現先升高后降低的趨勢。

2.3 櫻桃特征芳香性物質分析

果蔬中的芳香氣味主要來自于揮發性的物質,每種果蔬中會包含多種揮發性物質,僅當其含量多于味感閾值的一小部分揮發物質才會對果蔬的風味起到決定性的作用。本文沙蜜豆櫻桃實驗的2個處理組得到的總揮發性物質的分析如表3。

表3 貯后貨架不同溫度處理下櫻桃揮發性物質相對含量(%)Table 3 Different temperature cherry relative content of volatile substances after storage shelves(%)

注:以上表中均為兩個處理,揮發性成分表中錄入時去除了百分含量小于0.1%以下的物質和未知物質以及雜質,“-”代表未檢出。

從表3可知,13℃和20℃處理組共檢測出37種主要的揮發性香氣物質。從13℃處理組中共檢測出29種,20℃處理組共檢測出23種。13℃-1d、13℃-4d、13℃-6d檢測出的主要成分是醇類和醛類,醇類所占的總峰面積分別為27.43%、21.97%、20.47%,醛類占相總峰面積依次為66.61%、68.28%、74.13%。含量較高的成分是苯甲醇、(E)-2-己烯醇、己醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醛。醇類共6種,包括1-己醇、苯甲醇、(E)-2-己烯醇、(S)-α,α,4-三甲基-3-環己烯-1-甲醇、2,4-二甲基-3-環己烯-1-甲醇、a,a-4-三甲基-3-環己烯-1-甲醇。醛類共5種,包括己醛、α,4-二甲基-3-環己烯-1-乙醛、苯甲醛、壬醛、(E)-2-己烯醛。

20℃-1d、20℃-4d、20℃-6d檢測出的主要成分也是醇類和醛類,醇類所占的總峰面積依次是19.54%、23.58%、26.43%,醛類總峰面積分別為75.20%、72.81%、6.38%。該處理下成分含量較高的物質同13℃處理組。醇類共8種,包括1-己醇、苯甲醇、苯乙醇、(E)-2-己烯醇、(S)-α,α,4-三甲基-3-環己烯-1-甲醇、α,α-二甲基苯甲醇、2-戊醇、松油醇。醛類共5種,包括種類同13℃處理組。

13、20℃處理組中均發現隨著貯藏時間的增加苯甲醇含量降低,苯甲醛含量升高,這是由于苯甲醇經氧化或脫氫反應轉化成了苯甲醛。13℃處理組中隨著貯藏天數增加發現(E)-3-己烯醛以及(Z)-3-己烯醛含量減少,(E)-2-己烯醛含量增加。這可能是由于(E)-3-己烯醛以及(Z)-3-己烯醛異構化轉化成(E)-2-己烯醛的結果。

沙蜜豆櫻桃主要芳香性物質有苯甲醇(芳香味)、(E)-2-己烯醇(青草香味)、己醛(油脂和青草及蘋果香味)、苯甲醛(特殊的杏仁氣味)、(E)-2-己烯醛(新鮮水果型清香),且5種特征芳香性物質都有其各自的典型氣味呈現,綜合構成了沙蜜豆櫻桃的特有芳香氣味。該結論在前人實驗中也有證明,張序[24-28]等在多篇文章中對“紅燈”、“先鋒”、“斯坦拉”、“拉賓斯”等幾種甜櫻桃進行氣相色譜質譜聯用儀進行芳香性物質檢測,均發現乙酸乙酯、己酸乙酯、苯甲醇、(E)-2-己烯醇、己醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醛屬甜櫻桃的特征芳香性物質,且本文沙蜜豆櫻桃實驗均已檢出。相較20℃處理組,13℃處理組中櫻桃主要芳香物質(E)-2-己烯醛在1、4d時含量處在抑制狀態,待到6d時其含量顯著增加,從一開始的42.43%躍至52.14%。而20℃處理組(E)-2-己烯醛在1、4d時都處在含量較高的狀態,到6d時由54.40%降至43.04%。其原因可能是由于櫻桃處于13℃時溫度較20℃低,(E)-2-己烯醛含量受到抑制。(E)-2-己烯醇與(E)-2-己烯醛之間存在相互轉化的關系,導致當(E)-2-己烯醇含量下降時(E)-2-己烯醛含量升高。

3 結論

電子鼻分析技術可以高效的將不同貨架溫度下的櫻桃成功區分開,粗略的得到氣味隨著不同處理發生改變的趨勢,在此基礎上結合SPME-GC-MS技術對櫻桃內部揮發性的物質繼續進行鑒別。13℃-1、4、6d,20℃-1、4、6d中分別主要鑒別出來17、21、18、17、17、14種含量較高的揮發性的物質。其中苯甲醇、(E)-2-己烯醇、己醛、苯甲醛、(E)-2-己烯醛含量較高,這5種含量較高的芳香物質即沙蜜豆櫻桃的主要香氣成分,它們各自的特殊香氣綜合構成了沙蜜豆櫻桃的獨特氣味。實驗發現13℃下(E)-2-己烯醛在1、4d時含量趨于平穩狀態,隨著貨架期的延長到達6d時抑制受到緩和使得(E)-2-己烯醛含量突增。在20℃下(E)-2-己烯醛在1、4d時處于最高含量狀態,當6d時其含量急劇下降。可能是由于(E)-2-己烯醛會受到低溫影響,抑制其含量的增加。芳香物質中的醇類和醛類出現了相互轉化的作用,當醇類含量下降時,醛類含量升高,當醇類含量升高時,醛類含量呈下降趨勢。

綜上所述,對貨架期櫻桃不同溫度處理下芳香性物質的研究,為今后櫻桃貨架期溫度的選擇等提供了科學的理論依據。

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Study on aroma compounds of cherryunder different temperature during shelf life

LUO Feng1,LU Xiao-xiang1,*,ZHANG Peng2,CHEN Shao-hui2,LI Jiang-kuo2

(1.Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology,College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China;2.Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural Products,National Engineering andTechnology Research Center for Preservation of Agricultural Products,Tianjin 300384,China)

Summit cherry were studied as materials. Electronic nose and SPME-GC-MS were applied to detect the changes of volatiles in Summit cherry which were stored under cold storage for 20d and then placed at different temperature(13,20℃)of shelf life in 1d,4d,6d. The results showed that:principal component analysis(PCA),linear discriminant analysis(LDA)and loading analysis(LA)could be used to distinguish cherry under different temperature treatment easily. More alcohols and aldehydes from Summit cherry were detected by SPME-GC-MS. Benzyl alcohol,(E)-2- hexenol,hexanal,benzaldehyde,(E)-2- hexenal were detected and determined as 5 kinds of main aromatic substances. It was found that the percentage of(E)-2- hexenal approaching stable around 42% when cherry was placed at 13℃ in 1～4d. And it rose to 52% when cherry placed for 6d.The percentage of(E)-2-hexenal approached the maximum value around 53% when cheery were placed under 20℃,1～4d. However,it decreased to 43% for the sixth day. This might be caused by low temperature environment which could inhibite generating(E)-2- hexenal.

electronic nose;headspace solid phase micro extraction;gas chromatography mass spectrometry;shelf life;cherry

2014-12-26

羅楓(1988-)，女，在讀碩士，研究方向：農產品加工與貯藏。

*通訊作者:魯曉翔(1962-)，女，碩士，教授，研究方向：天然產物研究與開發。

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAD38B01)；天津市創新團隊項目(TD12-5049)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)13-0347-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.064