天津產區中性香型、玫瑰香型和草莓香型葡萄品種果實香氣分析

李凱，商佳胤，田淑芬，黃建全，張娜，王丹，蘇宏，王超霞

1(天津市農業科學院果樹研究所，天津，300384)2(天津農學院園藝園林學院，天津，300384)

香氣是葡萄果實風味、品種特性的重要組成部分，按照香氣類型可將葡萄品種劃分為玫瑰香型、草莓香型和中性香型[1]。香氣成分由多種揮發性物質組成，主要包括醛類、醇類、酯類、酮類和萜烯類等[2]，只有濃度超過呈香閾值的少數物質對香味起決定作用。目前葡萄果實香氣研究主要集中在生長發育期香氣積累規律[2-5]、品種特征香氣[6-9]、產地對香氣影響[10-11]、栽培管理方式對香氣影響[12-13]等方面，結果表明生長期、品種、產地及栽培管理方式等均影響香氣積累。然而，將香氣成分實際濃度與呈香閾值相結合，研究特定產區內多種香型葡萄果實的呈香成分及香氣描述的報道較少。

天津是環渤海優勢葡萄產區，代表性品種玫瑰香的種植面積超過13 km2，主栽品種還包括維多利亞等中性香型品種和巨峰等草莓香型品種，產區內各香型葡萄果實的呈香成分尚不明確。本研究以天津產區中性香型、玫瑰香型和草莓香型主栽葡萄品種為對象，采用頂空固相微萃取(headspace-solid phase microextraction, HS-SPME)及氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)技術，內標-標準曲線法定量并結合氣味活度值(odor activity value, OAV)和香氣輪廓分析等方法，分析葡萄成熟期果實香氣成分，為天津產區優良品種選育、高品質葡萄生產以及葡萄深加工產業發展等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 果實及取樣

葡萄果實樣品包括中性香型品種紅巴拉多和維多利亞，玫瑰香型品種玫瑰香、碧香無核、貴妃玫瑰、亞歷山大和香妃，草莓香型品種巨峰、黑色甜菜、戶太八號和夏黑。根據歷年物候期和可溶性固形物含量綜合判斷不同品種的成熟期，葡萄果實于2017年7～8月成熟期采自天津市農業科學院武清試驗基地和北辰雙街示范基地，該年度平均降水量521.5 mm、年平均氣溫13.8 ℃，接近常年平均降水量550.0 mm及常年平均氣溫13.1 ℃，無極端氣候條件發生，且樣品主要采集于日光溫室內，受氣候因素影響較小，因此該年度采樣數據具有一定代表性。采樣時兼顧果穗的上中下部位和陰陽面，隨機采集30粒，重復3次，用液氮速凍，置于-80 ℃超低溫冰箱保存。

1.1.2 試劑與設備

無水乙醇、NaCl(均為色譜純)，國藥集團；表1中所列54種標準品(色譜純)和內標2-辛醇(色譜純)，美國Sigma-Aldrich公司；5977A-7890B氣相色譜-質譜聯用儀、CTC自動進樣裝置、色譜柱(HP-5MS, 30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國Agilent公司；萃取頭(50/30 μm DVB/CAR/PDMS型)，美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品預處理

樣品置于室溫下解凍，除梗后破碎榨汁，按60 mg/L加入SO2(抗氧化)，取混合液8 mL加入頂空瓶中，加入2.4 g NaCl和8 μL內標物2-辛醇(180 mg/L，無水乙醇稀釋)，頂空瓶加蓋密封后待測。

1.2.2 色譜條件

載氣為高純氦氣，純度≥99.999%，流速1.0 mL/min，分流比為5∶1；升溫程序為35 ℃保持2 min，以4 ℃/min 升至200 ℃，以30 ℃/min升至250 ℃，保持 5 min；進樣口溫度250 ℃。

1.2.3 質譜條件

離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度250 ℃；電子轟擊源70 eV；掃描范圍30～300 amu。

1.2.4 定性定量分析

數據采集采用CTC自動進樣裝置，45 ℃預熱5 min，磁力攪拌子轉速為250 r/min(攪拌間歇式運行，轉5 s，停2 s)，45 ℃萃取50 min，然后GC進樣，250 ℃解吸2 min，采集數據。定性分析利用未知物分析軟件(美國 Agilent 公司)，將未知揮發性成分的質譜圖與NIST 11.L譜庫(美國 Agilent 公司)中的標準譜圖進行匹配，匹配因子高于80(最高100)時，通過相同GC-MS條件下標準品的保留時間和質譜圖進一步比對確認。定量分析采用內標-標準曲線法定量，54種標準品的標準曲線均由5點繪制，由化學工作站計算定量結果。

1.2.5 氣味活性值

OAV是香氣成分含量與嗅覺閾值的比值[14]。OAV≥1的成分被視為活性呈香成分。

1.2.6 果實香氣輪廓

參照葡萄酒香氣輪盤[15]及葡萄酒品嘗工具酒鼻子中的香氣分類[16]，同時結合本研究涉及揮發性化合物的氣味描述，將香氣劃分為花卉類、水果類等8個氣味系列。某個活性呈香成分可能對應一個或多個氣味系列，將其OAV賦予相對應的系列(對應多個系列時，視為對每個系列的貢獻相同)，利用8個氣味系列及各自累計獲得的OAV構建果實香氣輪廓[17-18]。

2 結果與分析

2.1 香氣定量分析

葡萄果實中共定性定量54種香氣成分，香氣成分按照結構和特性分為7類。如圖1所示為濃度最高的四類，中性品種的醇類濃度最高，醛類次之；玫瑰香型品種中除玫瑰香外均為醛類濃度最高，其次為醇類和萜烯類，酯類最低，而玫瑰香則是萜烯類最高，其次為醛類和醇類，值得注意的是，所有玫瑰香型品種果實的萜烯類濃度均顯著高于其他品種；草莓香型中以酯類香氣為主，并且酯類濃度和香氣成分總濃度均顯著高于其他品種，此外醇類和醛類含量較高，萜烯類含量最低。

由表1可知，參試品種葡萄香氣成分總質量濃度在1.23 mg/L(紅巴拉多)～24.46 mg/L(黑色甜菜)，酯類數量最多，醇類次之。醇類中，從含量和閾值來看，1-己醇和反式-2-己烯-1-醇是2種主要香氣貢獻成分，此外，2-苯乙醇的濃度在草莓香型中顯著高于其他品種，但均低于閾值。酯類中，乙酸乙酯濃度最高，但品種間差異大，草莓香型品種的乙酸乙酯含量均值是其他品種均值的91.78倍，此外，草莓香型品種的酯類數量、酯類含量與總含量比值也顯著高于其他品種。萜烯類中，里那醇在玫瑰香型品種中濃度最高，濃度均值是其他香型品種的29.67倍，差異顯著。醛類中，反式-2-己烯醛濃度最高，正己醛次之，所有醛類成分在全部品種均能檢測到。

圖1 葡萄果實中香氣成分比較Fig.1 Comparison of aroma component content in grapes

表1 葡萄果實的香氣成分濃度Table 1 Concentrations of aroma components determined in grapes

續表1

2.2 活性呈香成分分析

葡萄果實中香氣成分種類很多，成分間不僅濃度差異大，嗅覺閾值也不同(表1)。風味強度取決于濃度和閾值，只有濃度達到可以被感知時(OAV≥1)，該成分才被視為活性呈香成分[33]。54種香氣成分中只有22種為活性呈香成分(表2)，包括3種醇類、8種酯類、6種萜烯類和5種醛類。不同品種的活性呈香成分數量存在一定差異，中性品種最少(8和11)；玫瑰香型品種中等(12～15，平均13.4)，但活性萜烯類數量高于其他香型品種，其中里那醇對玫瑰香型品種中的花卉類和水果類氣味貢獻最大(OAV>30)；草莓香型品種較多(14～17，平均16.0)，其中酯類數量高于其他香型品種，異丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和己酸乙酯雖然濃度不高，但閾值較低，氣味活性值相對較高，而乙酸乙酯雖然濃度極高，但閾值也極高，因此氣味活性值較低，這些酯類主要為草莓香型品種貢獻水果類氣味。反式-2-己烯-1-醇、1-辛烯-3-醇、己酸乙酯、正己醛、反式-2-己烯醛、正庚醛和苯乙醛在所有品種中的OAV均>1，雖然品種間存在差異，但與香氣類型相關性不強，其中正己醛和反式-2-己烯醛的氣味活性值較高(除了紅巴拉多，其他品種OAV均>30)，對植物類氣味貢獻最大。

表2 活性呈香成分的OAVTable 2 Odor activity value of active aroma components

2.3 果實香氣輪廓分析

由圖2可知，各品種果實香氣輪廓存在差異。整體來看，11個品種中有9個植物類氣味活性值最高，另外2個品種玫瑰香和黑色甜菜的水果類氣味活性值最高。

紅巴拉多、維多利亞、貴妃玫瑰、亞歷山大和夏黑前4種氣味系列強度均為植物類>脂肪類>水果類>花卉類，香氣輪廓較為相似，均有突出植物類氣味，但也存在差異，紅巴拉多的這4種氣味系列強度均極低，維多利亞的水果類和花卉類氣味強度極低，貴妃玫瑰和亞歷山大的水果類和花卉類氣味強度較高但亞歷山大的整體氣味強度高于貴妃玫瑰，而夏黑的花卉類氣味強度很低。碧香無核和香妃前4種氣味系列強度均為植物類>水果類>花卉類>脂肪類(圖2-a)，但香妃的整體氣味強度高于碧香無核。巨峰和戶太八號前4種氣味系列強度均為植物類>水果類>脂肪類>花卉類(圖2-b)，但戶太八號的植物類和水果類氣味強度高于巨峰。玫瑰香(圖2-c)的前4種氣味系列強度為水果類>花卉類>植物類>脂肪類，水果類和花卉類氣味尤其突出。黑色甜菜(圖2-d)的前4種氣味系列強度為水果類>化學類>植物類>脂肪類，水果類和化學類氣味最為突出。

a-紅巴拉多、碧香無核、香妃；b-維多利亞、貴妃玫瑰、亞歷山大；c-玫瑰香、巨峰、戶太八號；d-黑色甜菜、夏黑圖2 不同品種葡萄果實的香氣輪廓Fig.2 Aroma profiles of grapes from different cultivars

3 討論

葡萄果實中含有大量揮發性成分，且大多數濃度很低，通常在GC-MS分析前采用適宜濃縮富集手段對樣品進行預處理。本研究中采用的SPME技術集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，簡便、快速、無溶劑、選擇性好且靈敏度高[45]，并選取在葡萄或葡萄汁香氣分析中廣泛應用的50/30 μm CAR/DVB/PDMS萃取頭[3,17-18,46-48]，在11個葡萄品種果實中共定性定量了54種香氣成分，基本涵蓋了醛類、醇類、酯類和萜烯類等葡萄果實中的主要揮發性成分，并且通過香氣對比研究發現，每種香型都有對應的特征香氣成分。

玫瑰香型與萜類物質及其含量密切相關，其中含量最豐富的是單萜，常見單萜醇類包括里那醇、香葉醇、橙花醇、香茅醇和α-萜品醇[49]，FENOLL等[4]通過對玫瑰香葡萄果實發育過程中單萜化合物種類、含量變化及香氣貢獻值的研究，認為里那醇是香氣貢獻最大的單萜化合物；譚偉等[8]和BARBERA等[50]均認為里那醇和香葉醇是玫瑰香味的主要貢獻成分。本研究中玫瑰香型品種的里那醇及萜烯類含量均顯著高于其他品種，但所有品種中均可檢測到里那醇，只不過玫瑰香型品種的里那醇OAV均>30，其他品種中只有戶太八號OAV>1且僅為8.78，因此里那醇是玫瑰香型品種貢獻花卉類和水果類氣味最重要的萜烯類成分但并非特異性成分。香茅醇和香葉醇也是玫瑰香型品種中的重要活性呈香成分，但是和里那醇類似，它們并不是該香型品種獨有的，所有草莓香型品種中同樣能檢測到且濃度均高于閾值。

草莓香型主要存在于美洲種葡萄及與其他種的雜交品種果實中，特征香氣物質主要是酯類物質[51-52]。張文文等[18]認為芳樟醇和C13類、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯分別是夏黑、藤稔、巨峰的主要香氣貢獻化合物。本研究中草莓香型品種的水果類氣味主要由酯類貢獻，包括丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、異丁酸乙酯、己酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸乙酯和丙酸乙酯，其中乙酸乙酯濃度最高，但閾值也高，因此香氣貢獻較低，丁酸乙酯和己酸乙酯不是草莓香型品種特有的，在其他品種中同樣能檢測到并且濃度高于閾值。

中性品種葡萄果實中萜類物質和酯類物質少，而且濃度低或者幾乎沒有，主要是C6化合物占了香氣物質的絕大多數[53]。OLIVEIRA等[54]認為己醛、己醇、2-己烯醛等C6化合物是葡萄果實中一類重要的風味化合物，對于評價葡萄品質、判定原產地等方面具有重要價值。本研究中醇類和醛類是中性品種的主要香氣成分，4種C6化合物1-己醇、反式-2-己烯-1-醇、己醛和反式-2-己烯醛的濃度最高，與朱駿馳[53]的觀點一致；己醛和反式-2-己烯醛由于其閾值較低，是最具活性的C6化合物，與WU等[17]結論一致。此外，1-辛烯-3-醇、正庚醛和苯乙醛也是活性呈香成分。中性品種的上述活性呈香成分在其他香型品種中同樣具有活性，因此屬于基礎香氣成分，主要貢獻植物類的背景香氣。

4 結論

天津產區中性香型、玫瑰香型和草莓香型葡萄品種的果實香氣成分、活性呈香成分和香氣輪廓均存在一定差異。中性品種香氣成分數量最少，以C6醇醛類為主，香氣輪廓也以醇醛類貢獻的植物類背景氣味為主；玫瑰香型品種中萜烯類成分濃度顯著高于其他香型品種，其中里那醇是為玫瑰香型品種貢獻花卉類和水果類氣味最重要的呈香化合物；草莓香型品種中含有大量酯類成分，其中丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、異丁酸乙酯、己酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸乙酯和丙酸乙酯是為草莓香型品種貢獻水果類氣味的重要呈香化合物。