頂空固相微萃取-氣質聯用分析不同芒果品種香氣成分差異

劉華南，江虹銳，陸雄偉，陸道隆，李 斯，劉小玲,

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004；2.廣西高新農業產業投資有限公司，廣西百色 533600）

芒果是忙果的通俗名（Mangifera indicaL.），屬于漆樹科（Anacardiaceae）芒果屬（Mangifera），是著名的熱帶水果[1]，因其色、香、味俱全，深受人們喜愛，有“熱帶果王”之美稱[2]。百色芒果是國家地理標志產品，當前百色共有30余個芒果品種，其中主栽芒果品種有臺農1號芒、桂熱芒82號（桂七芒）、金煌芒、紅象牙芒、貴妃芒等。在右江河谷優越的自然條件培育出的芒果外觀靚麗，核小肉厚嫩滑，香氣濃郁纖維少，口感甘甜爽口，營養豐富，品質上乘，深受廣大消費者青睞[3]。芒果品種及不同部位之間香氣成分研究分析對于芒果香氣系統認識和廢棄物資源綜合開發利用具有指導性的意義。

頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技術是利用固相萃取吸附幾何微區效應，通過萃取、解析兩個過程，再結合氣相色譜 -質譜聯用儀的一種快速采樣分析技術[4]，簡單快速、靈敏度高、重現性及線性好，所需樣品量少且無需有機溶劑，成本低、環境污染小及其溫和的操作條件使其迅速在環境、醫藥及食品分析中得以應用[5?6]。目前，對芒果香氣（主要為揮發性化合物）的研究成為國內外學者的研究熱點之一，且分析技術趨于成熟，對揮發性組分的鑒定結果更全面。魏長賓等[7?8]、Li等[9]研究了不同品種芒果揮發性組分的鑒定；Pino等[10]、Pandit等[11]對比不同地區芒果品種香氣成分種類和含量的差異；鄭華等[12]、魏長賓等[13]探究芒果在不同成熟階段中的香氣物質種類和含量的變化。

主成分分析是食品風味物質多元統計方法中常用的一種數學手段[14?16]，是一種降維或者把多個指標轉化為少數幾個綜合指標的一種方法，其目的是簡化數據和揭示變量間的關系[17]。本實驗采用HSSPME與GC-MS技術聯用，對5種芒果的果肉、果皮和葉片的揮發性物質進行檢測，比較其成分差異性，結合主成分分析方法，探討芒果香氣成分的主要影響因子，旨在為芒果的提取及加工利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮芒果 包括臺農1號芒（Tainong monte I No.，用A表示）、貴妃芒（regiis hominem，用B表示）、紅象牙芒（red dentes eburneos，用C表示）、金煌芒（Jin Huangmang，用D表示）和桂七芒（Sekimori shichi，用E表示），及其各品種相應果皮和果葉,均來源于百色國家農業科技園基地；果實于果皮青黃時采摘，于自然條件下放置，每個品種選取3個完熟果實備用；葉片均采集于果園相應果實的枝條，選取淺綠色幼嫩葉片，純水清洗晾干備用。

PL3002電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；100 μm PDMS SPME萃取頭、SPME手動進樣手柄 上海安譜實驗科技股份有限公司；ISQ QD氣相色譜質譜聯用儀 賽默飛世爾科技有限公司；DFII集熱式磁力加熱攪拌器 江蘇金壇市環宇科學儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 芒果果肉、果皮和果葉揮發性成分的提取

1.2.1.1 芒果果肉揮發性成分的提取 參考左俊等[18]和黃麗等[19]的方法，略做改動。將果實去皮、去核取肉，果肉擠壓出清汁，得到的芒果汁采用頂空固相微萃取法收集香氣。在20 mL頂空瓶中加入10 g芒果果汁（約占1/2容積質量），混勻后蓋上瓶蓋，將SPME手動進樣器的萃取頭插入樣品瓶的上部頂空中，然后推出纖維萃取頭，不要碰到芒果果汁，保持45 ℃恒溫，吸附30 min。萃取結束后，縮回纖維萃取頭，迅速將手動進樣器插入氣相色譜儀的進樣口，推出纖維萃取頭在250 ℃下熱解析6 min，啟動氣質儀采集。

1.2.1.2 果皮揮發性成分的提取 新鮮果皮清洗干凈晾干備用，剪碎混勻，稱取1.0 g放入頂空瓶，加入9 mL超純水，插入萃取頭于45 ℃下進行萃取，萃取時間30 min，在色譜儀進樣口250 ℃下熱解析6 min，啟動氣質儀采集。

1.2.1.3 果葉揮發性成分的提取 新鮮果葉清洗干凈晾干備用，剪碎混勻，稱取1.0 g放入頂空瓶，加入9 mL超純水，插入萃取頭于45 ℃下進行萃取，萃取時間30 min，在色譜儀進樣口250 ℃下熱解析6 min，啟動氣質儀采集。

1.2.2 色譜條件 采用TG-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），進樣口溫度250 ℃。柱溫采用程序升溫，初溫40 ℃保持2 min，然后以20 ℃/min升至250 ℃，保持5 min。載氣：He，流速：1.0 mL/min，采用不分流進樣（分流流速為50 mL/min，不分流時間設1 min）；萃取頭在進樣品下脫附6 min。

1.2.3 質譜條件 電子轟擊離子源（EI）；離子源溫度280 ℃；傳輸線溫度250 ℃；掃描質量范圍 35～450 amu，掃描間隔0.5 s。

1.2.4 揮發性成分的定性定量方法 定性分析：將樣品在MS上采集到的掃描質量圖譜中的每個色譜峰，在NIST中進行譜庫檢索定性化合物。定量分析：各組分峰采用峰面積歸一化法計算各個揮發性成分的相對含量。

1.3 數據處理

運用Excel 2010與SPSS 22.0對實驗中香氣成分進行數據處理與PCA，作圖采用OriginPro 2018軟件。

2 結果與分析

2.1 五個芒果品種香氣成分的種類和數量

采用氣相色譜-質譜聯用儀分析15個樣品中的主要香氣成分，結果見表1。共檢測出66種主要成分，其中烯類55種（單萜烯19種，倍半萜烯28種），芳香烴類9種，2種酯類。不同芒果品種中香氣成分的種類和相對含量差異明顯，其中臺農34種，貴妃29種，最多則是紅象牙40種，金煌35種，而桂七17種占比最少。相同芒果品種中不同部位香氣成分的種類和相對含量也有明顯差異，單一種類最多的是紅象牙果葉29種，最少的是貴妃皮未檢測到。

2.2 不同芒果品種果實香氣成分分析

在相同的分析條件下，應用峰面積歸一化法對成分進行定量。5個品種的種類檢出數由大到小為紅象牙（22種）>貴妃（17種）>臺農（13種）>桂七（5種）>金煌（4種），相對含量為紅象牙（99.36%）>臺農（94.23%）>桂七（84.40%）>貴妃（69.09%）>金煌（58.77%）。紅象牙果實單萜烯和倍半萜烯占到了總含量的98.27%，烯類主要以單萜烯為主，其中萜品油烯77.27%最多，其次是α-蒎烯和3-蒈烯的4.00%和3.66%。臺農果實烯類含量占總含量的94.00%，其中單萜烯萜品油烯（82.98%）是含量最高的，3-蒈烯也有5.36%。桂七果實種類雖少，但有84.40%的含量都是烯類，分別是β-羅勒烯（78.88%）、α-蒎烯（2.98%）、石竹烯（1.13%）、蛇麻烯（0.71%）、萜品油烯（0.70%）。貴妃果實烯類含量占總含量的69.09%，含量最多的有異松油烯（30.93%）、β-羅勒烯（13.29%）（+）-β-芹子烯（12.32%）。金煌果實烯類含量則是五個里面最少的，只占總量的48.92%，有萜品油烯（34.27%）、3-蒈烯（14.18%）、綠葉烯（0.47%）三種，不過芳香烴類十氫-4a-亞甲基-7-（1-甲基乙烯基）-萘（9.85%）的含量是五個品種里最多的。由此可知，萜品油烯是共有的香氣成分，萜烯類化合物具有特殊香氣及生理活性，賦予作用較大[20]，是芒果肉主要的特征香氣，這些揮發物質對香味貢獻值較大，同時也是芒果果實分離鑒定出種類多且相對含量高的揮發性成分，廣泛存在于植物體內[21]。據報道，印度著名品種Alphonso[22]和斯里蘭卡所產的 Jaffa 品種[23]中含量最豐富的香氣成分是羅勒烯，羅勒烯具有檸檬清新香氣[24]，并帶有花果香和木香香韻[25]，β-羅勒烯也是桂七的主要香氣成分，且桂七芒近幾年越來越受國內消費者的歡迎，與此同時越來越多的果農改種桂七芒果，桂七芒的種植面積在百色逐年上升。國外優良的芒果品種大多以蒎烯、羅勒烯、蒈烯為主要香氣成分，其香氣特征是消費者所喜好[25]，間接說明了這五個芒果品種之所以能成為當前百色的主栽品種。

表1 不同芒果品種主要香氣成分及相對含量Table 1 Main aroma components and relative contents of different mango varieties

續表 1

2.3 不同芒果品種果皮香氣成分分析

由表1可知，相比于果實，果皮的香氣成分含量有明顯變化。單萜烯總含量在果皮中比果肉少，貴妃皮沒有檢出烯類，但金煌果皮的烯類含量比果肉多，主要多了（+）-β-芹子烯（53.68%）、6,9-愈創木二烯（6.48%）等倍半萜烯，且金煌果皮芳香烴在種類和含量上均比果肉多。紅象牙和臺農的果皮芳香烴含量比果肉均有明顯的增加；貴妃和桂七芒皮芳香烴含量與果肉相同，均未檢出。

2.4 不同芒果品種果葉香氣成分分析

芒果葉片的香氣成分不管是種類還是數量總體上都比果肉和果皮要豐富。由表1可知，烯類除了桂七芒葉子的相對含量64.52%低于90.00%，紅象牙94.64%、臺農95.47%、金煌93.18%、貴妃葉子92.72%均高于90.00%，共同含有α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、γ-松油烯、石竹烯5種成分。主要成分有相同但也存在一定的差異，這也能體現不同品種間有各自香氣突出點，如紅象牙以α-蒎烯、萜品油烯、石竹烯為主，臺農是異松油烯、大根香葉烯D、古蕓烯，金煌則是萜品油烯、β-羅勒烯、古蕓烯、（+）-β-芹子烯，而貴妃是萜品油烯、β-羅勒烯、石竹烯，桂七是α-蒎烯、β-蒎烯、6,9-愈創木二烯等。酯類化合物在香料中占有特別重要的地位，大多具有花香、果香、酒香或蜜香香氣，廣泛存在于自然界中，在調配各種香型的香精時，不能賦予決定性的香氣，但可以起增強與潤和作用[26]。桂七芒葉子的酯類含量較高，其中乙酸葉醇酯貢獻了總量的21.59%。

2.5 同品種果實、果皮及果葉間香氣成分差異分析

五個品種的樣品中，每個品種不同部位香氣成分既有共同的成分但也有其獨特成分。以紅象牙各部位間香氣成分差異為例，α-蒎烯、β-蒎烯、3-蒈烯、萜品油烯、Alpha-蒎烯、蛇麻烯、石竹烯、（+）-deltaamorphene 8種烯烴是紅象牙共含成分，羅勒烯（異構體混合物）、α-萜品烯、α-thujene、愈創木烯、綠葉烯、7-表-順-水合倍半香檜烯構成紅象牙果肉獨特香氣；β-月桂烯、（1S,3R）-順式-4-蒈烯、D-檸檬烯、雪松烯、α-衣蘭油烯共同組成紅象牙果皮獨有成分；β-羅勒烯、檜烯、α-蓽澄茄油烯、香樹烯、（?）-Germacrene-D、（+）-β-芹子烯、Bicyclogermacren、β-欖香烯、檸檬烯氧化物、順-Z-α-環氧化紅沒藥烯、Aromadendren、乙酸葉醇酯則是合成紅象牙葉子單獨組分。

對5個品種共15個芒果樣品特有香氣成分分析，將每個樣品與其他14個樣品香氣成分進行對比，得到特有的成分累計達20種，結果見表2。

表2 不同樣品間特有香氣成分Table 2 Unique aroma components between different samples

2.6 五個品種共含香氣物質主成分分析

由表1可知，五個芒果品種共有香氣成分有8種，分別是α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、β-月桂烯、β-羅勒烯、γ-松油烯、萜品油烯、石竹烯。為了找出能夠反映芒果的代表性指標，對8種共同含有成分的相對含量采用軟件SPSS22.0做主成分分析，主成分確定一般根據因子的特征值、累計貢獻率以及碎石圖拐點的變化趨勢等因素來確定[27]。根據特征值大于1的原則，由表3和圖1分析，得出3個主成分，貢獻率分別為48.837%、20.948%、14.391%，累積貢獻率為84.175%。通常，主成分貢獻率累計超過80%時，可以用主成分代表絕大部分信息[28?29]。所以這三個主成分能夠基本反映原變量的信息。

表3 主成分特征值及其貢獻率Table 3 Characteristic values and their contribution rate of principal component

圖1 碎石圖Fig.1 The gravel map

表4反映了旋轉后的主成分載荷矩陣。主成分分析比較貢獻率，旋轉是一種運算過程，旋轉后更準確[30]。載荷系數（絕對值）越大，說明該物質和對應主成分的相關性越高。β-蒎烯、莰烯、α-蒎烯、γ-松油烯在第1主成分有較高的載荷系數，則說明第1主成分反映了這些物質的信息；第2主成分在β-月桂烯和石竹烯有較高的載荷系數；β-羅勒烯與萜品油烯則是在第3主成分上反映。因此可以初步判斷以上揮發性物質為芒果的主要香氣貢獻物。

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principal component load matrix

圖2 不同芒果品種的CA分析圖Fig.2 CA analysis diagram of different mango varieties

2.7 不同芒果品種香氣物質的CA分析

CA分析指將通過物理或抽象對象的集合，分組為由類似的對象組成的多個類的分析過程。CA常用于植物的分類以獲取對種群固有結構的認識。本實驗采用的是系統聚類方法，平方Euclidean距離為度量標準，通過組之間的鏈接方式，以66種芒果的香氣物質作為變量，對5個不同芒果品種的3個部位的香氣物質進行CA，分析結果見圖2。

由圖2可知，當橫坐標為距離25時，15個芒果樣品可分為2個類群，分別是桂七肉和桂七皮（E1、E2）2個樣品歸為1個類群；剩下的13個樣品歸為1個類群。距離20時，13個樣品又可分為2個類群，分別是臺農果肉和紅象牙果肉（A1、C1）、貴妃葉（B3）3個樣品為1個類群；再剩下的10個樣品為另1個類群。距離15時，10個樣品可分為2個類群，其中1個類群為單個樣品，即金煌皮（D2）；余下的9個樣品又可歸為1個類群。距離10時，15個樣品被分為6個類群，樣品A1、C1、B3為1個類群，樣品A3、B1為1個類群，樣品A2、B2、C2、D1、C3、D3為1個類群，樣品E1、E2為1個類群，樣品E3、D2各為1個類群。CA根據刻度不同可獲得多種分類結果，而PCA根據主成分得分僅獲得一種分類結果，通過這樣的技術手段可為后期的提取選擇提供理論依據，即選擇同一類群內的芒果，加工得到的產品的香型相似，從而可以指導生產。

3 結論

利用HS-SPME-GC-MS技術對5種不同芒果品種的果實、果皮和果葉揮發性成分進行定性定量分析，共檢出主要成分66種，其中烯類在種類和相對含量都是最多的，特有的成分累計達20種。5種芒果共同含有的8種香氣成分β-蒎烯、莰烯、α-蒎烯、β-羅勒烯、γ-松油烯、β-月桂烯、萜品油烯和石竹烯是最主要的香氣貢獻物，這與國內外研究得出的芒果香氣成分大體上是一致的[10,24]，但成分含量各有不同，可能是由于種植地區、品種和環境等原因造成的差異。相同品種不同部位香氣成分的種類和相對含量也有明顯差異。萜品油烯是5個品種果實共有的香氣成分，芒果葉的香氣成分在種類和數量上要比果實和果皮豐富。芒果葉的揮發性物質的研究報道比較少，可為芒果資源的開發利用、精油提取選材提供了參考。