基于HS-SPME-GC-MS和電子鼻技術(shù)研究不同肉質(zhì)桃子采后貯藏期的香氣成分

范 霞，崔心平

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095）

桃果肉質(zhì)地可分為溶質(zhì)型和Stony hard型，其中溶質(zhì)型又分為軟溶質(zhì)、硬溶質(zhì)和不溶質(zhì)3 種類型，其中鮮食桃品種大多為軟溶質(zhì)和硬溶質(zhì)[1-3]。香氣是桃果實(shí)品質(zhì)評價(jià)的主要指標(biāo)之一[4-5]，果實(shí)香氣能客觀反映水果的風(fēng)味特點(diǎn)及成熟度，不同桃品種的香氣物質(zhì)種類和含量均不同。

近年來，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯(lián)用儀對桃果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)的檢測技術(shù)越來越成熟。水果中的芳香物質(zhì)是由大量揮發(fā)性香氣組成的復(fù)雜混合物[6-14]，主要分為酯類、醇類、醛類、內(nèi)酯類、萜類、酚類、烷烴類和一些含硫化合物。這些風(fēng)味物質(zhì)有些氣味濃郁，有些氣味清淡，有些甚至無味。根據(jù)人們對不同香氣成分的感官效果，又分為果香型、青香型、木香型、辛香型和醛香型[15]。隨著消費(fèi)者對水果品質(zhì)要求的提高，風(fēng)味品質(zhì)評價(jià)日益成為研究熱點(diǎn)。李楊昕等[16]研究了“大久保”桃子在常溫貯藏過程特征香氣的變化，通過對桃果實(shí)中揮發(fā)性物質(zhì)的成分分析發(fā)現(xiàn)，青草型香氣成分與花香型香氣成分的比值越低，果實(shí)的風(fēng)味越濃郁。青草型香氣與花香型香氣的比值可能決定了桃果實(shí)的風(fēng)味。電子鼻作為無損檢測手段，在水果品質(zhì)與質(zhì)量安全控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[17-19]，它能快速將揮發(fā)性有機(jī)樣品的混合物進(jìn)行整體識別，用于監(jiān)測氣味指紋及其變化。蘇明申等[20]應(yīng)用電子鼻研究了19 個(gè)桃品種間果實(shí)香氣的差異，不同品種的桃果實(shí)利用判別因子分析可得到有效區(qū)分。楊勇等[21]比較了不同肉質(zhì)桃品種常溫條件下的貯藏特性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)硬溶質(zhì)肉質(zhì)型桃子在貨架期可溶性固形物和可溶性糖含量較高，商業(yè)價(jià)值和貯藏效果較好。陳星星等[22]研究了不同肉質(zhì)型桃果實(shí)在成熟過程中乙烯生物合成相關(guān)基因的表達(dá)及品質(zhì)差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明硬溶質(zhì)型桃果實(shí)的成熟軟化速度明顯低于軟溶質(zhì)型，更有利于采后貯藏和延長貨架期。目前有關(guān)不同肉質(zhì)型桃子的研究主要應(yīng)用在果實(shí)軟化機(jī)制、貯藏特性等領(lǐng)域，較少應(yīng)用在采后貯藏期香氣變化研究。

本研究以3 種不同肉質(zhì)類型（Stony hard型、軟溶質(zhì)、硬溶質(zhì)）桃子為實(shí)驗(yàn)材料，采用HS-SPME-GC-MS技術(shù)對其貯藏期香氣物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析，并結(jié)合電子鼻探究桃子在采后貯藏期的香氣差異，以期為不同肉質(zhì)桃子在貨架期的香氣品質(zhì)評價(jià)以及在生產(chǎn)實(shí)踐育種栽培提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

3-辛醇（GC純度≥98%） Sigma-Aldrich（上海）貿(mào)易有限公司；“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”3 個(gè)品種桃子（8 成熟）分別于2019年6月26日、2019年7月5日、2019年7月15日采收自江蘇省農(nóng)科院桃實(shí)驗(yàn)園。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C GC-MS聯(lián)用儀 美國Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS手動(dòng)SPME進(jìn)樣器 美國 Supelco公司；PEN3便攜式電子鼻 德國Airsense 公司；KHD-151E磁力攪拌器 上海精鑿科技有限公司； XP105DR分析天平 美國梅特勒-托利多公司；TMSPro物性分析儀 美國FTC公司。

1.3 方法

1.3.1 HS-SPME-GC-MS法對桃子香氣成分分析

3 個(gè)品種的桃子20 ℃敞口貯藏8 d，每隔2 d取樣。將桃子果肉破碎打漿混勻后，準(zhǔn)確稱取5.0 g，放入20 mL的頂空瓶中，加入氯化鈉固體2.0 g促進(jìn)香氣揮發(fā)，加入10 μL 80 ng/mL的3-辛醇溶液作為內(nèi)標(biāo)，在40 ℃攪拌10 min，將250 ℃預(yù)先老化5 min的固相微萃取頭插入頂空瓶內(nèi)樣品上方，萃取40 min后取出，立即插入GC-MS儀器進(jìn)樣口，250 ℃解吸附5 min。

GC條件：色譜柱為HP-5MS石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持4 min，先以1 ℃/min升溫至60 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min升溫至120 ℃，保持2 min，最后以8 ℃/min升溫至240 ℃，保持5 min；載氣為氦氣（純度99.999%），流量為1.0 mL/min；采用不分流模式進(jìn)樣。

MS條件：電子電離源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；輔助加熱溫度250 ℃。

利用NIST2008質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫并結(jié)合人工解析選擇匹配度不小于80的峰確定各化學(xué)成分，以3-辛醇作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行相對含量計(jì)算。

1.3.2 電子鼻對桃子采后貯藏期主成分分析（principal component analysis，PCA）

將單個(gè)桃子樣品置于500 mL燒杯中，用雙層保鮮膜封口，20 ℃靜置30 min后開始用電子鼻檢測，選取大小均勻、成熟度基本一致的桃子樣品進(jìn)行10 次平行測量分析。

電子鼻測定條件：電子鼻設(shè)備由10 根金屬氧化物傳感器組成，傳感器清洗時(shí)間60 s；歸零時(shí)間10 s；樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s；采樣時(shí)間120 s，潔凈空氣為載氣，載氣流量200 mL/min，進(jìn)樣流量200 mL/min。

1.3.3 桃子采后貯藏期硬度變化

將桃子縫合線兩側(cè)果面去皮，采用P/6型號探頭進(jìn)行壓縮，測試速度60 mm/min，觸發(fā)力0.3 N，形變量20%。同一肉質(zhì)型的桃子每天選取15 個(gè)果實(shí)測其硬度，取平均值，20 ℃連續(xù)測定8 d。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS v8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，顯著性差異采用Duncan多重比較檢驗(yàn)，P＜0.05，差異顯著。采用電子鼻儀器自帶Winmuster軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA和載荷分析（loading analysis，LOA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 HS-SPME-GC-MS檢測桃子貯藏期風(fēng)味物質(zhì)

利用HS-SPME-GC-MS方法從3 種不同肉質(zhì)型桃子共檢測出45 種香氣物質(zhì)，根據(jù)官能團(tuán)種類主要分為醛類、酯類、醇類、酮類、內(nèi)酯類、萜烯類和烷類化合物，結(jié)果見表1。“霞脆”貯藏期共檢測出40 種香氣物質(zhì)，醛類7 種，醇類5 種，酯類9 種，酮類6 種，內(nèi)酯3 種，萜烯類3 種，烷類7 種，貯藏采摘當(dāng)天總離子流圖見圖1。“霞暉6號”貯藏期共檢測出27 種香氣物質(zhì)，醛類5 種，醇類3 種，酯類6 種，酮類2 種，內(nèi)酯3 種，萜烯類5 種，烷類3 種。“湖景蜜露”貯藏期共檢測出17 種香氣物質(zhì)，醛類4 種，醇類3 種，酯類4 種，酮類2 種，內(nèi)酯4 種。隨著貯藏期的延長，桃子香氣物質(zhì)呈動(dòng)態(tài)變化，一方面受到品種遺傳基因的影響，另一方面與外界環(huán)境如溫度、光照等因素變化相關(guān)。不同品種桃子貯藏期香氣物質(zhì)的組成與含量存在較大差異。在整個(gè)貯藏期內(nèi)，Stony hard型桃子“霞脆”檢測出的香氣物質(zhì)種類最多，其次是硬溶質(zhì)型桃子“霞暉6號”，軟溶質(zhì)型桃子“湖景蜜露”檢出的香氣物質(zhì)種類最少。在第0、2、4天時(shí)，“霞暉6號”檢出的香氣物質(zhì)種類均多于“湖景蜜露”， 而在第6、8天時(shí)，“湖景蜜露”所測香氣物質(zhì)種類多于“霞暉6號”，結(jié)果見圖2。

圖1 “霞脆”貯藏期總離子流圖Fig. 1 Total ion current chromatogram of aroma compounds in “Xiacui” peach fruit during storage

圖2 3 種肉質(zhì)桃子貯藏期香氣物質(zhì)種類Fig. 2 Changes in number of aroma compounds in peach fruit from each flesh type during storage

在整個(gè)貯藏期間，3 種不同溶質(zhì)桃子的醛類物質(zhì)含量占整體香氣成分的比重最大。桃子貯藏前期，青香型揮發(fā)物C6醇和C6醛類是主要的香氣物質(zhì)組分。隨著貯藏時(shí)間的延長，3 種肉質(zhì)桃子的醇類、醛酮類物質(zhì)含量逐漸降低。芳樟醇屬于花香型香氣成分[23]，在成熟果實(shí)中達(dá)到最大含量。“霞脆”在貯藏第4天芳樟醇含量達(dá)到最高值48.23 μg/kg，“霞暉6號”在貯藏第4天芳樟醇含量達(dá)到最高值59.50 μg/kg，“湖景蜜露”在貯藏第2天芳樟醇含量達(dá)到最高值57.19 μg/kg。Horvat等[24]將青草型香氣物質(zhì)己醛、反-2-己烯醛、苯甲醛，花香型香氣物質(zhì)芳樟醇、γ-癸內(nèi)酯5 種化合物定為桃果實(shí)主要呈味物質(zhì)。將桃子青草型香氣含量與花香型香氣含量進(jìn)行比較，如兩者的比值越低，則果實(shí)的風(fēng)味越濃郁[16]。“霞脆”和“霞暉6號”均在貯藏第4天時(shí)比值降為最低，分別為4.29、4.35。軟溶質(zhì)型桃子“湖景蜜露”在貯藏第2天比值降為最低值5.77，此時(shí)桃果實(shí)風(fēng)味最濃。

酯類物質(zhì)通常具有果香型氣味，是桃子成熟果實(shí)香味的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。桃果實(shí)中的酯類芳香物質(zhì)主要來源于脂肪酸途徑[25]，成熟桃果實(shí)芳香物質(zhì)主要為乙酸己酯、(E)-2-己烯酯等直鏈酯類化合物[26]。由表1可知，“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”中乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯含量均隨著貯藏時(shí)間的延長不斷增加。“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”采后貯藏期分別檢出9、6、4 種酯類物質(zhì)。丁酸丁酯、肉豆蔻酸異丙酯、cis-15-十四酸甲酯僅在Stony hard型桃子“霞脆”中檢出。3 種不同溶質(zhì)桃子共有的酯類有4 種，分別是乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸葉醇酯、鄰苯二甲酸二異丁酯。酯類物質(zhì)的產(chǎn)生是由醇類物質(zhì)、羧酸和酰基輔酶A在酰基轉(zhuǎn)移酶（alcohol acyl transferase，AAT）的作用下酯化而成，果實(shí)中酯類物質(zhì)的不同取決于AAT活性和底物的專一性[27]。不同品種桃果實(shí)酯類芳香物質(zhì)在貯藏期的含量差異明顯。當(dāng)貯藏至第8天時(shí)，“霞脆”酯類含量達(dá)160.27 μg/kg。“霞暉6號”酯類物質(zhì)含量采后第4天達(dá)到最高，為136.08 μg/kg，“湖景蜜露”酯類化合物在第6天含量達(dá)到91.30 μg/kg。

表1 3 種肉質(zhì)桃子貯藏期香氣成分含量變化Table 1 Changes in aroma compounds of peach fruit from three different flesh types during storage μg/kg

內(nèi)酯類物質(zhì)是桃香氣的主要貢獻(xiàn)化合物，能賦予果實(shí)“桃味”特征，γ-癸內(nèi)酯和δ-癸內(nèi)酯賦予桃果實(shí)強(qiáng)烈的果香味[28-29]。3 種不同溶質(zhì)的桃子在貯藏期都檢測出了 γ-己內(nèi)酯和γ-癸內(nèi)酯。“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”γ-癸內(nèi)酯在貯藏第6、4、2天達(dá)到最大值，含量分別為17.40、22.49、6.22 μg/kg。

“霞脆”和“霞暉6號”貯藏期分別檢測出3、5 種萜類物質(zhì)，而軟溶質(zhì)型桃子“湖景蜜露”則未檢出。

“霞脆”在貯藏期檢測出的烷類物質(zhì)種類和含量明顯高于其他2 種肉質(zhì)的桃子，含量較高的烷類有十四烷、十七烷、二十六烷。在桃果實(shí)內(nèi)，烷類物質(zhì)可利用香氣合成等途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而對果實(shí)的香氣起一定的作用。

2.2 3 種不同肉質(zhì)型桃子貯藏期的PCA

圖3為電子鼻技術(shù)分析“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”3 種不同肉質(zhì)型桃子在貯藏期風(fēng)味物質(zhì)的PCA圖。其中“霞脆”PC1的貢獻(xiàn)率為90.54%，PC2的貢獻(xiàn)率為4.73%，總貢獻(xiàn)率達(dá)95.27%，說明主要是PC1對貯藏期區(qū)分起作用，由圖3a可知，從第5天起至第8天，隨著貯藏期延長，PC1貢獻(xiàn)逐漸變大。“霞暉6號”PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為96.62%和2.43%，總貢獻(xiàn)率達(dá)99.05%，結(jié)果見圖3b。“湖景蜜露”PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為88.49%和9.35%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)97.84%，結(jié)果見圖3c。PCA結(jié)果表明3 種不同肉質(zhì)型桃子采后當(dāng)天與貯藏期第8天之間能很好地區(qū)分開，完全沒有重疊，主要是PC1對桃子貯藏期區(qū)分起作用。從PCA圖可知，3 種肉質(zhì)型桃子的2 個(gè)PC貢獻(xiàn)率均超過85%，因此降維有效，能夠反映樣品的主要特征信息[30]。3 種不同溶質(zhì)的桃子在貯藏期間樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)均沒有重疊，說明在貯藏期桃子揮發(fā)的氣味不同。結(jié)合HS-SPME-GC-MS可知，桃子的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量、種類會(huì)隨著貯藏時(shí)間的延長而發(fā)生變化。因此，利用電子鼻能夠準(zhǔn)確識別出不同貯藏時(shí)間桃子的特征氣味，并對其進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。

圖3 3 種肉質(zhì)桃子貯藏期PCA圖Fig. 3 PCA plots discriminating aroma composition in three different peach flesh types during storage

2.3 3 種不同肉質(zhì)型桃子貯藏期的LOA

利用LOA可以區(qū)分當(dāng)前模式下傳感器的相對重要性，若傳感器的響應(yīng)值越偏離零，則該傳感器在識別中作用較強(qiáng)，即為識別傳感器，反之，如果響應(yīng)值接近零，則該傳感器識別力可以忽略[31]。圖4A為“霞暉6號”傳感器貢獻(xiàn)率分析，總貢獻(xiàn)率為99.05%。其中，傳感器W1S（對甲烷類物質(zhì)最為靈敏）、W1C（對芳香苯類敏感）、W3C（對芳香成分、氨類敏感）、W5C（對短鏈烷烴敏感）、W1W（對硫化氫敏感）對“霞暉6號”不同貯藏期香氣響應(yīng)值較大，為特征傳感器。選擇這5 根傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖4B，貢獻(xiàn)率高達(dá)99.54%。圖5A為“霞脆”貯藏期傳感器貢獻(xiàn)率，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為90.54%、4.73%，總貢獻(xiàn)率為95.27%。識別傳感器為W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W（對硫化氫類敏感）的總貢獻(xiàn)率如圖5B所示，其他4 根傳感器貢獻(xiàn)率可以忽略不計(jì)，總貢獻(xiàn)率為98.43%。圖6A為“湖景蜜露”貯藏期傳感器貢獻(xiàn)率，總貢獻(xiàn)率為97.84%，其中PC1貢獻(xiàn)率88.49%，遠(yuǎn)大于PC2的9.35%。傳感器W1S對PC1的貢獻(xiàn)率最大，傳感器W5C、W3C、W1C對PC2的貢獻(xiàn)率較大。只選擇這4 根傳感器對“湖景蜜露”貯藏期進(jìn)行氣味區(qū)分，貢獻(xiàn)率高達(dá)99.96%，結(jié)果見圖6B，說明“湖景蜜露”桃子在貯藏期的香氣主要由這4 種傳感器區(qū)分。3 種不同肉質(zhì)型桃子在貯藏期對其香氣物質(zhì)起主要識別作用的傳感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。不同品種桃果實(shí)在貯藏期所散發(fā)的香氣組分有差異可能是由于果實(shí)發(fā)育時(shí)間、所處環(huán)境不同，從而導(dǎo)致果實(shí)芳香組分種類、含量有所差異。

圖4 “霞暉6號”貯藏期傳感器貢獻(xiàn)率分析Fig. 4 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiahui 6” peach fruit during storage

圖5 “霞脆”貯藏期傳感器貢獻(xiàn)率分析Fig. 5 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Xiacui” peach fruit during storage

圖6 “湖景蜜露”貯藏期傳感器貢獻(xiàn)率分析Fig. 6 Loading analysis of the contribution of electronic nose sensors to the aroma of “Hujingmilu” peach fruit during storage

2.4 3 種肉質(zhì)型桃子在貯藏期硬度變化

3 種肉質(zhì)類型桃子硬度在采后20 ℃貯藏過程中呈下降趨勢（圖7）。Stony hard型桃子“霞脆”采后當(dāng)天硬度為87 N，在采后貯藏過程中硬度下降幅度較低，保持較高的硬度，在第8天硬度下降了32.18%。“霞暉6號”采后3 d迅速軟化，果實(shí)硬度下降至13 N，第4～8天平緩下降。軟溶質(zhì)型桃子“湖景蜜露”在采后當(dāng)天硬度為30 N，貯藏至第2天果實(shí)硬度快速下降至9 N，從第3～8天硬度下降較緩慢。結(jié)合GC-MS分析結(jié)果，“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”分別在第4、4、2天風(fēng)味最濃。因此，“霞脆”在第4天食用最佳，“霞暉6號”、“湖景蜜露”均在采后第2天食用最佳。在整個(gè)貯藏期內(nèi)，“霞脆”一直保持較高的硬度。硬度高的果實(shí)耐貯運(yùn)性強(qiáng)，更有利于采后貯藏和延長貨架期[32]。

圖7 “霞脆”（A）、“霞輝6號”（B）、“湖景蜜露”（C）桃果實(shí) 20 ℃貯藏條件下硬度的變化Fig. 7 Changes in fruit hardness of different peach flesh types during storage at 20 ℃

3 結(jié) 論

采用HS-SPME-GC-MS結(jié)合電子鼻技術(shù)對3 種不同溶質(zhì)桃子貯藏期的香氣成分進(jìn)行研究，結(jié)果表明在桃子成熟期前，青香型的C6醛類、醇類占主要地位，成熟期桃子主要的風(fēng)味物質(zhì)是酯類，不同貯藏期桃子的香氣成分種類及含量存在差異。Stony hard型桃子“霞脆”貯藏期檢測出的香氣物質(zhì)種類最多，其次是硬溶質(zhì)型桃子“霞暉6號”，軟溶質(zhì)型桃子“湖景蜜露”所檢出的香氣物質(zhì)種類最少。硬度與GC-MS測定結(jié)果分析“霞脆”、“霞暉6號”、“湖景蜜露”分別在第4、2、2天達(dá)到最佳食用期。本實(shí)驗(yàn)中電子鼻技術(shù)能有效區(qū)分不同溶質(zhì)桃子在貯藏期的品質(zhì)變化，PCA能準(zhǔn)確區(qū)分開不同貯藏時(shí)間的桃子。根據(jù)LOA可知，3 種不同肉質(zhì)型桃子在貯藏期對其香氣物質(zhì)起主要識別作用的傳感器有W1S、W5C、W3C、W1C、W1W、W2W。因此，本研究中HS-SPMEGC-MS結(jié)合電子鼻技術(shù)較好地呈現(xiàn)了3 種肉質(zhì)型桃子貯藏期的香氣品質(zhì)差異。未來將結(jié)合感官評價(jià)進(jìn)一步研究桃子在貯藏期的品質(zhì)變化。