不同品種紅棗香氣分析與評價

賈宇堯，石然啟，高京草，吐爾遜阿依·達吾提，哈力娜·哈麥拉，韓剛*

（1.西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 園藝學院，陜西 楊凌 712100；3.新疆林業學校，新疆 烏魯木齊 830026）

棗（Ziziphus jujuba Mill.）是我國特有的經濟林果，已有7 000 多年的栽培利用歷史，品種資源非常豐富，達700 多個，主要被制成紅棗（即干棗）消費利用，為我國第一大干果經濟林樹種[1-2]。新疆南疆因日照時間長、晝夜溫差大、降雨量少等氣候特點，生產的紅棗品質優異，成為我國最大的紅棗種植生產區，種植面積達44.5 萬hm2，占全國的60%左右[3]。近年來，隨著紅棗市場需求飽和，價格跌落，消費者及加工企業對紅棗的選擇也提出了更高要求，更加注重紅棗的風味特性，而其中的紅棗香氣由于首先通過嗅覺感知，成為風味評價的重要指標[4]。眾多研究發現，紅棗香氣由大量揮發性化合物（volatile organic compounds，VOCs）混合構成，主要包括酯類、酸類、醇類、醛類、酮類及烴類等物質[4]。目前，相關研究多從干制方式[5]、貯藏條件[6]和成熟度[7]等方面探討對紅棗香氣的影響，僅少量研究關注于紅棗香氣的關鍵揮發性成分[8]，而相較于金橘、檸檬、西梅及藍莓等果實，對紅棗關鍵呈香物質及品種間差異香氣成分的比較研究較少[9-11]，尤其關于紅棗關鍵氣味活性物質及香氣評價均鮮有報道。此外，紅棗揮發性化合物因其獨特的香氣而廣泛應用于食品、天然香精香料等行業[12]。

為深入了解不同品種紅棗的香氣成分及其差異，科學評價紅棗香氣品質，必須對其揮發性組分進行準確的定性及定量分析。頂空-固相微萃取-氣相色譜-質譜（headspace solid phase microextraction-gas chromatography -mass spectrometry，HS-SPME-GC -MS）法因其操作便捷、靈敏度高、選擇性及重復性好等優點而被廣泛應用于食品香氣研究領域，能準確反映樣品揮發性物質的基本組成，逐漸成為探索果實香氣的最佳方法之一[13-14]。本研究以南疆地區主要栽培的5 個品種紅棗為試材，基于HS-SPME-GC-MS 技術結合氣味活度值法及多元統計分析測定和分析評價5 種紅棗的香氣成分與香氣品質，以期為紅棗風味品質評價、食品加工利用及品種選育提供理論和參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

七月鮮（QYX）、駿棗（Jun）、灰棗（Hui）、金昌1 號（Jin）和贊皇大棗（Zan）完熟期果實材料均來自新疆阿克蘇地區溫宿縣立地條件一致且統一管理的棗園。每個品種選擇5 株生長健康、長勢及坐果基本一致的盛果期棗樹，每株于上層分東南西北各隨機選取5 個完熟期果實，每個品種合計100 個果實，帶回實驗室在60 ℃下烘干6 h 后取出（含水率約為23%），冷卻至室溫后裝入塑料袋使水分平衡5 d，去核后真空冷凍干燥，研磨（30 Hz，1.5 min）至粉末狀，于-80 ℃超低溫冷凍保存，用于揮發性物質測定。

甲醇、2-壬酮（均為色譜純）：德國Merck 公司。

1.2 儀器與設備

Scientz-100F 冷凍干燥機：寧波新芝生物科技公司；MM400 研磨儀：德國Retsch 公司；SPME 進樣器、DVB/CAR/PDMS 50 μm/30 μm 萃取頭：美國Supelco 公司；ISQ 氣質聯用儀：美國Thermo fisher 公司。

1.3 方法

1.3.1 揮發性成分提取

采用SPME 手動進樣器和DVB/CAR/PDMS 50 μm/30 μm 萃取頭提取揮發性物質。在40 mL 頂空瓶底部加5 μL 體積分數為33.33%的2-壬酮作為內標，再準確稱取5.0 g 樣品粉末于頂空瓶內，錫箔紙封口；40 ℃水浴平衡10 min，萃取40 min，完成香氣吸附，試驗重復3 次。

1.3.2 氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析

利用氣質聯用儀進行揮發性物質測定。GC 條件：GS-Tek-5MS 石英毛細管柱（0.25 mm×30 m×0.25 m）；升溫程序：40 ℃保持2 mim，以5 ℃/min 升至130 ℃并保持2 min，再以10 ℃/min 升至250 ℃并保持5 min；進樣口溫度230 ℃；載氣（He）流速1 mL/min，分流進樣，分流比50∶1；進樣量2 mL。MS 條件：電子轟擊離子源；電子能量70 eV；離子源溫度250 ℃；傳輸線溫度230 ℃；質量掃描范圍amu 35～400。

1.3.3 揮發性成分定性及定量分析

揮發性物質經GC-MS 分析鑒定后，利用Xcalibar 工作站NIST 2010 標準譜庫檢索各組分，結合相關文獻資料對紅棗揮發性物質進行定性，僅選擇匹配率大于800 的鑒定結果，按面積歸一化法計算各物質相對含量，其計算公式如下，并以2-壬酮為內標進行精確定量。

式中：M 為揮發性物質含量，μg/g；S、s 分別為揮發性物質峰面積和內標峰面積；C 為內標濃度，μg/μL；V為內標體積，μL；m 為樣品質量，g。

1.3.4 揮發性成分氣味活度值測定

揮發性成分的氣味活度值（odor activity value，OAV）計算參考馬敬宜等[15]的研究，OAV≥1 的揮發性物質為紅棗的關鍵香氣成分。

1.3.5 紅棗香氣品質評價

基于紅棗關鍵香氣成分的主成分分析（principal component analysis，PCA）建立紅棗香氣評價模型，比較所試紅棗的香氣品質，具體方法參考王超等[16]的研究。

1.4 數據處理

采用SPSS 26.0 對樣本數據進行差異顯著性分析，使用SIMCA14.1 和Origin 2021 進行主成分分析和聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）。

2 結果與分析

2.1 不同品種紅棗揮發性成分數量及含量分析

不同品種紅棗VOCs 類別及數量見表1 和圖1。

圖1 不同品種紅棗VOCs 數量韋恩圖Fig.1 Venn diagram of species of volatile organic compounds of different jujube cultivars

表1 不同品種紅棗VOCs 類別及數量Table 1 Categories and species of volatile organic compounds of different jujube cultivars

如表1 所示，分別在七月鮮、駿棗、灰棗、金昌1 號和贊皇大棗中檢出86、57、58、65 種和67 種揮發性物質，可分為8 類126 種，酯類數量最多，酸類、烴類、酮類次之，而醛類、醇類、酚類及其它類揮發物數量相對較少，甚至在駿棗、灰棗和金昌1 號中未檢測到酚類物質。如圖1 所示，5 種紅棗均含有的揮發性物質為27種（酯類18 種、酸類5 種、醛類3 種、酮類1 種），其中，己酸乙酯（0.76～3.32 μg/g DW）、戊酸乙酯（0.26～0.42 μg/g DW）、丁酸乙酯（0.12～0.28 μg/g DW）、3-甲基丁酸乙酯（0.06～0.46 μg/g DW）、3-羥基-2-丁酮（0.09～0.69 μg/g DW）及苯甲醛（0.03～0.17 μg/g DW）的含量較高。此外，七月鮮、駿棗、灰棗、金昌1 號和贊皇大棗分別有19、5、2、6 種和10 種特有揮發性成分。例如2-甲氧基苯酚、月桂醛、辛醛、2-甲基己酸、香樹烯、L-薄荷酮及呋喃等僅存在于七月鮮中；γ-葵內酯、正十六烷酸、丙酸等只存在于駿棗中；十三烷和1-1，4-二甲基-3-環己烯-1-乙酮為灰棗特有；2-乙基己醛、反-2-庚烯酸、順-2-庚烯、3-羥基丁酸乙酯和癸酸甲基酯為金昌1 號獨有；而異戊酸甲酯、順-9-十六碳烯酸乙酯、1-十六烷醇、2-甲基十一烷酸、二十一烷等為贊皇大棗特有。

不同品種紅棗VOCs 各類別含量見圖2。

圖2 不同品種紅棗VOCs 含量Fig.2 Content of volatile organic compounds in different jujube cultivars

由圖2 可知，5 種紅棗揮發物總量由高到低依次為灰棗（6.34 μg/g DW）＞七月鮮（5.18 μg/g DW）＞贊皇大棗（3.87 μg/g DW）＞金昌1 號（3.66 μg/g DW）＞駿棗（2.85 μg/g DW）。5 種紅棗酯類物質含量均最高，占揮發物總量的57.67%～83.32%。酸類和酮類次之。醛類、醇類和烴類含量相對較少，并因品種而異。而酚類（0.00%～1.66%）和其它類揮發物（0.07%～3.13%）含量極少甚至檢測不到。然而，同一類別揮發物含量在棗品種間表現出顯著差異，如醇類、烴類和酚類物質含量在七月鮮中顯著高于其它4 個品種，酯類和酮類物質含量在灰棗中最高，而酸類和醛類含量則在金昌1 號中最高。

2.2 不同品種紅棗揮發性化合物OAV 分析

揮發性組分對紅棗香氣的貢獻不僅與該組分在棗果中的濃度相關，其閾值也是非常重要的參考依據。OAV 是揮發性化合物質量濃度與其閾值之比，一般認為OAV≥1 的化合物為整體香氣的關鍵物質，參照相關文獻中部分揮發物在水中的閾值計算各物質的OAV。

不同品種紅棗關鍵揮發性化合物的OAV 見表2。

表2 不同品種紅棗關鍵揮發性化合物的OAVTable 2 Odor activity value of key volatile organic compounds in different jujube cultivars

由表2 可知，共確定了23 種關鍵揮發性香氣物質，以酯類（12 種）和醛類（5 種）物質為主，約占74%，對紅棗香味影響較大。丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯是5 種紅棗共有的關鍵香氣成分，其中丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和己酸乙酯的OAV 均大于100，對紅棗香氣構成有重要貢獻，且在QYX、Hui 明顯更高。QYX、Hui 和Jin 中戊酸乙酯的OAV 明顯高于Jun 和Zan；Hui 中己酸乙酯、3-羥基丁酮的OAV 明顯高于其它4 個棗品種；Jin 中1-辛烯-3-醇的OAV 明顯高于其它4 個品種。此外，QYX 特有的關鍵香氣活性物質包括辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚；Jun 特有的關鍵香氣成分為γ-葵內酯；Jin 的特有關鍵香氣成分為癸酸甲基酯。

2.3 不同品種紅棗的多元統計分析與香氣品質評價

為探索5 種紅棗的香氣差異，對5 種紅棗的關鍵香氣物質進行多元統計分析，主成分分析結果見圖3。

圖3 紅棗關鍵揮發性化合物主成分分析Fig.3 Principal component analysis of key volatile organic compounds in jujube

如圖3 所示，主成分分析中前3 個主成分方差貢獻率分別為47.767%、23.303%和13.266%，累計貢獻率為84.337%。各紅棗品種樣本內部聚集較好，品種間分離明顯。

5 種紅棗的關鍵香氣物質層次聚類分析結果見圖4。

圖4 紅棗關鍵揮發性化合物聚類分析Fig.4 Hierarchy cluster analysis of key volatile organic compounds in jujube

如圖4 所示，層次聚類分析將5 種紅棗分為4 類，Ⅰ類為QYX，Ⅱ類為Jin，Ⅲ類為Hui，Ⅳ類為Zan 和Jun。結合PCA 和HCA 結果表明，此5 種紅棗具有不同的香氣特征。

為進一步比較所試5 種紅棗的香氣品質，基于PCA 建立紅棗香氣評價模型。PCA 中前3 個主成分累計貢獻率達84.337%，已包含紅棗香氣的絕大部分信息，各變量信息見表3 和表4。

表3 紅棗關鍵香氣成分的主成分分析Table 3 Principal component analysis of key aroma components in jujube

表4 關鍵香氣成分的特征向量和載荷矩陣Table 4 Eigenvalues and loads of key aroma components

由表3 和表4 可知，各變量信息在PC1、PC2 和PC3 中的權系數較高，因此可用S1、S2和S3這兩個新的綜合指標代替原來的23 個關鍵揮發物指標，對5 種紅棗進行分析，得出VOCs 的線性關系式分別如下。

式中：S1、S2和S3分別表示綜合主成分值；C1、C2……C23分別表示23 種香氣成分標準化后的含量；F為對應的特征向量值。

以第一主成分貢獻率（α1）、第二主成分貢獻率（α2）和第三主成分貢獻率（α3）作為權數，建立香氣綜合評價模型S=S1×α1+S2×α2+S3×α3，計算綜合評價指標的分值S。主成分綜合得分可以有效反映不同品種紅棗的香氣品質。

不同品種紅棗香氣評價得分及排名見表5。

表5 不同品種紅香氣得分及排名Table 5 Aroma scores and ranking of different jujube cultivars

由表5 可知，七月鮮在第一主成分上得分最高，而贊皇大棗最低；灰棗在第二主成分上得分最高，金昌1 號最低；灰棗在第三主成分上得分最高，駿棗最低。綜合得分從高到低依次為七月鮮（2.933）＞灰棗（0.415）＞贊皇大棗（-0.945）＞駿棗（-1.158）＞金昌1 號（-1.246）。由此表明，七月鮮香氣品質最優，灰棗次之，均明顯優于贊皇大棗、駿棗及金昌1 號。

3 討論

據報道，酯類、酸類、醇類、醛類、酮類及烴類等物質是構成棗香氣的主要成分。本試驗采用HS-SPMEGC-MS 技術對5 個品種紅棗的檢測結果亦是如此，并在個別品種中檢出少量酚類和其它類物質，共計8 類126 種，較前人所報道的紅棗揮發物數量更多[5]。

5 種紅棗均以酯類揮發物數量最多、酸類次之，與李煥榮等[19]對新疆灰棗干果的測定結果基本一致。各棗品種均以酯類揮發物含量最高，特別是己酸乙酯，占酯類總量的39.63%～62.65%，與趙進紅等[20]結果一致。本試驗發現，己酸乙酯、苯甲酸乙酯和辛酸乙酯等為5 種紅棗共有關鍵揮發成分，是紅棗的主要呈香物質。Zhu 等[8]研究表明己酸乙酯是金絲小棗、油棗和玉棗的香氣活性物質。苯甲酸乙酯天然存在于桃、菠蘿、醋栗及紅茶中，具有甜香、果香和薄荷香氣，可用于香水、香精的配制和食品加工[21]。辛酸乙酯具有果香和白蘭地酒香味，是芒果、鴨梨等果實的主要香氣物質[22-23]。由此推測，己酸乙酯、苯甲酸乙酯和辛酸乙酯等酯類揮發物亦可能對紅棗果實香氣的形成具有重要貢獻。酸類和烴類雖然是紅棗中較為豐富的揮發性成分，但其閾值較高，對棗果整體風味貢獻較小，相反數量較少、含量較低的醛類等化合物對紅棗香氣貢獻更大。5 種紅棗中也檢測出9 種醛類物質，其中辛醛、順-2-辛烯醛、月桂醛、順-2-癸烯醛和壬醛被確定為紅棗的關鍵香氣成分。此外，在個別品種紅棗中檢測到酮類、醇類、酚類及其它類物質，其中2-戊基呋喃和2，5-二甲基吡嗪等大多在干制過程中通過美拉德反應產生，可以賦予紅棗獨特的焦香味。

不同品種紅棗因其揮發性香氣物質的種類及含量不同，而導致香氣各異。例如辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚為QYX 特有香氣活性成分，且2，5-二甲基吡嗪和2-戊基-呋喃含量明顯高于其它4個棗品種，辛醛具有強烈甜橙香氣，主要用于柑橘類香料的調制[24]，賦予了QYX 濃郁的果香味及獨特堅果香氣。Hui 中的3-羥基丁酮含量是其它品種的3.72～193.84 倍，與其具有醇厚“奶香味”的普遍評價非常契合。Jin 也因其獨有的癸酸甲基酯和高含量的1-辛烯-3-醇而香氣特異，其中1-辛烯-3-醇帶有強烈的蘑菇香、土壤香及藥草香味，在烘烤食品、加工蔬菜、調味品及人造精油中均有使用[25]。Jun 特有的γ-葵內酯也賦予其獨特的桃果香氣。辛醛、月桂醛、2-甲氧基苯酚、2，5-二甲基吡嗪、2-戊基-呋喃、3-羥基丁酮、癸酸甲基酯、1-辛烯-3-醇和γ-葵內酯等關鍵香氣物質不僅是導致5 種紅棗香氣差異的重要成分，并可作為標志性香氣活性物質，為紅棗品種的鑒別區分提供依據[26]。

4 結論

在新疆地區的七月鮮、灰棗、駿棗、金昌1 號和贊皇大棗中分別檢測到86、57、58、65 種和67 種揮發性物質，共8 類（酯、酸、烴、酮、醛、醇、酚及其它類）126 種，以酯類化合物種類最多、含量最高。丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和月桂酸乙酯是紅棗的主要香氣成分。篩選出導致不同品種紅棗香氣差異的關鍵揮發性物質，包括七月鮮中的辛醛、月桂醛、1-甲基萘和2-甲氧基苯酚；駿棗中的γ-葵內酯；灰棗中的3-羥基丁酮；金昌1 號中的癸酸甲基酯和1-辛烯-3-醇。這些揮發性物質，可作為品種區分的標志性香氣活性物質。七月鮮和灰棗的揮發性香氣成分含量高且香氣品質優異，是優質的紅棗種質資源，具有更大的食品加工利用潛力和育種價值。