玫瑰茄中增甜香氣成分分析及含量測定

孫京格，王孟陽，李思諾，周家萍，孟夢，韓冉*

（1.天津科技大學 食品科學與工程學院，天津 300457；2.滄州市食品藥品檢驗所，河北 滄州 061001；3.天津科技大學現代分析技術研究中心，天津 300457）

玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa Linn.）又名洛神花、山茄、洛神葵等，在廣東、福建等地分布廣泛，被譽為“植物界的紅寶石”[1]。玫瑰茄的花萼顏色鮮艷，香氣突出，富含糖類、有機酸以及花青素等物質[2]，其香氣是由多種化合物貢獻的，帶有明顯的花香和果香，主要包括烴類、醇類、酮類、醛類、酯類等。

近年來，為減少非營養甜味劑對消費者感官上產生的負面影響，通過氣味誘導滋味增強的方式實現“減糖增甜”已成為研究熱點[3]。已有研究表明，香氣的添加如香草香氣、草莓香氣和香蕉香氣，能夠顯著增加甜味感知。Oliveira 等[4]研究發現在酸奶中添加0.2%的香草香氣或草莓香氣，減少25%的蔗糖使用量，不會影響酸奶甜度。Bertelsen 等[5]研究發現香草、蜂蜜和香蕉香氣在低和中濃度蔗糖下有顯著增甜效果。

香氣增甜是極具應用價值的新型減糖方式。目前，國內外有關玫瑰茄的研究主要集中在玫瑰茄活性成分提取工藝[6-7]、生物活性及藥用價值[8-9]、新產品開發[10-11]等方面，而對于玫瑰茄揮發性香氣成分的挖掘、驗證、應用有待研究。氣相色譜嗅聞（gas chromatography/olfactometry-associated taste，GC/O-AT）技術[12-13]可用于5 種口味（甜、咸、苦、酸、鮮）的篩選鑒定。本文利用GC/O-AT 篩選玫瑰茄花萼中滋味感知相關的揮發性成分，由感官描述得知甜味感知相關的香氣成分，結合氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 分析玫瑰茄中揮發性成分的種類及相對含量。以期為低糖、健康、美味食品的開發奠定基礎，為食品工業發展提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玫瑰茄花萼：產自云南昆明，滄州市食品藥品檢驗所提供。

11 種香氣成分的標準品（正己醛、糠醛、癸醛、壬醛、香葉基丙酮、苯甲醛、辛醛、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、橙花叔醇、α-松油醇，均為色譜純）：天津泰艾瑞科技有限公司；蔗糖（食品級）：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

BJ-800A 多功能粉碎機：杭州拜杰科技有限公司；ME204/02 電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；81-2 型恒溫磁力攪拌器：上海司樂儀器有限公司；GCMS-QP2010 氣相色譜質譜聯用儀：日本島津公司；固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）手動進樣手柄、50/30UM DVB/CAR on PDMS 萃取頭：上海安譜實驗科技股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 香氣成分萃取

將頂空瓶清洗干凈、烘干備用，準確稱量0.300 g粉碎過篩后的玫瑰茄花萼粉末，加入超純水5 mL 至頂空瓶約1/3 處，加入磁力攪拌轉子，封口，固定在裝滿水的燒杯中，于80 ℃恒溫平衡15 min。將經老化處理后的萃取針插入預先扎孔的頂空瓶內，注意不能接觸液面，于80 ℃恒溫吸附30 min。取出富集香氣成分的萃取針，立即將其插入到氣相色譜儀的進樣口中進行測樣，樣品解吸15 min 后拔出，程序運行50 min 后自動結束。

1.3.2 GC-MS 分析

色譜條件：Rtx-5MS 氣相色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；在初始溫度為40 ℃下保持1 min，以4 ℃/min的速度升溫至182 ℃，保持時間為1 min，再以8 ℃/min的速度升溫至250 ℃，保持時間為3 min；進樣口溫度為250 ℃，不分流進樣；載氣為He，流量為1.0 mL/min。

質譜條件：氣相質譜離子源為電子電離離子源，離子源溫度220 ℃，電子能量70 eV，接口溫度220 ℃，質譜掃描范圍為m/z 40～500。

1.3.3 GC/O-AT 分析

氣相色譜毛細管柱的末端連接到一個分流器，將流出物分成兩個相等的部分，即嗅探器端口和質譜檢測器，并且在嗅覺端口處安裝加濕器以避免鼻黏膜脫水，分析條件同1.3.2 的方法，同時有10 名相關研究經驗的食品專業學生（5 男5 女，年齡在18～25 歲）進行嗅聞，要求篩選出與甜味感知相關的香氣化合物。感官評審員描述嗅到的香氣屬性特征（如花香、果香和焦糖香等），并記錄氣味感知的強度，感知無氣味劃定為0、有微弱氣味劃定為1、有較明顯的氣味劃定為2、有強烈氣味劃定為3。

1.3.4 感官評價

感官評審團由20 名有相關研究經驗的食品專業學生（10 男10 女，年齡在18～25 歲）組成。感官評價員符合Xiao 等[14]的氣味誘導甜味增強試驗中的感官評定要求，以準確有代表性的描述玫瑰茄中香氣成分的感官特征。結合GC-O/AT 選擇11 種食品級香味劑在含有30 g/L 蔗糖的蒸餾水中稀釋，以探索其增強甜度的感知能力。根據其嗅覺強度和預測試中的可接受性來選擇香味劑的濃度，如表1 所示。

表1 11 種香氣成分氣味閾值以及蔗糖溶液中添加的選定濃度Table 1 Odor threshold and concentration of eleven aroma components added in the sucrose solution

取每種溶液10 mL 置于50 mL 塑料杯中，所得樣本使用隨機3 位數字編號，并隨機提供給感官評價員。對于每個樣本，感官評價員都被要求先進行嗅聞后氣味描述并將整個樣本放入嘴中，舌尖旋轉樣本記錄感知描述，感官評價員用酸、甜、苦、鮮、咸5 種味覺感知描述玫瑰茄的香氣。樣品間隔不低于90 s，蒸餾水漱口。

上述試驗選出6 種與甜味感知相關的香氣成分，其不僅在本試驗樣本中出現，而且廣泛存在于玫瑰茄中。將篩選出的香氣成分按照表1 濃度分別加入到30 g/L的蔗糖溶液中，并制備一份相同濃度的蔗糖溶液。用3 位隨機數對提供樣品進行編碼，感官評價員采用0～10（0 表示沒有，10 表示非常強烈）的線性范圍來評定甜味的強度。在對隨機提供樣品品嘗之前，感官評價員需要品嘗參考溶液，其中30 g/L 的蔗糖溶液評分為3，80 g/L 的蔗糖溶液評分為10。在感官試驗中，感官評價員被要求將10 mL 樣品放入口中，在口腔內停留3～5 s 后吐出樣品并評估感知味覺強度。試驗過程中，樣品溫度維持在室溫（23±1）℃范圍內，每個樣品之間需要停留2 min，期間呼吸新鮮空氣并使用蒸餾水漱口，每個樣品試驗3 次，取平均值作為最終結果。感官結果表述為氣味誘導甜味增強（odor induced sweetness enhancement，OISE），如式（1）所示為含氣味成分的蔗糖溶液與含等量蔗糖的溶液之間的甜度差。

式中：Y 為OISE 值；R1為含香氣成分的蔗糖溶液的甜味強度；R2為相同濃度的蔗糖溶液的甜味強度。

1.3.5 增甜驗證試驗

為探究不同濃度的蔗糖溶液對香氣成分增甜效果的影響，將感官試驗篩選出的香氣成分分別加入到濃度為0、30、60、90 g/L 的蔗糖溶液中，采用相同的感官方法進行試驗。

1.3.6 香氣成分定性定量分析

經GC-MS 分析檢測得到玫瑰茄的總離子流圖，將其與NTST 17 質譜庫中的標準圖譜進行對比，結合文獻共同確定揮發性成分的種類。采用峰面積歸一化法計算出玫瑰茄花萼香氣成分的相對含量[20-21]。

1.4 數據分析

采用GC-MS 再解析對玫瑰茄香氣成分進行定性定量分析；使用Excel 2019、SPSS（21 版）、Origin 2021進行數據統計處理并繪制圖形；OISE 采用單樣本t 檢驗[22]，以評估均值是否不為0，即是否具有增甜效果。當p＜0.05 時，認為差異顯著，p＜0.01 時，認為差異極顯著，p＜0.001 時，認為差異高度顯著。

2 結果與分析

2.1 與甜味相關的香氣成分選擇

采用GC/O-AT 技術選擇出與甜味相關的香氣成分，感官評價員進行氣味的描述和鼻后氣味強度的評定，結果見表2。

表2 GC/O-AT 選擇出的與甜味相關的香氣成分Table 2 Sweet taste-related aroma components screened by GC/O-AT

由表2 可知，若將“柑橘香”、“蘋果香”、“甜橙香”、“橙皮香”歸為“水果香”，將“玫瑰香”、“茉莉香”歸為“花香”，這些香氣成分的氣味描述可分為3 大類，即“水果香”、“焦糖香”、“花香”，這3 類香型在已有文獻中被稱為“甜香”，往往與“甜”味覺感知相關聯，但是11 種香氣成分對味覺作用的增強不僅僅受香氣化合物的影響，具體味覺感知的影響還需要通過感官評價進行分析驗證。

2.2 感官評價試驗結果

結合描述性感官分析確定玫瑰茄中香氣成分的風味屬性及感知強度，包括嗅覺（“花香”、“果香”、“焦糖香”、“青草香”等）和味覺（酸、甜、苦、咸、鮮）。最終篩選出6 種與甜味感知相關的物質，包括3 種醛、2 種醇、1 種酮，結果如表3 所示。

表3 11 種香氣成分的感官評價結果Table 3 Sensory evaluation results of eleven aroma components

由表3 可知，在這些化合物中，60%的感官評價員認為具有“焦糖味、土豆味等”的糠醛是甜味。苯甲醛被描述為“糖果味、杏仁氣味等”，有40%的感官評價員認為其對甜味感知有影響。香葉基丙酮和芳樟醇分別具有“清甜香、玫瑰香等”和“水果香、花香等”，被70%的感官評價員描述為甜。呈現“花香、柑橘香等”的癸醛和 “香草香氣、甜橙香等” 的橙花叔醇分別被40%、50%的感官評價員描述為“甜味”。己醛除了被描述為“木質香”、“油脂味”，還被部分感官評價員描述為“青草味”、“果香”、“甘草香”、“瓜子氣息”，氣味描述復雜多樣，味覺感知亦是如此。與鮮味和咸味相關的化合物1-辛烯-3-醇，被描述為“菌菇味、海鮮味等”。辛醛被40%的感官評價員描述為鮮，20%的感官評價員描述為咸，具有“油脂味、蘋果味等”氣味。壬醛和α-松油醇分別被描述為“生魚味、燒焦味等”和“藥味”，60%感官評價員味覺感知為“苦”。楊婷等[23]在分析紅糖揮發性成分時將辛醛描述為“油脂味”、苯甲醛被描述為“堅果味”、1-辛烯-3-醇被描述為“青草味和蘑菇味”等，這與本試驗感官評價員描述基本一致。

2.3 味覺增強作用的結果分析

糠醛、苯甲醛、芳樟醇、癸醛、香葉基丙酮、橙花叔醇6 種香氣化合物對30 g/L 的蔗糖溶液的甜度的影響結果如圖1 所示。

圖1 6 種香氣成分在30 g/L 蔗糖溶液中的增甜效果Fig.1 Sweetness enhancement effects of six aroma components in 30 g/L sucrose solution

由圖1 可知，與30 g/L 蔗糖溶液相比較，糠醛、苯甲醛、芳樟醇、香葉基丙酮、橙花叔醇5 種香氣化合物可顯著增強30 g/L 的蔗糖溶液的甜度（p＜0.05），其中芳樟醇、香葉基丙酮、橙花叔醇的影響極顯著（p＜0.01）。癸醛具有與甜味感知相關的果味和花香味，但是其對30 g/L 蔗糖溶液甜度的增強沒有顯著性影響（p＞0.05），可能是氣味與滋味互作過程中嗅覺占主導作用。有研究證實糠醛具有焦糖氣味，可以一定程度增加蔗糖溶液甜度[24]，苯甲醛可增強奶油蛋糕甜點的甜度[25]。芳樟醇在30 g/L 蔗糖溶液中的增甜效果最好，與芳樟醇相比，香葉基丙酮和橙花叔醇對30 g/L 蔗糖溶液的甜度提高較少，可能由于其感官描述分別被10%和20%的感官評價員描述為苦，影響了其增甜效果。

感官評價員由添加等量的甜味劑的低濃度蔗糖到高濃度蔗糖依次進行感官評價，圖2 為芳樟醇、香葉基丙酮和橙花叔醇3 種甜味劑加入到不同濃度的蔗糖溶液中增甜的效果。

圖2 香氣成分在不同濃度蔗糖溶液中的增甜效果Fig.2 Sweetness enhancement effects of aroma components in different concentrations of sucrose solutions

由圖2a 和2b 可知，芳樟醇、香葉基丙酮在0、30、60 g/L 的蔗糖溶液中能顯著提高甜味，其中芳樟醇在30 g/L 的蔗糖溶液中增甜效果最好，香葉基丙酮在60 g/L 的蔗糖溶液中增甜效果最好，但在90 g/L 的高濃度蔗糖溶液中都不能顯著提高甜味。由圖2c 可知，橙花叔醇在0、30、60、90 g/L 的蔗糖溶液中均能顯著提高甜味且OISE 差值小，說明不同濃度蔗糖溶液對橙花叔醇增甜效果影響較小，實際生產過程中可選擇低濃度的糖溶液，減少糖的使用量同時發揮較好的增甜效果。有研究指出，蔗糖濃度的增加會提高揮發性香氣的釋放率，糖濃度持續增加會導致溶液中的黏度增加，可能促使揮發性香氣與蔗糖相結合，從而抑制香氣釋放[26]。有研究表明，揮發性香氣可與寡糖類化合物相結合形成糖苷類香氣前體，抑制揮發性香氣的持續釋放[27]。綜上所述，相關香氣成分在30 g/L 或60 g/L 中對甜味感知影響最佳，增加至90 g/L 后有所下降，說明在高濃度的蔗糖溶液中的釋放率受到很大抑制，在低和中濃度的蔗糖溶液下增甜最佳，差異極顯著（p＜0.01）。

2.4 玫瑰茄揮發性成分定性定量分析結果

應用頂空固相微萃取技術對玫瑰茄樣品進行前處理，利用GC-MS 分析得到玫瑰茄的總離子流圖見圖3，玫瑰茄揮發性物質成分及含量見表4。

圖3 玫瑰茄揮發性成分GC-MS 的總離子色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram of the volatile components of roselle

表4 玫瑰茄揮發性成分定性定量分析Table 4 Qualitative and quantitative analysis of volatile components of roselle

由圖3 和表4 可知，經定性分析可知總離子色譜圖中共有78 個吸收峰，其中包括受儀器和萃取頭材質的影響而出現的雜峰和一些相似度很低的不確定峰，通過篩選共鑒定出56 種化合物，包括醛類17 種（占總揮發性成分含量的40.26%）、碳氫化合物10 種（占總揮發性成分含量的33.66%）、醇類10 種（占總揮發性成分含量的7.35%）、酯類8 種（占總揮發性成分含量的3.95%）、酸類3 種（占總揮發性成分含量的3.75%）、酮類4 種（占總揮發性成分含量的2.59%）、其他化合物4 種（占總揮發性成分含量的3.95%）。蔡賢坤等[28]鑒別出玫瑰茄中的石竹烯、己醛、糠醛、庚醛、反式-2-庚烯醛、芳樟醇、壬醛、癸醛、2-戊基呋喃、香葉基丙酮、橙花叔醇等30 種香氣成分與本試驗結果一致，其中芳樟醇、α-松油醇作為玫瑰茄的特征性香氣也測定出較高含量。由于本研究原料為干燥后的玫瑰茄，因此其糠醛、辛醛等醛類化合物種類多樣，含量較高。Avalos-Martínez 等[29]研究表明玫瑰茄熱飲中含有乙酸、己醛、苯甲醛、1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇、壬醛等揮發性成分，這與本研究結論一致。

本研究篩選出的與甜味感知相關的香氣成分糠醛（12.64%）、苯甲醛（1.69%）、芳樟醇（1.75%）、癸醛（4.10%）、香葉基丙酮（1.36%）以及橙花叔醇（1.01%），其相對含量均高于1%，且Zannou 等[30]試驗結果可知，玫瑰茄中醛類化合物與醇類化合物被確定為主要特征香氣，因此該結果驗證了GC/O-AT 試驗結合甜味增強試驗篩選出的除癸醛外5 種香氣化合物能夠有代表性的展現玫瑰茄良好的風味特征，同時為未來食品提供減糖新思路。

3 結論與展望

該研究結合氣相色譜嗅聞技術，由嗅覺與味覺相互作用一致性原則，選出具有“花香”、“焦糖香”、“水果香”等風味屬性的己醛、糠醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、辛醛、芳樟醇、壬醛、α-松油醇、癸醛、香葉基丙酮和橙花叔醇，共11 種香氣化合物。根據感官描述可知，玫瑰茄中增甜成分有6 種，其中香葉基丙酮、糠醛、苯甲醛、芳樟醇、α-松油醇均能顯著提高蔗糖溶液（30 g/L）的甜度，且芳樟醇的影響效果最佳。此外，由定量定性分析得到玫瑰茄中有56 種香氣化合物，其中增甜成分的含量均高于1%。

本研究篩選出玫瑰茄中具有增甜效果的香氣化合物，而酸味和甜味的協同表達才能帶來味蕾極致的體驗，因此其與酸味及其它滋味的相互作用產生的效果值得繼續研究。其次，本研究以蔗糖溶液代替食物基質探究香氣化合物的增甜效果，后續相關研究可以驗證其在果汁、牛奶基質或復配物質下對風味感知的影響。最后，本研究對產自云南昆明的干玫瑰茄中香氣成分進行定性定量分析，后續研究可從不同產地和干燥方式等方面擴大樣本量，探究來自不同產地、經過不同干燥方式干燥的玫瑰茄中香氣成分的變化。