熱加工西瓜汁關(guān)鍵異味成分的初步鑒定

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(北京工商大學(xué)食品學(xué)院,北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心,北京 100048)

有關(guān)西瓜汁風(fēng)味的萃取,何聰聰?shù)萚9-10]通過不同的萃取方法對西瓜汁香氣成分進(jìn)行分析和比較,結(jié)果表明,頂空法中的固相微萃取法(SPME)和溶劑法中的溶劑輔助蒸發(fā)法(SAFE)是最合適西瓜汁風(fēng)味萃取的兩種方法,同時(shí)驗(yàn)證西瓜汁中的關(guān)鍵香氣成分,包括反-2-壬烯醛、反,順-2,6-壬二烯醛、順-6-壬烯醛、壬醛、己醛、順-6-壬烯醇、順,順-3,6-壬二烯醇等。其中固相微萃取(SPME),主要依據(jù)不同極性涂層的吸附特性將揮發(fā)性化合物富集在萃取頭上,具有操作簡便、敏感、樣品用量少、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),但是萃取物的組分易受萃取頭極性的影響;SAFE在低溫、高真空的條件下,更能得到真正可靠的風(fēng)味提取物,最接近原樣品的香氣輪廓,能夠?qū)χ械然虻蛽]發(fā)性組分進(jìn)行高效提取[11-12]。

關(guān)于氣味化合物對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)的判定,常見用芳香萃取物稀釋分析(Aroma extract dilution analysis,AEDA)來確定具有重要貢獻(xiàn)的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)[13]。它以人的鼻子作為檢測器進(jìn)行嗅聞,將溶劑按照一定比例依次稀釋樣品,直至嗅聞不到該氣味為止。在這種方法中,氣味化合物的氣味強(qiáng)度由氣味稀釋因子(Flavor dilution factor,FD因子)來表示,FD因子為將原樣品中的各種氣味化合物稀釋至剛嗅聞不到時(shí)所用的最小稀釋倍數(shù)。一般來說,FD因子越大,該化合物的貢獻(xiàn)程度越大。對于固相微萃取這種頂空萃取稀釋的方法,可稱作動態(tài)頂空稀釋分析(Dynamic headspace dilution analysis,DHDA),常采用增大進(jìn)樣口分流比的方式達(dá)到稀釋目的,FD因子即氣味剛嗅聞不到所用的分流比與氣相色譜最初分流比的比值[14]。

目前已有眾多學(xué)者對西瓜汁風(fēng)味進(jìn)行了研究。西瓜汁中已發(fā)現(xiàn)約300種揮發(fā)性化合物,以醛類、醇類、酯類和羰基化合物最多[15],其中不飽和C9醛和醇是構(gòu)成西瓜汁香氣活性化合物最重要的揮發(fā)性成分[16]。而從異味角度關(guān)于西瓜汁風(fēng)味的研究,以及熱處理西瓜汁導(dǎo)致的“熱異味”的問題,國內(nèi)外很少報(bào)道。

因此,結(jié)合目前西瓜汁現(xiàn)狀,研究西瓜汁熱處理過程中的關(guān)鍵異味物質(zhì)是解決“熱異味”的關(guān)鍵所在。本文通過固相微萃取法(SPME)和溶劑輔助蒸發(fā)法(SAFE)對西瓜汁中風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行萃取,結(jié)合氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜技術(shù)(GC-O-MS)對熱加工西瓜汁的關(guān)鍵異味成分進(jìn)行分析,以期為西瓜汁熱加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麒麟西瓜 購于北京市永輝超市;2-甲基-3-庚酮,氣味化合物標(biāo)品 色譜純,美國Sigma公司;正己烷 色譜純,美國Fisher公司;六種關(guān)鍵氣味化合物的標(biāo)品 色譜純,美國Sigma公司;無水乙醚、正戊烷 分析純,北京化學(xué)試劑公司;系列烷烴(C7～C30) 色譜純,北京化學(xué)試劑公司;氫氧化鈉,氯化鈉,碳酸鈉 分析純,西隴科學(xué)股份有限公司;鹽酸 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

真空封口機(jī) 深圳市葉通明達(dá)科技有限公司;7890A-7000B氣質(zhì)聯(lián)用儀(配有EI離子源和NIST 08數(shù)據(jù)庫) 美國Agilent公司;Sniffer 9000型嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司;DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美國J&W公司;HH-1超級恒溫水浴鍋 金壇市至翔科教儀器廠;40 mL頂空瓶 德國Gerstel公司;榨汁機(jī)HP1858 飛利浦公司;手動固相微萃取進(jìn)樣器、50/30 μm DVB-CAR-PDMS 美國Supelco公司;TH7-C-1全溫振蕩器 常州華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司;分液漏斗 北京玻璃儀器廠;Vigreux柱(50 cm×內(nèi)徑1 cm) 北京博美玻璃儀器有限公司;氮吹儀 天津恒奧科技發(fā)展有限公司;溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)裝置 Glasbl?serei Bahr,Manching,Germany。

OPNET Modeler業(yè)務(wù)建?？梢栽阪溌穼印⒕W(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層這3個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層實(shí)現(xiàn)．對于從網(wǎng)絡(luò)分層模型的最高層應(yīng)用層開始的業(yè)務(wù)建模,OPNET Modeler提供了8種標(biāo)準(zhǔn)端對端業(yè)務(wù)和自定義多端業(yè)務(wù)應(yīng)用配置[11-12]．科文學(xué)院校園網(wǎng)目前主要應(yīng)用為網(wǎng)頁瀏覽、文件下載、郵件收發(fā)和數(shù)據(jù)查詢等,因此在應(yīng)用層直接利用OPNET Modeler的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)進(jìn)行配置．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 西瓜汁的制備 西瓜經(jīng)清洗后取瓤,用榨汁機(jī)破碎,經(jīng)紗布過濾后,迅速移至保鮮袋中封口,袋裝樣品放置液氮中迅速冷凍后，放置于-80 ℃冰箱冷凍備用。

1.2.1.1 鮮榨組西瓜汁 袋裝冷凍的樣品分別在常溫下進(jìn)行解凍,之后可進(jìn)行鮮榨組西瓜汁的風(fēng)味提取及分析。

1.2.1.2 熱加工組西瓜汁 袋裝冷凍的樣品分別經(jīng)解凍后,在70 ℃水浴條件下加熱20 min,冷卻室溫后即可對該熱加工組西瓜汁風(fēng)味進(jìn)行提取分析[17]。

1.2.2 氣味感官評價(jià) 鮮榨組與熱加工組西瓜汁各取10 mL放置頂空瓶中,感官評價(jià)在放置在無噪音干凈且無異味的房間中進(jìn)行,為了避免個(gè)體差異,12名(7名女性,5名男性,平均年齡30歲左右)感官評價(jià)員嚴(yán)格按照表1感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依次對各氣味特征進(jìn)行打分[18];總分采用5分制原則,0分代表沒有該氣味;3分代表該氣味強(qiáng)度為中等;5分代表該氣味極強(qiáng),綜合取平均值,將其結(jié)果繪制成雷達(dá)圖。

1.2.3 風(fēng)味化合物的提取 本文西瓜汁風(fēng)味化合物提取的操作參考何聰聰?shù)热薣12]對西瓜汁的萃取方法。

1.2.3.1 固相微萃取法(SPME) 取西瓜汁10 mL于頂空瓶中,同時(shí)加入內(nèi)標(biāo)物2-甲基-3-庚酮1 μL加蓋密封，使其在水浴鍋中平衡20 min后,用SPME萃取頭吸附40 min,其中水浴鍋溫度穩(wěn)定維持在40 ℃左右。待其萃取完全后,插入GC進(jìn)樣口,萃取頭在250 ℃高溫條件下解析5 min。鮮榨組和熱加工組西瓜汁每組樣品重復(fù)三次。

1.2.3.2 溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)法(SAFE) 取西瓜汁樣品100 mL,有機(jī)溶劑乙醚與正戊烷分別(2∶1)100 mL和50 mL,內(nèi)標(biāo)物2-甲基-3-庚酮50 μL于密閉塑料瓶中,振蕩器處理8 h左右,靜置待其分層后,用分液漏斗取上層有機(jī)相。SAFE裝置的安裝一定要保持水平,恒溫水浴鍋溫度為40 ℃,1000 mL圓底燒瓶作為廢液瓶固定在裝置左側(cè),將另一250 mL圓底燒瓶作為樣品接收瓶置于液氮環(huán)境中,冷阱中也充滿液氮。SAFE的進(jìn)出口連接循環(huán)水浴箱,溫度保持在50 ℃,整個(gè)裝置的真空度穩(wěn)定在10-4Pa。將有機(jī)層放入樣品瓶中,為維持真空度,每次樣品的添加量必須少量且操作迅速。最后所收集樣品按照中堿性、酸性成分依次分開[19],再分別經(jīng)過無水Na2SO4除水,微格柱濃縮以及氮吹濃縮,使得最終樣品濃縮至1 mL左右。鮮榨組和熱加工組西瓜汁每組樣品重復(fù)三次。

1.2.4 GC-O-MS分析條件

1.2.4.1 氣相色譜(GC)條件 樣品經(jīng)過進(jìn)樣口高溫氣化后,根據(jù)各成分與GC柱子的分配比不同得到分離,分別進(jìn)入MS檢測器和嗅聞檢測器。GC條件:DB-WAX極性毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),溶劑延遲時(shí)間為4 min,程序升溫:初始溫度,40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升溫到200 ℃,保持0 min,再以8 ℃/min升溫到230 ℃,保持3 min,流程總運(yùn)行時(shí)間為41 min。氦氣作為載氣,流速為1.2 mL/min,初始分流比10∶1。

1.2.4.2 質(zhì)譜(MS)條件 EI離子源,電子能量70 eV,傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度為230 ℃,四極桿溫度為150 ℃,質(zhì)量掃描范圍m/z 50～500。

1.2.4.3 嗅聞檢測器條件 嗅聞儀接口溫度為220 ℃,其中接口處連接超純水,以保持實(shí)驗(yàn)人員吸入濕潤的氣體從而使鼻粘膜得到保護(hù)。實(shí)驗(yàn)人員在嗅聞口進(jìn)行嗅聞的同時(shí),依次記錄聞到的各氣味開始出現(xiàn)的時(shí)間,氣味特征和氣味強(qiáng)度。

1.2.5 定性與定量方法

1.2.5.1 化合物的定性 化合物由質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫[20]和文獻(xiàn)報(bào)道[21]的保留指數(shù)RI值和MS圖及芳香特性來鑒定。根據(jù)飽和系列正構(gòu)烷烴的出峰時(shí)間利用如下公式,進(jìn)行未知物出峰時(shí)間RT與RI值之間的換算,將所得的RI值與相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行比較,從而進(jìn)一步確定化合物。

式中:ta為樣品中化合物a的保留時(shí)間;tn為正構(gòu)烷烴Cn的保留時(shí)間(樣品a的保留時(shí)間應(yīng)在正構(gòu)烷烴Cn和C(n+1)之間)。

1.2.5.2 化合物的定量 以濃度為0.816 μg/μL的2-甲基-3-庚酮為內(nèi)標(biāo)物,采取內(nèi)標(biāo)半定量方法做定量分析[22],即通過內(nèi)標(biāo)物的濃度和峰面積與未知物的峰面積按照如下公式計(jì)算:

式中:AI、AX、CI、CX分別為內(nèi)標(biāo)物的峰面積、未知物的峰面積、內(nèi)標(biāo)物的濃度、未知物的濃度。

1.2.6 關(guān)鍵異味成分的鑒定 將熱加工組西瓜汁分別以SPME和SAFE兩種方法結(jié)合嗅聞做稀釋分析,其中稀釋比例為3n(n=1,2,3…)。對于SPME進(jìn)樣分析方法,初始分流比為10∶1,每次進(jìn)樣依次增加分流比即30∶1、90∶1、270∶1等,直至嗅聞不到任何氣味為止,對應(yīng)的FD因子依次為3、9、27等[14];對于SAFE方法的稀釋分析,即將SAFE得到的濃縮液依次用乙醚和正戊烷按3n比例進(jìn)行AEDA稀釋,進(jìn)樣分析結(jié)合嗅聞,直至嗅聞不到任何氣味為止，分別計(jì)算兩種方法下每種氣味化合物的FD因子。每組樣品平行三次。

1.2.7 重組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 西瓜汁重組基質(zhì)含10 mL超純水,并用檸檬酸、葡萄糖調(diào)整最終基質(zhì)糖度維持在8±0.06 Brix左右,pH在5.7±0.1左右[10],以接近真實(shí)基質(zhì)。將以上初步得出的關(guān)鍵氣味化合物的標(biāo)品按照所求濃度進(jìn)行模型構(gòu)建,并與真實(shí)熱加工西瓜汁進(jìn)行感官評價(jià)。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析 表格與雷達(dá)圖制作由Microsoft Office Excel 2010軟件完成,采用SPSS Statistics 17.0 軟件對其進(jìn)行單因素方差分析及顯著性分析,顯著性分析采用Duncan檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣味感官評價(jià)

從感官評價(jià)的結(jié)果來看,鮮榨組西瓜汁以黃瓜味、青草味、果香味等清新氣味為主;熱加工西瓜汁則以蒸煮味,脂肪味等令人不愉悅的氣味為主,其中以蒸煮味最為強(qiáng)烈。但是后期對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定,并未檢索到與蒸煮味、脂肪味直接有關(guān)的物質(zhì),所以加熱后該不愉快氣味的產(chǎn)生應(yīng)該是多種物質(zhì)綜合作用的的結(jié)果。

圖1 加熱組與鮮榨組的氣味感官評價(jià)雷達(dá)圖Fig.1 Sensory evaluation radar diagram of heating group and fresh pressing group

2.2 GC-O-MS分析及討論

利用SPME和SAFE兩種方法結(jié)合,分別萃取鮮榨組與熱加工組西瓜汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),將總離子流圖的出峰結(jié)果與質(zhì)譜庫匹配,最終確定西瓜中揮發(fā)性化合物以及各嗅聞到的揮發(fā)性化合物的稀釋倍數(shù),并依據(jù)鮮榨與熱加工西瓜汁揮發(fā)性成分的濃度做顯著性分析。

從表2和表3數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出,加熱前后西瓜汁的風(fēng)味化合物皆以醛類、醇類和酮類為主。用SPME檢測出33種風(fēng)味物質(zhì),其中醛類18種,醇類10種,酮類4種;而SAFE檢測出22種風(fēng)味物質(zhì),其中醛類4種,醇類6種,酮類3種,即SPME檢測出的化合物多于SAFE,但是含硫化合物只有SAFE法檢出。從嗅聞結(jié)果來看,SPME嗅聞到的化合物有10種,SAFE嗅聞到的化合物僅有4種,大多數(shù)化合物因其濃度過低或閾值過高而無法被實(shí)驗(yàn)人員嗅聞到。綜合比較SPME和SAFE兩種方法的差異,SPME檢測出的化合物多于SAFE,可能與SAFE濃縮操作中低沸點(diǎn)高揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)的損失有關(guān),也可能是不穩(wěn)定的風(fēng)味物質(zhì)與有機(jī)溶劑在混勻過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)[23]。對于含硫化合物只有SAFE檢測出,可能與SPME的纖維涂層的吸附特性有關(guān)[23]。因此西瓜汁的風(fēng)味化合物要SPME和SAFE兩種方法結(jié)合才能達(dá)到全面萃取。

表2 西瓜SPME中揮發(fā)性成分及稀釋結(jié)果Table 2 Volatile compounds in SPME of watermelon and dilution results

表3 西瓜SAFE中揮發(fā)性成分及稀釋結(jié)果Table 3 Volatile compounds in SAFE of watermelon and dilution analysis results

根據(jù)FD稀釋因子結(jié)合嗅聞結(jié)果,初步判斷熱加工西瓜汁中反,反-2,4-庚二烯醛(脂肪,堅(jiān)果味)、反,順-2,6-壬二烯醛(黃瓜,清新味)、1-壬醇(脂肪,清香味)、(E,Z)-2,6-壬二烯-1-醇(黃瓜味)、香葉基丙酮(花香,甜味)、(Z)-β-紫羅酮(花香,燕麥味)是可能的關(guān)鍵香氣成分,這與何聰聰?shù)萚12]研究結(jié)果相似。

因?yàn)闊峒庸の鞴现恼糁蟮炔挥淇鞖馕妒嵌喾N物質(zhì)綜合作用的結(jié)果,通過加熱前后濃度的對比,西瓜汁中以下物質(zhì)經(jīng)加熱后含量明顯增加:反-2-戊烯醛(草莓,水果香)、(Z)-β-紫羅酮(花香,燕麥味)、反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)、己醛(青草味)、二乙基二硫醚(大蒜,刺鼻味)、己醇(花香,苦味)、1-壬醇(脂肪,清香味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味),結(jié)合氣味特征,其中反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)、二乙基二硫醚(大蒜,刺鼻味)、己醇(花香,苦味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)對整體異味的產(chǎn)生影響較其他含量顯著增加的香氣成分貢獻(xiàn)大。

因此熱加工西瓜汁中FD因子較大且加熱后含量顯著增加,同時(shí)其氣味特征表現(xiàn)令人不悅的風(fēng)味物質(zhì)都可能是整體異味的來源,綜合作用生成令人不愉快氣味。根據(jù)FD因子的排序,按照異味貢獻(xiàn)強(qiáng)度及氣味特征[24],初步判斷熱加工西瓜汁的關(guān)鍵異味化合物如下:反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)FD>81、反-2-辛烯醛(脂肪,苦咖啡味)FD>81、己醇(花香,苦味)FD=81、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)FD=81、癸醛(肥皂,刺激味)FD=81、正辛醇(金屬,燒焦氣味)FD=27。

2.3 重組驗(yàn)證結(jié)果分析

將以上初步得出的六種關(guān)鍵異味化合物的標(biāo)準(zhǔn)品按照定量濃度復(fù)配到西瓜汁基質(zhì)的,為了真實(shí)還原西瓜汁風(fēng)味,同時(shí)加入上述六中西瓜汁關(guān)鍵香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品。感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)同1.2.2氣味感官評價(jià),雷達(dá)圖結(jié)果如圖4所示。

圖4 重組西瓜汁與加熱組的氣味感官評價(jià)雷達(dá)圖Fig.4 Sensory evaluation radar diagram of recombination and thermal treatment watermelon juice

因重組后各個(gè)氣味特征平均打分較低，所以雷達(dá)圖中最大分值以3分呈現(xiàn)。由圖4可看出，氣味特征相似度最高的是花香味、果香味；重組西瓜汁與加熱西瓜汁相比，黃瓜味、青草味的氣味特征分值升高，蒸煮味、脂肪味這些不愉快氣味較真實(shí)體系降低，清香味也略有降低。圖4中八個(gè)香氣特征在重組和熱加工西瓜汁中均不存在顯著差異(p<0.05)，整體氣味特征基本一致，表明熱加工重組模型構(gòu)建成功，基本驗(yàn)證了以上六種異味化合物能近似代表熱加工西瓜汁的整體異味。因此可初步認(rèn)為反-2-庚烯醛、反-2-辛烯醛、己醇、二丙基二硫醚、癸醛、正辛醇為關(guān)鍵異味物質(zhì)。

3 結(jié)論

采用SPME和SAFE兩種方法分別對鮮榨和熱加工西瓜汁的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行盡可能全面地萃取。鮮榨西瓜汁以黃瓜、青草、果香等清香型為主,而熱加工西瓜汁以蒸煮、脂肪等令人不悅的異味為主。利用GC-O-MS儀器,從異味的角度對熱加工西瓜汁風(fēng)味成分進(jìn)行研究,結(jié)合重組實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,初步判斷熱加工西瓜汁的關(guān)鍵異味化合物包括如下:反-2-庚烯醛(肥皂,苦杏仁)、反-2-辛烯醛(脂肪,咖啡味)、己醇(花香,苦味)、二丙基二硫醚(洋蔥,硫醚味)、癸醛(肥皂,刺激味)、正辛醇(金屬,燒焦氣味)。