新疆5 種鮮食葡萄揮發(fā)性香氣成分比較分析

朱珠蕓茜，王 斌，鄧乾坤，史學(xué)偉

（石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子 832000）

新疆因干旱少雨、日照時間長且晝夜溫差較大，十分有利于水果生長，素有“瓜果之鄉(xiāng)”的美名。新疆蘋果、香梨、葡萄、西瓜、哈密瓜等品質(zhì)優(yōu)良，含糖量高，味道非常甜美[1]。新疆種植的鮮食葡萄更是種類繁多，包括無核紫、無核白、馬奶子、玻璃脆、玫瑰香、美人指、木納格、香妃、乍娜、喀什哈爾等。其中，玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無核紫5 種鮮食葡萄香氣馥郁、口味甘美，含有豐富的維生素、有機(jī)酸，以及鉀、鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，深受消費(fèi)者青睞[2]。

揮發(fā)性香氣是構(gòu)成葡萄特殊風(fēng)味的重要因素之一，能令人產(chǎn)生愉悅的感覺，往往成為人們挑選葡萄的關(guān)注焦點(diǎn)，也是衡量葡萄及其相關(guān)加工產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)[3]。目前，用于研究水果香氣技術(shù)主要包括感官分析、電子鼻分析、氣相色譜- 聞香法、超臨界萃取、靜態(tài)頂空分析、動態(tài)頂空分析、頂空固相微萃取技術(shù)等[4]。其中，頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HS-SPME-GC-MS） 因分析方法簡單、快速、準(zhǔn)確而被廣泛應(yīng)用于各種水果揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測中[5]。Strauss C R 等人[6]發(fā)現(xiàn)葡萄的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要由醇、醛、酸、酯、酮、萜烯等多類化合物組成，這些化合物是葡萄香味的主要來源，如醛類化合物具有花香，小分子酯類水果香尤為明顯，萜烯類化合物可帶來獨(dú)特的品種香[7]。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類、占比、感覺閾值及其相互作用共同決定著葡萄鮮果的風(fēng)味品質(zhì)[8]。

近年來，赤霞珠、蛇龍珠和美樂等大宗釀酒葡萄及葡萄酒揮發(fā)性香氣物質(zhì)引起人們的關(guān)注[9-11]。盡管以巨峰葡萄為主的鮮食葡萄香氣物質(zhì)也有相關(guān)報道[12]，但涉及鮮食葡萄的研究方面還比較少。此外，葡萄鮮果的揮發(fā)性香氣物質(zhì)不僅受葡萄品種、成熟期等內(nèi)部因素影響，與種植條件等外部因素也密切相關(guān)[13]。作為我國重要的葡萄產(chǎn)區(qū)，新疆全年長達(dá)2 800 h 的日照、高達(dá)20 ℃的晝夜溫差，以及純凈的天山雪水、通透的土壤等獨(dú)特生長條件，賦予鮮食葡萄獨(dú)特的風(fēng)味[14]。采用HS-SPME-GC/MS 技術(shù)比較了新疆常見5 種鮮食葡萄（玫瑰香、美人指、喀什哈爾、無核紫和乍娜） 的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成，并通過香氣活性值（OAV） 分析5 種鮮食葡萄特征性香味，為鮮食葡萄及其深加工產(chǎn)品的品質(zhì)特性提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與抽樣

根據(jù)鮮食葡萄的香氣表征和市場受歡迎程度，確定玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無核紫5 種鮮食葡萄作為研究對象。2019 年9 月，在新疆天山北麓-石河子產(chǎn)區(qū)，根據(jù)科學(xué)采樣的方法，在每種葡萄地里隨機(jī)選取5 個葡萄架，再在每個葡萄架上隨機(jī)挑選5 根葡萄藤，采摘5 串葡萄，置于4 ℃冷庫中保存。

1.2 儀器與設(shè)備

7980A-5975C 型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司產(chǎn)品；SPME 型進(jìn)樣器，瑞士CTC Analytics 公司產(chǎn)品；MC202231DF-Ⅱ型數(shù)顯集熱式磁力攪拌器，常州愛華儀器制造有限公司產(chǎn)品；BS 2000S 型電子天平，北京賽多利斯天平有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 樣品制備

從每串葡萄的不同位置（上、中、下） 各采集5 顆葡萄，沖洗干凈后晾干。將晾干的葡萄果粒去核后置于錐形瓶中均勻搗碎。稱取5 g 新鮮破碎葡萄勻漿于20 mL 頂空瓶中，加入1.0 g NaCl 和2.5 μL 的內(nèi)標(biāo)2 -辛醇，用密封蓋密封。

1.4 物質(zhì)鑒定

1.4.1 GC-MS 條件

GC 條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，程序升溫，初溫50 ℃，保持3 min，以6 ℃/min 升至150 ℃，再以8 ℃/min 升至230 ℃，并保持15 min，載氣He，純度≥99.999%，不分流進(jìn)樣。

質(zhì)譜條件：電子電離（Electronionization，EI）離子源；電子能量70 eV，接口溫度為220 ℃，離子源溫度為230 ℃，燈絲發(fā)射電流為100 μA，檢測器電壓1 kV，溶劑延遲時間3 min；掃描范圍33.00～450 amu。

1.4.2 香氣鑒定

將制備好的樣品放在40 ℃磁力攪拌器中，平衡10 min，頂空萃取30 min 后進(jìn)入氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀。香氣物質(zhì)質(zhì)譜圖采用標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST 2008 進(jìn)行搜索，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)匹配確定成分，保留正反匹配度大于800 的香氣物質(zhì)[15]，使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量計算[16]，定義為內(nèi)標(biāo)2-辛醇的相對含量，按照公式：香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度C（μg/kg） =各組分峰面積×內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度/內(nèi)標(biāo)物峰面積計算，取3 次重復(fù)試驗(yàn)的平均值。

1.4.3 關(guān)鍵香氣分析

不同化合物對葡萄香氣的貢獻(xiàn)通過其相關(guān)描述進(jìn)行定性評估，并通過其氣味活性值OAV=C/OT，C為某種化合物在葡萄中的濃度，OT 為查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得） 進(jìn)行定量評估[17]。若某種化合物OAV≥1，則可判定其是對葡萄香氣具有重要貢獻(xiàn)的成分。鑒定成分中具有最高OAV 的一個或幾個成分即被認(rèn)為是該品種葡萄的特征香氣。參考孫寶國《食用調(diào)香術(shù)》中介紹的香味輪分類法，將鑒定出OAV≥1 的揮發(fā)性香氣物質(zhì)分門別類[18]，結(jié)合雷達(dá)圖分析不同鮮食葡萄的香氣特征[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010 進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用SIMCA 14.1 進(jìn)行PCA 主成分分析，運(yùn)用Origin 8.5（Origin Lab，Northampton，MA，USA） 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 19.0 進(jìn)行香氣物質(zhì)組間顯著性差異分析（Duncan 檢驗(yàn)，p＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)鑒定

香氣是判斷葡萄鮮果及其加工產(chǎn)品的重要指標(biāo)之一。試驗(yàn)采用HS-SPME-GC/MS 技術(shù)檢測了新疆5 種鮮食葡萄的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，香氣物質(zhì)質(zhì)譜圖采用標(biāo)準(zhǔn)譜庫NIST 2008 進(jìn)行搜索，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)匹配確定成分，使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量計算。

鮮食葡萄揮發(fā)性香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度見表1。

試驗(yàn)從玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無核紫5 種葡萄果實(shí)中共檢測出66 種揮發(fā)性化合物，包括19 種醇類、14 種醛類、8 種酯類、3 種酸類、5 種酮類、9 種萜烯類和8 種其他類化合物。由此可見，鮮食葡萄的主要香氣物質(zhì)為醇類和醛類物質(zhì)。其中，美人指中檢出的香氣物質(zhì)最多，為42 種，質(zhì)量濃度也最高，香氣物質(zhì)更加豐富且風(fēng)味強(qiáng)度更高；無核紫種類最少，為31 種；乍娜則是香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度最低。

表1 鮮食葡萄揮發(fā)性香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度

（續(xù)表1）

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分含量見圖1。

醛類物質(zhì)是玫瑰香、美人指、喀什哈爾和無核紫葡萄的第一大類香氣化合物，分別占總質(zhì)量濃度的41.35%，62.62%，39.49%，75.57%（見圖1）。其中，2 -己烯醛和正己醛含量最高，決定了葡萄果實(shí)的青草味香氣；醇類物質(zhì)是葡萄果實(shí)的第二大香氣化合物，美人指和喀什哈爾葡萄的醇類物質(zhì)含量最高，但美人指葡萄更加突出正己醇和（E） -2-己烯-1-醇的果香和酒香，喀什哈爾葡萄則更具乙醇的醇香和1-戊醇的面包香；在5 種葡萄種共檢出3 種酸類物質(zhì)，是葡萄果實(shí)中種類最少的香氣化合物且只在美人指、乍娜和喀什哈爾葡萄種檢出，其中美人指葡萄酸類物質(zhì)質(zhì)量濃度最高，具體表現(xiàn)為正己酸的含量，具有類似干奶酪氣味，并且一定量的酸能夠調(diào)和葡萄口感。酯類物質(zhì)是葡萄香氣中的第三大化合物，其中玫瑰香和喀什哈爾的質(zhì)量濃度最高，主要是己酸乙酯和乙酸乙酯，這2 種化合物增強(qiáng)了葡萄果實(shí)的花果類香氣。酮類物質(zhì)共檢出5 種，其中玫瑰香葡萄含有所檢出的5 種香氣化合物，喀什哈爾只檢出3 種酮類化合物，但其質(zhì)量濃度最高，主要為甲基庚烯酮含量較高，增加了喀什哈爾葡萄檸檬草類香氣。在萜烯類物質(zhì)中，玫瑰香葡萄檢出8 種，且質(zhì)量濃度也最高，其中香茅醇、香葉醇和檸檬烯等化合物含量較高，賦予葡萄果實(shí)玫瑰花香氣。在其他類化合物中，5 種葡萄香氣物質(zhì)質(zhì)量濃度差距不大，但在物質(zhì)組成中美人指葡萄更加豐富。

2.2 葡萄重要貢獻(xiàn)香氣物成分分析

香氣閾值是指能夠辨認(rèn)出其香氣或者味道的最低濃度[20]，而辨別一種化合物是否對香氣有貢獻(xiàn)，取決于其存在濃度是否大于它的香氣閾值。因此，試驗(yàn)檢測出的66 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，并非每一種都對鮮食葡萄的香氣起作用，需要通過計算氣味活性值OAV=C/OT（C 為某種化合物在葡萄中的濃度，OT為查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得） 進(jìn)行定量評估。當(dāng)某種化合物OAV≥1，則可判定其是對葡萄香氣具有重要貢獻(xiàn)的成分。5 種葡萄的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)見表2。由表2 可知，5 種葡萄中共檢測到16 種重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)，包括醇、醛、酯、酮和萜烯5 類化合物，酸和其他類化合物對香氣的貢獻(xiàn)較低。其中，正己醛、2-己烯醛具有青香氣味，酯類化合物可以增強(qiáng)葡萄果實(shí)的果香味，正辛醛、壬醛具備的柑橘香也能一定程度上增強(qiáng)葡萄的水果香氣，苯乙醛和萜烯類化合物則能為葡萄帶來甜玫瑰和花香氣息。

表2 5 種葡萄的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)

2.3 香氣聚類分析

鑒于不同品種葡萄之間香氣物質(zhì)的種類、占比及相互之間平衡關(guān)系的差異，帶來不同品種之間的差異風(fēng)味。為更直觀地展現(xiàn)5 種葡萄揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間的差異，故采用多元統(tǒng)計分析方法對香氣物質(zhì)進(jìn)行鑒定，以香氣物質(zhì)組成成分分析與載荷圖（圖2） 展示5 種葡萄香氣物質(zhì)的聚類情況和重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)，并用總離子流圖（圖3） 直觀展現(xiàn)差異性香氣。

主要香氣物質(zhì)主成分分析得分圖（a） 與載荷圖（b） 見圖2，鮮食葡萄香氣成分總離子流圖見圖3。

由圖2 和圖3 可知，2 個主成分PC1 與PC2 的方差貢獻(xiàn)率分別為50.4%和23.6%，累計總貢獻(xiàn)率為74%。5 個品種葡萄樣品在PCA 得分圖中分為3 類，其中喀什哈爾（K） 葡萄樣品位于第一象限，無核紫（N） 和美人指（F） 葡萄樣品位于第三象限，玫瑰香（M） 和乍娜（Z） 葡萄樣品位于第四象限，3 類樣品在得分圖中距離分別屬于不同象限且距離較遠(yuǎn)，說明在主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)具有較大差異?？κ补枺↘） 葡萄樣品主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)為乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛；無核紫（N） 和美人指（F） 葡萄樣品的主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)較少，僅有2-己烯醛和（+） -檸檬烯；玫瑰香（M） 和乍娜（Z）葡萄樣品主要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)為3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇。

2.4 特征香氣分析

通過香氣檢測技術(shù)，在5 種葡萄中檢測出16 種對葡萄的香氣具有重要貢獻(xiàn)的香氣物質(zhì)（見表2）。其中，正己醛、2-己烯醛、正辛醛和壬醛在5 種葡萄中均具有較高香氣活性值，是5 種葡萄共有香氣物質(zhì)，賦予葡萄鮮果青香、水果香、花香、柑橘香的基礎(chǔ)香味。此外，乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛為喀什哈爾增添了花果類香氣和醇香；（+） -檸檬烯為無核紫和美人指貢獻(xiàn)了特殊的檸檬及甜香味；3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇則為玫瑰香和乍娜增加了玫瑰花及柑橘香，且在5 種葡萄中，喀什哈爾樣品的OAV 值最高，其葡萄的風(fēng)味強(qiáng)度更高。

為直觀展示5 種葡萄的香氣分布，根據(jù)OAV≥1的重要貢獻(xiàn)香氣物質(zhì)對不同香系的貢獻(xiàn)，以水果的不同香味作為維度繪制特征香氣雷達(dá)圖（見圖5），展示每種香味強(qiáng)弱及不同香味之間的關(guān)聯(lián)。

雷達(dá)圖，一種以二維形式展示多維數(shù)據(jù)的圖形，雷達(dá)圖從中心點(diǎn)出發(fā)輻射出多條坐標(biāo)軸（至少大于三條），每一份多維數(shù)據(jù)在每一維度上的數(shù)值都占用一條坐標(biāo)軸，并和相鄰坐標(biāo)軸上的數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來，形成一個不規(guī)則多邊形。如果將相鄰坐標(biāo)軸上的刻度點(diǎn)也連接起來以便于讀取數(shù)值，整個圖形形似雷達(dá)儀表盤，因此得名。

香系劃分參考孫寶國《使用調(diào)香術(shù)》中介紹的香味輪（Flavour wheel） 分類法，根據(jù)青香（Green flavor）、果香（Fruity ester-like）、柑橘香（Citrus-like flavor）、薄荷香（Minty）、花香（Floral）、辛草香（Spicy herbaceous flavor）、木香- 煙熏香（Woody smoky flavor）、烤香- 焦香（Roasty burnt flavor）、焦糖、堅(jiān)果香（Caramel nutty flavor）、肉湯-HVP 香（Bouillon HVP flavor）、肉香（Meaty animalic flavor）、脂肪-腐臭香味（Fatty rancid）、奶香- 黃油香味（Dairy butter flavor）、蘑菇- 壤香香味（Mushroom earthy flavor）、芹菜- 湯汁香味（Celery soupy flavor）、硫化物-蔥蒜香味（Sulphurous alliaceous flavor） 16 種香味。

5 種鮮食葡萄香氣雷達(dá)圖見圖4。

由圖4 可知，不同品種葡萄具有不同的香氣輪廓，其中青香、果香、柑橘香、花香是5 種葡萄的典型特征香氣，但濃郁程度及側(cè)重香氣各不相同。通過比較發(fā)現(xiàn)，玫瑰香和無核紫的香氣輪廓比較相似，都更加突出青香氣味，是玫瑰香和無核紫的特征香氣；喀什哈爾葡萄則更加突出青香和果香味；乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味；相比之下，美人指葡萄的特征香氣更具平衡，具有青香、果香、柑橘香和花香。

3 結(jié)論

通過頂空固相微萃取和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，從玫瑰香、乍娜、美人指、喀什哈爾、無核紫5 種鮮食葡萄中共檢測出66 種揮發(fā)性化合物，包括19種醇類、14 種醛類、8 種酯類、3 種酸類、5 種酮類、9 種萜烯類和8 種其他類化合物，其中美人指葡萄香氣物質(zhì)種類和物質(zhì)質(zhì)量濃度均最高。在檢出的66 種物質(zhì)中共有16 種香氣物質(zhì)OAV 值大于1，是葡萄果實(shí)中的主要香氣，通過對這16 種主要香氣物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，喀什哈爾葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為乙醇、乙醛、己酸乙酯、乙酸異戊酯和苯乙醛；無核紫和美人指葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為2-己烯醛和(+)-檸檬烯；玫瑰香和乍娜葡萄香氣的主要貢獻(xiàn)為3-己烯醛、2-辛酮、檸檬醛、香茅醇和香葉醇；通過雷達(dá)圖構(gòu)建5 種葡萄的香氣輪廓，玫瑰香和無核紫的香氣輪廓比較相近，更具青香氣味；喀什哈爾葡萄則更加突出青香和果香味；乍娜葡萄更加突出柑橘香和花香味；美人指葡萄的特征香氣則更具平衡，具有青香、果香、柑橘香和花香。