GC-MS結(jié)合電子鼻分析甜瓜籽油揮發(fā)性風(fēng)味成分

吳忠紅，譚慧林，趙雅霞，張 健，孔建軍，過(guò)利敏，吳 斌，周 琦

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所 油料脂質(zhì)化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430062； 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091； 3.阿克蘇地區(qū)食品安全檢測(cè)中心，新疆 阿克蘇 843000；4.新疆維吾爾自治區(qū)糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，烏魯木齊 830000)

甜瓜籽是葫蘆科植物甜瓜(CucumismelonL.)的種子，別名香瓜子[1]。我國(guó)是甜瓜生產(chǎn)大國(guó)，而甜瓜籽作為副產(chǎn)物常被作為廢棄物處理。甜瓜籽含油12.50%～48.38%[1-2]，油中不飽和脂肪酸含量較高，且以亞油酸為主，對(duì)人體具有多種有益的生理功能，具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降膽固醇、降血栓、提高免疫力和抑制糖尿病等[1-3]作用，可用于制造代黃油、糕餅松脆油和用作烹飪用油[4]。另外，以甜瓜籽油為原料制備的生物柴油，其性能指標(biāo)滿足歐盟和美國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是生產(chǎn)生物柴油的潛在來(lái)源[5]。

近年來(lái)，對(duì)于甜瓜籽油的研究主要集中在提取技術(shù)[6]和脂肪酸組成分析方面[2,7]，而對(duì)其風(fēng)味的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。甜瓜籽油具有獨(dú)特的風(fēng)味，其風(fēng)味物質(zhì)是影響感官特性、質(zhì)量和消費(fèi)者行為的重要因素。目前，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)和電子鼻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品中揮發(fā)物的檢測(cè)[8-9]。GC-MS檢測(cè)獲取的是被測(cè)油脂中各種揮發(fā)物組分的定性和定量結(jié)果；電子鼻不僅可以對(duì)不同油脂的氣味信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的比對(duì)分析，而且可以通過(guò)揮發(fā)物信息建立雷達(dá)圖和主成分分析模型，從而直觀觀察不同油脂樣品間的區(qū)別，是針對(duì)油脂中揮發(fā)成分整體信息的綜合評(píng)價(jià)。將兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)揮發(fā)物與整體氣味相結(jié)合的風(fēng)味綜合分析，已經(jīng)應(yīng)用在肉制品[10]、金針菇[11]和包埋香精[12]中的風(fēng)味分析和溯源鑒別方面。

本文采用頂空固相微萃取(HS-SPME)、GC-MS和電子鼻結(jié)合的分析方法，通過(guò)主成分分析(PCA)和雷達(dá)圖對(duì)5個(gè)品種的甜瓜籽油的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析，為甜瓜籽油的品質(zhì)評(píng)價(jià)、溯源和質(zhì)量控制提供參考，為甜瓜籽油的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用新疆常規(guī)栽培甜瓜品種‘86-1’‘伽師’‘皇后’‘綠寶石’‘新蜜一號(hào)’的種子(來(lái)源于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所西甜瓜種業(yè))，采用低溫壓榨法提取甜瓜籽油。正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品(C7～C30)，德國(guó)Sigma公司；其他試劑除甲醇、正己烷為色譜純外，均為分析純。

Agilent 7890A/5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)安捷倫公司；CAR/DVB/PDMS萃取頭(1 cm)，美國(guó)Supelco公司；HP-5MS彈性石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm), 美國(guó)安捷倫公司；Heidolph LR4002 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，德國(guó)海道爾夫公司；KOMET CA59G 型低溫壓榨機(jī)，德國(guó)IBG公司；α-FOX4000 電子鼻，法國(guó)Alpha M.O.S公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 GC-MS分析

1.2.1.1 GC-MS分析條件

參考Yang等[11]的方法，略有改動(dòng)。

萃取頭的活化：氣質(zhì)聯(lián)用儀的進(jìn)樣口溫度設(shè)置為270℃，將萃取頭插入進(jìn)樣口進(jìn)行活化，以除去吸附在萃取頭的物質(zhì)，活化時(shí)間為30～60 min。

頂空固相微萃取(HS-SPME)：取2 g 油脂于20 mL頂空瓶中，加入攪拌子后，置于40℃ 恒溫水浴中加熱平衡20 min，通過(guò)隔熱墊將已活化好的SPME萃取頭插入頂空瓶中( 距離液面1 cm)，吸附萃取30 min，在GC進(jìn)樣口推出纖維頭，在250℃條件下解吸5 min。

GC條件：HP-5MS彈性石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以高純氦氣(純度≥99.999%)為載氣，恒定流速1.45 mL/min；柱溫箱采用程序升溫，起始溫度40℃，保持5 min，以5℃/min的升溫速率升到200℃，保持5 min；不分流進(jìn)樣模式，進(jìn)樣口溫度250℃。

MS條件：采用全掃描模式采集信號(hào)，電離方式 EI，電子轟擊能量70 eV；GC-MS接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，掃描質(zhì)量范圍40～450 u，掃描頻率4.58 s-1。

1.2.1.2 揮發(fā)物的定性定量

分離出的化合物經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索，選擇與NIST147 library 譜庫(kù)匹配度大于800的鑒定結(jié)果，同時(shí)結(jié)合相對(duì)保留指數(shù)定性，采用峰面積歸一化法定量。

取C7～C30正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品，以正己烷為溶劑配制0.1%的標(biāo)準(zhǔn)溶液，應(yīng)用1.2.1.1 GC-MS分析條件進(jìn)行分離，測(cè)定各正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間。根據(jù)Kovats公式計(jì)算各揮發(fā)物的保留指數(shù)(I)：I=100n+100 (tx-tn)/(tn+1-tn)。式中：tx為被分析組分流出峰的保留時(shí)間，min；tn為碳原子數(shù)為n的正構(gòu)烷烴流出峰的保留時(shí)間，min；tn+1為碳原子數(shù)為n+1的正構(gòu)烷烴流出峰的保留時(shí)間，min。且tn

1.2.2 電子鼻分析

參考 Renata等[12]的方法，略有改動(dòng)。分別取0.5 g油脂樣品置于10 mL頂空瓶中，加蓋密封，常溫平衡15 min后，依次用電子鼻進(jìn)行檢測(cè)，具體分析參數(shù)如表1所示。同時(shí)，利用Alpha Soft 9.1 軟件建立主成分分析(PCA)和雷達(dá)圖。

表1 油脂樣品的電子鼻分析參數(shù)

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次取平均值，利用軟件SPSS 19.0F檢驗(yàn)法進(jìn)行方差分析，采用Duncan檢驗(yàn)法分析差異顯著性，P<0.05為差異顯著，利用軟件Sigmaplot 16.0作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 揮發(fā)性成分(見(jiàn)表2)

由表2可知，5個(gè)品種甜瓜籽油的揮發(fā)物種類和相對(duì)含量存在較大差異。整體上，共鑒定出35種揮發(fā)物，其中醇類、酯類和醛類是甜瓜籽油的主要揮發(fā)物，也是甜瓜籽油風(fēng)味物質(zhì)的主要來(lái)源，主要物質(zhì)分別是乙醇、乙酸乙酯和己醛。醇類為主要揮發(fā)物，有11種，占總揮發(fā)物的34.21%～68.18%，平均為50.01%；其次是酯類，有6種，占總揮發(fā)物的11.74%～48.11%，平均為23.28%；再次是醛類，有8種，占總揮發(fā)物的10.62%～22.81%，平均為16.25%；其他揮發(fā)物含量均較低，主要為酸類、酮類、烯類、呋喃類。

對(duì)35種揮發(fā)物分析發(fā)現(xiàn)，在所有檢測(cè)出酯類中含量相對(duì)較高的乙酸乙酯具有類似菠蘿的香甜氣味[13]。在C6主要揮發(fā)物中，己醛具有青草的氣味[14]，正己醇具有類似于嫩樹(shù)枝葉的氣味[15]，己酸是我國(guó)規(guī)定允許使用的食用香料[16]。另外，分析發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物中含有少量的呈現(xiàn)清新、香甜的果汁氣味成分，如：反式-2，4-癸二烯醛呈橙子似香味；1-辛烯-3-醇可用于日化和食用香精；2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、清香及類似蔬菜的香韻[16]；壬醛具有玫瑰、柑橘等香氣，有強(qiáng)的油脂氣味，貢獻(xiàn)堅(jiān)果烤香味[16-17]。微量成分與主要酯類、醛類和醇類構(gòu)成了甜瓜籽油特有的香味成分。

對(duì)比不同品種甜瓜籽油揮發(fā)物組成發(fā)現(xiàn)，‘皇后’和‘86-1’所含的揮發(fā)物種類明顯多于其他3種，分別為31種和30種，‘新蜜一號(hào)’和‘伽師’次之，分別為26種和23種，‘綠寶石’含有的揮發(fā)物種類最少，僅檢測(cè)到19種?！?6-1’‘綠寶石’和‘伽師’3個(gè)品種甜瓜籽油中醇類、酯類和醛類總含量占總揮發(fā)物的94.21%～98.45%，明顯高于‘新蜜一號(hào)’和‘皇后’2個(gè)品種，其含量占總揮發(fā)物的78.73%～81.12%。從風(fēng)味物質(zhì)貢獻(xiàn)率來(lái)看，‘86-1’甜瓜籽油以酯香為主，酯類相對(duì)含量占總揮發(fā)物的48.11%，其中乙酸乙酯約是乙醇含量的3.36倍，顯著高于其他4個(gè)品種(P<0.05)；‘綠寶石’和‘伽師’2個(gè)品種的甜瓜籽油以醇香為主，醇類相對(duì)含量分別占總揮發(fā)物的68.18%、62.20%，二者存在顯著差異(P<0.05)，其中乙醇含量分別是乙酸乙酯含量的3.08倍和1.79倍，‘綠寶石’品種的甜瓜籽油中酯類是‘伽師’的1.67倍，差異顯著?！旅垡惶?hào)’品種甜瓜籽油以醇類、酯類為主，合計(jì)占總揮發(fā)物的66.45%；‘皇后’品種甜瓜籽油以醇類、醛類為主，合計(jì)占總揮發(fā)物的63.28%，‘新蜜一號(hào)’甜瓜籽油中醇類和酯類含量均顯著高于‘皇后’品種，且前者酯類含量是后者的1.39倍，醛類含量較后者少35.69%，也存在顯著差異(P<0.05)。

表2 不同品種甜瓜籽油揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果

2.2 電子鼻區(qū)分不同品種的甜瓜籽油風(fēng)味

2.2.1 雷達(dá)圖分析 (見(jiàn)圖1)

從圖1可以看出，5個(gè)品種甜瓜籽油對(duì)18個(gè)傳感器的反應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度不同，其中‘皇后’的強(qiáng)度明顯小于其他4種，說(shuō)明‘皇后’中的揮發(fā)物成分的種類和含量的綜合指標(biāo)最低。由此表明，‘皇后’品種甜瓜籽油的香味性揮發(fā)物明顯少于其他4種，這與GC-MS 鑒定結(jié)果一致。另外，其他4個(gè)品種的整體風(fēng)味成分的反應(yīng)強(qiáng)度相當(dāng)，品種間的區(qū)分距離不明顯，需構(gòu)建主成分分析圖進(jìn)行更為明顯的直觀分析。

注： 1～5依次為‘皇后’‘新蜜一號(hào)’‘伽師’‘86-1’‘綠寶石’品種甜瓜籽油的3次重復(fù)。

2.2.2 主成分分析

電子鼻檢測(cè)各品種甜瓜籽油風(fēng)味時(shí)所用的樣品與GC-MS相同，每個(gè)樣品均做3～4次重復(fù)，并通過(guò)PCA分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

注：1～5依次為‘86-1’‘伽師’‘皇后’‘綠寶石’‘新蜜一號(hào)’5個(gè)品種甜瓜籽油的3～4次重復(fù)。

從圖2可以看出，由于傳感器不穩(wěn)定性，每個(gè)樣品的重復(fù)檢測(cè)存在小范圍波動(dòng)，但是不同品種組甜瓜籽油間的風(fēng)味物質(zhì)存在的區(qū)分界限較明顯，這個(gè)結(jié)果也證實(shí)了金屬氧化物傳感器(MOS)能夠通過(guò)相似度指紋圖譜來(lái)準(zhǔn)確區(qū)分不同風(fēng)味物的樣品組。所有樣品被分為5大群組，不同樣品的分離發(fā)生在主成分1(PC1)上，第一主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)98.245%，第二主成分貢獻(xiàn)率為1.374%，總貢獻(xiàn)率為99.619%，能較好地反映原始高維矩陣數(shù)據(jù)的信息，主成分1的方差貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于主成分2，表明PC1軸向右距離越大，樣品差異性越大。以豎線為分隔，將5個(gè)品種的甜瓜籽油分成左右2個(gè)組，右側(cè)是‘86-1’‘伽師’和‘綠寶石’3個(gè)品種，左側(cè)是‘新蜜一號(hào)’和‘皇后’2個(gè)品種，且‘皇后’與‘新蜜一號(hào)’距離較遠(yuǎn)，這與GC-MS的分析結(jié)果一致。由此表明，‘86-1’‘伽師’和‘綠寶石’3個(gè)品種的樣品簇與‘新蜜一號(hào)’和‘皇后’2個(gè)品種的樣品簇存在顯著差異，而且‘皇后’品種的樣品簇與‘新蜜一號(hào)’品種的樣品簇同樣存在顯著差異。與雷達(dá)圖相比，5個(gè)品種的樣品簇之間清晰可分，差異特性顯示更為直觀，這一結(jié)果彌補(bǔ)了雷達(dá)圖分析不能直觀區(qū)分‘86-1’‘伽師’‘綠寶石’和‘新蜜一號(hào)’品種間的特性差異的缺點(diǎn)。

5個(gè)品種甜瓜籽油揮發(fā)物存在明顯差異可能與品種間的親緣關(guān)系遠(yuǎn)近相關(guān)。根據(jù)陳蕓等[18]對(duì)國(guó)內(nèi)外61個(gè)品種的甜瓜種質(zhì)資源遺傳多樣性分析發(fā)現(xiàn)，種間親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，而且新疆甜瓜遺傳多樣性更為豐富，不僅表現(xiàn)在常見(jiàn)的果肉風(fēng)味多樣性方面，也表現(xiàn)在種子脂肪酸組成方面，這種差異性在不同品種的西瓜種子[19]、橄欖油[20]中也存在。研究表明，在‘伽師’種子油脂中含有6～12種脂肪酸[2,6,21]，在其他品種油脂中脂肪酸組成差異較大，少則有7～12種[1,3,22]，多則有15～23種[7,23-24]。由此表明，油脂揮發(fā)物的差異與品種有一定關(guān)系。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)采用頂空固相微萃取、GC-MS聯(lián)用，并結(jié)合電子鼻技術(shù)分析比較了‘86-1’‘伽師’‘皇后’‘綠寶石’和‘新蜜一號(hào)’甜瓜籽油中的揮發(fā)性風(fēng)味成分。從樣品中共鑒定出35種揮發(fā)物，主要為醇類11種，占總揮發(fā)物的34.21%～68.18%；酯類6種，占總揮發(fā)物的11.74%～48.11%；醛類8種，占總揮發(fā)物的10.62%～22.81%。5個(gè)品種甜瓜籽油在揮發(fā)物組成和相對(duì)含量方面存在較大差異?！?6-1’‘綠寶石’和‘伽師’3個(gè)品種的甜瓜籽油中醇類、酯類和醛類總含量占總揮發(fā)物的94.21%～98.45%，明顯高于‘新蜜一號(hào)’和‘皇后’2個(gè)品種。其中‘86-1’品種甜瓜籽油以酯香為主，‘綠寶石’和‘伽師’品種甜瓜籽油以醇香為主，‘新蜜一號(hào)’品種甜瓜籽油揮發(fā)物以醇類、酯類為主，‘皇后’品種甜瓜籽油揮發(fā)物以醇類、醛類為主。通過(guò)電子鼻獲取的整體風(fēng)味數(shù)據(jù)建立的雷達(dá)圖和PCA模型可知，雷達(dá)圖和PCA的結(jié)合具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用，檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性好，數(shù)據(jù)信息量完整，能直觀區(qū)分5個(gè)品種甜瓜籽油，與GC-MS結(jié)論一致。GC-MS和電子鼻兩種技術(shù)的結(jié)合使用為甜瓜籽油品質(zhì)的區(qū)分、評(píng)價(jià)和溯源提供了思路和方法。