百香果果實香氣物質(zhì)研究進展

辛明，孫宇，馮錦清，李杰民，李昌寶*，唐雅園

1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所（南寧 530007）；2.廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室（南寧 530007）；3.廣西農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮與加工科技成果轉(zhuǎn)化中試研究基地（南寧 530007）

百香果為西番蓮科（Passiflora caeruleaL.）西番蓮屬（Passiflora）多年生常綠藤本植物，是熱帶亞熱帶地區(qū)特有水果[1-3]，主要分布在我國廣西、臺灣、福建、海南等地，商品栽培的主要品種有紫色種、黃果種、雜交種和滿天星。百香果香氣濃郁，香氣成分十分豐富，因含有草莓、芒果、蘋果、番石榴、香蕉、菠蘿等多種水果的香氣而得名[4]。香氣是百香果及其加工制品重要的質(zhì)量標準之一，濃郁的香氣可以提升百香果的市場競爭力。香氣物質(zhì)作為水果中一類重要的次生代謝物，種類眾多，其種類、含量、閾值及各成分間的相互作用賦予不同水果各自獨特風味。近年來，國內(nèi)外對芒果、香蕉、荔枝、菠蘿蜜等多種水果香氣物質(zhì)均進行了研究報道[5-9]，但是對百香果的香氣物質(zhì)尚沒有系統(tǒng)的分析總結(jié)。從百香果香氣成分的提取檢測方法、香氣成分種類及含量、發(fā)育貯藏及加工中香氣成分變化等方面進行歸納總結(jié)，以期為百香果風味品質(zhì)的深入研究提供理論基礎。

1 百香果香氣成分提取檢測方法

香氣成分提取及定性、定量分析能否完整、精準，對香氣成分分析結(jié)果的準確性有著重要的影響。國內(nèi)外報道常見的百香果香氣成分提取檢測方法主要有氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、頂空固相微萃取法（headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）、氣相-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）和氣相色譜-嗅聞法（gas chromatography-olfactometry，GC-O）。

1.1 氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）

氣相色譜-質(zhì)譜法是對食品中揮發(fā)性和半揮發(fā)性物進行分離、結(jié)構鑒定和定量分析時最常選用的方法，在百香果香氣成分的分析檢測中也應用的較早。陳玲等[10]采用GC-MS分析海南百香果的香氣成分，共檢測出126個成分，并對百香果的果肉、果皮所含香氣成分進行對比。李穎等[11]采用GC-MS對黃金、滿天星、紫香3種百香果的揮發(fā)性香氣成分，均檢測出的香氣成分主要是酯類、醇類、酮類、萜烯類和醛類。GC-MS法在百香果香氣物質(zhì)分析檢測中應用很廣泛，但GC-MS存在檢測限值的缺陷，導致一些低濃度但相對氣味強度較高的香氣物質(zhì)可能無法檢出，從而影響檢測結(jié)果的準確性。因此，采用GC-MS法時可以聯(lián)合其他表征手段共同分析使用，以獲得更全面的風味信息。

1.2 頂空固相微萃取法（HS-SPME）

頂空固相微萃取法通常是利用熔融石英纖維（固定相）表面涂層對化合物吸附性的差異，對揮發(fā)性成分進行提取、富集，該方法集萃取、濃縮、進樣于一體，具有操作簡單、無需溶劑萃取、樣品用量少、重復性好、敏感快速、可實現(xiàn)自動化等優(yōu)點[12-13]。HSSPME法還通常與各種分析手段連用（如GC-MS、LC-MS等），實現(xiàn)物質(zhì)成分的分析鑒定。Janzantti等[14]采用HS-SPME-GC/MS對不同成熟階段的黃金百香果香氣物質(zhì)進行分析，結(jié)果表明百香果在全部轉(zhuǎn)色達到完全成熟時，其傳統(tǒng)的特征香氣表達最完全。Braga等[15]采用HS-SPME-GC/MS鑒定出黃色百香果的主要特征香氣物質(zhì)為丁酸乙酯、己酸乙酯、(3z)-3-乙酸己酯、乙酸己酯、丁酸己酯和己酸己酯。

1.3 氣相-離子遷移譜（GC-IMS）

氣相色譜離子遷移譜是基于不同氣相離子在電場中遷移速度差異對化學離子物質(zhì)進行表征的一項分析方法，因其具有預處理簡便、可以常壓工作等優(yōu)勢，還可兼顧高分離度與低檢出限的分析需求，成為檢測風味物質(zhì)的較好選擇，被廣泛應用于食品中揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測分析[16-17]。羅楊等[18]利用GC-IMS技術對不同成熟度紫色百香果的揮發(fā)性成分進行分析，建立一種快速區(qū)分不同成熟度果實風味差異的方法。孟祥春等[19-20]利用GC-IMS技術共鑒定出黃金百香果中18種酯類、8種烯烴類、6種醇、4種酮、1種醛類、2種硫醚和1種呋喃類揮發(fā)性化合物，并分析黃金百香果揮發(fā)性風味組分差異。GC-IMS技術在百香果香氣物質(zhì)分析鑒定中還屬于一個較新的領域，其應用偏少，應加快建立較完善的GC-IMS技術應用體系。

1.4 氣相色譜-嗅聞法（GC-O）

氣相色譜-嗅聞法是通過對香氣提取物進行稀釋分析或魅力分析計算稀釋因子或魅力值，進而綜合鑒定食品關鍵香氣成分，是一種通過感官組學分析技術有效鑒定食品揮發(fā)性成分中的關鍵香氣成分的分析檢測方法[21-22]。Jordán等[23]通過GC-O測定，對黃金百香果果汁進行分析，總共得到66種成分。Sonmezdag等[24]應用GC-MS-O測定出百香果籽油提取物中14個香氣活性區(qū)域。國內(nèi)鮮見利用GC-O檢測分析百香果香氣物質(zhì)的報道，程宏楨等[25]利用GC-O結(jié)合香氣強度法在百香果中共鑒定出特征香氣成分27種，包括12種醇類、7種酯類、4種萜烯類、2種酮類、1種酸類和1種醛類物質(zhì)。GC-O法雖然可以用于活性香氣物質(zhì)的鑒定，但由于香氣物質(zhì)含量低、不穩(wěn)定，且組分越復雜，嗅聞判斷分析越困難[26]。GC-O法是通過與參考氣味特征或保留指數(shù)（RI）進行對比分析，只能對香氣物質(zhì)進行初步鑒定，需要聯(lián)合GC-MS、紅外光譜、核磁共振等技術對關鍵呈香物質(zhì)進行進一步分析，以獲取更為精準的信息[27]。

2 百香果香氣成分研究

百香果中香氣的感官特征是由揮發(fā)性香氣物質(zhì)的組分、含量及各香氣物質(zhì)間的協(xié)同作用共同決定的。揮發(fā)性酯類物質(zhì)、醇類物質(zhì)和醛類物質(zhì)是重要的香氣組成成分[28]，這幾類芳香物質(zhì)共同影響著果實的香氣風味品質(zhì)[29-30]。從百香果中分離鑒定出的香氣物質(zhì)主要包括酯類、醇類、酮類、醛類、烯類、烷類、酸類及其他類。不同品種百香果香氣物質(zhì)成分及含量存在差異，但酯類為香氣成分的主要貢獻者，醇類和酮類次之，除了共有成分，不同品種都具有自己獨特的香氣成分。郭艷峰等[31]分析了臺農(nóng)、黃金果、紫果1號3個品種百香果果汁香氣成分，3個品種百香果果汁中共分離出93種揮發(fā)性物質(zhì)，其中共有的揮發(fā)性成分有25種，各品種香氣物質(zhì)種類和含量有明顯差異。潘葳等[32]比較了5種百香果品種間香氣成分的差異，共含有68種香氣成分，其中24種物質(zhì)為5個品種共有，香氣物質(zhì)中酯類、醇類、酮類、萜烯類、烷類占香氣物質(zhì)種類的比例平均值分別為83.1%，3.6%，4.8%，3.7%和2.3%。李穎等[11]研究發(fā)現(xiàn)黃金、滿天星、紫香3種百香果中的酯類為主要揮發(fā)性香氣成分，分別占黃金、滿天星和紫香百香果總數(shù)的61.11%，62.06%和69.38%，其次是醇類，分別占總數(shù)的24.07%，22.41%和16.32%。百香果不同品種間香氣成分的種類及含量差異，主要如表1和表2所示[11,31-34]。

表1 不同百香果品種的香氣成分種類

表2 不同百香果品種的香氣成分相對含量

酯類物質(zhì)具有果香型的感官特征，是形成百香果獨有香韻的關鍵物質(zhì)。丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸己酯等酯類是百香果的主要特征香氣成分[32,35]。Portofigueira等[36]在百香果中共鑒定出39種揮發(fā)性化合物，其中乙酸乙酯、丁酸乙酯、3-羥基丁酸乙酯、己酸乙酯為主要香氣物質(zhì)。Macoris等[37]在百香果果肉中分離檢測到77種化合物，其中以丁酸甲酯、乙酸丁酯、己醛、丁酸丁酯、反式-3-己烯乙酸酯、順式-3-己烯-1-醇、己酸丁酯、丁酸己酯等酯類為主要揮發(fā)性化合物。臺農(nóng)、黃金果、紫香、滿天星共有且含量較高的香氣成分為丁酸乙酯（9.23%～10.38%）、己酸乙酯（10.70%～22.33%）、丁酸己酯（2.26%～11.00%）、甲基丁酸己酯（1.14%～8.97%）、己酸己酯（3.07%～14.02%）[32]。百香果不同品種間主要特征香氣成分存在差異：臺農(nóng)主要特征香氣成分為乙酸乙酯和丁酸乙酯，其次為乙醇和正己酸乙酯；黃金果特征香氣成分為丁酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸乙酯、乙醇、己酸乙酯、乙酸炔丙酯、(Z)-乙酸葉醇酯、三正丙胺和乙醛；紫果主要特征香氣成分為乙酸乙酯，其次為丁酸乙酯、正己酸乙酯和乙醛[31]。這些關鍵香氣成分的差異賦予百香果不同品種獨特的風味。

3 百香果發(fā)育、貯藏及加工中香氣成分變化研究

3.1 發(fā)育、貯藏過程百香果香氣成分變化

果實中香氣物質(zhì)的形成是一個復雜且精確的過程，香氣成分變化貫穿于果實整個發(fā)育及貯藏后熟期。百香果在發(fā)育、貯藏過程中香氣成分的組成和含量均發(fā)生變化。Janzantti等[38]研究黃金果在成熟過程中揮發(fā)性化合物變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在果皮1/3轉(zhuǎn)黃時主要揮發(fā)性物質(zhì)為丁酸乙酯，在2/3轉(zhuǎn)黃時主要揮發(fā)性物質(zhì)為丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸丙酯和松果醇。郭艷峰等[39]對不同發(fā)育階段百香果香氣成分進行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)青果、較熟果和完熟果中共有的揮發(fā)物有19種，其中酯類化合物占主要優(yōu)勢（61.86%～91.92%），且其相對含量隨著果實的發(fā)育逐漸增加。青果中酮類化合物含量最高，較熟果中醇類化合物含量最高。辛明等[40]闡明采后臺農(nóng)百香果香氣品質(zhì)的變化特征，百香果在常溫和低溫貯藏期間，果汁中的香氣物質(zhì)均以酯類為主，相對含量分別占總香氣物質(zhì)的40.00%～60.32%和54.95%～69.27%，其次是醇類和酮類。在常溫貯藏下，百香果酯類物質(zhì)相對含量在第4天出現(xiàn)峰值（60.32%），在第12天下降至40.00%，而在低溫貯藏下，其相對含量延至第20天出現(xiàn)峰值（69.27%），整個貯藏期內(nèi)保持在54.62%～69.27%。孟祥春等[20]在黃金果常溫貯藏過程中共鑒定出40種香氣化合物，其中33種化合物在貯藏4 d后才檢測到，且多數(shù)物質(zhì)的含量隨貯藏時間延長逐漸增加，有4種烯烴類和2種酯類在貯藏4 d后一直保持高水平含量。

近年來，不少研究報道百香果特征香氣的變化規(guī)律，但是關于百香果香氣物質(zhì)的形成機制卻鮮有報道。研究認為果實香氣成分中的直鏈脂肪族醇、酯、酸和酮類物質(zhì)主要來源于脂肪酸氧化，在氨基酸代謝途徑中主要可以生成支鏈脂肪族醇、酯、酸和酮類物質(zhì)[41-43]。Li等[44]采用HS-SPME-GC/MS結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析對百香果果實成熟過程中香氣形成的機理進行研究，分析148個香氣物質(zhì)和相關差異表達基因，研究發(fā)現(xiàn)：百香果香氣形成相關的代謝途徑主要包括脂肪酸代謝和氨基酸代謝；脂肪酸代謝途徑中的3個LOXs、9個ATTs、1個HPL在百香果酯類香氣形成中可能起作用；PAL作為氨基酸代謝途徑第一個關鍵酶，有11個PALs在香氣形成中起重要作用；進一步對關鍵基因進行功能驗證，LOX表達與百香果直鏈酯類香氣形成呈正相關。

3.2 加工過程百香果香氣成分變化

香氣作為果實重要典型性品質(zhì)，不僅能客觀反映果實的風味特征與成熟度，同時也是構成和影響加工品質(zhì)量品質(zhì)的重要因素。在百香果加工過程中香氣成分和含量均會發(fā)生巨大的變化，一些小分子芳香物質(zhì)逸散、熱敏性香氣物質(zhì)降解，都會使百香果汁失去本身的自然風味，并形成一些影響感官的蒸煮味、焦糊味，從而嚴重影響果汁的品質(zhì)。

酶解、殺菌、濃縮等加工工藝對百香果汁香氣成分的影響較大，易造成香氣物質(zhì)的損失，特別是高溫等處理對香氣物質(zhì)影響極大。百香果汁酶解后，香氣物質(zhì)酯類、萜類、酸類和其他類稍有增加，醇類、酮類有所下降，主要揮發(fā)性成分丁酸乙酯、乙酸己酯、1-甲基丁酸己酯、乙酸葉醇酯、己酸葉醇酯、芳香醇、β-紫羅蘭酮、月桂烯、羅勒烯等香氣成分含量升高，己酸乙酯、丁酸己酯、己酸異丁酯等有所下降。巴氏殺菌過程中己酸乙酯、己酸己酯、乙酸葉醇酯、β-紫羅蘭酮和芳樟醇等特征香氣成分損失嚴重，同時增加酸類和呋喃，從香味感受上巴氏殺菌與原果汁相差較大，損失原有果汁香味。高溫短時殺菌處理后百香果汁的酯類和醇類有所損失，乙酸異戊酯、異戊醇、苯乙烯在高溫短時殺菌處理后完全消失，而甲基庚烯酮、氧化芳樟醇、棕櫚酸、乙酸丙酯、苯甲醇和檸檬烯顯著升高，這些化合物的增加可能與美拉德反應和氧化反應有關，而一些芳香化合物的增加可能會產(chǎn)生不受歡迎的氣味，如甲基庚烯酮是發(fā)霉味的主要來源、氧化芳樟醇帶有輕微泥土香，從而導致百香果汁的新鮮、果香和草香味減弱。超高壓殺菌處理的百香果果汁香氣特征比較接近于原果汁，超高壓處理促進了酯類、酮類和醇類的釋放，烯烴類則顯著降低，可能是超高壓可通過促進或延緩酶促反應和化學反應間接改變香氣物質(zhì)的含量，從而導致香氣的總體變化。濃縮工藝也造成香氣成分嚴重損失，己酸甲酯、辛酸甲酯、己酸異丁酯、癸酸甲酯等特征香氣成分大量損失，只有芳樟醇、己酸異丁酯等少部分成分存在，并隨著濃縮進行也逐漸減少，濃縮后的果汁香味變淡，并帶有蒸煮味[45-48]。

百香果加工方面的研究，主要集中在百香果加工產(chǎn)品營養(yǎng)、理化品質(zhì)及加工工藝等方面上[49-51]，而聚焦在香氣品質(zhì)的研究較少。馥郁怡人的香氣是百香果極具市場競爭力的重要因素之一，百香果加工中香氣品質(zhì)變化與保持技術研究也必將引起越來越多研究者的興趣。

4 結(jié)語與展望

香氣成分是影響百香果鮮食和精深加工品質(zhì)的重要因素之一。越來越多的科研人員開始聚焦開展百香果香氣成分的研究，通過結(jié)合現(xiàn)代分析技術，百香果的香氣成分提取及鑒定分析方法日趨成熟。不同提取檢測方法對香氣成分組成和含量鑒定存在差異，因此優(yōu)化提取參數(shù)、改進提取與鑒定技術，進一步提高香氣成分的提取率、真實性和準確性，將是未來百香果香氣成分研究的重要熱點。而對于一些具有較高氣味強度的香氣成分，但因其濃度過低無法被檢出的問題，將有待于更多精準、靈敏的新型檢測技術和多種表征手段聯(lián)用技術共同解決。果實香氣成分是隨著果實的發(fā)育成熟而產(chǎn)生的，是一個動態(tài)變化的過程。果實中香氣的積累合成，受多條代謝途徑的因素影響，是一個復雜且系統(tǒng)的調(diào)控過程。百香果香氣代謝通路及合成機制鮮少研究，其代謝網(wǎng)絡、調(diào)控基因仍有很多空白位點，因此需進一步從分子生物學的層面開展系統(tǒng)研究。

雖然通過多種方式能對百香果香氣成分進行定性定量測定，但是其在加工過程中香氣成分和含量等會發(fā)生巨大變化，影響加工產(chǎn)品的風味品質(zhì)。因此，探明百香果在不同加工過程中主要香氣成分的變化，明確特征香氣成分之間的轉(zhuǎn)化關系和主要途徑，加強加工過程關鍵特征香氣的生成機制與控制方法，進一步對現(xiàn)有加工機械進行改進優(yōu)化，將是未來百香果高品質(zhì)加工研究的方向。

總之，不斷深入對百香果香氣成分的研究，將為百香果鮮食與加工香氣品質(zhì)改良及調(diào)控技術提供更多的科學依據(jù)。