四個(gè)香榧品種種仁炒制加工后香氣物質(zhì)分析

王艷娜， 孟學(xué)成， 趙 荻，吳家勝，宋麗麗，胡淵淵，張祖瑛，喻衛(wèi)武*

(1.中國(guó)林學(xué)會(huì)，北京 100091；2.亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 杭州 311300)

香榧(Torreyagrandis‘Merrillii’)是紅豆杉科(Taxaceae)榧樹(shù)屬(Torreya)榧樹(shù)(T.grandis)中的優(yōu)良栽培類(lèi)型，為第三紀(jì)孑遺植物，屬于二級(jí)保護(hù)植物。香榧種仁營(yíng)養(yǎng)豐富，其鉀含量居干果之首；富含不飽和脂肪酸(高達(dá)80%)，尤其是富含裸子植物特有不飽和脂肪酸——金松酸，對(duì)高血脂、高膽固醇、動(dòng)脈粥樣硬化的形成具有預(yù)防作用[1]；還富含生育酚、谷甾醇等多種生物活性物質(zhì)[2-3]，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。香榧種仁加工前就具有一種特殊香味，尤其在炒制加工后更加濃郁[4]。這是由于堅(jiān)果焙烤之后發(fā)生了一系列熱化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成特殊的香氣，改變了堅(jiān)果的色澤和質(zhì)地[5-6]。炒制是香榧種仁的主要加工方式。因此，研究炒制后香榧種仁的香氣組成及其關(guān)鍵成分可對(duì)篩選出具有特殊香氣的香榧品種提供重要參考。

伴隨著氣相色譜技術(shù)的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展，這一技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于堅(jiān)果類(lèi)提取油、原料及炒(烘)制成品香氣物質(zhì)的檢測(cè)中。王衍彬等[7]在對(duì)11種香榧種仁的提取油香氣分析中，其中‘大圓’榧香氣物質(zhì)種類(lèi)(21種)明顯少于‘細(xì)榧’(71種)。汪瑤等[8]對(duì)加工前的香榧種仁及其不同加工工藝的香榧種仁香氣物質(zhì)的分析中，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)工藝的椒鹽香榧香氣成分具有17種特有的香氣成分，主要是呈現(xiàn)焦糖味的2-甲基丁醛，以及酮類(lèi)和吡咯類(lèi)物質(zhì)等，這是其風(fēng)味成分更多、口感更佳的主要原因。此外，不同品種的差異對(duì)香氣組分成分也會(huì)產(chǎn)生影響，如在對(duì)8份核桃資源堅(jiān)果香氣物質(zhì)的分析中發(fā)現(xiàn)，核桃的香氣主要以醛類(lèi)和烷烴類(lèi)為主，但不同品種的主要香氣成分組分不同[9]；對(duì)3個(gè)品種焙烤香榧仁香氣分析中發(fā)現(xiàn)，如‘芝麻’榧具有堅(jiān)果香、可可香，焦糖味突出；‘小米’榧果仁清香味突出，有淡雅的松木針葉味；‘小圓’榧則果香突出，有獨(dú)特的水果味[10]。

香氣作為評(píng)價(jià)香榧加工后成品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[11-12]。香榧是異花授粉植物，種內(nèi)變異多、品種類(lèi)型豐富，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)差異較大[4，13]，但其香氣是否也存在差異卻鮮見(jiàn)報(bào)道?；诖?，筆者通過(guò)比較主產(chǎn)區(qū)的4個(gè)品種香榧種仁焙烤加工后的成品香氣組分的差異，探討不同品種榧籽相同加工方式呈香組分和含量的差異，明確不同品種香榧籽香氣的特征香氣物質(zhì)，旨在為選育優(yōu)良品種提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為促進(jìn)與香榧香氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的深入發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及處理

圖1 烘烤前4個(gè)不同品種香榧的外觀形態(tài)

于2016年9月20日，在中國(guó)浙江省金華東陽(yáng)市西垣村，采集4個(gè)不同品種香榧[‘朱巖’榧(Torreyagrandis‘Zhuyan’)、‘丁香’榧(‘Dingxiang’)、‘木榧’(‘Mufei’)、‘細(xì)榧’(‘Xifei’)]材料，均為假種皮開(kāi)裂的榧子(成熟的種實(shí))。將采集好的樣品脫蒲后放置一晚(散去田間熱)，挑選每個(gè)品種外觀形狀、大小、顏色均一致的種子15 kg，再分成3份為3個(gè)重復(fù)，置于溫度為25 ℃和濕度為90%的室內(nèi)20 d完成后熟，后熟過(guò)程中每天進(jìn)行1次上下翻動(dòng)。完成后熟進(jìn)程的4個(gè)品種的種子用清水洗凈后，再經(jīng)陰干、陽(yáng)干晾曬后，含水率為(10±2)%，最后抽真空后儲(chǔ)存在4 ℃冰箱中備用。加工方式統(tǒng)一采用生產(chǎn)上傳統(tǒng)的“雙炒法”，待滾筒炒制機(jī)爐壁溫達(dá)300 ℃左右，放入香榧種子，混合粗鹽(種子與粗鹽質(zhì)量比為1∶0.6)炒制8～10 min，此過(guò)程完成的判斷依據(jù)為種仁與種衣有離層形成、脫衣容易，以上過(guò)程即為“先炒1次”；起鍋浸鹽水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%)40 s(此過(guò)程稱為浸鹽)；待瀝干香榧子種殼上鹽水，待滾筒炒制機(jī)爐壁溫達(dá)300 ℃左右，再次放入香榧種子，炒至種殼上鹽水干燥，壁溫接近100 ℃時(shí)再加粗鹽，此過(guò)程完成的判斷依據(jù)為種仁有轉(zhuǎn)色、硬脆，此過(guò)程為“二炒”，一般在15～25 min。為減少香氣的流失，在固相微萃取(SPME)前剝殼取仁、切片，并用研磨機(jī)現(xiàn)磨現(xiàn)測(cè)。

1.2 固相微萃取

香榧子揮發(fā)性物質(zhì)的提取采用固相微萃取方法(solid phase microextraction, SPME)[7]，即將磨好的樣品(2.00 g)置于15 mL的萃取瓶中，再將其置于電熱恒溫水浴鍋(80 ℃)加熱，然后將固相微萃取器的萃取頭插入樣品萃取瓶的頂空部分，吸附30 min，最后將吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進(jìn)樣口，推出纖維頭解吸3 min，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集。

1.3 氣相色譜質(zhì)聯(lián)用分析

氣相色譜 (gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)(安捷倫7697A，美國(guó))串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(安捷倫7890，美國(guó))，其氣相色譜(GC)條件具體如下：毛細(xì)管色譜柱為HP-5MS(30m×250 μm，液膜厚度0.25 μm,安捷倫，美國(guó))；初始溫度60 ℃保持1 min，之后按5 ℃/min的速度逐漸升溫至280 ℃(保持2 min)；進(jìn)樣口溫度為250 ℃。質(zhì)譜(MS)條件：離子源溫度為230 ℃，電離方式為EI，電子能量為70eV，四極桿離子源溫度為150 ℃，掃描范圍m/z為33～350。

1.4 定性和定量分析

定性分析。將所獲得的質(zhì)譜圖通過(guò)保留指數(shù)(RI)和NIST08質(zhì)譜庫(kù)中一一進(jìn)行檢索比對(duì)，最終確定香榧種仁的香氣成分物質(zhì)。化合物的RI是通過(guò)C7—C30的正構(gòu)烷烴在相同的GC條件下計(jì)算得到的。

定量分析。分別以D-檸檬烯、十二烷醇、壬醛、十七烷、肉豆蔻酸異丙酯、2,6-二甲基吡嗪和間異丙基甲苯作為萜烯類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、烷烴類(lèi)、酯類(lèi)、吡嗪類(lèi)和苯類(lèi)衍生物外標(biāo)進(jìn)行定量，而鄰苯二甲醚則作為醚類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)化合物的外標(biāo)進(jìn)行定量。具體操作如下：將2 μL標(biāo)準(zhǔn)品在樣品瓶中揮發(fā)后進(jìn)行萃取，通過(guò)其濃度與峰面積計(jì)算每克樣品中相應(yīng)物質(zhì)的釋放量[9]；再按峰面積歸一化法求得各成分的相對(duì)濃度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析，運(yùn)用Origin 9.0軟件對(duì)4個(gè)香榧品種種仁的香氣物質(zhì)進(jìn)行主成分分析(PCA)，利用Sigmaplot 12.5進(jìn)行圖片制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 香榧種仁主要香氣成分概況

對(duì)4個(gè)品種香榧種仁的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行GC-MS分析，其總離子流圖如圖2所示，檢出的揮發(fā)性物質(zhì)如表1所示。通過(guò)對(duì)‘細(xì)榧’‘朱巖’榧‘丁香’榧和‘木榧‘種仁的揮發(fā)性香氣物質(zhì)測(cè)定，共鑒定出79種揮發(fā)性化合物，分別包括萜類(lèi)(23種)、醇類(lèi)(27種)、醛類(lèi)(6種)、烷類(lèi)(4種)、酯類(lèi)(5種)、醚類(lèi)(2種)、酮類(lèi)(3種)、酸類(lèi)(2種)、吡嗪類(lèi)(1種)和苯類(lèi)衍生物(6種)10類(lèi)物質(zhì)。其中，‘細(xì)榧’和‘朱巖’榧中檢測(cè)出的香氣成分物質(zhì)分別為60種和47種，而‘丁香’榧與‘木榧’均為52種。

圖2 4個(gè)品種香榧種仁原料香氣成分總離子流圖

表1 4個(gè)品種香榧種仁香氣成分及其含量

表1(續(xù))

2.2 4個(gè)品種香榧種仁香氣物質(zhì)組分的比較

不同品種香榧種仁的香氣成分組成上存在差異(表2)，其中‘細(xì)榧’‘木榧’‘丁香’榧種仁的香氣物質(zhì)以萜烯類(lèi)化合物為主；而‘朱巖’榧則是以醇類(lèi)化合物為主。其中‘細(xì)榧’種仁中的主要香氣物質(zhì)包括萜烯類(lèi)化合物、醇類(lèi)化合物、醛類(lèi)化合物與苯類(lèi)衍生物，分別占總香氣物質(zhì)的62.5%、8.1%、9.8%和7.8%；‘朱巖’榧中則是萜烯類(lèi)化合物、醇類(lèi)化合物、醛類(lèi)化合物與醚類(lèi)化合物，分別占其總香氣物質(zhì)的31.5%、36.5%、9.2%和11.3%；‘丁香’榧中的主要香氣物質(zhì)則是萜烯類(lèi)化合物、醇類(lèi)化合物、醛類(lèi)化合物、醚類(lèi)化合物與酸類(lèi)化合物，分別占其總香氣物質(zhì)的29.7%、11.8%、10.2%、23.6%和16.7%；‘木榧’中的主要香氣物質(zhì)則是萜烯類(lèi)化合物與醛類(lèi)化合物，分別占其總香氣物質(zhì)的75.9%和9.7%。

表2 4個(gè)品種香榧種仁10種主要香氣成分及香氣總含量的變化

從4個(gè)品種香榧種仁中10種主要香氣成分及香氣總含量的變化情況(圖3)與表1可知，‘細(xì)榧’‘朱巖’榧、‘丁香’榧和‘木榧’所共有的香氣物質(zhì)有28種，其中：萜烯類(lèi)有5種，分別是α-蒎烯、雙戊烯、月桂烯、D-檸檬烯和2,4-二甲基苯乙烯；共同的醇類(lèi)物質(zhì)有十一醇、十六烷醇、十七烷醇、2-2-甲基十六烷醇、2-1-十四烷醇、2-(十八氧基)乙醇和維生素A 7種；醛類(lèi)有糠醛、壬醛和十二醛3種；烷類(lèi)有4種，分別是正十四烷、正十七烷、正十九烷和正二十七烷；酯類(lèi)有肉豆蔻酸異丙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯和鄰苯二甲酸正丁異辛酯3種；醚類(lèi)有2種，分別是鄰苯二甲醚和對(duì)苯二甲醚；酸類(lèi)僅有棕櫚酸1種；吡嗪類(lèi)僅有1種為 2,6-二甲基吡嗪；苯類(lèi)衍生物有2種，分別是1,2,3-三甲氧基苯和3,4,5-三甲氧基甲苯。不同品種香榧種仁的呈香物質(zhì)存在差異，其中只在‘細(xì)榧’種仁中被檢測(cè)到的物質(zhì)有8種物質(zhì)，總含量達(dá)到了7.67 μg/g，其中具有香氣的物質(zhì)有5種，分別為δ-杜松烯、芳樟醇、4-萜烯醇、橙花叔醇和2-乙基己烯醛；只在‘丁香’榧種仁中被檢測(cè)到的香氣物質(zhì)有9種，總含量為8.00 μg/g，其中具有香氣的物質(zhì)有4種，分另為羅勒烯、反式-2-辛烯-1-醇、仲辛醇、2-十一碳烯醛；只在‘朱巖’榧種仁中檢測(cè)到的香氣物質(zhì)有3種，分別是9,10-環(huán)氧-1,5-環(huán)十二碳二烯、1,9-壬二醇、異乙醇酸異丙酯，總含量是1.34 μg/g；只在‘木榧’種仁中檢測(cè)到的香氣物質(zhì)只有2種，總含量為0.87 μg/g，其中R-檸檬烯具有橙子、檸檬清香。

圖3 4個(gè)品種香榧種仁中主要香氣物質(zhì)數(shù)量示意圖

2.3 4個(gè)品種香榧種仁主要香氣物質(zhì)的比較及特征分析

利用頂空固相微萃取處理樣品和GC-MS對(duì)4個(gè)品種香榧種仁進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)通過(guò)Origin 9.0進(jìn)行分析(圖4)。從圖4可知，PC1和PC2總和達(dá)77.9%，解釋率很好?！∠恪寂c‘朱巖’榧較近，差異不大；而它們與‘細(xì)榧’‘木榧’之間存在很明顯的分離?！鹃肌汀?xì)榧’主要分布在PC1的正軸，主成分1主要貢獻(xiàn)的物質(zhì)為酮類(lèi)、酯類(lèi)、苯類(lèi)衍生物、萜烯類(lèi)、醛類(lèi)、吡嗪類(lèi)、醛類(lèi)物質(zhì)和烷類(lèi)化合物；而‘朱巖’榧和‘丁香’榧主要分布在PC2的正軸，主成分2主要貢獻(xiàn)的物質(zhì)為醇類(lèi)、醚類(lèi)、酸類(lèi)物質(zhì)。以上結(jié)果表明，‘細(xì)榧’種仁的特征香氣物質(zhì)主要是酮類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、苯類(lèi)衍生物和萜烯類(lèi)物質(zhì)，‘木榧’的特征香氣物質(zhì)主要是萜烯類(lèi)和吡嗪類(lèi)物質(zhì)，‘丁香’榧和‘朱巖’榧的特征香氣物質(zhì)主要是醚類(lèi)和酸類(lèi)物質(zhì)。

圖4 4個(gè)品種香榧種仁主要香氣成分的PCA分析

3 討 論

研究表明，烘烤后的堅(jiān)果會(huì)比未經(jīng)加工的堅(jiān)果呈現(xiàn)出更多的香氣物質(zhì)，這些物質(zhì)很多是通過(guò)美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)降解產(chǎn)物之間的相互作用形成的，包括烴、醇、醛、酮、酸等化合物，它們對(duì)烘烤堅(jiān)果風(fēng)味有非常重要的貢獻(xiàn)[5-6]。本研究結(jié)果與前人研究相一致，發(fā)現(xiàn)炒制加工后的香榧種仁香氣物質(zhì)有79種，明顯多于未經(jīng)加工的‘細(xì)榧’(香氣物質(zhì)有56種)[14]。此外，本研究結(jié)果顯示，經(jīng)焙烤加工后的‘細(xì)榧’種仁香氣物質(zhì)種類(lèi)明顯多于其他3種香榧，其中萜烯類(lèi)物質(zhì)和醇類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)最多，表明種類(lèi)豐富的萜烯類(lèi)物質(zhì)和醇類(lèi)物質(zhì)是細(xì)榧香氣濃郁的重要因素之一。根據(jù)聚合程度萜烯類(lèi)化合物又可分為單萜、倍半萜、二萜、三萜及多萜等，其中揮發(fā)性單萜(C10H16)與倍半萜(C15H24)，大多具有宜人的花果香氣[15]。例如，單萜中芳樟醇(具有鈴蘭香、木香氣)、香葉醇(具有玫瑰花香氣)，以及倍半萜中的橙花叔醇(具有花木香、似玫瑰及蘋(píng)果香氣)等[16]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，除‘朱巖’榧外其他香榧的香氣物質(zhì)均以萜烯類(lèi)物質(zhì)為主，且4個(gè)品種共有的香氣物質(zhì)也是萜烯類(lèi)物質(zhì)含量最高(表1)，這與王衍彬等[7]研究結(jié)果相類(lèi)似。D-檸檬烯具有典型的新鮮橙子香氣及檸檬香氣，其閾值較低且含量遠(yuǎn)高于其他物質(zhì)，因此其具有較高的香氣值[17]。本研究結(jié)果顯示，除‘朱巖’榧以外，D-檸檬烯是其他3品種香榧種仁中含量占比最多的香氣物質(zhì)，說(shuō)明D-檸檬烯是主要呈香物質(zhì)?！?xì)榧’含有較多的特異性香氣物質(zhì)，且這些物質(zhì)大部分都有其特征性香氣。由此可知，‘細(xì)榧’種仁具有較多的特異性香氣物質(zhì)種類(lèi)和含有較多的D-檸檬烯，在一定程度上豐富了‘細(xì)榧’種仁香氣組分。

焙烤堅(jiān)果特有的香氣是評(píng)判其質(zhì)量的重要屬性之一。研究表明，由低級(jí)飽和脂肪酸和脂肪醇形成的酯類(lèi)物質(zhì)會(huì)在焙烤過(guò)程中增加，通常使其具有愉悅的香氣[18]。許多醛類(lèi)都具有愉快的香氣，它們是焙烤后香氣物質(zhì)的重要組成成分，如壬醛有玫瑰香和杏子香，十二醛有花香，肉桂醛有肉桂香氣，在焙烤后含量會(huì)顯著增加[19]。吡嗪類(lèi)被認(rèn)為是使烘烤后的堅(jiān)果具有典型堅(jiān)果香氣的主要化合物，如2,6-二甲基吡嗪具有典型的堅(jiān)果香氣[20]。本研究結(jié)果顯示，不同品種香榧種仁的特征香氣物質(zhì)不同，‘細(xì)榧’的特征性香氣物質(zhì)種類(lèi)是最多的，主要包括酮類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、苯類(lèi)衍生物和萜烯類(lèi)物質(zhì)，且‘細(xì)榧’中的這些特征性香氣物質(zhì)含量均顯著高于其他3種香榧。本研究結(jié)果表明，‘細(xì)榧’中的主要特征性香氣物質(zhì)為D-檸檬烯、糠醛、2-乙基己烯醛、葵醛、壬醛和鄰苯二甲酸二異丁酯；其中糠醛具有甜味，2-乙基己烯醛具有強(qiáng)烈香氣、菊花和梔子花香韻，葵醛具有甜香、柑橘香、蠟香和花香；壬醛則具有玫瑰、柑橘、油脂香，鄰苯二甲酸二異丁酯則具有芳香味。‘朱巖’榧中的主要特征性香氣物質(zhì)為二氫香芹醇，具有留蘭香、胡椒辛辣味?！∠恪贾械闹饕卣餍韵銡馕镔|(zhì)為硬脂酸，具有牛油氣味?！鹃肌械闹饕卣餍韵銡馕镔|(zhì)為雙戊烯、R-檸檬烯、衣蘭油烯、α-蒎烯，分別具有檸檬香；橙子、檸檬香；甜香氣味；松葉香、針葉香。因此，特征性的酯類(lèi)和醛類(lèi)香氣物質(zhì)進(jìn)一步豐富了烘烤‘細(xì)榧’的香氣組分。

4個(gè)香榧品種焙烤后的種仁存在共同的香氣物質(zhì)，但不同品種也存在其特異性的香氣物質(zhì)，其中‘細(xì)榧’種仁的香氣種類(lèi)和含量均最為豐富。此外，從特征香氣成分來(lái)看，酯類(lèi)、酮類(lèi)、苯類(lèi)衍生物、醛類(lèi)和萜烯類(lèi)物質(zhì)是‘細(xì)榧’的特征香氣物質(zhì)；萜烯類(lèi)和吡嗪類(lèi)物質(zhì)是‘木榧’的特征香氣物質(zhì)；醚類(lèi)和酸類(lèi)物質(zhì)則是‘丁香’榧和‘朱巖’榧的特征香氣物質(zhì)。由此可知，豐富的香氣種類(lèi)及香氣物質(zhì)是焙烤后的‘細(xì)榧’具有較高香氣品質(zhì)的重要因素。