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红心火龙果果酒特征香气分析

花匠小妙招
2024-12-14 07:29

摘要采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(solidphase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry, SPME-GC-MS)技术与气相色谱-闻香法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)中时间强度法和香气活度值(odor activity value, OAV)相结合的方法，探究红心火龙果果酒中特征香气物质。自制红心火龙果果酒中特征香气物质主要为己酸乙酯(OAV=276.45，下同)、乙酸异戊酯(103.54)、辛酸乙酯(50.45)、异戊醇(4.32)、乙酸乙酯(3.50)、苯乙醇(3.36)；市售红心火龙果果酒样品1中主要为己酸乙酯(95.41)、乙酸异戊酯(41.97)、丁二酸二乙酯(19.00)、乙酸乙酯(12.12)、辛酸乙酯(11.67)、异戊醇(4.36)；市售红心火龙果果酒样品2中主要为己酸乙酯(53.80)、丁二酸二乙酯(25.08)、乙酸异戊酯(17.64)、乙酸乙酯(16.55)。该研究首次分析确定了红心火龙果果酒中的特征香气物质，明晰香气物质对果酒的贡献程度，为火龙果果酒品质的调控和提升提供理论依据。

红心火龙果果酒作为一种新兴的饮料酒，因其特有的香气、口感和保健功能而深受消费者的喜爱，也是近年来学者的研究热点[1-3]。香气是水果及果酒感官品质的重要组成部分[4]，对消费者而言，香气的好坏是影响消费者是否购买的重要因素之一。对生产商而言，果酒的风味和质量直接影响其经济效益，因此研究果酒中香气成分是很有必要的[5-6]。目前关于火龙果果酒香气成分的研究报道较少，殷俊伟等[5, 7]利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(solidphase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry, SPME-GC-MS)对火龙果果酒挥发性物质进行定性分析，鉴定出主要挥发性成分主要有34种，酯类(39.68%)、有机酸类(39.04%)、醇类(16.91%)、醛类(1.09%)、酚类(0.44%)、酮类(0.43%)及其他化合物(2.41%)。程志华等[3]采用气相色谱-闻香法(gas chromatography-olfactometry, GC-O)定火龙果果汁中主要香气物质是十三烷、长叶烯等，火龙果酒中的香气物质主要是醇类和酯类，包括乙醇、癸酸乙酯、苯乙醇、正癸酸等。

SPME-GC-MS是用于定性检测样品中挥发性香气成分最有效的方法，GC-O [8]是一种直观的感官检测方法，可以快速推断出样品中的主要特征风味，而OAV可以直观地反映香气化合物对样品的香气贡献程度[9-14]。本研究采用SPME-GC-MS技术，同时结合气相色谱-嗅闻时间强度(odor specific magnitude estimation, OSME)法和香气活度值(odor activity value, OAV)法对红心火龙果果汁及果酒挥发性特征香气物质进行分析，为火龙果果酒品质的调控和提升提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：红心火龙果(蜜宝红心火龙果，产地越南)果汁；自制红心火龙果果酒(酒精体积分数10.35%，干型)：市售火龙果酒1(酒精体积分数12%，干型)；市售火龙果酒2(酒精体积分数12%，干型)。

试剂：NaCl、无水乙醇,分析纯；2-辛醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、苯乙酸乙酯、丁二酸二乙酯、异戊醇、正己醇、叶醇、苯乙醇、正己醛、3-糠醛(色谱纯)，美国Sigma-aldrich公司。

1.2 仪器与设备

Trace1310-ISQ LT顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪，赛默飞世尔科技有限公司；QP2010气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；OP275嗅闻检测器，日本GL Sciences公司。

1.3 实验方法

1.3.1 SPME-GC-MS分析挥发性香气物质

样品前处理萃取条件：20 mL顶空瓶中，加入8 mL火龙果果酒样品，3.0 g NaCl，在45 ℃预热5 min，萃取60 min。萃取完成后，将萃取头插入进样口，解吸附5 min，进行GC-MS分析，实验以2-辛醇为内标作半定量分析。

GC条件：PEG-20 m弹性石英毛细管柱，30 m×0.25 mm ×0.25 μm；载气为高纯氦气，恒定流量为0.8 mL/min；升温程序：从180 ℃开始，保持2 min，以3 ℃/min升温到230 ℃，保持10 min；进样口温度250 ℃，出样口温度200 ℃；检测电压350 V。

MS条件：EI离子源，发射电流200 μA，电子能量70 eV，扫描范围20～550 U。

1.3.2 定性分析方法

未知化合物的定性通过与NIST 05 质谱库(Agilent Technologies Inc.)中标准谱图比对(MS)，以及与标准品的香气描述(aroma)和标准品的保留指数(RI)比对来确定。保留指数根据改进的Kovats法计算得到的。

1.3.3 定量分析方法

半定量分析[15]：选用2-辛醇为内标物，按照公式(1)计算各组分相对内标物的含量：

(1)

式中：ρi，香气物质的质量浓度，μg/L；Ai，香气物质的峰面积；ρ内，内标物质的质量浓度，μg/L；A内，内标物质的峰面积；f，校正因子，设为1。

定量分析[16]：在体积分数为10%的乙醇中配制待测化合物标准混合液，根据化合物峰面积与内标物峰面积比值与对应物质浓度绘制校准曲线。根据校准曲线，基于化合物的峰面积相对于内标峰面积的比值计算化合物的浓度。

1.3.4 GC-O分析

样品前处理方法：取果酒8 mL于15 mL固相微萃取顶空样品瓶中，用3 g NaCl饱和，加盖密封，于45 ℃水浴锅中平衡10 min，萃取吸附30 min后，自动进样，进行GC-O-MS分析。进样口温度250 ℃，解吸7 min。

GC条件： 30 m×0.25 m ×0.25 μm弹性石英毛细管柱；载气为高纯氦气，恒定流量为1.59 mL/min；升温程序：从450 ℃开始，保持1 min，以6 ℃/min升温到230 ℃，保持6 min；进样口温度250 ℃；检测电压350 V。

OSME分析方法：选取3名训练有素的感官品评人员，要求对嗅觉灵敏，对香气味道熟悉，且能描述出所闻到的香气及其强度，实验中记录香气出现的时间、强度及香气描述。强度采用5分制：1分表示化合物香气程度微弱，2分表示该化合物香气程度轻微，3分表示化合物香气程度中等，4分表示该化合物香气程度中强，5分表示化合物香气程度强烈。实验中对每个样品做3次平行。

1.3.5 香气活性值(OAV)

OAV是香气物质的浓度和该物质的阈值之比，用于评价各香气物质对样品香气的贡献度。通常认为OAV≥1的物质对酒风味有贡献，查找每个香气物质在不同介质中的阈值，再根据物质的阈值和含量计算香气物质的OAV值，以此表征某种香气化合物对香气贡献的大小[11, 17]。OAV计算：

(2)

式中：ρi，香气物质的质量浓度，mg/L；OTi，香气物质的阈值，mg/L。

2 结果与分析

2.1 红心火龙果果酒香气定性分析

通过SPME-GC-MS对红心火龙果汁及红心火龙果果酒中的挥发性香气物质进行分析，其SPME-GC-MS总离子流色谱图见图1，SPME萃取物质图谱通过与质谱库检索及对比分析，鉴定出的主要挥发性成分及部分挥发性成分的香气描述见表1。

通过表1(详见附表1)可知，GC-MS检测出火龙果汁的挥发性香气物质主要是一些具有水果及生青气味的物质，其中包括5种酯类，17种醇类，13种醛酮类，2种酸类，4种烷烃类及其他3种化合物；红心火龙果果酒中香气物质主要包括酯类52种，醇类32种，醛酮类10种，酸类8种，烷烃类7种及其他9种物质；由此可见，在果酒发酵过程中产生了大量的酯类、醇类酸类化合物，使得果酒香气浓郁酒体丰满。

红心火龙果果酒中，检测出酯类物质种类最多，一般认为酯类物质可以赋予酒类水果及花香风味，其主要来源于酿酒酵母发酵过程中，且由于酒中乙醇含量较高，其乙酯含量所占比例也相对较大，在火龙果果酒中含量较高的酯类有乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯等，均是一些具有果香花香的化合物。醇类化合物是果酒中重要的一类香气化合物，酒中的醇类化合物是由原料中蛋白质、氨基酸和糖类在发酵过程中生成的，其香气特征主要是水果香气及花香[18]，其中异丁醇、异戊醇、正己醇及苯乙醇是火龙果果酒中含量较高的醇类化合物。在火龙果果汁中检测到种类及含量较高的醛类化合物，如正己醛、2-己烯醛、3-糠醛、十六醛等，主要是一些具有生青气味的物质；而在火龙果果酒中醛类物质含量较少，主要是乙醛、3-糠醛、苯甲醛等，会赋予果酒甜香及水果香气。酸类化合物因其阈值较高，对果酒香气只起到助香、减少刺激及平衡的辅助作用[9]，在火龙果果酒中乙酸、己酸、辛酸、癸酸均可被检测到。还有一些其他物质在火龙果果酒中被检测到如1-乙氧基-3-甲基-2-丁烯会给果酒带来类似青水果的香气，4-乙基愈创木酚会给果酒带来类似烟熏的香气，肉豆蔻醚会给果酒带来类似木本的香气等。

a-红心火龙果果汁GC-MS总离子流;b-自制红心火龙果果酒GC-MS总离子流;c-市售红心火龙果果酒1 GC-MS总离子流;d-市售红心火龙果果酒2 GC-MS总离子流
图1 红心火龙果汁、红心火龙果果酒及两款市售红心火龙果果酒GC-MS总离子流
Fig.1 GC-MS total ion-current chromatogram of aroma compounds of red pitaya juice and wine

表1 通过GC-MS分析鉴定出红心火龙果汁和红心火龙果果酒中主要挥发性香气物质
Table 1 Identification of aroma compounds in red pitaya juice and wine by GC-MS

类别化学物质物质相对含量/(μg·L-1)火龙果汁自制火龙果果酒市售火龙果果酒1市售火龙果果酒2物质香气描述酯类乙酸乙酯 0.88 491.491 338.551 947.85水果、溶剂2-甲基丙酸乙酯NA 3.39 4.03 5.63水果乙酸异丁酯NA 0.78 100.36 22.90水果、甜水果丁酸乙酯NA 1.52 0.91 3.71多汁水果、白兰地乙酸异戊酯NA 18.07 13.11 6.55香蕉己酸乙酯NA 30.53 12.05 9.34果香、大茴香乙酸己酯NANA 38.24 6.01水果、青苹果庚酸乙酯NANA 47.48 11.22果香、白兰地L-乳酸乙酯NA 0.87NANA果香辛酸乙酯NA 508.06 107.54 32.67水果、白兰地己酸异戊酯NA 519.14 146.82 110.92果香癸酸乙酯NA 46.36NANA苹果、葡萄、白兰地辛酸异戊酯NA 2.31 4.33 2.19水果丁二酸二乙酯NANA 71.34 747.40果香、甜香癸酸异丁酯NA 1.32NANA白兰地苯乙酸乙酯NANA 2.08 0.64花香、蜂蜜、玫瑰琥珀酸二乙酯 1.26 1.73NANA果香、煮熟的苹果乙酸苯乙酯 3.16 3.55NANA花香、玫瑰、甜水果月桂酸乙酯NANA 2.38NA甜花、肥皂水十四酸乙酯NA 645.52 171.14 63.35紫罗兰、鸢尾棕榈酸乙酯 2.01NA 1.70NA果香、奶油醇类异丁醇NA 2.85NA 3.16麦芽正丁醇NANA 9.91NA杂醇、甜香醋、威士忌1-戊烯-3-醇NANA 22.56 85.84生青、绿色蔬菜

续表1

类别化学物质物质相对含量/(μg·L-1)火龙果汁自制火龙果果酒市售火龙果果酒1市售火龙果果酒2物质香气描述异戊醇NA 1.31NANA杂醇、酒精异戊烯醇NANA 4.80 6.58生青、薰衣草正己醇NANA 13.06 5.99青水果cis-2-已烯-1-醇NANA 2.51 5.95生青叶醇NANA 0.98NA生青trans-2-已烯-1-醇NANA 2.30 2.47青水果1-辛烯-3-醇NA 264.68 11.83 7.42泥土、蘑菇、生鸡肉2-乙基己醇NANA 19.66 2.89柑橘熏衣草醇NA 10.79NANA草本α-松油醇NANA 3.58 2.90松油、紫丁香、木本香叶醇NANA1 032.601 309.77甜蜜花香、水果(R)-(+)-β-香茅醇NA 0.65NANA花香橙花醇NANA 2.14NA橙花柑橘玉兰苯乙醇NANA 78.49 53.49花香、玫瑰、蜂蜜醛、酮类乙醛NANA 13.78 6.40辛辣、水果味正己醛NA 4.88NANA生青2-己烯醛NA 169.36 40.96 26.60生青(Z)-2-庚烯醛NA 65.41 2.85 3.92生青3-糠醛NANANA 4.84甜香、烘烤3-羟基-2-丁酮NANANA 2.95黄油、奶油酸类乙酸 1.47 3.39 46.36 42.12尖锐的醋酸正己酸NANA 6.12NA汗味、金属味辛酸NA 15.26NA 5.34油腻气息正癸酸NANA 5.49 6.71腐臭酸味烷烃类六甲基环三硅氧烷NANA 1.13NA八甲基环四硅氧烷NANA 3.12NA其他1-乙氧基-3-甲基-2-丁烯NA 4.65NA 10.58青水果玫瑰醚NANA 7.40 15.21青玫瑰、新鲜的天竺葵4-乙基愈创木酚NANANA 6.55烟熏培根4-乙烯基-2-甲氧基苯酚NA 111.29 131.37 51.15干木香、烤花生

注：“NA”表示未检测到；香气描述参考http：//flavornet.org/flavornet.html和http：//www.odour.org.uk以及参考相关文献对香气进行描述。

2.2 基于OSME法对红心火龙果果酒的特征香气物质分析

为了进一步确定红心火龙果果酒中的特征香气物质，我们采用SPME技术对红心火龙果汁及红心火龙果果酒中的挥发性香气物质进行萃取，其中一部分进入GC-O中，利用OSME法进行分析，另一部分分流至GC-MS中进行检测对比。我们挑选物质检测频率≥30%，同时气味强度≥3的物质作为样品中的特征香气物质[5, 9]，结果见表2。

由表2可知，在红心火龙果汁中的特征香气共6种，分别为乙酸异戊酯、正己醇、叶醇、苯乙醇正己醛及3-糖醛，在红心火龙果果酒中共有的香气化合物为乙酸乙酯、乙酸异戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯、异戊醇及正己醇，而癸酸乙酯、叶醇是实验室自制火龙果果酒特有的香气物质，丁二酸二乙酯是两款市售火龙果果酒特有的香气物质。通过GC-O可以定性反映出样品中的特征香气物质，但是要想具体了解每种化合物对样品的香气贡献度，需要计算各物质的OAV值，根据OAV的大小来确定每种物质对样品的贡献程度。

表2 通过GC-O-MS分析鉴定出红心火龙果汁及红心火龙果果酒中重要香气化合物
Table 2 Identification of important aroma compounds in red pitaya juice and wine by GC-O-MS

类别化合物名称火龙果汁自制火龙果果酒市售火龙果果酒1市售火龙果果酒2峰面积/%强度峰面积/%强度峰面积/%强度峰面积/%强度香气描述酯类乙酸乙酯0.10NA3.1758.57510.895溶剂乙酸异戊酯0.0631.950.8350.355香蕉己酸乙酯NANA0.5830.1830.223白酒辛酸乙酯NANA2.350.2040.084果香癸酸乙酯NANA2.1350..02NA0.02NA果香丁二酸二乙酯NANANANA4.1543.604甜水果苯乙酸乙酯NANA0.0730.1550.115花香、蜂蜜醇类异戊醇NANA13.27515.1246.225酒精正己醇30.0255.8142.3332.913生青叶醇0.7640.1130.01NA0.02NA草青苯乙醇2.3554.4552.7751.125花香醛类正己醛20.455NANANANANANA生青3-糠醛0.8230.13NA0.4430.393苦杏仁

注：“NA”表示未检测到；香气描述为实验人员所记录的香气描述总结所得;参考http：//flavornet.org/flavornet.html和http.//www.odour.org.uk以及参考相关文献对香气进行描述。

2.3 基于OAV法对红心火龙果果酒的特征香气物质分析

根据OSME法对红心火龙果果酒特征香气物质的分析结果，利用外标法对火龙果汁及火龙果果酒特征香气物质进行定量分析，特征香气物质标准曲线如表3所示。

表3 红心火龙果汁及红心火龙果果酒中香气化合物标准曲线
Table 3 Chemical standards for important aroma compounds in red pitaya juice and wine

香气化合物CAS标准曲线斜率截距R2回收率/%乙酸乙酯141-78-60.58-2.746 1 0.999 9 99.20乙酸异戊酯123-92-23.41-0.415 1 0.991 3 108.64己酸乙酯123-66-031.63-1.920 8 0.999 6 98.55辛酸乙酯106-32-158.900.216 0 0.996 3 115.60癸酸乙酯110-38-336.11-0.112 1 0.995 0 98.67苯乙酸乙酯101-97-38.78-0.287 1 0.994 3 104.30丁二酸二乙酯123-25-12.70-17.021 0 0.999 8 97.01异戊醇123-51-30.24-3.773 7 0.990 7 87.64正己醇111-27-32.19-0.116 4 0.992 5 99.63叶醇928-96-10.43-0.008 2 0.992 8 88.92苯乙醇60-12-80.85-2.970 3 0.996 1 91.57正己醛66-25-19.04-3.987 5 0.999 1 105.413-糠醛498-60-20.45-0.073 7 0.994 7 96.75

由表3可知，各物质校准曲线在整个浓度范围内呈线性关系， R2均高于0.99，回收率为85%～120%，可以用于物质定量。根据标准曲线测得的香气物质含量，并查得物质阈值来计算该物质的OAV值，其结果如表4所示。

由表4可知，物质浓度高不一定会对果汁或者果酒香气具有较大的贡献，物质含量低也可对果汁或果酒整体香气有较大的贡献，这主要看该物质在介质中的阈值，OAV>1的化合物说明其含量高于阈值，其对于样品整体香气的呈现具有贡献作用，并且OAV值越大作用越显著[19]。在红心火龙果汁中，正己醛(生青青水果)及苯乙醇(花香玫瑰蜂蜜)对香气的贡献程度较大(OAV>100)，虽然2种化合物在火龙果汁中含量并不是很高，但是由于其阈值较低，使得最终OAV值较大，所以这2种化合物对火龙果汁的香气具有较大的贡献；其次具有较大贡献的是乙酸异戊酯(OAV>10)，会给火龙果带来类似水果香味；正己醇(青水果)、叶醇(草青味甜瓜外皮)、糠醛(甜香)这3种化合物对火龙果的香气也有一定的贡献作用(OAV>1)；正己醛及正己醇是火龙果的特征香气已有文献报道[20-21]，而其他4种化合物对火龙果的香气贡献作用是首次提出。

红心火龙果果酒中OAV>1的挥发性物质共有10种，说明这些物质对红心火龙果果酒的香气贡献较大，其中OAV较高的物质是己酸乙酯和乙酸异戊酯，说明这2种化合物对红心火龙果果酒的香气贡献最大，这2种物质会赋予火龙果果酒清新的果香气息；其次是辛酸乙酯、乙酸乙酯、异戊醇、苯乙醇，是可以给果酒带来类似花香、果香的的化合物。对比来看，自制火龙果果酒中的OAV值整体高于市售火龙果果酒，自制火龙果果酒中己酸乙酯、乙酸异戊酯及辛酸乙酯的OAV值均比市售火龙果果酒高出50%，说明自制火龙果果酒的果香较浓郁；癸酸乙酯及叶醇在自制火龙果果酒含量高于阈值，而在市售火龙果果酒中低于阈值，其中叶醇是具有青草气息的物质，同时叶醇也是火龙果汁中的特征香气；苯乙酸乙酯和丁二酸二乙酯在市售火龙果酒中含量高于阈值而在自制火龙果果酒中含量低于阈值，这2种物质会给果酒带来类似花香和果香的气息。

表4 红心火龙果汁及红心火龙果果酒中香气化合物含量及其OAV值
Table 4 Contents of aroma compounds and OAV value in red pitaya fruit juice and red pitaya fruit wine

香气物质阈值/(mg·L-1)香气物质含量/(mg·L-1)OAV(odor activity value)水中10%乙醇中火龙果汁自制火龙果酒市售火龙果酒1市售火龙果酒2火龙果汁火龙果酒市售火龙果酒1市售火龙果酒2乙酸乙酯7.5012.005.01±0.5641.97±3.49145.45±5.94198.58±1.340.673.5012.1216.55乙酸异戊酯0.0030.030.13±0.013.11±0.031.26±0.070.53±0.1842.34103.5441.9717.64己酸乙酯0.00050.005NA1.38±0.780.48±0.080.7±0.05NA276.4595.4153.80辛酸乙酯0.00010.01NA0.25±0.0830.06±0.0020.01±0.007NA50.4511.672.10癸酸乙酯0.020.200.003±0.00020.28±0.0090.01±0.0050.01±0.0010.161.390.060.05苯乙酸乙酯0.100.070.03±0.0050.07±0.0050.12±0.040.10±0.040.330.931.701.42丁二酸二乙酯1 045.01.2NANA22.79±3.1530.10±2.24NANA19.0025.08异戊醇 0.2530.00NA129.57±5.13130.94±7.2163.31±6.81NA4.324.362.11正己醇0.708.004.85±0.151.10±0.070.32±0.040.28±0.066.930.140.040.04苯乙醇0.0514.004.76±0.1847.06±2.0831.76±1.4424.29±3.10105.753.362.271.74叶醇0.200.400.41±0.020.46±0.090.20±0.080.11±0.0092.061.150.500.28正己醛0.00758.001.49±0.46NANANA198.39NANANA3-糠醛0.1014.100.20±0.020.35±0.022.79±0.104.19±0.671.990.020.200.30

注：阈值为《化合物香味阈值汇编(第二版)》中报道的物质在不同介质中的阈值，同时参考文献中报道的化合物香气阈值；“NA”表示未检测到。

对比GC-O与OAV的结果发现，糠醛和正己醇在GC-O中嗅闻中具有较大的强度值，但其OAV值却小于1，这是因为人的感官比任何物理检测器都更为敏感[22]，因为OAV考虑到物质含量及阈值，一般被认为更能代表物质对介质的贡献度[19]。

3 结论

本文应用SPME-GC-MS技术，对红心火龙果果汁及果酒中挥发性香气物质进行定性分析，共确定了果汁中44种及果酒中118种香气物质；利用GC-O与OAV相结合的方法确定了特征香气物质，发现红心火龙果汁中特征香气物质有：正己醛、苯乙醇、乙酸异戊酯、正己醇、叶醇及糠醛；红心火龙果果酒中的特征香气物质有：己酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、异戊醇、乙酸乙酯、苯乙醇、癸酸乙酯、叶醇、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯。通过GC-MS、GC-O、OAV法综合评价红心火龙果果酒中挥发性香气物质及特征香气化合物，明晰特征香气物质对火龙果果酒风味的贡献程度，为火龙果果酒品质的调控和提升提供理论依据。

参考文献

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