基于SPME-GC-MS联用技术检测的热处理黑莓清汁香气变化分析

许 颖，王 行，马永昆*，马 辉，邓娜娜，袁小单，叶 庆

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013)

摘 要：在感官评定的基础上，采用固相微萃取-气相色谱质谱联用技术检测热处理前后黑莓清汁香气成分。结果表明：未经热处理的黑莓清汁中检测到56种化合物，主要为醇类、酯类和醛类。热处理后黑莓清汁香气物质的种类和含量变化显著(P＜0.05)，热处理0.5min和1min后，醇类、酯类、醛类、酮类和酸类含量呈现不同程度的减少；热处理1.5min醇类和酯类含量减少12.2%和34.5%，醛类含量增加了14.2%。随着热处理时间的延长，黑莓青鲜气味减弱且有不良气味产生，热处理0.5min能较好地保留黑莓的典型香气，这与黑莓清汁感官评价结果一致。

关键词：黑莓清汁；香气；热处理；香气分析

Analysis of Aromatic Compounds in Blackberry Juice Subjected to Thermal Treatment by SPME-GC-MS

XU Ying，WANG Xing，MA Yong-kun*，MA Hui，DENG Na-na，YUAN Xiao-dan，YE Qing

(School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract：Solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography mass spectrometry (SPME-GC-MS) was applied to the analysis of aromatic compounds in blackberry juice samples with and without thermal treatment, and a sensory evaluation was also performed on the two samples. The results showed that 56 kinds of compounds including alcohols, esters and aldehydes were detected in untreated blackberry juice. After thermal treatment, the types and contents of aromatic compounds of blackberry juice revealed a significant change (P ＜ 0.05). After 0.5 min and 1 min thermal treatment, the contents of alcohols, esters, aldehydes, ketones and acids were decreased to some extents. The contents of alcohols and esters in blackberry juice after 1.5 min thermal treatment were decreased by 12.2% and 34.5%, respectively, while the contents of aldehydes exhibited an increase by 14.2%. With prolonged thermal treatment time, the aromatic flavor of blackberry juice became weaker and bad odor was generated. In contrast, the typical aroma of blackberry juice after thermal treatment for 0.5 min was retained, which matched well with the sensory evaluation results.

Key words：blackberry juice；aromatic compounds；thermal treatment；aroma analysis

中图分类号：TS255.44 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)18-0212-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201318043

黑莓是第3代新兴的小浆果类水果，鲜果柔软多汁、色泽艳丽、风味醇美，具有丰富的营养价值，因此黑莓产品也越来越受消费者青睐，如黑莓汁、黑莓酒等。黑莓中含有大量的花色苷，但是花色苷极不稳定，在加工过程中往往会因果实中存在的多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)的作用而分解，所以加工前需要进行热处理，使多酚氧化酶失活[1]。PPO属于非耐热酶，Almeida等[2]报道80℃处理2min就能使梨中的PPO全部失活，田金辉等[3]研究发现热烫2min，即黑莓中心温度超过50℃，PPO的酶残余活力为0。

近年来，国内外开展了多项关于黑莓香气成分的研究，Georgilopoulos等[4]对黑莓鲜果的香气成分进行了分析，检测到245种香气成分，主要是醇类和酮类；马永昆等[5]从黑莓汁中鉴定出30种化合物，主要风味物质是醇类、醛类、酯类和酮类。但黑莓属于热敏性水果，Georgilopoulos等[6]研究了加热对黑莓汁挥发性风味的影响，发现加热后黑莓汁中的醛类、醇类和呋喃类化合物显著增加，可见热处理对黑莓汁的香气品质有一定的影响。而黑莓清汁的加工过程及黑莓酒前处理加工过程中都需要对黑莓汁进行热烫灭酶、保温酶解和高温杀菌等加工环节，因此在达到灭酶防止花色苷降解且符合感官要求的条件下，采用不同时间热处理添加二氧化硫(SO2)的黑莓清汁，分析其香气成分的变化，对于了解黑莓清汁及黑莓酒前处理加工条件对产品风味的影响具有重要意义。

本实验采用固相微萃取-气相色谱-质谱(solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography mass spectrometry，SPME-GC-MS)技术检测热处理前后黑莓清汁香气成分，研究热处理前后黑莓清汁香气成分的变化，旨在探索热处理在黑莓产品加工过程中的应用情况，为生产高品质的黑莓汁和黑莓酒提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑莓冻果：2011年购于江苏省南京白马镇，品种为赫尔(Hull)，－20℃冻藏保存，其可溶性固形物含量为8.7%，pH2.6，无腐烂变质。

Pectinex XXL果胶酶(食品级) 北京诺维信公司；偏重亚硫酸钾(食品级) 天津万橡酒业有限公司；C7～C30正构烷烃(色谱纯) 北京化学试剂有限公司；十三烷、丁二酸二乙酯(均为色谱纯) 天津市化学试剂批发公司；甲醇(色谱纯) 上海国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

手动SPME进样器、萃取纤维头100μm DVB/CAR/ PDMS 美国Supelco公司；HP6890/5973型气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；PC-420型电热磁力搅拌器 美国Corning公司；Avanti Centrifuge J-25型冷冻离心机 美国Beckman公司；HH系列恒温水浴锅 江苏金坛中大仪器厂；HR-1843型榨汁机 荷兰飞利浦公司；手动式塑料薄膜封口机 浙江省永嘉水电机械厂。

1.3 方法

1.3.1 黑莓清汁制备工艺流程

黑莓→常温解冻→破碎、打浆→添加SO2(60mg/L)→果胶酶酶解(0.3%，40℃，1.5h)→离心→200目筛网过滤→聚乙烯袋包装→置于冰箱备用 (4℃)

1.3.2 黑莓清汁热处理

将装于聚乙烯塑料袋中的20mL黑莓清汁在95℃水浴锅中分别处理0.5、1min和1.5min，对应处理样品的编号为BH0.5、BH1和BH1.5，空白样品编号为BH0。处理后样品4℃保藏并在24h内完成检测。

1.3.3 黑莓清汁SPME萃取

取5mL黑莓清汁样品加入到15mL顶空瓶中，添加2g分析纯NaCl，加入内标物十三烷和丁二酸二乙酯，质量浓度分别为0.32μg/mL和0.36μg/mL，40℃水浴加热平衡10min，将DVB/CAR/PDMS萃取头插入瓶中，40℃条件下萃取35min，磁力搅拌速率700r/min。

1.3.4 GC-MS参数条件

色谱条件：DB-WAX柱(58.5m×250µm，0.25µm)色谱柱；SPME萃取头解吸10min，进样口温度 250℃，载气为高纯氦气，流量1mL/min，不分流。程序升温：起始温度40℃，保持3min，以3℃/min的速率升至100℃，再以6℃/min的速率升至220℃，保持3min。

质谱条件：5973型四极杆质谱仪，接口温度 280℃，电子电离(electron ionization，EI)源，电子能量为70eV；电子倍增器电压1353V；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；质量扫描范围m/z 33～350。

1.3.5 数据分析

定性方法：数据收集用HP化学工作站软件对照NIST98库进行，成分先由谱库初步鉴定，再结合相关文献和保留指数(retention index，RI)进行定性。在分析样品中添加C7～C30的正构烷烃标样，根据Kovats保留指数公式[7]计算得出保留指数。

定量方法：采用十三烷和丁二酸二乙酯两种内标进行定量，即通过比较待测组分与内标物峰面积的比值，计算出待测组分的含量。

1.3.6 感官评定

采用成对排序检验[8]，选8个有识别能力的评价员评定3组所有可能的样品对：BH0.5BH1、BH0.5BH1.5、BH1BH1.5，用Friedman秩和检验法分析各样品间的香气是否有差异。

2 结果与分析

2.1 黑莓清汁香气成分总离子流图

黑莓清汁经不同加热条件处理后，经GC-MS检测得到总离子流图，如图1所示。

A. BH0

B. BH0.5

C. BH1

D. BH1.5

图 1 不同热处理黑莓清汁香气成分总离子流图

Fig.1 GC-MS Total ion current chromatograms of blackberry juice before and after thermal treatment

2.2 黑莓清汁香气成分构成及其主体成分分析

水果芳香物质是果汁风味的主要构成成分，是评价果实内在品质的重要指标之一。采用固相微萃取方法萃取香气，经GC-MS联用检测出黑莓清汁中56种香气成分，主要由醇类、酯类和醛类构成，见表1。根据Guadagni 的香气值理论[12]，水果香气成分含量高且阈值低的成分很可能是水果的特征香气或主体香气成分。乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚醇、芳樟醇、己醛、戊醛、2-反-庚烯醛和2-反-己烯醛等物质的阈值分别为12、1、1、70、6、20、12、13μg/kg和17μg/kg，结合表1可知，这些物质含量高而阈值低，因此可初步确定它们为黑莓清汁的特征香气成分，这与Georgilopoulos[4]、Du Xiaofen[13]和王卫东[1]等研究结果基本一致。这些成分呈现特有的青香、花香、果香、酯香和柔和的甜香，构成了黑莓特有的香气。

2.3 热处理对黑莓清汁香气成分的影响

2.3.1 醇类物质

醇类物质是对黑莓清汁香气贡献较大的一类物质，黑莓清汁中共检测到23种醇类物质，包括饱和与不饱和醇、脂肪醇与芳香醇类化合物，占总香气成分的54.8%。23种醇类物质中，2-庚醇含量占1/3，其他含量较多的醇有乙醇、己醇、芳樟醇等。2-庚醇具有浓郁的水果和草本植物的风味特征[4]，是黑莓的主要香气成分之一。热处理0.5、1min和1.5min后，2-庚醇含量均显著下降(P＜0.05)，分别降低了70.1%、81.3%和41.7%，这与Georgilopoulos等[6]的研究结果一致。

芳樟醇既具有紫丁香、铃兰与玫瑰的花香，又带有木香、果香气息，是黑莓重要的呈香物质。热处理后其含量分别降低了70.1%、76.2%和6.6%，其原因是热处理会使芳樟醇氧化分解生成α-萜品醇或柠檬醛。α-萜品醇具有紫丁香味，但含量大于等于2×10－6时即给人以不愉快风味[14]，其含量增加可作为果汁变陈的一个指标[15]。黑莓清汁热处理0.5min和1min，α-萜品醇含量分别下降了6.8%和43.5%，而热处理1.5min其含量增加了63.5%，说明随着热处理时间的延长，黑莓的新鲜度降低，主要是因为加热促使柠檬烯和芳樟醇氧化生成α-萜品醇，机理如图2所示[16]。

图 2 热处理条件下α-萜品醇生成机理

Fig.2 Mechanism of α-terpineol formation under thermal treatment

黑莓鲜果中氨基酸种类齐全，包含人体必需的8种氨基酸，且含量较高[17]，这些组分可转化生成高级醇，对黑莓营养价值和风味方面的贡献很大。如结氨酸可转化为异丁醇，亮氨酸可转化为异戊醇、2-甲基丁醇和3-甲基丁醇等。氨基酸和α-酮酸生成高级醇的途径见图3[18]。热处理0.5min和1min后，异丁醇含量下降41.7%和48.1%，而热处理1.5min后其含量增加24.5%。2-甲基丁醇和3-甲基丁醇经热处理后含量都显著下降(P＜0.05)。

图 3 氨基酸和α-酮酸生成高级醇的途径

Fig.3 General pathway for the formation of higher alcohols from amino acid and α-keto acid precursors

有些醇类物质，虽不是黑莓清汁的主要香气成分，但对黑莓香气的形成起重要作用：如具有醇甜香的乙醇和带有新鲜的清香及令人愉快的玫瑰和橙花香气的橙花醇。热处理1min和1.5min，橙花醇未检出，说明加热时间过长会造成黑莓清汁香气损失。

2.3.2 酯类物质

酯类经热处理0.5、1min和1.5min后，含量分别下降70.3%、73.6%和34.5%。黑莓清汁热处理后，乙酸异戊酯和苯乙酸乙酯等香气成分未检出，特征香气己酸乙酯仅在热处理1.5min后检出，其含量下降了62.5%。如表1所示，热处理后乙酸乙酯、乙酸异戊酯和己酸乙酯等酯类物质减少，而乙酸和己酸含量增加，说明在95℃的热处理条件下这些酯类的酯键发生断裂，酯类水解生成乙酸和己酸等酸类物质。

2.3.3 醛类物质

黑莓清汁热处理0.5min、1min后，醛类化合物含量下降72.2%、72.9%，而热处理1.5min其含量增加14.2%，这可能是由于热时间过长使得不饱和脂肪酸发生氧化分解造成的。己醛具有浆果类水果和青草的香味，是黑莓最主要的呈味物质之一[19]，热处理0.5、1min和1.5min，其含量分别下降67.5%、69.9%和33.5%，黑莓特征香气损失严重。2-反-己烯醛即青叶醛，具有绿叶清香和果香，同样是黑莓香气的主要来源。它是亚麻酸经脂氧化酶、裂解酶等酶的作用体系，导致C12～C13位双键裂解，产生3-顺-己烯醛，后又在异构酶的作用下合成2-反-己烯醛，其反应机理如图4所示[20]。经热处理后，2-反-己烯醛含量减少，这可能是高温使酯氧化酶钝化[21]，从而导致产物减少。

图 4 从亚麻酸生成C6和C9的烯醛、烯醇合成途径

Fig.4 Biosynthetic pathways of C6 and C9 unsaturated aldehydes and alcohols from linletic precursor

2.4 热处理对黑莓清汁的感官评价分析

3种热处理的黑莓清汁经8名评价员品评，香气排序结果及结果分析见表2。

由表2可知，BH0.5、BH1、BH1.5三个样品的秩次和分别为22、19、31，根据Friedman[6]分析得到F = 13＞X20.01(2) = 9.21，因此3个热处理样品的香气有极显著差异。RBH1.5－RBH0.5=31－22 = 9＞HSD0.05 = 8.1，所以热处理1.5min与热处理0.5min样品间香气有显著差异，同样计算可得，热处理1.5min与热处理1min样品间香气有显著差异，且热处理1.5min的样品黑莓典型性香气损失严重，不良风味影响大；而热处理0.5min与热处理1min样品间香气差异不显著。

表 2 不同热处理黑莓清汁感官评定结果

Table 2 Sensory evaluation of blackberry juice subjected to

thermal treatments

3 结 论

黑莓清汁香气成分主要由醇、酯和醛类等56种成分组成，主要的香气成分为乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、2-庚醇、芳樟醇、己醛、戊醛、2-反-庚烯醛和2-反-己烯醛。经热处理后黑莓清汁香气成分的种类和含量都发生了较大的变化，热处理1min黑莓清汁典型香气减弱，但无明显异味产生；热处理1.5min黑莓清汁的特征香气损失且有不良风味生成，黑莓清汁品质变劣。因此，热处理0.5min能较好地保留黑莓的典型香气，并且感官评价结果与香气检测分析结果一致。

参考文献：

[1] 王卫东. 黑莓清汁的制备[D]. 无锡: 江南大学, 2008.

[2] ALMEIDA M, NOGUEIRA J. The control of polyphenol oxidase activity in fruits and vegetables[J]. Plant Foods for Human Nutrition: Formerly Qualitas Plantarum, 1995, 47(3): 245-256.

[3] 田金辉, 许时婴, 王璋. 热烫处理对黑莓果汁营养成分和多酚氧化酶活力的影响[J]. 食品与发酵工业, 2006, 32(4): 133-137.

[4] GEORGILOPOULOS D N, GALLOIS A N. Aroma compounds of fresh blackberries (Rubus laciniata L.)[J]. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und-Forschung A, 1987, 184(5): 374-380.

[5] 马永昆, 白洁, 魏本喜, 等. 基于 SPME-GC-MS 的超高压处理黑莓汁香气分析[J]. 农业机械学报, 2011, 42(7): 170-175.

[6] GEORGILOPOULOS D N, GALLOIS A N. Volatile flavour compounds in heated blackberry juices[J]. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und-Forschung A, 1987, 185(4): 299-306.

[7] 谢建春. 现代香味分析技术与应用[M]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[8] 韩北忠, 童华荣. 食品感官评价[M]. 北京: 中国林业出版社, 2009.

[9] MERET M, BRAT P, MERTZ C, et al. Contribution to aroma potential of Andean blackberry (Rubus glaucus Benth.)[J]. Food Research International, 2011, 44(1): 54-60.

[10] GOODER K. Practical retention index models of OV-101, DB-1, DB-5, and DB-Wax for flavor and fragrance compounds[J]. LWT-Food Science and Technology, 2008, 41(6): 951-958.

[11] DU Xiaofen, KURNIANTA A, MCDANIEL M, et al. Flavour profiling of ‘Marion’ and thornless blackberries by instrumental and sensory analysis[J]. Food Chemistry, 2010, 121(4): 1080-1088.

[12] 马永昆, 刘晓庚. 食品化学[M]. 南京: 东南大学出版社, 2007: 305.

[13] DU Xiaofen, FINN C E, QIAN M C. Volatile composition and odour-activity value of thornless ‘Black Diamond’ and ‘Marion’ blackberries[J]. Food Chemistry, 2010, 119(3): 1127-1134.

[14] TATUM J H, NAGY S, BERRY R E. Degradation products formed in canned single-strength orange juice during storage[J]. Journal of Food Science, 1975, 40(4): 707-709.

[15] 潘见, 王海翔, 谢慧明, 等. 超高压处理对鲜榨橙汁中主要香气成分的影响[J]. 农业工程学报, 2009(5): 239-243.

[16] ANTONIO J, SAURA D, LORENTE J, et al. Limonene, linalool, α-terpineol, and terpinen-4-ol as quality control parameters in mandarin juice processing[J]. European Food Research and Technology, 2006, 222(3): 281-285.

[17] 吴文龙, 李维林. 黑莓引种栽培与利用[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 2010: 61.

[18] LAMBRECHTS M G, PRETORIUS I S. Yeast and its importance to wine aroma: a review[J]. South African Journal of Enology and Viticulture, 2000, 21(Special Issue): 97-129.

[19] KLESK K, QIAN M. Preliminary aroma comparison of Marion (Rubus spp. Hyb) and Evergreen (R. laciniatus L.) blackberries by dynamic headspace/OSME technique[J]. Journal of Food Science, 2003, 68(2): 697-700.

[20] 马永昆, 刘晓庚. 食品化学[M]. 南京: 东南大学出版社, 2007: 317.

[21] INGRID A A, GEMMA O O, ROBERT S F, et al. Flavour retention and related enzyme activities during storage of strawberry juices processed by high-intensity pulsed electric fields or heat[J]. Food Chemistry, 2009, 116(1): 59-65.