文章鉴读|广西科技大学刘纯友副教授：HS-SPME-GC-MS测定三种类型百香果果实挥发性风味成分

食品工业科技编辑部

2025-02-26

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摘要

为探讨不同类型百香果挥发性风味成分的组成及相对含量，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用对紫、红和黄百香果中挥发性风味成分进行了测定，并结合相对气味活度值（ROVA）探究各成分对样品总体风味的贡献。结果表明，三种类型百香果中共鉴定出32种挥发性风味成分，主要包括酯类12种、烯烃类7种、烷烃类2种、醇类8种、酮类3种，其中共有成分有16种。根据挥发性成分的ROVA，黄百香果的关键挥发性成分（ROVA≥1）有5种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、芳樟醇和β-紫罗兰酮；但紫、红百香果中关键挥发性风味成分均为4种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯和β-紫罗兰酮。而且，百香果中还存在对其香气起重要修饰作用成分（0.1≤ROVA≤1），如辛酸乙酯、乙酸己酯、丁酸己酯、β-月桂烯、D-柠檬烯。这些关键风味成分和重要修饰成分共同构成百香果的特征香气，且不同类型间百香果挥发性风味成分差异较大。

百香果属于西番莲科西番莲属多年生藤本植物，是一种生长在热带、亚热带地区具有较高营养与药用价值的药食同源水果。百香果又名西番莲、鸡蛋果，因果实成熟后散发出石榴、芒果、草莓、香蕉、菠萝和柠檬等10余种水果的浓郁香味，故享有“百香果”的美誉。百香果原产于南美洲，广泛分布于巴西、加勒比海、美国夏威夷、加利福尼亚、澳大利亚、南非、越南和中国等国家和地区。我国主要分布在广西、广东、云南、福建、海南和台湾等省区，其中以广西壮族自治区百香果的品质为最佳。根据果实的形状和果皮的颜色，广西百香果可分为紫百香果、黄百香果和红百香果（杂交果）三种类型。

挥发性风味成分是评价百香果品质的关键指标之一。在早期百香果挥发性风味成分研究中，采用有机溶剂萃取法和水蒸气蒸馏法提取百香果香气成分，但是有机溶剂萃取法消耗大量有机溶剂，污染环境，易给操作者带来毒害；水蒸气蒸馏提取温度高，处理周期长，容易造成某些热敏性风味成分的损失，并使百香果汁样品长期处于高温高湿的环境中，易使挥发性香气成分的含量及其组成比例发生变化，未能客观反映百香果汁挥发性风味成分的实际情况。Janzzantti等采用动态顶空法对巴西黄百香果果汁中香气成分进行提取，但该法需要专门化的吹扫捕集前处理装置，价格昂贵。顶空固相微萃取（Solid Phase Micro-extraction，SPME）是一种不用有机溶剂的新型萃取技术，集采集、萃取、富集、进样于一体，具有灵敏度高、操作简单和绿色环保的特点。Mamede和Oliverira等先用SPME对甜百香果果汁和百香果果酒中香气成分进行提取，再通过质谱检测分别鉴定出45种和25种挥发性成分。潘葳等采用SPME-GC-MS对不同品种百香果果汁香气成分进行比较分析，共鉴定出68种香气成分。韩素芳等优化了顶空固相微萃取提取百香果挥发性风味成分的前处理条件，但截止目前，采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用结合相对气味活度值对广西壮族自治区不同类型百香果挥发性风味成分的研究未见相关文献报道。

本研究选取广西壮族自治区紫百香果、黄百香果和红百香果为原料，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HP-SPME-GC-MS）结合相对气味活度值（ROVA）对广西壮族自治区不同类型百香果挥发性风味物质进行测定与比较，旨在阐明不同百香果挥发性风味成分的组成特点，并为百香果的品种选育、风味改良及百香果加工产业高效持续发展提供有力技术支撑。

结果与分析

紫百香果、红百香果和黄百香果三种果实挥发性风味成分的总离子流图分别如图1~图3所示，各挥发性风味成分的定性定量结果如表1所示。研究发现，三种百香果果实中共鉴定出32种挥发性风味成分，其中酯类12种、烯烃类7种、烷烃类2种、醇类8种、酮类3种。

图 1 紫百香果挥发性风味成分总离子流图

Figure 1. Total ions chromatograms of volatile flavor compounds in purple passion fruit

图 2 红百香果挥发性风味成分总离子流图

Figure 2. Total ions chromatograms of volatile flavor compounds in red passion fruit

图 3 黄百香果挥发性风味成分总离子流图

Figure 3. Total ions chromatograms of volatile flavor compounds in yellow passion fruit

表 1 三种类型百香果果实的挥发性风味成分

Table 1. Volatile flavor compounds in three passion fruit species

注：同行不同字母表示差异显著（P<0.05）；−表示未检出；表2同。

2.1 三种类型百香果果实的主要挥发性风味成分

由表1和表2可知，紫百香果、红百香果和黄百香果三种百香果果实的挥发性风味成分的组成种类及其含量存在差异。紫百香果果实中共检测出23种挥发性风味成分，含量较高的成分为己酸己酯、丁酸乙酯、丁酸己酯、乙酸乙酯、（Z）-3-己烯-1-醇-乙酸酯、己酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、（E）-丁酸-3-己烯基酯。红百香果中共检测出23种挥发性风味成分，含量较高的成分为己酸己酯、丁酸己酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、（Z）-3-己烯-1-醇-乙酸酯、（Z）-3-己烯-1-醇-乙酸酯。黄百香果中共检测出23种挥发性风味成分，其中主要成分为丁酸乙酯、己酸己酯、邻苯二甲酸二丁酯、β-月桂烯、己酸乙酯、丁酸己酯、1-正己醇、乙酸乙酯。

表 2 三种类型百香果果实中挥发性化合物的种类及其相对含量

Table 2. Categories and relative contents of volatile flavor compounds in three passion fruit species

研究发现，三种百香果果实中检测出16种共有成分：乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、（Z）-3-己烯-1-醇-乙酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、丁酸己酯、己酸己酯、β-月桂烯、D-柠檬烯、β-罗勒烯、1-十八烯、1-正己醇、芳樟醇、松油醇、β-紫罗兰酮，但它们在三种百香果中的相对含量有所差异，这些化合物可能是百香果的关键香味物质。此外，紫百香果果实中检测到4种特有成分：2-甲基丁酸甲酯、α-水芹烯、苯甲醇、（Z）-1-辛烯-3-醇。3-蒈烯、十四烷、2, 3-辛二酮这3种成分仅在红百香果果实中检测到，黄百香果果实中检测到3种特有成分：二氢-β-紫罗兰醇、正己烷、乙醇。

2.2 三种类型百香果果实的挥发性风味成分的比较

2.2.1 酯类化合物的比较和分析

结果表明，酯类化合物是构成三种百香果挥发性风味成分的主要组分。由表2可知，紫百香果、红百香果和黄百香果分别鉴定出酯类化合物11种、11种和9种，酯类化合物是三种百香果果实中含量最高的挥发性风味成分，分别占紫百香果、红百香果和黄百香果总体挥发风味成分含量的99.23%、99.26%和99.77%。三种百香果中酯类化合物存在显著差异（P<0.05），其中红百香果含量最高、其次是紫百香果，而黄百香果最低。己酸己酯、丁酸乙酯、丁酸己酯、乙酸乙酯是构成三种果实中酯类化合物的主要成分，其中以己酸己酯含量最高，紫百香果、红百香果和黄百香果分别为20.41%、25.58%和18.80%。

2.2.2 烯烃和烷烃类化合物的比较和分析

烃类化合物是构成三种百香果香气的重要成分之一。烃类化合物包括烯烃类和烷烃类两类，三种果实中烯烃类化合物含量（1.95%~10.19%）显著高于烷烃类化合物（0.23%~1.06%），且两者明显低于酯类化合物（58.87%~93.94%）。三种百香果中鉴定出烯烃类化合物7种，其中共有成分4种，即β-月桂烯、D-柠檬烯、β-罗勒烯和1-十八烯。萜品油烯为黄百香果特有，3-蒈烯仅在红百香果中检出，α-水芹烯为紫百香果特有（表1）。烷烃类化合物在三种百香果中含量均较低，其中正己烷仅发现于黄百香果，而十四烷仅在红百香果中检出。

2.2.3 醇类化合物的比较和分析

由表2可知，三种果实中鉴定出醇类化合物8种，黄百香果中醇类化合物种类最多，为6种，其次是紫百香果为5种，而红百香果最少，仅有4种。由表1可知，三种百香果中共有成分3种，即1-正己醇、芳樟醇和松油醇。紫百香果特有的醇类化合物有两种，即（Z）-1-辛烯-3-醇和苯甲醇；黄百香果中特有的醇类化合物也有两种，即乙醇和二氢-β-紫罗兰醇。

2.2.4 酮类化合物的比较和分析

研究发现，三种果实中紫百香果、红百香果和黄百香果分别占总量的1.92%、1.97%和2.25%（表2），其中β-紫罗兰酮为三种果实共有，且它是含量最高的酮类，分别占三种果实酮类化合物的80.73%、84.77%和40.00%。此外，二氢-β-紫罗兰酮为紫百香果和黄百香果共有，而2, 3-辛二酮为红百香果所特有。酮类化合物虽然在三种果实中种类和含量很少，但因酮类化合物的感觉阈值较低，因此它对百香果香气有较大贡献。

2.3 三种类型百香果果实中挥发性成分的相对气味活度值分析

由于百香果样品中包含30余种挥发性成分，如何从几十种挥发性成分中筛选出若干关键挥发性成分是本研究的重点。研究表明，相对气味活度值（ROVA值）是一种确定食品关键风味化合物的一种新的有效方法。根据食品风味化学，当化合物的浓度一定时，感觉阈值越低的化合物越容易被人体感知，说明该化合物对食品总体风味贡献值越大。定义对样品总体风味贡献率最大的组分ROVA stan=100，那么所有组分ROVA≤100。通常认为ROVA≥1的组分为样品的关键风味物质，并且在某一范围内，ROVA越大说明该组分对总体贡献越大；0.1≤ROVA≤1的组分对样品总体风味起重要修饰作用。通常认为，挥发性化合物对百香果香气的贡献由其含量和感官阈值共同决定，某些含量高且感觉阈值高的组分不一定对总体风味起重要作用；相反，某些组分含量较低且感觉阈值低的组分可能对总体风味发挥关键作用。

按照公式（1）计算三种百香果中各挥发性风味成分的ROVA值，如表3所示。根据挥发性成分的ROVA值大小，紫百香果中关键挥发性风味成分（ROVA≥1）有4种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯和β-紫罗兰酮；起重要修饰作用的挥发性风味成分（0.1≤ROVA≤1）有5种，分别为辛酸乙酯、丁酸己酯、β-月桂烯、1-辛烯-3-醇和芳樟醇。根据ROVA值大小，红百香果中关键挥发性风味成分（ROVA≥1）有4种，与紫百香果基本一致，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯和β-紫罗兰酮；起修饰作用的挥发性风味成分（0.1≤ROVA≤1）有5种，分别为丁酸己酯、乙酸己酯、芳樟醇、β-月桂烯和辛酸乙酯。根据ROVA值大小，黄百香果中关键挥发性风味成分（ROVA≥1）有5种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、芳樟醇和β-紫罗兰酮；起修饰作用的挥发性风味成分（0.1≤ROVA≤1）也有5种，分别为辛酸乙酯、乙酸己酯、D-柠檬烯、β-月桂烯和丁酸己酯。D-柠檬烯是柑橘类果实中重要的香气物质之一，并对柑橘果汁的风味有重要贡献。此外，由于部分挥发性风味成分未能查询到其对应的感官阈值未做相应分析。

表 3 三种类型百香果中挥发性化合物及其相对气味活度值

Table 3. ROVA of volatile flavor compounds in three passion fruit species

注：NF：表示未查到该化合物的感觉阈值；*：表示未查到该化合物的气味描述；−：表示未检测到该化合物。

讨论与结论

不同挥发性化合物由于在样品中含量和感官阈值的不同，其对果实香气的贡献率存在较大差异，仅通过某种挥发性成分含量的高低不能准确判断其对果实香气贡献的大小，只有较高的ROVA值或气味活度值（odor activity value, OAV=嗅感物质的绝对浓度（C）/其感觉阈值（T））的组分才是果实的特征香气。

酯类是百香果挥发性风味成分中最重要的香气成分之一。Mamede等从巴西甜百香果的挥发性香气成分中鉴定出45种化合物，酯类和烯烃类是甜百香果挥发性风味的主要成分，主要包括丁酸甲酯、（E）-2丁酸甲酯、丁酸乙酯、（E）-2丁酸乙酯和己酸乙酯等，其中丁酸乙酯和己酸乙酯对甜百香果风味起关键作用。饱和、不饱和酯类化合物（含2~8个碳）在百香果中含量尤为丰富，乙酸丁酯、丁酸丁酯、己酸丁酯和乙酸己酯，特别丁酸乙酯和己酸乙酯对黄百香果的典型香气发挥重要作用，这些酯类物质主要是脂肪酸（含2~8个碳）在酰基辅酶A作用下通过β-氧化作用与醇类发生酯化反应，生成脂肪族酯类化合物。在本研究中广西紫、红和黄百香果中均检测到乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯，且化合物乙酸乙酯（4.66%~8.05%）、丁酸乙酯（10.83%~15.95%）和己酸乙酯（6.48%~12.84%）的相对含量高，而且丁酸乙酯、己酸乙酯和乙酸乙酯的感觉阈值分别为0.76、1.20 μg/kg和5.0 μg/kg，由于三者的感觉阈值较低，故三者是对三种百香果的特征风味起关键作用的酯类化合物。此外，本研究虽然在三种百香果中均检测到较高相对含量的己酸己酯（18.80%~25.58%）和丁酸己酯（4.89%~15.03%），且在红百香果（6.10%）和黄百香果（7.75%）中发现较高相对含量的乙酸己酯，但己酸己酯在紫、红和黄百香果中ROVA值分别为0.05、0.09和0.03（ROVA<0.1），这表明己酸己酯对百香果总体风味有一定修饰作用。丁酸己酯在紫、红和黄百香果中ROVA值分别为0.47、0.42和0.10（0.1≤ROVA≤1），这说明丁酸己酯对三种类型百香果起重要修饰作用。乙酸己酯在红、黄百香果中ROVA值分别为0.37和0.33，这说明丁酸己酯对红和黄百香果起重要修饰作用，但丁酸己酯对紫百香果没有重要修饰作用。

烯烃类化合物是百香果重要的香气物质之一。Braga等采用HS-SPME-GC-MS从巴西黄百香果中鉴定出β-罗勒烯（6.25%）、柠檬烯（1.19%）、萜品油烯（1.46%）、β-蒎烯（2.32%）等八种烯烃类化合物，袁源等采用HS-SPME-GC-MS结合保留指数法从紫百香果中仅鉴定出β-罗勒烯（0.49%）和月桂烯（0.35%）两种烯烃类化合物。本研究中紫、红和黄百香果中均检测到β-月桂烯（0.34%~0.70%）、柠檬烯（0.20%~3.44%）、β-罗勒烯（0.43%~2.73%）和1-十八碳烯（0.56%~1.82%），其中β-月桂烯和柠檬烯对百香果的特征香气具有重要修饰作用，柠檬烯是柑橘类果实的特征香气化合物，具有典型的柑橘香气。

酮类和醇类是重要的香气化合物，β-紫罗兰酮、松油醇、芳樟醇和1-正己醇是三种百香果中含量较高的酮类和醇类化合物。由于β-紫罗兰酮具有较低的感觉阈值（3.5 μg/kg）且它们在三种百香果中的相对含量较高，β-紫罗兰酮在紫、红、黄百香果中的相对气味活度值（ROVA≥1）分别为2.16、3.35和2.08（表3），所以β-紫罗兰酮是三种百香果的关键特征风味成分；同时，由于黄百香果中芳樟醇的相对气味活度值为2.20（ROVA≥1），故芳樟醇是构成黄百香果的关键特征风味；而紫百香果和红百香果中芳樟醇的相对气味活度值分别为0.44和0.32（0.1≤ROVA≤1），故芳樟醇对紫百香果和红百香果的特征香气发挥重要修饰作用。Natali和Oliveira等研究发现1-正己醇是构成黄百香果香气组分中醇类化合物的重要组分。由于1-正己醇在紫、黄和红百香果中的ROVA值分别为0.011、0.046和小于0.01，故1-正己醇对三种类型百香果特征风味的贡献值较小。松油醇在紫、黄和红百香果中的ROVA值分别为0.016、0.013和0.07（ROVA<0.1），所以松油醇对百香果特征香气没有重要修饰作用。同理，1-辛醇在红、黄百香果中的ROVA值分别为0.05和0.06（ROVA<0.1），故1-辛醇对红、黄百香果总体特征风味的贡献值不大。

本研究先采用顶空固相微萃取提取紫百香果、红百香果和黄百香果果实的挥发性风味成分，再经气相色谱-质谱联用结合相对气味活度值共鉴定出32种挥发性风味成分，其中紫、红百香果23种和黄百香果22种。不同类型百香果挥发性风味成分的种类和含量差异较大，紫、红百香果中关键挥发性风味成分（ROAV≥1.0）有4种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯和β-紫罗兰酮，而黄百香果中关键挥发性风味成分（ROAV≥1.0）有5种，分别为丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、芳樟醇和β-紫罗兰酮；同时，百香果中还存在一些对百香果特征香气起重要修饰作用的挥发性风味成分（0.1≤ROVA≤1），如辛酸乙酯、乙酸己酯、丁酸己酯、β-月桂烯、D-柠檬烯等，这些关键风味成分和重要修饰成分共同构成了百香果的特征香气。

引用本文：刘纯友，江素珍，冯笑，等. HS-SPME-GC-MS测定三种类型百香果果实挥发性风味成分[J]. 食品工业科技，2021，42（11）：255−262. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020100010.

Citation: LIU Chunyou, JIANG Suzhen, FENG Xiao, et al. Study on Volatile Flavor Compounds from Three Types of Passion Fruit Using Headspace Solid Phase Micro-extraction Gas Chromatography Mass Spectrometry[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(11): 255−262. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2020100010.

基金项目: 国家自然科学基金项目（21662003）；广西自然科学基金项目（2018GXNSFAA138081，2017GXNSFAA198211）；广西高校糖资源加工重点实验室开放课题（2016TZYKF05）；广西壮族自治区大学生创新创业训练计划立项项目（201610594159）；2020年度广西科技大学本科教育教学改革项目。

作者简介

刘纯友，副教授、硕士生导师，工学博士，毕业于华中农业大学农产品加工及贮藏工程专业，中国农业科学院访问学者，现就职于广西科技大学生物与化学工程学院食品科学与工程系，广西高等学校千名中青年骨干教师培育计划第四期培养对象、广西食品安全地方标准审评委员会委员、柳州市第十一批优秀青年科技人才。

主要从事农畜产品贮藏保鲜、加工与综合利用领域的研究工作。先后主持国家自然科学基金项目（1项），广西壮族自治区教育厅人才项目（1项），广西自然科学基金项目（2项）等科研项目8项。以第一作者或通讯作者发表学术论文20余篇，其中入选“领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文”1篇（排名第一），作为编委出版学术著作1部、食品科学与工程类教材2部，获授权国家发明专利2项，担任《International Journal of Biological Macromolecules》、《International Journal of Nutrition and Food Sciences》和《河南师范大学学报（自然科学版）》等国内外学术期刊审稿人。

（以上信息来自广西科技大学官网）

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