沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮精油成分的比較分析

李鸞翔,唐小霄,張畫喜,卿昊偉,程詩伊,黃桂香

(廣西大學農學院,南寧,530004)

柑桔,是蕓香科植物檸檬、桔、柑、柚、橙、金柑等的總稱。柑桔種質資源豐富,果實富含多酚、類黃酮、維生素C等多種營養活性物質,深受廣大消費者的喜愛[1]。柑桔加工產生的皮渣占20%～50%,提取皮渣中含有的精油成分是桔皮綜合利用的重要途徑之一[2-3]。柑桔精油是一類由萜烯和萜烯氧化物組成的混合物,單萜化合物、倍半萜化合物及其含氧衍生物存在于大多數柑桔果皮精油中,但柑桔香氣的主要來源是含量最少的萜類含氧衍生物[4]。柑桔精油具有良好的抑菌、抗氧化、保鮮和保健作用[5-8],主要應用于食品、醫藥、化妝品、化工等領域,是目前全世界天然香精油中應用最為廣泛的一類[9-15]。目前,國內外對柑桔香氣物質的研究主要集中在香氣提取技術、成分變化、特征香氣物質的鑒定與結構分析和香氣物質合成等方面的研究[16-18],不同柑桔品種果皮的揮發油種類和含量不同,探明其差異對柑桔果皮深加工綜合利用具有重要意義。沃柑是廣西主栽的晚熟雜交柑桔品種,具有豐產性好、著果率高、品質好的優勢,目前廣西種植面積已超過6.67萬hm2[19],僅次于沙糖桔。隨著種植面積和產量的不斷增加,沃柑價低滯銷等問題隨之凸顯,此外,生產上每年因疏果丟棄的大量果實亦未能充分利用。紅江橙為廣東的地方特色品種[20],在廣西各地廣泛栽培,紅江橙果皮具有特殊的芳香氣味,可制作陳皮等加工品,而陳皮揮發油是治療膽結石癥藥物的重要原料之一[21]。建陽桔柚是從甜春桔柚(日本引進)芽變優選而來,果皮色澤金黃且厚,果肉晶瑩多汁,清香宜人,兼有桔和柚的風味[22]。本試驗采用頂空固相微萃取—氣質聯用技術(HS-SPME-GC-MS)對廣西的沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮香氣成分進行測定,比較分析品種間果皮精油成分,為沃柑等柑桔果皮深加工綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 取樣與處理供試3個柑桔品種(砧木為枳)均定植于廣西大學果樹標本園內,樹齡6年,株行距為2.5 m×3 m,采用一致的田間日常管理。選取長勢相近的單株于果實轉色期采摘運回實驗室,蒸餾水沖洗干凈,迅速收集果皮放入液氮保存,置于-80 ℃超低溫冰箱備用。

1.2 儀器與藥品超低溫冰箱(青島海爾特種電器有限公司,DW-86L338J型號);高精度恒溫水槽(THCY-18Q);手動進樣手柄(SPME);萃取頭(50/30 μm DVB/CVR on PDMS);氣相色譜-質譜聯用儀(日本島津公司,TQ 8040型號)。

1.3 樣品前處理先將果皮粉碎,迅速取0.5 g樣品裝入樣品瓶中,將萃取頭在氣相色譜進樣口老化(250 ℃、2 min),將老化好的萃取頭插入樣品瓶頂空部分,推出纖維頭,在80 ℃條件下恒溫磁力攪拌吸附1 h,然后從樣品瓶上拔出萃取頭,插入設置好條件的GC-MS進樣口,250 ℃,解析2 min開始采集數據。

1.4 色譜和質譜條件色譜條件:色譜柱(DB-5MS,30.0 m×0.25 mm,0.25 μm)。色譜條件:進樣口250 ℃,不分流進樣,色譜柱起始50 ℃,保持1 min,以2.5 ℃/min的速率上升至180 ℃,保持1 min,再以10 ℃/min的速率上升至250 ℃,保持10 min。載氣(氦氣),流速1.0 mL/min。質譜條件:接口溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,離子化方式SIM,電子能量70 eV,掃描質量范圍45～600 m/z。

1.5 數據統計分析通過NIST14.lib標準譜庫檢索確定成分種類,采用面積歸一法計算各成分的相對含量。結果文件在Excel中處理后,再利用Tbtools軟件進行聚類熱圖、韋恩圖的制作和分析。

2 結果與分析

2.1 總離子圖沃柑、紅江橙、建陽桔柚果皮揮發油的總離子圖如圖1。

圖1 沃柑、紅江橙、建陽桔柚果皮揮發油成分總離子圖

2.2 各品種果皮揮發油成分在沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮揮發油中分別檢測出74、85和74種成分,分別占總揮發油含量的81.6%、87.03%、79.4%;揮發油成分主要為萜烯烴類、酯類、醛類、醇類、酮類和酚類成分,其中,萜烯烴類、酯類、醛類含量最高。萜烯烴類物質含量,沃柑(65.89%)和紅江橙(65.51%)相差不大,但均高于建陽桔柚(49.71%)。酸類物質,建陽桔柚(5.96%)明顯高于沃柑(0.4%)和紅江橙(0.87%)。沃柑果皮揮發油中相對含量較高的成分有檸檬烯(52.26%)、月桂烯(5.25%)、2-蒎烯(1.75%)、芳樟醇(1.33%)、棕櫚酸甲酯(1.2%)等。紅江橙果皮揮發油中相對含量較高的成分有檸檬烯(44.95%)、月桂烯(4.96%)、2-蒎烯(2.25%)、癸醛(1.26%)、芳樟醇(3.92%)等。建陽桔柚果皮揮發油中相對含量較高的成分有檸檬烯(35.74%)、棕櫚酸甲酯(2.35%)、癸醛(2.28%)、(E,E)-2,4-己二烯醛(1.92%)等(見表1)。

表1 沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮揮發油成分GC-MS分析結果

2.3 各品種果皮揮發油的共同成分分析發現,沃柑、紅江橙和建陽桔柚含有如下35種相同成分:1-辛醇、芳樟醇、1-壬醇、4-萜烯醇、α-松油醇、橙花醇、香茅醇、紫蘇醇、喇叭茶醇、葉綠醇、2-蒎烯、月桂烯、檸檬烯、萜品烯、α-蒎烯、1-石竹烯、(E)-β-金合歡烯、α-衣蘭油烯、3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯、棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、十七酸甲酯、亞油酸甲酯、亞油酸乙酯、(E,E)-2,4-己二烯醛、壬醛、癸醛、辛二烯醛、4-(1-甲基乙烯基)-1-環己烯-1-甲醛、香芹酮、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、香芹酚、棕櫚酸。檸檬烯具有新鮮橙子香氣及檸檬香氣,為甜橙精油的主要芳香組分,分析發現在供試3種柑桔果皮揮發油中含量均最高(分別為52.26%、44.95%和35.74%),與前人的測定結果[23-24]基本一致。月桂烯的含量僅次于檸檬烯,在沃柑中含量最高為5.25%、其余兩種含量分別為4.96%、2.8%,其具有香油和天竺葵的特有香味[25-26]。芳樟醇是柑桔香氣的主要成分之一,具有特殊的花香味[27]。壬醛和癸醛被報道與柑桔果皮中具有辛辣刺激氣味有關[28]。脂類、醛類、酮類等都是柑桔果皮揮發油中重要的香味成分,使果實散發出特有的芳香味[29-30]。3個品種果皮揮發油成分關系見圖2。

圖2 沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮揮發油成分關系

基于35種公共成分進行聚類分析生成熱圖,可見3個品種果皮揮發油成分構成存在明顯差異,可以快速區分3個品種。辛二烯醛、4-(1-甲基乙烯基)-1-環己烯-1-甲醛、芳樟醇、(E)-β-金合歡烯等在紅江橙中含量高,可用于區分紅江橙果皮揮發油與其他兩種柑桔的果皮揮發油。檸檬烯、紫蘇醇、α-蒎烯、1-辛醇、香茅醇、香芹酮等在沃柑中含量高,可以通過這6種物質分辨沃柑果皮揮發油與其他兩種柑桔的果皮揮發油(見圖3)。

圖3 沃柑、紅江橙和建陽桔柚基于果皮揮發油35種共有成分的聚類分析熱圖

2.4 各品種果皮揮發油特有成分在相同栽培環境下,某個品種特有而其他對照品種沒有的揮發性物質,可視為特有揮發成分[11,31]。根據HS-SPME-GC-MS檢測,沃柑果皮揮發油含有藍桉醇、大根香葉烯、乙酸香葉酯、十八烷酸甲酯、亞麻酸甲酯、青葉醛、香茅醛等21種特有成分。青葉醛、香茅醛等具有特殊的清香,研究表明大根香葉烯等烯類化合物具有一定的抗氧化和消炎效果[32]。紅江橙果皮揮發油含有異蒲勒醇、香葉基香葉醇、金合歡醇、(R)-氧化檸檬烯、雪松烯、氧化石竹烯、香葉酸甲酯、油酸甲酯、油酸乙酯、己醛、檸檬醛、反式佛手酚、肉豆蔻酸等29種特有成分。其中檸檬醛的氣味能夠讓人感覺到愉悅,是非常有效的穩定劑[33]。建陽桔柚果皮揮發油含有賽萊寧醇、香榧醇、薄荷烯、吉馬烯、反式角鯊烯、十五碳酸甲酯、硬脂酸乙酯、苯乙醛、十三醛、十六醛、2-戊基-2-醛、百里香酚、油酸等20種特有成分。不同柑桔品種特有成分雖然含量較少,但卻是特有成分的存在促使不同柑桔品種形成了不同的香味。

3 結論

與溶劑浸提法和水蒸氣蒸餾法提取精油成分相比,本研究萃取柑桔果皮揮發油成分采用的頂空固相微萃取技術具有快速高效、準確度高、無需有害萃取試劑的優點,避免了因萃取溫度和萃取劑差異造成精油成分損失和破壞。通過GC-MS技術分別從沃柑、紅江橙和建陽桔柚果皮揮發油中檢測出了74、85、74種成分,主要為萜烯烴、脂類、醛類等成分,3個品種果皮揮發油成分有35種共同成分,又分別含有21、29、20種特有成分。

共同成分和特有成分在種類和含量上的差異是不同柑桔品種果實(果皮)呈現出不同香味的主要因素。本文明確了3個柑桔品種精油成分種類和含量上的差異,為柑桔精油的有效利用及深入開發提供參考。