甜橙在鮮食和加工過程中會產生大量果皮垃圾，造成資源浪費和環境污染。然而，這些“廢料”是精油、類黃酮和類胡蘿卜素等生物活性化合物的重要來源。甜橙精油因其令人愉悅、舒緩情緒等功效而廣受喜愛，并且在食品、醫藥和化妝品等行業都有很大的需求。
材料與試劑
塔羅科血橙；贛南臍橙。原料均成熟期采摘，采后挑選無機械損傷、無病蟲害的果實。
儀器與設備
Heracles NEO超快速氣相電子鼻，高速破壁機，旋轉錐蒸餾塔，風分析儀。
方法 GC-IMS分析 取100uL樣品于20mL頂空瓶中，40℃孵化10min。進樣針溫度為85°C，頂空進樣100μL。
電子鼻分析
Heracles NEO超快速氣相色譜電子鼻配制雙FID檢測器，采用MXT-5和MXT-1701兩根色譜柱（10m，180μm）進行分析。取100μL樣品于頂空瓶中，40℃孵化15min，進樣量500μL，進樣口溫度200℃，壓力10kPa，分流10mL/min。升溫程序為6℃/s升至180℃，保持60s；3℃/s升至250℃，保持120s。 相對氣味活度值（ROAV）
引入ROAV評價各揮發性化合物對甜橙精油風味的貢獻度。ROAV值越大的化合物對樣品整體風味的貢獻度也越大。本研究認為ROAV≥1的化合物為甜橙精油的關鍵氣味化合物。設定對樣品風味貢獻度最大的化合物的ROAV為100，其他化合物的ROAV則按下式計算：
式中：Ci、Ti分別為各揮發性化合物的相對含量（%）和氣味閾值（mg/kg）；Cstan、Tstan分別為對樣品風味貢獻度最大化合物的相對含量（%）和氣味閾值（mg/kg）。
感官定量描述分析
如圖1所示，對不同甜橙精油的香氣屬性（果香、花香、甜香、青香、脂香、木香）及整體喜愛度進行評價。結果表明，CP精油具有最強烈的果香、甜香和花香，并且整體喜愛度最高；而MADH精油則表現出更強的青香、脂香和木香。SCC萃取液各香氣屬性強度相對較低，但在血橙精油中喜愛度不亞于MADH精油。此外，臍橙精油相較于血橙精油具有略微更強的果香和喜愛度。
圖1 甜橙精油感官分析結果：(A)血橙精油；(B)臍橙精油
GC-IMS鑒定六種甜橙精油揮發性成分 不同甜橙精油GC-IMS譜圖分析
六種不同甜橙精油的GC-IMS測定結果如圖2所示。整個GC-IMS譜圖以藍色為背景，橫坐標1.0處的紅色豎線為反應離子峰（RIP），兩側的每個點代表一種揮發性物質。顏色反映了峰強度，白色表示峰強度較低，即物質濃度較低，紅色則表示物質濃度較。由此可以看出甜橙精油的揮發性成分得到了較好分離，CP和MADH提取的精油譜圖較相似，但和SCC萃取液的譜圖有明顯差異，前兩者峰強度和個數明顯高于后者。以縱坐標來看，保留時間200s內，相比于CP精油，MADH精油和SCC萃取液具有更多種類的揮發性物質，說明加熱提取過程中生成了一些新的化合物；200-400s間，MADH精油具有最高含量的揮發性物質；400s-700s間，CP和MADH精油出峰情況相似，而SCC萃取液在此期間只有少量化合物出峰。 為了更直觀展現樣品間差異，將血橙冷壓精油譜圖作為參比，其余五個樣品譜圖均扣減參比，紅色表示此樣品中該化合物濃度高于參比譜圖，藍色表示該化合物濃度低于參比譜圖。根據圖2C可以看出，不同品種和提取方式對甜橙揮發性成分均有影響。MADH精油的譜圖多個峰顯現紅色，說明該方式提取的精油相比于CP含有更豐富的揮發性物質；SCC萃取液的譜圖則顯現大面積藍色，說明香氣化合物含量極低，這和感官結果一致。此外，血橙精油和臍橙精油相比也有一定差異。
圖2 六種甜橙精油的揮發性物質GC-IMS二維（A）、三維（B）和二維差異譜圖（C）
甜橙精油揮發性成分定性定量分析 為進一步確定不同甜橙精油中具體化合物的差異，對各成分進行定性（表2），并根據峰面積歸一化法計算各成分相對含量（表3）。一共鑒定出64種化合物，包括萜烯類23種、醇類12種、醛類12種、酯類4種、酸類6種、其他7種。此外，構建了指紋圖譜（圖3），直觀地反映出不同樣品間揮發性成分差異。
表2甜橙精油揮發性成分定性分析
表3 甜橙精油揮發性成分的相對含量
甜橙精油關鍵揮發性化合物分析
不是所有揮發性成分都對甜橙精油特征香氣有貢獻，有的化合物相對含量高但氣味閾值高，因此對樣品整體風味貢獻度不大，利用ROAV法結合GC-IMS分析結果可以篩選出甜橙精油的關鍵揮發性化合物。本實驗中，氣味閾值為化合物在油中的閾值，來自電子鼻軟件中自帶的AroChembase數據庫和相關參考文獻。如表4可知，共有16種揮發性化合物ROAV≥1，對柑橘香氣貢獻較大。在CP精油中，β-月桂烯相對含量高且香氣閾值低，風味貢獻最大；而在MADH精油和SCC萃取液中，芳樟醇是風味貢獻最大的物質，在之前的研究中芳樟醇也被認定為6種柑橘精油中ROAV=100的物質。大部分萜烯類化合物ROAV≥1，如β-蒎烯、α-萜品烯等，并且它們在CP精油和MADH精油中的貢獻度遠大于SCC萃取液中。2-己醇、(E)-2-己烯醛和正辛醛是六種樣品共有的關鍵揮發性化合物。此外，二甲基二硫醚和二乙基三硫醚這兩種硫化物閾值較低，對MADH精油風味具有很大貢獻度，這也是MADH精油喜愛度較低的重要原因。
基于PLS-DA和VIP值篩選六種精油差異揮發性化合物
為了篩選六種精油的差異揮發性化合物，基于GC-IMS檢測到的64個物質的峰信號強度進行偏最小二乘法判別分析（PLS-DA）。如圖4A所示，PC1和PC2的貢獻率分別為74.1%和10.7%，累計貢獻率為84.8%，表明該模型能夠充分反映樣品原始信息。每一聚類中的3個點緊密聚集在一起，說明組間重復性好，GC-IMS檢測性能穩定。可以看出六種樣品有明顯的區分，NO_CP和NO_MADH均分布在上方區域，兩者差異較小；BO_CP和BO_MADH均分布在左下方，兩者也較為相似；BO_SCC和NO_SCC均分布在右側區域，同樣具有一定相似性。對于同一種甜橙，CP和MADH兩種方式提取的精油距離相近，但和SCC萃取液相距較遠，說明前兩種方式和后者提取的揮發性成分差異較大。此外，同一種方式提取的兩種甜橙精油，如BO_CP和NO_CP，BO_MADH和NO_MADH，揮發性成分也具有較大差異。 進一步地，利用變量投影重要性（VIP）篩選對樣本分類貢獻大的揮發性化合物。VIP通過PLS-DA載荷圖判別所得，VIP值越大，表明對樣本分類的貢獻越大，通常VIP>1表明該變量在區分不同樣本上起著至關重要的作用。如圖4B所示，共篩選出15種VIP>1的標志性差異化合物，包括1-正戊醇（D）、3-蒈烯（Tr）、β-蒎烯（M）、2-己醇（D）、3-蒈烯（D）、未知20、β-月桂烯（D）、β-蒎烯（Tr）、莰烯（D）、芳樟醇（M）、β-月桂烯（Te）、未知37、β-蒎烯（Te）、莰烯（M）和3-蒈烯（Te）。其中絕大部為萜烯類化合物，少數為醇類，說明提取方式及柑橘品種對這兩類化合物影響較大。
圖4 基于GC-IMS檢測的甜橙精油揮發性成分的PLS-DA得分圖（A）及VIP得分（B）
超快速氣相電子鼻分析六種甜橙精油揮發性成分
利用超快速氣相電子鼻可以快速檢測樣品中揮發性成分。根據氣相色譜的峰面積和保留時間繪制雷達指紋圖譜，可以反映氣味成分的強度和豐度，結果如圖5所示，CP和MADH精油的色譜圖相似，基本重合，但與SCC萃取液的色譜圖差異較大，后者的峰強度明顯更低，這與上述GC-IMS譜圖結果一致。
圖5 基于電子鼻分析的甜橙精油雷達指紋圖譜：（A）血橙（B）臍橙
通過電子鼻軟件的數據統計分析模塊進行主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA），進一步區分不同甜橙精油的揮發性成分差異。結果如圖6A所示，PC1、PC2和PC3的累積方差貢獻率均超過99.999%，說明PCA模型對總方差的解釋效果很好。每組樣品間的點聚集緊密，說明重復性好。GF_SCC和HY_SCC組間距離相對較近，表明這兩種樣品的香氣差異較小。除此之外，其他樣品的區域劃分極為明顯。此結果也與上述PLS-DA一致。與PCA相比，DFA是一種有監督的分類方法，它能夠增加組間方差并減少組內方差，從而實現更好的分類效果。DFA總方差可達96.052%（PC1=86.785%，PC2=9.267%），表明不同柑橘品種和提取方法的具有明顯的區域分布特征，并進一步驗證了PCA結果。綜上所述，超快速氣相電子鼻可以很好地區分不同甜橙精油的揮發性成分差異。
圖6 基于電子鼻分析的六種甜橙精油PCA（A）和DFA（B）分類結果
本研究采用感官定量描述、GC-IMS及超快速氣相電子鼻分析不同甜橙精油風味特征及揮發性成分。感官結果表明，CP精油具有濃郁的果香、甜香和花香且喜愛度最高，MADH精油則表現出更強的脂香、青香和木香，而SCC萃取液香氣濃度較低。GC-IMS鑒定出64種揮發性化合物，主要為萜烯類、醇類和醛類，其次是酸類、酯類和其他化合物。萜烯類在CP和MADH精油中含量明顯高于SCC萃取液，而醇類和醛類在MADH精油和SCC萃取液中含量明顯高于CP精油。基于ROAV鑒定出16種關鍵揮發性成分，其中β-月桂烯和芳樟醇對甜橙精油風味貢獻最大。結合PLS-DA成功區分六種精油，并基于VIP>1篩選出15種差異揮發物，分別是1-正戊醇（D）、3-蒈烯（Tr）、β-蒎烯（M）、2-己醇（D）、3-蒈烯（D）、未知20、β-月桂烯（D）、β-蒎烯（Tr）、莰烯（D）、芳樟醇（M）、β-月桂烯（Te）、未知37、β-蒎烯（Te）、莰烯（M）和3-蒈烯（Te）。此外，超快速氣相電子鼻結合PCA和DFA也成功區分六種甜橙精油風味差異。
本研究以血橙和臍橙作為代表性甜橙果實原料，采用冷壓法（CP）、微波輔助水蒸氣蒸餾法（MADH）和SCC三種方法提取甜橙精油，利用氣相離子遷移色譜（GC-IMS）和超快速氣相電子鼻分析不同甜橙精油風味組成，并結合偏最小二乘法判別分析（PLS-DA）、主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA）等化學計量學篩選不同甜橙精油風味差異化合物。
材料與方法
結果與分析
圖3 甜橙精油的揮發性成分GC-IMS指紋圖譜
表 4 甜橙精油中揮發性化合物的 ROAV 值
結論
來源：感官科學與評定，轉載請注明來源。
參考文獻：劉菲斐,陳晉,陳健樂等.基于化學計量學鑒定不同甜橙精油揮發性成分[J/OL].食品科學,1-16[2024-03-22].
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