王 强,陈金印,沈勇根,*,周 明,朱凤妮,卢剑青

(1.江西农业大学食品科学与工程学院,江西省发展与改革委员会农产品加工与安全控制工程实验室,江西南昌 330045;2.萍乡学院,江西萍乡 337055)

脐橙(Navel Orange),是甜橙(Citrussinensis(L.)Osbeck)的一个优良品种,可鲜食,无籽,酸甜适口,品质优良,其加工利用研究也多见报导,脐橙可用于榨汁[1],制作果酱[2],也可深加工提取果胶[3]、类胡萝卜素[4]、膳食纤维[5]、总黄酮[6]、精油[7]等。脐橙以赣南脐橙为代表,区域种植面积和产量均居全国第一,是江西省赣州市具有地理标志性的产品,且具有国际知识产权。

精油(Essential Oil),也作“芳香油”、“挥发油”。研究表明,芳香精油及其成分具有抗氧化、抗微生物、抗寄生虫、抗肿瘤、免疫调节、镇痛、抗焦虑和抗抑郁等[8]多种研究价值。精油的提取方法也较为丰富。王千千等[9]通过对顶空固相微萃取、同时蒸馏萃取、水蒸气蒸馏三种提取方法的比较发现,同时蒸馏萃取法提取的挥发油与水蒸气蒸馏法提取的精油其组成成分相似且含量也差异不大,顶空固相微萃取方法提取的时间短,但对高沸点化合物提取效果较差。而水蒸气蒸馏法还具有操作简便的优点,因此本文中精油的提取选择水蒸气蒸馏法。

脐橙精油是天然香料精油[10-12]中的一类,呈无色或淡黄色,具有浓郁的自然香味,受到人们的喜爱。对脐橙精油的研究与脐橙精油成分分析和活性分不开。陈红丽等[13]研究了甜橙精油的成分及抗菌活性,Masson等[14]对不同柑橘的精油样品进行非挥发性含氧杂环化合物成分分析与鉴定，来区分柑橘品种和解决柑橘精油掺假的问题。

在我国,脐橙主要用于鲜食,由此产生大量的皮渣对环境造成了巨大的压力。利用脐橙皮渣提取精油对脐橙加工产业而言,是一条既有环境效益又有经济效益的出路。目前,关于系统研究赣南各主栽脐橙品种果皮精油含量及成分的研究尚未报道。本文利用水蒸气提取法对四个品种赣南脐橙(纽荷尔、朋娜、奈维林娜、华盛顿)的果皮精油进行提取,利用气相色谱-质谱联用法分析精油组成成分,以期建立赣南脐橙的全面品质数据,减少脐橙皮渣对环境的污染,为脐橙果皮精油的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

赣南脐橙(纽荷尔、朋娜、华盛顿、奈维林娜) 2016年11月27日采摘于江西赣州市于都县,脐橙采摘遵循随机原则,果实大小、果实在果树上的分部部位等均囊括在内。采摘下的脐橙置于室温放置1～2 d散去田间热;蔗糖 分析纯,西陇化工股份有限公司;蒽酮、乙酸乙酯、浓硫酸、酚酞、氢氧化钠 均为分析纯,中国天津永大试剂公司。

PAL-1手持折射仪 日本Atago公司;Sp-754PC型紫外可见分光光度计 中国上海光谱仪器有限公司;挥发油提取器 上海家舜玻璃仪器有限公司;GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪 日本Shimadzu公司。

1.2 实验方法

1.2.1 果实可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物测定 新鲜脐橙果皮、果肉可溶性糖采用蒽酮比色法测定;可滴定酸采用酸碱滴定法测定;可溶性固形物采用手持式折射仪测定。

1.2.2 精油的提取 参考林梦平等[15]的方法并作修改。将切碎的脐橙鲜果皮100 g置于500 mL圆底烧瓶中,加蒸馏水300 mL,用电热管套加热至沸腾,采用水蒸气蒸馏法提取,向收集到的含有少量水的油中加入适量无水硫酸钠脱水,分离挥发油后称量,并计算精油得率。密封并于4 ℃冰箱贮存。

精油得率(%)=(精油质量/样品质量)×100

1.2.3 气相色谱-质谱(GC-MS)分析条件 参考伍虹等[16]的方法并作修改。1.2.2中提取得到的精油经取样管直接进样。气相色谱条件:HP-5(30 mm×0.25 mm,0.25 μm)石英毛细管柱;柱温:40～280 ℃;升温程序:初始温度60 ℃,保持2 min,然后再以5 ℃/min的速度升温至240 ℃,并保持30 min;柱流量:1.0 mL/min;进样口温度:300 ℃;柱前压:57.4 kPa;进样量:1 μL;分流比为1∶1;载气:高纯氦气。质谱条件:电离方式:EI;传输线温度:250 ℃;离子源温度200 ℃;四级杆温度:150 ℃;质量范围:2～1024 u。检索谱库:检索谱库为Nist147.lib,通过计算机检索,并用面积归一法计算出各成分的相对含量。

1.3 数据处理

数据均重复测定3次,结果以平均值±标准差表示。利用Excel 2010进行数据处理并作图,DPS 6.55统计软件对实验数据进行方差分析,采用Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与讨论

2.1 常规指标检测结果

2.1.1 可溶性糖含量 四个品种赣南脐橙可溶性糖含量的结果如图1所示。由图1可知,四个品种果皮的可溶性糖含量存在极显著差异(p<0.01),按可溶性糖含量高低顺序依次为朋娜>华盛顿>奈维林娜>纽荷尔;华盛顿和奈维林娜果肉可溶性糖含量无显著性差异(p>0.05),但同时与朋娜、纽荷尔果肉可溶性糖含量有极显著差异(p<0.01)。

图1 四个品种赣南脐橙可溶性糖含量

2.1.2 可滴定酸含量 四个品种赣南脐橙可滴定酸含量的结果如图2所示。由图2可知,四个品种果皮的可滴定酸含量差异达不到统计意义上的显著水平(p>0.05),果肉可滴定酸含量以华盛顿脐橙最高,奈维林娜脐橙最低,纽荷尔与朋娜果肉可滴定酸含量差异不显著(p>0.05)。从图2中可知,四个品种脐橙果肉的可滴定酸含量远远高于果皮的可滴定酸含量。

图2 四个品种赣南脐橙可滴定酸含量

2.1.3 可溶性固形物含量与固酸比 表1为四个品种赣南脐橙果肉可溶性固形物及固酸比的比较。由表1可知,从可溶性固形物、固酸比的角度看,奈维林娜脐橙的值均为最高,品质最好。朋娜和华盛顿脐橙的固酸比较接近,成熟度相近;纽荷尔脐橙固酸比较高,品质亦处于上佳状态。

表1 四个品种赣南脐橙可溶性固形物及固酸比的比较

本文对四个品种赣南脐橙常规品质的测定结果表明,四个品种脐橙的固酸比均大于或等于20.0,这一结果与GB/T 20355 地理标志产品 赣南脐橙[17]的要求相符,说明本文实验所用脐橙果实均已达到成熟状态,此是本文精油提取的原料条件。

2.2 四个品种赣南脐橙果皮精油提取结果分析

四个品种赣南脐橙果皮精油提取的得率如表2所示。纽荷尔果皮精油得率最高,为1.05%;朋娜果皮的精油得率最低,仅为0.75%;而华盛顿果皮和奈维林娜果皮精油得率非常接近,在(0.92%±0.02%)的范围内。这一结果与Eldemery等[18]的结论比较相符,略低于谢练武等[19]的结果,高于张娟等[20]的实验结果。这可能是由原料的选取、耐贮特性、预处理方式、精油提取方法等的差异导致。精油主要存在于外果皮的油胞中(即油胞层)[21],提取原料果皮的油胞层与白皮层的比例会显著影响精油的得率。

表2 四个品种赣南脐橙果皮精油得率(%)

2.3 四个品种赣南脐橙果皮精油挥发性成分的结果与分析

2.3.1 四个品种赣南脐橙果皮精油挥发性成分的鉴定结果 四个品种赣南脐橙果皮精油经GC-MS检测,得到的总离子图如图3所示。其分析结果采用NIST库进行检索后,利用色谱峰面积归一化计算得出各品种脐橙果皮精油中各成分的相对含量,结果如表3所示。

表3 四个品种赣南脐橙果皮挥发油的组成及相对含量

图3 四个品种赣南脐橙果皮精油总离子流图

四个品种赣南脐橙果皮中共鉴定出21种挥发性组分,包括13种烯烃类、3种醇类、5种醛类,不同品种精油挥发性物质成分组成、含量存在差异。其中,纽荷尔脐橙果皮中共含有11种,主要的香气成分为d-柠檬烯(92.962%)、月桂烯(2.851%)和罗勒烯(1.039%);朋娜脐橙果皮中共含有13种,主要的香气成分为d-柠檬烯(92.328%)、月桂烯(2.700%)和3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯(1.020%);华盛顿脐橙果皮中共含有14种,主要的香气成分为d-柠檬烯(92.322%)和β-蒎烯(2.653%);奈维林娜脐橙果皮中共含有11种,主要的香气成分为月桂烯(47.036%)、2-蒎烯(15.313%)、3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯(11.593%)。

2.3.2 四个品种赣南脐橙果皮精油挥发性成分的比较 四个品种赣南脐橙果皮精油挥发性成分化合物种类及相对含量分析表明,不同品种间组成挥发性成分的化合物类别较为一致,均主要为碳氢化合物类、醇类和醛类,但其在具体香气成分和相对含量上存在一定差异,这可能与品种特性有关。烯烃类化合物数量最多和相对含量最高的均为纽荷尔果皮精油,数量为8种,相对含量达99.161%。醇类数量最多的是朋娜果皮精油,共3种,相对含量最高的是奈维林娜果皮精油,为1.780%。和醇类情况类似,醛类数量最多的是朋娜果皮精油,共5种;相对含量最高的是奈维林娜果皮精油,为15.986%。在此值得关注的是,奈维林娜相对含量最高的成分(月桂烯(47.036%)相较于其他三个样品相对含量最高的成分(d-柠檬烯,均大于92%)来说较低,但也因此其他各成分的相对含量则相对较高,这也造成了上述奈维林娜醇类和醛类所含种类数量不多但相对含量最高的事实。初步推断这是由奈维林娜与其他三个品种的品系差异较大造成的。

共有组分分析显示,四个品种赣南脐橙果皮精油中均含有正辛醛、α-松油醇、癸醛和巴伦西亚橘烯。其中,正辛醛有很强的水果香气乃至有显著油腻气味,在极度稀释下具有类似玫瑰和橙皮的香气[22];α-松油醇有稳定的紫丁香香气;癸醛,脂蜡香尖刺有力,青辛微甜,有类似除萜甜橙油与柠檬油的后韵,极度稀释时有新鲜的柑桔皮样的气息[22];巴伦西亚橘烯呈柑橘样香气[23],它们构成了赣南脐橙的基础香气。

从四个样品的特有组分看,桧烯(0.485%)、罗勒烯(1.039%)是纽荷尔脐橙果皮独有的挥发性成分。其中,罗勒烯,与月桂烯互为同分异构体,有着一种温暖的药香,柑橘的青香[24]。左旋-α-蒎烯(0.895%)、正辛醇(0.226%)、月桂醛(0.158%)是朋娜脐橙果皮独有的挥发性成分。其中,正辛醇有强烈芳香气味,月桂醛高浓度时有强烈的草香和松叶香气[22],稀释后有紫罗兰样香气。β-蒎烯(2.653%)和(1S)-(+)-3-蒈烯(0.790%)是华盛顿脐橙果皮独有的挥发性成分。其中,β-蒎烯是α-蒎烯的同分异构体,有松木和树脂香气[25]。2-蒎烯是奈维林娜脐橙果皮独有的挥发性成分,相对含量为15.313%。2-蒎烯特有的松木香气,似松节油的气味[26],氧化之后具松香样香气。这些品种特有的香气成分,是对赣南脐橙品种进行区分的重要依据。纽荷尔、朋娜、华盛顿均含有d-柠檬烯且相对含量最高,而奈维林娜中未被检出。类似的情况还有:3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯、柠檬醛、(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛在纽荷尔品种中未被检出;月桂烯在华盛顿品种中未被检出;萜品油烯,在朋娜品种中未被检出。这些该品种缺乏而其他三个品种却具有的成分和其特有的成分作用相似,或可作为不同品种脐橙特征区别的参考。

2.4 讨论

本文中四个品种赣南脐橙果皮精油共鉴定出21种挥发性成分,纽荷尔、朋娜、华盛顿、奈维林娜分别鉴定出11、13、14、11种挥发性成分。与张涵等[27]的结果相比,挥发物种类较少,但桧烯、月桂醛、3-蒈烯等被认为可能是造成脐橙特殊香味的物质在赣南脐橙果皮精油的挥发性成分中也有鉴定出。可能是品种[18]、成熟度[28]、贮存条件[29]、实验原料的前处理方法[30]等因素的差异对检测结果造成了影响。此外,四个品种果皮精油的挥发性成分中,鉴定出的萜烯烃类化合物的种类与相对含量的占比均最多,这与Obenland[31]、赵凯[32]等的结论一致。其中,d-柠檬烯[33]被认为是甜橙精油的重要组分,在纽荷尔、朋娜、华盛顿脐橙中均有鉴定出,且相对含量占比最高,依次为92.962%、92.328%、92.322%,但在奈维林娜中并未鉴定出。这可能与品系、品种变种等因素有关,更加具体的原因有待进一步研究。此外,脐橙果皮精油中未鉴定出酮类物质,这与Masson[14]、张涵[27]等的结果相类似,这可能是成熟的新鲜脐橙果皮精油挥发性成分的一大特征,或可用于确定脐橙的成熟度,后续可进一步研究和论证。

相较于前人的研究,本文重点突出四个品种赣南脐橙果皮精油的差异性,包括提取精油的得率和挥发性成分的比较,有望作为通过精油成分鉴别脐橙品种的参考依据。本文也有许多不足之处,本文得出的区分不同脐橙品种的结论,如配合对精油的色泽、粘稠度等状态进行研究并对橙叶油、橙花油进行比较性研究,将会使鉴定方法更加全面和完善。另外,针对精油的应用而进行的分离、提纯等研究也有待于日后更加深入细致的研究。

3 结论

基本指标的检测结果表明,本文研究的四个品种赣南脐橙均为完熟果实。精油提取结果显示,纽荷尔果皮精油得率最高,为1.05%,可作为提取脐橙精油的良好来源。挥发性成分的分析结果表明,利用GC-MS共鉴定出21种挥发性成分,包括13种烯烃类、3种醇类、5种醛类,占主导地位的是萜烯烃类化合物。四种赣南脐橙精油样品共有的挥发性成分为4种,分别是正辛醛、α-松油醇、癸醛和巴伦西亚橘烯;也各有其独特的香气成分,如桧烯、罗勒烯之于纽荷尔,左旋-α-蒎烯、正辛醇、月桂醛之于朋娜,β-蒎烯、(1S)-(+)-3-蒈烯之于华盛顿,2-蒎烯之于奈维林娜,这是它们通过精油成分进行品种区分的重要依据。本研究结果为利用精油成分鉴别赣南脐橙品种提供参考,同时也为赣南脐橙果皮精油的开发利用提供理论指导。