甜橙在鲜食和加工过程中会产生大量果皮垃圾，造成资源浪费和环境污染。然而，这些“废料”是精油、类黄酮和类胡萝卜素等生物活性化合物的重要来源。甜橙精油因其令人愉悦、舒缓情绪等功效而广受喜爱，并且在食品、医药和化妆品等行业都有很大的需求。
材料与试剂
塔罗科血橙；赣南脐橙。原料均成熟期采摘，采后挑选无机械损伤、无病虫害的果实。
仪器与设备
Heracles NEO超快速气相电子鼻，高速破壁机，旋转锥蒸馏塔，风分析仪。
方法 GC-IMS分析 取100uL样品于20mL顶空瓶中，40℃孵化10min。进样针温度为85°C，顶空进样100μL。
电子鼻分析
Heracles NEO超快速气相色谱电子鼻配制双FID检测器，采用MXT-5和MXT-1701两根色谱柱（10m，180μm）进行分析。取100μL样品于顶空瓶中，40℃孵化15min，进样量500μL，进样口温度200℃，压力10kPa，分流10mL/min。升温程序为6℃/s升至180℃，保持60s；3℃/s升至250℃，保持120s。 相对气味活度值（ROAV）
引入ROAV评价各挥发性化合物对甜橙精油风味的贡献度。ROAV值越大的化合物对样品整体风味的贡献度也越大。本研究认为ROAV≥1的化合物为甜橙精油的关键气味化合物。设定对样品风味贡献度最大的化合物的ROAV为100，其他化合物的ROAV则按下式计算：
式中：Ci、Ti分别为各挥发性化合物的相对含量（%）和气味阈值（mg/kg）；Cstan、Tstan分别为对样品风味贡献度最大化合物的相对含量（%）和气味阈值（mg/kg）。
感官定量描述分析
如图1所示，对不同甜橙精油的香气属性（果香、花香、甜香、青香、脂香、木香）及整体喜爱度进行评价。结果表明，CP精油具有最强烈的果香、甜香和花香，并且整体喜爱度最高；而MADH精油则表现出更强的青香、脂香和木香。SCC萃取液各香气属性强度相对较低，但在血橙精油中喜爱度不亚于MADH精油。此外，脐橙精油相较于血橙精油具有略微更强的果香和喜爱度。
图1 甜橙精油感官分析结果：(A)血橙精油；(B)脐橙精油
GC-IMS鉴定六种甜橙精油挥发性成分 不同甜橙精油GC-IMS谱图分析
六种不同甜橙精油的GC-IMS测定结果如图2所示。整个GC-IMS谱图以蓝色为背景，横坐标1.0处的红色竖线为反应离子峰（RIP），两侧的每个点代表一种挥发性物质。颜色反映了峰强度，白色表示峰强度较低，即物质浓度较低，红色则表示物质浓度较。由此可以看出甜橙精油的挥发性成分得到了较好分离，CP和MADH提取的精油谱图较相似，但和SCC萃取液的谱图有明显差异，前两者峰强度和个数明显高于后者。以纵坐标来看，保留时间200s内，相比于CP精油，MADH精油和SCC萃取液具有更多种类的挥发性物质，说明加热提取过程中生成了一些新的化合物；200-400s间，MADH精油具有最高含量的挥发性物质；400s-700s间，CP和MADH精油出峰情况相似，而SCC萃取液在此期间只有少量化合物出峰。 为了更直观展现样品间差异，将血橙冷压精油谱图作为参比，其余五个样品谱图均扣减参比，红色表示此样品中该化合物浓度高于参比谱图，蓝色表示该化合物浓度低于参比谱图。根据图2C可以看出，不同品种和提取方式对甜橙挥发性成分均有影响。MADH精油的谱图多个峰显现红色，说明该方式提取的精油相比于CP含有更丰富的挥发性物质；SCC萃取液的谱图则显现大面积蓝色，说明香气化合物含量极低，这和感官结果一致。此外，血橙精油和脐橙精油相比也有一定差异。
图2 六种甜橙精油的挥发性物质GC-IMS二维（A）、三维（B）和二维差异谱图（C）
甜橙精油挥发性成分定性定量分析 为进一步确定不同甜橙精油中具体化合物的差异，对各成分进行定性（表2），并根据峰面积归一化法计算各成分相对含量（表3）。一共鉴定出64种化合物，包括萜烯类23种、醇类12种、醛类12种、酯类4种、酸类6种、其他7种。此外，构建了指纹图谱（图3），直观地反映出不同样品间挥发性成分差异。
表2甜橙精油挥发性成分定性分析
表3 甜橙精油挥发性成分的相对含量
甜橙精油关键挥发性化合物分析
不是所有挥发性成分都对甜橙精油特征香气有贡献，有的化合物相对含量高但气味阈值高，因此对样品整体风味贡献度不大，利用ROAV法结合GC-IMS分析结果可以筛选出甜橙精油的关键挥发性化合物。本实验中，气味阈值为化合物在油中的阈值，来自电子鼻软件中自带的AroChembase数据库和相关参考文献。如表4可知，共有16种挥发性化合物ROAV≥1，对柑橘香气贡献较大。在CP精油中，β-月桂烯相对含量高且香气阈值低，风味贡献最大；而在MADH精油和SCC萃取液中，芳樟醇是风味贡献最大的物质，在之前的研究中芳樟醇也被认定为6种柑橘精油中ROAV=100的物质。大部分萜烯类化合物ROAV≥1，如β-蒎烯、α-萜品烯等，并且它们在CP精油和MADH精油中的贡献度远大于SCC萃取液中。2-己醇、(E)-2-己烯醛和正辛醛是六种样品共有的关键挥发性化合物。此外，二甲基二硫醚和二乙基三硫醚这两种硫化物阈值较低，对MADH精油风味具有很大贡献度，这也是MADH精油喜爱度较低的重要原因。
基于PLS-DA和VIP值筛选六种精油差异挥发性化合物
为了筛选六种精油的差异挥发性化合物，基于GC-IMS检测到的64个物质的峰信号强度进行偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）。如图4A所示，PC1和PC2的贡献率分别为74.1%和10.7%，累计贡献率为84.8%，表明该模型能够充分反映样品原始信息。每一聚类中的3个点紧密聚集在一起，说明组间重复性好，GC-IMS检测性能稳定。可以看出六种样品有明显的区分，NO_CP和NO_MADH均分布在上方区域，两者差异较小；BO_CP和BO_MADH均分布在左下方，两者也较为相似；BO_SCC和NO_SCC均分布在右侧区域，同样具有一定相似性。对于同一种甜橙，CP和MADH两种方式提取的精油距离相近，但和SCC萃取液相距较远，说明前两种方式和后者提取的挥发性成分差异较大。此外，同一种方式提取的两种甜橙精油，如BO_CP和NO_CP，BO_MADH和NO_MADH，挥发性成分也具有较大差异。 进一步地，利用变量投影重要性（VIP）筛选对样本分类贡献大的挥发性化合物。VIP通过PLS-DA载荷图判别所得，VIP值越大，表明对样本分类的贡献越大，通常VIP>1表明该变量在区分不同样本上起着至关重要的作用。如图4B所示，共筛选出15种VIP>1的标志性差异化合物，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）。其中绝大部为萜烯类化合物，少数为醇类，说明提取方式及柑橘品种对这两类化合物影响较大。
图4 基于GC-IMS检测的甜橙精油挥发性成分的PLS-DA得分图（A）及VIP得分（B）
超快速气相电子鼻分析六种甜橙精油挥发性成分
利用超快速气相电子鼻可以快速检测样品中挥发性成分。根据气相色谱的峰面积和保留时间绘制雷达指纹图谱，可以反映气味成分的强度和丰度，结果如图5所示，CP和MADH精油的色谱图相似，基本重合，但与SCC萃取液的色谱图差异较大，后者的峰强度明显更低，这与上述GC-IMS谱图结果一致。
图5 基于电子鼻分析的甜橙精油雷达指纹图谱：（A）血橙（B）脐橙
通过电子鼻软件的数据统计分析模块进行主成分分析（PCA）和判别因子分析（DFA），进一步区分不同甜橙精油的挥发性成分差异。结果如图6A所示，PC1、PC2和PC3的累积方差贡献率均超过99.999%，说明PCA模型对总方差的解释效果很好。每组样品间的点聚集紧密，说明重复性好。GF_SCC和HY_SCC组间距离相对较近，表明这两种样品的香气差异较小。除此之外，其他样品的区域划分极为明显。此结果也与上述PLS-DA一致。与PCA相比，DFA是一种有监督的分类方法，它能够增加组间方差并减少组内方差，从而实现更好的分类效果。DFA总方差可达96.052%（PC1=86.785%，PC2=9.267%），表明不同柑橘品种和提取方法的具有明显的区域分布特征，并进一步验证了PCA结果。综上所述，超快速气相电子鼻可以很好地区分不同甜橙精油的挥发性成分差异。
图6 基于电子鼻分析的六种甜橙精油PCA（A）和DFA（B）分类结果
本研究采用感官定量描述、GC-IMS及超快速气相电子鼻分析不同甜橙精油风味特征及挥发性成分。感官结果表明，CP精油具有浓郁的果香、甜香和花香且喜爱度最高，MADH精油则表现出更强的脂香、青香和木香，而SCC萃取液香气浓度较低。GC-IMS鉴定出64种挥发性化合物，主要为萜烯类、醇类和醛类，其次是酸类、酯类和其他化合物。萜烯类在CP和MADH精油中含量明显高于SCC萃取液，而醇类和醛类在MADH精油和SCC萃取液中含量明显高于CP精油。基于ROAV鉴定出16种关键挥发性成分，其中β-月桂烯和芳樟醇对甜橙精油风味贡献最大。结合PLS-DA成功区分六种精油，并基于VIP>1筛选出15种差异挥发物，分别是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，超快速气相电子鼻结合PCA和DFA也成功区分六种甜橙精油风味差异。
本研究以血橙和脐橙作为代表性甜橙果实原料，采用冷压法（CP）、微波辅助水蒸气蒸馏法（MADH）和SCC三种方法提取甜橙精油，利用气相离子迁移色谱（GC-IMS）和超快速气相电子鼻分析不同甜橙精油风味组成，并结合偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）、主成分分析（PCA）和判别因子分析（DFA）等化学计量学筛选不同甜橙精油风味差异化合物。
材料与方法
结果与分析
图3 甜橙精油的挥发性成分GC-IMS指纹图谱
表 4 甜橙精油中挥发性化合物的 ROAV 值
结论
来源：感官科学与评定，转载请注明来源。
参考文献：刘菲斐,陈晋,陈健乐等.基于化学计量学鉴定不同甜橙精油挥发性成分[J/OL].食品科学,1-16[2024-03-22].
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