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柑橘是世界第一大宗水果，主要包括橙类、宽皮柑橘、柚类和柠檬等。甜橙在鲜食和加工过程中会产生大量果皮垃圾，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需求，具有广阔市场潜力，是柑橘加工中重要的高附加值产品。柑橘精油传统的提取方法有冷压（CP）法、蒸馏法和溶剂浸提法。旋转锥蒸馏塔（SCC）法是近年来兴起的一种高效逆流液-气接触萃取技术，具有提取效率高、停留时间短、温度控制范围广等优点，从而大大降低了热敏性风味化合物降解。SCC广泛应用于茶叶香气回收，乙醇浓度调节以及香精香料提取等，
风味组成是衡量精油品质和相关功效的重要指标，不同品种和提取方式会影响柑橘精油风味特征组成。浙江大学生物系统工程与食品科学学院的刘菲斐、陈晋、程焕*等以BO和NO作为代表性甜橙果实原料，采用CP、微波辅助水蒸气蒸馏（MAHD）和SCC 3 种方法提取甜橙精油，利用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和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）等化学计量学方法筛选不同甜橙精油风味差异化合物，以期为柑橘精油的提取及应用提供数据支撑。
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由表1可知，从精油提取率来看，CP提取率高于MAHD，这是因为后者仅加热提取15 min，仍有部分精油残留在烧瓶内，而前者在压榨橘皮过程中反复碾压直至无液体流出，SCC萃取液是精油和纯露的混合物，无提取率，2 种甜橙都控制在提取约5 kg萃取液；从产物外观和气味来看，CP精油呈黄色油状并且具有浓郁的柑橘香气，MAHD精油为无色透明的油状液体，除了浓郁的柑橘香气外还略带蒸煮味；SCC萃取液则是无色透明并且带有宜人淡香。对不同甜橙精油的香气属性（果香、花香、甜香、青香、脂香、木香）及整体喜好度进行评价。由图1可知，CP精油具有最强烈的果香、甜香和花香，并且整体喜好度最高；而MAHD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BO精油中喜爱度不亚于MAHD精油。此外，NO精油相较于BO精油具有略微更强的果香和整体喜好度。不同提取方式获得的精油香气属性改变可能与其挥发性物质组成和含量变化有很大关系。因此需结合仪器与化学计量学对其挥发性成分做进一步分析。由图2可知，甜橙精油挥发性物质得到了较好分离，CP和MAHD法提取的精油谱图较为相似，但和SCC萃取液的谱图有明显差异，且前两者峰强度和数量明显高于后者。此外，在保留时间200 s内，相比于CP精油，MAHD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会生成一些新化合物；200～400 s，MAHD精油挥发性物质含量最高；400～700 s，CP和MAHD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。为更直观展现样品间差异，将BO_CP精油谱图作为参比，其余5 个样品谱图均扣减参比，红色表示此样品中该化合物含量高于参比谱图，蓝色表示该化合物含量低于参比谱图。由图2C可知，不同品种和提取方式对甜橙挥发性成分均有影响。MAHD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，与感官分析结果一致。此外，BO精油和NO精油相比也存在一定差异。![]()
为进一步确定不同甜橙精油中具体化合物的差异，对各成分进行定性分析（表2），并根据峰面积归一化法计算各成分相对含量（表3），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，构建指纹图谱（图3）以直观反映不同样品间挥发性成分差异。
萜烯类为甜橙精油主要成分，具有柑橘、草本和木本等香气特征。CP和MAHD精油中萜烯类含量丰富，尤其是莰烯、蒎烯、月桂烯和3-蒈烯。值得注意的是，在以往研究中，柠檬烯是柑橘中最主要的挥发性化合物，可能是由于色谱柱类型不同，本研究未检出该物质。所有萜烯类化合物都存在二聚体，甚至三聚体、四聚体，此前在甜橙枳实中也检测到柠檬烯、芳樟醇等物质的多聚体。α-萜品油烯（M）、α-萜品油烯（D）、α-水芹烯（M）、α-水芹烯（D）、α-萜品烯（M）和α-萜品烯（D）在NO精油中含量明显高于BO精油，其他大部分萜类化合物在二者中含量差异无明显区别。萜烯在氧气和高温下容易发生氧化和降解反应，转化为萜烯醇或氧化物，这种分子变化会产生令人不悦的气味，如药味、木味和蜡味，对感官质量产生负面影响。MAHD和SCC提取都涉及到高温加热，因此，这可能是CP精油感官喜好度更高的原因之一。醇类和醛类也是柑橘风味物质的重要组成成分。绝大部分醇类和醛类在BO中含量明显高于NO，包括2-己醇、2-庚醇、芳樟醇、异胡薄荷醇、(E)-2-戊烯醛、3-甲基-2-丁烯醛和正辛醛，这可能是导致二者风味差异的重要原因。BO和NO中检测到的主要醇类物质为2-己醇、芳樟醇和异胡薄荷醇。其中芳樟醇是含量最高的醇类，具有浓郁甜花香，是甜橙中重要香气物质。样品中主要醛类物质为辛醛和2-己烯醛，醛类化合物具有较低的阈值。其中辛醛是含量最高的醛类，对脂香有很大贡献，2-己烯醛与(E)-2-己烯醛对青草气味有贡献。此外，MAHD精油中醇类和醛类含量明显高于CP精油，说明加热导致的各种生化反应有助于醇类和醛类的形成，这也导致MAHD精油和CP精油感官评价结果有较大差异。虽然SCC萃取液所含香气物质总量不多，但也含有丰富的醇类和醛类物质，尤其是芳樟醇单体及其多聚体，其含量已经超过CP提取的纯精油。酯类也是柑橘香气的重要组成部分，通常具有甜香和果香。一共检测到4 种酯类化合物，乙酸乙酯在CP精油中含量明显低于MAHD精油和SCC萃取液；而乙酸丁酯则呈相反趋势，并且乙酸丁酯在NO精油中含量明显高于BO精油。酸类在MAHD精油中含量最高，检测到的主要酸类物质为正辛酸，其次是乙酸和戊烯酸。其他化合物还包括二甲基二硫醚、二乙基三硫醚、甲基庚烯酮、芳樟醇氧化物和D-樟脑等。甲基庚烯酮在CP精油中含量极高，但在另2 种方式提取的精油中几乎没有，原因可能是在加热过程中造成的损失。硫化物是柑橘汁热加工易形成的异味化合物，因此二甲基二硫醚和二乙基三硫醚在MAHD精油中含量极高，对感官品质有一定负面影响。目前关于柑橘精油挥发性成分的研究大部分均采用GC-MS进行检测分析，其C链长度均在C10～C20，且很少检测到酸类、硫醚类等化合物，这是由于这类物质分子质量小且含量极微，难以被GC-MS检测到。而本研究中GC-IMS检测出的主要是小分子（C2～C10）挥发性成分，扩大了甜橙精油中挥发性成分检测范围，这是因为GC-IMS的检测灵敏度高于GC-MS，因此对于小分子物质的检测更精准，并且在痕量挥发性成分的分析中具有较大应用潜力。但目前GC-IMS数据库还不够完善，检测到的甜橙精油挥发性成分中还存在许多未知化合物未被鉴定，因此后续还需结合GC-MS检测和NIST数据库，全面表征不同品种及提取方式获得的甜橙精油挥发性成分的差异。由表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MAHD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，并且其在CP和MAHD精油中的贡献度远大于在SCC萃取液中的贡献度。2-己醇、(E)-2-己烯醛和正辛醛是6 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2 种硫化物阈值较低，对MAHD精油风味具有很大贡献，这也是导致MAHD精油喜爱度较低的重要原因。3.4 基于PLS-DA和VIP筛选不同甜橙精油差异挥发性化合物
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为筛选6 种精油的差异挥发性化合物，对基于GC-IMS检测到的64 种物质的峰信号强度进行PLS-DA，由图4A可知，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6 种样品有明显的区分，NO_CP和NO_MAHD均分布在上方区域，二者差异较小；BO_CP和BO_MAHD均分布在左下方，二者也较为相似；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MAHD方式提取的精油距离相近，但和SCC萃取液相距较远，说明前2 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2 种甜橙精油，如BO_CP和NO_CP、BO_MAHD和NO_MAHD，挥发性成分也具有较大差异。
进一步地，利用VIP筛选对样本分类贡献大的挥发性化合物。由图4B可知，共筛选出13 种VIP＞1的标志性差异化合物，包括1-正戊醇（D）、3-蒈烯（T r）、β-蒎烯（M）、2-己醇（D）、3-蒈烯（D）、β-月桂烯（D）、β-蒎烯（Tr）、莰烯（D）、芳樟醇（M）、β-月桂烯（Te）、β-蒎烯（Te）、莰烯（M）和3-蒈烯（Te）。其中绝大部分挥发性化合物为萜烯类化合物，少数为醇类，说明提取方式及柑橘品种对这2 类化合物影响较大。![]()
利用快速气相电子鼻可以快速检测样品中挥发性成分。根据GC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。由图5可知，CP和MAHD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。通过电子鼻软件的数据统计分析模块进行PCA和DFA，进一步区分不同甜橙精油的挥发性成分差异。如图6A所示，PC1和PC2的累计方差贡献率超过99%，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。BO_SCC和NO_SCC组间距离相对较近，表明这2 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结果一致。
与PCA相比，DFA是一种有监督的分类方法，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。由图6B可知，DFA总方差可达96.052%（DF1＝86.785%，DF2＝9.267%），表明不同柑橘品种和提取方法的精油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，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。本研究采用感官定量描述、GC-IMS及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。感官实验结果表明，CP精油具有浓郁的果香、甜香和花香且整体喜好度最高；MAHD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MAHD精油中含量明显高于SCC萃取液，而醇类和醛类在MAHD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6 种精油，并基于VIP＞1筛选出13 种差异挥发物。此外，快速气相电子鼻结合PCA和DFA也成功区分6 种甜橙精油挥发性成分。综上，在实际生产和应用中，可根据需求选择不同方式进行精油提取。 本文《基于化学计量学鉴定不同甜橙精油挥发性成分》来源于《食品科学》2024年45卷7期155-163页. 作者：刘菲斐，陈晋，陈健乐，刘东红，叶兴乾，程焕. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230808-047. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。![]()
