苹果特征香气品种间差异的化学物质基础与呈香机理

Apple ranks first in planting area and production in China. Aroma profiles of apples is one of the most important quality parameters for raw materials and processing products. Current researches are mainly focus on determination of aroma compounds. However, the characteristic aroma and mechanism of flavoring variance among different cultivars are not clear. Moreover, there is little literature on flavoring mechanism. In the present research, from the chemical components point of view solid-phase microextraction combined gas chromatography - mass spectrometry (SPME-GC-MS) will be applied for characterizing 20 apple cultivars (main cultivars in China) on characteristic aromas, and mathematical modeling and chemical analyses will be used to explore the flavoring mechanism related by cultivars based on chemical nature. Aroma characterization and cultivar identification models will be established by the rapid detection technology of electronic nose (E-nose) and artificial neural network modeling technique (ANN). Optimized model will be established by ANN based on data of SPME-GC-MS combined E-nose analyses. The purpose of this study is to reveal the difference of characteristic profiles of apple cultivars by chemical basis and flavoring mechanism, and provide guide and data basis for flavor forming and quality control of raw material and apple products during processing.

苹果是我国种植和产量第一的果品，香气是苹果鲜食及加工制品的重要品质之一。目前国内外对苹果香气的研究多集中于主栽品种香气成分的测定，而对品种间特征香气物质差异研究较少，其呈香机理尚不明确。本研究从化学物质基础的角度出发，采用固相微萃取-气谱-质谱联用技术对我国主要苹果品系（富士系、元帅系、秦冠、嘎啦、国光等）20个品种的香气物质进行比对研究，通过数学建模与化学分析相结合的方法探索品种间呈香特性差异的化学本质；采用电子鼻检测技术，建立不同品系苹果品种的特征香气表征及识别模型，比较不同模型判别准确性和对人为感官评价的模拟效果，并采用人工神经网络建模技术对特征香气表征模型进行优化和验证。采用相关性分析法，综合气质和电子鼻分析结果，确定呈香核心物质。解决"苹果品种间香气特性差异的主要化学物质是什么、特征物质呈香是如何表征的"两个科学问题，为不同品种苹果及其加工制品风味特性形成和品质调控提供科学依据。

本研究选取我国主栽和种质资源中具有代表性的富士系、元帅系、秦冠、国光、乔纳金等品种苹果为研究对象，采用固相微萃取气相色谱质谱连用法（SPME-GC-MS）探索品种间特征香气差异的化学基础；采用传感器型和质谱型电子鼻法（E-nose）对不同品种的特征呈香特性进行快速表征，建立了基于SPME-GC-MS 和 E-nose 检测数据的苹果香气的表征模型，并筛选出不同品种苹果呈香的核心物质单体，为苹果品种快速识别及加工用苹果原料的标准化分类提供数据和方法基础。.本研究发现：.1. SPME-GC-MS分析法前的苹果香气物质最佳萃取条件为萃取温度 35℃，萃取时间40min，NaCl浓度为0.3g/mL，样品加入量为4g。GC-MS定量分析发现苹果主要的香气成分包括2-甲基-1-丁醇、1-己醇、反式-2-己烯醛、2-甲基丁酸己酯、反式-2-己烯-1-醇、己醛、乙酸丁酯、乙酸己酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮，平均值分别为9332.96 μg/L、6959.22 μg/L、6720.04 μg/L、6674.24 μg/L、5435.96 μg/L、3347.25 μg/L、1864.62 μg/L、608.72μg/L、428.40μg/L。即主要香气成分为酯类、醇类和醛类，另有少量酮类物质。.2.传感器型电子鼻 38个苹果品种，除蜜果、华帅一号、斯塔克矮金冠、starkjambo、红卡维、干红玉苹果，传感器7（W1W）反应最敏感，其次是传感器2（W5S）、传感器9（W2W），其它传感器响应值相对较低，其余苹果品种则为传感器2（W5S）最灵敏，其次是传感器7（W1W）和传感器9（W2W）。基于传感器型电子鼻数据的PCA分析模型能够区分识别不同品种苹果,而LDA模型不能区分不同品种。.3.质谱型电子鼻对41个品种苹果检测发现，其色谱图中香气物质出峰时间和出峰面积上均存在差异。 基于质谱型电子鼻数据的PCA分析模型能够区分识别不同品种苹果，区分指数达到 91%。.4.38个苹果品种中，香气值最高的为蜜果苹果，其香气值为15257.03；香气值最低的为文红苹果，其香气值为407.20，这说明蜜果苹果香气最为浓郁，而文红苹果香气最为寡淡。此外，根据香气值大小可知38个苹果品种最主要香气贡献物质相似，主要为己醛、异戊酸己酯、丁酸乙酯、乙酸己酯、反式-2-己烯醛、芳樟醇等物质。