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不同基因型可可发酵过程中挥发性香气成分变化规律研究

发布时间:2023-02-09 09:33:51

摘    要:挥发性香气成分组成是可可品质评价的重要指标之一,而发酵是影响可可挥发性香气成分的关键过程。为揭示不同基因型可可豆发酵过程中挥发性香气成分变化规律及差异,本研究以ZYP11-9、STS16、ZYP6-11三种可可作为试验材料,利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC/MS)测定可可豆0-7天发酵过程中挥发性香气成分,并采用峰面积归一化法计算各成分的相对含量。结果表明:三种基因型可可豆发酵过程共鉴定出32种挥发性香气成分,其中2,3-丁二醇、2-庚醇、苯乙醇、芳樟醇、乙酸、3-羟基-2-丁酮、2,3,5-三甲基吡嗪等9种共有香气物质在不同基因型可可豆发酵过程中相对含量变化存在显著差异;PCA分析表明,主要香气成分与发酵阶段香气特征之间存在一定相关性,其中2,3-丁二醇、乙酸、芳樟醇、3-羟基-2-丁酮与可可豆发酵阶段香气特征正相关,3-甲基-1-丁醇、丁内酯、苯乙酮等香气物质与发酵阶段香气特征负相关。因此,不同基因型可可发酵过程中香气成分组成及含量变化存在差异,且主要香气成分与发酵阶段存在相关性,这为优质可可新品种选育及应用提供参考依据。


关键词:可可; 种质资源;发酵;香气成分;顶空固相微萃取;


Analysis of volatile aroma components of different genotypes cococa beans during

fermentation periods

YUE Yilun QIN Xiaowei LI Fupeng

ZHONG Yiming

HE Shuzhen BAI Tingyu CHU Zhong

Forestry College, Hainan University Spice and Beverage Research Institute, Chinese Academy of

Tropical Agricutural Sciences/Key Laboratory of Genetic Resources Uillization of Spice and

Beverage Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Hainan Provincial Key Laboratory of

Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops


Abstract:Volatile aroma composition is one of the important indexes for cocoa quality evaluation, and fermentation is the key process that affects the volatile aroma composition of cocoa. To reveal the pattern and differences of volatile aroma components during cocoa bean fermentation with different genotypes, three types of cocoa (zyp11-9, sts16, and zyp6-11) were used as test materials, and the headspace solid-phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC / MS) was used to determine the volatile aroma components during the 0 - to 7-day fermentation of cocoa beans, and the relative contents of each component were calculated by peak area normalization. The results showed that a total of 32 volatile aroma compounds were identified during the fermentation of cocoa beans from the three genotypes, among which 9 consensus aroma compounds, including 2,3-butanediol, 2-heptanol, phenylethyl alcohol, linalool, acetic acid, 3-hydroxy-2-butanone, 2,3,5-trimethylpyrazine, showed significant differences in their relative contents during the fermentation of cocoa beans from different genotypes; PCA analysis showed that there was some correlation between the main aroma components and the aroma characteristics of the fermentation stage, in which 2,3-butanediol, acetic acid, linalool, 3-hydroxy-2-butanone were positively correlated with the aroma characteristics of cocoa beans fermentation stage, and the aroma substances such as 3-methyl-1-butanol, butanolactone, and acetophenone were negatively correlated with the aroma characteristics of the fermentation stage. Therefore, there are differences in the aroma composition and content changes during cocoa fermentation with different genotypes, and there is a correlation between the main aroma components and the fermentation stage, which provides a reference basis for the breeding and application of high-quality cocoa new cultivars.


Keyword:cocoa; genotypes; fermentation; aroma components; headspace solid-phase microextraction;


可可(Theobroma cacao L.)为梧桐科(Sterculiaceae)可可属(Theobroma)多年生热带经济作物[1]。可可豆内富含脂肪、可可碱、多酚、等活性成分,具有改善心脏、肾脏、肠道功能、缓解心绞痛等作用,是制作高级饮品、巧克力、糖果等的主要原料[2]。据联合国粮农组织(FAO)统计,世界可可收获面积1.2×107 hm2,产量4.6×106 t[3],我国自上世纪二十年代由东南亚引进试种成功,已发展成为热带特色高效农业的重要组成。当前据国际可可组织(ICCO )统计表明,国际优质可可产量仅1.6×105 t,只占总产量的5%,优质可可原料的供需矛盾极为突出[4]。因此,优质可可品种选育是国际可可提质增效的核心科学问题。


可可豆挥发性香气物质数量和种类是形成可可独特风味的重要因素,也是评价可可品质的重要指标[5]。相关研究表明,可可鲜豆挥发性物质成分与含量受可可基因型影响[6]。Qin等[7]利用HS-SPME-GC-MS技术对国际可可Criollo、Forastero和Trinitario三大遗传类型的可可挥发性成分鉴定表明,可可鲜豆香气物质成分组成与含量与可可的遗传背景存在关联。发酵是形成可可风味物质的关键步骤,影响可可主要香气物质的形成[8]。房一明等[9]研究表明,发酵影响可可豆前体风味物质的形成。可可在发酵过程中产生具有花香和果香特征的挥发性物质,如芳樟醇(linalool)、苯乙醇(benzene ethanol)、乙酸戊醇(pentanol acetate)、丁醛(butanal)等香气物质[10]。此外,Yogi[11]、段美玉[12]等通过45 ℃和50 ℃的控温发酵试验研究了发酵过程对可可香气影响,表明控温条件下可可发酵时间与香气物质成分之间存在显著相关性。


目前,关于不同基因型可可发酵过程中主要挥发性香气成分变化规律及其差异性鲜见报道,且主要香气成分与可可豆发酵阶段相关性还有待证实。顶空固相微萃取-气质联用法(SPME-GC-MS)因其方便快捷、灵敏度高、选择性与重复性好,能较真实地反映待测物中挥发性物质的基本组成等优点,而广泛应用于发酵食品挥发性香气成分的分析[13]。Hegmann等[14]采用顶空固相微萃取-气质联用(SPME-GC-MS)方法分析表明,旱季和雨季可可豆果肉之间香气成分存在显著差异。谷风林等[15]利用顶空固相微萃取-气质联用法(SPME-GC-MS)揭示了可可发酵过程中蛋白质降解与吡嗪类化合物变化规律。为揭示不同基因型可可发酵过程中挥发性香气成分的变化规律与组成差异,本研究以我国选育的3份优质可可种质资源为研究对象,采用SPME-GC-MS对不同发酵阶段可可的挥发性香气成进行鉴定,分析不同基因型可可发酵过程挥发性香气成分组成及差异特点,以期为优质可可新品种选育提供数据支撑及科学依据。


1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选用中国热带农业科学院香料饮料研究所国家热带植物种质资源库香料饮料种质资源分库(NTPGRC2021-014, 2022-014)保存的ZYP11-9、STS16、ZYP6-11三份不同基因型可可资源,如图1所示。


1.2 仪器设备

HYG-C多功能摇床(太仓市实验设备厂),DGX-9243BC-1电热恒温鼓风干燥箱(宁波海曙赛福实验仪器厂)、Aglient-7890B/5977B气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司),50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头(美国SUPELCO公司)。


1.3 实验方法

材料预处理:选择采摘好的可可鲜果,在工作台上立即去壳取鲜可可豆(800 ± 10)g分别放置于1 L高硼硅玻璃罐中密封,在50 ℃智能恒温箱中进行发酵。发酵期间每天对样品进行1次搅拌处理,并于每天进行发酵样品采集,采集后样品置于32 ℃鼓风干燥机中干燥3天后在研磨机中进行精细研磨,得到待测可可样品(后文编号代表相应基因型可可)。


固相微萃取-气质联用:准确称取表1中可可待测样品2.0 g于20 mL密封顶空样品瓶中,使用型号为50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME纤维头插入GC插入萃取瓶中,置于样品上方0.5 cm顶空萃取30 min,萃取头插入GC进样口解析5 min,每个样品3次重复。


色谱条件:聚乙二醇(PEG)毛细管柱,DB-WAX(30 mm × 0.25 mm,0.25 μm);升温程序:初始温度40 ℃保持4 min,以3 ℃/min升温至96 ℃,保持3 min,再以1.5 ℃/min升温至150 ℃,保持0 min;最后以10 ℃/min升温到210 ℃,保持2 min,进样口温度为:250 ℃;载He气,流速为1 mL/min。


质谱条件:电离方式EI,电子能量70 eV,离子源温度250 ℃,传输线温度250 ℃。扫描质量范围40~550 amu。


数据处理:GC-MS实验数据通过安捷伦仪器自带软件进行处理,经计算机检索同时与NIST 17谱库和Wiley谱库相匹配,并结合有关文献,进一步确认香气物质的具体化学成分,按峰面积归一化法算出样品中各个组分的相对含量,使用Origin 2021软件进行数据主成分分析和图像处理。


2 结果分析

2.1 不同基因型可可发酵过程中挥发性香气成分种类组成分析

根据ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可发酵过程挥发性香气成分的总离子流图组成分谱库检索和相关资料分析,检测出32种挥发性香气化合物,属于醇类、酯类、酮类、酸类、吡嗪类、呋喃类、烯烃类7类(表2)。其中,醇类12种、酯类11种、酮类4种、酸类2种、吡嗪类1种、呋喃类1种和烯烃类1种。ZYP11-9可可豆发酵过程中共鉴定出25种化合物,其中醇类10种、酯类8种、酮类3种、酸类2种、吡嗪类1种、呋喃类1种,2,5-二甲基呋喃、2-氨基丙酸、苯甲酸戊-2-基酯、戊二酸单乙酯、亚硝酸仲丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯和乙酸苯酯等7种为特有挥发性物质成分;STS16可可豆发酵过程中共鉴定出21种化合物,其中醇类11种、酯类4种、酮类4种、酸类1种、吡嗪类1种,异丁醇、3-乙酰基-2-丁酮和戊二酸单乙酯等3种为特有挥发性物质成分;ZYP6-11可可豆发酵过程中共鉴定出22种化合物,其中醇类11种、酯类5种、酮类3种、酸类1种、吡嗪类1种、烯烃类1种,3-蒈烯、3-羟基丁酸甲酯和乙酸仲戊酯等3种为特有挥发性物质。箱线图统计分析表明(图1),ZYP11-9可可发酵过程中挥发性香气成分组成平均为(12.5±3.31)种;STS16可可挥发性香气成分组成平均为(11.5±2.44)种;ZYP6-11可可挥发性香气成分组成平均(12.62±3.49)种。在三种可可豆发酵中,ZYP6-11可可在发酵过程中挥发性物质变化更为丰富,STS16可可则更为稳定。


由图3可见,ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可挥发性成分种类组成没有差异,但是发酵过程中种类组成和含量差异较大。三种基因型可可豆发酵过程中挥发性香气成分种类数量呈减少趋势,且发酵过程中挥发性香气成分数量存在显著差异。STS16可可、ZYP6-11可可发酵第5天挥发性香气成分数量最少,与未发酵鲜豆挥发性成分相比分别下降33.34%和38.46%,ZYP11-9可可于发酵第6天挥发性香气成分数量最少,与未发酵鲜豆挥发性成分相比下降46.67%,其中醇类、酯类挥发性香气成分数量下降最为明显。由图4可见,三种基因型可可发酵过程中醇类、酸类挥发性香气成分相对含量较高,其中ZYP11-9可可发酵过程中醇类物质相对含量基本不变且占比57.22% - 84.63%,但酯类物质含量相对较高,相对含量占比最高达12.63%;STS16可可豆发酵过程中醇类物质相对含量呈上升趋势,与未发酵鲜豆挥发性香气成分相比增长38.30%,酮类物质相对含量与ZYP11-9可可、ZYP6-11可可波动较大,且在发酵第5天最高为25.79%;ZYP6-11可可醇类物质相对含量呈下降趋势,与未发酵鲜豆挥发性香气成分相比下降53.38%,主要原因为ZYP6-11可可发酵6-7天酸性挥发性物质较多,相对含量最高为44.79%。


2.2 不同基因型可可发酵过程中挥发性香气成分组成分析

可可发酵过程中醇类物质通常被描述为“水果和植物般”风味,较高的醇类含量也是获得花香和糖果味可可的关键[16],ZYP11-9、STS16、ZYP6-11三种基因型可可发酵过程中主要的醇类化合物为2,3-丁二醇、2-庚醇、2-戊醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇和芳樟醇。2,3-丁二醇在可可风味评价中通常被描述为具有“水果味与黄油味”的香气特征[17]。2,3-丁二醇在ZYP11-9、STS16未发酵可可鲜豆阶段中相对含量为(17.01±8.30)%和(29.16±16.32)%,在发酵过程中呈增加变化趋势,发酵完成后2,3-丁二醇相对含量分别增加220.40%和94.56%;然而,ZYP6-11可可发酵过程中2,3-丁二醇含量呈先增后减的变化趋势,发酵第4天相对含量达到峰值(59.65±20.70)%,相对含量增量为210.27%,但发酵完成后2,3-丁二醇相对含量(19.96±1.27)%与鲜豆阶段相比仅增长3.84%。


2-戊醇、2-庚醇和芳樟醇被描述为具有“果香、柠檬草香和花香”的香气特征,同时有助于产生优质可可中的果味和花香[18,19]。ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可整体发酵过程中2-戊醇、2-庚醇相对含量呈减少变化趋势,其中2-戊醇均于发酵第4天处于相对含量最低,分别为(0.38±0.04)%、(0.13±0.01)%和(2.73±0.11)%,与未发酵可可阶段相比减少量分别为97.38%、95.36%和92.01%;2-庚醇在ZYP11-9可可发酵第6天达到最低含量0.17%,与鲜豆相比减少量为99.21%;STS16可可发酵第4天达到最低含量0.41%,与鲜豆阶段相比减少量为95.60%;ZYP6-11可可豆发酵第2天达到最低含量0.22%,与鲜豆阶段相比减少量为96.81%。芳樟醇是可可豆中挥发性物质中主要萜烯成分,对一些可可品种的花香和茶香有显著贡献[20],芳樟醇在ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可发酵过中相对含量均呈增加变化趋势,发酵第6-7天相对含量达到最大,分别为(18.24±3.59)%、(20.24±3.02)%和(17.04±6.23)%。


可可发酵过程中有机酸的浓度由于糖的代谢而增加,具有酸味和醋味的乙酸被认为是发酵豆类中气味活性最高的化合物,可可豆在发酵过程中被乙酸酸化,进行各种可可风味开发所需的生化修饰[10]。ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可发酵过程乙酸含量变化规律不一致。STS16可可鲜豆乙酸相对含量高达(22.61±2.06)%,发酵第1、2天乙酸含量呈下降趋势,发酵第3天乙酸相对含量达到峰值(32.37±2.62)%,但发酵第7天乙酸相对含量降低至(10.83±1.73)%,与鲜豆阶段相比含量减少约52.11%。ZYP11-9可可乙酸含量呈先升后降的变化规律,可可鲜豆乙酸相对含量仅为(2.43±0.77)%,发酵第3天达到峰值(33.27±3.92)%,而发酵第7天乙酸相对含量降低至(7.33±2.08)%。然而,ZYP6-11可可发酵过程中乙酸含量呈增加趋势,未发酵鲜豆阶段未检测倒乙酸含量,发酵第1天乙酸含量为(4.17±0.56)%,随后呈增加变化趋势,发酵第6、7天乙酸含量达45%,增长量为发酵第1天的9.73倍。


3-羟基-2-丁酮(乙偶姻)是可可、葡萄酒、黄油、草莓和乳制品的重要风味物质,被广泛用作食品增味剂[21]。3-羟基-2-丁酮在发酵过程中主要作为三甲基吡嗪的前体物质,三甲基吡嗪为可可豆香气的重要气味活性成分,常散发出坚果味与青草味道[14]。ZYP11-9与STS16可可发酵过程中3-羟基-2-丁酮相对含量均下降趋势,与未发酵鲜豆阶段相比分别减少75.06%和65.02%;ZYP6-11可可发酵过程中3-羟基-2-丁酮相对含量呈上升变化趋势,与未发酵鲜豆阶段相比增长量为50.12%。2,3,5-三甲基吡嗪在ZYP11-9、STS16可可发酵过程中相对含量低于0.6%,而ZYP6-11可可发酵过程中2,3,5-三甲基吡嗪相对含量呈下降变化趋势,未发酵鲜豆阶段2,3,5-三甲基吡嗪相对含量为(3.21±0.50)%,在发酵第7天相对含量仅为(0.56±0.03)%,含量减少约82.50%。酯类是仅次于吡嗪类的重要挥发性化合物,主要来源于发酵厌氧阶段有机酸与醇的反应,可提供可可豆的水果风味[7, [22]]。在三种可可发酵过程中,γ-丁内酯在ZYP11-9和STS16可可未发酵鲜豆阶段分别为8.18%和8.56%,在发酵第7天阶段分别为4.53%和5.62%,而丁内酯在ZYP6-11可可未发酵鲜豆阶段仅为3.99%,在发酵第7天阶段为2.21%。


2.3 不同基因型可可发酵过程中主要香气成分分析

对三种基因型可可不同发酵阶段挥发性物质进行主成分分析,结果表明,三种基因型可可发酵过程中PC1与PC2方差总贡献率分别为95.90%、95.00%、89.40%,其主要香气成分相似,与2,3-丁二醇、乙酸、芳樟醇、2-戊醇、2-庚醇等挥发性香气成分相关性较强,但不同发酵阶段的主要香气成分存在差异。由图5-A可见,ZYP11-9可可未发酵与发酵过程挥发性成分存在差异,2-庚醇、2-戊醇、3-羟基-2-丁酮等挥发性物质与未发酵阶段(0A)挥发性物质正相关,其中2-庚醇相对含量高达(21.64±3.61)%,其次为2-戊醇(14.55±2.66)%和3-羟基-2-丁酮(8.26±1.31)%;乙酸、2,3-丁二醇、芳樟醇等挥发性物质与发酵阶段(1A、2A、3A、4A、5A、6A和7A)正相关,其中2,3-丁二醇相对含量最高(56.54±12.00)%,其次为乙酸(14.24±3.32)%和芳樟醇(12.70±2.69)%。由图5-B可见,乙酸与STS16可可未发酵(0B)和发酵阶段(3B)正相关,0B阶段乙酸含量为(22.61±2.06)%,在3B发酵阶段达最高(32.37±2.62)%;2,3-丁二醇、芳樟醇、3-羟基-2-丁酮等挥发性物质与STS16发酵过程(1B、2B、4B、5B、6B、7B)正相关,其中2,3-丁二醇相对含量最高(53.26±4.51)%,其次为芳樟醇(14.72±2.77)%和3-羟基-2-丁酮(8.90±3.30)%。在ZYP6-11可可发酵过程中,0C、1C挥发性物质为2-戊醇、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇等,其中2-戊醇相对含量高达(34.73±1.46)%,其次为3-甲基-1-丁醇(8.34±1.73)%和苯乙醇(6.71±0.68)%;2C、3C、4C、5C挥发性物质为2,3-丁二醇、芳樟醇、3-羟基-2-丁酮等,其中2,3-丁二醇相对含量高达(52.97±16.84)%,其次为芳樟醇(9.41±3.91)%和3-羟基-2-丁酮(5.74±0.69)%,6C、7C挥发性物质为乙酸、2,3-丁二醇、芳樟醇等,其中乙酸相对含量高达(45.13±2.30)%,其次为2,3-丁二醇(20.08±4.58)%、芳樟醇(16.68±7.09)%。


由图6可见,聚类热图直观的呈现了ZYP11-9、STS16、ZYP6-11三种基因型可可发酵过程中32种挥发性成分变化差异,0-4天发酵过程所产生的挥发性物质变化明显高于5-7天,2,3-丁二醇、乙酸、芳樟醇、3-羟基-2-丁酮、2-戊醇、2-庚醇、3-甲基-1-丁醇等挥发性香气成分变化显著,这可能与可可发酵复杂的微生物活动相关。Tigrero等[23]研究表明,可可豆中部分微生物菌种如酵母(S. cerevisiae)近平滑念珠菌(C. Metapsilosis)等在发酵过程的活动有助于产生与果香、花香、巧克力味和杏仁味的香气相关的挥发性化合物。


3 讨论

可可挥发性化合物的数量和类型是影响可可品质的重要指标,也决定了可可的商业价值。近年来,在可可豆加工过程中已鉴定与识别挥发性化合物约有600种[24]。本研究以ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可种质资源为材料,利用 HS-SPME-GC/MS 技术鉴定发现不同基因型可可豆香气成分物质种类主要由醇类、酸类、酯类、酮类、吡嗪类化合物组成,这与秦晓威[25]、Counet等[26]研究结论一致。本研究进一步发现,不同基因型可可豆香气成分物质种类含量存在差异,其中ZYP6-11可可醇类含量较高,是STS16、ZYP11-9可可醇类含量的1.4倍;ZYP11-9可可酯类含量较高,是ZYP6-11可可酯类含量的3.1倍;STS16可可酸类物质含量较高,是ZYP11-9可可酸类含量的5.7倍。Rodriguez 等[14]研究认为醇类物质影响可可果香风味的主要成分。其中,2-戊醇具有明显的水果和花卉香气特征,有利于可可制品品质的提高[27]。研究结果表明,ZYP6-11可可2-戊醇相对含量达34.16%,是STS16可可2-戊醇相对含量的12倍。STS16可可乙酸相对含量较高,是ZYP11-9可可乙酸含量的9.3倍,而Kadow等[28]研究表明,较高的乙酸含量增强可可制品的酸味,降低品质。此外,在ZYP6-11可可香气成分中三甲基吡嗪类物质相对含量较高,Ramli等[29]研究表明,吡嗪类物质表现出坚果味、青草味,具有可可风味增强剂的特性。


可可发酵是一个自发的过程,伴随着挥发性物质的形成,有助于确定芳香可可豆的特性与质量[8]。本研究中,ZYP11-9、STS16、ZYP6-11可可发酵结束其香气物质数量均有所减少,相对含量也有所变化。Frauendorfer等[30]研究表明,一些短链羧酸如乙酸和异戊酸,在可可发酵豆的香气中占主导地位。本研究表明,ZYP6-11发酵酸类物质变化幅度较大,在发酵中后期(第6-7天)酸类挥发性化合物相对含量显著增加,是ZYP11-9、STS16发酵酸类含量的2.46倍,其发酵具有明显的酸性风味,这些酸类物质增加可能是可可浆中糖类物质代谢的结果,乙酸可以通过乙醇氧化产生[31],同时这与Rodriguez等[32]研究过程中酸类挥发性化合物相对含量变化相一致,表明部分品种可可豆经过长时间发酵(超过6天)会增加例如乙酸等酸类挥发性物质的含量。此外,在ZYP11-9发酵中存在丙酸类物质,这类物质通常是在发酵结束后由孢杆菌属(Bacillus spp)代谢产生,然而由于发酵时间过长引起的过度发酵,也会增加这些酸类物质的浓度[14]。本研究发酵过程中有17种共有物质,5种为醇类,分别为2-戊醇、3-甲基-1-丁醇、2-庚醇、2,3-丁二醇、苯乙醇,其香气变化特征与Oberparleiter等[33]研究结果相一致,表现出较为明显的代谢反应。在三种基因型可可发酵过程中,3-甲基-1-丁醇相对含量均出现明显下降,下降幅度平均为7.92,据AFOAKWA等[34]研究表明,3-甲基-1-丁醇是一种戊醇,在发酵过程中被氧化为乙酸酯,并有助于麦芽风味与巧克力风味的形成。本研究进一步发现,ZYP11-9、STS16可可在发酵过程中醇类物质所占相对含量始终最高,是ZYP6-11发酵豆醇类含量的2.1倍,与Camu等[35]、Tagro等[36]研究结论一致,醇类挥发性物质主要由酵母在发酵的厌氧阶段(发酵48小时)产生,而部分醇通过氨基酸的热降解产生,并在后期被氧化成酸类或酯类,高含量的醇类挥发性物质则有利于获得带有花香或甜味的可可产品[18]。酯类与水果风味相关,是继可可中吡嗪类物质之后第二重要的挥发性化合物种类[37]。本研究表明,ZYP11-9、STS16、ZYP6-11三种基因型可可发酵酯类物质相对含量均有所减少,可能是发酵过程中酵母持续代谢的结果[38]。


4 结论

本研究表明,不同基因型可可发酵过程中挥发性香气成分种类组成相似,由醇类、酸类、酯类、酮类、吡嗪类化合物组成,但部分挥发性香气成分相对含量变化不同,其中2,3-丁二醇、2-庚醇、苯乙醇、芳樟醇、乙酸、3-羟基-2-丁酮、2,3,5-三甲基吡嗪等9种共有香气物质在不同基因型可可发酵过程中相对含量变化存在显著差异;并且,主要香气成分与发酵阶段存在一定相关性,其中2,3-丁二醇、乙酸、芳樟醇、3-羟基-2-丁酮与可可发酵阶段正相关,3-甲基-1-丁醇、丁内酯、苯乙酮等香气物质与发酵阶段负相关。不同基因型可可发酵过程中香气成分组成及含量变化存在差异,且主要香气成分与发酵阶段存在相关性,这为优质可可新品种选育及应用提供参考依据。


参考文献

[1] ALVERSON W S, WHITLOCK B A, NYFFELER R, Bayer C, Baum D A. Phylogeny of the core Malvales: evidence from ndhF sequence data[J]. American journal of Botany, 1999, 86(10): 1474-1486.

[2] 秦晓威,郝朝运,吴 刚,李付鹏,赖剑雄. 可可种质资源多样性与创新利用研究进展[J]. 热带作物学报,2014,35(1):188-194.

[3] FAO Statistics [EB/OL]. http://faostat.fao.org. (2022-01-12).

[4] ICCO Statistics [EB/OL]. http://www--icco.org/fine-or-flavour-cocoa/. (2022-01-12).

[5] KONGOR J E, HINNEH M, VAN DE WALLE D, AFOAKWA E O, BOECKX P, DEWETTINCK K. Factors influencing quality variation in cocoa (Theobroma cacao) bean flavour profile - A review[J]. Food Research International, 2016, 82: 44-52.

[6] MENEZES A G T, BATISTA N N, RAMOS C L, SILVA A R D A, EFRAIM P, PINHEIRO A C M, SCHWAN R F. Investigation of chocolate produced from four different Brazilian varieties of cocoa (Theobroma cacao L.) inoculated with Saccharomyces cerevisiae[J]. Food Research International, 2016, 81: 83-90.

[7] QIN X W, LAI J X, TAN L H, HAO C Y, LI F P, HE S Z, SONG Y H. Characterization of volatile compounds in Criollo, Forastero, and Trinitario cocoa seeds (Theobroma cacao L.) in China[J]. International journal of food properties, 2017, 20(10): 2261-2275.

[8] CASTRO-ALAYO E M, IDROGO-VÁSQUEZ G, SICHE R, CARDENAS-TORO F P. Formation of aromatic compounds precursors during fermentation of Criollo and Forastero cocoa[J]. Heliyon, 2019, 5(1): e01157.

[9] 房一明,谷风林,初 众,徐 飞,谭乐和,赖剑雄. 发酵方式对海南可可豆特性和风味的影响分析[J]. 热带农业科学,2012,32(2):71-75.

[10] CEVALLOS-CEVALLOS J M, GYSEL L, MARIDUEÑA-ZAVALA M G, MOLINA-MIRANDA M J. Time-related changes in volatile compounds during fermentation of bulk and fine-flavor cocoa (Theobroma cacao) beans[J]. Journal of Food Quality, 2018, 2018: 1758381.

[11] 段美玉,秦晓威,贺书珍,李付鹏,谢 薇,白亭玉,初 众,赖剑雄. 可可豆罐装发酵过程中挥发性成分变化规律研究[J]. 中国热带农业,2021(4):57-65.

[12] RAHARDJO Y P, SYAMSU K, RAHARDJA S. Impact of controlled fermentation on the volatile aroma of roasted cocoa[J]. Brazilian Journal of Food Technology, 2022, 25.

[13] 刘大群,华 颖. 基于电子鼻与SPME-GC-MS法分析不同脱水方式下萧山萝卜干中的挥发性风味物质[J]. 现代食品科技,2014,30(2):281-284.

[14] HEGMANN E, NIETHER W, ROHSIUS C, PHILLIPS W, LIEBEREI R. Besides variety, also season and ripening stage have a major influence on fruit pulp aroma of cacao (Theobroma cacao L.) [J]. J. Appl. Bot. Food Qual, 2020, 93: 266-275.

[15] 谷风林,房一明,刘 红,卢少芳,谭乐和. 可可发酵过程中蛋白质降解与吡嗪类化合物变化分析[J]. 热带作物学报,2012,33(12):2267-2272.

[16] RODRIGUEZ-CAMPOS J, ESCALONA-BUENDÍA H B, CONTRERAS-RAMOS S M, OROZCO-AVILA I, JARAMILLO-FLORES E, LUGO-CERVANTES E. Effect of fermentation time and drying temperature on volatile compounds in cocoa[J]. Food chemistry, 2012, 132(1): 277-288.

[17] UTRILLA-VÁZQUEZ M, RODRÍGUEZ-CAMPOS J, AVENDAÑO-ARAZATE C H, GSCHAEDLER A, LUGO-CERVANTES E. Analysis of volatile compounds of five varieties of Maya cocoa during fermentation and drying processes by Venn diagram and PCA[J]. Food Research International, 2020, 129: 108834.

[18] MOTAMAYOR J C, LACHENAUD P, DA SILVA E MOTA J W, LOOR R G, KUHN D N, BROWN J S, SCHNELL R J. Geographic and genetic population differentiation of the Amazonian chocolate tree (Theobroma cacao L) [J]. PloS one, 2008, 3(10): e3311.

[19] DUCKI S, MIRALLES-GARCIA J, ZUMBÉ A, TORNERO A, STOREY D M. Evaluation of solid-phase micro-extraction coupled to gas chromatography–mass spectrometry for the headspace analysis of volatile compounds in cocoa products[J]. Talanta, 2008, 74(5): 1166-1174.

[20] ZIEGLEDER G. Linalool contents as characteristic of some flavor grade cocoas[J]. Zeitschrift für Lebensmittel-Untersuchung und Forschung, 1990, 191(4): 306-309.

[21] XIAO Z, QIAO S, MA C, PING, X. Acetoin production associated with the increase of cell biomass in Bacillus pumilus ATCC 14884[J]. African Journal of Microbiology Research, 2010, 4(19): 1997-2003.

[22] APROTOSOAIE A C, LUCA S V, MIRON A. Flavor chemistry of cocoa and cocoa products - an overview[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2016, 15(1): 73-91.

[23] TIGRERO-VACA J, MARIDUEÑA M G, LIAO H L, PRADO M, ZAMBRANO C S, MONSERRATE B, CEVALLOS J M. Microbial Diversity and Contribution to the Formation of Volatile Compounds during Fine-Flavor Cacao Bean Fermentation[J]. Foods, 2022, 11(7): 915.

[24] ENGESETH N J, PANGAN M F A. Current context on chocolate flavor development - a review[J]. Current opinion in food science, 2018, 21: 84-91.

[25] 秦晓威,李付鹏,郝朝运,贺书珍,赵溪竹,赖剑雄,谭乐和,宋应辉. 不同基因型可可资源挥发性香气成分分析 [J]. 热带农业科学,2018,38(5):49-54+61.

[26] COUNET C, OUWERX C, ROSOUX D, Collin, S. Relationship between procyanidin and flavor contents of cocoa liquors from different origins[J]. Journal of agricultural and food chemistry, 2004, 52(20): 6243-6249.

[27] QUEIROZ V T, GUIMARÃES C T, ANHERT D, SCHUSTER I, DAHER R T, PEREIRA M G, WRICKE G. Identification of a major QTL in cocoa (Theobroma cacao L.) associated with resistance to witches’ broom disease[J]. Plant Breeding, 2003, 122(3): 268-272.

[28] KADOW D, BOHLMANN J, PHILLIPS W, LIEBEREI R. Identification of main fine flavour components in two genotypes of the cocoa tree (Theobroma cacao L.) [J]. Journal of Applied Botany and Food Quality, 2013, 86(1): 90-98.

[29] RAMLI N, HASSAN O, SAID M, SAMSUDIN W, IDRIS N A. Influence of roasting conditions on volatile flavor of roasted Malaysian cocoa beans[J]. Journal of food processing and preservation, 2006, 30(3): 280-298.

[30] FRAUENDORFER F, SCHIEBERLE P. Changes in key aroma compounds of Criollo cocoa beans during roasting[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(21): 10244-10251.

[31] SCHWAN R F, WHEALS A E. The microbiology of cocoa fermentation and its role in chocolate quality[J]. Critical reviews in food science and nutrition, 2004, 44(4): 205-221.

[32] RODRIGUEZ-CAMPOS J, ESCALONA-BUENDÍA H B, OROZCO-AVILA I, LUGO-CERVANTES E, JARAMILLO-FLORES M E. Dynamics of volatile and non-volatile compounds in cocoa (Theobroma cacao L.) during fermentation and drying processes using principal components analysis[J]. Food Research International, 2011, 44(1): 250-258.

[33] OBERPARLEITER S, ZIEGLEDER G. Amyl alcohols as compounds indicative of raw cocoa bean quality[J]. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und-Forschung A, 1997, 204(2): 156-160.

[34] AFOAKWA E O, PATERSON A, FOWLER M, RYAN A. Flavor formation and character in cocoa and chocolate: a critical review[J]. Critical reviews in food science and nutrition, 2008, 48(9): 840-857.

[35] CAMU N, DE WINTER T, ADDO S K, TAKRAMA J S, BERNAERT H, DE VUYST L. Fermentation of cocoa beans: influence of microbial activities and polyphenol concentrations on the flavour of chocolate[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2008, 88(13): 2288-2297.

[36] GUEHI S T, DABONNE S, BAN-KOFFI L, KEDJEBO D K, ZAHOULI G I B. Effect of turning beans and fermentation method on the acidity and physical quality of raw cocoa beans[J]. Advance Journal of Food Science and Technology, 2010, 2(3): 163-171.

[37] JINAP S, ROSLI W I W, RUSSLY A R, NORDIN L M. Effect of roasting time and temperature on volatile component profiles during nib roasting of cocoa beans (Theobroma cacao) [J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1998, 77(4): 441-448.

[38] ACULEY P C, SNITKJAER P, OWUSU M, BASSOMPIERE M, TAKRAMA J, NØRGAARD L, NIELSEN D S. Ghanaian cocoa bean fermentation characterized by spectroscopic and chromatographic methods and chemometrics[J]. Journal of Food Science, 2010, 75(6): S300-S307.


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