甜瓜果實(shí)中芳香物質(zhì)及香氣鑒定技術(shù)應(yīng)用研究

劉永剛 劉敦華 王銳

摘? 要：該文綜述了甜瓜不同生理期的芳香物質(zhì)種類及含量變化，并對電子鼻、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、氣相色譜-嗅覺辨別技術(shù)在甜瓜香氣成分分析領(lǐng)域的應(yīng)用予以闡述，以期為甜瓜香氣的進(jìn)一步研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：甜瓜;芳香物質(zhì);香氣;鑒定技術(shù)

中圖分類號(hào) S66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ? 文章編號(hào) 1007-7731（2018）23-0010-04

Abstract：In this paper， the types and contents of aromatic substances in melon at different physiological periods are reviewed， and the application of the Electronic Nose，Gas Chromatography-Mass spectrometry （GC-MS） and Gas Chromatography-Olfactory discrimination techniques used in the field of aroma identification and analysis was described with the purpose of laying a foundation for the further study of muskmelon aroma.

Key words：Muskmelon;Aromatic substance;Fragrance;Identication

風(fēng)味是評(píng)價(jià)甜瓜市場價(jià)值的重要指標(biāo)，也是影響消費(fèi)者購買欲望的主要因素[1]。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，甜瓜果實(shí)中的揮發(fā)性香氣成分逾240種，主要為酯類、醛類、醇類、含硫化合物、酮類及萜類化合物[2-4]，當(dāng)下學(xué)者多集中于對甜瓜香氣形成及品種間成分差異進(jìn)行研究。例如，齊紅巖等[5]通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）和氣相色譜儀（GC-FID）對不同薄皮甜瓜品種果實(shí)成熟中的芳香物質(zhì)進(jìn)行了定性定量分析，結(jié)果表明，5大類群薄皮甜瓜（玉美人、龍?zhí)?號(hào)、高甜黃金道、日本甜寶和香沙蜜）果實(shí)成熟時(shí)香氣均以酯類物質(zhì)為主，并含少量醛類、酮類、醇類、酸及其他物質(zhì)，同時(shí)各品種甜瓜均含特有酯類。來鵬飛等[6]選取5個(gè)甜瓜品種進(jìn)行了感官檢驗(yàn)和主要風(fēng)味物質(zhì)測定，結(jié)果表明，不同甜瓜品種間的乙酸乙酯、可溶性糖、有機(jī)酸等指標(biāo)對甜瓜綜合風(fēng)味的影響是造成甜瓜感官檢測結(jié)果不盡相同而風(fēng)味又極其相似的主要原因。唐曉偉等[7]基于風(fēng)味差異，借助電子鼻技術(shù)成功的對甜瓜種類進(jìn)行了鑒別。劉圓[8]、趙光偉[9]、Gonda[10]、Li[11]等就不同品種甜瓜果實(shí)成熟過程中的特征性香氣成分的合成代謝機(jī)制、成分變化進(jìn)行了研究。

甜瓜的風(fēng)味不僅與其品種具有高度相關(guān)性，而且會(huì)隨著不同的發(fā)育成熟階段呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化機(jī)制[12]。一般來說，在甜瓜果實(shí)的成熟及衰老過程中，各發(fā)育階段具備不同的香氣合成及代謝過程，香氣成分的不斷合成和分解是導(dǎo)致未成熟、成熟、衰老甜瓜風(fēng)味差異形成的主要影響因素，而借助特定的鑒定技術(shù)對其各生理發(fā)育階段的香氣物質(zhì)進(jìn)行鑒定分析，是指導(dǎo)甜瓜采后貯藏及市場銷售的重要手段。

1 甜瓜各生理階段香氣成分

甜瓜果實(shí)的香氣成分復(fù)雜且變化程度較大，不同生理期的果實(shí)香氣成分及含量比均有不同。Li[11]等認(rèn)為乙烯（EHT）介導(dǎo)的脂肪酸分解代謝是影響甜瓜成熟風(fēng)味形成的主要因素，因EHT對直鏈香氣揮發(fā)性化合物、脂肪酸風(fēng)味前體物及脂肪族芳香物質(zhì)相關(guān)酶直接響應(yīng)，并表明外源性ETH提高了內(nèi)源ETH生成率和FA水平，最終導(dǎo)致成熟期甜瓜乙酸酯、己酸酯和己酯類含量升高，醇醛類芳香物減少。Juan[14]等通過GC-MS分析“Piel desapo”甜瓜，表明成熟期由于醇乙酰轉(zhuǎn)移酶活性下降，風(fēng)味中醇類物質(zhì)（如正己烷-1-醇）有所增加;果實(shí)表皮的化學(xué)變化增加了萜烯或酸類物質(zhì)的生成。Itay[15]等通過L-苯丙氨酸同位素標(biāo)記法表明甜瓜果皮成熟時(shí)，苯基丙烷、苯丙烯和苯類化合物等香氣物質(zhì)可經(jīng)與PAL及E-肉桂酸相關(guān)的苯丙烷合成路徑產(chǎn)生，L-苯丙氨酸同時(shí)可經(jīng)獨(dú)立于PAL及E-肉桂酸的路徑合成新的苯乙基衍生物，進(jìn)而改善成熟甜瓜風(fēng)味。劉圓[8]等對不同生理期的不同甜瓜品種香氣成分進(jìn)行測定分析，結(jié)果表明，4個(gè)甜瓜品種在花后25d（未成熟時(shí)期）的芳香物質(zhì)以醛類和醇類物質(zhì)為主，花后30d特征風(fēng)味物質(zhì)逐步向酯類轉(zhuǎn)化，花后35d是甜瓜果實(shí)的成熟期，香氣成分以酯類物質(zhì)為主，僅有少量的醛類和醇類物質(zhì)。而文樂欣[13]則對甜瓜進(jìn)行了未熟、成熟、衰老生理階段的劃分，并指出小分子醛類、酯類物質(zhì)及兩者含量的相對變化是導(dǎo)致未熟、成熟、后熟果實(shí)分別具有“黃瓜類似清香味”、“芳香濃郁”、“衰老異味”的主要原因，就相關(guān)酶、基因、乙烯對不同生理階段香氣合成的綜合影響機(jī)制及各時(shí)期主要香氣成分及含量有待于進(jìn)一步深入研究。

2 甜瓜香氣成分鑒定技術(shù)

甜瓜風(fēng)味物質(zhì)種類多樣且構(gòu)成復(fù)雜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，氣相色譜吸聞檢測技術(shù)及電子鼻技術(shù)是近年來較為主流、適用性強(qiáng)的風(fēng)味鑒定技術(shù)，兼具高精度、靈敏性強(qiáng)的優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于甜瓜風(fēng)味的檢測研究[16]。

2.1 電子鼻技術(shù) 電子鼻技術(shù)由Persaud和Dodd于1982年首次提出，該系統(tǒng)主要包括樣品采集系統(tǒng)、傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理、模式識(shí)別和數(shù)據(jù)處理5個(gè)結(jié)構(gòu)組成部分[17]，其檢測原理與人的嗅覺系統(tǒng)相類似。首先，通過氣體采樣系統(tǒng)形成呼氣吸氣的過程，使揮發(fā)性芳香物被電子鼻的傳感器陣列所吸附，所有類型的傳感器與氣體的交互作用通過一系列的物理或者化學(xué)反應(yīng)被記錄并測量。由于不同的揮發(fā)性呈味物質(zhì)與各個(gè)傳感器反應(yīng)，使得傳感器電學(xué)性能發(fā)生改變并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，后經(jīng)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對傳感器陣列電學(xué)信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換、采集和傳輸，同時(shí)對采樣時(shí)間、采樣量、循環(huán)分析間隔等運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行主控，通過軟件分析系統(tǒng)測試提取有效數(shù)據(jù)后建立分析模型，最終通過模式識(shí)別實(shí)現(xiàn)氣體組分分析[18-21]。電子鼻系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

Soo等[22]對不同溫度貯藏下的甜瓜風(fēng)味變化進(jìn)行了研究，并借助電子鼻技術(shù)對甜瓜揮發(fā)性成分間的細(xì)微差異進(jìn)行了有效判別。唐曉偉等[7]利用德國Airsense公司的PEN3電子鼻系統(tǒng)對京玉、金鳳凰等18個(gè)不同品種甜瓜的成熟度及風(fēng)味進(jìn)行了分析測定，結(jié)果表明，通過主成分分析（PCA）和線性判別式分析（LDA），電子鼻可以很好區(qū)分半熟期和完熟期的甜瓜，通過PCA方法電子鼻可以對不同成熟度的甜瓜達(dá)到100%識(shí)別。此外，該技術(shù)可通過對識(shí)別模式的調(diào)整以適應(yīng)不同品種、成熟度樣品香氣成分的測定，如慕薩萊思葡萄酒[23]、枸杞[24]、小曼森酒[25]等。

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)發(fā)明于20世紀(jì)50年代，簡稱氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）[26]。氣相法是一種優(yōu)良的分離手段，可將復(fù)雜混合物中的各組分有效區(qū)分，但定性、鑒定結(jié)構(gòu)能力較差，需借助多種檢測器提高不同化合物的響應(yīng)值，而質(zhì)譜法可實(shí)現(xiàn)組分的專屬定性，提供高靈敏度、準(zhǔn)確度的結(jié)構(gòu)信息，但對組分純度要求較高。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可在前者進(jìn)行組分分離、達(dá)到分析純度后輸入后者進(jìn)行質(zhì)量、結(jié)構(gòu)分析，通過融合兩者的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜有機(jī)化合物的定性定量分析[27]。氣相色譜-質(zhì)譜系統(tǒng)主要構(gòu)件如圖2。

郝璐瑜等[28]采用GC-MS技術(shù)對哈甜-2號(hào)薄皮甜瓜后熟過程中的7個(gè)時(shí)期果實(shí)香氣物質(zhì)的種類及相對含量進(jìn)行了測定分析，試驗(yàn)共測得77種香氣物質(zhì)，酯類物質(zhì)達(dá)40種，隨著后熟進(jìn)行，各種香氣物質(zhì)種類減少，同時(shí)香氣成分含量發(fā)生了不同程度的變化，尤以乙酸乙酯和2，3-丁二醇二乙酸酯相對含量的變化最為明顯。徐曉飛[29]等對4個(gè)不同風(fēng)味類型的甜瓜果實(shí)發(fā)育過程中的風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行了測定比較，GC-MS測定結(jié)果表明，隨著果實(shí)的成熟，各品種芳香物質(zhì)的總量均有較大提高，特別是酯類物質(zhì)增加較快并成為主要芳香物質(zhì)，醇類含量減少，醛類含量變化相對不明顯。唐貴敏等[30]對山農(nóng)黃金1號(hào)甜瓜成熟過程中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)的GC-MS測定結(jié)果與徐曉飛[29]等的研究結(jié)果基本一致，山農(nóng)黃金1號(hào)甜瓜果實(shí)未成熟時(shí)揮發(fā)性物質(zhì)以醛類物質(zhì)為主。隨著果實(shí)發(fā)育，近成熟時(shí)，醇類、醛類物質(zhì)含量急劇降低酯類物質(zhì)含量迅速升高;而在果實(shí)成熟時(shí)揮發(fā)性物質(zhì)則完全以酯類物質(zhì)為主，而Sweetdelight和Takami果實(shí)成熟過程中的揮發(fā)性物質(zhì)變化不同于山農(nóng)黃金1號(hào)，Sweetdelight果實(shí)未成熟時(shí)以醛類、醇類物質(zhì)為主，隨著果實(shí)的發(fā)育，醇類物質(zhì)含量逐漸降低，醛類、酯類物質(zhì)含量逐漸升高，果實(shí)成熟時(shí)揮發(fā)性物質(zhì)以醛類物質(zhì)為主;Takami果實(shí)未成熟時(shí)揮發(fā)性物質(zhì)以醇類、醛類物質(zhì)為主;果實(shí)成熟時(shí)揮發(fā)性物質(zhì)以酯類、醛類物質(zhì)為主。

由此可見，甜瓜香氣的成分差異不僅取決于品種，在果實(shí)成熟發(fā)育的不同階段，起主導(dǎo)作用的主要芳香物質(zhì)也會(huì)表現(xiàn)出含量及種類方面的差異。

2.3 氣相色譜-嗅覺辨別技術(shù) 氣相色譜一嗅覺辨別法技術(shù)（Gas chromatography-olfactometry，GC-O）是一種通過鼻子嗅聞氣相色譜流出物中揮發(fā)性化合物來區(qū)分樣品中真正活性物質(zhì)的方法，該法是鑒別食品提取物中有效方芳香物的一種較為普遍的檢測手段[31]。GC-O裝置主要由氣相色譜和嗅覺探測器組成[32]，如圖3所示。

樣品檢測時(shí)，經(jīng)過預(yù)處理的樣品進(jìn)入氣相色譜后，其揮發(fā)性組分在色譜柱中得到分離，氣相色譜柱的末端裝有三通分流閥，將流出的組分經(jīng)分流閥分成以下2路：一部分進(jìn)入質(zhì)譜檢測器，另一部分流至嗅聞檢測口，用人的鼻子作為檢測器，辨別香氣活性成分并做感官描述[33]。

以GC-O技術(shù)為基礎(chǔ)的香氣分析法包括探測頻率法（DF）、稀釋法（AEDA）和時(shí)間-強(qiáng)度法（OSME），其中以稀釋法（AEDA）最為常用，該法是經(jīng)毛細(xì)管柱將香氣提取物分離、確定保留時(shí)間后，通過溶劑梯度稀釋后進(jìn)入GC-O分析，并由專業(yè)嗅聞人員分別對各時(shí)間段香味物質(zhì)描述、記錄，最后分析特征風(fēng)味物質(zhì)被檢測到的最高稀釋值，此時(shí)的稀釋濃度比值即為該化合物的FD因子（FD因子與該化合物對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)呈正相關(guān)關(guān)系）[34]。

由于部分被測樣品香氣成分構(gòu)成較為復(fù)雜，每種香氣成分對食品的整體風(fēng)味形成貢獻(xiàn)又不盡相同，故某些含量極低但對食品風(fēng)味影響較大的揮發(fā)性成分GC-MS難以捕捉，而GC-O技術(shù)借助人體鼻子的高靈敏度很好的克服了上述缺陷，因而得到了更好的適用性。

Pang等[35]通過GC-O（DF法）鑒定出了“伽師”甜瓜汁的42種香氣成分，并基于GC-O的定性定量檢測結(jié)果計(jì)算得到了7種組分的香氣活性值（OAVs）。Lignou等[36]對比了英國市場上的3種新型“酸性”甜瓜與標(biāo)準(zhǔn)型“加利亞”甜瓜的香氣成分，GC-O分析結(jié)果表明3種新型“酸性”甜瓜中的15種酯類芳香物含量均高于后者并定性定量揭示了4種甜瓜香氣成分間的關(guān)鍵性差異。Jordan等[37]通過將GC-MS和GC-O技術(shù)結(jié)合，對甜瓜水香精和甜瓜果泥的香氣成分進(jìn)行了對比分析，GC-O分析表明，醇類、酯類及一種硫化物（3-（甲基硫基）丙酸乙酯）等25種香氣活性成分是甜瓜果泥的特征性香氣化合物;除甜瓜外，該技術(shù)在哈密瓜[38]、菜籽油[39]、桂花茶[40]等領(lǐng)域同樣得到廣泛應(yīng)用。

3 展望

本文概述了甜瓜不同生理期香氣成分的形成及變化，并就3種常用香氣鑒定技術(shù)作了簡要論述。甜瓜風(fēng)味的形成是基因、酶學(xué)、代謝等多組學(xué)層迭、交叉、共同作用的表達(dá)結(jié)果，不同生理期各組學(xué)進(jìn)程的微觀改變介導(dǎo)香氣主要成分“量”和“類”的宏觀動(dòng)態(tài)變化。研究甜瓜不同生理期香氣成分的合成、分解等微觀代謝機(jī)制并實(shí)現(xiàn)對其采后貯藏及香氣調(diào)控的指導(dǎo)作用是后續(xù)需要進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容。

電子鼻、GC-MS、GC-O兼具高精度、靈敏性、適用性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，也存在主觀性大、辨識(shí)度低、量程窄等缺點(diǎn)，難以滿足“統(tǒng)一化”的樣品檢測需求。總結(jié)不同品類甜瓜生理期并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化歸納、劃分，以期實(shí)現(xiàn)針對各生理階段選用適用性較高的特定檢測手段。此外，在對3類鑒定技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，有必要開發(fā)兼容性更強(qiáng)、操作更便捷、精度更高的新型檢測技術(shù)。

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（責(zé)編：張宏民）