番茄果實(shí)呈香組分及其代謝途徑研究進(jìn)展

王歡歡 ，馬 越 ，白 冰 ，王宇濱 ，趙曉燕 ，張 超

(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心 北京 100097； 2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 沈陽(yáng) 110866；3.果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100097； 4.農(nóng)業(yè)部蔬菜產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100097；5.農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100097)

番茄(Lycopersicon esculentumMill.)是茄科番茄屬植物，是全球產(chǎn)量最高的蔬菜作物[1]。隨著消費(fèi)升級(jí)發(fā)展，消費(fèi)者已經(jīng)不僅僅滿足于番茄的風(fēng)味和口感，其香氣漸漸成為選擇的主要特征。但是，現(xiàn)有關(guān)于番茄香氣的綜述主要是討論了番茄香氣物質(zhì)的具體種類(lèi)以及影響因素[2]，系統(tǒng)對(duì)番茄呈香組分及其代謝途徑的分析還鮮有報(bào)道。因此，筆者介紹了番茄呈香組分及其呈香組分的主要代謝途徑，并在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)呈香組分進(jìn)一步指認(rèn)，為開(kāi)展番茄風(fēng)味研究工作提供參考。

1 番茄的特征香氣組分

番茄中已經(jīng)有200多種揮發(fā)性組分被分離鑒定出來(lái)[3-4]，這些揮發(fā)性組分相互作用，決定了番茄的風(fēng)味[5]。單一香氣成分對(duì)果實(shí)香氣的貢獻(xiàn)與其含量有關(guān)，還與其閾值濃度關(guān)系，研究常以香氣活力值(Odor activity value，OAV)來(lái)表征揮發(fā)性組分的呈香能力，香氣活力值為揮發(fā)性組分濃度與其閾值濃度之比[6]。因而，僅當(dāng)揮發(fā)性組分的OAV大于1時(shí)，其香氣才可以被感受，而且香氣活力值越大，其香氣越明顯[7-9]。因此，以下主要對(duì)OAV大于1的揮發(fā)性組分進(jìn)行討論。

目前，對(duì)番茄果實(shí)中呈香組分的認(rèn)識(shí)還存在一定分歧，Buttery 等[10]認(rèn)為順-3-己烯醛、反-2-己烯醛、己烯醛、反-2-戊烯醛和牻牛兒醛是主要呈香組分；唐曉偉等[11]認(rèn)為己醛、己醇、2-己烯醛、2-乙基-正己醇、順-3-己烯醛、反-3-己烯醛、己烯醇、反-1，2-環(huán)己二醇、2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、5-甲基-2-乙基庚烯、2-戊基呋喃、正辛醛、正辛醇、3，7-二甲基-2，6-辛烯醛、2-環(huán)戊基乙醇是主要呈香組分；Emin等[12]認(rèn)為順式-3-己烯醛、己醛、順-3-己烯醇、β-紫羅蘭酮，β-大馬酮，1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醛、2-異丁基硫咪唑等是主要呈香組分。上述研究者檢出的揮發(fā)性組分均不相同，可能是與番茄的品種、栽培以及氣候環(huán)境相關(guān)。筆者以Buttery等[10]的檢出結(jié)果為主要依據(jù)，將番茄中OAV值大于1的組分進(jìn)行排序，共有順-3-己烯醛、β-紫羅酮、己醛、β-大馬酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-己烯醛、2-異丁基硫咪唑、1-硝基-2-乙基苯、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、順-3-己烯醇、2-苯基乙醇、3-甲基丁醇和水楊酸甲酯等16種組分。同時(shí)，將其他研究者的檢出組分與上述16種組分進(jìn)行比對(duì)，并按照OAV值的大小進(jìn)行排序。表1顯示番茄果實(shí)中部分組分OAV值的排序結(jié)果。通過(guò)對(duì)OAV值的排序，可以發(fā)現(xiàn)不同研究者的結(jié)論中各組分OAV排序大相徑庭，而且還存在部分組分的OAV小于1的情況，比如Buttery等[10]檢測(cè)反-2-庚烯醛、苯乙醛和6-甲基-5-庚基-2-酮的OAV分別為4.6、3.75和2.6，均大于 1，而 Denise等[13]檢測(cè)的結(jié)果分別為0.2、0.5和0.4，均小于1。由此可以推斷反-2-庚烯醛、苯乙醛和6-甲基-5-庚基-2-酮的香氣特征在部分番茄中無(wú)法分辨。鑒于這樣的原因，將OAV小于1的組分進(jìn)一步剔除，共有OAV大于1的揮發(fā)性組分 11 種，分別為順-3-己烯醛、β-紫羅酮、己醛、β-大馬酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、順-3-己烯醇和水楊酸甲酯，以下主要對(duì)這11種組分進(jìn)行討論。在這11中組分中，綜合排序靠前的組分分別為順-3-己烯醛、己醛、β-紫羅酮、1-戊烯-3-酮、β-大馬酮和 2,3-甲基丁醛。

表1 番茄果實(shí)香氣組分OAV排序

2 番茄果實(shí)呈香組分形成途徑

番茄果實(shí)中的11種香氣組分分別來(lái)自于以脂肪酸、氨基酸和類(lèi)胡蘿卜素為前體物質(zhì)的代謝途徑。其中，順-3-己烯醛、己醛、1-戊烯-3-酮、反-2-庚烯醛和順-3-己烯醇主要來(lái)源于脂肪酸代謝途徑；2,3-甲基丁醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮主要來(lái)源于氨基酸代謝途徑；水楊酸甲酯、β-紫羅酮和β-大馬酮主要來(lái)源于類(lèi)胡蘿卜素代謝途徑。另外，還有報(bào)道顯示，番茄果實(shí)中部分揮發(fā)性組分來(lái)源于以羥酸和碳水化合物為前體的代謝途徑[17]。以下主要介紹與番茄果實(shí)香氣相關(guān)的脂肪酸、氨基酸和類(lèi)胡蘿卜素代謝途徑。

2.1 脂肪酸代謝途徑

在脂肪酸代謝途徑中，亞油酸或亞麻酸在脂肪氧合酶(Lipoxygenase，LOX)催化下生成氫過(guò)氧化物，氫過(guò)氧化物在氫過(guò)氧化物酶(Hydroperoxide ly-ase，HPL)催化下生成 9-HPODs 或 13-HPODs，9-HPODs或13-HPODs在氧化酶作用下，生成己醛、順-3-己烯醛等C6醛類(lèi)化合物，C6醛類(lèi)物質(zhì)在乙醇脫氫酶(Alcohol dehydrogenase，ADH)的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的醇類(lèi)物質(zhì)[18-23]。

番茄果實(shí)中的己醛、己醇、順-3-己烯醛、順-3-己烯醇、反-2-己烯醛、戊烯醛和反-2-戊烯主要是通過(guò)脂肪酸代謝途徑形成的，具體形成過(guò)程見(jiàn)圖1:亞油酸或亞麻酸在脂肪氧合酶的催化下會(huì)生成具有共軛二烯結(jié)構(gòu)的氫過(guò)氧化物，進(jìn)而與氫氧化物裂解酶一起生成了己醛和順-3-己烯醛，而順-3-己烯醛又會(huì)在異構(gòu)酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榉?2-己烯醛；隨后醛類(lèi)物質(zhì)又可以在乙醇脫氫酶的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)榧捍己晚?3-己烯醇[24]。這些組分香氣活力值排序?yàn)?順-3-己烯醛>己醛>反-2-己烯醛>順-己烯醇。

圖1 番茄果實(shí)特征香氣組分的脂肪酸代謝途徑

2.2 氨基酸代謝途徑

番茄果實(shí)特征香氣組分的氨基酸合成途徑是以苯丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸等幾種氨基酸為前體物質(zhì)[25-27]，在轉(zhuǎn)氨酶(Amino transferase)作用下轉(zhuǎn)氨，再經(jīng)丙酮酸脫氨酶的脫氨或者脫羧作用轉(zhuǎn)變成支鏈醇，進(jìn)而形成酮類(lèi)物質(zhì)和酯類(lèi)物質(zhì)[28-29]。在氨基酸代謝途徑中，苯乙醛和苯乙醇的是以苯丙氨酸作為前體物質(zhì)，3-甲基丁醛、3-甲基丁醇是由亮氨酸轉(zhuǎn)氨形成(圖 2)。

2.3 類(lèi)胡蘿卜素途徑

6-甲基-5-庚基-2-酮、2-異丁基間硫氮茂、β-紫羅酮、β-大馬酮等直鏈和環(huán)狀異戊二烯等芳香物質(zhì)的合成前體物質(zhì)是類(lèi)胡蘿卜素[30-31]。Buttery和Steven[32-33]等在研究發(fā)現(xiàn)，類(lèi)胡蘿卜素含量與特征香氣組分含量呈正相關(guān)關(guān)系，為該代謝途徑提供支撐。

3 小結(jié)及展望

番茄果實(shí)的揮發(fā)性組分復(fù)雜，已經(jīng)檢測(cè)出200多種化合物，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的總結(jié)和分析發(fā)現(xiàn)，順-3-己烯醛、β-紫羅酮、己醛、β-大馬酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、順-3-己烯醇和水楊酸甲酯等11種揮發(fā)性組分的香氣活力均高于1.0，是番茄果實(shí)的主要呈香組分。在這11種化合物中，己醛、1-戊烯-3-酮、順-3-己烯醛、順-3-己烯醇和反-2-庚烯醛均來(lái)源于脂肪酸代謝途徑。因此，脂肪酸代謝途徑是形成番茄特征性香氣的主要途徑。在脂肪酸代謝途徑中，脂肪氧合酶以亞油酸和亞麻酸為底物，催化生成順-3-己烯醛、己醛、反-2-己烯醛；順-3-己烯醛、己醛、反-2-己烯醛可以在乙醇脫氫酶的作用下進(jìn)一步生成順-3-己烯醇、己醇、反-2-己烯醇。因此，脂肪氧合酶和乙醇脫氫酶是脂肪酸代謝途徑中形成番茄特征性香氣成的關(guān)鍵酶。