荔枝鮮果及其加工品香氣物質研究進展

付麗宇，李艷蘭，張昭其，方 方

（華南農業(yè)大學園藝學院/廣東省果蔬保鮮重點實驗室/南方園藝產品保鮮教育部工程研究中心，廣東 廣州 510642）

香氣作為重要的次生代謝產物，賦予果實獨特的風味品質。果實香氣由多種揮發(fā)性化合物組成，能客觀反映果實的風味、成熟度和品質，是構成和影響鮮果及其加工品品質的重要因素［1］。香氣物質作用廣泛，具有多種生物學活性，在植物與其他植物、微生物、昆蟲及環(huán)境等互作中起重要的信息轉導和傳遞作用［2］。荔枝怡人的香氣隨著消費者對果品質量要求的提高，已成為吸引消費者、提高市場競爭力的重要因素。果實香氣成分及其合成規(guī)律已成新的研究熱點。

荔枝（Litchi chinensisSonn.）屬無患子科植物，是我國亞熱帶地區(qū)最重要、最具特色的果樹種類，面積和產量均為全球之冠［3］。2021 年，我國荔枝種植面積約為52.8 萬hm2，總產量達281 萬t［4-5］。荔枝果實色澤艷麗，果香濃郁，營養(yǎng)豐富，具有很高的食用和藥用價值；果實風味獨特，香味組分不穩(wěn)定，在分離提取時易受條件的影響發(fā)生結構上的改變。近年來，荔枝果實香氣物質種類、分析方法、生物合成代謝取得了重要進展，主要采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）結合氣相色譜-質譜聯用（GC/MS）技術。荔枝的香氣組分研究鑒定出多種揮發(fā)性成分，主要包括萜烯類、酯類、醛類、醇類、酸類、酚類、醚類等，其中以萜烯類、醇類、酯類、醛類等為主要的風味物質。荔枝加工產品的種類較多，香氣也是評價加工產品的重要指標之一，不同加工方式對荔枝香氣物質也有不同程度的影響。脂肪酸、氨基酸和碳水化合物是荔枝香氣成分的前體物質，主要合成途徑是萜類化合物代謝。萜烯類物質在植物的病蟲害防御、授粉和傳播種子等方面也發(fā)揮重要作用［6］。荔枝果實香氣物質種類繁多，代謝機制復雜，嚴重制約香氣物質合成的研究。鑒于香氣物質對荔枝品質的重要貢獻，本文綜述了荔枝果實及其加工產品的揮發(fā)性物質的提取和檢測技術，香氣物質的種類和成分，以及主要影響因素，總結了香氣物質合成機制，并對荔枝香氣的研究方向進行展望，以期為荔枝果實風味品質研究提供科學的理論支撐，并為荔枝選育優(yōu)良品種和優(yōu)質加工品的開發(fā)利用提供參考。

1 荔枝果實香氣物質的種類及檢測方法

1.1 荔枝果實香氣物質的提取和檢測方法

荔枝果實的香氣成分復雜多樣，香味組分不穩(wěn)定，在分離提取時易受條件影響發(fā)生結構上的改變。目前國內外對荔枝的揮發(fā)性物質提取方法主要包括以下幾種：溶劑萃取法是選擇性地提取揮發(fā)性物質且無需特殊儀器，存在萃取效率低、時間長、對溶劑需要量大和揮發(fā)性溶劑殘留問題［7］；吹掃捕集器可以分離出一些易水解和熱敏性的成分，但其吹掃時間較長，所得物質的濃度較低，邢其毅等［8］通過該法對荔枝香氣成分進行分析；固相微萃取法是一種操作方便、靈敏度高、費用低、重現性高且無需有機溶劑的方法，在荔枝香氣成分鑒定中應用廣泛［9］；蒸餾萃取法通過降低系統(tǒng)溫度對香氣進行分離，使其在溫和條件下提取，但不易提取高沸點成分［10］；溶劑輔助萃取法采用液氮冷凍收集芳香物質，在低溫和高真空條件下對荔枝香氣成分進行提取，得到的揮發(fā)性物質在不含高沸點雜質的同時，又無異味，是一種較溫和的提取方法，但提取過程較復雜［11］；頂空固相微萃取法是一種集采樣、提取、濃縮和進樣為一體的方法，還可與氣相色譜或液相色譜等聯用［12］，目前在荔枝香氣物質研究中廣泛應用。荔枝香氣成分鑒定最常用的是氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術，該技術可以對揮發(fā)性物質進行定性和定量分析，結果較為準確、可靠［13］。但對于一些濃度低、氣味閾值小的香氣成分，不能滿足對果品中香氣物質的分析鑒定，需要在傳統(tǒng)的香氣成分檢測技術基礎上增加感官香氣檢測技術。氣相色譜-嗅聞（GC-O）等技術被應用于荔枝風味成分的鑒定［14］。Mahattanatawee 等［15］通過GC-O 技術對3 個荔枝品種進行測定。Feng 等［16］通過SAFE、結合氣相色譜-嗅覺測定/質譜（GC-O/MS）技術，并用香氣提取物稀釋法對甜心荔枝的關鍵香氣進行鑒定。該方法能反映各香氣物質的屬性以及香氣強度，對荔枝的特征香氣研究具有重要貢獻。

1.2 荔枝果實中揮發(fā)性物質的種類

迄今為止，已從荔枝果實中鑒定出多種揮發(fā)性物質，主要包括萜烯類、酯類、醛類、醇類、酚類、酸類等［17］。2007 年，郝菊芳等［18］對5個品種荔枝的香氣成分進行分析鑒定，共分離鑒定出105 種揮發(fā)性物質，其中妃子笑和黑葉中醇類和酯類等芳香物質的含量較高；2015 年，馬錁等［19］在觀音綠荔枝中共鑒定出66 種物質，其中萜類物質占大多數，認為該品種的香氣品質特優(yōu)與其香氣成分中萜烯類物質的種類和相對含量有關。雖然荔枝果實中鑒定出多種揮發(fā)性物質，但只有含量超過其味感閾值的少數物質對果實的風味起重要作用［20］，香氣活性值（Odor activity value，OAV）是揮發(fā)性物質濃度和氣味閾值的比值，值越大，對整體香氣的貢獻就越大［21］。Wu等［22］發(fā)現香葉醇、芳樟醇、月桂烯、順-玫瑰氧化物、1-辛烯-3-醇、反-玫瑰氧化物、香茅醇、香葉醛、己醛和反-2-壬烯醛在不同品種荔枝中OAV 值較大，認為它們對荔枝果實風味有重要貢獻。Feng 等［16］通過最大稀釋倍數（FD）法鑒定香氣物質，認為香葉醇、芳樟醇、月桂烯、順-玫瑰氧化物、呋喃醇、橙花醇、和1-辛烯-3-醇是甜心荔枝香氣的關鍵香氣成分。結合文獻分析，香葉醇賦予荔枝花香和甜香味、芳樟醇有花香味、月桂烯有草香松樹味、順-玫瑰氧化物有玫瑰花香味、1-辛烯-3-醇有蘑菇樣的風味（表1），被認為是荔枝果實的特征香氣成分。但董晨等［23］認為正己醛對荔枝新品種冰荔香氣貢獻較大。

表1 荔枝果實的主要香氣物質Table 1 Main aroma compounds in litchi fruit

鍵合態(tài)揮發(fā)性物質不具有揮發(fā)性，但可通過酸解或酶解形成游離態(tài)揮發(fā)性物質，從而影響果實氣味［24］，Chyau 等［17］對荔枝果實中的游離態(tài)和結合態(tài)的香氣物質進行分析鑒定，發(fā)現游離態(tài)的揮發(fā)性物質主要為苯乙醇、乙偶姻、順式-β-羅勒烯、3-甲基-2-丁烯醇等，而糖苷結合態(tài)物質主要為香葉醛、香葉醇等。李春美等［25］認為懷枝的主要鍵合態(tài)芳香化合物為香葉醇、苯乙醇和苯甲酸等，荔枝特征香氣成分鍵合態(tài)比游離態(tài)含量高，并發(fā)現通過酶解可使荔枝中鍵合態(tài)物質釋放出來。鍵合態(tài)揮發(fā)性物質在果實加工中具有通過酶解增加香氣的潛力，對荔枝香氣的影響還需要深入研究。

1.3 荔枝其他組織中的香氣物質

荔枝花中揮發(fā)性物質主要由游離態(tài)和結合態(tài)兩部分組成，在游離態(tài)中含量最高的是乙偶姻，其次是香葉醇、乙酸-2-異戊烯酯等，在結合態(tài)中僅檢測到香葉醇和香葉醛兩種揮發(fā)性物質［26］。研究表明萜類物質也是花中最主要的成分，主要為芳樟醇、β-月桂烯等單萜物質和α-姜烯、δ-欖香烯、大根香葉烯、α-蓽澄茄油、石竹烯、蛇麻烯等倍半萜物質［27］。不同品種花的揮發(fā)性物質含量差異較大，方長發(fā)等［28］使用頂空萃取和氣質聯用的方法檢測3 個荔枝品種花的主要揮發(fā)性物質，發(fā)現糯米糍的物質種類最多，其次是桂味，妃子笑的揮發(fā)性物質種類最少，3 種荔枝花都有其獨特的香味，妃子笑基本沒有香味，桂味有一些桂花香氣，糯米糍的味道比較香甜。

有關荔枝果皮揮發(fā)性物質研究較少，冼繼東等［29］對妃子笑荔枝果實不同組織香氣成分分析發(fā)現α-姜烯在果皮中相對含量最高。

荔枝膜為荔枝果實的內果皮，陳玲等［30］研究發(fā)現荔枝膜中有52 種化學成分，揮發(fā)油中含量較大的有石竹烯、α-石竹烯、氧化石竹烯、β-倍半水芹烯、異雪松醇、α-沒藥醇、斯巴醇及酯等，其含有揮發(fā)性物質與果肉較一致。

荔枝核的多糖［31］、多酚［32］和氨基酸［33］等方面的研究較多，但對揮發(fā)性成分的研究較少。徐多多等［34］采用蒸餾法聯合GC-MS 提取鑒定荔枝核中揮發(fā)油的香氣成分，發(fā)現其主要揮發(fā)性物質為酯、烯和萘等。

2 荔枝加工產品的香氣物質及其影響因素

2.1 荔枝加工產品的香氣物質

荔枝干、荔枝罐頭、荔枝汁和荔枝酒是荔枝的主要加工產品。荔枝干的主要香氣物質及主要成分與新鮮荔枝有很大差異。郭亞娟等［35］發(fā)現荔枝干主要香氣物質是醇類、烴類、酮類、酯類和醛類，主要成分為丁香烯、D-檸檬烯、可巴烯、苯甲醇和笨乙醇等。

荔枝罐頭是第二大荔枝加工品［36］，Peter等［37］在荔枝果肉、荔枝罐頭和‘Gewurztraminer’荔枝酒3 種產品中均發(fā)現順-玫瑰氧化物、芳樟醇、香葉醇、呋喃醇、香櫞醇、2-苯乙醇、乙酸苯酯、2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯/異己酸乙酯、異丁酸乙酯、a-大馬士酮和香蘭素等12 種常見的氣味活性揮發(fā)性化合物。

荔枝汁除本身可作為果汁或果汁飲料產品外，也可作為荔枝酒、荔枝醋等高附加值產品的原料［7］。移蘭麗等［38］發(fā)現市售荔枝汁的揮發(fā)性物質種類明顯比鮮荔枝汁高，僅有D-檸檬烯和笨乙醇是其共有的主要揮發(fā)性物質。

目前荔枝酒是荔枝產業(yè)最優(yōu)勢的加工產品形式［39］，Tang 等［11］采用頂空固相微萃取氣相色譜質譜結合頂空氣相色譜離子遷移光譜法對荔枝酒發(fā)酵進行了表征分析，發(fā)現發(fā)酵過程中共有97種揮發(fā)物，特征香氣的損失主要發(fā)生在初級發(fā)酵中，且順-玫瑰氧化物比香茅醇的揮發(fā)性強，并觀察到順-玫瑰氧化物單體和二聚體與香茅醇單體的混合物，對調節(jié)荔枝酒風味和進一步改善荔枝酒風味具有重要參考意義。Zhao 等［40］用攪拌棒孢子萃取法（SBSE）結合氣相色譜-質譜聯用法從黑葉荔枝酒和蒸餾酒中檢測出128 種不同類型的芳香化合物，與新鮮荔枝香氣種類不同的是，酯類物質含量較高。β-大馬士酮、芳樟醇、丁酸乙酯、異戊酸乙酯、己酸乙酯、順-玫瑰氧化物和反-玫瑰氧化物是荔枝酒和蒸餾酒特征香氣。

2.2 不同加工和采后處理對荔枝香氣的影響

2.2.1不同加工方式對荔枝香氣的影響 不同加工方式對荔枝香氣影響很大，Wu 等［41］對室溫（25～28 ℃）和低溫（8～10 ℃）下荔枝酒檢測發(fā)現荔枝中的大部分萜類化合物隨著酒發(fā)酵而減少，而萜醇氧化物、醚和乙酸鹽合成并增加。辛酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、順式玫瑰氧化物和反式玫瑰氧化物的氣味活性值（OAV）最高，對荔枝酒的貢獻較大，且低溫有利于保留關鍵香氣。Li 等［42］對加工過程中香氣成分的影響研究表明，在酶水解后荔枝特征香氣成分總量顯著增加，但在酶失活、超濾和滅菌過程中顯著減少。Phanchaisri 等［43］采用高壓處理結合氣相色譜-質譜（GC-MS）分析發(fā)現，乙醇和乙酸乙酯是加壓樣品的主要揮發(fā)物，200 MPa的加壓可以較好的保持荔枝中的酯類揮發(fā)物。

2.2.2不同采后處理對荔枝香氣的影響 不同采后處理對香氣物質的保留也有一定影響，Hanekom 等［44］通過不同采后處理對Mauritius 荔枝果實貯藏過程中香氣揮發(fā)性化合物的影響，發(fā)現MAP 包裝（17%O2+6%CO2）對香葉醇含量保存最好。陳卓慧等［45］采用低溫和氣調保鮮兩種方式貯藏雙肩玉荷包荔枝，分析樣品在0～42 d 貯藏期果實中氨基酸組分含量的變化，發(fā)現γ-氨基丁酸在冷藏條件下先增加后下降，在氣調條件下僅有增加趨勢，丙氨酸（Ala）含量在兩種貯藏方式下有增加趨勢，而谷氨酰胺（GluNH2）在貯藏7 d 后顯著減少。

3 荔枝香氣物質的形成途徑

香氣物質的合成主要以脂肪酸、氨基酸、碳水化合物為前體物質，經一系列酶修飾形成，涉及多個生物代謝通路，如脂肪酸代謝、氨基酸代謝和異戊二烯類化合物生物合成途徑等［46］。

3.1 萜類化合物代謝與香氣物質合成

萜類化合物（terpenoids）是荔枝果實香氣活性物質中的代表性組分，主要由以異戊二烯結構（C5H8）n 為基本單元的烴類及其含氧衍生物組成。一般按分子中含有的異戊二烯數目分為單萜（Monoterpene，C10）、倍半萜（Sesquiterpene，C15）、二萜（Diterpene，C20）、三萜（Triterpene，C30）、四萜（Tetraterpene，C40）、多萜（Polyterpene，n 個C5，n＞10）等［47］。研究表明，荔枝香氣揮發(fā)性化合物成分主要由單萜（香葉醇、芳樟醇、橙花醇等）和倍半萜（β-石竹烯等）組成［16］。其前體生物合成主要有2 條途徑（圖1），質體中的2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate,MEP）途徑和胞質中的甲羥戊酸（Mevalonate,MVA）途徑［48］。李婧等［27］通過分析不同荔枝品種的荔枝花的多個時期中TPS基因的相對表達量變化，發(fā)現LcTPS7基因的表達模式與α-姜烯和大根香葉烯的含量變化趨勢一致，推測該基因與香氣物質的合成相關?，F有研究大多針對荔枝果實中萜類化合物的組成及含量展開分析，有關荔枝果實揮發(fā)性萜類化合物的合成代謝規(guī)律鮮有報道。由于荔枝果實的主要特征香氣是萜類物質，該途徑的研究值得進一步開展。

圖1 荔枝果實香氣中異戊二烯類化合物生物合成途徑［48］Fig.1 Biosynthesis pathway of isoprene compounds in aroma of litchi fruit［48］

3.2 氨基酸代謝與香氣物質合成

氨基酸代謝可產生荔枝果實中果香型的香氣組分［49］，荔枝中苯乙醛和苯乙醇等是以苯丙氨酸作為前體物質［50］。楊苞梅等［51］研究認為黑葉、大丁香、紫娘喜、蘭竹和甜眼荔枝果實中均含有少量的芳香族氨基酸，并且認為γ-氨基丁酸（GABA）、蘇氨酸和丙氨酸是懷枝、雙肩玉荷包、白糖罌和白蠟品種的荔枝果肉的主要氨基酸組分。張斌等［52］研究發(fā)現，發(fā)酵荔枝汁添加谷氨酸可促進酯類物質及苯乙醇等具有愉快香氣物質的生成，從而改善果酒風味、提高果酒品質。有關荔枝采后氨基酸代謝途徑相關酶活性變化情況、中間或末端產物合成代謝情況尚未明確。

3.3 脂肪酸代謝與香氣物質合成

在脂肪酸代謝途徑中，以亞油酸或亞麻酸為前體物質，經過一系列酶生成醛類和醇類物質［53］。荔枝果實中的己醛、己醇、順-3-己烯醛、反-2-己烯醛、2,6-壬二烯醛等主要是通過脂肪酸代謝途徑形成的。鐘慧臻等［54］采用氯仿甲醇（CM）法結合氣相色譜-質譜聯用儀提取分析荔枝果肉中的脂肪酸，鑒定出16 種脂肪酸，不飽和脂肪酸是其主要化學成分；油酸為含量最高的成分，其中單不飽和脂肪酸（MUFA）比直鏈飽和脂肪酸（SFA）含量高，多不飽和脂肪酸（PUFA）含量最低。有關荔枝果實采后經脂肪酸代謝途徑產生的香氣物質的合成和調控卻鮮有報道。

4 展望

荔枝的商業(yè)價值與果實品質密切相關，香氣又是重要的內在品質之一。目前國內外對荔枝以及加工產品的香氣都有一定研究，但是對特征香氣成分的分析還缺少定性及定量的深入分析。隨著多種分析檢測技術的發(fā)展，人們對荔枝果實的香氣成分和含量進行了研究，已經從荔枝果實中鑒定出多種香氣成分，主要包括萜烯類、酯、醛、醇、酸、酚和醚等。大量文獻認為荔枝果實的主要香氣物質為萜類化合物，然而具體的關鍵萜類特征香氣成分尚有待確定。

我國荔枝種質資源眾多，品種之間香氣差異較大，香氣物質種類不一致及其比例不一致對不同品種特征風味具有重要影響。對不同荔枝品種和地區(qū)香氣物質差異的深入研究，有助于對荔枝風味概況的全面了解，為果實的香氣物質合成及其變化的調控技術提供更多的科學依據。從香氣品質優(yōu)異的荔枝品種中挖掘其特征香氣物質，可將特征香氣重點納入育種考量范圍，并在分子水平上尋找控制其香氣形成的遺傳機制。

荔枝香氣組分背景復雜，合成代謝需要多個基因、多條代謝路徑的共同參與，因此關于荔枝果實香氣物質的生物合成途徑的研究還較少，關于香氣代謝調控分子機制研究也較少，這將是荔枝果實香氣研究的重點方向。以果實香氣物質合成代謝生理為切入點，系統(tǒng)研究荔枝果實采后香氣物質合成代謝途徑及協(xié)同影響，利用現代組學篩選香氣合成相關的關鍵結構基因和轉錄因子，克隆香氣物質合成相關酶的相應基因，利用瞬時侵染和穩(wěn)定遺傳轉化體系對基因功能進行鑒定，揭示荔枝香氣物質的合成和調控網絡機制，是荔枝果實香氣研究的必然趨勢，也可以進一步開展有關香氣合成的激素及其他物質的調控機理研究。此外，香氣物質與類黃酮代謝等其他代謝機制關系方面，目前研究還較少，關于荔枝果實采后成熟衰老期間香氣物質代謝途徑的協(xié)同影響機制需要進一步探究。隨著對荔枝果實香氣研究的深入，從果實和加工品中香氣主要物質的提取、分離與鑒定，以及挖掘香氣合成路徑及相關調控基因，有助于豐富荔枝香氣領域的研究，為荔枝果實以及加工產品的品質研究提供理論支撐，并為果實以及加工產品香氣品質改良和分子育種提供更多的科學依據，對我國荔枝產業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。