蘋果梨及其后代果實香氣成分的GC-MC分析

閆興凱，趙 瀅，盧明艷，武春昊，張茂君，王 強

（吉林省農(nóng)業(yè)科學院 a.果樹研究所；b.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)（吉林）果樹科學觀測試驗站，吉林 公主嶺 136100）

蘋果梨是我國主要栽培梨品種，也是育種骨干親本之一。目前，以其為親本已育成了68 個1 代、2 代至多代品種，構成了蘋果梨族系[1]。但是，其品種間果實品質的差異較大，果實香氣性狀評價以感官評價為主，而其果實香氣組分不確定。因此，開展蘋果梨及其后代香氣組分的評價和研究具有重要的現(xiàn)實意義。

香氣是果實品質的重要評價指標，相關研究主要集中于不同香氣組成、種類和含量等對特征香氣的影響方面[2-5]。有關研究者采用氣相色譜質譜聯(lián)用（GC-MC）技術，結合統(tǒng)計學分析，對李[6]、杏[7]、葡萄[8]、蘋果[9]等樹種的果實品質進行了評價。梨作為我國主要栽培的果樹種類，針對其果實香氣成分組成及特征香氣的評價、形成機制等方面的研究，一直以來是其果實品質研究的重點內(nèi)容。田長平等[10]在研究白梨和沙梨品種果實香氣組分構成時發(fā)現(xiàn)，果實香氣成分的種類、組分和總量均存在差異，白梨品種均明顯高于沙梨品種。王強等[11]在研究寒香梨不同貯藏期果實香氣成分含量變化時發(fā)現(xiàn)，在果實軟化過程中，醇、醛、烷、烯及酮等類物質均會向酯類轉化，其果實香氣屬酯香類。李國鵬[12]在研究秋子梨品種果實后熟過程中果實揮發(fā)性組分變化情況時發(fā)現(xiàn)，在蘋香梨果實后熟過程中，其果實中酯類物質的含量升高，而醛類物質的含量下降，故其果實具有濃郁的香氣，乙烯調控PuAAT基因表達，使其果實中酯類物質的合成有所增加。為了進一步開展蘋果梨后代果實品質的評價研究，確定其科學的果實香氣評價體系，本研究利用氣相色譜質譜聯(lián)用（GC-MC）技術測定了蘋果梨及其后代果實的香氣組分，分析其果實香氣組分的組成及差異性，以期為其特征香氣評價及品種選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年在吉林省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所的國家梨產(chǎn)業(yè)技術秋子梨品種改良崗位試驗園（124°02′E，43°11′N）中進行。該試驗園冬季寒冷而夏季炎熱，年平均氣溫5.6 ℃，年平均降水量594.8 mm，無霜期144 d。供試品種分別為蘋果梨、蔗梨、蘋香梨、大梨、寒香梨、大慈梨和寒酥梨，常規(guī)栽培管理。

1.2 取樣方法

果實成熟期，每個品種各隨機選取3 株樹齡相近、樹勢優(yōu)良、無病蟲害的樣樹，于樣樹的不同方位隨機選取果實，每株20 個。將采集的果實于室溫貯藏7 d 后，調查和測定其主要經(jīng)濟性狀指標，每項指標測定各設3 次生物學重復。

1.3 試驗方法

1.3.1 果實主要經(jīng)濟性狀調查

參考《梨種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》，調查參試品種果實的單果質量、果肉質地、可溶性固形物含量、風味和香氣等主要經(jīng)濟性狀指標。

1.3.2 自動頂空萃取香氣成分

將所采果實去皮后選取中間部分的果肉，將其快速切成3 mm 的小塊，混勻，稱取8 g 樣品，置于15 mL 的頂空瓶中，以空瓶作對照，設3 次重復。然后將其置于美國 AgilentG 1888 頂空進樣器中，于壓力為0.07 MPa、溫度為130 ℃的條件下加熱30 min。再于定量環(huán)溫度為135 ℃、傳輸線溫度為140 ℃的條件下抽取揮發(fā)性成分1 mL 以待測。

1.3.3 氣相色譜質譜條件

采用美國Agilent7890A-5975C 氣質聯(lián)用儀進行分析。

GC 條件：色譜柱為HP-5 石英毛細管柱（0.25 mm×30 m × 0.25 μm），載氣為高純He 氣，流速為1 mL/min，進樣口溫度為250 ℃。柱溫箱的升溫程序為：初始溫度45 ℃，保持15 min；然后以5 ℃/min 的速度升溫至180 ℃，保持10 min；再以5 ℃/min 的速度升至230 ℃，保持5 min。

MC 條件：電離方式為EI，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃，四極桿溫度為150 ℃，掃描范圍為40 ～400 amu。

1.3.4 香氣成分分析

利用質譜全離子掃描模式下的總離子流圖譜，檢索NIST08.L 譜庫，結合保留指數(shù)（retention index，RI）確定具體的香氣成分，以峰面積歸一法求得香氣成分的相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Photoshop 軟件作圖，采用Excel 2016 軟件制表，采用SAS 9.0 軟件進行主成分及聚類分析，運用公式（1）計算果實樣品果實品質的綜合分值（Dn）。

式（1）中：Fjn為第n個樣品第j個特征值＞0.9的主成分的分值；m為特征值＞0.9 的主成分的個數(shù)；Ej為第j個主成分的貢獻率；i表示所測定的果實品質指標，i∈[1,7]。

2 結果與分析

2.1 品種來源及果實主要經(jīng)濟性狀比較

參試梨品種的親緣關系及其果實主要經(jīng)濟性狀見表1。由表1可知，以蘋果梨為親本的第1 代品種有3 個，蔗梨為人工雜交選育，蘋香梨和大梨為蘋果梨實生選育；其第2 代品種3 個，寒香梨、大慈梨和寒酥梨均為雜交選育。按果實肉質質地分類，蘋香梨和寒香梨為軟肉類型品種，其余為脆肉型品種；根據(jù)香氣感官評價分類，蘋香梨、寒香梨和大慈梨為有香氣品種，其余為無香氣品種。

表1 蘋果梨及其后代品種的親緣關系及其果實的主要經(jīng)濟性狀Table 1 Genetic relationship and fruit main economic characters of Pingguoli and its offspring

2.2 梨品種果實香氣組分與含量

參試梨品種果實中檢測到的香氣組分見表2。表2顯示，共檢測出香氣組分32 種，酯類19 種，醇類3 種，醛類3 種，烯類2 種，烷類3 種，酮類1 種，其他類1 種。

表2 蘋果梨及其后代果實中的香氣組分Table 2 Fruit aroma components of Pingguoli and its offspring

檢測到的香氣組分，寒香梨的最為豐富，有29 種，蘋果梨28 種，寒酥梨27 種，蔗梨26 種，大梨和大慈梨各有25 種，蘋香梨的最少，只有24 種。參試梨品種果實共有的香氣組分有21 種，酯類13 種，醇類1 種，醛類2 種，烯類1 種，烷類3 種，其他類1 種。

除大梨外，己酸乙酯、乙酸己酯和α-法呢烯等3 種香氣組分在其他參試梨品種果實中的相對含量均最高，其相對含量之和占香氣組分總含量的67.75%～82.75%，其相對含量總和的大小順序為：寒香梨＞蘋香梨＞寒酥梨＞蘋果梨＞大慈梨＞蔗梨。在大梨果實中，乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、α-法呢烯等5 種香氣組分的相對含量均較高，其相對含量之和占香氣組分總含量的88.08%，相對含量由高到低依次為乙酸己酯（52.13%）、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯（10.77%）、α-法呢烯（9.17%）、己酸乙酯（7.92%）、(E)-3- 己烯-1- 醇乙酸酯（7.61%）。

α-法呢烯在參試梨品種果實中均有檢出，其相對含量較高，其可能是蘋果梨及其后代果實特征香氣形成的重要組分之一。

參試梨品種果實總共檢測到11 種特有的香氣組分，其中，酯類6 種，醇類2 種，醛、酮、烯類各1 種。品種間果實特有香氣組分的種類、數(shù)量及相對含量均存在差異。其中，寒香梨最多，有8 種，蘋果梨7 種，寒酥梨6 種，蔗梨和大梨各有4 種，蘋香梨和大慈梨各有3 種。這11 種特有香氣組分的相對含量如圖1所示。由圖1可知，特有香氣組分的相對含量普遍低于1%，只有大梨果實中(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯（清香）的相對含量達到了7.61%。由此可知，參試梨品種間果實特有香氣組分的種類、數(shù)量及相對含量上的差異，很可能是蘋果梨及其后代果實風味產(chǎn)生差異的重要影響因子。

圖1 蘋果梨及其后代果實特有香氣組分的種類與相對含量Fig.1 Types and relative contents of characteristic fruits aroma components of Pingguoli and its offspring

2.3 梨品種果實香氣種類

蘋果梨及其后代品種果實香氣種類和相對含量如圖2所示。蘋果梨及其后代品種果實的香氣種類有7 種，其相對含量的差異較大。蘋果梨、蔗梨、蘋香梨、寒酥梨等品種的香氣組分均以酯類和烯類為主，其酯類的相對含量占其香氣成分總含量的43.60%～57.24%，其相對含量的大小順序為蔗梨＞蘋果梨＞蘋香梨＞寒酥梨；烯類的相對含量占其香氣成分總含量的25.47%～50.17%，其相對含量的大小順序與酯類的相反。大梨、寒香梨和大慈梨等品種的香氣組分均以酯類為主，其相對含量占其香氣成分總含量的74.7%～82.3%，其相對含量的大小順序為大梨＞寒香梨＞大慈梨；其烯類相對含量也較高，占其香氣成分總含量的9.17%～19.05%。蘋果梨及其后代品種果實中醇類、醛類、烷類、酮類及其他類香氣組分的相對含量雖然存在差異，但其相對含量均不高。

圖2 蘋果梨及其后代品種果實香氣種類和相對含量Fig.2 Aroma types and relative contents of fruits of Pingguoli and its offspring

2.4 梨品種果實不同種類香氣組分相對含量的相關性分析與聚類分析

2.4.1 梨品種果實不同種類香氣組分相對含量間的相關性分析

參試梨品種果實不同種類香氣組分相對含量間的相關性分析結果見表3。表3顯示，蘋果梨及其后代果實烯類與酯類、酮類與醛類香氣組分的相對含量之間均呈顯著負相關，而其他種類香氣組分的相對含量之間均無顯著相關性。

表3 梨品種果實不同種類香氣組分相對含量間的相關性分析結果?Table 3 Correlation analysis results between different aroma types and relative content of pear fruits

2.4.2 梨品種果實不同種類香氣組分相對含量的主成分分析

依據(jù)相關性分析結果進行主成分分析，結果見表4。表4顯示，主成分1、主成分2、主成分3 的貢獻率分別為41.99%、29.76%、17.31%，其累積貢獻率為89.06%（＞85%），說明這3 個主成分能夠全面反映各類香氣組分對參試品種果實香氣的貢獻情況。根據(jù)各個主成分的特征向量值可以看出，各個主成分中起決定作用的香氣組分不同，其他類、醛類和醇類香氣組分的相對含量決定了主成分1 的特征值；酯類和烯類香氣組分的相對含量決定了主成分2 的特征值；酮類香氣組分的相對含量決定了主成分3 的特征值。

表4 6 個主成分的特征值與貢獻率和累計貢獻率Table 4 The characteristic value and contribution rate and cumulative contribution rate of 6 principal components

2.4.3 不同梨品種果實香氣組分的綜合評價

基于主成分分析得出的參試梨品種果實各類香氣組分的綜合得分與排名見表5。由表5可知，排名第1、第2、第3 位的依次為蔗梨、蘋果梨和大慈梨。蔗梨果實中各類香氣組分相對含量在主成分1、主成分2 和主成分3 中的得分與排名均較高，說明其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在其他類、醛類、醇類、酯類、烯類和酮類等類香氣組分上；蘋果梨果實各類香氣組分相對含量在主成分2 中的排名占第1 位，而在主成分1 和主成分3 中的排名居中下游，說明其主要優(yōu)勢香氣組分的種類分別為酯類和烯類；大梨和大慈梨果實各類香氣組分相對含量在主成分1 中的排名均靠前，說明其主要優(yōu)勢香氣組分的種類分別為其他類、醛類和醇類等類；寒酥梨果實中的酯類和烯類香氣組分相對含量在主成分2中的排名均靠前；蘋香梨和寒香梨果實中酮類含量在主成分3 中的排名均靠前。

表5 不同梨品種果實不同種類香氣組分的主成分綜合評價結果Table 5 Comprehensive evaluation results of principal components of aroma components of fruits of different pear varieties

2.4.4 不同梨品種香氣組分的聚類分析

對參試梨品種果實中各類香氣組分的相對含量進行聚類分析，結果如圖3所示。當遺傳距離為0.8 時，可將參試梨品種聚類成4 個組：第1 組包括蘋果梨與寒酥梨；第2 組為蘋香梨；第3 組包括大梨、寒香梨和大慈梨；第4 組為蔗梨。各品種間聚類結果的不同，主要體現(xiàn)在主成分2 的得分上，主要差異源于酯類、烯類相對含量的不同。

圖3 基于果實中各類香氣組分相對含量的梨品種間的聚類圖Fig.3 Cluster diagram of pear variety system based on aroma components of fruit

3 結 論

1）參試梨品種果實中共檢測出香氣組分32種，特有香氣組分11 種。

2）果實香氣組分以酯類和烯類為主。酯類成分中，C10以下的2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸庚酯、庚酸乙酯等組分相對含量的占比均較高；具有特異香味的高碳數(shù)的癸酸乙酯、辛酸己酯在大梨、蔗梨和寒酥梨等蘋果梨脆肉型后代中均有檢出，而在軟肉型后代中均未檢出。

香氣組分α-法呢烯，各個參試梨品種均有檢出。果實中α-法呢烯的相對含量，大梨的最低，為9.17%；寒酥梨的最高，為49.53%。

3）烯類與酯類、酮類與醛類之間其相對含量均呈顯著負相關；酯類、醇類、醛類、酮類、烯類及其他類等相對含量的差異是蘋果梨及其后代果實香氣產(chǎn)生差異的主要影響因素，其貢獻率高低各異；不同梨品種果實香氣組分的主成分綜合得分的高低順序為：蔗梨＞蘋果梨＞大慈梨＞大梨＞寒酥梨＞蘋香梨＞寒香梨。

4）依據(jù)酯類和烯類香氣組分相對含量的差異，可將蘋果梨及其后代聚類為4 個組：蘋果梨與其2 代品種寒酥梨為1 組，而與蘋香梨、大梨和蔗梨等1 代品種的遺傳距離均較遠，相同親本的蘋香梨和大梨分屬于不同的組。

4 討 論

4.1 梨果實香氣成分分析

果實香氣與香氣組分、濃度及特征香氣組分的貢獻值均有關。目前已在白梨、沙梨、秋子梨、西洋梨等品種果實中檢測到醛類、醇類、酯類等類揮發(fā)物質300 余種[13]，酯類香氣組分的占比最高，具有草莓、青草及蘋果的風味。其中，C10以下酯類的風味閾值低于長鏈脂肪酸酯的風味閾值，而其在酯類香氣構成中發(fā)揮著主要作用，使其果實具有水果風味[14]。張文君等[15]在分析不同種間梨雜種后代果實香氣時發(fā)現(xiàn)，各品種梨果實香氣中含量較高的酯類化合物的碳數(shù)均在10 以下，具有特征香氣的高碳數(shù)酯類物質含量差異較大。本研究共檢測到19 種酯類物質，C10以下的2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸庚酯、庚酸乙酯等7 種組分的相對含量均較高，這7 種香氣組分在蘋果梨及其后代品種果實香氣形成中的貢獻均較大，這一分析結果與張文君等[15]的研究結果一致。而高碳數(shù)的酯類在蘋果梨不同類型后代中檢測出的種類差異較大。具有葡萄酒香的癸酸乙酯、果香的辛酸己酯在蘋果梨、蔗梨、大慈梨、寒酥梨等脆肉型品種中均有檢出，而在軟肉、有香氣的蘋香梨和寒香梨果實中均未檢出。由此可見，癸酸乙酯、辛酸己酯可能為蘋果梨脆肉型后代特有的香氣組分。

梨果實中醇類化合物的種類少且其相對含量普遍偏低，C6醇類化合物具有青草味[16]。本研究只檢測到3 種醇類化合物，1-己醇在所有品種果實中均有檢出，其相對含量的差異較大，雖為C6醇類但不具有青草味。寒香梨果實中檢測到直鏈高碳數(shù)的具有脂肪、蘑菇香氣的1-辛醇，其可能是寒香梨區(qū)別于其他品種的特征香氣物質。

烯烴類物質具有木質味和花香味[17]，不同類型的烯烴類物質，對梨果實貢獻了不同的香味。如檸檬烯存在于柑橘類水果中，為柑橘類水果貢獻出檸檬香味，其在紅早酥、玉露香等品種中均有檢出[15]。α-法呢烯作為主要的倍半萜類物質，在白梨、秋子梨、沙梨等品種果實中均有檢出，而其在不同栽培類型品種果實中相對含量的差異較大。參試梨品種果實中只檢測到2 種烯烴類揮發(fā)物質，其中α-法呢烯在所有品種果實中均有檢出，且其相對含量最高可達到49.53%。與飽和烯烴類物質相比，倍半萜類物質的閾值較低[18]，但其在受檢果實中的相對含量較高。這一檢測結果說明，α-法呢烯對蘋果梨及其后代品種果實特征香氣的形成具有較為重要的貢獻。同時有關研究結果表明，α-法呢烯含量與植物的冷害程度呈正相關[19]。由于蘋果梨及其后代品種的主要栽培區(qū)域屬于我國北方寒冷地區(qū)，高含量的α-法呢烯是否為品種適應逆境環(huán)境的一種內(nèi)在表現(xiàn)，對此問題尚待深入研究與驗證。

4.2 梨果實香氣成分的綜合評價與聚類分析

品種選育過程中果實香氣的評價，常采用感官評價方法進行鑒評，評價標準分“有”和“無”，而果實香氣組分尚不明確。果實感官評價結果表明，蘋果梨及其后代品種果實香氣各異，蘋果梨、蔗梨、寒酥梨和大梨果實均無香氣，而蘋香梨、寒香梨和大慈梨等果實均有香氣，但是，香氣組分綜合得分排名靠前的品種卻為蔗梨、蘋果梨等感官評價無香氣的品種，而有香氣的蘋香梨、寒香梨等品種的得分排名卻靠后。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是，各香氣組分對梨果實香氣的貢獻率的高低不同。

聚類分析結果表明，蘋果梨及其后代可聚成4 個組，蘋果梨與其第2 代品種聚為1 組，而與其第1 代品種的遺傳距離均相對較遠，親本相同的品種分屬于不同的組。這一研究結果與張文君等[15]對不同種間梨雜種后代香氣的聚類分析結果不一致。蘋果梨及其后代如此復雜的聚類關系，可能因果實香氣在形成和變化過程中受到多因素的影響而致。

綜上所述，蘋果梨及其后代品種果實香氣組分的差異較大，以酯類和烯類為主，蘋果梨及其后代的聚類關系復雜，香氣組分相對含量的綜合得分與感官評價結果不一致。這一研究結果可為蘋果梨后代果實香氣遺傳規(guī)律的研究、特征香氣的鑒定及品種的選育提供參考依據(jù)。