不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè)與分析

黃小忠，盧陽月，林遠(yuǎn)至，張旭淏，許鱺灃，張 曼

（1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院茶與食品科技學(xué)院 江蘇句容 212400；2.江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所 南京 210014）

揮發(fā)性物質(zhì)是食品風(fēng)味的重要組成物質(zhì)，主要包括醛類、醇類、萜烯類、酯類、酮類等，這些物質(zhì)的組成及含量決定了不同食品的獨(dú)特香氣特征[1]。不同類型的物質(zhì)呈現(xiàn)的香味特征有所不同。食品或水果的典型風(fēng)味是由不同含量的揮發(fā)性物質(zhì)組合共同決定的[2]，如γ-十二內(nèi)酯和γ-癸內(nèi)酯是蜜思李的特有香氣物質(zhì)[3]；癸醛、香茅醛、左旋香芹酮和α-萜品醇形成了獅頭柑的特殊香氣[4]；香葉醇、二甲基二硫醚等為枳實(shí)的特征性揮發(fā)性成分[5]。揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)也與其氣味閾值相關(guān)，氣味閾值較高的物質(zhì)雖然含量較高，但對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)小，而一些氣味閾值較低的物質(zhì)成為了食品風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)因子[6-7]。

西瓜甘甜多汁，富含多種維生素、氨基酸和礦物質(zhì)等成分，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)和良好的藥用價(jià)值，是盛夏消暑的必備果品。果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)客觀反映了果實(shí)風(fēng)味特點(diǎn)，是評(píng)價(jià)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[4]。西瓜中的揮發(fā)性物質(zhì)主要包括醛類、醇類、酮類和烯類物質(zhì)。其中，醛類和烯類物質(zhì)是西瓜清香味的主要貢獻(xiàn)因子；醇類和酮類對(duì)西瓜的甜香、水果香、油脂香起重要作用[8-9]。肖守華等[10]分析了3 種不同瓤色的地方西瓜品種果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)醛類和醇類在3 種不同瓤色西瓜中均含量最高，烯類和酯類在黃瓤西瓜中的含量高于兩種紅瓤西瓜，而黃瓤西瓜中酮類含量明顯低于兩種紅瓤西瓜。Yuan 等[11]分析了5 種不同瓤色西瓜中類胡蘿卜素的組成及含量差異，明確了類胡蘿卜素在不同瓤色西瓜中的分布。Gong 等[12]研究了西瓜果實(shí)發(fā)育過程中初級(jí)代謝物的積累模式，發(fā)現(xiàn)初級(jí)代謝物可能通過糖酵解和TCA 循環(huán)參與西瓜果實(shí)風(fēng)味的形成，認(rèn)為香葉基丙酮、反，順-2，6-壬二烯醛等11 種揮發(fā)性物質(zhì)可能是西瓜風(fēng)味形成的關(guān)鍵代謝物[13]。

目前，關(guān)于西瓜揮發(fā)性物質(zhì)的研究多集中于加工工藝對(duì)鮮榨西瓜汁的影響方面[14]，而關(guān)于西瓜種質(zhì)材料果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的研究則鮮有報(bào)道[10-13]，實(shí)踐中仍主要通過人工嗅覺來進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]，限制了對(duì)西瓜香氣品質(zhì)的科學(xué)認(rèn)知。筆者在本研究中擬采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，并結(jié)合主成分分析（principal component analysis，PCA）研究不同瓤色西瓜揮發(fā)性物質(zhì)組成，為進(jìn)一步解析不同瓤色西瓜的特征風(fēng)味及品質(zhì)調(diào)控機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料為黃瓤西瓜自交系WM-26（YF）和紅瓤西瓜自交系WM-53（RF），由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。材料于2022 年4 月定植在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇園博園試驗(yàn)基地，采取相同的栽培管理措施，2022 年5 月下旬，在果實(shí)完全成熟期取不同植株上成熟度和大小均勻一致的瓜進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定分析，每個(gè)瓤色取6 個(gè)瓜為1組，設(shè)3 次重復(fù)，所有樣品液氮速凍后置于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

安捷倫7890A-5975CMS 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó)安捷倫公司），TG-16G 臺(tái)式高速離心機(jī)（湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司），Hei-VAP Expert Control 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海那艾儀器有限公司），Agilent DB-225 色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國(guó)安捷倫公司），SY-1220 電熱恒溫水浴鍋（南京聯(lián)策科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理 稱量西瓜果肉樣品1.000 0 g，將樣品切碎后裝入40 mL 樣品瓶，密封。60 ℃水浴中平衡10 min，插入100 μm 聚二甲基硅氧烷萃取頭在60 ℃條件下頂空萃取30 min，于SPME-GC-MS進(jìn)樣口250 ℃解吸5 min。

1.3.2 SPME- GC- MS 條 件 安 捷 倫7890A-5975CMS，色譜柱：Agilent DB-225（30 m×0.25 mm，0.25μm），汽化室溫度250 ℃，采取不分流模式，載氣為氦氣（純度為99.9%），載氣流速為1 mL·min-1；升溫程序如下：初始溫度40 ℃，以3 ℃·min-1速率升溫至160 ℃，再以15 ℃·min-1的溫度升至230 ℃，保持0.5 min；結(jié)束進(jìn)程。質(zhì)譜電離方式：電子轟擊（Electron Impact Ionization，EI），全掃描模式，掃描范圍為50～500 m/z。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Thermo Xcalibur 2.2 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。獲得的揮發(fā)性物質(zhì)質(zhì)譜與NIST08 質(zhì)譜庫進(jìn)行比對(duì)，篩選匹配度大于80 的物質(zhì)，采用峰面積歸一化法計(jì)算各個(gè)組分在待測(cè)樣品中的相對(duì)含量。使用TBtools[16]軟件進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)熱圖繪制和層次聚類分析。采用MetaboAnalyst 5.0 軟件進(jìn)行偏最小二乘判別分析（Partial Least Squares Discrimination Analysis，PLS-DA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)分析

由表1 可以看出，在不同類型果肉顏色西瓜中檢測(cè)出的揮發(fā)性物質(zhì)不盡相同。兩種不同瓤色西瓜中共檢測(cè)出六大類共40 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括醛類17 種、醇類13 種、酮類5 種、烯烴類3 種、呋喃類1 種和含氮化合物1 種。其中，醛類物質(zhì)種類最多，包括反，順-2，6-壬二烯醛、順式-6-壬烯醛、4-反式壬烯醛等；醇類物質(zhì)次之，主要有3-順式壬-1-醇、反，順-3，6 壬二烯-1-醇等。說明醛類和醇類是西瓜果肉的主要揮發(fā)性物質(zhì)。

表1 不同瓤色類型西瓜中的揮發(fā)性風(fēng)味成分Table 1 Content and volatile components of watermelon fruits with different flesh color

從相對(duì)含量看，不同類別揮發(fā)性物質(zhì)在兩組樣品中含量存在差異，紅色和黃色果肉中均檢測(cè)出醇類物質(zhì)含量最高，分別為70.41%和71.24%；其次為醛類，在紅色和黃色果肉中含量分別為24.37%和22.88%。酮類總含量在紅色果肉中高于黃色果肉，但有3 種酮類含量在紅色果肉中高于黃色果肉，有2 種酮類含量在紅色果肉中低于黃色果肉；烯烴類物質(zhì)總含量在黃色果肉中高于紅色果肉，2 種烯烴類物質(zhì)含量在黃色果肉中高于紅色果肉，但有1 種烯烴類物質(zhì)含量在黃色果肉中低于紅色果肉。呋喃類物質(zhì)只在黃色果肉中檢出。進(jìn)一步比較不同瓤色西瓜樣品發(fā)現(xiàn)，紅瓤西瓜中，反，順-2，6-壬二烯醛、反，順-3，6 壬二烯-1-醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-壬烯、甲氧基苯基肟等在同類別物質(zhì)中含量最高；黃瓤西瓜中，反，順-2，6-壬二烯醛、3-順式壬-1-醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-壬烯、2-戊基呋喃等在同類別物質(zhì)中含量最高。

2.2 不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)的主成分堆積分析

不同瓤色西瓜中揮發(fā)性物質(zhì)組成和占比存在一定差異。筆者在本研究中對(duì)15 種相對(duì)含量大于0.5%的主要揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析。如圖1 所示，3-順式壬-1-醇和反，順-3，6 壬二烯-1-醇在兩組樣品中都占有較大比例。3-順式壬-1-醇在紅瓤西瓜中占總揮發(fā)性物質(zhì)含量的31.56%，在黃瓤西瓜中占總揮發(fā)性物質(zhì)含量的42.11%，該物質(zhì)具有清香味，說明其是主導(dǎo)黃瓤西瓜果實(shí)風(fēng)味的主要成分。反，順-3，6 壬二烯-1-醇在紅瓤和黃瓤西瓜中分別占總揮發(fā)性物質(zhì)含量的31.70%和22.61%，說明該物質(zhì)是主導(dǎo)紅瓤西瓜果實(shí)風(fēng)味的主要成分。在兩組樣品中含量較高的物質(zhì)還有反，順-2，6-壬二烯醛和二甲基硅二醇，這兩種物質(zhì)在不同瓤色西瓜果肉中的含量相當(dāng)且都超過了5.00%。其他酮類、烯烴類等物質(zhì)也對(duì)西瓜果實(shí)風(fēng)味具有貢獻(xiàn)作用。

圖1 不同瓤色西瓜果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)主成分堆積圖Fig.1 Stacking diagram of principal volatile components from watermelon fruits with different color

2.3 不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)PCA分析

不同瓤色西瓜樣品揮發(fā)性物質(zhì)主成分差異的PCA 分析結(jié)果如圖2 所示，2 種瓤色西瓜主成分分析圖中第1 主成分（PC1）的區(qū)分貢獻(xiàn)率為66.7%，第2 主成分（PC2）的區(qū)分貢獻(xiàn)率為30.1%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為96.8%。RF 樣品分布相對(duì)比較集中，表明揮發(fā)性物質(zhì)組成比較相似；YF 樣品分布比較分散，說明其揮發(fā)性物質(zhì)組成存在一定差異，可能與樣品個(gè)體間差異有關(guān)?？傮w來看，2 種瓤色西瓜數(shù)據(jù)點(diǎn)有部分重疊，說明這兩組樣品的香氣特征有一定的相似性（圖2-a）。由各主成分載荷二維圖（圖2-b）可知，2-戊基呋喃（Furan，2-pentyl-）、1-壬烯（1-Nonene）在第一主成分的載荷值較大；十五醛（Pentadecanal-）、順式-6-壬烯醛（6-Nonenal，（Z）-）在第二主成分的載荷值較大。

圖2 不同瓤色西瓜果肉樣本主成分分析圖Fig.2 Score plot of principal component analysis of volatile components from watermelon fruits with different colors

2.4 不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)的層次聚類分析

對(duì)2 種不同瓤色西瓜中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了層次聚類分析，不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)分布規(guī)律如圖3 所示，相對(duì)含量越高紅色越深，反之則藍(lán)色越深。紅瓤和黃瓤西瓜中各類揮發(fā)性物質(zhì)具有一定的相似性，含量略有差異。總體分析，不同瓤色西瓜中揮發(fā)性物質(zhì)分為4 個(gè)類別，I 類（6-甲基-5-庚烯-2-酮～4-反式壬烯醛）主要是醛類和酮類物質(zhì)，4-反式壬烯醛為主要揮發(fā)性物質(zhì)，在紅瓤西瓜中的含量要高于黃瓤西瓜；II 類（2-戊基呋喃～2-反式庚醛）主要是烯烴類和醛類物質(zhì)，1-壬烯為主要揮發(fā)性物質(zhì)，在黃瓤西瓜中的含量要高于紅瓤西瓜；III 類包含反，順-3，6 壬二烯-1-醇和3-順式壬-1-醇兩種物質(zhì)，為西瓜清香味的主要貢獻(xiàn)因子；IV 類包括二甲基硅二醇和反，順-2，6-壬二烯醛，后者具有強(qiáng)烈的紫羅蘭和黃瓜味香氣，這也為西瓜賦予了清香味。

圖3 不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)聚類熱圖Fig.3 Heat map cluster of volatile components in watermelon fruits with different flesh colors

3 討論與結(jié)論

研究表明，不同類型、不同成熟期西瓜揮發(fā)性物質(zhì)組成不同。何聰聰?shù)萚8]和Du 等[17]分別從無籽西瓜中鑒定出46 種和59 種揮發(fā)性香氣物質(zhì)，其中醛類、醇類和酮類物質(zhì)對(duì)無籽西瓜風(fēng)味貢獻(xiàn)最大。Yang 等[18]對(duì)西瓜果汁中的關(guān)鍵香氣物質(zhì)進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)西瓜汁的關(guān)鍵香氣物質(zhì)以醛類為主；熱濃縮降低了西瓜汁的香氣含量[19]，乳酸發(fā)酵后西瓜汁中醇類、酮類和單萜類物質(zhì)含量增加，而醛類和烷類含量降低[9]。黃沁怡等[20]從未成熟西瓜中分離出40 種揮發(fā)性物質(zhì)，其中含氮雜環(huán)化合物和醚類含量較高；從成熟西瓜中分離出36 種物質(zhì)，其中酯類、烷烴類和醇類的相對(duì)含量都較高。肖守華等[10]從不同瓤色西瓜果實(shí)中共得到59 種風(fēng)味物質(zhì)，其中醛類和醇類在3 種不同瓤色西瓜果實(shí)中含量最高。Gong 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，（5E）-6，10-dimethylundeca-5，9-dien-2-one（香葉基丙酮）和1-（4-methylphenyl）ethanone（對(duì)甲基苯乙酮）與西瓜果肉顏色的形成有關(guān)。筆者在不同瓤色西瓜中共鑒定出40 種揮發(fā)性物質(zhì)，種類與Du 等[17]、Maletti 等[22]和肖守華等[10]的研究結(jié)果是一致的，醛類和醇類物質(zhì)含量最高，為主要成分。與前人研究不同的是，肖守華等[10]的研究結(jié)果表明醛類物質(zhì)在3 種不同瓤色西瓜果實(shí)中含量最高，占35.60%，而本研究結(jié)果表明對(duì)西瓜果肉清香起重要作用的是醇類物質(zhì)，在黃肉西瓜中占71.24%，尤其是反，順-3，6 壬二烯-1-醇和3-順式壬-1-醇。相反的是，本研究中3 種酮類物質(zhì)在紅瓤西瓜中的含量高于黃瓤西瓜，而且在黃瓤西瓜中特異性的檢測(cè)出了呋喃類物質(zhì)，這些揮發(fā)性物質(zhì)組成和含量的差異可能與不同西瓜品種、采收期或地域的差異有關(guān)。

醛類物質(zhì)是揮發(fā)性物質(zhì)中含量比較豐富的一類，為果實(shí)提供青草香、花香、果香及脂肪香味[23-26]。醛類物質(zhì)因其閾值低，易與萜烯類[27-31]、酮類[32-33]、酯類[34-36]等其他揮發(fā)性物質(zhì)協(xié)同作用進(jìn)而決定果實(shí)的香氣特征。如金合歡烯、正十一醛和紫蘇醛等是蘆柑特征香氣的主要成分；檜烯、月桂醛等是臍橙的特征香氣成分[4]。己醛、癸醛、4-甲氧基苯甲醛是枇杷花的關(guān)鍵香氣成分[37]。本研究中醛類也是檢測(cè)到的種類最多的揮發(fā)性物質(zhì)，占檢測(cè)出的總揮發(fā)性物質(zhì)的42.5%。本研究中醛類物質(zhì)主要成分是反，順-2，6-壬二烯醛，該物質(zhì)在已有報(bào)道中是西瓜清香味的關(guān)鍵香氣成分[8，16，38]，因而推測(cè)其是本研究中西瓜果肉清香味的主要成分。

醇類是本研究中檢測(cè)到的含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)，其中，反，順-3，6 壬二烯-1-醇、3-順式壬-1-醇是主要成分。在前人的研究中，反，順-3，6 壬二烯-1-醇賦予果實(shí)黃瓜味；3-順式壬-1-醇賦予果實(shí)清香味和花香味，是西瓜[8，20]、甜瓜[38-39]、牡丹[40]等果實(shí)特征香氣的主要物質(zhì)。研究表明，果實(shí)風(fēng)味是由多種揮發(fā)性物質(zhì)共同作用決定的，而且每種揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)果實(shí)香氣的貢獻(xiàn)也與其風(fēng)味閾值相關(guān)[40]。相比醛類物質(zhì)，醇類物質(zhì)一般閾值較高，因而對(duì)風(fēng)味的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。本研究中雖然醇類物質(zhì)含量最高，但其是否為決定西瓜果肉風(fēng)味特征的關(guān)鍵成分還需進(jìn)一步結(jié)合氣味閾值進(jìn)行驗(yàn)證。

筆者在本研究中采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同瓤色西瓜的揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量存在一定差異。本研究中2 個(gè)不同瓤色西瓜樣品中揮發(fā)性物質(zhì)主要以醇類和醛類為主，反，順-3，6 壬二烯-1-醇、3-順式壬-1-醇、反，順-2，6-壬二烯醛、二甲基硅二醇、4-反式壬烯醛、順式-6-壬烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、順-4-癸烯醛是形成紅瓤西瓜果肉香氣特征的重要成分。3-順式壬-1-醇、反，順-3，6 壬二烯-1-醇、反，順-2，6-壬二烯醛、二甲基硅二醇、順式-6-壬烯醛、1-壬烯是形成黃瓤西瓜果肉香氣特征的重要成分。試驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步解析不同瓤色西瓜的特征風(fēng)味及品質(zhì)形成與調(diào)控機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)。