不同菜用大豆品種籽粒揮發(fā)性組分鑒定及其差異

劉 娜，徐盛春，張古文，胡齊贊，馮志娟，龔亞明

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

不同菜用大豆品種籽粒揮發(fā)性組分鑒定及其差異

劉 娜，徐盛春，張古文，胡齊贊，馮志娟，龔亞明*

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

采用頂空固相微萃取(headspace-solid-phase microextraction，HS-SPME)和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(gaschromatography-massspectrometry，GC-MS)，對比分析了5個菜用大豆品種(臺灣75、浙農(nóng)8號、春豐早、浙農(nóng)3號、福成)的揮發(fā)性化合物組成及揮發(fā)物特征差異。共檢測出41種揮發(fā)性化合物，其中臺灣75共檢出21種，浙農(nóng)8號23種，春豐早24種，浙農(nóng)3號26種，福成18種。利用面積歸一化法，定量得到菜用大豆揮發(fā)性化合物以醇類、醛類為主，其中1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合歡醇、己醛、壬醛、癸醛等物質(zhì)為菜用大豆籽粒主要風(fēng)味物質(zhì)。通過不同品種主要風(fēng)味物質(zhì)的主成分分析可知，臺灣75和浙農(nóng)3號籽粒因1-己醇、壬醛相對含量較高而區(qū)別于其他品種，1-辛烯-3-醇是浙農(nóng)8號區(qū)別于其他品種的標(biāo)志性風(fēng)味物質(zhì)，福成特有的風(fēng)味成分異膽酸乙酯可能與其特殊的芋香味有關(guān)。不同種類風(fēng)味物質(zhì)及不同濃度組成共同影響菜用大豆籽粒的總體風(fēng)味。研究結(jié)果對菜用大豆品質(zhì)育種具有一定的理論指導(dǎo)意義。

菜用大豆；揮發(fā)性物質(zhì)；固相微萃取；氣質(zhì)聯(lián)用；主成分分析

菜用大豆，俗稱毛豆，屬于大豆的專用型品種，指在豆莢鼓粒飽滿，莢色、籽粒呈翠綠色，在生理上處于R6(鼓粒盛期)至R7(初熟期)，籽粒填充到莢長的80% ～ 90%進(jìn)行采收的大豆類型，是一種重要的豆類蔬菜[1-3]。菜用大豆含有人體所必需的多種營養(yǎng)成分，包括優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、碳水化合物、多種游離氨基酸、微量元素、維生素等，對調(diào)節(jié)人體膳食結(jié)構(gòu)和改善營養(yǎng)狀況具有重要作用，對肥胖病、高血壓、糖尿病等有預(yù)防和輔助治療的作用，是公認(rèn)的營養(yǎng)保健蔬菜[4-7]。菜用大豆因口感好且營養(yǎng)豐富，深受消費者喜愛。加入世界貿(mào)易組織后，我國糧/油用大豆產(chǎn)業(yè)受到國外進(jìn)口大豆的嚴(yán)重沖擊，菜用大豆成為我國大豆產(chǎn)業(yè)新的增長點。目前，我國是世界上最大的菜用大豆生產(chǎn)國和出口國，面積和產(chǎn)量均居世界首位[8-9]。菜用大豆已成為我國東南沿海各省農(nóng)業(yè)出口創(chuàng)匯的新興產(chǎn)業(yè)。

隨著生活水平的提高，人們不再僅限于關(guān)注菜用大豆的產(chǎn)量，而對其品質(zhì)也有了更高的要求。菜用大豆的品質(zhì)可分為外觀商品性、食用品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和衛(wèi)生品質(zhì)[10-11]。食用品質(zhì)目前還沒有具體的指標(biāo)，人們大多喜歡香、甜、鮮、軟的品種[12-13]。影響菜用大豆食用品質(zhì)的成分很復(fù)雜，一般可分為甜度、口感、質(zhì)地等，而香氣作為一個影響口感最直接的因素，同樣也是衡量菜用大豆食用品質(zhì)的重要因子[14-15]。菜用大豆在加熱條件下會產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的揮發(fā)性物質(zhì)而影響其口感與風(fēng)味。菜用大豆風(fēng)味是由性質(zhì)不同、含量微少且差異懸殊的眾多揮發(fā)性物質(zhì)組成的混合物。前人研究發(fā)現(xiàn)，煮熟的菜用大豆中芳香氣味的主要成分包括順式茉莉酮、芳樟醇、苯已酮、2-乙酰基-1-吡咯烷等，豆腥味物質(zhì)有1-辛烯-3-醇、己烯醛、1-戊醇、2-庚酮、2-戊基呋喃等[16]。但是，茶葉、香草等植物中的研究表明，上述這些豆腥物質(zhì)并非都帶有不良?xì)馕丁＠?-辛烯-3-醇具有強烈的壤香香氣，近似于薰衣草、玫瑰和甘草的香氣；2-戊基呋喃具有水果香氣[17]。芳香味或豆腥味物質(zhì)均可以通過香氣成分提取結(jié)合高效氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分離鑒定，并和計算機譜庫對照后確認(rèn)[18-19]。目前，菜用大豆揮發(fā)性物質(zhì)的組成與含量方面的研究報道非常少。本文采用頂空固相微萃取法(headspace-solid-phase microextraction，HS-SPME)提取揮發(fā)性物質(zhì)，并通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(gaschromatography-massspectrometry，GC-MS)對5個具有代表性的菜用大豆品種的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析與比較，探討菜用大豆揮發(fā)性物質(zhì)的組成及特異性。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本次實驗共有5個菜用大豆品種，分別為臺灣75、浙農(nóng)8號、春豐早、浙農(nóng)3號、福成。除福成外，其他品種均為目前推廣面積較大的代表性品種，福成因具有特殊的芋香味而列入本研究。于2015年3月20日在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊渡基地大棚內(nèi)播種，小區(qū)面積20 m2，隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)。于豆莢鼓粒飽滿至80%～90%，莢色、籽粒呈翠綠色時，在每小區(qū)隨機選取6株，每株摘取5個豆莢，放于4 ℃冰箱。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7890B/7000C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；上海精宏實驗設(shè)備有限公司DK-88電熱恒溫水浴鍋；上海梅特勒-托利多儀器有限公司AL104電子天平；SPME萃取手柄和PDMS/DVB-65μm的SPME萃取頭。

1.3 試驗方法

準(zhǔn)確稱取4 g切碎的樣品(籽粒)加入到帶孔具塞萃取瓶中，85 ℃水浴加熱，使萃取瓶內(nèi)香氣物質(zhì)達(dá)到平衡，5 min后插入已老化的萃取頭，推出纖維頭，85 ℃水浴頂空吸附60 min，結(jié)束后插入GC-MS進(jìn)樣器進(jìn)行分析。

GC條件：氣相色譜柱為HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度為250 ℃，進(jìn)樣后250 ℃解吸附3 min，載氣為高純He(純度>99.999%)，柱流速1.0 mL·min-1，進(jìn)樣方式為手動無分流進(jìn)樣。升溫程序：40 ℃保持2 min，以5 ℃·min-1上升至240 ℃，保持15 min，總時間為57 min。

MS條件：電離方式為EI，離子源溫度為230 ℃，電子能量為70 eV，描述范圍為35～550 amu。

1.4 定性與定量分析

樣品揮發(fā)性成分根據(jù)GC-MS聯(lián)用分析得到的各色譜峰，通過計算機譜庫NIST98檢索，同時結(jié)合相對保留時間，查閱相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性，并根據(jù)揮發(fā)性氣體成分的峰面積采用面積歸一化法得到各個揮發(fā)性氣體成分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒揮發(fā)性物質(zhì)種類及含量分析

采用頂空固相微萃取法(HS-SPME)提取菜用大豆籽粒的揮發(fā)性氣體，并通過GC-MS檢測其揮發(fā)性物質(zhì)的組成成分，得到5個菜用大豆品種主要揮發(fā)性物質(zhì)成分及其相對含量(表1)。從表1可以看出，共檢出41種物質(zhì)，包括酯類9種，醛類8種，醇類6種，羥類13種，酮類2種，酸類1種，呋喃類1種，含硫化合物1種。在相同分析條件下，不同菜用大豆品種籽粒揮發(fā)性物質(zhì)的種類及含量各不相同。浙農(nóng)3號共檢出26種揮發(fā)性物質(zhì)，其中(Z)-3-壬烯-1-醇相對含量最高，為17.28%；春豐早共檢出24種揮發(fā)性物質(zhì)，其中長葉烯相對含量最高，為14.37%；浙農(nóng)8號共檢出23種揮發(fā)性物質(zhì)，其中1-辛烯-3-醇相對含量最高，達(dá)20.94%；臺灣75共檢出21種揮發(fā)性物質(zhì)，其中十八烷相對含量最高，達(dá)12.28%；福成共檢出18種揮發(fā)性物質(zhì)，其中異膽酸乙酯相對含量最高，達(dá)27.23%。

表1 五個菜用大豆品種的主要揮發(fā)性物質(zhì)及相對含量

Table 1 Volatile components and relative contents of five vegetable soybean varieties %

“—”表示未檢出。

“—” meant not detected.

將5個菜用大豆品種各種揮發(fā)性物質(zhì)按種類分布，各組分相對含量見圖1。醇類物質(zhì)是菜用大豆的主要揮發(fā)性物質(zhì)，占總揮發(fā)性物質(zhì)的18.63% ～ 35.73%；其次是醛類物質(zhì)和酯類物質(zhì)，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)的13.38% ～ 28.87%和4.23% ～ 37.25%。此外，由表1可以看出，5種菜用大豆籽粒共有的揮發(fā)性物質(zhì)有7種，其中醛類和醇類各3種，分別是1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合歡醇、己醛、壬醛、癸醛；除此之外，共有物質(zhì)還有3-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯。

2.2 主要風(fēng)味物質(zhì)的主成分分析

為進(jìn)一步研究揮發(fā)性物質(zhì)對菜用大豆總體風(fēng)味的影響，選取菜用大豆籽粒中含量較高的11種主要揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，得到主成分的特征值、特征向量和載荷矩陣，見表2、表3。只提取特征根大于1的主成分，前2個主成分的特征值大于1，所以有2個主成分。第一主成分的貢獻(xiàn)率為55.11%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為24.65%，2個主成分的累積貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到79.76%，說明前2個主成分代表了這些指標(biāo)79.76%的綜合信息。由表3可知，決定第一主成分大小的揮發(fā)性物質(zhì)是壬醛、長葉烯、己醛、1-乙醇；決定第二主成分大小的揮發(fā)性物質(zhì)是1-辛烯-3-醇。根據(jù)各主成分的貢獻(xiàn)率，對菜用大豆籽粒風(fēng)味影響最大的揮發(fā)性物質(zhì)是壬醛、長葉烯、己醛、1-乙醇、1-辛烯-3-醇。

圖1 五個菜用大豆品種主要揮發(fā)性物質(zhì)種類及含量Fig.1 Components and contents of main volatile compounds in five vegetable soybean varieties

表2 兩個主成分的特征值和貢獻(xiàn)率

Table 2 Eigenvalue and contribution of 2 principal components

主成分特征值貢獻(xiàn)率累計貢獻(xiàn)率PrincipalcomponentsEigenvalueRateofcontribution/%Cumulativecontribution/%16.0655.1155.1122.7124.6579.76

基于含量較高的11種風(fēng)味物質(zhì)[1-辛烯-3醇、長葉烯、己醛、1-乙醇、異膽酸乙酯、2-十一烯醛、3-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯、壬醛、癸醛、(Z)3-壬烯-1-醇、反式金合歡醇]的菜用大豆籽粒得分圖及各成分散點圖見圖2、圖3。臺灣75和浙農(nóng)3號籽粒因1-己醇、壬醛相對含量高于其他品種而位于第一主成分的正半軸；浙農(nóng)8號、福成、春豐早籽粒因長葉烯相對含量較高而位于第一主成分的負(fù)半軸。浙農(nóng)8號籽粒風(fēng)味區(qū)別于其他品種，主要因為1-辛烯-3醇相對含量較高，是其他品種的2倍以上；臺灣75和浙農(nóng)3號籽粒風(fēng)味成分相對含量相近；福成有一種特殊的芋香味，該品種檢測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)含有特異的風(fēng)味成分異膽酸乙酯，且相對含量較高，可能與其特殊風(fēng)味有關(guān)。總的來說，不同菜用大豆品種籽粒各種揮發(fā)性成分以不同組合及配比存在，進(jìn)而形成了它們之間不同的風(fēng)味。

表3 主成分載荷矩陣

Table 3 Principal component loading matrix

主成分物質(zhì)Indegrents主成分Principalcomponents第一第二1-辛烯-3-醇1-Octen-3-ol-0.2650.956長葉烯Longifolene0.929-0.303己醛Hexanal0.843-0.264異膽酸乙酯Ethyliso-allocholate-0.663-0.319壬醛Nonanal0.983-0.0503-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯2-Propenoicacid,3-(4-methoxyphenyl)-,2-ethylhexylester-0.805-0.5832-十一烯醛2-Undecenal-0.147-0.2721-己醇1-Hexanol0.8570.430

圖2 五個菜用大豆品種的主成分得分圖Fig.2 PCA scores for five vegetable soybean varieties

圖3 主要揮發(fā)性物質(zhì)的主成分散點圖Fig.3 PCA biplot for the main volatile components

3 結(jié)論與討論

香味是由復(fù)雜的有機混合物所產(chǎn)生，菜用大豆不同品種間籽粒揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量存在很大差異。5個菜用大豆品種籽粒共有的主要風(fēng)味物質(zhì)有1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合歡醇、己醛、壬醛、癸醛、3-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯。異膽酸乙酯是福成特有的風(fēng)味物質(zhì)，浙農(nóng)8號中1-辛烯-3-醇相對含量是其他品種的2倍以上。菜用大豆籽粒風(fēng)味是由揮發(fā)性成分以不同種類和不同濃度組合的結(jié)果。構(gòu)成香氣組分的主要相關(guān)成分與菜用大豆風(fēng)味存在著必然的客觀聯(lián)系。由于香味本身的復(fù)雜性和試驗條件的限制，這方面的研究相對較少。對不同類型菜用大豆揮發(fā)性成分的進(jìn)一步深入研究，將為今后菜用大豆品質(zhì)育種提供一定的理論依據(jù)。

菜用大豆是大豆的專用型品種，與油用型大豆相比，需要具備一些特殊的性狀才能滿足蔬菜青食的需求，尤其是風(fēng)味的食味品質(zhì)[20-21]。普通的油用大豆如提前收獲，在鮮莢期采青食用，食味品質(zhì)和菜用大豆相比一般較差，主要表現(xiàn)為清香味弱，豆腥味較濃。本研究發(fā)現(xiàn)，菜用大豆鮮籽粒揮發(fā)性成分種類較多，因此，菜用大豆鮮籽粒風(fēng)味是由多種物質(zhì)共同決定的復(fù)雜性狀，其中主要風(fēng)味物質(zhì)包括醛類和醇類。共檢測到8種醛類物質(zhì)，對菜用大豆籽粒總體風(fēng)味具有重要貢獻(xiàn)。其中，己醛、壬醛和癸醛的相對含量較高，己醛具有水果類的特有香氣和味道[22]；壬醛具有強烈的脂肪氣息，稀釋時具有橙子及玫瑰香調(diào)，具有脂肪及柑桔樣的風(fēng)味[23]；癸醛天然存在于柑橘、檸檬、草莓中，具有甜香、柑橘香和花香[24]。此外，2-十一烯醛、十三烯醛在菜用大豆籽粒中也有檢測到，烯醛類物質(zhì)具有典型的清香特征，新鮮的黃瓜中烯醛類物質(zhì)也廣泛存在[25]。醇類物質(zhì)大多數(shù)是由脂質(zhì)氧化分解而來的，有些不飽和醇對風(fēng)味影響較大。如1-辛烯-3-醇在5個菜用大豆品種中相對含量均較高，其中浙農(nóng)8號中相對含量為20.94%，它是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產(chǎn)物，具有愉快的壤香香氣，帶有濃重草藥香韻，近似于薰衣草、玫瑰和干草的香氣[26]。此外，反式金合歡醇在5個菜用大豆品種中均有檢測到，它具有鈴蘭花香氣，并有木香香韻[27]。

植物揮發(fā)性成分研究主要集中在香草類植物[28]、茶葉[29]以及煙草[30]中，近年來風(fēng)味物質(zhì)研究的新領(lǐng)域已經(jīng)轉(zhuǎn)向重要的蔬菜[25，31]和水果[22-23，32]。菜用大豆作為一種新型功能保健蔬菜，風(fēng)味是決定其食味品質(zhì)的重要方面，然而目前國內(nèi)外對這方面尚無系統(tǒng)性的研究。僅有的少數(shù)研究也是在上世紀(jì)80年代甚至更早的時間。Masuda[16]研究發(fā)現(xiàn)，煮熟的菜用大豆中揮發(fā)性物質(zhì)主要包括順式茉莉酮、芳樟醇、苯已酮、2-乙酰基-1-吡咯烷、1-辛烯-3-醇、己烯醛、1-戊醇、2-庚酮、2-戊基呋喃等。本研究在5個菜用大豆品種中均檢測到較高含量的1-辛烯-3-醇，在臺灣75、浙農(nóng)3號中檢測到2-戊基呋喃，而未檢測出其他的上述成分，推測應(yīng)該與試驗的萃取條件、檢測方法和品種差異有關(guān)。姜曉青等[19]對6種毛豆脆粒進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)檢測，發(fā)現(xiàn)己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇含量較高，與本研究相符。

菜用大豆鮮籽粒風(fēng)味是由不同種類的揮發(fā)性物質(zhì)所組成的復(fù)雜性狀。運用主成分分析研究品種與其揮發(fā)性成分的相關(guān)性，可以找出引起品種風(fēng)味差異的主要化合物[32-34]。本研究中，前2個主成分代表了79.76%的樣品信息，可以代表樣品之間的差異。2個主成分主要指向醛類、醇類和一些酯類，這類物質(zhì)也存在于黃瓜中，可能是清香型的決定性物質(zhì)[25]。主成分分析提取了風(fēng)味成分的主要信息，有利于我們理解各類化合物對風(fēng)味的貢獻(xiàn)。風(fēng)味或揮發(fā)性物質(zhì)這種復(fù)雜性狀也有可能是由少數(shù)主效基因所控制，這種復(fù)雜性狀的遺傳、生理生化研究目前很少，需要進(jìn)一步深入研究。

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(責(zé)任編輯 侯春曉)

Identification of volatile compounds in different vegetable soybean varieties and their differences

LIU Na， XU Shengchun， ZHANG Guwen， HU Qizan， FENG Zhijuan， Gong Yaming*

(InstituteofVegetables，ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences，Hangzhou310021，China)

The volatile compounds of five vegetable soybean varieties (Taiwan 75， Zhenong 8， Chunfengzao， Zhenong 3， Fucheng) were comparatively analyzed using solid-phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry (SPME/GC-MS). Results showed that 41 kinds of volatile components were detected， and 21， 23， 24， 26 and 18 kinds of volatile substances from Taiwan 75， Zhenong 8， Chunfengzao， Zhenong 3 and Fucheng， respectively. The ingredients for the characteristic volatile compounds of vegetable soybean were mainly determined to be alcohols and aldehydes. 1-octen-3-ol， cedrol， trans-farnesol， hexanal， nonanal and decanal were the main aroma in all different varieties. Principal component analysis (PCA) was analyzed for major aroma components in different vegetable soybean varieties. 1-hexanol and nonanal were higher in Taiwan 75 and Zhenong 3， which were the characteristic aroma in these two varieties. 1-octen-3-ol was the characteristic flavor in Zhenong 8， while ethyl iso-allocholate was the characteristic aroma in Fucheng which had specific taro flavor. The interaction of main aroma with different concentration leads to the specific flavor of each vegetable soybean. The research results would supply theoretical basis for breeding high quality varieties of vegetable soybean.

vegetable soybean; volatile compound; solid-phase microextraction (SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); principal component analysis (PCA)

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.08.13

2016-03-27

浙江省公益性技術(shù)研究農(nóng)業(yè)項目(2015C32050)；浙江省蔬菜新品種選育重大科技專項(2016C02051)；浙江省自然科學(xué)基金(LY17C150007)

劉娜(1985—)，女，河北唐山人，博士，副研究員，研究方向為菜用豆類遺傳育種。E-mail: ln200811@163.com

*通信作者，龔亞明，E-mail: gongym07@126.com

S643.7

A

1004-1524(2017)08-1321-08

劉娜， 徐盛春， 張古文， 等. 不同菜用大豆品種籽粒揮發(fā)性組分鑒定及其差異[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2017， 29(8): 1321-1328.