HS-SPME-GC-MS測定西瓜植株不同部位中揮發性成分

張馨予 杜甫佑 劉京宏

摘? ? 要：試驗采用頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜聯用技術，對西瓜早佳植株的不同部位（花、根、葉、莖）的冷凍干燥樣品的揮發性成分分別進行測定。結果表明，西瓜早佳4個部位共鑒定出130種揮發性成分，其中花中52種，根中70種，葉中43種，莖中32種；2-己烯醛為花、葉、莖部位的最主要揮發性物質，苯甲醇為根部位的最主要揮發性物質，不同的揮發性成分賦予了西瓜不同部位特定的香氣，該結論為后續西瓜各部位揮發性成分的開發與加工利用提供了有力的理論依據。

關鍵詞：西瓜；揮發性成分；頂空固相微萃??；氣相色譜-質譜聯用

中圖分類號：S651 文獻標識碼：A 文章編號：1673-2871（2023）09-022-08

Analysis of volatile components of different parts in watermelon by HS-SPME-GC-MS

ZHANG Xinyu， DU Fuyou， LIU Jinghong

（Department of Bioengineering and Chemical Science， Changsha University， Changsha 410022， Hunan， China）

Abstract： To identify the volatile components in different parts of watermelon （Citrullus lanatus） cv..Zaojia， the freeze-dried samples of different parts （flower， root， leaf and stem） in watermelon were used by headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry. The results showed that 130 compounds were identified from four parts of watermelon， among which 52 volatile compounds were identified in the flower part， 70 volatile compounds were identified in the root part， 43 volatile compounds were identified in the leaf part， 32 volatile compounds were identified in the stem part. Among them， 2-hexenal is the essential volatile components in the flower， leaf and stem parts， and benzyl alcohol is the essential volatile components in the root part. The different volatile components impart a specific aroma to the four parts. In this experiment， the volatile components in different parts of watermelon were identified for the first time， providing a theoretical basis for the subsequent development， processing and utilization of volatile components in watermelon.

Key words：Watermelon; Volatile composition; HS-SPME; GC-MS

西瓜（Citrullus lanatus）別名夏瓜、水瓜、月明瓜等，為葫蘆科西瓜屬一年生蔓生藤本植物，我國栽培西瓜品種繁多，主要以新疆、甘肅、山東、江蘇等地最為有名[1]。西瓜果肉味甜多汁，且含有大量的葡萄糖、果糖、氨基酸、蘋果酸、番茄紅素及維生素C等營養物質[2]，是一種富有營養價值且食用安全的水果，深受消費者的喜愛。西瓜種子含油，可用作食品，有清肺潤肺、和中止渴功效，因此中醫學稱西瓜為“天然白虎湯”，果皮和花、根、莖、葉均可用藥，具清熱、利尿、降血壓、治療便秘等功能[3-7]。目前，國內外學者對西瓜不同部位（西瓜汁、果肉、果皮等）中的揮發性成分已報道共有70余種[8-19]，其中西瓜汁中主要揮發性成分為壬醛、反-2-壬烯醛、反，順-2，6-壬二烯醛等，果肉中主要揮發性成分為雪松烯、十六烷酸、順丁烯二酸二丁酯等，果皮中主要揮發性成分為環己烷、十六烷酸、油酸等。前人對西瓜揮發性成分的研究主要集中在果實方面，還未有西瓜花、根、莖、葉部位中揮發性成分的相關報道，缺乏相應部位揮發性成分的研究。頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜（HS-SPME-GC-MS）技術通過吸附/脫吸附技術富集樣品中的揮發性和半揮發性成分，克服了傳統樣品處理技術的一些缺點，已廣泛應用于食品、環境以及生物樣品分析中[20-21]。筆者的試驗首次采用頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜技術，系統對西瓜植株不同部位（花、根、葉、莖）的揮發性成分進行測定，為合理開發西瓜相關部位揮發性成分提供有力依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為早佳，由湖南農業大學中藥材產業基地提供，編號20220420。開花期采集各部位（花、根、葉、莖）樣品，液氮速凍后分類保存于長沙學院生物與化學工程學院力行樓S521室-80 ℃冰箱中，于2022年4月底在湖南農業大學分析測試中心測定揮發性成分。

1.2 儀器與設備

試驗用到的儀器與設備主要包括：GC/MS-QP2010型氣相色譜-質譜聯用儀、GC/MS Solution色譜工作站和NIST.17質譜數據庫（日本島津公司）；恒溫水浴鍋（山東博科生物產業有限公司）、Stableflex固相微萃取纖維頭，類型為PDMS[黑色（膜厚100 μm）、藍色（膜厚30 μm）、灰色（膜厚7 μm）、粉色（膜厚75 μm）]、頂空萃取瓶（上海安譜實驗科技股份有限公司）、Scientz冷凍干燥機（寧波新芝生物科技股份有限公司）、PL203電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]。

1.3 樣品制備

將西瓜的花、根、莖、葉共4部分樣品分別加入適量液氮后磨碎，置于-80 ℃冰箱中，24 h后取出，再放入冷凍干燥機中48 h后制得干燥樣品，磨碎成粉后過60目篩，得到的干燥粉末樣品密封保存于避光陰涼處。西瓜花、根、葉、莖的4部分樣品均設3個重復，共12組。精準稱取4部位樣品各0.60 g置于10 mL頂空萃取瓶中，盡量避免樣品殘留在瓶壁上，并使樣品均勻分布在瓶底。

1.4 萃取

將氣化室溫度設定為240 ℃，萃取纖維頭緩慢插入氣相色譜儀氣化室中，老化40 min。將水浴鍋裝置溫度設定為70 ℃，用鐵夾將萃取瓶置于鐵架臺上固定，萃取瓶1/3處放入水浴鍋中預熱40 min，將萃取進樣手柄插入頂空樣品瓶中，推出萃取纖維頭萃取40 min后，縮回萃取纖維頭，取出萃取手柄。

1.5 GC-MS條件

HP-88色譜柱[100.0 m×0.25 mm×0.20 μm，安捷倫科技（中國）有限公司]；柱內溫度60 ℃；進樣口溫度240 ℃；進樣方式：分流；分流比例：0.5；載氣高純He（純度99.99%）；載氣氣體體積流速1.37 mL·min-1；程序升溫條件為初始溫度60 ℃，維持5 min；以3 ℃·min-1升至140 ℃，保持5 min；再以5 ℃·min-1升至210 ℃，保持10 min；最后以5 ℃·min-1升至240 ℃，保持10 min。分析檢測時間共76 min，于10 min后開始采集數據。

離子源：EI源；離子源溫度：200 ℃，接口溫度：220 ℃；電子能量：70 eV；質荷比掃描范圍：45～500 m·z-1；質譜圖采用NIST.17譜庫進行檢索比對。

1.6 數據分析

采用SPSS16.0 進行數據統計分析。生物學重復3次，技術性重復2次，所有數值取平均值計算分析。

2 結果與分析

2.1 萃取纖維頭選擇

固相微萃取纖維頭因吸附膜材料不同，吸附樣品中的揮發性成分的種類和豐度也有區別，因此試驗先取用西瓜冷凍干燥花樣品0.20 g，分別選取4種不同顏色萃取纖維頭（黑色、藍色、灰色、粉色）對樣品的揮發性成分進行測定，篩選出適合測定西瓜揮發性成分的最佳萃取纖維頭（圖1）。對吸附峰面積高含有量的揮發性成分種類的萃取頭比較結果表明，黑色（16）＞藍色（12）＞灰色（11）＞粉色（5）。因此選取吸附揮發性成分數量相對較多、色譜峰豐度高、分離效果較好的黑色萃取纖維頭進行試驗研究。同時，通過萃取纖維頭優化試驗，發現西瓜花部位測定出的揮發性成分數量較少，還需進行柱溫條件和取樣量條件的優化，以達到最佳的檢測效果。

2.2 柱溫條件的優化選擇

柱溫是氣相色譜柱檢測揮發性物質的重要條件，最佳柱溫一般為被分析物質中的平均沸點或稍低于平均沸點。試驗選擇2種柱溫（50和60 ℃）條件和黑色萃取纖維頭對西瓜冷凍干燥花部位樣品0.20 g分別進行揮發性成分測定。結果表明，柱溫條件在50和60 ℃時高含有量揮發性成分的種類、豐度并無明顯差異，選擇60 ℃為試驗的柱溫。

2.3 取樣量的優化

取西瓜混合冷凍干燥花部位樣品以稱樣遞增方式進行取樣量的優化，分別取0.20 g和0.60 g樣品進行揮發性成分測定。結果表明，取樣量為0.20和0.60 g的揮發性成分種類存在極為明顯的差異（圖2），取樣量0.60 g測定出的高含有量揮發性成分種類較多，達52種，而取樣量0.20 g僅檢測到20種揮發性成分，因此選擇0.60 g作為試驗的取樣量。

2.4 西瓜不同部位揮發性成分解析

通過氣相色譜-質譜對西瓜4個部位（花、根、葉、莖）進行檢測，得出各部位揮發性成分的總離子流圖（圖3）。通過檢索NIST.17質譜數據庫，根據各離子峰的相對豐度等方面進行比對，用面積歸一法對各積分色譜峰占總峰面積百分比進行計算，測得各組分相對百分比含量與種類（表1和表2），共鑒定出130種不同的揮發性成分，其中花中52種，以醇類和醛類為主，讓花具有濃郁而溫馨的香味；根中70種，以烷烴類、醛類為主，使其具有獨特的刺激性汽油味；葉中43種，以醛類、酮類為主，散發出清爽而甜美的香味；莖中32種，以醇類、醛類為主，讓它賦有淡雅而清新的香味；每個部位特有的揮發性成分分別有18、51、15、10種。

西瓜4個部位中存在11種相同的揮發性成分，包括：己醛、2-己烯醛、順-3-己烯-1-醇、壬醛、苯甲醛、苯乙醛 、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、苯甲醇、苯乙醇、4-氧代己-2-烯醛、3，5-二叔丁基苯酚。采用相對峰面積法進行相對含量的比較分析（圖4），己醛和順-3-己烯-1-醇在花和葉中含量均較高，而在根和莖中含量低。2-己烯醛在葉中含量最高，是西瓜葉中最主要的揮發性成分，與其他3個部位相比，呈顯著差異。壬醛和苯甲醛在根中含量均較高，而在其他部位含量很低。苯甲醇在根中含量最高，與其他3個部位相比，呈顯著差異。而苯乙醛、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、苯乙醇、4-氧代己-2-烯醛、3，5-二叔丁基苯酚等5個揮發性成分在各個部位中含量均較低。

3 討論與結論

目前，國內外研究已報道了西瓜果汁[11-13]、果肉[14-17]、果籽[18]和果皮[19]中的揮發性成分，結合主成分分析對西瓜各部位起主要貢獻的揮發性香氣成分進行鑒定，發現不同部位主要揮發性成分的種類和含量均存在明顯的差異，使得西瓜不同部位散發不同的特殊香氣，西瓜汁和果肉中揮發性香氣成分豐富，主要成分為乙醛、壬醛等，具有濃烈的清香和香甜味；果皮中揮發性成分較少，主要成分為乙醛，具有青草香味。在筆者的試驗中，未做香氣的主成分分析，只對西瓜各部位中揮發性成分進行測定。今后可對西瓜各部位的揮發性成分的相對含量進行主成分分析，找出各部位主成分的特征值及其貢獻率。

在筆者的試驗中，西瓜花中揮發性成分相對含量最高的為2-乙基呋喃和2-己烯醛，2-乙基呋喃，呈強烈的焦香香氣，可用作食品添加劑和香料[22]。2-己烯醛是花、葉和莖的主要揮發性成分，當葉片被切斷接觸空氣時，2-己烯醛就會大量釋放出濃郁的綠葉香味，其作為香料和防腐劑在工業、化妝品業都得到普遍應用[23]。異戊醇是花種特有的揮發性成分，有蘋果白蘭地香氣，是我國規定的可允許使用的食用香料，可用作溶劑和化學分析的試劑、增塑劑[24]；西瓜根中揮發性成分含量最高的為苯甲醇和苯甲醛，苯甲醇具有微弱的芳香味，是最簡單的芳香醇之一，可看作是苯基取代的甲醇，生產中可用于增塑劑、溶劑、防腐劑、肥皂、香料、染料等[25]。百里酚是根中的特有揮發性成分，殺菌作用比苯酚強而且毒性低，對口腔咽喉黏膜具有殺菌作用，對齲齒腔還有局部麻醉、防腐等功效，能促進氣管纖毛運動，利于氣管黏液的分泌，起化痰作用[26]；西瓜葉中揮發性成分含量最高的為2-己烯醛，該部位特有的揮發性成分是反式-2-戊烯醛，均可用作食品香料；西瓜莖中揮發性成分含量最高的為2-己烯醛和2-甲基丁烷，該部位特有的揮發性成分是2-甲基丁烷和戊醛，2-甲基丁烷有令人愉快的芳香氣味，可用于有機合成，也可用作溶劑、聚苯乙烯的發泡劑，戊醛主要在工業生產上可用作香料、橡膠促進劑等[27]。這些高含量的揮發性成分賦予了西瓜各部位特殊的香氣，同時還能有效地應用到工業生產中。

綜上所述，筆者在試驗中采用頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜聯用技術對西瓜早佳品種的不同部位冷凍干燥樣品中的揮發性成分進行測定，共鑒定出130種揮發性成分，其中花中52種，根中70種，葉中43種，莖中32種，各部位中均有特定的揮發性成分和11種相同的揮發性成分，賦予了西瓜不同部位特定的香氣。該結論為后續西瓜各部位揮發性成分的開發與加工利用提供了有力的理論支撐。

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