不同瓤色西瓜果肉揮發性物質檢測與分析

黃小忠，盧陽月，林遠至，張旭淏，許鱺灃，張 曼

（1.江蘇農林職業技術學院茶與食品科技學院 江蘇句容 212400；2.江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室·江蘇省農業科學院蔬菜研究所 南京 210014）

揮發性物質是食品風味的重要組成物質，主要包括醛類、醇類、萜烯類、酯類、酮類等，這些物質的組成及含量決定了不同食品的獨特香氣特征[1]。不同類型的物質呈現的香味特征有所不同。食品或水果的典型風味是由不同含量的揮發性物質組合共同決定的[2]，如γ-十二內酯和γ-癸內酯是蜜思李的特有香氣物質[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的特征性揮發性成分[5]。揮發性物質對風味的貢獻也與其氣味閾值相關，氣味閾值較高的物質雖然含量較高，但對風味貢獻小，而一些氣味閾值較低的物質成為了食品風味的主要貢獻因子[6-7]。

西瓜甘甜多汁，富含多種維生素、氨基酸和礦物質等成分，具有豐富的營養和良好的藥用價值，是盛夏消暑的必備果品。果實揮發性物質客觀反映了果實風味特點，是評價果實風味品質的重要指標之一[4]。西瓜中的揮發性物質主要包括醛類、醇類、酮類和烯類物質。其中，醛類和烯類物質是西瓜清香味的主要貢獻因子；醇類和酮類對西瓜的甜香、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的揮發性物質，發現醛類和醇類在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]研究了西瓜果實發育過程中初級代謝物的積累模式，發現初級代謝物可能通過糖酵解和TCA 循環參與西瓜果實風味的形成，認為香葉基丙酮、反，順-2，6-壬二烯醛等11 種揮發性物質可能是西瓜風味形成的關鍵代謝物[13]。

目前，關于西瓜揮發性物質的研究多集中于加工工藝對鮮榨西瓜汁的影響方面[14]，而關于西瓜種質材料果實揮發性物質的研究則鮮有報道[10-13]，實踐中仍主要通過人工嗅覺來進行評價[15]，限制了對西瓜香氣品質的科學認知。筆者在本研究中擬采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法對不同瓤色西瓜果肉揮發性物質進行分析，并結合主成分分析（principal component analysis，PCA）研究不同瓤色西瓜揮發性物質組成，為進一步解析不同瓤色西瓜的特征風味及品質調控機制提供科學依據。

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），由江蘇省農業科學院蔬菜研究所提供。材料于2022 年4 月定植在江蘇農林職業技術學院江蘇園博園試驗基地，采取相同的栽培管理措施，2022 年5 月下旬，在果實完全成熟期取不同植株上成熟度和大小均勻一致的瓜進行揮發性物質測定分析，每個瓤色取6 個瓜為1組，設3 次重復，所有樣品液氮速凍后置于-80 ℃保存備用。

1.2 儀器與設備

安捷倫7890A-5975CMS 氣質聯用儀（美國安捷倫公司），TG-16G 臺式高速離心機（湖南凱達科學儀器有限公司），Hei-VAP Expert Control 旋轉蒸發儀（上海那艾儀器有限公司），Agilent DB-225 色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美國安捷倫公司），SY-1220 電熱恒溫水浴鍋（南京聯策科學儀器有限公司）。

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；結束進程。質譜電離方式：電子轟擊（Electron Impact Ionization，EI），全掃描模式，掃描范圍為50～500 m/z。

1.4 數據分析

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

2 結果與分析

2.1 不同瓤色西瓜果肉揮發性物質分析

由表1 可以看出，在不同類型果肉顏色西瓜中檢測出的揮發性物質不盡相同。兩種不同瓤色西瓜中共檢測出六大類共40 種揮發性物質，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性物質。

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

從相對含量看，不同類別揮發性物質在兩組樣品中含量存在差異，紅色和黃色果肉中均檢測出醇類物質含量最高，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；烯烴類物質總含量在黃色果肉中高于紅色果肉，2 種烯烴類物質含量在黃色果肉中高于紅色果肉，但有1 種烯烴類物質含量在黃色果肉中低于紅色果肉。呋喃類物質只在黃色果肉中檢出。進一步比較不同瓤色西瓜樣品發現，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中含量最高。

2.2 不同瓤色西瓜果肉揮發性物質的主成分堆積分析

不同瓤色西瓜中揮發性物質組成和占比存在一定差異。筆者在本研究中對15 種相對含量大于0.5%的主要揮發性物質進行分析。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性物質含量的31.56%，在黃瓤西瓜中占總揮發性物質含量的42.11%，該物質具有清香味，說明其是主導黃瓤西瓜果實風味的主要成分。反，順-3，6 壬二烯-1-醇在紅瓤和黃瓤西瓜中分別占總揮發性物質含量的31.70%和22.61%，說明該物質是主導紅瓤西瓜果實風味的主要成分。在兩組樣品中含量較高的物質還有反，順-2，6-壬二烯醛和二甲基硅二醇，這兩種物質在不同瓤色西瓜果肉中的含量相當且都超過了5.00%。其他酮類、烯烴類等物質也對西瓜果實風味具有貢獻作用。

圖1 不同瓤色西瓜果實揮發性物質主成分堆積圖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性物質PCA分析

不同瓤色西瓜樣品揮發性物質主成分差異的PCA 分析結果如圖2 所示，2 種瓤色西瓜主成分分析圖中第1 主成分（PC1）的區分貢獻率為66.7%，第2 主成分（PC2）的區分貢獻率為30.1%，累計貢獻率為96.8%。RF 樣品分布相對比較集中，表明揮發性物質組成比較相似；YF 樣品分布比較分散，說明其揮發性物質組成存在一定差異，可能與樣品個體間差異有關。總體來看，2 種瓤色西瓜數據點有部分重疊，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性物質的層次聚類分析

對2 種不同瓤色西瓜中的揮發性物質進行了層次聚類分析，不同瓤色西瓜果肉揮發性物質分布規律如圖3 所示，相對含量越高紅色越深，反之則藍色越深。紅瓤和黃瓤西瓜中各類揮發性物質具有一定的相似性，含量略有差異。總體分析，不同瓤色西瓜中揮發性物質分為4 個類別，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，4-反式壬烯醛為主要揮發性物質，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，1-壬烯為主要揮發性物質，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，為西瓜清香味的主要貢獻因子；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性物質聚類熱圖Fig.3 Heat map cluster of volatile components in watermelon fruits with different flesh colors

3 討論與結論

研究表明，不同類型、不同成熟期西瓜揮發性物質組成不同。何聰聰等[8]和Du 等[17]分別從無籽西瓜中鑒定出46 種和59 種揮發性香氣物質，其中醛類、醇類和酮類物質對無籽西瓜風味貢獻最大。Yang 等[18]對西瓜果汁中的關鍵香氣物質進行鑒定，發現西瓜汁的關鍵香氣物質以醛類為主；熱濃縮降低了西瓜汁的香氣含量[19]，乳酸發酵后西瓜汁中醇類、酮類和單萜類物質含量增加，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 種揮發性物質，其中含氮雜環化合物和醚類含量較高；從成熟西瓜中分離出36 種物質，其中酯類、烷烴類和醇類的相對含量都較高。肖守華等[10]從不同瓤色西瓜果實中共得到59 種風味物質，其中醛類和醇類在3 種不同瓤色西瓜果實中含量最高。Gong 等[21]研究發現，（5E）-6，10-dimethylundeca-5，9-dien-2-one（香葉基丙酮）和1-（4-methylphenyl）ethanone（對甲基苯乙酮）與西瓜果肉顏色的形成有關。筆者在不同瓤色西瓜中共鑒定出40 種揮發性物質，種類與Du 等[17]、Maletti 等[22]和肖守華等[10]的研究結果是一致的，醛類和醇類物質含量最高，為主要成分。與前人研究不同的是，肖守華等[10]的研究結果表明醛類物質在3 種不同瓤色西瓜果實中含量最高，占35.60%，而本研究結果表明對西瓜果肉清香起重要作用的是醇類物質，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出了呋喃類物質，這些揮發性物質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。

醛類物質是揮發性物質中含量比較豐富的一類，為果實提供青草香、花香、果香及脂肪香味[23-26]。醛類物質因其閾值低，易與萜烯類[27-31]、酮類[32-33]、酯類[34-36]等其他揮發性物質協同作用進而決定果實的香氣特征。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鍵香氣成分[37]。本研究中醛類也是檢測到的種類最多的揮發性物質，占檢測出的總揮發性物質的42.5%。本研究中醛類物質主要成分是反，順-2，6-壬二烯醛，該物質在已有報道中是西瓜清香味的關鍵香氣成分[8，16，38]，因而推測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到的含量最高的揮發性物質，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-醇賦予果實黃瓜味；3-順式壬-1-醇賦予果實清香味和花香味，是西瓜[8，20]、甜瓜[38-39]、牡丹[40]等果實特征香氣的主要物質。研究表明，果實風味是由多種揮發性物質共同作用決定的，而且每種揮發性物質對果實香氣的貢獻也與其風味閾值相關[40]。相比醛類物質，醇類物質一般閾值較高，因而對風味的貢獻相對較小。本研究中雖然醇類物質含量最高，但其是否為決定西瓜果肉風味特征的關鍵成分還需進一步結合氣味閾值進行驗證。

筆者在本研究中采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法對不同瓤色西瓜果肉揮發性物質進行檢測，發現不同瓤色西瓜的揮發性物質種類和含量存在一定差異。本研究中2 個不同瓤色西瓜樣品中揮發性物質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。試驗結果為進一步解析不同瓤色西瓜的特征風味及品質形成與調控機制提供了科學依據。