甜瓜果實中芳香物質及香氣鑒定技術應用研究

劉永剛 劉敦華 王銳

摘? 要：該文綜述了甜瓜不同生理期的芳香物質種類及含量變化，并對電子鼻、氣相色譜-質譜聯用技術、氣相色譜-嗅覺辨別技術在甜瓜香氣成分分析領域的應用予以闡述，以期為甜瓜香氣的進一步研究奠定基礎。

關鍵詞：甜瓜;芳香物質;香氣;鑒定技術

中圖分類號 S66 文獻標識碼 A ? 文章編號 1007-7731（2018）23-0010-04

Abstract：In this paper， the types and contents of aromatic substances in melon at different physiological periods are reviewed， and the application of the Electronic Nose，Gas Chromatography-Mass spectrometry （GC-MS） and Gas Chromatography-Olfactory discrimination techniques used in the field of aroma identification and analysis was described with the purpose of laying a foundation for the further study of muskmelon aroma.

Key words：Muskmelon;Aromatic substance;Fragrance;Identication

風味是評價甜瓜市場價值的重要指標，也是影響消費者購買欲望的主要因素[1]。國內外相關研究表明，甜瓜果實中的揮發性香氣成分逾240種，主要為酯類、醛類、醇類、含硫化合物、酮類及萜類化合物[2-4]，當下學者多集中于對甜瓜香氣形成及品種間成分差異進行研究。例如，齊紅巖等[5]通過氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）和氣相色譜儀（GC-FID）對不同薄皮甜瓜品種果實成熟中的芳香物質進行了定性定量分析，結果表明，5大類群薄皮甜瓜（玉美人、龍甜3號、高甜黃金道、日本甜寶和香沙蜜）果實成熟時香氣均以酯類物質為主，并含少量醛類、酮類、醇類、酸及其他物質，同時各品種甜瓜均含特有酯類。來鵬飛等[6]選取5個甜瓜品種進行了感官檢驗和主要風味物質測定，結果表明，不同甜瓜品種間的乙酸乙酯、可溶性糖、有機酸等指標對甜瓜綜合風味的影響是造成甜瓜感官檢測結果不盡相同而風味又極其相似的主要原因。唐曉偉等[7]基于風味差異，借助電子鼻技術成功的對甜瓜種類進行了鑒別。劉圓[8]、趙光偉[9]、Gonda[10]、Li[11]等就不同品種甜瓜果實成熟過程中的特征性香氣成分的合成代謝機制、成分變化進行了研究。

甜瓜的風味不僅與其品種具有高度相關性，而且會隨著不同的發育成熟階段呈現出動態的變化機制[12]。一般來說，在甜瓜果實的成熟及衰老過程中，各發育階段具備不同的香氣合成及代謝過程，香氣成分的不斷合成和分解是導致未成熟、成熟、衰老甜瓜風味差異形成的主要影響因素，而借助特定的鑒定技術對其各生理發育階段的香氣物質進行鑒定分析，是指導甜瓜采后貯藏及市場銷售的重要手段。

1 甜瓜各生理階段香氣成分

甜瓜果實的香氣成分復雜且變化程度較大，不同生理期的果實香氣成分及含量比均有不同。Li[11]等認為乙烯（EHT）介導的脂肪酸分解代謝是影響甜瓜成熟風味形成的主要因素，因EHT對直鏈香氣揮發性化合物、脂肪酸風味前體物及脂肪族芳香物質相關酶直接響應，并表明外源性ETH提高了內源ETH生成率和FA水平，最終導致成熟期甜瓜乙酸酯、己酸酯和己酯類含量升高，醇醛類芳香物減少。Juan[14]等通過GC-MS分析“Piel desapo”甜瓜，表明成熟期由于醇乙酰轉移酶活性下降，風味中醇類物質（如正己烷-1-醇）有所增加;果實表皮的化學變化增加了萜烯或酸類物質的生成。Itay[15]等通過L-苯丙氨酸同位素標記法表明甜瓜果皮成熟時，苯基丙烷、苯丙烯和苯類化合物等香氣物質可經與PAL及E-肉桂酸相關的苯丙烷合成路徑產生，L-苯丙氨酸同時可經獨立于PAL及E-肉桂酸的路徑合成新的苯乙基衍生物，進而改善成熟甜瓜風味。劉圓[8]等對不同生理期的不同甜瓜品種香氣成分進行測定分析，結果表明，4個甜瓜品種在花后25d（未成熟時期）的芳香物質以醛類和醇類物質為主，花后30d特征風味物質逐步向酯類轉化，花后35d是甜瓜果實的成熟期，香氣成分以酯類物質為主，僅有少量的醛類和醇類物質。而文樂欣[13]則對甜瓜進行了未熟、成熟、衰老生理階段的劃分，并指出小分子醛類、酯類物質及兩者含量的相對變化是導致未熟、成熟、后熟果實分別具有“黃瓜類似清香味”、“芳香濃郁”、“衰老異味”的主要原因，就相關酶、基因、乙烯對不同生理階段香氣合成的綜合影響機制及各時期主要香氣成分及含量有待于進一步深入研究。

2 甜瓜香氣成分鑒定技術

甜瓜風味物質種類多樣且構成復雜，氣相色譜-質譜聯用技術，氣相色譜吸聞檢測技術及電子鼻技術是近年來較為主流、適用性強的風味鑒定技術，兼具高精度、靈敏性強的優勢，被廣泛的應用于甜瓜風味的檢測研究[16]。

2.1 電子鼻技術 電子鼻技術由Persaud和Dodd于1982年首次提出，該系統主要包括樣品采集系統、傳感器陣列、信號預處理、模式識別和數據處理5個結構組成部分[17]，其檢測原理與人的嗅覺系統相類似。首先，通過氣體采樣系統形成呼氣吸氣的過程，使揮發性芳香物被電子鼻的傳感器陣列所吸附，所有類型的傳感器與氣體的交互作用通過一系列的物理或者化學反應被記錄并測量。由于不同的揮發性呈味物質與各個傳感器反應，使得傳感器電學性能發生改變并產生相應的電信號，后經調理電路和數據采集系統，對傳感器陣列電學信號進行放大、A/D轉換、采集和傳輸，同時對采樣時間、采樣量、循環分析間隔等運行指標進行主控，通過軟件分析系統測試提取有效數據后建立分析模型，最終通過模式識別實現氣體組分分析[18-21]。電子鼻系統構成如圖1所示。

Soo等[22]對不同溫度貯藏下的甜瓜風味變化進行了研究，并借助電子鼻技術對甜瓜揮發性成分間的細微差異進行了有效判別。唐曉偉等[7]利用德國Airsense公司的PEN3電子鼻系統對京玉、金鳳凰等18個不同品種甜瓜的成熟度及風味進行了分析測定，結果表明，通過主成分分析（PCA）和線性判別式分析（LDA），電子鼻可以很好區分半熟期和完熟期的甜瓜，通過PCA方法電子鼻可以對不同成熟度的甜瓜達到100%識別。此外，該技術可通過對識別模式的調整以適應不同品種、成熟度樣品香氣成分的測定，如慕薩萊思葡萄酒[23]、枸杞[24]、小曼森酒[25]等。

2.2 氣相色譜-質譜聯用技術 氣相色譜-質譜聯用技術發明于20世紀50年代，簡稱氣質聯用（GC-MS）[26]。氣相法是一種優良的分離手段，可將復雜混合物中的各組分有效區分，但定性、鑒定結構能力較差，需借助多種檢測器提高不同化合物的響應值，而質譜法可實現組分的專屬定性，提供高靈敏度、準確度的結構信息，但對組分純度要求較高。氣相色譜-質譜聯用可在前者進行組分分離、達到分析純度后輸入后者進行質量、結構分析，通過融合兩者的技術優勢，實現對復雜有機化合物的定性定量分析[27]。氣相色譜-質譜系統主要構件如圖2。

郝璐瑜等[28]采用GC-MS技術對哈甜-2號薄皮甜瓜后熟過程中的7個時期果實香氣物質的種類及相對含量進行了測定分析，試驗共測得77種香氣物質，酯類物質達40種，隨著后熟進行，各種香氣物質種類減少，同時香氣成分含量發生了不同程度的變化，尤以乙酸乙酯和2，3-丁二醇二乙酸酯相對含量的變化最為明顯。徐曉飛[29]等對4個不同風味類型的甜瓜果實發育過程中的風味品質進行了測定比較，GC-MS測定結果表明，隨著果實的成熟，各品種芳香物質的總量均有較大提高，特別是酯類物質增加較快并成為主要芳香物質，醇類含量減少，醛類含量變化相對不明顯。唐貴敏等[30]對山農黃金1號甜瓜成熟過程中的揮發性香氣物質的GC-MS測定結果與徐曉飛[29]等的研究結果基本一致，山農黃金1號甜瓜果實未成熟時揮發性物質以醛類物質為主。隨著果實發育，近成熟時，醇類、醛類物質含量急劇降低酯類物質含量迅速升高;而在果實成熟時揮發性物質則完全以酯類物質為主，而Sweetdelight和Takami果實成熟過程中的揮發性物質變化不同于山農黃金1號，Sweetdelight果實未成熟時以醛類、醇類物質為主，隨著果實的發育，醇類物質含量逐漸降低，醛類、酯類物質含量逐漸升高，果實成熟時揮發性物質以醛類物質為主;Takami果實未成熟時揮發性物質以醇類、醛類物質為主;果實成熟時揮發性物質以酯類、醛類物質為主。

由此可見，甜瓜香氣的成分差異不僅取決于品種，在果實成熟發育的不同階段，起主導作用的主要芳香物質也會表現出含量及種類方面的差異。

2.3 氣相色譜-嗅覺辨別技術 氣相色譜一嗅覺辨別法技術（Gas chromatography-olfactometry，GC-O）是一種通過鼻子嗅聞氣相色譜流出物中揮發性化合物來區分樣品中真正活性物質的方法，該法是鑒別食品提取物中有效方芳香物的一種較為普遍的檢測手段[31]。GC-O裝置主要由氣相色譜和嗅覺探測器組成[32]，如圖3所示。

樣品檢測時，經過預處理的樣品進入氣相色譜后，其揮發性組分在色譜柱中得到分離，氣相色譜柱的末端裝有三通分流閥，將流出的組分經分流閥分成以下2路：一部分進入質譜檢測器，另一部分流至嗅聞檢測口，用人的鼻子作為檢測器，辨別香氣活性成分并做感官描述[33]。

以GC-O技術為基礎的香氣分析法包括探測頻率法（DF）、稀釋法（AEDA）和時間-強度法（OSME），其中以稀釋法（AEDA）最為常用，該法是經毛細管柱將香氣提取物分離、確定保留時間后，通過溶劑梯度稀釋后進入GC-O分析，并由專業嗅聞人員分別對各時間段香味物質描述、記錄，最后分析特征風味物質被檢測到的最高稀釋值，此時的稀釋濃度比值即為該化合物的FD因子（FD因子與該化合物對整體風味的貢獻呈正相關關系）[34]。

由于部分被測樣品香氣成分構成較為復雜，每種香氣成分對食品的整體風味形成貢獻又不盡相同，故某些含量極低但對食品風味影響較大的揮發性成分GC-MS難以捕捉，而GC-O技術借助人體鼻子的高靈敏度很好的克服了上述缺陷，因而得到了更好的適用性。

Pang等[35]通過GC-O（DF法）鑒定出了“伽師”甜瓜汁的42種香氣成分，并基于GC-O的定性定量檢測結果計算得到了7種組分的香氣活性值（OAVs）。Lignou等[36]對比了英國市場上的3種新型“酸性”甜瓜與標準型“加利亞”甜瓜的香氣成分，GC-O分析結果表明3種新型“酸性”甜瓜中的15種酯類芳香物含量均高于后者并定性定量揭示了4種甜瓜香氣成分間的關鍵性差異。Jordan等[37]通過將GC-MS和GC-O技術結合，對甜瓜水香精和甜瓜果泥的香氣成分進行了對比分析，GC-O分析表明，醇類、酯類及一種硫化物（3-（甲基硫基）丙酸乙酯）等25種香氣活性成分是甜瓜果泥的特征性香氣化合物;除甜瓜外，該技術在哈密瓜[38]、菜籽油[39]、桂花茶[40]等領域同樣得到廣泛應用。

3 展望

本文概述了甜瓜不同生理期香氣成分的形成及變化，并就3種常用香氣鑒定技術作了簡要論述。甜瓜風味的形成是基因、酶學、代謝等多組學層迭、交叉、共同作用的表達結果，不同生理期各組學進程的微觀改變介導香氣主要成分“量”和“類”的宏觀動態變化。研究甜瓜不同生理期香氣成分的合成、分解等微觀代謝機制并實現對其采后貯藏及香氣調控的指導作用是后續需要進一步深入研究的內容。

電子鼻、GC-MS、GC-O兼具高精度、靈敏性、適用性強等技術優勢的同時，也存在主觀性大、辨識度低、量程窄等缺點，難以滿足“統一化”的樣品檢測需求?？偨Y不同品類甜瓜生理期并進行標準化歸納、劃分，以期實現針對各生理階段選用適用性較高的特定檢測手段。此外，在對3類鑒定技術優化的基礎上，有必要開發兼容性更強、操作更便捷、精度更高的新型檢測技術。

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（責編：張宏民）