不同菜用大豆品种籽粒挥发性组分鉴定及其差异

刘 娜，徐盛春，张古文，胡齐赞，冯志娟，龚亚明

(浙江省农业科学院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

不同菜用大豆品种籽粒挥发性组分鉴定及其差异

刘 娜，徐盛春，张古文，胡齐赞，冯志娟，龚亚明*

(浙江省农业科学院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

采用顶空固相微萃取(headspace-solid-phase microextraction，HS-SPME)和气质联用技术(gaschromatography-massspectrometry，GC-MS)，对比分析了5个菜用大豆品种(台湾75、浙农8号、春丰早、浙农3号、福成)的挥发性化合物组成及挥发物特征差异。共检测出41种挥发性化合物，其中台湾75共检出21种，浙农8号23种，春丰早24种，浙农3号26种，福成18种。利用面积归一化法，定量得到菜用大豆挥发性化合物以醇类、醛类为主，其中1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合欢醇、己醛、壬醛、癸醛等物质为菜用大豆籽粒主要风味物质。通过不同品种主要风味物质的主成分分析可知，台湾75和浙农3号籽粒因1-己醇、壬醛相对含量较高而区别于其他品种，1-辛烯-3-醇是浙农8号区别于其他品种的标志性风味物质，福成特有的风味成分异胆酸乙酯可能与其特殊的芋香味有关。不同种类风味物质及不同浓度组成共同影响菜用大豆籽粒的总体风味。研究结果对菜用大豆品质育种具有一定的理论指导意义。

菜用大豆；挥发性物质；固相微萃取；气质联用；主成分分析

菜用大豆，俗称毛豆，属于大豆的专用型品种，指在豆荚鼓粒饱满，荚色、籽粒呈翠绿色，在生理上处于R6(鼓粒盛期)至R7(初熟期)，籽粒填充到荚长的80% ～ 90%进行采收的大豆类型，是一种重要的豆类蔬菜[1-3]。菜用大豆含有人体所必需的多种营养成分，包括优质蛋白质、不饱和脂肪酸、碳水化合物、多种游离氨基酸、微量元素、维生素等，对调节人体膳食结构和改善营养状况具有重要作用，对肥胖病、高血压、糖尿病等有预防和辅助治疗的作用，是公认的营养保健蔬菜[4-7]。菜用大豆因口感好且营养丰富，深受消费者喜爱。加入世界贸易组织后，我国粮/油用大豆产业受到国外进口大豆的严重冲击，菜用大豆成为我国大豆产业新的增长点。目前，我国是世界上最大的菜用大豆生产国和出口国，面积和产量均居世界首位[8-9]。菜用大豆已成为我国东南沿海各省农业出口创汇的新兴产业。

随着生活水平的提高，人们不再仅限于关注菜用大豆的产量，而对其品质也有了更高的要求。菜用大豆的品质可分为外观商品性、食用品质、营养品质和卫生品质[10-11]。食用品质目前还没有具体的指标，人们大多喜欢香、甜、鲜、软的品种[12-13]。影响菜用大豆食用品质的成分很复杂，一般可分为甜度、口感、质地等，而香气作为一个影响口感最直接的因素，同样也是衡量菜用大豆食用品质的重要因子[14-15]。菜用大豆在加热条件下会产生大量成分复杂的挥发性物质而影响其口感与风味。菜用大豆风味是由性质不同、含量微少且差异悬殊的众多挥发性物质组成的混合物。前人研究发现，煮熟的菜用大豆中芳香气味的主要成分包括顺式茉莉酮、芳樟醇、苯已酮、2-乙酰基-1-吡咯烷等，豆腥味物质有1-辛烯-3-醇、己烯醛、1-戊醇、2-庚酮、2-戊基呋喃等[16]。但是，茶叶、香草等植物中的研究表明，上述这些豆腥物质并非都带有不良气味。例如1-辛烯-3-醇具有强烈的壤香香气，近似于薰衣草、玫瑰和甘草的香气；2-戊基呋喃具有水果香气[17]。芳香味或豆腥味物质均可以通过香气成分提取结合高效气相色谱-质谱联用技术分离鉴定，并和计算机谱库对照后确认[18-19]。目前，菜用大豆挥发性物质的组成与含量方面的研究报道非常少。本文采用顶空固相微萃取法(headspace-solid-phase microextraction，HS-SPME)提取挥发性物质，并通过气质联用技术(gaschromatography-massspectrometry，GC-MS)对5个具有代表性的菜用大豆品种的挥发性成分进行分析与比较，探讨菜用大豆挥发性物质的组成及特异性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本次实验共有5个菜用大豆品种，分别为台湾75、浙农8号、春丰早、浙农3号、福成。除福成外，其他品种均为目前推广面积较大的代表性品种，福成因具有特殊的芋香味而列入本研究。于2015年3月20日在浙江省农业科学院杨渡基地大棚内播种，小区面积20 m2，随机区组设计，3次重复。于豆荚鼓粒饱满至80%～90%，荚色、籽粒呈翠绿色时，在每小区随机选取6株，每株摘取5个豆荚，放于4 ℃冰箱。

1.2 仪器与设备

Agilent 7890B/7000C气相色谱-质谱联用仪；上海精宏实验设备有限公司DK-88电热恒温水浴锅；上海梅特勒-托利多仪器有限公司AL104电子天平；SPME萃取手柄和PDMS/DVB-65μm的SPME萃取头。

1.3 试验方法

准确称取4 g切碎的样品(籽粒)加入到带孔具塞萃取瓶中，85 ℃水浴加热，使萃取瓶内香气物质达到平衡，5 min后插入已老化的萃取头，推出纤维头，85 ℃水浴顶空吸附60 min，结束后插入GC-MS进样器进行分析。

GC条件：气相色谱柱为HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，进样口温度为250 ℃，进样后250 ℃解吸附3 min，载气为高纯He(纯度>99.999%)，柱流速1.0 mL·min-1，进样方式为手动无分流进样。升温程序：40 ℃保持2 min，以5 ℃·min-1上升至240 ℃，保持15 min，总时间为57 min。

MS条件：电离方式为EI，离子源温度为230 ℃，电子能量为70 eV，描述范围为35～550 amu。

1.4 定性与定量分析

样品挥发性成分根据GC-MS联用分析得到的各色谱峰，通过计算机谱库NIST98检索，同时结合相对保留时间，查阅相关文献数据进行定性，并根据挥发性气体成分的峰面积采用面积归一化法得到各个挥发性气体成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 籽粒挥发性物质种类及含量分析

采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)提取菜用大豆籽粒的挥发性气体，并通过GC-MS检测其挥发性物质的组成成分，得到5个菜用大豆品种主要挥发性物质成分及其相对含量(表1)。从表1可以看出，共检出41种物质，包括酯类9种，醛类8种，醇类6种，羟类13种，酮类2种，酸类1种，呋喃类1种，含硫化合物1种。在相同分析条件下，不同菜用大豆品种籽粒挥发性物质的种类及含量各不相同。浙农3号共检出26种挥发性物质，其中(Z)-3-壬烯-1-醇相对含量最高，为17.28%；春丰早共检出24种挥发性物质，其中长叶烯相对含量最高，为14.37%；浙农8号共检出23种挥发性物质，其中1-辛烯-3-醇相对含量最高，达20.94%；台湾75共检出21种挥发性物质，其中十八烷相对含量最高，达12.28%；福成共检出18种挥发性物质，其中异胆酸乙酯相对含量最高，达27.23%。

表1 五个菜用大豆品种的主要挥发性物质及相对含量

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

“—”表示未检出。

“—” meant not detected.

将5个菜用大豆品种各种挥发性物质按种类分布，各组分相对含量见图1。醇类物质是菜用大豆的主要挥发性物质，占总挥发性物质的18.63% ～ 35.73%；其次是醛类物质和酯类物质，分别占总挥发性物质的13.38% ～ 28.87%和4.23% ～ 37.25%。此外，由表1可以看出，5种菜用大豆籽粒共有的挥发性物质有7种，其中醛类和醇类各3种，分别是1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合欢醇、己醛、壬醛、癸醛；除此之外，共有物质还有3-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯。

2.2 主要风味物质的主成分分析

为进一步研究挥发性物质对菜用大豆总体风味的影响，选取菜用大豆籽粒中含量较高的11种主要挥发性物质进行主成分分析，得到主成分的特征值、特征向量和载荷矩阵，见表2、表3。只提取特征根大于1的主成分，前2个主成分的特征值大于1，所以有2个主成分。第一主成分的贡献率为55.11%，第二主成分的贡献率为24.65%，2个主成分的累积贡献率已经达到79.76%，说明前2个主成分代表了这些指标79.76%的综合信息。由表3可知，决定第一主成分大小的挥发性物质是壬醛、长叶烯、己醛、1-乙醇；决定第二主成分大小的挥发性物质是1-辛烯-3-醇。根据各主成分的贡献率，对菜用大豆籽粒风味影响最大的挥发性物质是壬醛、长叶烯、己醛、1-乙醇、1-辛烯-3-醇。

图1 五个菜用大豆品种主要挥发性物质种类及含量Fig.1 Components and contents of main volatile compounds in five vegetable soybean varieties

表2 两个主成分的特征值和贡献率

Table 2 Eigenvalue and contribution of 2 principal components

主成分特征值贡献率累计贡献率PrincipalcomponentsEigenvalueRateofcontribution/%Cumulativecontribution/%16.0655.1155.1122.7124.6579.76

基于含量较高的11种风味物质[1-辛烯-3醇、长叶烯、己醛、1-乙醇、异胆酸乙酯、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、反式金合欢醇]的菜用大豆籽粒得分图及各成分散点图见图2、图3。台湾75和浙农3号籽粒因1-己醇、壬醛相对含量高于其他品种而位于第一主成分的正半轴；浙农8号、福成、春丰早籽粒因长叶烯相对含量较高而位于第一主成分的负半轴。浙农8号籽粒风味区别于其他品种，主要因为1-辛烯-3醇相对含量较高，是其他品种的2倍以上；台湾75和浙农3号籽粒风味成分相对含量相近；福成有一种特殊的芋香味，该品种检测结果中发现含有特异的风味成分异胆酸乙酯，且相对含量较高，可能与其特殊风味有关。总的来说，不同菜用大豆品种籽粒各种挥发性成分以不同组合及配比存在，进而形成了它们之间不同的风味。

表3 主成分载荷矩阵

Table 3 Principal component loading matrix

主成分物质Indegrents主成分Principalcomponents第一第二1-辛烯-3-醇1-Octen-3-ol-0.2650.956长叶烯Longifolene0.929-0.303己醛Hexanal0.843-0.264异胆酸乙酯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

图2 五个菜用大豆品种的主成分得分图Fig.2 PCA scores for five vegetable soybean varieties

图3 主要挥发性物质的主成分散点图Fig.3 PCA biplot for the main volatile components

3 结论与讨论

香味是由复杂的有机混合物所产生，菜用大豆不同品种间籽粒挥发性物质种类和含量存在很大差异。5个菜用大豆品种籽粒共有的主要风味物质有1-辛烯-3-醇、柏木醇、反式金合欢醇、己醛、壬醛、癸醛、3-(4-甲氧基苯基)-2-丙酸-2-乙基己酯。异胆酸乙酯是福成特有的风味物质，浙农8号中1-辛烯-3-醇相对含量是其他品种的2倍以上。菜用大豆籽粒风味是由挥发性成分以不同种类和不同浓度组合的结果。构成香气组分的主要相关成分与菜用大豆风味存在着必然的客观联系。由于香味本身的复杂性和试验条件的限制，这方面的研究相对较少。对不同类型菜用大豆挥发性成分的进一步深入研究，将为今后菜用大豆品质育种提供一定的理论依据。

菜用大豆是大豆的专用型品种，与油用型大豆相比，需要具备一些特殊的性状才能满足蔬菜青食的需求，尤其是风味的食味品质[20-21]。普通的油用大豆如提前收获，在鲜荚期采青食用，食味品质和菜用大豆相比一般较差，主要表现为清香味弱，豆腥味较浓。本研究发现，菜用大豆鲜籽粒挥发性成分种类较多，因此，菜用大豆鲜籽粒风味是由多种物质共同决定的复杂性状，其中主要风味物质包括醛类和醇类。共检测到8种醛类物质，对菜用大豆籽粒总体风味具有重要贡献。其中，己醛、壬醛和癸醛的相对含量较高，己醛具有水果类的特有香气和味道[22]；壬醛具有强烈的脂肪气息，稀释时具有橙子及玫瑰香调，具有脂肪及柑桔样的风味[23]；癸醛天然存在于柑橘、柠檬、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检测到，烯醛类物质具有典型的清香特征，新鲜的黄瓜中烯醛类物质也广泛存在[25]。醇类物质大多数是由脂质氧化分解而来的，有些不饱和醇对风味影响较大。如1-辛烯-3-醇在5个菜用大豆品种中相对含量均较高，其中浙农8号中相对含量为20.94%，它是一种亚油酸的氢过氧化物的降解产物，具有愉快的壤香香气，带有浓重草药香韵，近似于薰衣草、玫瑰和干草的香气[26]。此外，反式金合欢醇在5个菜用大豆品种中均有检测到，它具有铃兰花香气，并有木香香韵[27]。

植物挥发性成分研究主要集中在香草类植物[28]、茶叶[29]以及烟草[30]中，近年来风味物质研究的新领域已经转向重要的蔬菜[25，31]和水果[22-23，32]。菜用大豆作为一种新型功能保健蔬菜，风味是决定其食味品质的重要方面，然而目前国内外对这方面尚无系统性的研究。仅有的少数研究也是在上世纪80年代甚至更早的时间。Masuda[16]研究发现，煮熟的菜用大豆中挥发性物质主要包括顺式茉莉酮、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个菜用大豆品种中均检测到较高含量的1-辛烯-3-醇，在台湾75、浙农3号中检测到2-戊基呋喃，而未检测出其他的上述成分，推测应该与试验的萃取条件、检测方法和品种差异有关。姜晓青等[19]对6种毛豆脆粒进行挥发性物质检测，发现己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇含量较高，与本研究相符。

菜用大豆鲜籽粒风味是由不同种类的挥发性物质所组成的复杂性状。运用主成分分析研究品种与其挥发性成分的相关性，可以找出引起品种风味差异的主要化合物[32-34]。本研究中，前2个主成分代表了79.76%的样品信息，可以代表样品之间的差异。2个主成分主要指向醛类、醇类和一些酯类，这类物质也存在于黄瓜中，可能是清香型的决定性物质[25]。主成分分析提取了风味成分的主要信息，有利于我们理解各类化合物对风味的贡献。风味或挥发性物质这种复杂性状也有可能是由少数主效基因所控制，这种复杂性状的遗传、生理生化研究目前很少，需要进一步深入研究。

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(责任编辑 侯春晓)

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

浙江省公益性技术研究农业项目(2015C32050)；浙江省蔬菜新品种选育重大科技专项(2016C02051)；浙江省自然科学基金(LY17C150007)

刘娜(1985—)，女，河北唐山人，博士，副研究员，研究方向为菜用豆类遗传育种。E-mail: ln200811@163.com

*通信作者，龚亚明，E-mail: gongym07@126.com

S643.7

A

1004-1524(2017)08-1321-08

刘娜， 徐盛春， 张古文， 等. 不同菜用大豆品种籽粒挥发性组分鉴定及其差异[J]. 浙江农业学报， 2017， 29(8): 1321-1328.