甜瓜果实中芳香物质及香气鉴定技术应用研究

刘永刚 刘敦华 王锐

摘  要：该文综述了甜瓜不同生理期的芳香物质种类及含量变化，并对电子鼻、气相色谱-质谱联用技术、气相色谱-嗅觉辨别技术在甜瓜香气成分分析领域的应用予以阐述，以期为甜瓜香气的进一步研究奠定基础。

关键词：甜瓜;芳香物质;香气;鉴定技术

中图分类号 S66 文献标识码 A   文章编号 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

风味是评价甜瓜市场价值的重要指标，也是影响消费者购买欲望的主要因素[1]。国内外相关研究表明，甜瓜果实中的挥发性香气成分逾240种，主要为酯类、醛类、醇类、含硫化合物、酮类及萜类化合物[2-4]，当下学者多集中于对甜瓜香气形成及品种间成分差异进行研究。例如，齐红岩等[5]通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和气相色谱仪（GC-FID）对不同薄皮甜瓜品种果实成熟中的芳香物质进行了定性定量分析，结果表明，5大类群薄皮甜瓜（玉美人、龙甜3号、高甜黄金道、日本甜宝和香沙蜜）果实成熟时香气均以酯类物质为主，并含少量醛类、酮类、醇类、酸及其他物质，同时各品种甜瓜均含特有酯类。来鹏飞等[6]选取5个甜瓜品种进行了感官检验和主要风味物质测定，结果表明，不同甜瓜品种间的乙酸乙酯、可溶性糖、有机酸等指标对甜瓜综合风味的影响是造成甜瓜感官检测结果不尽相同而风味又极其相似的主要原因。唐晓伟等[7]基于风味差异，借助电子鼻技术成功的对甜瓜种类进行了鉴别。刘圆[8]、赵光伟[9]、Gonda[10]、Li[11]等就不同品种甜瓜果实成熟过程中的特征性香气成分的合成代谢机制、成分变化进行了研究。

甜瓜的风味不仅与其品种具有高度相关性，而且会随着不同的发育成熟阶段呈现出动态的变化机制[12]。一般来说，在甜瓜果实的成熟及衰老过程中，各发育阶段具备不同的香气合成及代谢过程，香气成分的不断合成和分解是导致未成熟、成熟、衰老甜瓜风味差异形成的主要影响因素，而借助特定的鉴定技术对其各生理发育阶段的香气物质进行鉴定分析，是指导甜瓜采后贮藏及市场销售的重要手段。

1 甜瓜各生理阶段香气成分

甜瓜果实的香气成分复杂且变化程度较大，不同生理期的果实香气成分及含量比均有不同。Li[11]等认为乙烯（EHT）介导的脂肪酸分解代谢是影响甜瓜成熟风味形成的主要因素，因EHT对直链香气挥发性化合物、脂肪酸风味前体物及脂肪族芳香物质相关酶直接响应，并表明外源性ETH提高了内源ETH生成率和FA水平，最终导致成熟期甜瓜乙酸酯、己酸酯和己酯类含量升高，醇醛类芳香物减少。Juan[14]等通过GC-MS分析“Piel desapo”甜瓜，表明成熟期由于醇乙酰转移酶活性下降，风味中醇类物质（如正己烷-1-醇）有所增加;果实表皮的化学变化增加了萜烯或酸类物质的生成。Itay[15]等通过L-苯丙氨酸同位素标记法表明甜瓜果皮成熟时，苯基丙烷、苯丙烯和苯类化合物等香气物质可经与PAL及E-肉桂酸相关的苯丙烷合成路径产生，L-苯丙氨酸同时可经独立于PAL及E-肉桂酸的路径合成新的苯乙基衍生物，进而改善成熟甜瓜风味。刘圆[8]等对不同生理期的不同甜瓜品种香气成分进行测定分析，结果表明，4个甜瓜品种在花后25d（未成熟时期）的芳香物质以醛类和醇类物质为主，花后30d特征风味物质逐步向酯类转化，花后35d是甜瓜果实的成熟期，香气成分以酯类物质为主，仅有少量的醛类和醇类物质。而文乐欣[13]则对甜瓜进行了未熟、成熟、衰老生理阶段的划分，并指出小分子醛类、酯类物质及两者含量的相对变化是导致未熟、成熟、后熟果实分别具有“黄瓜类似清香味”、“芳香浓郁”、“衰老异味”的主要原因，就相关酶、基因、乙烯对不同生理阶段香气合成的综合影响机制及各时期主要香气成分及含量有待于进一步深入研究。

2 甜瓜香气成分鉴定技术

甜瓜风味物质种类多样且构成复杂，气相色譜-质谱联用技术，气相色谱吸闻检测技术及电子鼻技术是近年来较为主流、适用性强的风味鉴定技术，兼具高精度、灵敏性强的优势，被广泛的应用于甜瓜风味的检测研究[16]。

2.1 电子鼻技术 电子鼻技术由Persaud和Dodd于1982年首次提出，该系统主要包括样品采集系统、传感器阵列、信号预处理、模式识别和数据处理5个结构组成部分[17]，其检测原理与人的嗅觉系统相类似。首先，通过气体采样系统形成呼气吸气的过程，使挥发性芳香物被电子鼻的传感器阵列所吸附，所有类型的传感器与气体的交互作用通过一系列的物理或者化学反应被记录并测量。由于不同的挥发性呈味物质与各个传感器反应，使得传感器电学性能发生改变并产生相应的电信号，后经调理电路和数据采集系统，对传感器阵列电学信号进行放大、A/D转换、采集和传输，同时对采样时间、采样量、循环分析间隔等运行指标进行主控，通过软件分析系统测试提取有效数据后建立分析模型，最终通过模式识别实现气体组分分析[18-21]。电子鼻系统构成如图1所示。

Soo等[22]对不同温度贮藏下的甜瓜风味变化进行了研究，并借助电子鼻技术对甜瓜挥发性成分间的细微差异进行了有效判别。唐晓伟等[7]利用德国Airsense公司的PEN3电子鼻系统对京玉、金凤凰等18个不同品种甜瓜的成熟度及风味进行了分析测定，结果表明，通过主成分分析（PCA）和线性判别式分析（LDA），电子鼻可以很好区分半熟期和完熟期的甜瓜，通过PCA方法电子鼻可以对不同成熟度的甜瓜达到100%识别。此外，该技术可通过对识别模式的调整以适应不同品种、成熟度样品香气成分的测定，如慕萨莱思葡萄酒[23]、枸杞[24]、小曼森酒[25]等。

2.2 气相色谱-质谱联用技术 气相色谱-质谱联用技术发明于20世纪50年代，简称气质联用（GC-MS）[26]。气相法是一种优良的分离手段，可将复杂混合物中的各组分有效区分，但定性、鉴定结构能力较差，需借助多种检测器提高不同化合物的响应值，而质谱法可实现组分的专属定性，提供高灵敏度、准确度的结构信息，但对组分纯度要求较高。气相色谱-质谱联用可在前者进行组分分离、达到分析纯度后输入后者进行质量、結构分析，通过融合两者的技术优势，实现对复杂有机化合物的定性定量分析[27]。气相色谱-质谱系统主要构件如图2。

郝璐瑜等[28]采用GC-MS技术对哈甜-2号薄皮甜瓜后熟过程中的7个时期果实香气物质的种类及相对含量进行了测定分析，试验共测得77种香气物质，酯类物质达40种，随着后熟进行，各种香气物质种类减少，同时香气成分含量发生了不同程度的变化，尤以乙酸乙酯和2，3-丁二醇二乙酸酯相对含量的变化最为明显。徐晓飞[29]等对4个不同风味类型的甜瓜果实发育过程中的风味品质进行了测定比较，GC-MS测定结果表明，随着果实的成熟，各品种芳香物质的总量均有较大提高，特别是酯类物质增加较快并成为主要芳香物质，醇类含量减少，醛类含量变化相对不明显。唐贵敏等[30]对山农黄金1号甜瓜成熟过程中的挥发性香气物质的GC-MS测定结果与徐晓飞[29]等的研究结果基本一致，山农黄金1号甜瓜果实未成熟时挥发性物质以醛类物质为主。随着果实发育，近成熟时，醇类、醛类物质含量急剧降低酯类物质含量迅速升高;而在果实成熟时挥发性物质则完全以酯类物质为主，而Sweetdelight和Takami果实成熟过程中的挥发性物质变化不同于山农黄金1号，Sweetdelight果实未成熟时以醛类、醇类物质为主，随着果实的发育，醇类物质含量逐渐降低，醛类、酯类物质含量逐渐升高，果实成熟时挥发性物质以醛类物质为主;Takami果实未成熟时挥发性物质以醇类、醛类物质为主;果实成熟时挥发性物质以酯类、醛类物质为主。

由此可见，甜瓜香气的成分差异不仅取决于品种，在果实成熟发育的不同阶段，起主导作用的主要芳香物质也会表现出含量及种类方面的差异。

2.3 气相色谱-嗅觉辨别技术 气相色谱一嗅觉辨别法技术（Gas chromatography-olfactometry，GC-O）是一种通过鼻子嗅闻气相色谱流出物中挥发性化合物来区分样品中真正活性物质的方法，该法是鉴别食品提取物中有效方芳香物的一种较为普遍的检测手段[31]。GC-O装置主要由气相色谱和嗅觉探测器组成[32]，如图3所示。

样品检测时，经过预处理的样品进入气相色谱后，其挥发性组分在色谱柱中得到分离，气相色谱柱的末端装有三通分流阀，将流出的组分经分流阀分成以下2路：一部分进入质谱检测器，另一部分流至嗅闻检测口，用人的鼻子作为检测器，辨别香气活性成分并做感官描述[33]。

以GC-O技术为基础的香气分析法包括探测频率法（DF）、稀释法（AEDA）和时间-强度法（OSME），其中以稀释法（AEDA）最为常用，该法是经毛细管柱将香气提取物分离、确定保留时间后，通过溶剂梯度稀释后进入GC-O分析，并由专业嗅闻人员分别对各时间段香味物质描述、记录，最后分析特征风味物质被检测到的最高稀释值，此时的稀释浓度比值即为该化合物的FD因子（FD因子与该化合物对整体风味的贡献呈正相关关系）[34]。

由于部分被测样品香气成分构成较为复杂，每种香气成分对食品的整体风味形成贡献又不尽相同，故某些含量极低但对食品风味影响较大的挥发性成分GC-MS难以捕捉，而GC-O技术借助人体鼻子的高灵敏度很好的克服了上述缺陷，因而得到了更好的适用性。

Pang等[35]通过GC-O（DF法）鉴定出了“伽师”甜瓜汁的42种香气成分，并基于GC-O的定性定量检测结果计算得到了7种组分的香气活性值（OAVs）。Lignou等[36]对比了英国市场上的3种新型“酸性”甜瓜与标准型“加利亚”甜瓜的香气成分，GC-O分析结果表明3种新型“酸性”甜瓜中的15种酯类芳香物含量均高于后者并定性定量揭示了4种甜瓜香气成分间的关键性差异。Jordan等[37]通过将GC-MS和GC-O技术结合，对甜瓜水香精和甜瓜果泥的香气成分进行了对比分析，GC-O分析表明，醇类、酯类及一种硫化物（3-（甲基硫基）丙酸乙酯）等25种香气活性成分是甜瓜果泥的特征性香气化合物;除甜瓜外，该技术在哈密瓜[38]、菜籽油[39]、桂花茶[40]等领域同样得到广泛应用。

3 展望

本文概述了甜瓜不同生理期香气成分的形成及变化，并就3种常用香气鉴定技术作了简要论述。甜瓜风味的形成是基因、酶学、代谢等多组学层迭、交叉、共同作用的表达结果，不同生理期各组学进程的微观改变介导香气主要成分“量”和“类”的宏观动态变化。研究甜瓜不同生理期香气成分的合成、分解等微观代谢机制并实现对其采后贮藏及香气调控的指导作用是后续需要进一步深入研究的内容。

电子鼻、GC-MS、GC-O兼具高精度、灵敏性、适用性强等技术优势的同时，也存在主观性大、辨识度低、量程窄等缺点，难以满足“统一化”的样品检测需求。总结不同品类甜瓜生理期并进行标准化归纳、划分，以期实现针对各生理阶段选用适用性较高的特定检测手段。此外，在对3类鉴定技术优化的基础上，有必要开发兼容性更强、操作更便捷、精度更高的新型检测技术。

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（责编：张宏民）