菜心挥发性风味物质组分分析及风味品质评价

原远 王春政 周贤玉 戴修纯 李光光 郑岩松 江定 任海龙 雷建军 张华

摘要：【目的】分析广州主要菜心品种主薹挥发物组分，了解其清香风味来源，综合评价风味品质，比较与不结球白菜挥发性风味异同，为菜心加工利用及风味品质育种提供数据支持。【方法】利用顶空固相微萃取—气相色谱—质谱（HS-SPME-GC-MS）技术分析5种菜心材料主薹挥发性风味物质组分，并与农普奶白菜、京春娃娃菜比较异同;运用主成分（PC）和聚类分析法（CA）初步确定菜心主效风味物质类别，综合评价其风味品质。【结果】从5种菜心中检出酯、醇、腈和酚等11类114种挥发物，各物质类别相对含量与农普奶白菜和京春娃娃菜存在极显著差异（P<0.01）。其中，菜心酯类和醇类的相对含量之和最高，为主要挥发性风味类别，尤其以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯和（Z）-3-己烯-1-醇的相对含量最高。主成分分析得到3个菜心挥发物主成分，累积贡献率达90.58%，风味综合评分排序为油绿702>迟心4号>四九-19>DY>60天油青菜心，初步确定酯、醇和酚类为主效风味物质。挥发物组分聚类分析结果表明，菜心、农普奶白菜、京春娃娃菜各为一类。【结论】主成分分析可有效分析菜心挥发性风味物质组分。菜心挥发物各类别相对含量与农普奶白菜、京春娃娃菜存在一定差异，初步确定酯、醇和酚类对菜心清香风味贡献较大，油绿702菜心风味品质综合评分最佳，具有加工利用及提高风味品质育种潜力。

关键词： 菜心;挥发性风味物质;主成分分析;风味品质

0 引言

【研究意义】菜心（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee）为我国华南地区主栽蔬菜种类之一，是十字花科芸薹属白菜亞种的变种，具芸薹属清香，品质脆嫩，为广东省主要种植及消费叶菜，市场前景广阔（张华和刘自珠，2010）;全国范围内已在中北部地区甘肃、河南等地进行种植。蔬菜品质主要包括商品品质、营养品质、贮藏加工品质及风味品质等。风味物质不仅决定物质食用性，还使其表现出不同的风味特点，其中挥发性风味物质可使物种具有各自的清香或浓郁芳香，如萜类化合物、单宁酸等促使葡萄形成独特香味（李晓颖等，2011）。因此，了解菜心清香风味来源，分析菜心主要挥发物成分，综合评价挥发性风味品质，对菜心加工利用及风味品质育种具有重要意义。【前人研究进展】菜心是理想的能量和纤维素来源，每百克含能量89 kJ、粗蛋白2.15 g、粗脂肪0.69 g、粗纤维0.91 g、维生素C（Vc）52.16 mg（耿安静等，2012）。目前，关于菜心品质的研究主要集中在其营养和商品品质方面。佘旭东等（2014）分析了早熟菜心种质夏、秋季表型性状差异，结果表明夏季表型变异程度明显大于秋季，早熟耐热种质宜选振兴甜菜心、早熟粗条油青和矮脚45天。钟玉娟等（2017）研究了44个菜薹品种的硝酸盐积累与Vc、可溶性固形物等物质含量间的关系，发现降低硝酸盐含量能改善菜薹营养品质。原远等（2018）运用主成分分析法研究了23份菜心材料的营养品质，得出还原糖和粗纤维含量为菜心主要营养品质性状，其中四九菜心粗蛋白和Vc含量最高，增城一号迟菜心还原糖和干物质含量最高，风味口感较浓郁，综合营养品质好。针对果蔬挥发性风味物质成分，吴春燕等（2012）分析了白菜挥发性组分，得出2-己烯醛在3个白菜品种中相对含量最高，其次为乙醇、苯乙基异硫氰酸酯、3-己烯醛（Z）和2，4-庚二烯醛（E，E）等;李晓颖等（2014）运用固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术（SPME-GC-MS）结合判别分析（DA）法测定普通白菜、绿色白菜和甲醛处理白菜的挥发性风味物质，利用指纹特征峰进行聚类建模，为白菜品质与安全分析提供了参考;车再全等（2017）研究表明，以热浸、干制和直接腌制方式处理萝卜，特征风味物质均以酯类和二硫化物为主，但其他物质有所差异，前处理方式对腌制萝卜风味物质形成有一定影响;此外，针对苹果（王海波等，2010;王立霞等，2014）、葡萄（付丽霞等，2017）、冬笋（董文慧等，2018）、辣椒（Eduardo et al.，2018）等前人也进行了深入研究。【本研究切入点】目前，对白菜所持有风味的研究已较全面（吴春燕等，2012;李晓颖等，2014），但鲜见针对菜心挥发性风味物质及其品质评价的研究，而比较菜心与不结球白菜挥发性风味物质差异尚无报道。【拟解决的关键问题】通过气相色谱—质谱（GC-MS）测定广州地区主要菜心品种及近缘不结球白菜的挥发性物质组分，初步确定菜心主薹挥发物组分及主效风味物质，了解清香风味来源，并与不结球白菜比较异同，综合评价菜心风味品质，以期为菜心加工利用和风味品质育种提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

7种试材分别是5种菜心（四九-19、油绿702、迟心4号、DY菜心和60天油青菜心）及2种不结球白菜（京春娃娃菜和农普奶白菜）。其中，60天油青菜心和京春娃娃菜于2017年11月购自广州市海珠区赤岗农贸市场;其余5个品种于2017年9月上旬直播于广州市农业科学研究院花都试验基地，随机区组排列，3次重复。种植材料小区面积6.0 m2，行播，株距约0.18 m×0.18 m，小区行距0.30 m，常规田间管理，12月中旬完成采收（菜心采集齐口花期主薹）。主要仪器设备： GC-MS-QP 2010 Uitra（日本岛津公司）、85 μm CAR-PDMS萃取头（美国Supelco公司）、PEG-20M毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）（上海安普公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 样品制备 各材料选取代表株10棵，4 ℃保存，次日送至华南农业大学测试中心。挥发性物质检测方法参照吴春燕等（2012）关于白菜挥发性组分GC-MS方法，略有改动，植株洗涤、切碎，取10 g装入250 mL三角瓶，锡纸密封后平衡15 min，插入顶空固相微萃取纤维45 ℃萃取30 min，手动进样检测，GC-MS 240 ℃热解析3 min。

1. 2. 2 GC-MS条件 GC条件：色谱柱载气He，流速1 mL/min;程序升温：起始柱温35 ℃，保持3 min，以8 ℃/min上升至45 ℃，6 ℃/min上升至140 ℃，最后以10 ℃/min上升至230 ℃保持1 min。

MS条件：电子轰击离子源;电子能量70 eV;传离子源温度230 ℃;接口温度240 ℃、发射电流200 µA、检测器电压350 V。

1. 3 统计分析

由GC-MS得到的总离子图经检索与Wiley、Mainlib等谱库匹配，确定挥发物化学成分;通过峰面积归一化法求得各物质相对含量。运用SPSS 22.0进行主成分分析，采用综合得分高低量化其风味品质差异，并以SAS 9.1.3进行聚类分析。

2 結果与分析

2. 1 菜心挥发性风味物质组分分析结果

5份菜心材料共检出11类114种物质，其中酯类29种，醇类30种，酮、醛类各8种，腈类7种，羧酸、芳香烃类各6种，酚类3种，脂肪烃类9种，胺、杂环类各4种，以酯类相对含量最高、挥发物种类最多（49.56%～73.92%，9～18种），醇类次之（17.96%～45.59%，8～15种），其他化合物相对含量极低;早熟品种四九-19菜心挥发物种类最多，迟熟品种迟心4号最少，其他中迟熟性菜心居中。由总离子流图（图1）可知，菜心挥发物组分以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯和（Z）-3-己烯-1-醇相对含量最高，与京春娃娃菜和农普奶白菜差异明显。

由表1可看出各菜心材料风味物质组成：（1）60天油青菜心检出挥发物27种，占总提取物的96.09%，主要为酯类49.27%（12种）和醇类45.48%（6种），腈类0.51%（2种），相对含量较低，未检出胺、酚类物质。酯类以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯相对含量（46.87%）最高，乙酸己酯（0.54%）次之;醇类以（Z）-3-己烯-1-醇（42.75%）相对含量最高，1-戊烯-3-醇（2.00%）次之。（2）四九-19菜心检出34种挥发物（占97.03%），主要为酯类51.17%（12种）、醇类41.06%（10种）、腈类3.92%（4种）等，未检出胺、芳香烃类物质。酯类以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯（45.70%）相对含量最高，乙酸己酯次之（1.98%）;醇类以（Z）-3-己烯-1-醇（35.16%）最高，正己醇（2.06%）、1-戊烯-3-醇（1.94%）次之;腈类中丁烯腈（3.17%）相对含量最高。（3）油绿702菜心检出挥发物31种（95.49%），主要为酯类73.24%（12种）、醇类17.89%（7种）、腈类2.15%（4种）等。酯类以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯相对含量（64.97%）最高、乙酸己酯次之（2.12%）;醇类以（Z）-3-己烯-1-醇相对含量（15.85%）最高，1-戊烯-3-醇（1.41%）次之;腈类以丁烯腈（1.16%）最多。（4）迟心4号菜心检出挥发物24种（99.31%），含酯类65.67%（9种）、醇类27.02%（7种）、醛类3.14%（4种）、腈类2.14%（3种）。酯类以（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯相对含量（62.81%）最高，梨醇酯次之（0.84%）;醇类以（Z）-3-己烯-1-醇（25.50%）相对含量最高，1-戊烯-3-醇（1.15%）次之;腈类以丁烯腈（1.11%）最多。（5）DY菜的心腈和醛类物质相对含量极少，未检出杂环类物质，但挥发物种类与迟心4号差别不明显，二者酯（66.31%）、醇类（27.36%）相对含量较接近。（6）农普奶白菜检出挥发物30种（98.33%），虽以醇（56.32%，7种）和酯（18.94%，5种）类为主，但醇类含量约是酯类的3倍，且醛类（16.72%，5种）相对含量明显高于其他材料，5-己腈（1.56%）和丁烯腈（1.43%）为主要腈类物质（2.14%，3种）。与其他材料不同的是，（Z）-3-己烯-1-醇相对含量最高（52.46%），（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯（17.68%）次之。（7）京春娃娃菜检出挥发物种类最少（22种，94.37%），以酯（54.06%，4种）、醇类（19.47%，5种）为主。其中，（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯相对含量最高（49.79%），（Z）-3-己烯-1-醇次之（15.83%），与菜心挥发物组分相对含量较相似，但较菜心而言含较多的脂肪烃（8.22%）和腈类（5.22%）等物质。

从图2可看出，酯、醇类在菜心主薹中相对含量最高，二者相对含量总和占总挥发物的91.89%～95.15%，是主要挥发物类别。其中，3-己烯醇乙酸酯和（Z）-3-己烯-1-醇最高;而胺、羧酸、酮、腈类相对含量极低;虽然各菜心材料挥发物类别组成差异不明显，但相对含量存在极显著差异（P<0.01，下同）。其中，油绿702菜心酯类物质相对含量（73.93%）极显著高于60天油青（49.56%）;醇类物质则与之相反，60天油青极显著高于油绿702菜心;腈类相对含量以四九-19菜心最高（3.93%），60天油青最低（0.51%）。

综上所述，农普奶白菜、京春娃娃菜与菜心挥发物成分相对含量差异明显。前二者虽以酯（18.94%，54.06%）、醇类（56.32%，19.47%）为主，但相对含量之和仅占73.53%～74.00%，且腈、醛、脂肪烃、酮、羧酸类物质相对含量极显著高于菜心。其中，京春娃娃菜虽与菜心均以酯、醇类含量相对最高，（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯、（Z）-3-己烯-1-醇相对含量占比较大，但前者含较多脂肪烃、腈类等物质，而农普奶白菜酯类物质相对含量仅为醇类的1/3。可见，农普奶白菜与京春娃娃菜挥发性风味物质相对含量也存在一定差异。

2. 2 菜心挥发性风味物质主成分分析结果

对菜心所有挥发物组分进行数据标准化处理，通过SPSS 22.0进行主成分分析得特征值和贡献率。相关系数绝对值越大，则该主成分在样本数据中的作用越大。如表2所示，由特征值确定出3个，主成分其累计方差贡献率达90.58%，反映了菜心大部分挥发物组分信息。由表3可知，醇（-0.99）、酯（0.98）和酚类（0.93）在第一主成分（PC1）荷载最高，基本反映各材料共有挥发性风味组分信息;腈（0.90）、酮类（0.80）与脂肪烃（0.62）、醛类（0.62）分别在第二主成分（PC2）和第三主成分（PC3）上有较高荷载，基本反映了其特征挥发性风味信息。其中，PC1方差贡献率最高（43.02%），初步确定醇、酯和酚类为菜心主薹主效挥发性风味物质类别。

2. 3 菜心风味综合评分结果

以PC1～PC3方差贡献率为权重构建菜心挥发性风味品质综合评价模型，即F=0.43×F1+0.33×F2+0.14×F3。各品种得分及排序如表4所示，综合得分排序依次为油绿702菜心>迟心4号菜心>四九-19菜心>DY菜心>60天油青菜心。

2. 4 菜心挥发物聚类分析结果

菜心挥发物组成及含量较丰富，材料间具有一定多样性。聚类分析结果（图3）表明，菜心材料间各挥发物成分及相对含量相似性较高，能较好地聚为一大类;迟熟品种迟心4号菜心与中迟熟品种DY菜心的遗传距离最近，然后与中迟熟的60天油青菜心在0.60处聚为一类;早熟品种四九-19菜心较其他材料遗传距离略远;中迟熟品种油綠702菜心居中。与京春娃娃菜相比，农普奶白菜与菜心的遗传距离更接近（0.94）。

3 讨论

菜心是我国华南地区的特色蔬菜，生长周期短，富含多种微量元素及营养物质，颇受消费者喜爱。目前，菜心品质研究较多关注商品及营养品质，对挥发性风味物质组分的分析较少。本研究重点分析菜心主薹主效挥发性风味物质类别，进一步与不结球白菜比较差异，综合评价菜心挥发性风味品质。结果表明，5种菜心材料主要含酯、醇、腈和酚类等11类挥发物。其中，具果香的酯（娄本和刘善宇，2012）、青草香的醇类（綦艳梅等，2012;韩伟等，2019）相对含量最高，在挥发物成分构成中占重要位置。相对含量最高的（Z）-3-己烯-1-醇乙酸酯（45.70%～64.97%），不仅在盖县大李中含量最高（刘泽静等，2009），还是红肉乌黑鸡肉桃、天津水蜜成熟果实特有成分之一（罗静等，2016），且具一定的生物防治作用（De Moraes et al.，2001）;相对含量较高的乙酸己酯则具有甜的花、果香气（刘泽静等，2009;王海波等，2010），是桃（朱翠英等，2015）和雪花梨（陈颖等，2017）主要挥发性香气成分;月桂酸乙酯则具有特有的花果香气（魏敏等，2018）。

菜心挥发醇主要为C6醇（正己醇、3-己烯醇、2-己烯醇、4-己烯醇等），相对含量仅次于酯类。本研究中，60天油青和四九-19菜心的醇类相对含量（45.48%，41.06%）最高，油绿702菜心（17.89%）最低。以具青草香（罗静等，2016）的（Z）-3-己烯-1-醇（15.85%～42.75%）最高，其在草莓（张运涛等，2011）、樱桃番茄（常培培等，2014）中已被检出。具青草味、果香的正己醇，在樱桃番茄（常培培等，2014）、雪花梨（陈颖等，2017）醇类中含量最高。

本研究中，农普奶白菜和京春娃娃菜同菜心均以酯（18.94%，54.06%）、醇类（56.32%，19.47%）物质为主，但整体而言此两类物质相对含量之和不及菜心高，且（Z）3-己烯-1-醇乙酸酯与（Z）-3-己烯-1-醇在菜心中相对含量最突出。就腈类物质而言，四九-19菜心相对含量最高（3.92%），与农普奶白菜（3.04%）、京春娃娃菜（5.22%）较接近，其次为油绿702菜心（2.23%）。

由主成分分析结果初步判定，酯、醇和酚类构成菜心主薹主效挥发性风味物质类别，且腈类作为PC2主要成分之一，对菜心风味有一定贡献，进一步综合得出油绿702菜心挥发性风味品质最佳。依据挥发物组分及其相对含量来聚类，菜心各材料聚为一大类，组间各菜心材料聚类情况与菜心熟性分类较一致，而近缘不结球白菜材料京春娃娃菜和农普奶白菜各为一类。吴春燕等（2012）研究表明，白菜等十字花科蔬菜含较多具辛辣和芳香味的异硫氰酸酯、硫氰酸酯、腈类物质，是特殊辛香风味的主要来源（Schonhof et al.，2004），尽管含量很低，但对风味贡献很大;醛、酮、腈和酯类等是白菜品种五月慢、京冠、苏州青的主要挥发物，其中具青草香的2-己烯醛相对含量（22.23%～29.70%）最高，乙醇（9.64%）次之。本研究发现，就京春娃娃菜而言，农普奶白菜与菜心遗传距离更接近，究其原因可能是除相对含量较高的酯和醇类物质贡献较大外，低含量的腈、酚和脂肪烃类等物质也起到重要作用，与吴春燕等（2012）观点一致。可见，菜心主薹挥发物组分与上述不结球白菜品种存在明显差异。

研究表明，不同品种、年份、栽培环境及栽培措施对蔬菜挥发性物质的形成均有一定影响（李晓颖等，2011;吕世懂和孙伟生，2013;刘胜辉等，2015）。本研究运用主成分分析法初步确定菜心主效挥发性风味物质类别，但涉及材料及品种较少，未能全面评价菜心挥发性风味品质，且仅在特定条件下进行研究分析。考虑到挥发性物质生成受品种、栽培环境、气候等因素影响，本研究结论尚不能全面评价菜心挥发性风味品质，因而有待进一步系统探究菜心挥发性风味物质组成及风味品质差异。

4 结论

主成分分析可有效分析菜心挥发性风味物质组分。菜心挥发物组分与农普奶白菜、京春娃娃菜存在一定差异，初步确定酯、醇和酚类对菜心清香风味贡献较大，油绿702菜心风味品质综合评分最佳，具有加工利用及提高风味品质育种潜力。

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（責任编辑 邓慧灵）