5种不同果色苦瓜果实单萜成分分析

李家明，林志强，黄则栋，陈露，许茹，钟凤林，*

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州350002；2.福建省种子管理总站，福建福州350000；3.福建田美种业科技股份有限公司，福建福州350000）

苦瓜（Momordica charantia L.）是葫芦科苦瓜属一年生草本植物，主要以食用嫩瓜为主，口感清爽带苦味，老熟苦瓜清香而味甜，是一种重要的药食兼用园艺作物。苦瓜果实中含有丰富的营养物质，主要包括维生素、矿物质元素、氨基酸、类黄酮以及皂苷等生物活性物质[1-3]，具有清热去火、明目利尿、降血糖、抗癌等药用功效[4-5]。我国苦瓜品种繁多，通常依据传统植物学性状来进行分类，如苦瓜果实的形状、果皮的颜色、果实表面瘤状突起等，按果实颜色可分为：白色、白绿色、黄绿色、浅绿色、绿色、深绿色、墨绿色[6]。相关研究表明，不同果色的果实在口感、营养物质含量上存在差异，果实颜色与果实的品质和风味存在一定的相关性[7-9]。随着消费者对苦瓜需求的不断增加，苦瓜果实除了鲜食之外，目前已经开发出多种苦瓜的加工产品，如苦瓜茶[10]、苦瓜发酵酒[11]、苦瓜果脯[12]、苦瓜饮料[13]等，探究不同果色苦瓜果实中挥发性物质的差异，有助于苦瓜加工产品的研发，拓宽苦瓜消费市场。

单萜类化合物具有挥发性，是一类重要的挥发性物质，其感官阈值低，具有浓郁的香味，对果实的香气起着重要的贡献作用。目前，在葡萄[14]、柑橘[15]、番茄[16]、甜椒[17]等果实中均有相关研究。苦瓜果实具有独特的香气，苦瓜特有的挥发性物质对苦瓜果实风味品质评价及苦瓜果实副产品加工方面有着重要作用。杨敏[18]的研究结果表明甘肃主产的苦瓜果实主要挥发性成分为醛类和醇类，不同的挥发性物质对苦瓜果实香气贡献不同。关于苦瓜果实的挥发性物质成分尚有待进一步研究，本试验选取不同果实颜色的苦瓜果实，采用顶空固相微萃取（head space solid-phase micro-extractions，HE-SPME）结合气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术，探究不同果色苦瓜果实之间单萜类物质成分组成及其含量的差异，并进行主成分分析和聚类分析，从而为苦瓜果实挥发性物质的研究利用、风味品质的评价以及苦瓜果实的深加工提供一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试材及仪器

试验材料于2018 年10 月17 日采摘于福建田美种业科技股份有限公司白沙育种基地，均选取授粉后15 d 的苦瓜果实，白色苦瓜（K1）、白绿色苦瓜（K2）、黄绿色苦瓜（K3）、浅绿色苦瓜（K4）、绿色苦瓜（K5）果实各采摘3 份作为重复。

SPME 手动进样器、DVB/CAR/PDMS 萃取头（50/30 μm）：美国 Supelco 公司产品；Clarus SQ8T 型气相色谱-质谱联用仪：美国Perkin Elmer 公司。

1.2 试验方法

1.2.1 HS-SPME 取样

样品制备、顶空固相微萃取方法和气相色谱质谱条件在杨敏[18]的方法上有所改动。取不同果色苦瓜果肉中段部分进行匀浆，分别称取5 g 匀浆置于20 mL样品瓶中，加入1 g 氯化钠分析纯，密封后置于70 ℃恒温磁力搅拌器上平衡10 min，样品3 次重复。把固相微萃取头置于气相色谱进样口于250 ℃条件下老化2 h 后，插入顶空样品瓶 1/3 处，70 ℃下吸附 30 min。

1.2.2 GC-MS 分析

将固相微萃取头从样品瓶中抽出，插入气相色谱-质谱联用仪进样口处，于250 ℃下解析7 min。

色谱条件：检测器温度：250 ℃；进样器温度：240 ℃；载气：He2（纯度99.999%）；柱流量：1 mL/min；分流比：15 ∶1；进样方式：无分流进样；升温程序：初始温度 65 ℃，以 3 ℃/min 的速率升温至 155 ℃，保持 0 min，以 10 ℃/min 的速率升至 230 ℃，保持 0 min。

质谱条件：接口温度：240 ℃，离子源温度：200 ℃，离子方式：EI；电子能量：70 ev；扫描质量范围：30 u～550 u。

1.2.3 定性及定量分析

通过计算机谱库（NIST 2011）检索及结合保留指数对其进行定性分析。果实中挥发性物质的定量采用峰面积归一化法计算出各成分的相对含量。

1.2.4 数据处理及分析

用Excel 2016 对数据进行统计；运用SPSS 21.0 进行显著性分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同果色苦瓜果实中单萜类物质数目比较

不同果色苦瓜果实单萜类物质组成比较结果见图1。

图1 不同果色苦瓜果实单萜类物质组成比较Fig.1 Comparison of the composition of monoterpenoids in five different fruit color bitter gourd fruits

由图1 可知，在绿色苦瓜（K5）果实中检测到单萜类物质成分最多，包括8 种单萜醇、5 种单萜醛、2 种单萜酮、3 种单萜烯、1 种单萜炔，共计19 种单萜类物质。白色苦瓜（K1）果实中检测到的单萜成分最少，包括8种单萜醇、2 种单萜醛、2 种单萜酮、1 中单萜烯，共计13 种单萜类物质。白绿色苦瓜（K2）、黄绿色苦瓜（K3）和浅绿色苦瓜（K4）果实中分别检测到 18、16、15 种单萜类物质。在5 种不同果色苦瓜果实中，白绿色苦瓜（K2）果实中单萜醇的物质种类最多，浅绿色苦瓜（K4）最少；绿色苦瓜（K5）果实中单萜醛种类最多，白色苦瓜（K1）最少。单萜炔类物质仅在白绿色苦瓜（K2）、黄绿色苦瓜（K3）和绿色苦瓜（K5）果实中有检测出，浅绿色苦瓜（K4）果实中单独检测到1 种单萜酯类物质，白色苦瓜（K1）中未检测到单萜酯和单萜炔类物质。

2.2 不同果色苦瓜果实中单萜类物质成分及含量的比较分析

通过对5 种不同果色苦瓜果实挥发性物质成分进行检测鉴定及定量分析，共检测出29 种单萜类物质，具体结果见表1。

包括11 种单萜醇：顺式-桧萜醇、桃金娘烯醇、紫苏醇、顺式-马鞭草烯醇、4-（1-甲基乙基）-1，4-环己二烯-1-甲醇、2-（4-亚甲基环己基）丙-2-烯-1-醇、L-紫苏醇、顺式-2，8-薄荷二烯-1-醇、芳樟醇、橙花醇、香叶醇；9 种单萜醛：异环柠檬醛、反，反-2，4-癸二烯醛、反式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、β-环柠檬醛、顺式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、（2E）-（3，3-二甲基亚）乙醛、1α，2α，5α-2-甲基-5-（1-甲基乙烯基）环戊烷甲醛、龙脑烯醛、香叶醛；4 种单萜烯：2，5，5-三甲基-庚 1，3ξ，6-三烯、4-甲基-1-（丙-1-烯-2-基）环己烯、α-氧化蒎烯、1，1-五亚甲基-1，2-戊二烯；3 种单萜酮：侧柏酮、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮；1 种单萜酯：巴豆酸己烯酯。此外，还有1 种单萜炔类物质：2-甲基-1-壬烯-3-炔。5 种不同果色苦瓜果实共同检测出的单萜类物质成分有7 种，包括：顺式-桧萜醇、桃金娘烯醇、顺式-马鞭草烯醇、橙花醇、香叶醇、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮。

表1 5 种不同果色苦瓜单萜类物质成分及相对含量Table 1 Monoterpenoids and their relative contents in five different fruit colors of bitter gourd

续表1 5 种不同果色苦瓜单萜类物质成分及相对含量Continue table 1 Monoterpenoids and their relative contents in five different fruit colors of bitter gourd

不同果色苦瓜果实中单萜类物质总含量之间存在显著差异：白绿色苦瓜（K2）＞黄绿色苦瓜（K3）＞白色苦瓜（K1）＞绿色苦瓜（K5）＞浅绿色苦瓜（K4）。对共有的7 种单萜类物质成分含量比较发现：白绿色苦瓜（K2）的共有物质成分含量最高，占总含量的70.702%，绿色苦瓜（K5）最低，占总含量的50.059%。其中，共有挥发性物质成分桃金娘烯醇的含量为最高，含量均超过挥发物总含量的40%，白绿色苦瓜（K2）果实的桃金娘烯醇含量高达64.152%，而绿色苦瓜（K5）果实中的桃金娘烯醇含量相对较低，占挥发物总含量的41.332%，可推测桃金娘烯醇为5 种不同果色苦瓜果实中共有的香气物质。白绿色苦瓜（K2）果实中顺式-桧萜醇、桃金娘烯醇、顺式-马鞭草烯醇的释放量显著高于其他4种颜色的苦瓜；绿色苦瓜（K5）果实中橙花醇、香叶醇、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮的释放量显著高于其他4 种颜色苦瓜。对差异物质进行比较可知：白绿色苦瓜（K2）果实中检出独有的挥发性单萜类物质成分为顺式-2，8-薄荷二烯-1-醇；黄绿色苦瓜（K3）果实中检出独有的物质为（2E）-（3，3-二甲基亚）乙醛；浅绿色苦瓜（K4）独有的单物质为异环柠檬醛、巴豆酸己烯酯；绿色苦瓜（K5）独有的物质为β-环柠檬醛、香叶醛。

2.3 不同果色苦瓜果实单萜类物质的主成分分析

以单萜类物质成分的相对含量数据为参数，对除桃金娘烯醇外的28 种单萜类挥发性物质进行主成分分析，具体结果见图2。

图2 不同果色苦瓜单萜类物质得分散点图Fig.2 The dispersive point diagram of monoterpenoids in different fruit colors of bitter gourd

根据特征值大于1 原则，共提取2 个主成分，这2个主成分的累积方差贡献率为83.073%，能够反映原始数据的绝大部分信息，其中主成分1（PC1）和主成分2（PC2）分别解释了57.569%和25.504%的变量信息。在PC1 中，C1 号顺式—桧萜醇、C12 号β-环柠檬醛、C17 号香叶醛、C18 号侧柏酮、C27 号香叶醇、C28 号α-紫罗兰酮的载荷最高，对第一主成分贡献率最大。在 PC2 中，C7 号 L—紫苏醇、C11 号反式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、C13 号顺式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、C15 号 1α，2α，5α-2-甲基-5-（1-甲基乙烯基）环戊烷甲醛、C29 号β-紫罗兰酮对第二主成分贡献率较大。

2.4 不同果色苦瓜果实聚类分析

对5 种不同果色苦瓜果实的单萜类物质成分采用平方欧式距离类平均法进行聚类分析，结果如图3所示。

图3 不同果色苦瓜果实单萜类物质成分的聚类图Fig.3 Cluster analysis tree diagram of different fruit bitter gourd

在距离为10 时将5 种不同果色苦瓜分为2 组，其中白色苦瓜（K1）、黄绿色苦瓜（K3）和白绿色苦瓜（K2）聚为第Ⅰ组，浅绿色苦瓜（K4）和绿色苦瓜（K5）聚类为第Ⅱ组。聚类分析结果表明在白色苦瓜（K1）、黄绿色苦瓜（K3）和白绿色苦瓜（K2）果实中检测到的单萜类物质成分和含量上具有较高的相似性；浅绿色苦瓜（K4）和绿色苦瓜（K5）果实中的单萜类物质在成分组成和含量上相似性较高。

3 结果与讨论

目前，关于苦瓜挥发性物质的研究主要集中在干燥方式对苦瓜茶的品质及挥发性物质的影响[19]，除此之外，在苦瓜种子[20-21]、叶片[22]挥发油等方面也有相关研究。本研究针对不同果色苦瓜果实挥发性物质中的单萜类物质成分进行鉴定分析，发现单萜类物质在苦瓜果实挥发性物中占重要地位，单萜类物质成分含量均超过苦瓜挥发性物质总含量的55%，说明苦瓜果实中的主要挥发性物质为单萜类物质，包括单萜醇、单萜醛、单萜酮、单萜烯烃类、单萜炔烃类及单萜酯。杨敏[18]和张小凤[23]的研究结果表明，苦瓜果实挥发性物质主要是醇类和醛类物质，这两类物质为苦瓜果实香气具有重要贡献作用，本试验结果与其相符。但在苦瓜具体物质成分和含量上有很大差异，可能是因为苦瓜品种、成熟度、种植地区和栽培模式等存在差异，造成挥发性物质成分和含量有较大差异。

单萜类物质对果实的香气以及风味品质有着重要的影响，其感官阈值低，香味浓郁，从不同程度上对果实风味起着至关重要的作用，在葡萄[24]、玫瑰[25]、茶叶[26]等植物中是重要的香气物质。除此之外，单萜类物质在食品[26]、农业[27]、医药[28]等方面有很广泛的应用。本试验在5 种果色苦瓜果实中检测到的单萜成分达29 种，其中单萜醇类物质桃金娘烯醇的含量最高，含量均超过挥发物总含量的40%，白绿色苦瓜（K2）果实中桃金娘烯醇含量最高，占挥发性物质总含量的64.152%。桃金娘烯醇具有檀木香和薄荷清香，用途广泛，可以用做香料、香精、合剂和修饰剂等[26]。苦瓜果实挥发性物质中桃金娘烯醇的相对含量最高，可以推测桃金娘烯醇为苦瓜果实的特征性香气物质，可为苦瓜果实提供浓郁的清香。5 种不同果色苦瓜共有单萜类物质仅7 种，顺式-桧萜醇、桃金娘烯醇、顺式-马鞭草烯醇、橙花醇、香叶醇、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮，共有成分含量均超过挥发物总含量的50%，构成5 种不同果色苦瓜的主体风味。不同果色苦瓜之间单萜类物质成分差异较大，能够提供不同果色苦瓜自身的特有香味，白绿色苦瓜（K2）特有的物质为顺式-2，8-薄荷二烯-1-醇；黄绿色苦瓜（K3）特有的物质为（2E）-（3，3-二甲基亚）；浅绿色苦瓜（K4）特有的物质为异环柠檬醛和巴豆酸己烯酯；绿色苦瓜（K5）特有的物质为β-环柠檬醛和香叶醛。通过对不同果色苦瓜果实单萜类物质的主成分分析，除桃金娘烯醇外对苦瓜果实香气有重要贡献的物质为顺式—桧萜醇、β-环柠檬醛、香叶醛、侧柏酮、C 香叶醇、α-紫罗兰酮、L—紫苏醇、反式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、顺式-4，5-二环氧（E）-2-癸烯醛、1α，2α，5α-2-甲基-5-（1-甲基乙烯基）环戊烷甲醛、β-紫罗兰酮，这些物质虽然相对含量不高，但由于其香气阈值低，也能够从不同程度上对苦瓜果实的香气做出贡献。

颜色相近的苦瓜果实之间存在共有的单萜物质成分：白色苦瓜（K1）和白绿色苦瓜（K2）果实中检测出的共有单萜类物质是龙脑烯醛和芳樟醇；白绿色苦瓜（K2）和黄绿色苦瓜（K3）共同检测出含量相对较高的侧柏酮；黄绿色苦瓜（K3）和浅绿色苦瓜（K4）果实中共存的物质为紫苏醇，浅绿色苦瓜（K4）和绿色苦瓜（K5）果实中共有物质为 2，5，5-三甲基-庚 1，3ξ，6-三烯，表明果实颜色相近的苦瓜在挥发性单萜类物质成分组成上具有共性。聚类分析将5 种不同果色苦瓜分为两类，第一类苦瓜果实颜色为白色、白绿色、黄绿色，颜色整体偏浅，单萜类物质相对含量较高，超过63%，这3 种果色苦瓜果实单萜类成分及含量最为相似，可分为一类。第二类苦瓜果实颜色绿色偏深，但单萜类物质总含量相对较低，占挥发物总含量的55%左右，这两种果色苦瓜果实在单萜成分的组成及含量上具有一定的相似性，可分为第二类。观察苦瓜果实颜色变化与挥发物总含量之间的关系可发现：苦瓜果实的颜色深浅与单萜类物质的组成和相对含量具有一定的相关性，可在后续研究中进一步证明。