亚临界提取甜瓜籽油风味与脂肪酸关系分析

吴忠红，裴龙英，张 健，姜璐熙，孔建军，杜 鹃，吴 斌

(1.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆理工学院，新疆阿克苏 843000；3.新疆农业职业技术学院，新疆昌吉 831100)

0 引 言

【研究意义】甜瓜籽是葫芦科甜瓜(CucumismelonL.)的成熟种子[1]。新疆甜瓜质量好、产量高，年产量高达百万吨[2]，运用好副产物甜瓜籽，对资源的再开发利用有重要意义。【前人进展研究】甜瓜籽富含油脂12.5%～48.38%[1-4]，且不饱和脂肪酸含量较高，以亚油酸为主[5]，提高免疫力[2，3，6-8]，属于特种保健性油脂[9，10，4]。以甜瓜籽油为原料制备的生物柴油[11]，是生产生物柴油的潜在来源[12-13]。【本研究切入点】近年来，对于甜瓜籽油的研究主要集中在提取工艺[6，14-16]和脂肪酸组分分析等方面[3-4，17-18]，而对其风味的研究鲜见报道。甜瓜籽油具有独特的风味，其风味物质是影响感官特性、质量和消费者行为的重要因素。目前，气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)被广泛应用于食品挥发物的检测[19]。分析5个品种甜瓜籽油的挥发性风味成分与脂肪酸之间的关系。【拟解决的关键问题】以5个新疆主栽甜瓜品种的甜瓜籽为研究对象，采用主成分分析(PCA)、相关性热图和变量投影等方法，对亚临界提取的甜瓜籽油的挥发性成分、脂肪酸含量及其相关性分析，为甜瓜籽油的品质评价、溯源和质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 甜瓜品种

选用新疆主栽甜瓜品种香瓜、皇后、绿宝石、86-1、新蜜1号的种子(来源于新疆农业科学院园艺作物研究所西甜瓜种业)。采用亚临界萃取法提取甜瓜籽油。

1.1.2 仪器

Agilent 7890A/5975C气相色谱/质谱联用仪，美国安捷伦公司；SPME萃取头，美国Supelco公司；CAR/DVB/PDMS 1 cm萃取头，美国Supelco公司；HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美国安捷伦公司；Agilent 6890型气相色谱仪，美国安捷伦公司；Agilent 7683B自动进样器，美国安捷伦公司；氢火焰离子化检测器(FID)，美国安捷伦公司。CBE-10L亚临界萃取装置，河南省亚临界生物技术有限公司；FM100通用高速粉碎机，天津泰斯特；HH-S4数显恒温水浴锅，金坛市医疗仪器厂。

1.1.3 试剂

正构烷烃标准品：C7-C30(德国Sigma公司)；甲醇、石油醚、正己烷、丁烷、正庚醇等均为分析纯，沃德生物有限责任公司。

1.2 方 法

1.2.1 样品处理

甜瓜籽干燥：将甜瓜籽放入烘箱干燥60 h，干燥温度50℃，保证水分含含量控制在3%以下。

甜瓜籽→超微粉碎→过筛→装料→萃取→减压脱溶→甜瓜籽油→冷却、抽滤→甜瓜籽粕。

甜瓜籽装料：将甜瓜籽粉碎、过筛后装入筛绢(30 cm×10 cm)，平铺一薄层卷入萃取釜中。

萃取参数：丁烷做萃取剂，萃取时间40 min，萃取温度45℃，萃取压力为0.5 MPa。

低压脱溶：减压脱溶时应先打开冷凝水、压缩机，抽至0.1 MPa后，再打开真空泵抽至-0.01 MPa，最后依次关真空泵、压缩机和加热泵。

冷却、抽滤：在低温3℃条件静置12 h，采用抽滤装置进行真空抽滤(真空度≤0.6 MPa)即得澄清甜瓜籽油。

1.2.2 挥发性成分测定1.2.2.1 GC-MS

参考文献Yang W等方法[20]，略有改动。

萃取头的活化：气质联用仪的进样口设置为270℃，将萃取头插入进样口进行活化，以除去原先吸附在萃取头的物质，活化时间为30～60 min。

顶空固相微萃取(HS-SPME)：取2 g油脂于20 mL顶空瓶中，置于40℃恒温水浴中加热平衡20 min，通过隔热垫将已老化好的SPME萃取头插入顶空瓶中(距离液面1 cm)，吸附萃取30 min，磁力搅拌速度100 r/min，在GC进样口推出纤维头，在250℃条件下解析5 min，抽回纤维头后拔出萃取头，同时启动仪器采集数据。

GC条件：HP-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以高纯氦气(纯度≥99.999%)载气，恒定流速1.45 mL/min；柱温箱采用程序升温，起始温度40℃，保持5 min，以5 ℃/min的升温速率升到终温200℃，保持5 min；不分流进样模式，进样口温度250℃。

MS条件：电离方式EI，电子轰击能量为70 eV；GC-MS接口温度280℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，扫描质量范围40～450 amu。

1.2.2.2 挥发物

分离出的化合物经计算机检索，选择与NIST147 library谱库匹配度大于800的鉴定结果，同时结合相对保留指数(RI)定性，检测成分定量通过加入一定浓度的正庚醇做内标，采用面积归一化法表示挥发性成分的相对定量。

取C7～C30正构烷烃标准品，以正己烷为溶剂配制浓度为0.1%标准溶液，应用GC-MS分析条件分离，测定各正构烷烃的保留时间。各成分保留指数RI值，根据Kovats公式计算:RI=100n+100(tx-tn)/(tn+1-tn)。其中，RI为被分析组分的保留指数，tx为被分析组分流出峰的保留时间(min)，tn为碳原子数为n的正构烷烃流出峰的保留时间(min)，tn+1为碳原子数为n+1的正烷烃流出峰的保留时间(min)，且tn

1.2.3 脂肪酸

塑料滴管取1滴待测油样于10 mL离心管中，加入2.5 mL正己烷和100 μL 0.5 mol/L甲醇钠溶液，漩涡混合5 min，在 5 000 r/min下离心10 min，取上清液待测。

气相色谱：色谱柱HP-INNOWAX(30 m×0.32 mm×0.25 μm)；载气为氮气，流速为1.5 mL/min，进样口温度为260℃，分流比为80∶1，升温程序：210℃保持9 min，以20 ℃/min的升温速度升至250℃，保持10 min。

质谱：接口温度250℃，离子源温度200℃，电离方式EI源，电子能量70 eV，扫描质量范围：30～550 amu，采集方式：全扫描模式。

1.3 数据处理

所有试验重复3次取平均值，利用软件SPSS 19.0进行方差分析，采用Duncan检验法(P<0.05)分析差异显著性，PCA使用的是R包ade4进行绘制，热图使用的是R语言中ComplexHeatmap包，变量投影重要性分析使用的是R语言中的Vegan包。

2 结果与分析

2.1 不同品种的甜瓜籽油挥发性组分

研究表明，5个品种的甜瓜籽油在挥发性物质组成和相对含量存在差异。共鉴定出65种挥发性化合物，其中新蜜1号检测到的挥发性物质种类最多，为37种物质，主要是14种萜烯类、8种酮类、6种醇类及5种其他类等。皇后品种的油脂中含有30种，香瓜和86-1样品检测到29种，绿宝石含有挥发性物质种类最少，仅检测到26种。香瓜、皇后、86-1和绿宝石4个品种油脂中(1S)-(+)-3-蒈烯的含量均最高，且皇后、86-1和绿宝石之间差异性不显著，但与香瓜差异性显著，新蜜1号未检测出此物质，在新蜜1号中3-蒈烯的含量最高，达到了33.85%。右旋萜二烯在香瓜样品中含量仅次于(1S)-(+)-3-蒈烯，为15.46%，且其他4个品种中未检测出此物质，差异较大。双戊烯仅在皇后、86-1和绿宝石样品中检测到，且含量排名第二，分别为16.38%、15.92%和14.96%，无显著性差异。其次月桂烯、右旋-α-蒎烯、β-蒎烯、左旋-β-蒎烯在5个品种中相对含量也较高，且差异性显著。酚类物质在香瓜、皇后、绿宝石样品中未检出，在86-1中仅有1种，含量为0.11%，新蜜1号检测到的酚类物质有3种，平均含量为0.46%。表1，表2

表2 不同品种甜瓜籽油挥发性化合物种类及含量变化Table 2 Changes of volatile compounds in seed oil of different melon varieties

萜烯类物质、酮类和醇类是甜瓜籽油挥发性成分的主要物质种类，其中萜烯类物质种类及含量在5个品种的油脂中均较高，约是其他物质的几十至几百倍不等。萜烯类物质有14种，占总挥发物的63.72%～82.35%，平均为75.97%，已超过总挥发性成分的一半以上，差异性显著；其次是酮类，占总挥发物的2.41%～5.05%，平均为4.43%，香瓜、皇后、绿宝石之间差异性不显著，但与86-1、新蜜1号有显著差异；醇类化合物共有6种，占总挥发物的2.61%～3.47%，平均为3.16%。其他类挥发性物质有5种，占总挥发物的3.1%～4.65%，平均为3.85%，香瓜、皇后、86-1之间差异性不显著，但与绿宝石、新蜜1号有显著差异。在5个品种中，醛类和酯类物质含量较低，且差异性较大。酯类仅测出1～2种，含量平均在0.25%不同品种的甜瓜籽油挥发性成分有显著性差异。表1

表1 不同品种甜瓜籽油挥发性物质的GC-MS鉴定Table 1 GC-MS identification results of volatile substances in melon seed oil of different varieties

2.2 香气物质的PCA

研究表明，PC1和PC2的贡献率分别为45%和23.5%，总和68.5%。5个品种的油脂大致可以分为4类，皇后与绿宝石归为一类。主成分1的方差贡献率远大于主成分2，PC1轴上距离越大，样品差异性越大。以竖线为分隔，将5个品种的甜瓜籽油脂分成左右两大组，右侧是香瓜、皇后、86-1和绿宝石4个样品，左侧是新蜜1号，新蜜1号与其他4个品种差异性最为显著。再以散点的距离可以得出，86-1与皇后、绿宝石这一类的距离较近，且在同一象限，86-1与皇后、绿宝石这一类在整体香气成分的含量和类型方面的差异小于香瓜和新蜜1号。香瓜与新蜜1号分别在纵轴两侧且距离较远，两者之间有显著性差异。图1

续表1 不同品种甜瓜籽油挥发性物质的GC-MS鉴定Table 1 GC-MS identification results of volatile substances in melon seed oil of different varieties

2.3 不同品种的甜瓜籽油脂肪酸含量变化

研究表明，5个品种甜瓜籽油的脂肪酸在种类和相对含量方面存在差异。共鉴定出13种脂肪酸，饱和脂肪酸6种，平均含量22.98%，不饱和脂肪酸7种，平均含量为75.34%。饱和脂肪酸含量较高的主要是棕榈酸和硬脂酸，不饱和脂肪酸含量较高的是亚油酸和油酸，约是其他脂肪酸含量的100～250倍不等。香瓜样品中检测出7种脂肪酸，其中饱和脂肪酸3种，不饱和脂肪酸4种，亚油酸含量最高，为54.24%，其次是油酸和棕榈酸，含量分别为24.82%和12.75%。皇后样品检测到7种脂肪酸，饱和脂肪酸4种，不饱和脂肪酸3种，亚油酸含量最高为61.7%，其次是油酸和棕榈酸，含量分别为16.7%和14.38%。绿宝石样品检测到8种脂肪酸，其中饱和脂肪酸3种，不饱和脂肪酸5种，含量较高的是亚油酸和棕榈酸。86-1样品检测到6种脂肪酸，其中饱和脂肪酸3种，不饱和脂肪酸3种。新蜜1号样品检测到8种脂肪酸，其中饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸各4种。香瓜、绿宝石、新蜜1号样品之间，棕榈酸差异性不显著，但与皇后和86-1差异性显著。5个样品中能检测出的十六烯酸之间差异性不显著。皇后、绿宝石、新蜜1号样品之间的亚油酸差异性不显著，但与香瓜、86-1差异性显著。皇后、86-1、新蜜1号样品之间的油酸含量差异性不显著，与其他2个样品差异性显著。表3

香瓜、皇后、新蜜1号样品的总饱和脂肪酸之间差异性不显著，与绿宝石、86-1样品差异性显著，且香瓜、皇后、新蜜1号样品的总饱和脂肪酸含量均低于绿宝石和86-1，其中86-1样品的总饱和脂肪酸含量最高，为29.21%。不饱和脂肪酸的差异性与饱和脂肪酸的分析结果一致，但含量恰好相反，香瓜、皇后、新蜜1号的总不饱和脂肪酸含量均高于绿宝石和86-1，其中香瓜的总不饱和脂肪酸含量最高，为79.38%。

PC1和PC2的贡献率分别为49.2%和21.2%，总和70.4%。5个品种被分成了5大类，以竖线为分隔，左右两侧的样品差异较大，右侧是香瓜、皇后、新蜜1号3个样品，左侧是绿宝石和86-1样品。左侧的绿宝石和86-1距离较远，虽同在左侧，但差异性显著；右侧皇后和新蜜1号样品在同一象限，且距离相对较近，其脂肪酸最相近。图2

2.4 不同品种的甜瓜籽油香气物质与脂肪酸的相关性

研究表明，红色越深正相关性越大，蓝色越深负相关性越强，编号comp1-comp65与香气物质编号对应，fa1-fa13与表3中的脂肪酸编号一致。fa8(二十四酸)、fa13(十八碳烯酸)与香气物质的相关性相似，主要是与comp33，30，62，1，44，23，60，25，11，18，32，31，57，59，56，61，35呈显著正相关，这些物质主要是9种萜烯类、3种酚类、3种其他类、1种醇类和1种酮类；fa8、fa13与comp49，17，45，36呈显著负相关。fa3(棕榈酸)主要与comp55，37，58，52，4，47呈显著正相关，这些物质酯类有2种，醇类、酮类、醛类、酚类各1种。fa5(油酸)主要与comp63，9，26，19，12，10，14呈显著正相关，这些物质萜烯类较多有5种；油酸与邻异丙基甲苯有显著负相关。fa7(亚麻酸)、fa9(蓖麻油酸)与香气物质的相关性相似，主要是与comp27，42这2种物质有显著正相关。fa1(肉豆蔻酸)主要与54，6，29呈显著正相关。fa11(花生酸)主要与右旋-α-蒎烯、2-乙基己烯醛呈显著负相关。图3

表3 不同品种甜瓜籽油脂肪酸鉴定Table 3 Identification results of fatty acids in melon seed oil of different varieties

2.5 不同品种的甜瓜籽油香气物质与脂肪酸的变量投影

研究表明，主成分上的重要度排序，当脂肪酸在2种主成分上均大于1，对香气的影响相对较大；当第一主成分大于1，第二主成分小于1时，则其重要性其次；当第二主成分大于1，第一主成分小于1时，则其影响相对较小；当在2个主成分都小于1时，则表明对香气物质的影响最小。fa8(二十四酸)和fa13(十八碳烯酸)对香气的影响最大，其次是fa11(花生酸)，fa12(18-甲基十九烷酸)，fa2(十六烯酸)，其他脂肪酸对香气物质的影响相对较小。图4

3 讨 论

5个品种的甜瓜籽油中(IS)-(+)-3-蒈烯和3-蒈烯含量较高，其具有松木样香气[16]。萜烯类物质、酮类和醇类在5种甜瓜籽油挥发性成分含量相对较高，如柠檬烯，是一种天然的具有很多生理学功能的单萜类化合物[21]。酮类化合物一般被认为是不饱和脂肪酸的氧化降解产物，能够赋予植物油一定的果香气味[22]，醇类化合物一般会使气味较柔和[24,25]。酚类化合物虽然少，但通常具有果香型的感官特征[23]。酯类化合物在各植物油中所占比例较小，但对植物油的整体气味有柔和作用，对很多植物油的气味有重要的贡献[26]。醛类化合物虽阈值较低，但气味贡献较大，主要来源于不饱和脂肪酸的氧化降解。例如，反式-2，4-癸二烯醛的气味阈值低至0.07 μg/kg，却是植物油中贡献最大的挥发性成分[27]。对比白希等[28]对伽师瓜籽油挥发性成分研究发现，与研究的甜瓜籽油在风味物质上有较大差异，油脂挥发性的差异与品种有一定关系，这种差异性在不同品种的西瓜籽油中也存在[29]。

饱和脂肪酸对人体具有多种生理有益的生化功能[26]。研究中不饱和脂肪酸中的亚油酸和油酸含量相对较高，采用超临界CO2萃取甜瓜籽油中油酸、亚油酸含量最高分别为58.48%、18.36%[30]；采用超临界CO2萃取甜瓜籽油中亚油酸含量72.35%，油酸含量16.29%[31]；采用超临界CO2萃取甜瓜籽油中不饷饱和脂肪酸以亚油酸(64.29%)、油酸(16.64%)为主[32]，这与研究结论相似。在前人的研究中发现，超声辅助和超临界CO2提取的伽师瓜籽油中含有6～12种脂肪酸[3,14,31]，亚油酸含量较高，且不饱和脂肪酸含量高于饱和脂肪酸，这与研究的结果一致。在其它品种中测得的脂肪酸的含量差异较大，少则有7～12种[6,30]，例如黑龙江产地的甜瓜籽油检测到7种脂肪酸[6]，多则有15～23种，例如巴西品种的 Honey Dew、 Hymark 和 Orange Flesh[18,32]，这也进一步说明了不同品种的甜瓜籽油中脂肪酸表现出一定的差异性。

4 结 论

从甜瓜籽油中共鉴定出65种挥发性物质，其中新蜜1号品种被检测到的种类最多，为37种，其次是皇后，共有30种，香瓜和86-1中的种类相当，均为29种，而绿宝石中最少，仅有26种。样品中萜烯类种类及含量均占比较高，有11～14种，平均为75.97%；其次是酮类，平均为4.43%；醇类含量较低，为3.16%；不同品种的油脂风味存在较大差异。5个甜瓜籽油风味有显著差异。5种甜瓜籽油中富含不饱和脂肪酸，平均为75.34%，饱和脂肪酸平均含量为22.98%。二十四酸、十八碳烯酸、花生酸、棕榈酸、亚麻酸、蓖麻油酸与香气物质有较强相关性。