苹果梨及其后代果实香气成分的GC-MC分析

闫兴凯，赵 滢，卢明艳，武春昊，张茂君，王 强

（吉林省农业科学院 a.果树研究所；b.农业农村部东北地区（吉林）果树科学观测试验站，吉林 公主岭 136100）

苹果梨是我国主要栽培梨品种，也是育种骨干亲本之一。目前，以其为亲本已育成了68 个1 代、2 代至多代品种，构成了苹果梨族系[1]。但是，其品种间果实品质的差异较大，果实香气性状评价以感官评价为主，而其果实香气组分不确定。因此，开展苹果梨及其后代香气组分的评价和研究具有重要的现实意义。

香气是果实品质的重要评价指标，相关研究主要集中于不同香气组成、种类和含量等对特征香气的影响方面[2-5]。有关研究者采用气相色谱质谱联用（GC-MC）技术，结合统计学分析，对李[6]、杏[7]、葡萄[8]、苹果[9]等树种的果实品质进行了评价。梨作为我国主要栽培的果树种类，针对其果实香气成分组成及特征香气的评价、形成机制等方面的研究，一直以来是其果实品质研究的重点内容。田长平等[10]在研究白梨和沙梨品种果实香气组分构成时发现，果实香气成分的种类、组分和总量均存在差异，白梨品种均明显高于沙梨品种。王强等[11]在研究寒香梨不同贮藏期果实香气成分含量变化时发现，在果实软化过程中，醇、醛、烷、烯及酮等类物质均会向酯类转化，其果实香气属酯香类。李国鹏[12]在研究秋子梨品种果实后熟过程中果实挥发性组分变化情况时发现，在苹香梨果实后熟过程中，其果实中酯类物质的含量升高，而醛类物质的含量下降，故其果实具有浓郁的香气，乙烯调控PuAAT基因表达，使其果实中酯类物质的合成有所增加。为了进一步开展苹果梨后代果实品质的评价研究，确定其科学的果实香气评价体系，本研究利用气相色谱质谱联用（GC-MC）技术测定了苹果梨及其后代果实的香气组分，分析其果实香气组分的组成及差异性，以期为其特征香气评价及品种选育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年在吉林省农业科学院果树研究所的国家梨产业技术秋子梨品种改良岗位试验园（124°02′E，43°11′N）中进行。该试验园冬季寒冷而夏季炎热，年平均气温5.6 ℃，年平均降水量594.8 mm，无霜期144 d。供试品种分别为苹果梨、蔗梨、苹香梨、大梨、寒香梨、大慈梨和寒酥梨，常规栽培管理。

1.2 取样方法

果实成熟期，每个品种各随机选取3 株树龄相近、树势优良、无病虫害的样树，于样树的不同方位随机选取果实，每株20 个。将采集的果实于室温贮藏7 d 后，调查和测定其主要经济性状指标，每项指标测定各设3 次生物学重复。

1.3 试验方法

1.3.1 果实主要经济性状调查

参考《梨种质资源描述规范和数据标准》，调查参试品种果实的单果质量、果肉质地、可溶性固形物含量、风味和香气等主要经济性状指标。

1.3.2 自动顶空萃取香气成分

将所采果实去皮后选取中间部分的果肉，将其快速切成3 mm 的小块，混匀，称取8 g 样品，置于15 mL 的顶空瓶中，以空瓶作对照，设3 次重复。然后将其置于美国 AgilentG 1888 顶空进样器中，于压力为0.07 MPa、温度为130 ℃的条件下加热30 min。再于定量环温度为135 ℃、传输线温度为140 ℃的条件下抽取挥发性成分1 mL 以待测。

1.3.3 气相色谱质谱条件

采用美国Agilent7890A-5975C 气质联用仪进行分析。

GC 条件：色谱柱为HP-5 石英毛细管柱（0.25 mm×30 m × 0.25 μm），载气为高纯He 气，流速为1 mL/min，进样口温度为250 ℃。柱温箱的升温程序为：初始温度45 ℃，保持15 min；然后以5 ℃/min 的速度升温至180 ℃，保持10 min；再以5 ℃/min 的速度升至230 ℃，保持5 min。

MC 条件：电离方式为EI，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，四极杆温度为150 ℃，扫描范围为40 ～400 amu。

1.3.4 香气成分分析

利用质谱全离子扫描模式下的总离子流图谱，检索NIST08.L 谱库，结合保留指数（retention index，RI）确定具体的香气成分，以峰面积归一法求得香气成分的相对含量。

1.4 数据处理

采用Photoshop 软件作图，采用Excel 2016 软件制表，采用SAS 9.0 软件进行主成分及聚类分析，运用公式（1）计算果实样品果实品质的综合分值（Dn）。

式（1）中：Fjn为第n个样品第j个特征值＞0.9的主成分的分值；m为特征值＞0.9 的主成分的个数；Ej为第j个主成分的贡献率；i表示所测定的果实品质指标，i∈[1,7]。

2 结果与分析

2.1 品种来源及果实主要经济性状比较

参试梨品种的亲缘关系及其果实主要经济性状见表1。由表1可知，以苹果梨为亲本的第1 代品种有3 个，蔗梨为人工杂交选育，苹香梨和大梨为苹果梨实生选育；其第2 代品种3 个，寒香梨、大慈梨和寒酥梨均为杂交选育。按果实肉质质地分类，苹香梨和寒香梨为软肉类型品种，其余为脆肉型品种；根据香气感官评价分类，苹香梨、寒香梨和大慈梨为有香气品种，其余为无香气品种。

表1 苹果梨及其后代品种的亲缘关系及其果实的主要经济性状Table 1 Genetic relationship and fruit main economic characters of Pingguoli and its offspring

2.2 梨品种果实香气组分与含量

参试梨品种果实中检测到的香气组分见表2。表2显示，共检测出香气组分32 种，酯类19 种，醇类3 种，醛类3 种，烯类2 种，烷类3 种，酮类1 种，其他类1 种。

表2 苹果梨及其后代果实中的香气组分Table 2 Fruit aroma components of Pingguoli and its offspring

检测到的香气组分，寒香梨的最为丰富，有29 种，苹果梨28 种，寒酥梨27 种，蔗梨26 种，大梨和大慈梨各有25 种，苹香梨的最少，只有24 种。参试梨品种果实共有的香气组分有21 种，酯类13 种，醇类1 种，醛类2 种，烯类1 种，烷类3 种，其他类1 种。

除大梨外，己酸乙酯、乙酸己酯和α-法呢烯等3 种香气组分在其他参试梨品种果实中的相对含量均最高，其相对含量之和占香气组分总含量的67.75%～82.75%，其相对含量总和的大小顺序为：寒香梨＞苹香梨＞寒酥梨＞苹果梨＞大慈梨＞蔗梨。在大梨果实中，乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、α-法呢烯等5 种香气组分的相对含量均较高，其相对含量之和占香气组分总含量的88.08%，相对含量由高到低依次为乙酸己酯（52.13%）、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯（10.77%）、α-法呢烯（9.17%）、己酸乙酯（7.92%）、(E)-3- 己烯-1- 醇乙酸酯（7.61%）。

α-法呢烯在参试梨品种果实中均有检出，其相对含量较高，其可能是苹果梨及其后代果实特征香气形成的重要组分之一。

参试梨品种果实总共检测到11 种特有的香气组分，其中，酯类6 种，醇类2 种，醛、酮、烯类各1 种。品种间果实特有香气组分的种类、数量及相对含量均存在差异。其中，寒香梨最多，有8 种，苹果梨7 种，寒酥梨6 种，蔗梨和大梨各有4 种，苹香梨和大慈梨各有3 种。这11 种特有香气组分的相对含量如图1所示。由图1可知，特有香气组分的相对含量普遍低于1%，只有大梨果实中(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯（清香）的相对含量达到了7.61%。由此可知，参试梨品种间果实特有香气组分的种类、数量及相对含量上的差异，很可能是苹果梨及其后代果实风味产生差异的重要影响因子。

图1 苹果梨及其后代果实特有香气组分的种类与相对含量Fig.1 Types and relative contents of characteristic fruits aroma components of Pingguoli and its offspring

2.3 梨品种果实香气种类

苹果梨及其后代品种果实香气种类和相对含量如图2所示。苹果梨及其后代品种果实的香气种类有7 种，其相对含量的差异较大。苹果梨、蔗梨、苹香梨、寒酥梨等品种的香气组分均以酯类和烯类为主，其酯类的相对含量占其香气成分总含量的43.60%～57.24%，其相对含量的大小顺序为蔗梨＞苹果梨＞苹香梨＞寒酥梨；烯类的相对含量占其香气成分总含量的25.47%～50.17%，其相对含量的大小顺序与酯类的相反。大梨、寒香梨和大慈梨等品种的香气组分均以酯类为主，其相对含量占其香气成分总含量的74.7%～82.3%，其相对含量的大小顺序为大梨＞寒香梨＞大慈梨；其烯类相对含量也较高，占其香气成分总含量的9.17%～19.05%。苹果梨及其后代品种果实中醇类、醛类、烷类、酮类及其他类香气组分的相对含量虽然存在差异，但其相对含量均不高。

图2 苹果梨及其后代品种果实香气种类和相对含量Fig.2 Aroma types and relative contents of fruits of Pingguoli and its offspring

2.4 梨品种果实不同种类香气组分相对含量的相关性分析与聚类分析

2.4.1 梨品种果实不同种类香气组分相对含量间的相关性分析

参试梨品种果实不同种类香气组分相对含量间的相关性分析结果见表3。表3显示，苹果梨及其后代果实烯类与酯类、酮类与醛类香气组分的相对含量之间均呈显著负相关，而其他种类香气组分的相对含量之间均无显著相关性。

表3 梨品种果实不同种类香气组分相对含量间的相关性分析结果†Table 3 Correlation analysis results between different aroma types and relative content of pear fruits

2.4.2 梨品种果实不同种类香气组分相对含量的主成分分析

依据相关性分析结果进行主成分分析，结果见表4。表4显示，主成分1、主成分2、主成分3 的贡献率分别为41.99%、29.76%、17.31%，其累积贡献率为89.06%（＞85%），说明这3 个主成分能够全面反映各类香气组分对参试品种果实香气的贡献情况。根据各个主成分的特征向量值可以看出，各个主成分中起决定作用的香气组分不同，其他类、醛类和醇类香气组分的相对含量决定了主成分1 的特征值；酯类和烯类香气组分的相对含量决定了主成分2 的特征值；酮类香气组分的相对含量决定了主成分3 的特征值。

表4 6 个主成分的特征值与贡献率和累计贡献率Table 4 The characteristic value and contribution rate and cumulative contribution rate of 6 principal components

2.4.3 不同梨品种果实香气组分的综合评价

基于主成分分析得出的参试梨品种果实各类香气组分的综合得分与排名见表5。由表5可知，排名第1、第2、第3 位的依次为蔗梨、苹果梨和大慈梨。蔗梨果实中各类香气组分相对含量在主成分1、主成分2 和主成分3 中的得分与排名均较高，说明其主要优势体现在其他类、醛类、醇类、酯类、烯类和酮类等类香气组分上；苹果梨果实各类香气组分相对含量在主成分2 中的排名占第1 位，而在主成分1 和主成分3 中的排名居中下游，说明其主要优势香气组分的种类分别为酯类和烯类；大梨和大慈梨果实各类香气组分相对含量在主成分1 中的排名均靠前，说明其主要优势香气组分的种类分别为其他类、醛类和醇类等类；寒酥梨果实中的酯类和烯类香气组分相对含量在主成分2中的排名均靠前；苹香梨和寒香梨果实中酮类含量在主成分3 中的排名均靠前。

表5 不同梨品种果实不同种类香气组分的主成分综合评价结果Table 5 Comprehensive evaluation results of principal components of aroma components of fruits of different pear varieties

2.4.4 不同梨品种香气组分的聚类分析

对参试梨品种果实中各类香气组分的相对含量进行聚类分析，结果如图3所示。当遗传距离为0.8 时，可将参试梨品种聚类成4 个组：第1 组包括苹果梨与寒酥梨；第2 组为苹香梨；第3 组包括大梨、寒香梨和大慈梨；第4 组为蔗梨。各品种间聚类结果的不同，主要体现在主成分2 的得分上，主要差异源于酯类、烯类相对含量的不同。

图3 基于果实中各类香气组分相对含量的梨品种间的聚类图Fig.3 Cluster diagram of pear variety system based on aroma components of fruit

3 结 论

1）参试梨品种果实中共检测出香气组分32种，特有香气组分11 种。

2）果实香气组分以酯类和烯类为主。酯类成分中，C10以下的2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸庚酯、庚酸乙酯等组分相对含量的占比均较高；具有特异香味的高碳数的癸酸乙酯、辛酸己酯在大梨、蔗梨和寒酥梨等苹果梨脆肉型后代中均有检出，而在软肉型后代中均未检出。

香气组分α-法呢烯，各个参试梨品种均有检出。果实中α-法呢烯的相对含量，大梨的最低，为9.17%；寒酥梨的最高，为49.53%。

3）烯类与酯类、酮类与醛类之间其相对含量均呈显著负相关；酯类、醇类、醛类、酮类、烯类及其他类等相对含量的差异是苹果梨及其后代果实香气产生差异的主要影响因素，其贡献率高低各异；不同梨品种果实香气组分的主成分综合得分的高低顺序为：蔗梨＞苹果梨＞大慈梨＞大梨＞寒酥梨＞苹香梨＞寒香梨。

4）依据酯类和烯类香气组分相对含量的差异，可将苹果梨及其后代聚类为4 个组：苹果梨与其2 代品种寒酥梨为1 组，而与苹香梨、大梨和蔗梨等1 代品种的遗传距离均较远，相同亲本的苹香梨和大梨分属于不同的组。

4 讨 论

4.1 梨果实香气成分分析

果实香气与香气组分、浓度及特征香气组分的贡献值均有关。目前已在白梨、沙梨、秋子梨、西洋梨等品种果实中检测到醛类、醇类、酯类等类挥发物质300 余种[13]，酯类香气组分的占比最高，具有草莓、青草及苹果的风味。其中，C10以下酯类的风味阈值低于长链脂肪酸酯的风味阈值，而其在酯类香气构成中发挥着主要作用，使其果实具有水果风味[14]。张文君等[15]在分析不同种间梨杂种后代果实香气时发现，各品种梨果实香气中含量较高的酯类化合物的碳数均在10 以下，具有特征香气的高碳数酯类物质含量差异较大。本研究共检测到19 种酯类物质，C10以下的2-甲基丁酸乙酯、己酸乙酯、(E)-3-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸己酯、(E)-2-己烯-1-醇乙酸酯、乙酸庚酯、庚酸乙酯等7 种组分的相对含量均较高，这7 种香气组分在苹果梨及其后代品种果实香气形成中的贡献均较大，这一分析结果与张文君等[15]的研究结果一致。而高碳数的酯类在苹果梨不同类型后代中检测出的种类差异较大。具有葡萄酒香的癸酸乙酯、果香的辛酸己酯在苹果梨、蔗梨、大慈梨、寒酥梨等脆肉型品种中均有检出，而在软肉、有香气的苹香梨和寒香梨果实中均未检出。由此可见，癸酸乙酯、辛酸己酯可能为苹果梨脆肉型后代特有的香气组分。

梨果实中醇类化合物的种类少且其相对含量普遍偏低，C6醇类化合物具有青草味[16]。本研究只检测到3 种醇类化合物，1-己醇在所有品种果实中均有检出，其相对含量的差异较大，虽为C6醇类但不具有青草味。寒香梨果实中检测到直链高碳数的具有脂肪、蘑菇香气的1-辛醇，其可能是寒香梨区别于其他品种的特征香气物质。

烯烃类物质具有木质味和花香味[17]，不同类型的烯烃类物质，对梨果实贡献了不同的香味。如柠檬烯存在于柑橘类水果中，为柑橘类水果贡献出柠檬香味，其在红早酥、玉露香等品种中均有检出[15]。α-法呢烯作为主要的倍半萜类物质，在白梨、秋子梨、沙梨等品种果实中均有检出，而其在不同栽培类型品种果实中相对含量的差异较大。参试梨品种果实中只检测到2 种烯烃类挥发物质，其中α-法呢烯在所有品种果实中均有检出，且其相对含量最高可达到49.53%。与饱和烯烃类物质相比，倍半萜类物质的阈值较低[18]，但其在受检果实中的相对含量较高。这一检测结果说明，α-法呢烯对苹果梨及其后代品种果实特征香气的形成具有较为重要的贡献。同时有关研究结果表明，α-法呢烯含量与植物的冷害程度呈正相关[19]。由于苹果梨及其后代品种的主要栽培区域属于我国北方寒冷地区，高含量的α-法呢烯是否为品种适应逆境环境的一种内在表现，对此问题尚待深入研究与验证。

4.2 梨果实香气成分的综合评价与聚类分析

品种选育过程中果实香气的评价，常采用感官评价方法进行鉴评，评价标准分“有”和“无”，而果实香气组分尚不明确。果实感官评价结果表明，苹果梨及其后代品种果实香气各异，苹果梨、蔗梨、寒酥梨和大梨果实均无香气，而苹香梨、寒香梨和大慈梨等果实均有香气，但是，香气组分综合得分排名靠前的品种却为蔗梨、苹果梨等感官评价无香气的品种，而有香气的苹香梨、寒香梨等品种的得分排名却靠后。产生这一现象的原因可能是，各香气组分对梨果实香气的贡献率的高低不同。

聚类分析结果表明，苹果梨及其后代可聚成4 个组，苹果梨与其第2 代品种聚为1 组，而与其第1 代品种的遗传距离均相对较远，亲本相同的品种分属于不同的组。这一研究结果与张文君等[15]对不同种间梨杂种后代香气的聚类分析结果不一致。苹果梨及其后代如此复杂的聚类关系，可能因果实香气在形成和变化过程中受到多因素的影响而致。

综上所述，苹果梨及其后代品种果实香气组分的差异较大，以酯类和烯类为主，苹果梨及其后代的聚类关系复杂，香气组分相对含量的综合得分与感官评价结果不一致。这一研究结果可为苹果梨后代果实香气遗传规律的研究、特征香气的鉴定及品种的选育提供参考依据。