草莓果实香气物质研究进展

程帅旗王丽娟高轶楠

(天津农学院园艺园林学院，天津 300392)

草莓(Fragaria ananassaDuch.)属于蔷薇科多年生草本植物[1]，在采摘行业中占有重要地位。随着消费者对草莓品质要求的不断提高，研究者和生产者不再满足于对草莓果实产量、糖酸含量等基础品质的要求，而开始重视草莓的香气并成为研究的热点[2]。香气是草莓果实风味品质的重要组成部分。国外有研究认为，与味觉相比，嗅觉在人体对气味的感知过程中起着主导作用[3]。由于香气主要靠嗅觉感知，所以气味的优劣对食用者的健康和营养吸收情况影响密切。近年来，随着科技的发展，研究人员对草莓香气物质组分的鉴定评价方式逐渐升级，对香气物质影响因素的研究逐渐广泛，对香气物质形成机理的研究逐渐深入[4-8]。为此，本文对这些草莓香气物质的相关研究进行综述，为今后调控草莓果实香气物质代谢的深入研究提供一定参考。

1 草莓果实香气物质的组成及成分

草莓果实香气是目前最复杂、最丰富的水果香气之一，目前已鉴定出350多种相关挥发性化合物[9，10]。虽然它们仅占果实重量的0.001%～0.01%，但对草莓果实风味的形成起到重要作用[11]。

研究者已先后对草莓香气物质的种类进行报道。朱翠英等[12]利用“Galuku Pro”配方的格陆谷椰糠栽培袋对‘达赛莱克特’和‘红星’草莓进行管道式栽培，草莓果实检测到4类香气物质，分别为酯类、醛类、酮类和醇类。王娟等[13]在温室内采用常规设施栽培管理方式，研究比较‘红颜’‘甜查理’‘京桃香’‘香山公主’‘玉泉公主’‘玫瑰公主’‘白雪公主-15’‘白雪公主-6’共8个草莓品种的果实香气成分后得出，所有草莓品种的果实香气均由酯类、酮类、醇类、酸类、醛类共5类化合物组成。董静等[14]采用秋季大拱棚栽培和日光温室栽培方式，研究‘阿尔比’‘蒙特瑞’‘波特拉’和‘圣安德瑞斯’4个草莓品种的果实香气，共鉴定出酯类、萜烯类、酮类、醇类、内酯类、呋喃类、醛类、酸类8种类型的香气物质。吕浩等[15]利用大棚栽培对‘玉泉公主’‘香山公主’及其亲本‘燕香’和‘红颜’4个草莓品种的果实香气进行测定，鉴定出酯类、醇类、酮类、呋喃类、酸类、烯烃类和醛类共7种类型的香气物质。栾坤[16]对12个不同天然居群的绿色草莓果实香气进行测定，鉴定出醛类、酯类、烯类、醇类、酸类、酚类、酮类共7种类型的香气物质。王爱华等[17]对黄毛草莓和凤梨草莓的两个种间杂种果实香气成分的代谢谱进行了分析，将香气成分按类型划分为15类，包括酯类、醇类、酮类、烷烃类、醛类、烯烃类、酸类、内酯类、环烷烃类、醚类、呋喃类、苯酚类、胺类、糖类和苯类。这些研究报道说明，草莓的品种、栽培方式以及化合物类型划分标准不同，香气的种类也会存在差异。

草莓果实香气是由多种香气物质共同提供而形成，其不同种类和比例的组合会产生不同的感官效果。根据人体在闻到不同香气时产生的感官效果不同，可分为:果香型、青香型、辛香型、木香型、醛香型等[18]。研究指出，酯类和内酯类物质让草莓散发出果香味和花香味，呋喃类和部分醇类物质则形成焦糖味，γ-癸内酯形成桃香味，丁酸和2-甲基丁酸形成不好闻的气味，(E)-2-己烯醛形成青香味，沉香醇和DMMF形成草莓独特的玫瑰香味，部分醇类物质形成蜂蜜香味等[2，15，19]。付磊等[20]认为，醇类和醛类为青香的主要贡献物质，丁酸、己酸和辛酸会赋予草莓酸香味。

2 草莓果实香气物质的影响因素

2.1 品种

果实香气因品种不同而表现出显著差异。付磊等[20]用3个草莓品种分别鉴定出60、70、66种化合物，其中‘宝交’甜香气较强，‘大将军’青香和花香更强。赵倩等[21]将野生黄毛草莓与3个栽培品种进行对比得出，黄毛草莓的酯类物质相对含量最高(52.70%)、总香气物质种类最多(83种)；主成分聚类分析结果表明，黄毛草莓和其它3个品种分为两类且类间距远，说明两类的呈香物质有较大区别。吕浩等[15]检测2个优系草莓品种(玉泉公主和香山公主)及其亲本的香气物质后得出，两个亲本的香气物质含量差异较大；‘玉泉公主’呈现菠萝香味，‘香山公主’呈现浓果香，优系的香气物质虽然来源于双亲，但相对含量与双亲明显不同。王娟等[13]比较8个草莓品种的香气物质后指出，‘白雪公主-15’和‘玫瑰公主’的香气物质种类最多，达到40种，‘京桃香’仅有36种。赵娜等[22]对6个草莓品种的香气物质进行主成分分析，结果显示，‘红颜’与‘圣诞红’较为相似，‘艳丽’与‘隋珠’较为相似，‘甜查理’与‘章姬’差异较大。由上可以得出，品种可对草莓果实香气物质的种类和含量产生影响，进而对香气的感官效果产生一定影响。选择优良品种进行栽培，有助于提升草莓的经济价值和商品属性。

2.2 环境条件及栽培措施

光作为能量在植物光合作用中发挥着调节作用，也作为信号在植物生长发育中发挥作用[23]。在6种不同颜色(透明、红色、黄色、绿色、蓝色和紫色)塑料薄膜下，红膜处理的草莓果实香气中化合物种类最多，香气形成受到明显的促进作用[24]。国外有研究表明，红色地膜通过反射远红光和红光影响草莓生长过程中的基因表达，进而提升草莓果实香气物质的含量[25，26]。彭鑫等[27]通过对草莓进行遮阴处理来改变光强大小，发现遮阴后果实香气物质种类增加，酯类和萜烯类物质含量明显增多，烃类、醇类、酸类和酮类物质含量无显著变化。刘泽宇[28]研究发现，昆明温室比北京温室光照强度强、土壤温度高，昆明草莓果实中沉香醇、苯乙烯的相对含量高，北京草莓果实中橙花叔醇、DMMF的相对含量高，且具备更明显的青草气。王玲[29]比较了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)两种避雨棚对微环境和草莓果实香气物质的影响，阴天情况下PE棚内的光照强度显著高于PMMA棚，香气物质测定结果显示，PE棚果实整体上香气物质种类更多。其原因可能在于两种微环境的差异影响了相关酶的功能，也可能是因为PE棚内草莓果实受光更好。

刘松忠等[30，31]研究发现，氮素营养影响草莓果实香气物质的形成，增加施氮量，特征香气物质成分如丁酸甲酯、丁酸乙酯、己酸甲酯等的含量表现出先升后降的变化趋势，合理施氮可实现保持草莓果实风味品质的效果。果树进行合理的疏花疏果和控制叶果比，能够有效减少养分消耗，达到提升果实品质的目的[32，33]。草莓植株进行摘叶和疏果，对果实香气物质能产生一定影响。随着摘去的叶子增多，酸类、醛类、酮类和醇类物质含量呈增加趋势，而主要香气物质(如酯类和DMMF等)的相对含量明显降低，果实风味变淡[34]；随着草莓留果量的减少，特征香气物质成分相对含量及总量呈现增多趋势，果实风味品质得到提升[35]。

通过采取积极的栽培措施如增加红光、合理增施氮肥、选择合适的栽培环境来改变草莓植株的生长条件，进而影响香气物质的形成，可达到提升果实香气的效果。目前，研究栽培条件如何影响草莓果实香气的内容仍比较少，未来需要在这方面做出进一步的研究。

2.3 果实成熟度

草莓果实4个发育时期(绿果期、白果期、着色期和全红期)香气物质的数量和含量均存在一定的差异，果实成熟过程中酯类物质增加，而醛类物质的变化因品种而异[2，36]。隋静等[37]研究发现，随着果实发育，酯类和酮类物质的相对含量上升，而醇类和醛类物质则表现出下降趋势。赵国富等[38]研究表明，随着果实的成熟，醛类物质在转色期达到最高94.20%后逐渐降低，醇类物质在未成熟时含量较低成熟时急剧增加，酮类物质先降低后升高，酸类和酯类物质均只在成熟期的果实中检测到。王玲等[39]对‘达赛莱克特’草莓果实成熟过程进行研究后得出，伴随着醛类物质的减少，酯类物质不断增加，果实香气类型开始逐渐由清香型转变为果香型。赵静等[40]对草莓大绿果、成熟果、过熟果的香气物质进行研究后得出，随着果实的发育，酮类、酸类物质相对含量不断升高，酯类、醇类和醛类物质含量表现为先升后降。国外研究发现，采收前对草莓植株施加外源激素(乙醇和茉莉酸甲酯)后，通过影响与其香气物质形成相关的生化途径来减缓成熟过程，提高了草莓果实香气物质的总含量[41]。

果实成熟度影响着草莓香气物质的形成[42]。随着果实的成熟，酯类、酮类物质含量增加，醇类、醛类物质变化与品种有关，基本上表现为降低趋势，但在前人的研究中也出现升高的现象。草莓果实成熟后，过熟提升酮类、酸类物质的含量，降低酯类、醇类、醛类物质的含量，因此影响了草莓果实的香气。

2.4 贮藏环境

光和温度是贮藏过程中影响草莓品质的两个重要因素。研究发现，草莓果实进行蓝光或紫外线照射，可促进果实中酯类物质的合成[43，44]。Ayala-Zavala等[45]认为，0℃低温可使贮藏过程中的草莓长期保持相对较好的品质，而在10℃或5℃较高温度下果实香气物质含量更高。Fu等[46]研究了光照和温度双重因素对贮藏过程中草莓果实香气的影响，表明提高温度可促进呋喃酮含量的升高，暗处理提升萜烯类物质的含量，两因素交互作用(将温度从25℃降至15℃，并进行暗处理)提升酯类物质的含量。

气调贮藏是指通过调整贮藏环境中的气体组成，来对果实的呼吸作用产生一定的抑制效果，从而达到保鲜的作用[47]。Lu等[48]研究表明，与低氧环境(3%O2＋5%CO2＋92%N2)和空气环境相比，在90%氧气的贮藏环境下，草莓果实香气得到提升。研究发现，用褪黑素处理草莓可以延缓果实变质，但两种重要的香气物质2-甲基丁酸乙酯和己酸乙酯的丰度受到影响[49]。另外，草莓果实受到破坏后其香气物质也会受到影响，如草莓受到机械损伤后，酯类物质浓度变化不显著，但醛类物质浓度会增加[50]；冷冻和解冻可能会对果肉组织细胞造成破坏，从而产生的硫化氢异味对果实香气造成不利影响[51]。

草莓果实在贮藏过程中香气物质存在一定的变化[52]，采取一些措施如调整光照、温度、气体组成等方式来改善贮藏环境，能提升采后草莓果实的香气。

3 草莓果实香气物质的合成途径及机理

3.1 草莓果实香气物质的合成途径

根据参与生物合成反应的前体类型不同进行划分，果实香气物质的合成途径可分为:脂肪酸途径、氨基酸途径、萜烯类途径和碳水化合物途径[53]。其中关键酶包括甲基转移酶、乙酰基转移酶、萜类合成酶[54]。

3.1.1 脂肪酸途径 脂肪酸是草莓果实中香气物质合成的主要前体物质。该合成过程包括α-氧化、β-氧化和LOX氧化，其中以β-氧化和脂氧合酶(LOX)途经为主[55]。

在β-氧化下，饱和脂肪酸被氧化为酰基CoA，酰基CoA被酰基CoA还原酶还原为醛类化合物；经过ADH的催化，醛类化合物转化为醇类化合物；醇类化合物在AAT的催化下，生成酯类化合物。β-氧化还参与果实中内酯的生成，在β氧化下饱和脂肪酸经过乙酰辅酶A氧化酶(ACX)、反-2-酮酰辅酶A的作用，生成相应的内酯[56]。

在LOX途径下，不饱和脂肪酸如亚油酸、亚麻酸在 LOX催化下生成氢过氧化物(HPOs)[57，58]；HPOs在HPL作用下，生成C6、C9等挥发性酯、己醛或己烯醛等化合物[59]；其后经过ADH的催化，转化为相应的醇；醇类物质在AAT催化下，生成相应的酯类化合物[60]。

3.1.2 氨基酸途径 氨基酸也可以作为草莓香气物质合成的前体，用于合成脂肪族、芳香族或支链酸、醇和酯以及醛、酮等羰基化合物[42]。氨基酸在转氨酶、丙酮酸脱氢酶的作用下，转化生成支链酮酸。支链酮酸可选择两条途径进行代谢:(1)经过脱羧酶的催化，支链酮酸转化为支链醛，醛再在ADH的催化下生成醇类物质，醇再在CoA、AAT的作用下生成酯类和酮类物质；(2)支链酮酸可与辅酶A共同生成酰基CoA，酰基CoA再在AAT的催化下生成酯类化合物，或在磷酸转移酶的作用下生成酸[61]。

3.1.3 萜烯类途径 萜烯类物质在草莓果实香气物质成分中占比较大，其主要由异戊二烯结构为基本单元的烃类及其含氧衍生物组成，所以也称为类异戊二烯。其主要可分为半萜、单萜、倍半萜、高萜等，其合成包括3个阶段:中间体的形成、前体物的合成、萜烯类物质的生成[62，63]。

第1阶段中间体的形成，通过两条途径来实现，分别为MVA途径和MEP途径。通过这两种途径形成的中间体，即IPP与其双键异构体DMAPP[64]。MVA途径发生在细胞质中，乙酰辅酶A作为底物，在AACT催化下生成乙酰乙酰辅酶A；乙酰乙酰辅酶A再在HMGR的作用下生成MVA；MVA再在脱羧作用下反应生成IPP。MEP途径发生在质体中，3-磷酸甘油醛和丙酮酸作为底物，在DXS催化下反应生成MEP；MEP再在脱羧作用下生成IPP、DMAPP[65]。在异戊烯基焦磷酸异构酶(IPI)催化下，IPP可与DMAPP形成同分异构转化[66，67]。

第2阶段前体物的生成，前体物即GPP、FPP、GGPP和GFPP。在通过MVA/MEP途径生成IPP和DMAPP后，最小的萜烯是五碳物质异戊二烯，它可以直接由DMAPP生成，而高于五个碳原子的萜烯类物质则需要更为复杂的方式进行合成。DMAPP在相应酶的催化下，与不同数量的IPP依次缩合生成GPP、FPP、GGPP和GFPP，它们分别是单萜、倍半萜/三萜、二萜/四萜、二倍半萜物质生物合成的直接前体[68，69]。此阶段完成了萜烯类核心碳骨架的构建。

第3阶段萜烯类物质的生成，是萜烯类合成途径的最后一个阶段。碳骨架构建完成后，在一系列萜烯合成酶(TPS)/萜类环化酶(TCS)和修饰酶的作用下，进一步修饰碳骨架，最终形成大量结构复杂的萜烯类化合物[69，70]。

3.1.4 碳水化合物途径 碳水化合物作为原始底物，既可以作为前体物质用来合成挥发性化合物，还可以在经过一系列反应后生成丙酮酸，然后在各种酶的催化下生成各类化合物，为脂肪酸途径、氨基酸途径以及萜烯类途径的香气物质合成提供原料[64]。

DMHF和DMMF是草莓果实中的特征香气成分。单糖分子可通过代谢生成DMHF和DMMF两种呋喃酮。其主要合成过程为:D-葡萄糖和D-果糖作为直接前体先转化为6-磷酸-D-果糖，然后6-磷酸-D-果糖转化为DMHF；DMHF再在甲基转移酶(OMT)催化下生成DMMF[71]。

丙酮酸可作为MEP途径的直接前体物质参与香气合成途径。在脱氢酶催化下，丙酮酸经过氧化脱羧生成的乙酰辅酶A，可在AAT的作用下生成乙酸某酯，或在还原酶的催化下生成乙醇。丙酮酸进行无氧代谢时，产生乙醛和乙醇，这些产物对乙酸某酯和某酸乙酯等酯类化合物的生成有促进作用。乙酰辅酶A还可作为底物参与β-氧化和MVA途径，最后生成香气物质。在氨基转移酶的催化下，丙酮酸转化生成丙氨酸，之后通过氨基酸途径生成相应的香气化合物[72]。

3.2 草莓果实香气物质合成的分子机理

在草莓果实香气物质的合成过程中，各种关键酶及相关基因起到重要作用。在草莓众多的香气物质中，γ-十内酯对草莓果实特有的果香贡献最大，脂肪酸去饱和酶基因FaFAD1控制着γ-十内酯的生成[9，73，74]。酯类物质合成的最后一步需要醇酰基转移酶的催化，因此醇酰基转移酶基因的表达影响着酯类物质含量的多少，FaAAT2表达下调时，草莓果实酯类物质显著减少[75]；FvAATW2过量表达时，酯类物质含量升高[76]。Pillet等[77]鉴定了一个编码甲基转移酶的基因FanAAMT，该基因与其它基因共同介导草莓果实中邻氨基苯甲酸甲酯(MA)产生的最终步骤。

在草莓果实成熟过程中，醇酰基转移酶(AAT)、醌氧化还原酶(QR)、乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)、丙酮酸脱羧酶(PDC)对香气物质的合成起着关键作用[78]。HDMF是草莓果实香气的主要贡献者，其生物合成的最后一步是由醌氧化还原酶(FaQR)催化。乙烯响应因子(FaERF＃9)与MYB转录因子(FaMYB98)在蛋白质之间发生相互作用而形成的ERF-MYB复合物激活醌氧化还原酶(FaQR)启动子，继而促进草莓中HDMF的生物合成[79]。FaQR因为它的三维结构，又被命名为烯酮氧化还原酶(FaEO)[80，81]。Zorrilla-Fontanesi等[82]利用遗传学、代谢组学和分子生物学方法，鉴定了邻甲基转移酶基因的一个同源基因FaOMT，该基因是导致草莓果实中甲基呋喃含量自然变化的原因。Aharoni等[83]研究发现，橙花叔醇合成酶1(FaNES1)能够催化香叶基二磷酸(GPP)或法呢基二磷酸盐(FPP)产生芳樟醇和橙花醇。

4 展望

香气是反映果实品质的重要指标之一，具有一定的商品属性。如上所述，前人已对草莓果实香气物质进行大量研究，表明草莓果实含有多种类型的挥发性化合物。这些物质在不同种类和比例的组合下赋予其独特的感官效果。在草莓果实香气物质影响因素方面，前人通过选择优良品种、采取积极的栽培措施、改善环境条件、控制果实成熟度、调整贮藏环境等手段，实现了提升草莓果实香气的效果；在草莓果实香气物质形成机理方面，前人深入研究了草莓果实香气物质合成过程中各种关键酶及相关基因的作用。

随着消费者对草莓品质要求的不断提高，今后还需深入研究草莓果实香气物质和提升香气质量，可从以下几个方面进行探索:(1)香气物质合成途径关键基因的鉴定及其调控机理解析；(2)摸清香气物质的遗传规律，并利用杂交育种方法选育新品种；(3)利用分子标记技术，追踪与香气物质合成相关的关键酶基因，以实现对酶活性和基因表达量的调控，进而改善草莓果实香气。