不同瓤色西瓜果肉挥发性物质检测与分析

摘 要：为了探明不同瓤色西瓜果肉挥发性物质的组成及差异，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法（headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）对2种不同瓤色西瓜的挥发性成分进行定性分析，并利用主成分分析法（principal component analysis，PCA）分析西瓜果肉的主要香气成分。结果表明，通过SPME-GC-MS从2种不同瓤色的西瓜中共鉴定出40种挥发性物质，包括17种醛类、13种醇类、5种酮类、3种烯烃类、1种呋喃类和1种含氮化合物。不同瓤色西瓜果肉主要香气种类基本相似，含量存在差异。主成分分析（PCA）能够对不同瓤色西瓜样本进行清晰的区分，聚类分析与主成分分析结果一致。反，顺-3，6壬二烯-1-醇、3-顺式壬-1-醇、反，顺-2，6-壬二烯醛、二甲基硅二醇、4-反式壬烯醛、顺式-6-壬烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、顺-4-癸烯醛是形成红瓤西瓜果肉香气特征的重要成分，3-顺式壬-1-醇、反，顺-3，6壬二烯-1-醇、反，顺-2，6-壬二烯醛、二甲基硅二醇、顺式-6-壬烯醛、1-壬烯是形成黄瓤西瓜果肉香气特征的重要成分。研究结果可为解析不同瓤色西瓜的特征风味及品质调控提供参考。

关键词：西瓜；顶空固相微萃取-气相色谱-质谱；挥发性风味物质

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）11-033-07

Headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry analysis of volatile components of watermelon fruits with different flesh color

HUANG Xiaozhong1， LU Yangyue2， LIN Yuanzhi2， ZHANG Xuhao1， XU Lifeng1， ZHANG Man2

（1. College of Tea and Food Science Technology， Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry， Jurong 212400， Jiangsu， China; 2. Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement /Institute of Vegetable Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， Jiangsu， China）

Abstract： To investigate the composition and differences of volatile compounds in watermelon flesh with different flesh colors， headspace solid phase microextraction gas chromatography mass spectrometry （SPME-GC-MS） was used to qualitatively analyze the volatile components of watermelon flesh with different flesh colors， and principal component analysis （PCA） was used to analyze the main aroma components of watermelon flesh. The results showed that a total of 40 volatile substances， including 17 aldehydes， 13 alcohols， 5 ketones， 3 alkenes， 1 furan， and 1 nitrogen-containing compound， were identified from two different flesh colors of watermelon using SPME-GC-MS. The main aroma types of watermelon flesh with different flesh colors are basically similar， but there are differences in content. Principal component analysis（PCA）could clearly discriminate samples from different watermelon flesh， and the results obtained from hierarchical cluster analysis was in agreement with that of PCA. （E， Z）-3， 6-Nonadien-1-ol， cis-3-Nonen-1-ol， （E， Z）-2， 6-Nonadienal， Dimethyl silanediol， （E）-4-Nonenal， （Z）-6-Nonenal， 6-Methyl-5-Hepten-2-one and cis-4-Decenal are important components that form the aroma characteristics of red flesh watermelon flesh. cis-3-Nonen-1-ol， （E， Z）-3，6-Nonadien-1-ol， （E， Z）-2， 6-Nonadienal， Dimethyl silanediol， （Z）-6-Nonenal and 1-Nonene are important components to form the aroma characteristics of yellow watermelon flesh. These results provide a reference for analyzing the characteristic flavor and quality control of watermelon fruits with different flesh colors.

Key words： Watermelon; Headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry; Volatile flavor components

挥发性物质是食品风味的重要组成物质，主要包括醛类、醇类、萜烯类、酯类、酮类等，这些物质的组成及含量决定了不同食品的独特香气特征[1]。不同类型的物质呈现的香味特征有所不同。食品或水果的典型风味是由不同含量的挥发性物质组合共同决定的[2]，如γ-十二内酯和γ-癸内酯是蜜思李的特有香气物质[3]；癸醛、香茅醛、左旋香芹酮和α-萜品醇形成了狮头柑的特殊香气[4]；香叶醇、二甲基二硫醚等为枳实的特征性挥发性成分[5]。挥发性物质对风味的贡献也与其气味阈值相关，气味阈值较高的物质虽然含量较高，但对风味贡献小，而一些气味阈值较低的物质成为了食品风味的主要贡献因子[6-7]。

西瓜甘甜多汁，富含多种维生素、氨基酸和矿物质等成分，具有丰富的营养和良好的药用价值，是盛夏消暑的必备果品。果实挥发性物质客观反映了果实风味特点，是评价果实风味品质的重要指标之一[4]。西瓜中的挥发性物质主要包括醛类、醇类、酮类和烯类物质。其中，醛类和烯类物质是西瓜清香味的主要贡献因子；醇类和酮类对西瓜的甜香、水果香、油脂香起重要作用[8-9]。肖守华等[10]分析了3种不同瓤色的地方西瓜品种果实的挥发性物质，发现醛类和醇类在3种不同瓤色西瓜中均含量最高，烯类和酯类在黄瓤西瓜中的含量高于两种红瓤西瓜，而黄瓤西瓜中酮类含量明显低于两种红瓤西瓜。Yuan等[11]分析了5种不同瓤色西瓜中类胡萝卜素的组成及含量差异，明确了类胡萝卜素在不同瓤色西瓜中的分布。Gong等[12]研究了西瓜果实发育过程中初级代谢物的积累模式，发现初级代谢物可能通过糖酵解和TCA循环参与西瓜果实风味的形成，认为香叶基丙酮、反，顺-2，6-壬二烯醛等11种挥发性物质可能是西瓜风味形成的关键代谢物[13]。

目前，关于西瓜挥发性物质的研究多集中于加工工艺对鲜榨西瓜汁的影响方面[14]，而关于西瓜种质材料果实挥发性物质的研究则鲜有报道[10-13]，实践中仍主要通过人工嗅觉来进行评价[15]，限制了对西瓜香气品质的科学认知。笔者在本研究中拟采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法对不同瓤色西瓜果肉挥发性物质进行分析，并结合主成分分析（principal component analysis，PCA）研究不同瓤色西瓜挥发性物质组成，为进一步解析不同瓤色西瓜的特征风味及品质调控机制提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为黄瓤西瓜自交系WM-26（YF）和红瓤西瓜自交系WM-53（RF），由江苏省农业科学院蔬菜研究所提供。材料于2022年4月定植在江苏农林职业技术学院江苏园博园试验基地，采取相同的栽培管理措施，2022年5月下旬，在果实完全成熟期取不同植株上成熟度和大小均匀一致的瓜进行挥发性物质测定分析，每个瓤色取6个瓜为1组，设3次重复，所有样品液氮速冻后置于-80 ℃保存备用。

1.2 仪器与设备

安捷伦7890A-5975CMS气质联用仪（美国安捷伦公司），TG-16G台式高速离心机（湖南凯达科学仪器有限公司），Hei-VAP Expert Control旋转蒸发仪（上海那艾仪器有限公司），Agilent DB-225色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm，美国安捷伦公司），SY-1220电热恒温水浴锅（南京联策科学仪器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 样品处理 称量西瓜果肉样品1.000 0 g，将样品切碎后装入40 mL样品瓶，密封。60 ℃水浴中平衡10 min，插入100 μm聚二甲基硅氧烷萃取头在60 ℃条件下顶空萃取30 min，于SPME-GC- MS进样口250 ℃解吸5 min。

1.3.2 SPME-GC-MS条件 安捷伦7890A-5975CMS，色谱柱：Agilent DB-225（30 m×0.25 mm，0.25 µm），汽化室温度250 ℃，采取不分流模式，载气为氦气（纯度为99.9%），载气流速为1 mL·min-1；升温程序如下：初始温度40 ℃，以3 ℃·min-1速率升温至160 ℃，再以15 ℃·min-1的温度升至230 ℃，保持0.5 min；结束进程。质谱电离方式：电子轰击（Electron Impact Ionization，EI），全扫描模式，扫描范围为50～500 m/z。

1.4 数据分析

利用Thermo Xcalibur 2.2软件进行数据采集和处理。获得的挥发性物质质谱与NIST08质谱库进行比对，筛选匹配度大于80的物质，采用峰面积归一化法计算各个组分在待测样品中的相对含量。使用TBtools[16]软件进行挥发性物质热图绘制和层次聚类分析。采用MetaboAnalyst 5.0软件进行偏最小二乘判别分析（Partial Least Squares Discrimination Analysis，PLS-DA）。

2 结果与分析

2.1 不同瓤色西瓜果肉挥发性物质分析

由表1可以看出，在不同类型果肉颜色西瓜中检测出的挥发性物质不尽相同。两种不同瓤色西瓜中共检测出六大类共40种挥发性物质，包括醛类17种、醇类13种、酮类5种、烯烃类3种、呋喃类1种和含氮化合物1种。其中，醛类物质种类最多，包括反，顺-2，6-壬二烯醛、顺式-6-壬烯醛、4-反式壬烯醛等；醇类物质次之，主要有3-顺式壬-1-醇、反，顺-3，6壬二烯-1-醇等。说明醛类和醇类是西瓜果肉的主要挥发性物质。

从相对含量看，不同类别挥发性物质在两组样品中含量存在差异，红色和黄色果肉中均检测出醇类物质含量最高，分别为70.41%和71.24%；其次为醛类，在红色和黄色果肉中含量分别为24.37%和22.88%。酮类总含量在红色果肉中高于黄色果肉，但有3种酮类含量在红色果肉中高于黄色果肉，有2种酮类含量在红色果肉中低于黄色果肉；烯烃类物质总含量在黄色果肉中高于红色果肉，2种烯烃类物质含量在黄色果肉中高于红色果肉，但有1种烯烃类物质含量在黄色果肉中低于红色果肉。呋喃类物质只在黄色果肉中检出。进一步比较不同瓤色西瓜样品发现，红瓤西瓜中，反，顺-2，6-壬二烯醛、反，顺-3，6壬二烯-1-醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-壬烯、甲氧基苯基肟等在同类别物质中含量最高；黄瓤西瓜中，反，顺-2，6-壬二烯醛、3-顺式壬-1-醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、1-壬烯、2-戊基呋喃等在同类别物质中含量最高。