2020, Vol. 28
南瓜为葫芦科(Cucurbitaceae)南瓜属(Cucurbita)植物，在我国广泛栽培的主要有3种，分别为中国南瓜(C. moschata)、印度南瓜(C. maxima)和美洲南瓜(C. pepo)。南瓜果肉粉质香甜、营养丰富，且具有抗癌、抗病毒、治疗糖尿病等多种重要保健功能，可作蔬菜、粮食、籽用、观赏和饲料等[1-3]。近年来，随着人民生活水平的提高，人们的饮食习惯和膳食结构已悄然改变，越来越多人希望所摄取的食品具有保健功能，因此，南瓜果实品质的研究再次引起人们的广泛重视。
果实中的挥发性物质能客观反映果实的风味特点，是果实品质的重要指标[4-5]。目前，从各种果实中鉴别出的挥发性物质高达2 000种，主要包括醇类、醛类、酯类、酚类及萜类等[6]。挥发性物质的分析过程主要包括挥发性物质的提取、定性和定量检测、统计分析等几个环节。顶空固相微萃取联用(HS-SPME)法是目前常用的提取方法，与传统的蒸馏萃取、溶剂萃取等方法相比，HS-SPME法的萃取结果更可靠、更准确[7-8]。定性和定量检测多采用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)，能实现多组分一次性的定性、定量分析[9-11]。近年来有些研究者尝试将电子鼻技术与GC-MS配合，试图从宏观和微观上全面研究食品的风味[12-13]。主成分分析是挥发性物质分析中最常用的统计方法之一，能有效分析不同品种、来源、加工工艺的果实中挥发性成分的差异，确定特征性的风味成分[14-15]。
相比于其他作物，南瓜属植物挥发性物质的研究起步较晚，目前相关的研究报道较少。周春丽等[16]从中国南瓜、印度南瓜和美洲南瓜中共检测出120种挥发性物质，主要为醇类、醛类、酮类、烷烃类和酯类等化合物，挥发性物质的种类和含量均呈显著差异。李俊星等[17]通过顶空固相微萃取气质联用(HS-SPME-GC-MS)技术鉴别出2-乙酰基-1-吡咯啉是赋予香芋南瓜特殊香味的主要贡献物质。李瑜[18]比较了新鲜南瓜和南瓜汁挥发性风味物质的组成成分，认为南瓜汁的加工过程会导致大量羰基化合物、芳香族化合物和一些褐变产物如糠醛、吡啶、呋喃类化合物的生成，产生新的蒸煮风味。除果实外，对南瓜叶片[19]、花[20]和种子[21-23]等挥发性物质的研究也有报道，但采用主成分统计方法分析特征性风味成分的研究较少，而且南瓜品种繁多，品种间差异较大，因此，在南瓜挥发性物质的研究方面仍有深入拓展的空间。本研究以5个形态和口感各异的南瓜品种为材料，采用HS-SPME-GC- MS技术对果肉中的挥发性物质进行定性和定量鉴定，并应用主成分分析法确定5个品种果肉中的特征风味物质，以期为南瓜风味品质的评价提供参考。
1 材料和方法 1.1 材料和仪器试验于2019年9-11月在福建省农业科学院作物研究所蔬菜研究中心实验室进行。以5个在形态和口感上均有一定差异的南瓜品种为材料，分别为中国南瓜(Cucurbita moschata)的‘新美玉’、‘宝丰’和‘金磨盘’品种，印度南瓜(C. maxima)的‘健宝’和‘东升’品种(表 1)。
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表 1 供试的5个南瓜品种 Table 1 Five pumpkin varieties tested |
GCMS-QP2020气质联用分析仪购于日本Shi- madzu公司，H50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头购于美国Supelco公司。
1.2 方法南瓜于成熟期(授粉后约45 d)采集果实，果肉切片立即用液氮冷冻，放置-80℃保存。将冷冻干燥后的果肉切片研磨成粉，备用。各品种均进行3次生物学重复。
挥发性物质的提取 准确称取5 g粉状样品, 放入20 mL顶空瓶中，加入1 g NaCl，迅速拧紧顶空瓶瓶盖，放入45℃水浴中。迅速插入固相微萃取装置，吸附30 min，之后将萃取头插入GC-MS色谱仪的进样口解析3 min。
GC-MS检测 气相条件：气相色谱柱为Rxi-5Sil MS毛细管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)，进样口温度为250℃，进样方式为手动不分流进样，载体为He，流速为1.0 mL/min。升温程序：起始柱温为45℃，保持3 min，以5 ℃/min升至140℃，无保留；再以10 ℃/min升至220℃，保持5 min，总时间为35 min。质谱条件：离子源为EI，离子源温度为200℃，接口温度为200℃，电子能量为70 eV，扫描模式为全扫描(SCAN)，扫描范围为35~550 aum。
定性和定量分析 将GC-MS采集得到的全扫描质量图谱中的每个色谱峰，与NIST 14标准质谱库进行匹配性检索，同时计算每种化合物的保留指数值与NIST数据库和FFNSC香精香料谱库中保留指数进行比对(可接受误差不超过3%)，确认挥发性物质的化学成分，挥发性物质的定量分析采用峰面积归一化法计算各个组分的相对百分含量。
1.3 数据分析运用SPSS 18.0软件中的主成分分析对数据进行统计分析。
2 结果和分析 2.1 挥发性物质的成分和含量利用GC-MS对5个南瓜品种果肉中的挥发性物质进行检测和分析，共检测出68种挥发性物质, 分别为醇类、醛类、酮类、烃类和酸酯类(表 2)，总离子流色谱图(total ion chromatogram, TIC)见图 1。
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表 2 5个南瓜品种果肉的主要挥发性物质和相对含量 Table 2 Volatile components and relative contents in flesh of 5 pumpkin varieties |
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图 1 南瓜果肉挥发性物质的总离子流图 Fig. 1 Total ion chromatogram of volatile components in pumpkin flesh |
从表 2可知，南瓜果肉中醛类物质最多，达19种；其次是醇类和烃类，各有16种；酮类和酸酯类分别为12和5种。5个品种南瓜果肉中共有的挥发性物质有7种，其中醇类3种(正己醇、顺-4-庚烯-1-醇和顺-壬-3-烯-1-醇)，醛类2种(正己醛和顺, 顺-2, 4-庚二烯醛)，酮类1种(β-紫罗酮)，烃类1种(2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷)。不同南瓜品种果肉中也检测到特有的挥发性物质，‘新美玉’特有3-正戊基-2, 4-戊烷二酮、丙酮香叶酯和丁基环戊烷; ‘宝丰’特有6, 10-二甲基十一碳-5, 9-二烯-2-醇、4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷和1, 9-壬二醇等；‘金磨盘’特有香叶基丙酮、2-甲基丁基-环丙烷和1-十二碳炔等；‘健宝’特有反-α-佛手酮、顺, 顺-2, 4-己二烯醛和2-丁基- 2-辛烯醛等；‘东升’特有顺-2-庚烯醛、3-辛酮和5-甲基己-1-炔等。
相同分析条件下，5个品种南瓜果肉中挥发性物质的成分和相对含量存在差异。‘新美玉’检测出27种挥发性物质，其中3-壬炔-1-醇、顺-壬-3-烯-1-醇和十一醛的相对含量较高，分别达到27.28%、16.49%和12.16%；‘宝丰’中检测到24种挥发性物质，其中1-辛烯-3-醇、顺-壬-3-烯-1-醇和4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷的相对含量较高，分别达到16.99%、11.5%和15.81%；‘金磨盘’中检测到29种挥发性物质，其中3-壬炔-1-醇、顺-壬-3-烯-1-醇和1, 2-环氧-9-癸烯的相对含量较高，分别达到33.76%、16.99%和22.99%；‘健宝’中检测到26种挥发性物质，其中正己醇、壬醛、十一醛和甲基庚烯酮的相对含量较高，分别达到16.99%、11.18%、15.81%和10.92%；‘东升’中检测到28种挥发性物质，其中正己醇、壬醛、十一醛和3-辛酮的相对含量较高，分别达到20.37%、10.03%、19.79%和8.9%。
图 2为5个品种南瓜果肉中醇、醛、酮、烃和酸酯5大类物质的总含量，醇类物质含量最高，占挥发性物质总量的21.316%~63.645%；其次是醛类和烃类，分别占总量的3.698%~54.915%和3.818%~ 22.336%；酮类和酸酯类含量较低，分别占1.25%~ 13.95%和0.43%~4.12%。
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图 2 南瓜果肉主要挥发性物质的种类和相对含量 Fig. 2 Type and relative content of main volatile component in pumpkin flesh |
为了进一步研究挥发性物质对南瓜果肉总体风味的影响，确定5种南瓜果肉中的特征风味物质，选择表 1中相对百分含量大于2的24种挥发性物质进行主成分分析，得到主成分的特征值和特征向量(表 3)、主成分载荷矩阵(表 4)。第1主成分的贡献率为46.351%，第2主成分的为26.814%，第3主成分的为15.202%，前3个主成分的总累积方差贡献率达到88.367%，可见前3个主成分足以说明数据的变化趋势，符合分析要求。
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表 3 3个主成分的特征值和贡献率 Table 3 Eigenvalue and contribution rate of 3 principal components |
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表 4 主成分载荷矩阵 Table 4 Principal component loading matrix |
主成分载荷矩阵反映各变量指标与各主成分之间的关系，载荷系数的绝对值越大，表明该指标与某一主成分之间的联系紧密程度越大。由表 3可知，对第1主成分贡献较大的挥发性物质为叶醇、正己醇、1-庚醇、壬醛、反-2-壬烯醛、十一醛和2-丙基-1-戊醇，载荷值分别为-0.93、0.936、0.93、0.928、0.942、0.919和-0.907，指向醇类、醛类和烃类物质；对第2主成分贡献较大的为3-壬炔-1-醇和2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷，载荷值分别为-0.901和0.911，指向醇类和烷烃类物质；对第3主成分贡献较大的为顺-6-壬烯醛，载荷值为0.982，指向醛类物质。第1主成分和第2主成分的累计贡献率为73.165%，超过总贡献率的一半。因此，根据各主成分的贡献率，可以认为叶醇、正己醇、1-庚醇、壬醛、反-2-壬烯醛、十一醛、2-丙基-1-戊醇、3-壬炔-1-醇和2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷是5种南瓜果肉风味产生差异的主要化合物。
依据5个品种南瓜挥发性物质的相对含量、第一、第二主成分的特征值和24种挥发性物质的载荷值计算出第一、第二成分值，并以第一主成分为横坐标，第二主成分值为纵坐标作主成分散点图(图 3)，可见5个南瓜品种依据距离远近分为3个区域，‘健宝’和‘东升’距离较近，‘金磨盘’和‘新美玉’距离较近，各为1个区域，‘宝丰’单独为1个区域。由挥发性物质的第一主成分值为横坐标，第二主成分值为纵坐标作24种挥发性物质的主成分散点图(图 4)，可知，影响‘健宝’和‘东升’风味的香气成分在第一主成分的正半轴，主要有反-2-壬烯醛、正己醇、1-庚醇、壬醛和十一醛；影响‘金磨盘’和‘新美玉’风味的香气成分集中在第二主成分的负半轴，主要有3-壬炔-1-醇、顺-壬-3-烯-1-醇和1, 2-环氧-9-癸烯；影响‘宝丰’风味的香气成分集中在第二主成分的正半轴，主要有1, 9-壬二醇、6, 10-二甲基十一碳- 5, 9-二烯-2-醇、2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷和4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷。
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图 3 5个南瓜品种的主成分散点图 Fig. 3 PCA scatter diagram of 5 pumpkin varieties |
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图 4 24种主要挥发性物质的主成分散点图 Fig. 4 PCA scatter diagram of 24 main volatile components |
本研究利用HS-SPME-GC-MS方法对南瓜5个品种‘新美玉’、‘宝丰’、‘金磨盘’、‘健宝’和‘东升’果肉中的挥发性物质进行分析，共检测到68种挥发性物质，分别属于醇类、醛类、酮类、烃类和酸酯类，其中醇类、醛类和烃类物质的含量较高，分别占挥发性物质总量的21.316%~63.645%、3.698%~54.915%和3.818%~22.336%，提示醇类、醛类和烃类化合物为南瓜果肉中主要的挥发性物质。醛类物质大多具有果香、花香和清香等令人愉悦的香味且阈值低，对总体风味影响较大[24]。5个品种南瓜中醛类物质的种类最多，共检测到19种，其中壬醛、正己醛含量较高。据报道，壬醛具有强烈的脂肪气息，稀释时会释放出橘子和玫瑰香味[25]；正己醛具有果香、青草香气，是葡萄(Vitis vinifera)[26]、苹果(Malus pumila)[27]等果实的主要香气成分，由此推测壬醛、正己醛可能对南瓜果肉香气的形成具有重要贡献。周春丽等[16]的研究表明，壬醛和正己醛是印度南瓜的特征香气成分。5个品种南瓜中均检测到少量的反, 反-2, 4-庚二烯醛，有研究表明这类化合物虽然含量极低，却对食物的香气起着非常重要的作用[28]，因此推测它也是赋予南瓜果肉香气的重要影响因子，然而目前在南瓜挥发性物质的研究中尚未见相关报道。醇类物质的数量仅次于醛类，共16种，包含6种饱和醇和10种不饱和醇。一般认为不饱和醇的风味阈值较低，对风味有较大贡献，如C6的不饱和醇类具有新鲜青草叶子香气，C9的不饱和醇类呈现甜瓜的香气，而饱和醇的风味阈值较高，除非以高浓度存在，否则对产品的整体风味贡献较小[29]。5个品种南瓜中均检测到高含量的顺-壬-3-烯-1-醇和己醇，推测是南瓜果肉香气形成的重要贡献者。李瑜[18]的研究也表明南瓜中醇类化合物含量较高，并推测醇类化合物如戊醇、己醇、3-己烯-1-醇等是南瓜主要的风味物质, 然而本研究中并未检测到戊醇和3-己烯-1-醇，推测与品种以及栽培条件有关。烃类物质也检测出16种, 然而烃类往往具有较高的香气阈值，对产品的风味形成贡献不大，主要用于提高整体风味[30]。
南瓜果实中挥发性物质的种类较多，运用主成分分析法研究品种与其挥发性成分的相关性，可以找出引起不同品种间风味差异的主要化合物[16-17]。本研究表明，导致5个品种南瓜果肉风味差异的化合物主要有9种，分别为叶醇、正己醇、壬醛、1-庚醇、反-2-壬烯醛、十一醛、2-丙基-1-戊醇、3-壬炔-1-醇和2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷。‘健宝’和‘东升’风味相近，区别其他3个品种风味的成分主要有反-2-壬烯醛、正己醇、1-庚醇、壬醛和十一醛，其中十一醛为这2个品种南瓜特有且含量最高，反- 2-壬烯醛香气阈值低(0.1 μg/kg)对果实香气形成具有很大贡献[28]，因此可认为十一醛和反-2-壬烯醛为‘健宝’和‘东升’的特征风味物质。‘金磨盘’和‘新美玉’风味相近，区别其他品种的风味成分主要有3-壬炔-1-醇、顺-壬-3-烯-1-醇和1, 2-环氧-9-癸烯，其中3-壬炔-1-醇含量最高，相对含量分别为27.28%和33.76%，提示‘金磨盘’和‘新美玉’可能因高含量的3-壬炔-1-醇而具有不同的风味。‘宝丰’中区别于其他品种的风味成分主要有1, 9-壬二醇、6, 10-二甲基十一碳-5, 9-二烯-2-醇、2-乙基-1, 6-二氧杂螺[4.4]-壬烷和4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷，其中1, 9-壬二醇和4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷含量为品种所特有且含量最高，然而4-亚甲基螺环[2, 4]庚烷阈值较大，对风味贡献不大[30]，因此，推测1, 9-壬二醇是‘宝丰’的标志性风味物质。
综上，南瓜果肉中的挥发性物质以醇类、醛类和烃类为主，其中壬醛、正己醛、反, 反-2, 4-庚二烯醛、顺-壬-3-烯-1-醇和正己醇等化合物为主要风味物质。导致5种南瓜果肉的风味产生差异的化合物主要有9种，其中十一醛和反-2-壬烯醛为‘健宝’和‘东升’的特征风味物质；1, 9-壬二醇是‘宝丰’的标志性风味物质；‘金磨盘’和‘新美玉’因3-壬炔-1-醇相对含量较高而区别于其他品种。
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