菠萝果实香气成分多样性研究

魏长宾 刘胜辉 陆新华 吴青松 孙光明

摘 要 对12份菠萝品种的果实香气成分采用聚类分析和主成分分析方法进行多样性研究。结果表明：不同品种菠萝果实香气成分种类含量变化差异较大，聚类分析在相关系数距离19时，分为4个类群；主成分分析显示120种挥发性成分简化得到3个主成分包含27个香气成分，综合得分显示密宝菠萝最高。本研究结果可对菠萝果实香气品质进行评价，有助于加快菠萝选育种进程。

关键词 菠萝；香气成分；多样性；主成分分析

中图分类号 S668.3 文献标识码 A

Aroma Volatile Compounds Diversity Analysis of Pineapple Fruits

WEI Changbin1，LIU Shenghui1，2，LU Xinhua1，2，WU Qingsong1，2，SUN Guangming1，2*

1 South Subtropical Crop Reseaech Institude， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences /

Key Laboratory of Tropical Fruit Biology， Ministry of Agriculture， Zhanjiang， Guangdong 524091，China

2 Pineapple Germplasm nursery（Zhanjiang）， Ministry of Agriculture， Zhanjiang， Guangdong 524091，China

Abstract The diversity of aroma volatile compounds from 12 pineapple varieties were studied. Cluster analysis and principal component analysis were used to evaluate the experimental results. A high variability of aroma volatiles compounds were found among 12 pineapple varieties. Cluster analysis showed that these pineapple varieties were separated into four groups when correlation coefficient distance was 19. Principal component analysis suggested 120 compounds identified could be simplified to 3 components including 27 compounds， and Mibao variety reached the highest comprehensive score. The results had a certain applied value for assessing aroma qualities and improving the breeding process of pineapple.

Key words Pineapple；Aroma volatile compounds；Diversity；Principle component analysis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.02.032

菠萝[Ananas comosus（L.）Merrill] 属于凤梨科（Bromeliaceae），凤梨属（Ananas Merr.）多年生单子叶常绿草本植物。菠萝是一种重要的热带经济水果，主要分布在泰国、菲律宾、巴西、印度尼西亚、哥斯达黎加、中国、印度、尼日利亚、墨西哥和越南等国家和地区。中国是世界菠萝生产大国之一，近年来引进不少优良菠萝品种，有必要进行种质评价和利用研究。

构成果实风味的香气成分主要取决于果实种质、品种、栽培措施等因素，产生于果实发育期间、采收和保存过程。种菠萝果实挥发性成分报道已有380钟， 但是仅有一小部分有助于菠萝的香气[1]。果实香气作为菠萝的重要品质指标之一，已在品种[2-3]、种植区域[4-5]、成熟时期[6]、果实成熟过程[7-8]、贮藏条件[9]和果实部位[10-11]等方面的研究较多。菠萝果肉的冻融处理导致香气成分的减少[12]。Steingass等[13]研究了菠萝成熟期和运输方式对菠萝香气的影响，指出完熟采收空运的菠萝δ-辛内酯， γ-内酯类等香气浓郁，而绿熟期采收海运的菠萝的乙酯、乙酸酯、乙酰氧基酯成分含量增加。Pickenhagen等[14]报道菠萝香气成分最多的是酯类，特别是己酸乙酯和己酸甲酯含量很高，形成菠萝的特征香气。

一些学者已经从形态、产量和外观品质、精细化学成分、矿质元素、糖酸组分、酚类物质等方面对菜用大豆、大花红景天、新疆野苹果、野生樱桃李等方面对植物的遗传多样性进行了研究[15-18]。野生樱桃李、新疆野苹果和秋水梨的果实挥发性化合物的遗传多样性也有研究[17，19-21]。刘卫国[22]、窦每安等[23]从分子水平上研究了菠萝种质的遗传多样性，但尚未有菠萝果实香气成分的多样性研究。研究菠萝果实香气成分的多样性，旨在探讨各品种果实香气成分的差异，有助于为菠萝种质资源评价、挖掘和利用及新品种选育等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

12个菠萝品种采自农业部湛江菠萝种质资源圃，包括金菠萝、Phetchaburi#1、Fresh Premium、冬蜜（台农13号）、苹果（台农6号）、无刺卡因（无吸芽）、无刺卡因、昆士兰卡因、New Puket、神湾、金钻（台农17号）、密宝（台农19号）。

1.2 方法

1.2.1 前处理方法 每个品种选取成熟期一致（果实基部2～3层小果呈现黄色，成熟度9成左右）的5个果实， 将5个果实的果肉混匀后称取10.0 g，放入顶空瓶，采用固相微萃取SPME-GC/MS方法进行果实香气成分分析。

1.2.2 SPME-GC/MS测定方法 香气的提取、分析参照Wei等[24]的研究方法。

色谱条件：采用HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱温采用程序升温，初温60 ℃以4 ℃/min升至120 ℃，再以6 ℃/min升至200 ℃，保持5 min；进样口温度250 ℃，采用不分流进样模式，载气He，流量1.0 mL/min。萃取头在进样口处于250 ℃下脱附2 min。

质谱条件：电子轰击离子源（EI）；检测器电压350 V；离子源温度230 ℃；接口温度250 ℃；电子能量70 eV；扫描质量范围35～335 amu。

化合物的鉴定采用NIST05谱库检索分析，定量分析采用峰面积归一化法求各成分相对百分含量。

1.3 数据分析

将1.2.2分析结果基础上，针对实验中所鉴定的主要香气成分，采用相关系数距离的聚类方法，对12个菠萝品种的香气成分通过类间相关系数距离进行R型聚类分析，数据标准化后进行主成分分析。所有数据均采用SPSS 16.0软件处理。

2 结果与分析

2.1 主要香气成分

12个菠萝品种共检测出了120种挥发性成分，结果见表1。鉴别出的化合物相对含量变异幅度为46.34%～87.02%，数量变异幅度为15～45种；己酸甲酯、辛酸甲酯在12个品种均检测出，相对含量范围分别为2.10%～40.36%、1.79%～14.95%。

2.2 菠萝品种香气成分的聚类分析

由图1可知，相关系数距离为19时，可以把它们分成4大类，第一类包括金菠萝、Phetchaburi#1 、Fresh Premium、冬蜜（台农13）、苹果（台农6）；第二类包括昆士兰卡因、New Puket、神湾；第三类包括金钻（台农17）、密宝（台农19）、无刺卡因；第四类包括无刺卡因（无吸芽）。

第三类的台农17号和台农19号亲缘关系较近，2个品种均以无刺卡因为母本，Rough为父本杂交而成，与无刺卡因品种聚为一类。聚类结果表明，每一类中品种的香气成分种类较为接近。

2.3 果实香气成分的主成分分析

选取12个品种共32个主要香气成分进行主成分分析，通过主成分特征值及贡献率表（表2）可知，前3个主成分的贡献率分别为31.65%、26.86%、16.65%，它们的累积贡献率达到75.16%，因此，提取3 个主成分，即 m=3。从旋转后的因子载荷矩阵表（表3），可知3个主成分包含了27个果实香气成分，基本反映了菠萝品种香气成分的全部信息。

由表3可知，第1主成分主要反映2-甲基丁酸甲酯、己酸乙酯、甲酸辛酯、Z-4-辛烯酸甲酯、癸酸甲酯、β-榄香烯、表双环倍半水芹烯、α-依兰烯、α- 香柠檬烯、α-古云烯、δ-杜松烯、贝壳杉-16-烯等成分的信息。

第2主成分主要反映E-罗勒烯、Z-罗勒烯、γ-己内酯、壬醛、辛酸甲酯、别罗勒烯、1，3，5，8-十一碳四烯、辛酸乙酯、α-萜品醇、癸醛、γ-辛内酯等成分的信息。

第3主成分主要反映己酸甲酯、3-甲硫基丙酸乙酯、DL-3-乙酰氧基丁酸乙酯、癸酸乙酯等成分的信息。

根据各主成分的贡献率可以得到主成分综合评价指数，在本研究中，主成分综合评价指数F=0.42F1+0.36F2+0.22F3。

12个菠萝品种的3个主成分得分见表4，可见综合排名密宝为第一，昆士兰卡因品种排名最后。

3 讨论与结论

利用AFLP、SRAP、SCoT等分子生物学技术分析菠萝种质资源的遗传多样性报道较多[22-23]。但是针对不同种质资源果实香气成分的遗传研究较少，主要是由于其遗传比较复杂，不同自交或杂交组合所含有的成分不同，同种成分在不同组合中的分离情况也不完全相同[25-26]。研究表明，在新疆野苹果果实中挥发性化合物组分的变异幅度及变异系数最大[20]。

本研究中，金菠萝、冬蜜和苹果等菠萝品种聚为一类，与窦美安等[23]和陈香玲等[27]的研究结果将金菠萝单独聚为一类有区别。金钻、蜜宝品种的母本为smooth cayenne，父本为roguh，SCoT 标记将其与无刺卡因、神湾等归为一类[27]，SRAP标记将密宝、神湾归为一类，无刺卡因归为一类[23]，而本研究中将金钻、密宝和无刺卡因归为一类，而神湾与昆士兰卡因归为一类。菠萝香气成分聚类结果与分子标记结果不一致，可能是由于菠萝的遗传背景较为复杂，不同类型的品种间杂交后代存在较大的性状分离，尤其是果实香气成分在杂交后代经多代选育后有了较为剧烈的变异。

目前主成分分析法已经应用于杏、桃和芒果的果实品质性状的遗传多样性研究[28-30]。本研究利用主成分分析法分析了菠萝果实香气成分结果表明，第1主成分主要以酯类和萜类为主，第2主成分主要以萜烯类为主，还有少量醇、醛和内酯等，第3主成分主要以酯类为主，这些主成分具有较强的代表性，可以作为评价菠萝果实香气品质的重要指标。

本研究结果表明，利用菠萝重要的果实品质指标-果实香气成分来进行多样性分析的结果与分子生物学技术手段获得的结果存在一定差异，反映了香气成分遗传的复杂性，难以评价菠萝果实的香气品质，但利用菠萝香气成分的主成分分析确定的3个主成分，可以在一定程度上对菠萝果实香气品质进行评价，有助于挖掘利用菠萝种质资源和加快菠萝品种选育进程。

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