番茄果实呈香组分及其代谢途径研究进展

王欢欢 ，马 越 ，白 冰 ，王宇滨 ，赵晓燕 ，张 超

(1.北京市农林科学院蔬菜研究中心 北京 100097； 2.沈阳农业大学 沈阳 110866；3.果蔬农产品保鲜与加工北京市重点实验室 北京 100097； 4.农业部蔬菜产后处理重点实验室 北京 100097；5.农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室 北京 100097)

番茄(Lycopersicon esculentumMill.)是茄科番茄属植物，是全球产量最高的蔬菜作物[1]。随着消费升级发展，消费者已经不仅仅满足于番茄的风味和口感，其香气渐渐成为选择的主要特征。但是，现有关于番茄香气的综述主要是讨论了番茄香气物质的具体种类以及影响因素[2]，系统对番茄呈香组分及其代谢途径的分析还鲜有报道。因此，笔者介绍了番茄呈香组分及其呈香组分的主要代谢途径，并在前人研究基础上对呈香组分进一步指认，为开展番茄风味研究工作提供参考。

1 番茄的特征香气组分

番茄中已经有200多种挥发性组分被分离鉴定出来[3-4]，这些挥发性组分相互作用，决定了番茄的风味[5]。单一香气成分对果实香气的贡献与其含量有关，还与其阈值浓度关系，研究常以香气活力值(Odor activity value，OAV)来表征挥发性组分的呈香能力，香气活力值为挥发性组分浓度与其阈值浓度之比[6]。因而，仅当挥发性组分的OAV大于1时，其香气才可以被感受，而且香气活力值越大，其香气越明显[7-9]。因此，以下主要对OAV大于1的挥发性组分进行讨论。

目前，对番茄果实中呈香组分的认识还存在一定分歧，Buttery 等[10]认为顺-3-己烯醛、反-2-己烯醛、己烯醛、反-2-戊烯醛和牻牛儿醛是主要呈香组分；唐晓伟等[11]认为己醛、己醇、2-己烯醛、2-乙基-正己醇、顺-3-己烯醛、反-3-己烯醛、己烯醇、反-1，2-环己二醇、2-庚烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、5-甲基-2-乙基庚烯、2-戊基呋喃、正辛醛、正辛醇、3，7-二甲基-2，6-辛烯醛、2-环戊基乙醇是主要呈香组分；Emin等[12]认为顺式-3-己烯醛、己醛、顺-3-己烯醇、β-紫罗兰酮，β-大马酮，1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醛、2-异丁基硫咪唑等是主要呈香组分。上述研究者检出的挥发性组分均不相同，可能是与番茄的品种、栽培以及气候环境相关。笔者以Buttery等[10]的检出结果为主要依据，将番茄中OAV值大于1的组分进行排序，共有顺-3-己烯醛、β-紫罗酮、己醛、β-大马酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-己烯醛、2-异丁基硫咪唑、1-硝基-2-乙基苯、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、顺-3-己烯醇、2-苯基乙醇、3-甲基丁醇和水杨酸甲酯等16种组分。同时，将其他研究者的检出组分与上述16种组分进行比对，并按照OAV值的大小进行排序。表1显示番茄果实中部分组分OAV值的排序结果。通过对OAV值的排序，可以发现不同研究者的结论中各组分OAV排序大相径庭，而且还存在部分组分的OAV小于1的情况，比如Buttery等[10]检测反-2-庚烯醛、苯乙醛和6-甲基-5-庚基-2-酮的OAV分别为4.6、3.75和2.6，均大于 1，而 Denise等[13]检测的结果分别为0.2、0.5和0.4，均小于1。由此可以推断反-2-庚烯醛、苯乙醛和6-甲基-5-庚基-2-酮的香气特征在部分番茄中无法分辨。鉴于这样的原因，将OAV小于1的组分进一步剔除，共有OAV大于1的挥发性组分 11 种，分别为顺-3-己烯醛、β-紫罗酮、己醛、β-大马酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、顺-3-己烯醇和水杨酸甲酯，以下主要对这11种组分进行讨论。在这11中组分中，综合排序靠前的组分分别为顺-3-己烯醛、己醛、β-紫罗酮、1-戊烯-3-酮、β-大马酮和 2,3-甲基丁醛。

表1 番茄果实香气组分OAV排序

2 番茄果实呈香组分形成途径

番茄果实中的11种香气组分分别来自于以脂肪酸、氨基酸和类胡萝卜素为前体物质的代谢途径。其中，顺-3-己烯醛、己醛、1-戊烯-3-酮、反-2-庚烯醛和顺-3-己烯醇主要来源于脂肪酸代谢途径；2,3-甲基丁醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮主要来源于氨基酸代谢途径；水杨酸甲酯、β-紫罗酮和β-大马酮主要来源于类胡萝卜素代谢途径。另外，还有报道显示，番茄果实中部分挥发性组分来源于以羟酸和碳水化合物为前体的代谢途径[17]。以下主要介绍与番茄果实香气相关的脂肪酸、氨基酸和类胡萝卜素代谢途径。

2.1 脂肪酸代谢途径

在脂肪酸代谢途径中，亚油酸或亚麻酸在脂肪氧合酶(Lipoxygenase，LOX)催化下生成氢过氧化物，氢过氧化物在氢过氧化物酶(Hydroperoxide ly-ase，HPL)催化下生成 9-HPODs 或 13-HPODs，9-HPODs或13-HPODs在氧化酶作用下，生成己醛、顺-3-己烯醛等C6醛类化合物，C6醛类物质在乙醇脱氢酶(Alcohol dehydrogenase，ADH)的作用下进一步转化成相对应的醇类物质[18-23]。

番茄果实中的己醛、己醇、顺-3-己烯醛、顺-3-己烯醇、反-2-己烯醛、戊烯醛和反-2-戊烯主要是通过脂肪酸代谢途径形成的，具体形成过程见图1:亚油酸或亚麻酸在脂肪氧合酶的催化下会生成具有共轭二烯结构的氢过氧化物，进而与氢氧化物裂解酶一起生成了己醛和顺-3-己烯醛，而顺-3-己烯醛又会在异构酶的作用下转变为反-2-己烯醛；随后醛类物质又可以在乙醇脱氢酶的催化下转变为己醇和顺-3-己烯醇[24]。这些组分香气活力值排序为:顺-3-己烯醛>己醛>反-2-己烯醛>顺-己烯醇。

图1 番茄果实特征香气组分的脂肪酸代谢途径

2.2 氨基酸代谢途径

番茄果实特征香气组分的氨基酸合成途径是以苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸等几种氨基酸为前体物质[25-27]，在转氨酶(Amino transferase)作用下转氨，再经丙酮酸脱氨酶的脱氨或者脱羧作用转变成支链醇，进而形成酮类物质和酯类物质[28-29]。在氨基酸代谢途径中，苯乙醛和苯乙醇的是以苯丙氨酸作为前体物质，3-甲基丁醛、3-甲基丁醇是由亮氨酸转氨形成(图 2)。

2.3 类胡萝卜素途径

6-甲基-5-庚基-2-酮、2-异丁基间硫氮茂、β-紫罗酮、β-大马酮等直链和环状异戊二烯等芳香物质的合成前体物质是类胡萝卜素[30-31]。Buttery和Steven[32-33]等在研究发现，类胡萝卜素含量与特征香气组分含量呈正相关关系，为该代谢途径提供支撑。

3 小结及展望

番茄果实的挥发性组分复杂，已经检测出200多种化合物，通过对现有文献的总结和分析发现，顺-3-己烯醛、β-紫罗酮、己醛、β-大马酮、1-戊烯-3-酮、2,3-甲基丁醛、反-2-庚烯醛、苯乙醛、6-甲基-5-庚基-2-酮、顺-3-己烯醇和水杨酸甲酯等11种挥发性组分的香气活力均高于1.0，是番茄果实的主要呈香组分。在这11种化合物中，己醛、1-戊烯-3-酮、顺-3-己烯醛、顺-3-己烯醇和反-2-庚烯醛均来源于脂肪酸代谢途径。因此，脂肪酸代谢途径是形成番茄特征性香气的主要途径。在脂肪酸代谢途径中，脂肪氧合酶以亚油酸和亚麻酸为底物，催化生成顺-3-己烯醛、己醛、反-2-己烯醛；顺-3-己烯醛、己醛、反-2-己烯醛可以在乙醇脱氢酶的作用下进一步生成顺-3-己烯醇、己醇、反-2-己烯醇。因此，脂肪氧合酶和乙醇脱氢酶是脂肪酸代谢途径中形成番茄特征性香气成的关键酶。