不同基因型菠萝蜜种质资源挥发性香气成分分析

贺书珍 吴刚 张彦军 徐飞 朱科学 谭乐和

摘  要  以马来西亚1号菠萝蜜、XYS17菠萝蜜、XYS18菠萝蜜和榴莲蜜为材料，采用HS-SPEM-GC-MS进行测定分析，以期揭示不同基因型菠萝蜜资源香气成分组成差异，为资源创新利用提供理论依据。结果表明：4种不同基因型菠萝蜜资源共鉴定出66种香气物质，异戊醇、月桂醛、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丙酯等9种共有香气成分相对含量存在极显著差异。PCA分析表明，马来西亚1号主要香气成分为3-甲基丁酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丁酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯，XYS17主要香气成分为异戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、3-甲基丁酸戊酯、醋酸辛酯和癸醛，XYS18主要香气成分为异戊酸乙酯、异戊酸丁酯、丁酸乙酯、异戊酸甲酯和正辛醛，而榴莲蜜主要香气成分为异戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、异戊酸乙酯和异戊酸异戊酯。不同基因型菠萝蜜香气成分物质组成及含量存在一定差异，为今后新品种选育和优异资源开发利用提供参考依据。

关键词  菠萝蜜;种质资源;香气成分;香气分析

中图分类号  S667.8      文献标识码  A

Abstract  The Malaysia No.1， XYS17， XYS18 and Liulianmi jackfruit accessions were used as materials to evaluate the difference of characteristic aroma compounds. The aromatic profile of different genotypes can provide a theoretical foundation for future breeding program. Headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） were used to analyze the aromatic profile of different jackfruit accessions. Sixty-six aroma compounds were identified in the jackfruit accessions. These four genotypes shared 9 aromatic substances， and showed significant difference in the relative contents， such as 3-methyl-1-butanol， dodecanal， 2-methylbutyl isovalerate， isoamyl acetate， and propyl isovalerate. Malaysia No.1 was characterized by high contents of n-amyl isovalerate， and esters （benzyl acetate）， butyl acetate， isoamyl acetate， isobutyl isovalerate， and 2-methylbutyl isovalerate， XYS17 has high contents of isobutyl isovalerate， 2-methylbutyl isovalerate， n-amyl isovalerate， octyl acetate， and decanal， XYS18 has high contents of ethyl isovalerate， butyl isovalerate， ethyl butyrate， methyl isovalerate， and octanal， Liulianmi accession has exhibited contents of 3-methyl-1-butanol， 2-methyl-1butanol， 2-methylbutyl isovalerate， ethyl isovalerate， and 3-methylbutyl 3-methylbutanoate. These results will provide reference for breeding of new verities and exploiting of outstanding jackfruit germplasm in the future.

Keywords  jackfruit （Artocarpus heterophyllus）; germplasm; aroma compositions; aroma analysis

DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.009

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）为桑科（Moraceae）菠萝蜜属（Artocarpus）热带果树，素有“热带水果之王”、“热带木本粮”、“齿留香”之美誉[1]。其果肉富含糖类、果胶、膳食纤维及微量元素等营养成分[2-4]，且香气四溢，甘甜爽脆，具有生津、止渴、醒酒、益气、助消化之功效[5]，除鲜食外，还是制作冰激凌、果酒和脆片等的优质原料[6-10]。菠萝蜜原产印度[1， 11]，目前在缅甸、泰国、斯里兰卡、印度尼西亚、菲律宾等热带国家均有栽培。中国引入菠萝蜜已有1000多年历史[12]，现广泛栽培于海南和广东一带，且广西、福建、云南和四川南部以及中国台湾地区均有零星栽培。据不完全统计，目前我国菠萝蜜种植面积约1.67万 hm2，其中海南省1.33万 hm2左右[1]。作为一种深受人们喜爱的热带水果和具有重要用途的热带农产品，菠萝蜜对于发展热带经济，提高边远地区农民收入和生活水平具有重要意义。

菠萝蜜的香气成分是影响菠萝蜜产品品质的主要因素，也是菠萝蜜品种选育的重要目标性状之一。相关研究表明，菠萝蜜香气主要由酯类、醇类、酸类、醛类、酮类和萜烯类等化合物组成[13-15]。李洪波等[16]采用顶空固相微萃取和GC-MS联用技术对干苞和湿苞菠萝蜜品种香气成分鉴定表明，两者香气存在较大差异。干苞果实主要香气成分为戊酸-2-甲基丁酯（31.87%）、2-甲基-丁酸-己酯（23.59%）、异戊酸乙酯（10.92%）、乙酸丁酯（3.33%）、丁酸丁酯（3.16%）和己酸丁酯（3.13%），而濕苞果实主要香气成分为2-甲基-丁酸-己酯（29.80%）、异戊酸乙酯（21.47%）、戊酸-2-甲基丁酯（21.40%）、乙酸丁酯（3.451%）。贺书珍等[17]对菠萝蜜果实成熟过程中香气成分组成及变化规律的研究表明，异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、异戊酸异戊酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯是构成成熟菠萝蜜香气的主要成分，异戊酸乙酯是鉴定菠萝蜜的标志性化合物。目前，大部分研究侧重于菠萝蜜香气成分的鉴定，而关于不同基因型菠萝蜜种质资源及其果实前体香气成分的鉴定研究鲜见报道。为了解不同基因型菠萝蜜资源香气成分的组成差异，本研究以马来西亚1号菠萝蜜（琼引1号）、XYS17菠萝蜜、XYS18菠萝蜜和榴莲蜜资源为材料，采用顶空固相微萃取和GC-MS技术分析果实中的香气成分，旨在为菠萝蜜优异资源选育和开发利用提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料  供试样品为马来西亚1号菠萝蜜、xys17菠萝蜜、xys18菠萝蜜和榴莲蜜4份不同基因型种质资源（图1），采自中国热带农业科学院香料饮料研究所菠萝蜜种植试验基地，榴莲蜜（尖蜜拉）Artocarpus champeden Spreng和菠萝蜜同为菠萝蜜属特色果树，在此作为菠萝蜜特色资源保存及研究。

1.1.2  仪器  DS-1高速组织破碎机，上海标本模型厂;Aglient-7890A/5975气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司;固相微萃取手动进样手柄57330-U，美国Supelco公司;50/30 μm DVB/CAR- PDMS固相微萃取头，美国Supelco公司。

1.2  方法

萃取条件：精确称取菠萝蜜样品2 g置于20 mL顶空瓶中，加盖密封，置于40 ℃水浴平衡10 min，使用固相微萃取装置萃取30 min，于气相色谱进样口250 ℃解析5 min。

GC/MS分析条件：Aglient-7890A气相色谱仪，DB-5MS毛细管色谱柱（30 m0.25 mm 0.25 μm），进样口温度250 ℃。初始柱温40 ℃;1.5 ℃/min 升至90 ℃，保留1 min;35 ℃/min升至250 ℃，保留2 min。载气He，流速1 mL/min。

MS条件：电离方式EI，电子能量70 eV，传输线温度280 ℃，离子源温度230 ℃，MS四极杆温度150 ℃，扫描质量数35～500 amu。

1.3  数据处理

各挥发性香气成分质谱图经与NIST 2014谱库检索比对，采用保留指数（retention index，RI）值比对方法辅助定性，同时参考文献[14， 17]进行定性;采用峰面积归一化法进行菠萝蜜挥发性香气成分各组分的相对含量计算。

2  结果与分析

2.1  不同基因型菠萝蜜果实挥发性香气成分种类分析

根据马来西亚1号、XYS17、XYS18和榴莲蜜果实挥发性香气成分的总离子流图（图2），经组分谱库检索和相关资料分析，检测出66种挥发性香气化合物，属于萜烯类、酮类、醇类、酸类、酯类和醛类6类。其中，马来西亚1号果实中含有4类、44种香气成分，酯类成分占其香气成分种类的79.54%，醛类13.64%，醇类4.55%，酸类2.27%;在XYS17果实中，含有6类、48种香气成分，酯类成分占其香气成分种类的66.67%，醛类12.50%，酮类8.33%，萜烯类6.25%，醇类4.17%，酸类2.08%;XYS18果实中，含有4类、48种香气成分，酯类成分占其香气成分种类的79.17%，醇类10.42%，醛类8.33%，酸类2.08%;榴莲蜜果实中含有6类、32种香气成分，酯类成分占其香气成分种类的71.87%，醇类9.37%，酮类6.25%，醛类6.25%，萜烯类3.13%，酸类3.13%。由图3可见，XYS17、XYS18和榴莲蜜与马来西亚1号果实挥发性香气成分种类组成和含量差异较大。其中，马来西亚1号果实挥发性香气成分酯类含量高达95.29%，为榴莲蜜果实挥发性香气成分酯类含量21.88%的4倍;榴莲蜜果实挥发性香气成分醇类含量为54.39%，是马来西亚1号果实挥发性香气醇类含量0.44%的127倍，XYS17果实0.63%的86倍和XYS18果实3.96%的14倍。

2.2  不同基因型菠萝蜜果实挥发性香气成分组成分析

对不同基因型菠萝蜜资源与66种香气成分的PCA分析结果表明，PC1、PC2、PC3前3个限制性轴的排序特征值占总变异的91.53%，其中PC1轴解释了43.77%的变异，PC2轴解释了26.05%，PC3轴解释了21.70%。由图4和表1可见，3-甲基丁酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丁酯、3-甲基丁酸 2-甲基丁酯等挥发性物质与马来西亚1号菠萝蜜香气特征正相关，其中3-甲基丁酸戊酯相对含量高达（35.96±1.56）%，其次为异戊酸丁酯（18.51±2.24）%和3-甲基丁酸2-甲基丁酯（11.35±0.46）%;异戊酸丁酯、3-甲基丁酸- 2-甲基丁酯、乙酸丁酯、3-甲基丁酸戊酯、乙酸

异戊酯、醋酸辛酯和癸醛等挥发性物质与XYS17果实香气特征正相关，其中异戊酸丁酯相对含量高达（37.87±1.37）%，其次为3-甲基丁酸-2-甲基丁-酯（18.72±0.76）%和乙酸丁酯（7.58±1.09）%。异戊酸乙酯、异戊酸丁酯、丁酸乙酯、异戊酸甲酯和正辛醛等挥发性物质与XYS18菠萝蜜果实香气特征正相关，其中异戊酸乙酯相对含量高达（29.70± 2.62）%，其次为异戊酸丁酯（10.62±1.80）%和正辛醛（10.34±2.22）%;异戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸、2-甲基丁酯、异戊酸乙酯和异戊酸异戊酯与榴莲蜜果实香气特征正相关，其中异戊醇相对含量高达（45.96±5.86）%，其次为2-甲基-1-丁醇（7.96±1.71）%和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯（4.84 ± 1.44）%。

Bray-Curtis相似性分析表明，马来西亚1号、XYS17、XYS18和榴莲蜜果实香气成分组成Bray-Curtis相似性指数为（44.15±0.18）%，香气物质组成差异较大。由表1可见，4种不同基因型菠萝蜜资源果实共有香气成分9种，异戊醇、月桂醛、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丙酯香气成分相对含量存在极显著差异（图5）。其中，榴莲蜜果实异戊醇相对含量为（45.96±5.86）%，是马来西亚1号果实相对含量的127倍;XYS17果实3-甲基丁酸-2-甲基丁酯相对含量为（18.72±0.76）%，是马来西亚1号果实相对含量的1.6倍;XYS18果实异戊酸乙酯、丁酸乙酯和异戊酸甲酯相对含量分别为（29.70±2.62）%、（10.16±0.60）%和（8.86±1.41）%，是马来西亚1号的33、29和40倍。此外，香茅酸、黏蒿三烯、2，4，6-三甲基-1，3，6-庚三烯、-香柑油烯、7-十三醇、4-（羥基甲基）苯乙酮、甲基壬基甲酮、2，6，6-二甲基-1-环己烯-1-羧酸甲酯、2-甲基丁基己酸酯、乙酸香茅酯、月桂酸-叔-戊酯等11种香气成分仅在XYS17果实中检测到，主要以萜烯类和酯类物质为主;正己醇、2-乙基己醇、DL-1，2-己二醇、酞酸二乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯和顺-2-丁烯酸乙酯等8种香气成分仅在XYS18果实中检测到，占其香气成分的6.27%，其中酞酸二乙酯相对含量高达（3.50±2.87）%;而松油烯、2-甲基-1-丁醇香气成分仅在榴莲蜜果实中检测到，相对含量高达（1.61±0.36）%和（7.96± 1.71）%，占其香气成分的9.97%。

3  讨论

菠萝蜜为典型的热带水果，是马来西亚、泰国、印度、斯里兰卡、坦桑尼亚、科特迪瓦、萨摩亚、哥斯达黎加等“一带一路”热带国家主要的特色农产品。香气成分是菠萝蜜重要的品质指标之一。本研究以马来西亚1号、XYS17、XYS18和榴莲蜜种质资源为材料，利用HS-SPME-GC/ MS技术鉴定发现菠萝蜜香气成分物质种类主要由酯类、醛类、酮类、醇类、酸类和萜烯类化合物组成，这与贺书珍等[17]、李洪波等[16]、Maia等[15]的研究结论一致。本研究进一步发现，不同基因型菠萝蜜果实香气成分物质种类含量Bray-Curtis相似性指数仅为（44.15±0.18）%，香气物质种类存在较大差异。其中，马来西亚1号、XYS17和XYS18菠萝蜜资源果实以酯类物质为主，是榴莲蜜酯类含量的4倍。而榴莲蜜果实以醇类物质为主，是马来西亚1号、XYS17和XYS18醇类含量的13倍。这为不同香气风味菠萝蜜品种选育和产品开发利用提供了品种资源和技术支撑。

近年来，关于菠萝蜜风味品质的研究主要集中菠萝蜜香气成分的鉴定分析。Swords等[18]对菠萝蜜蒸馏液鉴定发现，丁酸乙酯、丁酸异丁酯、异戊丁醇、丁酸甲酯、乙酸丁酯等16种酯类物质是菠萝蜜的主要香气成分。Maia等[15]利用GC-MS技术对菠萝蜜干苞和湿苞型果实进行研究，发现菠萝蜜干苞型菠萝蜜的主要香气成分为异戊酸异戊酯（28.4%）和异戊酸丁酯（25.6%），湿苞型的主要香气成分为异戊酸异戊酯（18.3%）、乙酸丁酯（16.5%）、异戊酸乙酯（14.4%）、异戊酸丁酯（12.9%）和乙酸2-甲基丁酯（12.0%）。Ong等[19]利用SPME-GC-TOFMS技术对马来西亚5个不同菠萝蜜品种香气成分鉴定进一步发现，香气风味品质与品种资源显著相关。王俊宁等[13]采用顶空固相微萃取和GC-MS联用技术从9个菠萝蜜品系中鉴定出130种香气物质。这些研究表明，酯类物质构成了菠萝蜜的风味骨架。本研究通过鉴定不同基因型菠萝蜜种质香气成分多样性发现，马来西亚1号、XYS17、XYS18和榴莲蜜香气物质成分存在较大差异。其中，马来西亚1号果实香气成分主要由3-甲基丁酸戊酯、异戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丙酯等44种挥发性化合物组成。XYS17果实香气成分主要由异戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、醋酸辛酯、癸醛和3-甲巯基-2-丁酮等48种挥发性化合物组成。XYS18果实香气成分主要由异戊酸乙酯、异戊酸丁酯、异戊酸甲酯、丁酸乙酯、酞酸二乙酯和正辛醛等48种挥发性化合物组成。而榴莲蜜果实香气主要由异戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、异戊酸异戊酯和异戊酸乙酯等32种挥发性化合物组成。此外，榴莲蜜果实挥发性香气成分醇类含量高达54.39%，构成了榴莲蜜主要的香气风味骨架。而XYS18果实挥发性香气成分酯类含量为80.98%，且富含醛类（12.94%）和醇类（3.96%）香气成分，其果实具有“榴莲和菠萝蜜”的独特风味。

本研究进一步发现，马来西亚1号、XYS17果实香气主要以3-甲基丁酸戊酯、异戊酸丁酯、3-甲基丁酸 2-甲基丁酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、异戊酸丙酯等酯类化合物为主，而榴莲蜜以异戊醇、2-甲基-1-丁醇等醇类化合物为主，这可能与不同基因型菠萝蜜果实香气物质形成的代谢途径有关。Hatanaka[20]研究表明，大多数酯香型和果香型植物主要是由氨基酸前体物经转氨作用形成支链酮类，一条途径是在脱羧酶作用下生产醛类，然后在醇脱氢酶（ADH）的作用下生成醇类;另一条途径是与辅酶A（CoAS）生成酰基CoAS，在醇酰基转移酶（AAT）作用下生成酯。因此，对不同基因型菠萝蜜果实香气成分的鉴定可为揭示其香气成分形成机理提供理论依据。