不同产地西瓜酱挥发性风味物质及有机酸成分的对比研究

许文琪 吕伟 史玉 黄一承 马福敏 段翠翠 李晓磊 李丹

摘要：为了探究不同产地西瓜酱的挥发性风味物质，通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）和高效液相色谱法（HPLC）进行测定，并进行主成分分析。结果表明，山东西瓜酱、河南西瓜酱、安徽西瓜酱中共分离鉴定出74种挥发性风味物质，包括24种烯烃类、9种醇类、5种醛类、20种酯类、3种酚类、3种酮类、3种醚类和7种其他类物质，3种西瓜酱中挥发性风味物质的总质量浓度分别为9 648.74，8 560.10，4 976.02 μg/g；3种西瓜酱中气味活度值（OAV）大于1的风味物质分别有26，17，22种，其中苯乙醛是对三者贡献率最大的关键挥发性风味物质；主成分分析结果表明不同产地的西瓜酱间挥发性风味物质区分明显。3种西瓜酱中共检出7种有机酸，其中含量最高的为柠檬酸，仅在山东西瓜酱中检出醋酸，其含量为242.92 mg/100 g。

关键词：西瓜酱；挥发性风味物质；气味活度值；主成分分析；有机酸

中图分类号：TS255.43      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）04-0060-07

Abstract：  In order to explore the volatile flavor compounds of watermelon jam from different places of origin， gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） and high performance liquid chromatography （HPLC） are used to determine the volatile flavor compounds， and principal component analysis is carried out. The results show that 74 volatile flavor compounds are isolated and identified from Shandong watermelon jam， Henan watermelon jam and Anhui watermelon jam， including 24 olefins， 9 alcohols， 5 aldehydes， 20 esters， 3 phenols， 3 ketones， 3 ethers and 7 other compounds.The total mass concentration of volatile flavor compounds in the three kinds of watermelon jam is 9 648.74， 8 560.10， 4 976.02 μg/g respectively; there are 26， 17， 22 flavor compounds with odor activity value （OAV） greater than 1 in the three kinds of watermelon jam respectively， among which， phenylacetaldehyde is the key volatile flavor compound with the greatest contribution rate to the three kinds of watermelon jam; the results of principal component analysis show that the difference of volatile flavor compounds of watermelon jam from different places of origin is obvious. A total of 7 organic acids are detected in the three kinds of watermelon jam， among which， citric acid has the highest content. Acetic acid is only detected in Shandong watermelon jam with the content  of 242.92 mg/100 g.

Key words： watermelon jam; volatile flavor compounds; odor activity value; principal component analysis; organic acids

西瓜醬是传统发酵食品，以黄豆、西瓜、小麦粉为原料发酵而成。在发酵过程中，酵母可利用西瓜中的葡萄糖和果糖产生大量醇类、酸类、酯类等风味物质[1-2]。西瓜酱中既含有优质蛋白质、脂肪、维生素、亚油酸、亚麻酸、钙、磷、铁等多种对人体有益的营养成分[3]，又有防治高血压、动脉硬化等保健功能[4]。因其具有传统酱香味和西瓜的清香微甜，深受消费者的喜爱。目前市场上山东菏泽、河南开封、安徽阜阳的西瓜酱销量最多，原料、发酵工艺及产地等因素的不同导致风味存在差异。

近年来，已有学者对西瓜酱的制作工艺和风味进行了研究，孙笑寒等[5]通过对比单一菌种制曲和混合菌种制曲发酵西瓜酱，结果表明，单一菌种制曲发酵更有利于酸类及酚类物质的形成，混合菌种制曲发酵在整体感官评分、香气和滋味上占有优势。王婷婷等[6]利用顶空固相微萃取和气质联用技术对传统西瓜豆酱中的香气进行分析，共检测出63种化合物，其中乙酸、3-甲基丁醇的相对含量较高。另外，西瓜酱在发酵过程中易产生亚硝酸盐。贾庆超等[7]研究了西瓜与豆曲的比例对亚硝酸盐的影响，结果表明，在食盐添加量相同的情况下，西瓜添加量越高，亚硝酸盐含量越低。

本文选取山东、河南和安徽的西瓜酱作为试验原料，利用气相色谱-质谱联用技术和高效液相色谱法对挥发性风味物质和有机酸含量进行测定和分析，并对其进行主成分分析，为西瓜酱的加工和风味评价提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山东西瓜酱：由浑城县恩灏酱菜坊提供；河南西瓜酱：由开封市金明区杏花营镇鸿洋酱菜厂提供；安徽西瓜酱：由安徽熬耶酱园食品有限公司提供。2-辛醇（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；草酸、甲酸、苹果酸、乳酸、醋酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸标准品及其他试剂均为国产分析纯。

15 mL顶空萃取瓶 美国Supelco公司；QP2010 Ultra气相色谱-质谱联用仪 日本Shimadzu公司；Centrifuge 5430离心机 德国Eppendorf公司；Summit P680高效液相色谱仪 德国Dionex公司。

1.2 方法

1.2.1 HS-SPME-GC-MS分析挥发性风味物质

1.2.1.1 HS-SPME条件

称取1 g样品，碾碎后加入顶空萃取瓶中，向其中加入2 mL蒸馏水和10 μL 2-辛醇（800 mg/L），密封置于250 r/min的磁力搅拌器，于60 ℃平衡10 min，用已活化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纤维头（美国Supelco公司）顶空吸附40 min，将萃取头插入GC进样口解吸5 min。

1.2.1.2 GC-MS分析

GC条件：DB-5MS UI毛细管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm；美国Agilent公司）；进样口温度230 ℃，分流比1∶5；载气He，流速1.0 mL/min；升温程序：毛细管柱初温40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，再以8 ℃/min升至260 ℃，保持3 min。

MS条件：GC-MS接口温度280 ℃，离子源温度230 ℃；离子化方式：电子电离源；电子能量70 eV；质量扫描范围（m/z）30～550。

定性方法：运用NIST 11标准质谱库对西瓜酱相似度≥80%的挥发性成分进行初步检索分析，并结合保留指数法对化合物辅助定性，对C7～C40正构烷烃混合标样进行测定，并按照下式计算保留指数：

RI=100N+100n×（tRa－tRN）tR（N+n）－tRN。

式中：N为与风味物质相邻的较小烷烃的碳原子数；n为风味物质两侧正构烷烃碳原子数差值；tRa、tRN、tR（N+n）分别为风味物质的保留时间、相邻较小烷烃的保留时间和相邻较大烷烃的保留时间。

定量：采用内标法，选取2-辛醇为内标物，对西瓜酱中挥发性风味成分进行半定量（μg/g）计算。

1.2.2 气味活度值（OAV）的计算

通过查阅挥发性成分在水中的阈值，根据每种风味物质的质量浓度与阈值的比值计算其OAV，以此来计算该风味物质对整体风味的贡献程度[8]。其中OAV≥1的物质为特征风味物质。OAV计算公式如下：

OAV=CiOTi。

式中：Ci为风味物质的质量浓度，μg/g；OTi为风味物质在水中的阈值，mg/L。

1.2.3 HPLC分析

分别准确称取一定量的草酸、甲酸、苹果酸、乳酸、醋酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸标准品，用流动相分别配制成1，0.1，20，5，105，20，20，1 mg/mL的标准溶液，再依次稀释成0.10，0.002 5，2.00，0.75，5.25，2.00，2.50，0.125 mg/mL的混合标准溶液，用于进样分析。

称取5 g样品，用研钵碾碎后用蒸馏水定容至50 mL，取上清液10 000 r/min离心5 min，过0.22 μm针式滤器，待测。

HPLC条件：色谱柱：Acclaim OA（4.0 mm×250 mm，5 μm；美国Thermo Fisher Scientific公司）；流动相：100 mmol/L Na2SO4（pH 2.65）；检测波长：UV 210 nm；流速：0.50 mL/min；进样量：20 μL。

采用单点校正法進行定量分析，按下式计算：

X=A×cA0×1 000。

式中：X为有机酸样品的质量浓度，mg/100 g；A为测得有机酸样品的峰面积；A0为测得有机酸标准品的峰面积，c为有机酸标品的质量浓度，mg/g。

1.3 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 26.0对数据进行显著性分析（P<0.05），采用TBtools进行聚类热图分析，采用Origin 2021软件进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地西瓜酱挥发性风味物质分析

对3种不同产地的西瓜酱进行SPME-GC-MS分析，结果见图1，并与质谱数据库比较，保留相似度超过80%的组分，结果见表1。

由表1可知，3种样品中共鉴定出74种风味化合物，包括烯烃类24种、醇类9种、醛类5种、酯类20种、酚类3种、酮类3种、醚类3种和其他类物质7种。定量分析结果表明，3种西瓜酱中挥发性风味物质的含量存在显著性差异（P<0.05）。山东西瓜酱中挥发性风味物质的总质量浓度最高（9 648.74 μg/g），其次是河南西瓜酱（8 560.10 μg/g），最后是安徽西瓜酱（4 976.02 μg/g）。

烯烃类物质种类最多，主要包括3-亚甲基-6-（1-甲基乙基）环己烯、萜品烯、姜烯等萜烯类物质。其中山东西瓜酱中3-亚甲基-6-（1-甲基乙基）环己烯的含量最高，为194.23 μg/g，河南西瓜酱和安徽西瓜酱中姜烯的含量最高，分别为169.10，226.78 μg/g。萜烯类物质是一种具有特殊气味的重要化合物，广泛存在于植物体内[9]，其中姜烯主要来源于生姜，具有香脂气味。传统西瓜酱在制作过程中会加入大量葱、姜、蒜、花椒等香料物质，是产生大量烯烃类物质的主要原因。

酯类物质主要是通过醇类和酸类物质发生酯化反应生成，通常会呈现果香味[10]。3种西瓜酱中检测出苯甲酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯等20种酯类，其中棕榈酸乙酯、油酸乙酯是西瓜酱中典型的高级脂肪酸，是增加西瓜酱后味的重要物质。山东西瓜酱中苯甲酸乙酯的含量极高，为4 807.85 μg/g，是河南西瓜酱的32倍，安徽西瓜酱的17倍[11]。

醇类物质能产生使人愉快的气味，还可被氧化成醛、酸等，同时还是酯化反应的重要前体物质[12-13]。3种西瓜酱中共检出9种醇类物质，分别为1-辛烯-3-醇、桉叶油醇、芳樟醇、苯乙醇、4-萜烯醇、松油醇、（－）-4-萜品醇、亚麻醇、4-乙基环己醇。3种西瓜酱中芳樟醇的质量浓度存在显著性差异，其浓度分别为65.91，95.71，17.14 μg/g。芳樟醇的香味独特，是最常用的香料。在山东和安徽的西瓜酱中检出1-辛烯-3-醇，浓度分别为38.02，127.01 μg/g，有研究表明在西瓜中也含有1-辛烯-3-醇，推测1-辛烯-3-醇是原料西瓜中的物质。

低浓度的醛酮类物质会产生清新愉悦的香气，而浓度过高则会产生刺激性味道[12]。西瓜中壬醛的含量超过10%，但仅在山东西瓜酱中检测到壬醛，且含量较低。苯甲醛、苯乙醛在3种西瓜酱中均被检测到，苯甲醛具有较浓重的苦杏仁香气，而苯乙醛气味香甜，有玫瑰花香，苯甲醛、苯乙醛是由苯丙氨酸降解产生[13]。有研究表明，4-乙基愈创木酚呈现出酱香、辛香的风味[14]，其含量随发酵时间的延长而减少，山东和安徽西瓜酱中4-乙基愈创木酚质量浓度分别为321.71，115.22 μg/g，而在河南西瓜酱中未检测到该物质，这可能是样品发酵时间不同导致的。

不同产地的西瓜酱鉴定出挥发性风味物质的种类和浓度存在显著性差异，其中山东西瓜酱中鉴定出35种挥发性风味物质，河南西瓜酱中鉴定出37种挥发性风味物质，安徽西瓜酱中鉴定出47种挥发性风味物质。由图2可知，3种西瓜酱中共有的挥发性风味物质为10种，分别为芳樟醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、α-亚乙基-苯乙醛、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、茴香脑。山东西瓜酱中独有的成分有16种，其中具有香草味的苯甲酸甲酯浓度最大，含量为498.77 μg/g，可能是因为山东西瓜酱在制作过程中添加了食品保鲜剂。河南西瓜酱中独有的挥发性风味物质有8种。安徽西瓜酱中独有的挥发性风味物质有15种，其中脱氢乙酸浓度最大，含量为210.82 μg/g，可能是因为在制作过程中添加了食品防腐剂。

2.2 挥发性化合物聚类热图分析

为进一步探究不同西瓜酱中挥发性化合物的差异，采用聚类热图分析，直观展示了84种挥发性化合物在3种西瓜酱中的分布规律。由图3可知，纵向分析可以将挥发性化合物分为1（苯甲酸乙酯～4′，6-二甲基-2-羟基苯乙酮），2（间苯二甲酸二（2-乙基己基）酯～1-亚油酸单甘油酯），3（α-亚乙基-苯乙醛～苯乙醛），4（4-烯丙基苯甲醚～茴香脑）4个系列。1系列以壬醛、α-萜品烯和（Z）-3，7-二甲基-1，3，6-十八烷三烯为主，呈现柠檬味、柑橘味，仅在山东西瓜酱中含有。2系列以右旋萜二烯和甲基丁香酚为主，在安徽西瓜酱中含量较多，其余2种西瓜酱中含量较少。3系列以（E）-β-罗勒烯和苯乙醛为主，呈现甜味，河南西瓜酱中最多，山东西瓜酱次之，安徽西瓜酱最少。4系列以苯乙醇为主，呈现玫瑰、丁香味，仅在河南西瓜酱中含有。3种西瓜酱中挥发性化合物差异较大，西瓜酱的风味也各不相同。

2.3 关键挥发性化合物风味分析

OAV用于估计单个香气化合物对西瓜酱整体风味的贡献[15]。研究表明，OAV大于1的物质对样品呈现的整体风味有贡献[16]。由表2可知，山东、河南、安徽3种西瓜酱中OAV大于1的风味物质分别有26，17，22种。山东西瓜酱中OAV最大的为苯乙醛（80 845.98），其次为4-乙基愈创木酚（73 115.40）；河南西瓜酱中OAV最大的为苯乙醛（80 819.62），其次为4-烯丙基苯甲醚（42 815.53）；安徽西瓜酱中OAV最大的为苯乙醛（73 471.07），其次为4-烯丙基苯甲醚（27 712.11）。苯乙醛气味香甜，对西瓜酱的整体风味有贡献，这与其他豆类发酵食品中含有苯乙醛的研究结果一致[17-19]。4-乙基愈创木酚是一种伴有大豆芳香的物质，这与制作西瓜酱的原料大豆有关。乙酸松油酯、十四酸乙酯、月桂酸乙酯、2-乙酰基吡咯等化合物的阈值相对较高，导致这些物质对西瓜酱风味的贡献率较小[15]。

2.4 主成分分析

由图4可知，主成分1的贡献率为54.3%，主成分2的贡献率为42.2%，总贡献率为96.5%，大于95%，说明这两个主成分已经基本代表了样品的主要特征信息。对第1主成分贡献率较大的呈香物质有（－）-α-蒎烯、姜烯、β-红没药烯、β-倍半水芹烯、2-羟基-5-甲基苯乙酮、茴香酚，对第2主成分贡献率较大的呈香物质有1-辛烯-3-醇、可卡醛、苯乙酸乙酯、1-亚油酸单甘油酯。3种西瓜酱在PC1、PC2上均有较明显差异，说明不同产地的西瓜酱在风味上区分明显，且差异较大。

2.5 不同产地西瓜酱有机酸含量分析

西瓜酱在发酵过程中，酵母菌、乳酸菌等将原料中的蛋白质、淀粉等大分子物质进行分解，产生醇类、酸类、酯类等易消化吸收的小分子物质[22]，发酵过程中形成的有机酸是增加西瓜酱风味的有效成分[23-24]。不同产地的3种西瓜酱中有机酸的含量见表3，3种西瓜酱中有机酸种类和各成分的含量存在显著性差异。醋酸作为增味剂在食品中十分常见，但仅在山东西瓜酱中检测出醋酸，其含量为242.92 mg/100 g。3种西瓜酱中有机酸含量最高的为柠檬酸，其次为乳酸和草酸。有研究表明，苹果酸、柠檬酸和草酸是西瓜的主要有机酸[25]。3种西瓜酱中检测出柠檬酸的含量分别为6 227.99，9 234.69，9 182.72 mg/100 g，柠檬酸的形成一部分来源于制作过程中微生物的发酵，一部分来源于西瓜本身。山东西瓜酱和安徽西瓜酱中乳酸含量是河南西瓜酱乳酸含量的2倍。发酵过程中产生乳酸的途径不同，导致产生的乳酸量不同，山东和安徽的西瓜酱在发酵过程中发生的是同型乳酸发酵，而河南西瓜酱可能是异型乳酸发酵[26]。3种西瓜酱中草酸含量存在显著性差异，其含量分别为436.13，480.98，289.78 mg/100 g，可能是因為3个地区的环境不同，导致在发酵过程中产生的菌不同[27]，形成的有机酸也不同。

3 结论

通过HS-SPME-GC-MS从山东西瓜酱、河南西瓜酱、安徽西瓜酱中共分离鉴定出74种挥发性风味物质，包括24种烯烃类、9种醇类、5种醛类、20种酯类、3种酚类、3种酮类、3种醚类和7种其他类物质。3种西瓜酱中挥发性风味物质的种类和含量存在显著性差异，安徽西瓜酱中挥发性风味物质种类最多，河南西瓜酱次之，山东西瓜酱种类最少，但山东西瓜酱挥发性风味物质的总质量浓度最高。山东西瓜酱、河南西瓜酱、安徽西瓜酱中OAV大于1的挥发性风味物质分别有26，17，22种，其中苯乙醛是对三者贡献率最大的关键挥发性风味物质。PCA结果显示山东西瓜酱、河南西瓜酱、安徽西瓜酱间挥发性风味物质区分明显。

有机酸是西瓜酱产生风味的有效成分，3种西瓜酱中共检出7种有机酸，其中含量最高的为柠檬酸。醋酸仅在山东西瓜酱中检出，其含量为242.92 mg/100 g，是山东西瓜酱区别于其他2种西瓜酱的主要物质。

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