王小柯，羅 懌，鄭乾明，林 乾，韓秀梅，李金強(qiáng)，蔡永強(qiáng)，李文云

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)科學(xué)研究所，貴陽(yáng)，550006)

檸檬屬于蕓香科柑桔屬植物，其果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特，富含檸檬酸，具有鮮食、藥用等價(jià)值，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。香氣是檸檬果實(shí)感官品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[1,2]。有研究表明，檸檬果實(shí)香氣成分主要包括萜烯類(lèi)(單萜、倍半萜)和含氧化合物，其中含量最高的為檸檬烯，約占香氣物質(zhì)總量的50%左右[3-5]。當(dāng)前大部分的研究都集中于檸檬果皮精油成分的分析，對(duì)不同品種果皮揮發(fā)性物質(zhì)含量差異的比較研究較少[6-10]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(Gas Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，GC-MS)則是利用氣相色譜進(jìn)行代謝物分離，然后使用高分辨率質(zhì)譜進(jìn)行代謝物檢測(cè)，具有分辨率高、靈敏度高、有較為完善的數(shù)據(jù)庫(kù)等特點(diǎn)[11-13]。何朝飛等[1]利用頂空固相微萃取技術(shù)結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)3個(gè)檸檬品種進(jìn)行果皮香氣成分的分析測(cè)定，結(jié)果表明檸檬感官品質(zhì)的差異除受環(huán)境影響外，基因型的不同也起到?jīng)Q定性作用。涂勛良等[3]對(duì)8個(gè)檸檬品種果皮的香氣成分進(jìn)行了檢測(cè)和比較分析，結(jié)果表明8個(gè)品種中共有成分含量最高的為D-檸檬烯，特異成分物質(zhì)和共有成分含量的差異可作為區(qū)分品種的重要特征。朱春華等[8]利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析3個(gè)檸檬品種果皮精油揮發(fā)性成分，結(jié)果顯示烯烴類(lèi)物質(zhì)是檸檬果皮精油揮發(fā)性成分的主要組分，D-檸檬烯、β-蒎烯、檸檬醛等在艾倫尤力克檸檬中含量最高。本研究在貴州省果樹(shù)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地5個(gè)檸檬品種初結(jié)果樹(shù)上采果實(shí)樣品，通過(guò)GC-MS技術(shù)檢測(cè)果皮揮發(fā)性物質(zhì)，并比較分析差異。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以5個(gè)檸檬品種為試驗(yàn)材料，分別為阿聯(lián)粗檸檬(ALC)、木里檸檬(ML)、阿特摩檸檬(ATM)、喬化無(wú)刺檸檬(QWC)、黃花尤力克檸檬(HYLK)。5個(gè)檸檬品種容器苗(砧木為枳)于2015年春季從重慶引入，當(dāng)年定植在貴州省果樹(shù)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地(貴州省惠水縣好花紅鎮(zhèn)好花紅村)。該地海拔300 m左右，東經(jīng)106°35′16.5″，北緯26°0′52.90″，年降水量1 100 mm，年平均日照1 165.0 h，年均溫16.0 ℃，無(wú)霜期280 d，1月平均溫度5.9 ℃，土壤類(lèi)型為黃壤或黃砂壤[14]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

在定植后3年進(jìn)行采樣分析。每個(gè)品種隨機(jī)選取5株樹(shù)，于樹(shù)冠中部不同方位，采集果面光滑無(wú)明顯病斑、果皮淺黃色、著色均勻、大小一致的成熟果實(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室。用蒸餾水將果實(shí)表面清洗干凈，取其果皮切成小塊，于液氮中充分磨碎混勻后送往武漢普奈斯生物科技有限公司檢測(cè)。每個(gè)品種各稱(chēng)取3份混樣作為生物學(xué)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)重復(fù)稱(chēng)取2.5 g粉末進(jìn)行萃取。樣品的萃取參照涂勛良[3]、尚雪波[15]、馮璐璐[16]等的方法，并進(jìn)行略微改進(jìn)。稱(chēng)樣后加入9 g氯化鈉，用電熱套加熱；在另一100 mL圓底燒瓶中加入45 mL二氯甲烷，60 ℃水浴加熱，蒸餾萃取2 h。在所得的二氯甲烷萃取物中加入10 g無(wú)水硫酸鈉，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，50 ℃下濃縮至1 mL。

1.2.2 氣質(zhì)聯(lián)用分析

使用安捷倫HP GC7890串聯(lián)MS5975高分辨質(zhì)譜儀，參考Barrek等[17]、Mohammad-Taghi 等[18]、吳洪梅等[19]、陳婷婷等[20]的方法，稍加調(diào)整。色譜條件：色譜柱為毛細(xì)管柱HP-VOC(30 m×0.25 mm×0.25 μm)(J&W scientific，USA)；進(jìn)樣量為10 μL，進(jìn)樣口溫度250 ℃，不分流進(jìn)樣，流速為3 mL/min；載氣為He，柱流速為1 mL/min。升溫程序：初始溫度為40 ℃，保持2 min；之后以5 ℃/min升至180 ℃，保持2 min；再以5 ℃/min升至240 ℃，保持8 min。質(zhì)譜條件：傳輸線(xiàn)溫度250 ℃，離子源溫度230 ℃，電離電壓70 eV，掃描范圍(質(zhì)荷比，m/z)35～550。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

參考涂勛良等[3]、謝煥熊等[21]的方法，用GC-MS光譜全波段掃描法分析樣品的芳香族化合物。使用XCMS軟件對(duì)得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，得到數(shù)據(jù)矩陣，其中包含質(zhì)荷比(m/z)、保留時(shí)間及峰面積等信息，將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)出至Excel表格中，進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)整理。物質(zhì)的定性：根據(jù)質(zhì)荷比及保留時(shí)間，在NIST數(shù)據(jù)庫(kù)中查找與之相匹配的物質(zhì)。利用SIMCA-P軟件進(jìn)行主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)和偏最小二乘法判別分析(Orthogonal Partial Least Squares Discriminate Analysis，OPLS-DA)。物質(zhì)含量數(shù)據(jù)采用極差法進(jìn)行歸一化處理后，通過(guò)R軟件(www.r-project.org/)對(duì)物質(zhì)在不同樣本間的積累模式進(jìn)行聚類(lèi)分析(Hierarchical Cluster Analysis，HCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬果皮揮發(fā)性物質(zhì)成分

從5個(gè)檸檬品種果皮的揮發(fā)性物質(zhì)中，共檢出95種化合物(見(jiàn)表1)。其中，萜烯類(lèi)43種，醇類(lèi)26種，醛類(lèi)10種，酮類(lèi)6種，酯類(lèi)3種，其他7種。阿聯(lián)粗檸檬、阿特摩檸檬、木里檸檬、喬化無(wú)刺檸檬及黃花尤力克檸檬果皮揮發(fā)性物質(zhì)中檢測(cè)到的化合物數(shù)分別為57、53、51、49及46種。5個(gè)檸檬品種的共有化合物為22種，包括10種萜烯類(lèi)物質(zhì)(α-蒎烯、3-蒈烯、D-檸檬烯、β-羅勒烯、γ-松油烯、4-蒈烯、α-佛手柑油烯、石竹烯、γ-依蘭油烯、β-紅沒(méi)藥烯)，6種醇類(lèi)物質(zhì)(芳樟醇、松油烯-4-醇、香葉醇、β-白檀油烯醇、桉油烯醇、α-紅沒(méi)藥醇)，3種醛類(lèi)物質(zhì)(香茅醛、異檸檬醛、檸檬醛)，1種酯類(lèi)物質(zhì)(反式-香葉酸甲酯)，1種酚類(lèi)物質(zhì)(百里香酚)，1種烴類(lèi)物質(zhì)(對(duì)傘花烴)(見(jiàn)表1)。

表1 5個(gè)檸檬品種果皮的揮發(fā)性物質(zhì)成分

2.2 主成分分析

根據(jù)各樣品所測(cè)化合物情況進(jìn)行主成分分析的結(jié)果顯示，木里檸檬、黃花尤力克檸檬、喬化無(wú)刺檸檬組內(nèi)樣本均較為聚集，組內(nèi)差異較小，重復(fù)性和穩(wěn)定性較好；阿聯(lián)粗檸檬和阿特摩檸檬存在明顯離散的樣本。木里檸檬與其他4種檸檬明顯分開(kāi)，說(shuō)明木里檸檬與其他品種差異明顯(圖1)。

注：ALC—阿聯(lián)粗檸檬，ML—木里檸檬，ATM—阿特摩檸檬，QWC—喬化無(wú)刺檸檬，HYLK—黃花尤力克檸檬。圖2至圖5同。圖1 全部檸檬樣本的主成分分析

2.3 聚類(lèi)分析

通過(guò)在揮發(fā)性物質(zhì)中檢測(cè)到的化合物進(jìn)行聚類(lèi)分析的結(jié)果顯示，5個(gè)品種組內(nèi)樣本分別聚在一起，說(shuō)明組內(nèi)重復(fù)性較好(見(jiàn)圖2)。阿特摩檸檬和木里檸檬聚為一類(lèi)，喬化無(wú)刺檸檬、阿聯(lián)粗檸檬和黃花尤力克檸檬聚為另一類(lèi)(見(jiàn)圖3)。

圖2 檸檬各組樣品聚類(lèi)

圖3 5種檸檬總代謝物的聚類(lèi)熱圖

2.4 代表性差異物質(zhì)篩選

基于OPLS-DA結(jié)果，從獲得的多變量分析OPLS-DA模型的VIP(變量重要性投影)，可以初步篩選出不同品種間差異的代謝物。同時(shí)結(jié)合單變量分析的p value(p值)和fold change(差異倍數(shù)值)來(lái)進(jìn)一步篩選差異代謝物(篩選標(biāo)準(zhǔn)為：fold change≥2和 fold change≤0.5，且p value≤0.05)，不同品種間差異統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖4。各分組比較中 OPLS-DA 模型中 VIP 值大小排在前面的差異表達(dá)代謝物有15種，分別為γ-松油烯、反式-芳樟醇、D-檸檬烯、β-羅勒烯、芳樟醇、β-紅沒(méi)藥烯、石竹烯、β-蒎烯、L-α-龍腦烯醛、3-蒈烯、萜品醇、檸檬醛、香葉醇、γ-蓽澄茄油烯、D-香芹酮(見(jiàn)圖5)。

注：橫坐標(biāo)為兩兩品種比較，縱坐標(biāo)為代謝物數(shù)量。圖4 檸檬樣品間代謝物差異統(tǒng)計(jì)

注：橫坐標(biāo)為VIP值，縱坐標(biāo)為差異代謝物。圖5 5種檸檬差異代謝物VIP值

3 討論與結(jié)論

有研究表明[22,23]，檸檬烯、β-蒎烯、月桂烯、異松油烯和辛醛是柑桔類(lèi)的主要特征香氣物質(zhì)。本試驗(yàn)中，異松油烯和辛醛在5個(gè)品種中均未檢出，月桂烯在阿特摩檸檬中未檢出，β-蒎烯在阿聯(lián)粗檸檬、喬化無(wú)刺檸檬及黃花尤力克檸檬中也未檢出。說(shuō)明，5個(gè)檸檬品種之間香氣成分物質(zhì)的差異較大。香氣成分的差異受生長(zhǎng)環(huán)境的影響較大，但本試驗(yàn)中5個(gè)檸檬品種生長(zhǎng)環(huán)境一致，因此推測(cè)其產(chǎn)生差異的主要因素是各個(gè)品種間不同的基因型[24,25]。

萜烯類(lèi)化合物是柑桔香氣主要成分，尤以檸檬烯含量為主[3,26]。在5個(gè)檸檬品種中，D-檸檬烯表達(dá)量最高的是黃花尤力克檸檬，并且γ-松油烯、3-蒈烯、β-羅勒烯及β-紅沒(méi)藥烯在黃花尤力克檸檬中也有較高表達(dá)。

醛類(lèi)化合物是檸檬風(fēng)味形成的主要物質(zhì)，總?cè)┖繘Q定檸檬香氣質(zhì)量[7]。黃花尤力克檸檬和阿聯(lián)粗檸檬中檸檬醛含量高表達(dá)，喬化無(wú)刺檸檬中L-α-龍腦烯醛高表達(dá)。

醇類(lèi)化合物是柑桔果香的重要成分，其形成多與果實(shí)中的酯酶有關(guān)[1,27]。芳樟醇和香葉醇是重要的香氣成分，木里檸檬和阿特摩檸檬中二者均為高表達(dá)。

果實(shí)的風(fēng)味是由味感和嗅感構(gòu)成，前者以甜酸味為主體，與糖、酸的種類(lèi)和含量有關(guān)，后者取決于揮發(fā)性芳香物的種類(lèi)和含量[28]。本研究通過(guò)GC-MS檢測(cè)5個(gè)檸檬品種果皮的揮發(fā)性物質(zhì)，從種類(lèi)上來(lái)分析，黃花尤力克檸檬揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)最多。因本研究是基于物質(zhì)相對(duì)含量進(jìn)行的后續(xù)分析，故無(wú)法明確各化合物在不同品種果皮中的含量，因此不能判斷某個(gè)品種的風(fēng)味好壞，還需結(jié)合果實(shí)糖、酸、香氣成分等數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。

本研究利用GC-MS技術(shù)對(duì)5個(gè)檸檬品種果皮進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)同一生長(zhǎng)環(huán)境下不同品種的檸檬，其果皮的香氣成分存在一定的差異；同時(shí)對(duì)不同品種的所有檢出物進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果表明阿聯(lián)粗檸檬和黃花尤力克檸檬之間差異較小；篩選到15種代表性差異代謝物，后續(xù)可進(jìn)行相關(guān)代謝通路分析。