吳忠紅，裴龍英，張 健，姜璐熙，孔建軍，杜 鵑，吳 斌

(1.新疆農業(yè)科學院農產品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆理工學院，新疆阿克蘇 843000；3.新疆農業(yè)職業(yè)技術學院，新疆昌吉 831100)

0 引 言

【研究意義】甜瓜籽是葫蘆科甜瓜(CucumismelonL.)的成熟種子[1]。新疆甜瓜質量好、產量高，年產量高達百萬噸[2]，運用好副產物甜瓜籽，對資源的再開發(fā)利用有重要意義。【前人進展研究】甜瓜籽富含油脂12.5%～48.38%[1-4]，且不飽和脂肪酸含量較高，以亞油酸為主[5]，提高免疫力[2，3，6-8]，屬于特種保健性油脂[9，10，4]。以甜瓜籽油為原料制備的生物柴油[11]，是生產生物柴油的潛在來源[12-13]。【本研究切入點】近年來，對于甜瓜籽油的研究主要集中在提取工藝[6，14-16]和脂肪酸組分分析等方面[3-4，17-18]，而對其風味的研究鮮見報道。甜瓜籽油具有獨特的風味，其風味物質是影響感官特性、質量和消費者行為的重要因素。目前，氣相色譜-質譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)被廣泛應用于食品揮發(fā)物的檢測[19]。分析5個品種甜瓜籽油的揮發(fā)性風味成分與脂肪酸之間的關系。【擬解決的關鍵問題】以5個新疆主栽甜瓜品種的甜瓜籽為研究對象，采用主成分分析(PCA)、相關性熱圖和變量投影等方法，對亞臨界提取的甜瓜籽油的揮發(fā)性成分、脂肪酸含量及其相關性分析，為甜瓜籽油的品質評價、溯源和質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 甜瓜品種

選用新疆主栽甜瓜品種香瓜、皇后、綠寶石、86-1、新蜜1號的種子(來源于新疆農業(yè)科學院園藝作物研究所西甜瓜種業(yè))。采用亞臨界萃取法提取甜瓜籽油。

1.1.2 儀器

Agilent 7890A/5975C氣相色譜/質譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司；SPME萃取頭，美國Supelco公司；CAR/DVB/PDMS 1 cm萃取頭，美國Supelco公司；HP-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，美國安捷倫公司；Agilent 6890型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；Agilent 7683B自動進樣器，美國安捷倫公司；氫火焰離子化檢測器(FID)，美國安捷倫公司。CBE-10L亞臨界萃取裝置，河南省亞臨界生物技術有限公司；FM100通用高速粉碎機，天津泰斯特；HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.1.3 試劑

正構烷烴標準品：C7-C30(德國Sigma公司)；甲醇、石油醚、正己烷、丁烷、正庚醇等均為分析純，沃德生物有限責任公司。

1.2 方 法

1.2.1 樣品處理

甜瓜籽干燥：將甜瓜籽放入烘箱干燥60 h，干燥溫度50℃，保證水分含含量控制在3%以下。

甜瓜籽→超微粉碎→過篩→裝料→萃取→減壓脫溶→甜瓜籽油→冷卻、抽濾→甜瓜籽粕。

甜瓜籽裝料：將甜瓜籽粉碎、過篩后裝入篩絹(30 cm×10 cm)，平鋪一薄層卷入萃取釜中。

萃取參數(shù)：丁烷做萃取劑，萃取時間40 min，萃取溫度45℃，萃取壓力為0.5 MPa。

低壓脫溶：減壓脫溶時應先打開冷凝水、壓縮機，抽至0.1 MPa后，再打開真空泵抽至-0.01 MPa，最后依次關真空泵、壓縮機和加熱泵。

冷卻、抽濾：在低溫3℃條件靜置12 h，采用抽濾裝置進行真空抽濾(真空度≤0.6 MPa)即得澄清甜瓜籽油。

1.2.2 揮發(fā)性成分測定1.2.2.1 GC-MS

參考文獻Yang W等方法[20]，略有改動。

萃取頭的活化：氣質聯(lián)用儀的進樣口設置為270℃，將萃取頭插入進樣口進行活化，以除去原先吸附在萃取頭的物質，活化時間為30～60 min。

頂空固相微萃取(HS-SPME)：取2 g油脂于20 mL頂空瓶中，置于40℃恒溫水浴中加熱平衡20 min，通過隔熱墊將已老化好的SPME萃取頭插入頂空瓶中(距離液面1 cm)，吸附萃取30 min，磁力攪拌速度100 r/min，在GC進樣口推出纖維頭，在250℃條件下解析5 min，抽回纖維頭后拔出萃取頭，同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

GC條件：HP-5MS彈性石英毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，以高純氦氣(純度≥99.999%)載氣，恒定流速1.45 mL/min；柱溫箱采用程序升溫，起始溫度40℃，保持5 min，以5 ℃/min的升溫速率升到終溫200℃，保持5 min；不分流進樣模式，進樣口溫度250℃。

MS條件：電離方式EI，電子轟擊能量為70 eV；GC-MS接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，掃描質量范圍40～450 amu。

1.2.2.2 揮發(fā)物

分離出的化合物經計算機檢索，選擇與NIST147 library譜庫匹配度大于800的鑒定結果，同時結合相對保留指數(shù)(RI)定性，檢測成分定量通過加入一定濃度的正庚醇做內標，采用面積歸一化法表示揮發(fā)性成分的相對定量。

取C7～C30正構烷烴標準品，以正己烷為溶劑配制濃度為0.1%標準溶液，應用GC-MS分析條件分離，測定各正構烷烴的保留時間。各成分保留指數(shù)RI值，根據(jù)Kovats公式計算:RI=100n+100(tx-tn)/(tn+1-tn)。其中，RI為被分析組分的保留指數(shù)，tx為被分析組分流出峰的保留時間(min)，tn為碳原子數(shù)為n的正構烷烴流出峰的保留時間(min)，tn+1為碳原子數(shù)為n+1的正烷烴流出峰的保留時間(min)，且tn

1.2.3 脂肪酸

塑料滴管取1滴待測油樣于10 mL離心管中，加入2.5 mL正己烷和100 μL 0.5 mol/L甲醇鈉溶液，漩渦混合5 min，在 5 000 r/min下離心10 min，取上清液待測。

氣相色譜：色譜柱HP-INNOWAX(30 m×0.32 mm×0.25 μm)；載氣為氮氣，流速為1.5 mL/min，進樣口溫度為260℃，分流比為80∶1，升溫程序：210℃保持9 min，以20 ℃/min的升溫速度升至250℃，保持10 min。

質譜：接口溫度250℃，離子源溫度200℃，電離方式EI源，電子能量70 eV，掃描質量范圍：30～550 amu，采集方式：全掃描模式。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復3次取平均值，利用軟件SPSS 19.0進行方差分析，采用Duncan檢驗法(P<0.05)分析差異顯著性，PCA使用的是R包ade4進行繪制，熱圖使用的是R語言中ComplexHeatmap包，變量投影重要性分析使用的是R語言中的Vegan包。

2 結果與分析

2.1 不同品種的甜瓜籽油揮發(fā)性組分

研究表明，5個品種的甜瓜籽油在揮發(fā)性物質組成和相對含量存在差異。共鑒定出65種揮發(fā)性化合物，其中新蜜1號檢測到的揮發(fā)性物質種類最多，為37種物質，主要是14種萜烯類、8種酮類、6種醇類及5種其他類等?；屎笃贩N的油脂中含有30種，香瓜和86-1樣品檢測到29種，綠寶石含有揮發(fā)性物質種類最少，僅檢測到26種。香瓜、皇后、86-1和綠寶石4個品種油脂中(1S)-(+)-3-蒈烯的含量均最高，且皇后、86-1和綠寶石之間差異性不顯著，但與香瓜差異性顯著，新蜜1號未檢測出此物質，在新蜜1號中3-蒈烯的含量最高，達到了33.85%。右旋萜二烯在香瓜樣品中含量僅次于(1S)-(+)-3-蒈烯，為15.46%，且其他4個品種中未檢測出此物質，差異較大。雙戊烯僅在皇后、86-1和綠寶石樣品中檢測到，且含量排名第二，分別為16.38%、15.92%和14.96%，無顯著性差異。其次月桂烯、右旋-α-蒎烯、β-蒎烯、左旋-β-蒎烯在5個品種中相對含量也較高，且差異性顯著。酚類物質在香瓜、皇后、綠寶石樣品中未檢出，在86-1中僅有1種，含量為0.11%，新蜜1號檢測到的酚類物質有3種，平均含量為0.46%。表1，表2

表2 不同品種甜瓜籽油揮發(fā)性化合物種類及含量變化Table 2 Changes of volatile compounds in seed oil of different melon varieties

萜烯類物質、酮類和醇類是甜瓜籽油揮發(fā)性成分的主要物質種類，其中萜烯類物質種類及含量在5個品種的油脂中均較高，約是其他物質的幾十至幾百倍不等。萜烯類物質有14種，占總揮發(fā)物的63.72%～82.35%，平均為75.97%，已超過總揮發(fā)性成分的一半以上，差異性顯著；其次是酮類，占總揮發(fā)物的2.41%～5.05%，平均為4.43%，香瓜、皇后、綠寶石之間差異性不顯著，但與86-1、新蜜1號有顯著差異；醇類化合物共有6種，占總揮發(fā)物的2.61%～3.47%，平均為3.16%。其他類揮發(fā)性物質有5種，占總揮發(fā)物的3.1%～4.65%，平均為3.85%，香瓜、皇后、86-1之間差異性不顯著，但與綠寶石、新蜜1號有顯著差異。在5個品種中，醛類和酯類物質含量較低，且差異性較大。酯類僅測出1～2種，含量平均在0.25%不同品種的甜瓜籽油揮發(fā)性成分有顯著性差異。表1

表1 不同品種甜瓜籽油揮發(fā)性物質的GC-MS鑒定Table 1 GC-MS identification results of volatile substances in melon seed oil of different varieties

2.2 香氣物質的PCA

研究表明，PC1和PC2的貢獻率分別為45%和23.5%，總和68.5%。5個品種的油脂大致可以分為4類，皇后與綠寶石歸為一類。主成分1的方差貢獻率遠大于主成分2，PC1軸上距離越大，樣品差異性越大。以豎線為分隔，將5個品種的甜瓜籽油脂分成左右兩大組，右側是香瓜、皇后、86-1和綠寶石4個樣品，左側是新蜜1號，新蜜1號與其他4個品種差異性最為顯著。再以散點的距離可以得出，86-1與皇后、綠寶石這一類的距離較近，且在同一象限，86-1與皇后、綠寶石這一類在整體香氣成分的含量和類型方面的差異小于香瓜和新蜜1號。香瓜與新蜜1號分別在縱軸兩側且距離較遠，兩者之間有顯著性差異。圖1

續(xù)表1 不同品種甜瓜籽油揮發(fā)性物質的GC-MS鑒定Table 1 GC-MS identification results of volatile substances in melon seed oil of different varieties

2.3 不同品種的甜瓜籽油脂肪酸含量變化

研究表明，5個品種甜瓜籽油的脂肪酸在種類和相對含量方面存在差異。共鑒定出13種脂肪酸，飽和脂肪酸6種，平均含量22.98%，不飽和脂肪酸7種，平均含量為75.34%。飽和脂肪酸含量較高的主要是棕櫚酸和硬脂酸，不飽和脂肪酸含量較高的是亞油酸和油酸，約是其他脂肪酸含量的100～250倍不等。香瓜樣品中檢測出7種脂肪酸，其中飽和脂肪酸3種，不飽和脂肪酸4種，亞油酸含量最高，為54.24%，其次是油酸和棕櫚酸，含量分別為24.82%和12.75%。皇后樣品檢測到7種脂肪酸，飽和脂肪酸4種，不飽和脂肪酸3種，亞油酸含量最高為61.7%，其次是油酸和棕櫚酸，含量分別為16.7%和14.38%。綠寶石樣品檢測到8種脂肪酸，其中飽和脂肪酸3種，不飽和脂肪酸5種，含量較高的是亞油酸和棕櫚酸。86-1樣品檢測到6種脂肪酸，其中飽和脂肪酸3種，不飽和脂肪酸3種。新蜜1號樣品檢測到8種脂肪酸，其中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸各4種。香瓜、綠寶石、新蜜1號樣品之間，棕櫚酸差異性不顯著，但與皇后和86-1差異性顯著。5個樣品中能檢測出的十六烯酸之間差異性不顯著?；屎蟆⒕G寶石、新蜜1號樣品之間的亞油酸差異性不顯著，但與香瓜、86-1差異性顯著?；屎蟆?6-1、新蜜1號樣品之間的油酸含量差異性不顯著，與其他2個樣品差異性顯著。表3

香瓜、皇后、新蜜1號樣品的總飽和脂肪酸之間差異性不顯著，與綠寶石、86-1樣品差異性顯著，且香瓜、皇后、新蜜1號樣品的總飽和脂肪酸含量均低于綠寶石和86-1，其中86-1樣品的總飽和脂肪酸含量最高，為29.21%。不飽和脂肪酸的差異性與飽和脂肪酸的分析結果一致，但含量恰好相反，香瓜、皇后、新蜜1號的總不飽和脂肪酸含量均高于綠寶石和86-1，其中香瓜的總不飽和脂肪酸含量最高，為79.38%。

PC1和PC2的貢獻率分別為49.2%和21.2%，總和70.4%。5個品種被分成了5大類，以豎線為分隔，左右兩側的樣品差異較大，右側是香瓜、皇后、新蜜1號3個樣品，左側是綠寶石和86-1樣品。左側的綠寶石和86-1距離較遠，雖同在左側，但差異性顯著；右側皇后和新蜜1號樣品在同一象限，且距離相對較近，其脂肪酸最相近。圖2

2.4 不同品種的甜瓜籽油香氣物質與脂肪酸的相關性

研究表明，紅色越深正相關性越大，藍色越深負相關性越強，編號comp1-comp65與香氣物質編號對應，fa1-fa13與表3中的脂肪酸編號一致。fa8(二十四酸)、fa13(十八碳烯酸)與香氣物質的相關性相似，主要是與comp33，30，62，1，44，23，60，25，11，18，32，31，57，59，56，61，35呈顯著正相關，這些物質主要是9種萜烯類、3種酚類、3種其他類、1種醇類和1種酮類；fa8、fa13與comp49，17，45，36呈顯著負相關。fa3(棕櫚酸)主要與comp55，37，58，52，4，47呈顯著正相關，這些物質酯類有2種，醇類、酮類、醛類、酚類各1種。fa5(油酸)主要與comp63，9，26，19，12，10，14呈顯著正相關，這些物質萜烯類較多有5種；油酸與鄰異丙基甲苯有顯著負相關。fa7(亞麻酸)、fa9(蓖麻油酸)與香氣物質的相關性相似，主要是與comp27，42這2種物質有顯著正相關。fa1(肉豆蔻酸)主要與54，6，29呈顯著正相關。fa11(花生酸)主要與右旋-α-蒎烯、2-乙基己烯醛呈顯著負相關。圖3

表3 不同品種甜瓜籽油脂肪酸鑒定Table 3 Identification results of fatty acids in melon seed oil of different varieties

2.5 不同品種的甜瓜籽油香氣物質與脂肪酸的變量投影

研究表明，主成分上的重要度排序，當脂肪酸在2種主成分上均大于1，對香氣的影響相對較大；當?shù)谝恢鞒煞执笥?，第二主成分小于1時，則其重要性其次；當?shù)诙鞒煞执笥?，第一主成分小于1時，則其影響相對較小；當在2個主成分都小于1時，則表明對香氣物質的影響最小。fa8(二十四酸)和fa13(十八碳烯酸)對香氣的影響最大，其次是fa11(花生酸)，fa12(18-甲基十九烷酸)，fa2(十六烯酸)，其他脂肪酸對香氣物質的影響相對較小。圖4

3 討 論

5個品種的甜瓜籽油中(IS)-(+)-3-蒈烯和3-蒈烯含量較高，其具有松木樣香氣[16]。萜烯類物質、酮類和醇類在5種甜瓜籽油揮發(fā)性成分含量相對較高，如檸檬烯，是一種天然的具有很多生理學功能的單萜類化合物[21]。酮類化合物一般被認為是不飽和脂肪酸的氧化降解產物，能夠賦予植物油一定的果香氣味[22]，醇類化合物一般會使氣味較柔和[24,25]。酚類化合物雖然少，但通常具有果香型的感官特征[23]。酯類化合物在各植物油中所占比例較小，但對植物油的整體氣味有柔和作用，對很多植物油的氣味有重要的貢獻[26]。醛類化合物雖閾值較低，但氣味貢獻較大，主要來源于不飽和脂肪酸的氧化降解。例如，反式-2，4-癸二烯醛的氣味閾值低至0.07 μg/kg，卻是植物油中貢獻最大的揮發(fā)性成分[27]。對比白希等[28]對伽師瓜籽油揮發(fā)性成分研究發(fā)現(xiàn)，與研究的甜瓜籽油在風味物質上有較大差異，油脂揮發(fā)性的差異與品種有一定關系，這種差異性在不同品種的西瓜籽油中也存在[29]。

飽和脂肪酸對人體具有多種生理有益的生化功能[26]。研究中不飽和脂肪酸中的亞油酸和油酸含量相對較高，采用超臨界CO2萃取甜瓜籽油中油酸、亞油酸含量最高分別為58.48%、18.36%[30]；采用超臨界CO2萃取甜瓜籽油中亞油酸含量72.35%，油酸含量16.29%[31]；采用超臨界CO2萃取甜瓜籽油中不餉飽和脂肪酸以亞油酸(64.29%)、油酸(16.64%)為主[32]，這與研究結論相似。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，超聲輔助和超臨界CO2提取的伽師瓜籽油中含有6～12種脂肪酸[3,14,31]，亞油酸含量較高，且不飽和脂肪酸含量高于飽和脂肪酸，這與研究的結果一致。在其它品種中測得的脂肪酸的含量差異較大，少則有7～12種[6,30]，例如黑龍江產地的甜瓜籽油檢測到7種脂肪酸[6]，多則有15～23種，例如巴西品種的 Honey Dew、 Hymark 和 Orange Flesh[18,32]，這也進一步說明了不同品種的甜瓜籽油中脂肪酸表現(xiàn)出一定的差異性。

4 結 論

從甜瓜籽油中共鑒定出65種揮發(fā)性物質，其中新蜜1號品種被檢測到的種類最多，為37種，其次是皇后，共有30種，香瓜和86-1中的種類相當，均為29種，而綠寶石中最少，僅有26種。樣品中萜烯類種類及含量均占比較高，有11～14種，平均為75.97%；其次是酮類，平均為4.43%；醇類含量較低，為3.16%；不同品種的油脂風味存在較大差異。5個甜瓜籽油風味有顯著差異。5種甜瓜籽油中富含不飽和脂肪酸，平均為75.34%，飽和脂肪酸平均含量為22.98%。二十四酸、十八碳烯酸、花生酸、棕櫚酸、亞麻酸、蓖麻油酸與香氣物質有較強相關性。