何婉琳，施 露，林夢樺，李亞輝，梁 穎,*，張志勇,*

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇省食品質(zhì)量安全重點實驗室，江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營養(yǎng)研究所，江蘇 南京 210014）

梨屬于薔薇科（Rosaceae）梨屬（PyrusL.）多年生果樹，是中國僅次于蘋果和柑橘的第三大水果，栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位。梨主要有白梨、砂梨、秋子梨和新疆梨4 個種[1]，其中秋月梨（Pyrus pyrifolia‘Akizuki’）是砂梨的一個重要品種，2002年引入中國，其果形美觀、酥脆多汁、香氣濃郁，深受消費者喜愛[2]。

多項研究表明，果實品質(zhì)和其揮發(fā)性香氣的組成和濃度均存在品種和地域上的差異[3-5]。Chen Tong等[6]對12 種西洋梨果實揮發(fā)性香氣鑒定，共鑒定出335 種揮發(fā)性香氣成分，主要由酯類、醇類、烷烴類組成，不同品種揮發(fā)性香氣成分差異較大。蒙秋霞等[7]發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地玉露香梨主要香氣成分乙酸丁酯和乙酸乙酯含量差異較大。目前不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分是否具有地域差異尚鮮見報道。

揮發(fā)性香氣成分測定的常用方法有電子鼻、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以及氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）。GC-IMS作為新興揮發(fā)性成分檢測技術(shù)，克服了電子鼻對復雜氣味或低濃度氣味辨識度低的缺陷，充分結(jié)合了GC技術(shù)高分離能力和IMS技術(shù)高辨識能力，具有靈敏性高、檢測速度快、樣品無需前處理、成本低等特點，近年在食品產(chǎn)地區(qū)分、食品摻假、食品新鮮度評估等方面應用方興未艾[8-10]。

本研究以消費者認可度高、種植面積持續(xù)上升的秋月梨為對象，分別從不同產(chǎn)區(qū)包括河北魏縣、河北趙縣、河南虞城縣、河南寧陵縣、山東墾利區(qū)及江蘇濱?？h采集樣品，測定秋月梨果實品質(zhì)指標，并利用GC-IMS測定其揮發(fā)性香氣成分，采用差異圖譜、定性分析、指紋圖譜以及相似度分析研究其揮發(fā)性香氣成分組成及產(chǎn)地差異，確定不同產(chǎn)地秋月梨特征揮發(fā)性香氣成分，以期為秋月梨的產(chǎn)地區(qū)分、產(chǎn)地溯源及品質(zhì)評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秋月梨（‘Akizuki’Pyrus pyrifolia）分別采自河北魏縣（WX）、河北趙縣（ZX）、河南虞城縣（YC）、河南寧陵縣（NL）、山東墾利區(qū)（KL）和江蘇濱海縣（BH）標準化管理的梨園，每個梨園采集24 個成熟度和品相均一的梨果實，24 h內(nèi)冷鏈運輸至實驗室。

亞硝酸鈉、氯化鋁、氫氧化鈉、福林-酚試劑、碳酸鈉、甲醇（均為分析純）上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JA2003分析天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；FreeZone?LABCONCO凍干機 北京照生行儀器設(shè)備有限公司；FDE60086FV-ULTS超低溫冰箱 賽默飛世爾儀器有限公司；Type GT300 POWTEQ Micro Ball Mill北京格瑞德曼儀器有限公司；H1805離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；FlavourSpec?8100 GC-IMS聯(lián)用儀 德國G.A.S.公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

隨機選擇9 個完好無損傷的果實，按照3 個為一組分為3 組，分別取梨皮和梨肉，用削皮器取果胴部位為梨皮組織（皮厚為0.5～1.0 mm），向果心方向切取10～15 mm為梨肉組織，裝入盛有液氮的保鮮袋中冷凍，置于-80 ℃的冰箱中保存。測樣前取出，在液氮速凍研磨罐中研磨后檢測。

1.3.2 基礎(chǔ)果實品質(zhì)指標測定

果實橫徑、縱徑采用數(shù)顯游標卡尺（0.01 mm）測量，果形指數(shù)為果實縱徑與果實橫徑的比值?？扇苄怨绦挝锊捎檬殖质秸酃鈨x測定。果實pH值采用數(shù)顯臺式酸度計測定?？傻味ㄋ岷繀⒄誈B 12456—2021《食品中總酸的測定》中的酸堿滴定法測定?？傸S酮測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁法[11]，總黃酮含量以兒茶素含量表示，單位為mg/g?？偡訙y定采用Folin-ciocalteu法[11]，總酚含量以沒食子酸含量表示，單位為mg/g。

1.3.3 GC-IMS測定

頂空進樣條件：分別稱取2 g梨皮與梨肉組織，各自加入0.8 mL飽和氯化鈉溶液，分別置于20 mL頂空進樣瓶中，孵育溫度45 ℃，孵育時間15 min，孵育轉(zhuǎn)速500 r/min；頂空進樣針溫度85 ℃；進樣量500 μL。

GC條件：MXT-5色譜柱（15 m×0.53 mm，1 μm）；柱溫60 ℃；分析時間15 min；載氣為高純氮氣（純度≥99.999%）；初始流速為2 mL/min，保持2 min，2～15 min流速線性增加至100 mL/min。

IMS條件：漂移氣為高純氮氣（純度≥99.999%）；漂移氣體流速150 mL/min；檢測器溫度45 ℃；漂移管長度9.8 cm；管內(nèi)線性電壓500 V/cm。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用儀器配套的分析軟件LAV和GC×IMS Library Search（內(nèi)置NIST2014、IMS數(shù)據(jù)庫）對揮發(fā)性香氣成分進行定性。采用Reporter和Gallery Plot插件程序構(gòu)建揮發(fā)性香氣成分的差異圖譜、指紋圖譜和歐氏距離圖。利用Origin 8.5繪制不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分的主成分散點圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋月梨果實基礎(chǔ)品質(zhì)指標分析

分別對不同產(chǎn)地秋月梨果實基礎(chǔ)品質(zhì)指標進行測定，結(jié)果見表1。6 個產(chǎn)地的秋月梨果形指數(shù)在0.77～0.82之間，pH值位于4.59～4.80之間，均無顯著差異（P＞0.05）?？扇苄怨绦挝锖康母叩蜎Q定果實的風味，是評價果實品質(zhì)的重要指標之一[12]，6 個產(chǎn)地的秋月梨可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)在11.62%～14.03%之間，河北魏縣和河南虞城縣秋月梨顯著高于其他產(chǎn)地秋月梨（P＜0.05）。果實中可滴定酸含量也是評價果實品質(zhì)的重要指標之一，6 個產(chǎn)地的秋月梨可滴定酸含量在2.22～5.48 g/kg之間，河南寧陵縣秋月梨顯著高于其他5 個產(chǎn)地的秋月梨（P＜0.05）。

變異系數(shù)可衡量同一指標不同樣本之間的變異程度，變異系數(shù)越大，表示變異程度越大。不同產(chǎn)地秋月梨的基礎(chǔ)品質(zhì)指標變異系數(shù)分布在2.55%～42.05%，其中，可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)的變異系數(shù)最小，為2.55%，可滴定酸含量變異系數(shù)最大，達42.05%。根據(jù)變異系數(shù)值可將變異類型劃分為質(zhì)量分數(shù)高、中、低3 類變異類型。綜合分析發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地秋月梨的可滴定酸含量為高度變異（變異系數(shù)＞36%），表明其受產(chǎn)地影響最大；可溶性固形物含量、pH值以及果形指數(shù)變異程度低（變異系數(shù)為0%～15%），表明其受產(chǎn)地影響小[7,12]。

2.2 秋月梨總黃酮與總酚含量分析

不同產(chǎn)地秋月梨梨皮和梨肉中總黃酮含量如圖1所示。梨皮中總黃酮含量較梨肉中高1～2 個數(shù)量級，與前人研究結(jié)果[13]一致，這種差異在歐李、蘋果、柚子等水果中均有體現(xiàn)[14-15]。由圖1A可以看出，河北魏縣和河南寧陵縣的秋月梨梨皮中總黃酮含量顯著高于其他產(chǎn)地（P＜0.05），其中河南寧陵縣秋月梨梨皮中總黃酮含量最高，達2.338 mg/g。其他產(chǎn)地秋月梨梨皮中總黃酮含量由多到少依次為河北趙縣、河南虞城縣、山東墾利區(qū)以及江蘇濱?？h。圖1B顯示，河南寧陵縣秋月梨梨肉中總黃酮含量顯著高于其他產(chǎn)地（P＜0.05），達0.065 mg/g。其他產(chǎn)地秋月梨梨肉中總黃酮含量由多到少依次為河南虞城縣、江蘇濱?？h、河北趙縣、山東墾利區(qū)以及河北魏縣。

圖1 不同產(chǎn)地秋月梨總黃酮含量Fig.1 Contents of total flavonoids in ‘Akizuki’ pear fruit from different regions

不同產(chǎn)地秋月梨中總黃酮含量差異可能與秋月梨的生長環(huán)境、地理位置等因素有關(guān)。土壤中有機質(zhì)含量和黏粒含量增加有利于增強沙土的固氮作用[16]，植物中黃酮類物質(zhì)的合成與積累與土壤中氮元素呈現(xiàn)正相關(guān)。土壤科學數(shù)據(jù)庫記載河南寧陵縣臨黃河故道，土質(zhì)為河流淤積物形成的具有中上等肥力的黏質(zhì)沙土，比沙土中黏粒更為豐富，固氮效果更佳，推測可能是河南寧陵縣秋月梨梨皮和梨肉中總黃酮含量高于其他產(chǎn)地的原因[17]。

不同產(chǎn)地秋月梨梨皮和梨肉中總酚含量見圖2。梨皮中總酚含量較梨肉中高1～2 個數(shù)量級，與總黃酮含量分布類似，前人研究表明梨皮比梨肉積累更多的酚類物質(zhì)[13,18]，與本研究結(jié)果一致。圖2A中為不同產(chǎn)地秋月梨梨皮中總酚含量，河北魏縣秋月梨梨皮中總酚含量最高，達9.527 mg/g，其他依次為河南寧陵縣、河北趙縣、江蘇濱?？h，河南虞城縣和山東墾利區(qū)顯著最低（P＜0.05）。圖2B顯示，河南寧陵縣秋月梨梨肉中總酚含量顯著高于其他產(chǎn)地（P＜0.05），達0.390 mg/g。其他產(chǎn)地秋月梨總酚含量由多到少依次為江蘇濱?？h、河南虞城縣、河北魏縣、河北趙縣及山東墾利區(qū)。已有研究證實葡萄中酚類物質(zhì)受地理位置和氣候條件影響顯著[19]，蒙秋霞等[7]研究亦表明不同產(chǎn)地玉露香梨的總酚含量存在差異。河南寧陵縣秋月梨梨皮與梨肉中總酚含量均高推測與其黏質(zhì)沙土土壤有緊密關(guān)系。

圖2 不同產(chǎn)地秋月梨總酚含量Fig.2 Contents of total phenols in ‘Akizuki’ pear fruit from different regions

2.3 秋月梨揮發(fā)性香氣成分分析

2.3.1 秋月梨揮發(fā)性香氣成分差異圖譜分析

為直觀比較不同產(chǎn)地秋月梨梨皮和梨肉中揮發(fā)性香氣成分的差異，采用Reporter和Gallery Plot插件程序構(gòu)建揮發(fā)性香氣成分差異圖譜，結(jié)果如圖3所示。差異圖譜以河北魏縣秋月梨圖譜作為參照，橫坐標1.0處紅色豎線為反應離子峰，反應離子峰右側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性香氣成分，不同顏色代表物質(zhì)的濃度，紅色表示濃度高，紅色越深表示濃度越大，白色表示濃度低。其余樣品圖譜扣除與河北魏縣相同的響應信號，得到二者的差異圖譜，紅色表示該成分在此樣品中較河北魏縣多，藍色表示該成分在此樣品中較河北魏縣低，顏色越深，說明差異越大。從圖3可以看出，不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)香氣成分組成差異小，但含量差異較大。這與前人研究結(jié)果類似，向思敏等[20]發(fā)現(xiàn)新疆地區(qū)新梨七號中萜烯類、烷烴和芳烴類物質(zhì)含量顯著高于河北地區(qū)的新梨七號，Li Guopeng等[21]的研究表明遼寧鞍山南果梨中α-法呢烯含量高于吉林遼源南果梨，不同產(chǎn)地梨中揮發(fā)香氣成分含量差異大可能是由氣候條件及土壤因素造成的[22-23]。

圖3 不同產(chǎn)地秋月梨果實揮發(fā)性香氣成分GC-IMS差異圖譜Fig.3 Differential GC-IMS spectra of volatile organic compounds in‘Akizuki’ pear fruit from different regions

2.3.2 秋月梨GC-IMS揮發(fā)性香氣成分定性分析

采用GC×IMS Library Search對不同產(chǎn)地秋月梨梨皮和梨肉中揮發(fā)性香氣成分進行分析，共鑒定出76 種揮發(fā)性香氣成分及其二聚體（M-表示單體、D-表示二聚體，下同），具體信息見表2，其中包括酯類23 種、醛類20 種、醇類11 種、酮類4 種、烯烴類1 種、酸類3 種、其他類14 種。梨皮和梨肉中揮發(fā)性香氣成分存在一定的差異。梨皮和梨肉共有揮發(fā)性香氣成分有34 種，僅在梨皮中鑒定出的揮發(fā)性香氣成分共33 種，主要包含酯類11 種、醛類8 種、醇類4 種、酮類2 種、烯烴類1 種、其他類7 種，僅在梨肉中鑒定出的揮發(fā)性香氣成分共9 種，主要包含酯類1 種、醛類2 種、醇類1 種、酸類2 種、其他類3 種。酯類物質(zhì)主要是由酸類和醇類酯化形成，呈現(xiàn)為水果香、蘋果香及甜香，支鏈脂肪族醛類物質(zhì)主要來自于脂肪酸合成途徑[24]，呈現(xiàn)出花香、甜香及水果香[25-27]，Makkumrai等[28]研究發(fā)現(xiàn)酯類物質(zhì)乙酸己酯、乙酸丁酯的含量與水果香呈正相關(guān)，含量越高香氣越濃郁。本研究中秋月梨果實主要揮發(fā)性香氣成分為丁酸乙酯、甲酸丁酯、2-己烯醛、異丁酸乙酯，賦予秋月梨豐富的果香與甜香，河北魏縣檢出特有的揮發(fā)性香氣成分且相對含量較高的乙酸異丁酯、丁酸甲酯和異戊醛，賦予魏縣秋月梨果實果香的同時還有一點木質(zhì)香與酒香[29]。

表2 不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分組成Table 2 Volatile aroma composition of ‘Akizuki’ pear fruit from different regions

2.3.3 秋月梨揮發(fā)性香氣成分GC-IMS指紋圖譜分析

為更直觀地分析不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分差異，選取不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分具有差異的信號峰，采用Gallery Plot插件構(gòu)建不同產(chǎn)地梨特征揮發(fā)性香氣成分的指紋圖譜，具體見圖4。圖中每一行代表一個樣品的信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性香氣成分的信號峰，未鑒定出的未知物信號峰用數(shù)字編號。由圖4分析可知，6 個產(chǎn)地的秋月梨揮發(fā)性香氣成分存在明顯差異。

圖4 不同產(chǎn)地秋月梨果實揮發(fā)性香氣成分GC-IMS指紋圖譜Fig.4 GC-IMS fingerprints of volatile organic compounds in ‘Akizuki’ pear fruit from different regions

秋月梨梨皮中揮發(fā)性香氣成分含量較高的包括丁酸乙酯、甲酸丁酯、2-己烯醛、1-戊烯-3-酮、4-庚烯醛、反式-2-庚烯醛-M、庚醛、乙酸丁酯-M、反式-2-己烯醇，其中河北魏縣秋月梨梨皮中己酸甲酯、丁酸甲酯、異戊醛和乙酸異丁酯等含量相對較高，河北趙縣苯乙醛和丙酸乙酯等含量相對較高；河南虞城縣異丁酸乙酯二聚體含量相對較高，其他產(chǎn)地1-戊醇和異丁醛等含量相對較高。

梨肉中揮發(fā)性香氣成分含量較高的包括二甲胺、甲酸丁酯、丁酸乙酯、異丁酸乙酯、正庚醛-M、4-庚烯醇、2-己烯醛，其中河北魏縣秋月梨梨肉中乙酸丙酯、丁酸甲酯和異戊酸等含量相對較高，河北趙縣秋月梨丙酸乙酯和3-甲基-3-丁烯-1-醇等含量相對較高，其他產(chǎn)地異丁醛、1-戊醇和丙酸等含量相對較高。

2.3.4 秋月梨揮發(fā)性香氣成分相似度分析

在明確不同產(chǎn)地秋月梨果實揮發(fā)性香氣成分組成的基礎(chǔ)上，運用主成分分析（principal component analysis，PCA）和歐氏距離分析，以期更直觀地區(qū)分不同產(chǎn)地秋月梨，具體見圖5。

圖5 不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分PCA圖和歐氏距離圖Fig.5 Principal component analysis plots and Euclidean distance plots of volatile aroma components in ‘Akizuki’ pear fruit from different geographical origins

PCA通過確定兩個PC因子在不同產(chǎn)地秋月梨揮發(fā)性香氣成分中的貢獻率評價其規(guī)律性和變異性[30]，由圖5A可以看出，PC1在不同產(chǎn)地秋月梨梨皮揮發(fā)性香氣成分的貢獻率為39.5%，PC2貢獻率為21.9%，總貢獻率為61.4%。由圖5B可以看出，PC1在不同產(chǎn)地秋月梨梨肉揮發(fā)性香氣成分的貢獻率為45.3%，PC2貢獻率為12.8%，總貢獻率為58.1%。結(jié)果表明，兩個PC可分別體現(xiàn)秋月梨梨皮及梨肉樣品揮發(fā)性成分的主要信息。梨皮揮發(fā)性香氣成分PCA可分別將河北魏縣和河北趙縣秋月梨與其他產(chǎn)地明顯區(qū)分，河南虞城縣和山東墾利區(qū)秋月梨與其他產(chǎn)地有距離，可以區(qū)分，而河南寧陵縣和江蘇濱?？h秋月梨重疊多，難以區(qū)分。梨肉揮發(fā)性香氣成分PCA可將河北魏縣秋月梨與其他產(chǎn)地明顯區(qū)分，河北趙縣、河南寧陵縣、江蘇濱?？h秋月梨距離較近，可以區(qū)分，而河南虞城縣及山東墾利區(qū)秋月梨部分重疊，難以區(qū)分。

歐氏距離通過衡量兩向量之間距離來比較樣品間的相似度，距離越小則相似度越大，常用來反映樣品之間的差異程度[31]。歐氏距離圖可以將PCA未有效區(qū)分產(chǎn)地的秋月梨進一步區(qū)分。從圖5C可以看出，梨皮揮發(fā)性香氣成分PCA難以區(qū)分的河南寧陵縣與江蘇濱?？h秋月梨以及河北趙縣和河北魏縣秋月梨之間存在較大的距離，可以有效區(qū)分；從圖5D可知，河南寧陵縣、河南虞城縣、河北魏縣梨肉揮發(fā)性香氣成分可以有效區(qū)分。

綜合梨皮和梨肉揮發(fā)性香氣成分的PCA以及歐氏距離分析，可以實現(xiàn)6 個產(chǎn)地秋月梨的有效區(qū)分。可以認為PCA與歐氏距離分析結(jié)合具有區(qū)分產(chǎn)品不同產(chǎn)地的應用潛力[32-33]。

3 結(jié)論

本研究對6 個不同產(chǎn)地秋月梨的品質(zhì)指標以及揮發(fā)性香氣成分進行檢測，發(fā)現(xiàn)河南寧陵縣秋月梨可滴定酸含量顯著高于其他產(chǎn)地（P＜0.05），部分產(chǎn)地秋月梨之間可溶性固形物含量、總黃酮與總酚存在顯著差異。不同產(chǎn)地秋月梨梨皮與梨肉中共鑒定出76 種揮發(fā)性香氣成分，其中包括酯類23 種、醛類20 種、醇類11 種、酮類4 種、烯烴類1 種、酸類3 種、其他類14 種，梨皮中揮發(fā)性香氣成分比梨肉中多24 種。通過構(gòu)建秋月梨果實揮發(fā)性香氣成分指紋圖譜，明確了不同產(chǎn)地秋月梨特征揮發(fā)性香氣成分。采用PCA和歐氏距離結(jié)合進行相似度分析，不同產(chǎn)地秋月梨得到了有效區(qū)分。GC-IMS分析技術(shù)具有簡單、快速、靈敏度高等優(yōu)點，可為秋月梨香氣鑒別、產(chǎn)地區(qū)分和品質(zhì)評價提供技術(shù)支持。