不同馬鈴薯品種揮發(fā)性風(fēng)味成分及代謝產(chǎn)物相關(guān)性分析

李凱峰，尹玉和，王瓊，林團(tuán)榮，郭華春

不同馬鈴薯品種揮發(fā)性風(fēng)味成分及代謝產(chǎn)物相關(guān)性分析

1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201；2內(nèi)蒙古烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000

【】考察與馬鈴薯?yè)]發(fā)性風(fēng)味組分變化規(guī)律相關(guān)的代謝化合物，尋找潛在的揮發(fā)性風(fēng)味組分代謝前體，為馬鈴薯風(fēng)味品質(zhì)改良提供參考。使用氣相色譜儀質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）非靶向檢測(cè)青薯9號(hào)、華頌7號(hào)、希森6號(hào)、后旗紅、冀張薯12號(hào)、D545、D727七個(gè)品種（系）中，塊莖代謝組和熟化后的揮發(fā)性風(fēng)味組分。在7個(gè)馬鈴薯主要栽培品種中，品種間差異顯著的揮發(fā)性風(fēng)味化合物共22種，多數(shù)在冀張薯12號(hào)中含量較高，華頌7號(hào)中相對(duì)較低。利用檢出化合物進(jìn)行聚類分析，可將7個(gè)品種分為特征風(fēng)味強(qiáng)弱不同的兩組；組1中，品種華頌7號(hào)在空氣炸制的熟化方式下香味更為濃郁；組2中，冀張薯12號(hào)馬鈴薯烘烤風(fēng)味最為明顯。對(duì)7個(gè)品種塊莖進(jìn)行非靶標(biāo)代謝物測(cè)定，共檢出69種代謝化合物，其中19種化合物在兩個(gè)品種分組間差異顯著。主要代謝產(chǎn)物和揮發(fā)性風(fēng)味化合物間存在一定相關(guān)性，蛋氨酸、丙氨酸、蘇氨基酸和蔗糖等與甲硫基丙醛和2-甲基呋喃顯著正相關(guān)（<0.05），脯氨酸、異絲氨酸等與反, 順-2,6-壬二烯醛、反, 反-2,4-癸二烯醛顯著負(fù)相關(guān)（<0.05）。揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量變化受品種因素影響；蛋氨酸、丙氨酸、蘇氨基酸和蔗糖是最有可能影響馬鈴薯特征風(fēng)味構(gòu)成的代謝化合物；相關(guān)性分析結(jié)果可為尋找潛在代謝途徑提供參考。

馬鈴薯；空氣炸制；風(fēng)味物質(zhì)；代謝化合物；聚類分析；相關(guān)性分析

0 引言

【研究意義】馬鈴薯在投放鮮食消費(fèi)市場(chǎng)后，風(fēng)味品質(zhì)是決定其能否被消費(fèi)者接納的主要因素之一。中國(guó)馬鈴薯50%以上為鮮食消費(fèi)，需求巨大。市場(chǎng)對(duì)風(fēng)味品質(zhì)不佳的品種接受程度低，影響新育成品種的種植和推廣[1]。香味是影響馬鈴薯整體風(fēng)味品質(zhì)的重要因素，而揮發(fā)性風(fēng)味化合物則是構(gòu)成食品香味的物質(zhì)基礎(chǔ)。其主要為一類具有特殊嗅味特征的有機(jī)化合物，包括醛、酯、酮和吡嗪等其他雜環(huán)化合物[2]?？疾鞊]發(fā)性風(fēng)味化合物構(gòu)成規(guī)律，有助于尋找改良風(fēng)味品質(zhì)的新途徑，對(duì)提高消費(fèi)者接受程度也具有重要意義[1]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】馬鈴薯中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物共檢出300余種[3]。不同烹飪方式下，風(fēng)味化合物的結(jié)構(gòu)和組成差別明顯[4]。影響感官評(píng)價(jià)的主要成分是由脂類降解產(chǎn)生的醛類化合物[5]，以及美拉德反應(yīng)下，氨基酸和糖類反應(yīng)生成的呋喃[6]、吡嗪類物質(zhì)組成[7-8]。環(huán)境因素，包括栽培條件、采收貯藏[9]以及加工預(yù)處理?xiàng)l件[10]等均會(huì)影響馬鈴薯風(fēng)味的構(gòu)成。除烹飪方式外，風(fēng)味化合物的構(gòu)成在品種間也存在差異[11]；馬鈴薯富利加亞種（）中富含阿爾法古巴烯且風(fēng)味獨(dú)特，在品嘗試驗(yàn)中獲得比普通栽培種（）更高的分?jǐn)?shù)。甲硫基丙醛是重要的揮發(fā)性化合物，其含量在品種間存在差異[11]。雖然通過(guò)基因編輯可間接增加含硫氨基酸的含量[12]，但是對(duì)多倍體材料進(jìn)行基因編輯的難度相對(duì)較高。而MORRIS等[13]發(fā)現(xiàn)對(duì)單一化合物含量的添加無(wú)法顯著提高整體的風(fēng)味品質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)報(bào)道聚焦于環(huán)境因素對(duì)風(fēng)味成分構(gòu)成的影響分析，以及風(fēng)味相關(guān)“標(biāo)志化合物”的篩選[8]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然代謝化合物是揮發(fā)性風(fēng)味化合物構(gòu)成的基礎(chǔ)，但鮮有將兩者進(jìn)行聯(lián)合分析的報(bào)告。此外，與組學(xué)快捷、高通量的特性相比，傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)手段僅著重于某幾個(gè)或某一類化合物的檢測(cè)，無(wú)法從整體上有效地反映塊莖熟化前較短一段時(shí)間內(nèi)，組織中代謝化合物的全貌。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究對(duì)揮發(fā)性化合物和烹飪前短時(shí)間內(nèi)塊莖主要代謝產(chǎn)物進(jìn)行代謝組檢測(cè)，初步挖掘與揮發(fā)性風(fēng)味組分相關(guān)的代謝化合物，為品種品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2019年在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用的7個(gè)馬鈴薯品種（系），包括希森6號(hào)、后旗紅、華頌7號(hào)、冀張薯12號(hào)、青薯9號(hào)、D545和D727，由內(nèi)蒙古烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院提供，采收后于4℃下統(tǒng)一貯藏并在20 d內(nèi)完成測(cè)試。

1.2 試驗(yàn)試劑與設(shè)備

2-甲基-3-庚酮（0.163 μg?μL-1）、正構(gòu)烷烴（C7-C40）、核糖醇、2%甲氧胺鹽酸鹽吡啶（MOX）、（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（BSTFA）以及其他色譜純化合物標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自Sigma-Aldrich Chemical公司。NaCl為分析純，購(gòu)自天津科密歐公司。

頂空固相微萃取纖維頭75 μm CAR/PDMS 100 μm PDMS（Sigma-Aldrich Chemical公司），氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（型號(hào)7890A5970B，安捷倫公司），去離子水處理機(jī)（北京厲元），電空氣炸鍋（蘇泊爾公司），紅外線測(cè)溫儀（深圳標(biāo)智儀表公司），恒溫水浴鍋（金城致杰公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 揮發(fā)性風(fēng)味化合物測(cè)定

（1）樣品前處理

馬鈴薯洗凈，晾干，切塊（9 cm×5 cm×3 cm），取200 g?？諝庹ㄥ佂?00℃預(yù)熱10 min后放入馬鈴薯塊，并于150℃下恒溫加熱30 min，剪取表面1—1.5 mm厚樣品，充分剪碎后混合。萃取纖維頭在第一次使用前，于氣相色譜的進(jìn)樣口老化，老化溫度為250℃，時(shí)間30 min，每次進(jìn)樣后，再于進(jìn)樣口老化10 min。

經(jīng)預(yù)處理后的材料，取3 g Nacl加入1 μL濃度為0.163 μg?μL-1的2-甲基-3-庚酮作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)于25 mL頂空瓶中，用聚四氟乙烯隔墊密封后，于50℃水浴平衡30 min，萃取40 min。每個(gè)組合進(jìn)行3次重復(fù)，各重復(fù)所用材料獨(dú)立重新制備。萃取后的纖維頭在溫度為250℃的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)樣口中解吸附5 min，進(jìn)行GC-MS分析。

（2）GC-MS條件

參考龔興旺等[14]的方法，并作適當(dāng)調(diào)整。色譜柱為HP-5 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細(xì)管柱，載氣為氦氣，不分流進(jìn)樣，流速為1.2 mL?min-1。升溫條件：初始溫度40℃，保持3 min，以5℃?min-1升溫至200℃，再以10℃?min-1升至230℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI），電子能量70 eV，傳輸線溫度280℃，離子源溫度230℃，四級(jí)桿溫度150℃，質(zhì)量掃描范圍（m/z）33—550，溶劑延遲1 min。

（3）定性定量方法

化合物定性：分別使用Agilent ChemStation軟件以及XCMS完成峰對(duì)齊和矯正，對(duì)利用metGC和ChemStation識(shí)別到的潛在峰經(jīng)過(guò)NIST14比對(duì)，過(guò)濾并保留正反匹配均大于800的峰，對(duì)過(guò)濾后的結(jié)果使用保留指數(shù)法（RI）進(jìn)行篩選，對(duì)篩選后的結(jié)果結(jié)合人工譜圖解析和標(biāo)樣質(zhì)譜圖比對(duì)進(jìn)行化合物定性。

化合物定量：揮發(fā)性化合物參考公式[5]：

式中，為未知化合物濃度（μg?g-1），C為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)含量（μg），為未知化合物定量離子峰面積，S為內(nèi)標(biāo)物定量離子峰面積，為樣品質(zhì)量（g）。

1.3.2 代謝化合物測(cè)定

（1）樣品前處理

樣品前處理及升溫條件參考Zhang等[15]的方法，并做適當(dāng)調(diào)整。取做風(fēng)味化合物測(cè)定時(shí)切好的新鮮塊莖小塊（9 cm×5 cm×3 cm），每塊莖取3塊，快速切成1 cm3左右的小塊，混勻后在液氮下凍干，并于-80℃冰箱保存。樣品檢測(cè)時(shí)，于材料未溶解前快速打粉混勻。取樣400 mg，移入10 ml離心管中。加入100 μL核糖醇水溶液（2 mg?mL-1）作為極性內(nèi)標(biāo)。加入甲醇1.36 mL，漩渦振蕩1 min。冰水超聲2 min、手搖1 min，循環(huán)10次。4℃下12 000 r/min離心10 min。吸取上清液250 μL，氮?dú)獯蹈伞＜尤隡OX吡啶溶液（20 mg?mL-1）50 μL后旋轉(zhuǎn)振蕩30 s，于50℃下肟化孵育4 h。加入40 μL的BSTFA后，充入氮?dú)?。旋轉(zhuǎn)振蕩30 s后，在50℃下衍生化60 min。

（2）GC-MS條件

色譜條件：色譜柱為HP-5 ms（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛細(xì)管柱，載氣為氦氣，進(jìn)樣量為1 μL，分流流量10 mL?min-1，分流比20﹕1，隔墊吹掃3 mL?min-1。進(jìn)樣口溫度：280℃，柱流量2 mL?min-1。初始溫度80℃保持2 min，隨后以10℃?min-1升溫至310℃，保持6 min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（EI），電子能量70 eV。傳輸線溫度：250℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃。掃描范圍（m/z）50—600，后于70℃下運(yùn)行6 min，溶劑延遲3 min。

（3）定性定量方法

化合物定性：使用Mzmine2完成峰檢測(cè)、對(duì)齊和矯正，隨后利用AMDIS對(duì)潛在化合物峰進(jìn)行解卷積。使用Agilent ChemStation軟件完成自動(dòng)峰識(shí)別，對(duì)利用AMDIS和ChemStation識(shí)別到的潛在峰經(jīng)過(guò)NIST14比對(duì)，過(guò)濾并保留正向匹配大于800、反向匹配大于700的峰，篩選峰寬±5%時(shí)間窗口內(nèi)用兩種方法鑒定一致的化合物，對(duì)經(jīng)過(guò)軟件鑒定的結(jié)果使用保留指數(shù)法（RI）進(jìn)行二次篩選，篩選后的結(jié)果結(jié)合人工譜圖解析和標(biāo)樣質(zhì)譜圖比對(duì)進(jìn)行化合物定性。

化合物定量：參考GAO等[16]使用面積歸一化法進(jìn)行定量

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用spss軟件進(jìn)行單因素方差分析，對(duì)F值顯著（<0.05）的成分使用Fisher檢驗(yàn)法進(jìn)行處理間的兩兩比較，隨后使用R和基于R的MetaboAnalyst平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化及PLS-DA、聚類分析。

各品種風(fēng)味強(qiáng)度值計(jì)算：

式中，C：各品種揮發(fā)性組分含量（μg?g-1），：2-甲基呋喃，：1-辛烯-3-醇，：反,順-2,6-壬二烯醛，：癸醛，：2,3-辛二酮，：甲硫基丙醛，：反,反-2,6-壬二烯醛，：反-2-癸烯醛。

2 結(jié)果

2.1 揮發(fā)性風(fēng)味化合物測(cè)定及品種聚類

表1所示為品種間差異的22種揮發(fā)性化合物。品種冀張薯12號(hào)中，反-2-辛烯醛含量顯著高于品種華頌7號(hào)、希森6號(hào)和青薯9號(hào)（<0.05），反,順-2, 6-壬二烯醛含量極顯著高于其他品種（< 0.01），苯乙醛含量顯著高于希森6號(hào)和華頌7號(hào)（<0.05）。青薯9號(hào)中，反,反-2,4-癸二烯醛含量顯著高于品種D727（<0.05），3-辛烯-2-酮含量顯著高于品種希森6號(hào)、華頌7號(hào)和D727（< 0.05），而2-甲氧基苯酚含量極顯著高于所有其他品種（<0.01）。D548中，反,反-2,6-壬二烯醛含量極顯著高于除D727和冀張薯12號(hào)外的其他品種（<0.01），甲硫基丙醛含量極顯著高于品種華頌7號(hào)（<0.01）。

表1 六個(gè)馬鈴薯品種中差異揮發(fā)性化合物

同一行不同大（小）寫(xiě)字母表示在1%（5%）水平上差異顯著

Values followed by different upper (lower) case letters within a row is significantly different at 1% (5%) probability level

XS6：希森6號(hào)Xisen No. 6；HQH：后旗紅Houqihong；HS7：華頌7號(hào)Huasong No. 7；JZS12：冀張薯12號(hào)Jizhangshu No. 12，QS9：青薯9號(hào)Qingshu No. 9。下同 The same as below

馬鈴薯熟化后產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物與消費(fèi)者對(duì)其感官評(píng)價(jià)的優(yōu)劣存在一定的相關(guān)性，這些差異顯著的揮發(fā)性化合物，可能是導(dǎo)致不同品種間存在風(fēng)味差異的潛在原因。因此，使用篩選出的22種化合物對(duì)品種進(jìn)行聚類，探索品種風(fēng)味相似性。

計(jì)算樣品間的歐氏距離（Euclidean Distance）后，使用Ward法對(duì)7個(gè)馬鈴薯品種進(jìn)行聚類的結(jié)果如圖1所示。結(jié)合對(duì)熟化后樣品色澤的比較，本試驗(yàn)將7個(gè)品種聚為兩類。類1包括品種希森6號(hào)、華頌7號(hào)、青薯9號(hào)和后旗紅4個(gè)品種，類2包括冀張薯12號(hào)、D548和D727 3個(gè)品種（系）。類1品種與類2品種相比，經(jīng)過(guò)熟化后的材料顏色更深，可能暗示著類2品種具有更高的還原糖含量。而還原糖在熟化過(guò)程中參與的美拉德反應(yīng)，則是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要來(lái)源之一。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證品種間的差異化合物對(duì)不同風(fēng)味特征群體的代表性，利用全部檢出化合物作為指標(biāo)對(duì)7個(gè)品種進(jìn)行偏最小二乘法判別分析，分析結(jié)果如圖2所示。偏最小二乘法判別分析表明，類1品種與類2品種之間確實(shí)存在揮發(fā)性化合物構(gòu)成上的差異。以VIP>1為標(biāo)準(zhǔn)，共篩選出差異組分19種（圖2-b）。分別計(jì)算各品種的風(fēng)味強(qiáng)度值（式2），類1的4個(gè)品種分別為：希森6號(hào)（4.15）、后旗紅（3.44）、華頌7號(hào)（5.07）、青薯9號(hào)（2.32）。其中華頌7號(hào)風(fēng)味強(qiáng)度值最高，且負(fù)向風(fēng)味相關(guān)的揮發(fā)性化合物含量最低。類2的3個(gè)品種風(fēng)味強(qiáng)度值分別為冀張薯12號(hào)（3.49）、D548（1.49）、D727（2.09），其中冀張薯12號(hào)風(fēng)味強(qiáng)度值最高，因此，該品種在空氣炸制烹飪方式下，馬鈴薯烘烤風(fēng)味最為明顯[8]。

2.2 代謝化合物差異檢測(cè)及相關(guān)性分析

7個(gè)馬鈴薯品種（系）塊莖代謝物TIC如圖3所示，以品種希森6號(hào)、華頌7號(hào)、青薯9號(hào)和后旗紅為類別1，以品種冀張薯1號(hào)、D548、D727為類別2；所有參試材料新鮮塊莖組織中共檢出代謝化合物69種，經(jīng)非平衡條件T檢驗(yàn)后，共篩選出在分類1和分類2間差異顯著（<0.05）的代謝化合物19種（圖4）。

圖2 兩個(gè)聚類分組下7個(gè)馬鈴薯品種PDLS-DA得分圖

圖5所示為19種差異代謝化合物在兩個(gè)類別中的含量分布，其中檢出的3種脂類，5種氨基酸和其他化合物，如奎寧酸（Quinic acid）等共14種均在類2的品種中較高（<0.05）。而剩下的包括腺嘌呤（Adenine）、脯氨酸（L-Proline）、哌啶酸（Pipecolic acid）、D-（+）-纖維二糖（D-（+）-Cellobiose）和L-異絲氨酸（L-Isoserine）這5種化合物在類1的品種中含量較高（<0.05）。

差異代謝化合物可能是影響風(fēng)味特征差異的潛在原因，所以將各品種經(jīng)熟化處理后篩選出的19個(gè)主要差異揮發(fā)性化合物與篩選出的19個(gè)主要差異代謝化合物，使用parson法進(jìn)行聯(lián)合相關(guān)性分析。原始數(shù)據(jù)使用R語(yǔ)言經(jīng)Log轉(zhuǎn)換且Pareto法歸一化后，進(jìn)行分析。

圖6-a所示為相關(guān)性顯著（<0.05），且相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值大于0.6的風(fēng)味組分和代謝化合物間的相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)；剔除相關(guān)性相對(duì)較弱的化合物后，19種差異揮發(fā)性風(fēng)味化合物中的15種與塊莖代謝化合物存在較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.7以上。

與5種以上代謝化合物存在較強(qiáng)相關(guān)聯(lián)系的風(fēng)味化合物有2-甲基呋喃（2-Methylfuran）、3,5-辛二烯-2-醇（3,5-Octadien-2-ol）、反,順-2,6-壬二烯醛（E,Z-2,6- Nonadienal）、2,6-二甲基吡嗪（2,6-Dimethylpyrazine）和2-甲基丙醛（2-Methylpropanal）。此類風(fēng)味化合物占總檢出揮發(fā)性化合物的9.1%。其中2-甲基呋喃與8種代謝物相關(guān)性顯著，并和-丙氨酸（Beta-Alanine）的相關(guān)程度最高。從代謝化合物的角度統(tǒng)計(jì)，5種代謝化合物與多個(gè)揮發(fā)性組分存在較強(qiáng)的顯著相關(guān)，占總檢出代謝化合物的7%；L-色氨酸（L-Tryptophan）與13種揮發(fā)性風(fēng)味化合物呈顯著的相關(guān)性，其與2-甲基呋喃（2-methylfuran）的相關(guān)最強(qiáng)，與反,反-2,4-癸二烯醛（E,E-2,4-Decadienal）、反,順-2,6-壬二烯醛（E,Z-2,6-Nonadienal）這類脂類降解產(chǎn)生的醛類化合物也表現(xiàn)出了較強(qiáng)的相關(guān)性；除L-色氨酸（L-Tryptophan）外，蛋氨酸（L-methionine）、L-異絲氨酸（L-Isoserine）、-丙氨酸（Beta-Alanine）、苯丙氨酸（L-Phenylalanine）等也與多個(gè)風(fēng)味化合物顯著相關(guān)（圖6-b）。

圖3 7個(gè)馬鈴薯品種（系）塊莖檢出代謝物總離子流圖

圖4 主要代謝化合Fisher檢驗(yàn)P值

3 討論

空氣炸制條件下，醛類和吡嗪類化合物是主要的揮發(fā)性風(fēng)味化合物。代表性醛類化合物為反-2-己烯醛、反,順-2,6-壬二烯醛等，與曾著莉等[17]對(duì)蒸煮烹飪方式下的檢測(cè)結(jié)果一致；這些醛類化合物可能是在烹飪升溫過(guò)程中，由依然保持活性的脂氧合酶（Lox）催化的前體物質(zhì)裂解產(chǎn)生；構(gòu)建風(fēng)味指紋圖譜并對(duì)食品材料進(jìn)行鑒定分類的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[18-19]。本研究根據(jù)風(fēng)味化合物存在的差異程度，將7個(gè)馬鈴薯品種聚為兩類。類1品種中共3種化合物在該分類的品種中含量較高，其中反,反-2,4-癸二烯醛（E,E-2,4-Decadienal）具有油和脂肪味；2-甲氧基苯酚（2-Methoxy-phenol）具有木香味，可能是由纖維素、半纖維素在高溫下裂解產(chǎn)生；2-庚酮（2- Heptanone）則具有典型的蔬果香味，與香味特征呈正相關(guān)。但甲硫基丙醛（Methional）、二甲基三硫醚（Dimethyl trisulfide）和其他吡嗪類化合含量均較少，可能導(dǎo)致該類品種的馬鈴薯特征風(fēng)味較類2品種弱，其中硫基丙醛（Methional）與整體的風(fēng)味強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)其他風(fēng)味化合物含量過(guò)低時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)刺激性氣味。

反觀類2品種，大部分差異風(fēng)味化合物均在該分類下含量較高，其中2-甲基呋喃（2-Methylfuran）有香草味，與風(fēng)味強(qiáng)度呈正相關(guān)；反,順-2,6-壬二烯醛（E,Z-2,6-Nonadienal）是黃瓜的特征風(fēng)味化合物，類似具有順式結(jié)構(gòu)的醛類能增加清爽的氣味[20]，但是，反,反-2,6-壬二烯醛（E,E-2,6-Nonadienal）、反-2-癸烯醛（E-2-Decenal）等一類具有反式結(jié)構(gòu)的醛類產(chǎn)生油脂味，在濃度較高時(shí)，則有可能產(chǎn)生不良風(fēng)味。2,3,5-三甲基吡嗪（2,3,5-Trimethylpyrazine）具有烤土豆味和可可味，吡嗪類物質(zhì)往往與令人愉悅的氣味特征有關(guān)。3,5-三甲基吡嗪、甲硫基丙醛等吡嗪類和醛類物質(zhì)在兩個(gè)類別中整體差異顯著，會(huì)對(duì)品種在空氣炸制條件下的風(fēng)味構(gòu)成影響。所以類2和類1品種在空氣炸制的烹飪方式下，可能分別代表兩種特點(diǎn)鮮明的風(fēng)味特征。

使用GC-MS是鑒定和分離主要代謝化合物的經(jīng)典方法[21]，這種高通量無(wú)偏檢測(cè)常被用于對(duì)生物和非生物脅迫的研究[16]。試驗(yàn)中主要檢出的代謝化合物為氨基酸類、糖類和少量有機(jī)酸酸類。僅有L-異絲氨酸等11種化合物在兩個(gè)類別中表現(xiàn)顯著差異，說(shuō)明分組內(nèi)品種間化合物含量波動(dòng)變化較大，暗示了代謝化合物存在一定程度的品種特異性，材料具有一定代表性。檢出化合物在種類上，與ZHANG等[15]對(duì)東北地區(qū)幾個(gè)主栽品種的檢測(cè)結(jié)果一致，而與ROESSNER等[21]結(jié)果相比，少部分未檢出，這可能是由于部分化合物在材料中的含量低于檢出閾值所致。部分檢出但無(wú)法鑒定的化合物可能為與次生代謝相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物，需要進(jìn)一步研究確認(rèn)。

代謝組學(xué)可以反映某一階段或某一時(shí)刻內(nèi)代謝化合物特征的全貌，有助于從整體角度上討論物質(zhì)間的相關(guān)關(guān)系。塊莖組織中游離態(tài)的代謝化合物是影響風(fēng)味形成的原因之一[22]，大部分研究者采用相關(guān)分析法來(lái)發(fā)現(xiàn)感官特征和風(fēng)味化合物之間的聯(lián)系，但風(fēng)味化合物與代謝前體之間的相關(guān)性，則鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)檢出的揮發(fā)性組分中，與代謝化合物呈顯著相關(guān)的物質(zhì)相對(duì)較少，僅占總檢出風(fēng)味化合物的27.3%，這可能是由于受試驗(yàn)方法所限。脂類-氨基酸-糖類反應(yīng)體系是構(gòu)成馬鈴薯?yè)]發(fā)性風(fēng)味化合物的重要體系[23]，試驗(yàn)中檢出的氨基酸和糖類占檢測(cè)化合物總數(shù)的47%，但與醛類風(fēng)味組分合成相關(guān)的非極性化合物（如脂類）未檢出，未來(lái)可以通過(guò)改進(jìn)試驗(yàn)方法進(jìn)一步擴(kuò)大檢出化合物種類。

具有顯著相關(guān)性的化合物中，單個(gè)揮發(fā)性組分與多個(gè)代謝化組分呈較高相關(guān)性，這是因?yàn)樵跓峄瘜W(xué)作用下產(chǎn)生的風(fēng)味化合物，往往由多個(gè)代謝化合物參與合成；2-甲基呋喃是丙氨酸、蘇氨基酸和果糖以及葡萄糖通過(guò)熱化學(xué)作用產(chǎn)生[24]，且2-甲基呋喃與其含量間表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)。此外，熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的風(fēng)味化合物，易受塊莖含水量、烹飪環(huán)境等多因素波動(dòng)的影響，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果中大部分風(fēng)味組分和其理論上的代謝底物相關(guān)性并不顯著；但從應(yīng)用價(jià)值角度看，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)包括2,6-二甲基吡嗪、反,反-2,6-壬二烯醛在內(nèi)的5種風(fēng)味化合物，即使受到較多環(huán)境因素的影響，仍表現(xiàn)出與代謝化合物顯著相關(guān)。此類具有穩(wěn)定相關(guān)聯(lián)系的化合物，具有進(jìn)一步深入研究的價(jià)值[25]。

蔗糖可在植物體內(nèi)被催化水解為果糖及葡萄糖，這些游離態(tài)的還原性糖參與美拉德反應(yīng)生成多種化合物如呋喃類、吡嗪類和醛類等，相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)蔗糖與2-甲基呋喃、2-甲基丙醛存在顯著的相關(guān)性。除蔗糖外，共有13種檢出化合物與2種以上的揮發(fā)性風(fēng)味化合物高度相關(guān)，占總檢出化合物的12.7 %，其中大部分為氨基酸。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)色氨酸和苯丙氨酸等均與2,6-二甲基吡嗪正相關(guān)，但相關(guān)性相對(duì)較弱，這可能是由于小分子的肽鏈在樣品處理過(guò)程中發(fā)生了水解，導(dǎo)致檢測(cè)到的游離氨基酸含量上升，而分子質(zhì)量在500 Da以下的多肽是吡嗪化合物形成的主要來(lái)源[26]。苯丙氨酸還參與了丙氨酸、蘇氨基酸和糖分子碎片的重組，促進(jìn)了2-甲基呋喃的合成[24]。因此，未來(lái)可以嘗試挖掘關(guān)鍵氨基酸，如苯丙氨酸和色氨酸相關(guān)的基因，調(diào)控其表達(dá)，影響其在塊莖組織中的含量，進(jìn)而間接達(dá)到調(diào)控相關(guān)揮發(fā)性風(fēng)味組分的目的。另外，異絲氨酸與多數(shù)揮發(fā)性化合物呈負(fù)相關(guān)，與丙氨酸、色氨酸和蘇氨酸等氨基酸呈顯著負(fù)相關(guān)（圖6-b）。陳佳華[27]發(fā)現(xiàn)甘薯塊根在受到鐮刀菌侵染后，氨基酸類代謝化合物含量會(huì)顯著增加。而異絲氨酸本身具有一定的藥理活性，構(gòu)成的抗生素具有強(qiáng)烈的抗菌活性。因此，推測(cè)來(lái)源于土壤微生物中的含有異絲氨酸的生物活性物質(zhì)[28-29]，抑制了附著并侵染馬鈴薯塊莖的相關(guān)病原菌，使塊莖組織應(yīng)答侵染脅迫而產(chǎn)生的游離氨基酸含量降低[30]，進(jìn)而影響了揮發(fā)性風(fēng)味化合物的含量，其相關(guān)機(jī)制還需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

揮發(fā)性風(fēng)味化合物含量變化受品種因素影響；甲硫基丙醛、2-甲基呋喃和2-甲基吡嗪等是品種間主要的差異揮發(fā)性化合物；蛋氨酸、丙氨酸、蘇氨基酸和果糖等，是最有可能影響馬鈴薯特征風(fēng)味構(gòu)成的代謝化合物；使用相關(guān)性分析方法可以為尋找揮發(fā)性組分的潛在代謝途徑提供參考。

[1] MORRIS W L, TAYLOR M A. Improving flavor to increase consumption. American Journal of Potato Research, 2019, 96(2): 195-200.

[2] MCKENZIE M, CORRIGAN V. Potato Flavor//Marian Advances in Potato Chemistry and Technology. Acadmic Press, 2016: 339-368.

[3] JANSKY S H. Potato flavor. American Journal of Potato Research, 2010, 87(2): 209-217.

[4] ORUNA-CONCHA M J, BAKKER J, AMES J. Comparison of the volatile components of two cultivars of potato cooked by boiling, conventional baking and microwave baking. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2002, 82(9): 1080-1087.

[5] 趙兵, 張敏, 梁杉. 過(guò)度蒸煮對(duì)馬鈴薯風(fēng)味化合物組成的影響. 食品科學(xué), 2017, 38(22): 200-204.

ZHAO B, ZHANG M, LIANG S. Effect of overcooking on flavor compounds of potato. Food Science, 2017, 38(22): 200-204. (in Chinese)

[6] CREMER D R, EICHNER K. The reaction kinetics for the formation of Strecker aldehydes in low moisture model systems and in plant powders. Food Chemistry, 2000, 71(1): 37-43.

[7] MORRIS W L, SHEPHERD T, VERRALL S R，MCNICOL J W, TAYLOR M A. Relationships between volatile and non-volatile metabolites and attributes of processed potato flavour. Phytochemistry, 2010, 71(14): 1765-1773.

[8] BOUGH R A, HOLM D G, JAYANTY S S. Evaluation of cooked flavor for fifteen potato genotypes and the correlation of sensory analysis to instrumental methods. American Journal of Potato Research, 2020, 97(1): 63-77.

[9] DUCKHAM S C, DODSON A T, BAKKER J, AMES J M. Effect of cultivar and storage time on the volatile flavor components of baked potato. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50(20): 5640-5648.

[10] THYBO A K, CHRISTIANSEN J, KAACK K, PETERSEN M A. Effect of cultivars, wound healing and storage on sensory quality and chemical components in pre-peeled potatoes. LWT-Food Science and Technology, 2006, 39(2): 166-176.

[11] ORUNA-CONCHA M J, BAKKER J, AMES J M. Comparison of the volatile components of eight cultivars of potato after microwave baking. LWT-Food Science and Technology, 2002, 35(1): 80-86.

[12] DI R, KIM J, MARTIN M N, LEUSTEK T, JHOO J, HO C T, TUMER N E. Enhancement of the primary flavor compound methional in potato by increasing the level of soluble methionine. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2003, 51(19): 5695-5702.

[13] MORRIS W L, DUCREUX L J M, SHEPHERD T, LEWINSOHN E, DAVIDOVICH-RIKANATI R, SITRIT Y, TAYLOR M A. Utilisation of the MVA pathway to produce elevated levels of the sesquiterpene α-copaene in potato tubers. Phytochemistry, 2011, 72(18): 2288-2293.

[14] 龔興旺, 肖繼坪, 王婷婷, 郭華春. 馬鈴薯芳香物質(zhì)的初步研究. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2019, 32(3): 516-521.

GONG X W, XIAO J P, WANG T T, GUO H C. Primary research of the aroma compounds of potatoes. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2019, 32(3): 516-521. (in Chinese)

[15] ZHANG L Y, YU Y B, WANG C Y, ZHANG D J. Isolation and identification of metabolites in Chinese Northeast potato (L.) tubers using gas chromatography-mass spectrometry. Food Analytical Methods, 2019, 12(1): 51-58.

[16] GAO X X, LOCKE S, ZHANG J Z, JOSHI J. Metabolomics profile of potato tubers after phosphite treatment. American Journal of Plant Sciences, 2018, 9(4): 845.

[17] 曾著莉, 魏晉梅, 牛黎莉, 汪月, 賴興娟, 張盛貴. HS-SPME- GC-MS分析馬鈴薯?yè)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì). 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 38(6): 123-130.

ZENG Z L, WEI J M, NIU L L, WANG Y, LAI X J, ZHANG S G. Analysis of flavor in potato by Headspace-Solid Phase Microextration- Gas Chromatography-Mass Spectrometry.Journal of Food Science and Biotechnology, 2019, 38(6): 123-130. (in Chinese)

[18] 詹萍, 李衛(wèi)國(guó), 馬永光, 田洪磊, 張德慶. 風(fēng)味指紋圖譜研究現(xiàn)狀及其在食品中的應(yīng)用. 食品工業(yè), 2014, 35(4): 175-179.

ZHAN P, LI W G, MA Y G, TIAN H L, ZHANG D Q. Study on flavor fingerprint and its application in food. The Food Industry, 2014, 35(4): 175-179. (in Chinese)

[19] LV S D, WU Y S, LI C W, XU Y Q, LIU L, MENG Q Y. Comparative analysis of Pu-erh and Fuzhuan teas by fully automatic headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography–mass spectrometry and chemometric methods. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(8): 1810-1818.

[20] 耿友玲. 黃瓜果實(shí)幾種主要芳香物質(zhì)含量的遺傳分析[D]. 揚(yáng)州: 揚(yáng)州大學(xué), 2009.

GENG Y L. Genetic analysis for several aromatic substance contents in cucumber (L.) fruit[D]. Yangzhou: Yangzhou University, 2009. (in Chinese)

[21] ROESSNER U, WAGNER C, KOPKA J, TRETHEWEY R N, WILLMITZER L. Simultaneous analysis of metabolites in potato tuber by gas chromatography-mass spectrometry. The Plant Journal, 2000, 23(1): 131-142.

[22] PATRIZIA C, LORENZO C, GIAMPAOLO B. Characterization of potato flavours: An overview of volatile profiles and analytical procedures.Food, 2011, 5(1): 1-14.

[23] MANDIN O, DUCKHAM S C, AMES J M. Volatile compounds from potato-like model systems. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, 47(6): 2355-2359.

[24] LIMACHER A, KERLER J, DAVIDEK T, SCHMALZRIED F, BLANK I. Formation of furan and methylfuran by Maillard-type reactions in model systems and food. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(10): 3639-3647.

[25] URSEM R, TIKUNOV Y, BOVY A, VAN BERLOO R, VAN EEUWIJK F. A correlation network approach to metabolic data analysis for tomato fruits. Euphytica, 2008, 161(1/2): 181-193.

[26] LIU J B, LIU M Y, HE C C, SONG H L, CHEN F. Effect of thermal treatment on the flavor generation from Maillard reaction of xylose and chicken peptide. LWT-Food Science and Technology, 2015, 64(1): 316-325.

[27] 陳佳華. 甘薯采后主要病原真菌分離鑒定及其與塊根互作機(jī)制的研究[D]. 杭州: 浙江農(nóng)林大學(xué), 2019.

CHEN J H. Isolation and identification of main pathogenic fungi from sweet potato after harvest and its interaction with roots and roots[D]. Hangzhou: Zhejiang A&F University, 2019. (in Chinese)

[28] DION H W, WOO P W K, WILLMER N E, KERN D L, ONAGA J, FUSARI S A. BUTIROSIN, a new aminoglycosidic antibiotic complex: isolation and characterization. Antimicrobial Agents & Chemotherapy, 1972, 2(2): 84-88.

[29] HETTINGER T P, CRAIG L C. EDEINE. IV. Structures of the antibiotic peptides edeines A1 and B1., 1970, 9(5): 1224-1232.

[30] 單治國(guó), 張春花, 滿紅平, 魏朝霞, 強(qiáng)繼業(yè), 張乃明, 唐嘉義. 茶餅病侵染對(duì)茶樹(shù)游離氨基酸組分及含量的影響. 現(xiàn)代食品科技, 2017, 33(5): 240-246, 318.

SHAN Z G, ZHANG C H, MAN H P, WEI Z X, QIANG J Y, ZHANG N M, TANG J Y. Effects of exobasidium vexans massee on free amino acid composition and content of(Linn) var.(Masters) Kitamura. Modern Food Science and Technology, 2017, 33(5): 240-246, 318. (in Chinese)

Correlation Analysis of Volatile Flavor Components and Metabolites Among Potato Varieties

LI KaiFeng1, YIN YuHe2, WANG Qiong1, LIN TuanRong2, Guo HuaChun1

1College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201;2Ulanqab Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences,Ulanqab 012000, Inner Mongolia

【】 This paper was aimed to investigate the metabolic compounds related to the change rules of volatile flavour components and to find out the potential metabolic precursor of the volatile flavour components in potato, so as to providing references to the flavour and quality improvement of potatoes. 【】 The gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used for the non-target detection of the tuber metabolome and post-curing volatile flavour components in the potato varieties (lines), including as Qingshu No.9, Huasong No. 7, Xisen No. 6, Houqihong and Jizhangshu No.12, D545, and D7277.【】 There were 22 significantly different volatile flavour compounds between the varieties among 7 main cultivation varieties of potatoes, most of which were found with high content in Jizhangshu No.12, and relatively low content in Huasong No.7. The clustering analysis with the compounds detected could classify the 7 varieties into 2 groups with distinct intensity of typical flavour; in group 1, the fragrance of Huasong No.7 after the curing method of Hot-air fry might be denser; in group 2, the baking flavour of potatoes of the variety of Jizhangshu No.12 was the most obvious. 69 metabolic compoundswere detected through the non-target metabolism detection of the 7 varieties of tubers, including 19 compounds differing significantly between the 2 variety groups. The main metabolite was related to the volatile flavour compounds to a certain extent. Methionine, alanine, threonine and sucrose were significantly and positively correlated with the methional and 2-methylfuran; while the proline and isoserinewere significantly and negatively correlated with the E, Z-2, 6-nonadienaldehyde and E, E-2, 4-decadienal. 【】 The content change of volatile flavour compounds was affected by the varieties, and methionine, alanine, threonine and sucrose were the metabolic compounds that were most likely to influence the constitution of the typical flavour of potatoes. The correlation analysis results could provide references for seeking the potential metabolic pathways.

potato; hot-air frying; volatile flavor compounds; metabolic compounds ;cluster analysis; correlation analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.04.011

2020-04-15；

2020-09-23

國(guó)家自然科學(xué)基金（31860402）、國(guó)家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-09-P15）

李凱峰，E-mail：dtllx01@sina.cn。通信作者郭華春，E-mail：ynghc@126.com。通信作者王瓊，E-mail：gaze12@sohu.com

（責(zé)任編輯 趙伶俐）