我院张智教授课题组在番茄风味品质分析方面取得新进展

近日， Scientia Horticulturae 在线发表了西北农林科技大学园艺学院张智课题组题为  Characterization of key aroma compounds of tomato quality under enriched CO₂ coupled with water and nitrogen based on E-nose and GC–MS 的研究论文。

番茄（ Solanum lycopersicum L. ）是世界上最常见的蔬菜之一，因其鲜艳的颜色、浓郁的香气和高营养价值而备受珍视。截至2022年，中国保持了世界领先的番茄生产国和种植国的地位，种植面积和产量分别达到113万公顷和6820万吨（粮农组织，2022年）。香气是评价水果品质的重要标准。氮和水的状态都会影响香气前体的水平，氮营养可能会影响氨基酸的浓度比。迄今为止，已在西红柿中鉴定出400多种挥发性成分。然而，在二氧化碳富集条件下，水氮耦合供应对番茄香气化合物含量的影响尚不清楚。本研究采用电子鼻和气相色谱-质谱技术对不同生长季节加富CO₂条件下番茄的主要香气物质进行表征，进一步阐明加富CO₂和不同水氮条件对香气物质的影响规律。

研究结果本研究选取当地番茄品种“粉妹1号”为试验材料，确定CO₂浓度、灌水量和施氮量为3个试验因素。1. 基于电子鼻技术的番茄不同生长季节香气成分分析利用OPLS-DA多变量统计分析，对CO₂富集与水氮耦合条件下的番茄香气进行了分析（图1）。分析中自变量（R2X）的拟合指数为0.954，因变量（R2Y）的拟合指数为0.935，模型预测指数（Q2）为0.931（图1A）。经过200次排列试验，Q2回归线与纵轴的交点小于零（图1B），表明模型拟合稳健。春季和秋季研究季节的番茄香气被很好地分为两组（图1A），根据OPLS-DA的分组结果，不同生长季节的番茄香气存在显著差异。投影中的变量重要性（VIP）说明了每个变量对样本判别的贡献（图1C）。根据VIP > 1的标准，选择W3C、W1C、W5C、W3S和W6C五个传感器作为区分不同生长季节的主要传感器。

图1.不同生长季节正交偏最小二乘判别分析

2.基于电子鼻技术的不同CO₂浓度水氮耦合处理番茄香气分析利用OPLS-DA分析不同CO₂浓度番茄的香气差异（图2）。将浓度为400 ppm和800 ppm的番茄香气分为两组，OPLS-DA分组结果表明，不同CO₂浓度诱导的番茄香气存在显著差异。

图2不同CO₂浓度的正交偏最小二乘判别分析

3.不同处理番茄香气成分分析根据电子鼻在两个生长季节对18种处理的响应值，构建香气“指纹图谱”（图3A），其响应值为1.5 ~ 29.5。其中对W1W（硫化物）的响应最高，其次是W2S（醇类、醛类、酮类）、W2W（芳香成分、有机硫化物）和W1S（甲基），其他传感器响应相对较低。通过主成分分析（PCA）筛选不同处理下番茄的特定香气（图3B），第一主成分和第二主成分的贡献分别为70.7%和19.2%。主成分分析结果表明，10个传感器可分为4类。第一组包括W2W、W1S和W6S；第二组为W1C、W3C、W5C、W3S；第三组由W2S和W5S组成，W1W为单独一组。

图3不同处理番茄香气成分的表征

4.不同处理番茄香气成分差异分析在春季，共鉴定出51种典型化合物，包括17种醇、18种醛、7种酮、4种有机酸、3种酯和2种杂环化合物。在秋季，共鉴定出49种典型化合物，包括12种醇、22种醛、4种酮、3种有机酸、4种酯和3种杂环化合物。为了解春秋两季不同处理番茄香气挥发性成分的差异，采用OPLS-DA进行多元统计分析。基于挥发性成分的判别得到了满意的结果，400 ppm和800 ppm被很好地分为两组。（图4和图5）。这些结果与电子鼻分析一致。一般认为VIP > 1的品级在香气品质中起重要作用。共筛选出VIP > 1的挥发性化合物21、23个。为了进一步分析不同处理对区分春秋番茄香气成分的贡献，按照P < 0.05和VIP > 1的标准筛选出28种春秋番茄的鉴别香气物质（图6），包括10种醇类、12种醛类、2种酸类、1种酮类、2种酯类和1种杂环类。分析表明，春季和秋季香气化合物的差异主要发生在花草味和甜味化合物上。

图4 GC-MS分析春季不同处理番茄香气

图5 GC-MS分析秋季不同处理番茄香气

图6 以热图形式对不同季节番茄的差异香气成分进行聚类

5.结论在这项研究中，我们利用电子鼻和气相色谱-质谱技术，对不同水氮耦合条件下二氧化碳富集番茄品质的关键香气化合物进行了表征。电子鼻分析表明，不同生长季节番茄香气的差异更为明显。投影变量重要性筛选鉴定出芳香化合物、氨和芳香分子、氢化物、烷基芳香成分、和长链烷烃作为不同生长季节的区别芳香成分。正交偏最小二乘判别分析的分组结果表明，这些香气变化的主要原因与CO2浓度有关。春季和秋季香气化合物的差异主要表现在花香、草香和甜香气化合物上。气味活性值（OAV）决定了单个挥发物对整体香气的贡献，Phenylethyl Alcohol、β-ionone和(E,E)-2,4-Nonadienal的OAV值均大于100，表明这些化合物可能是番茄的主要香气成分。本研究结果有助于更好地了解番茄在不同季节的香气特征，为今后提高高CO2条件下番茄香气化合物含量和有针对性地加工番茄提供理论支持。西北农林科技大学园艺学院张智副教授为该论文通讯作者，博士研究生杨志为该论文第一作者。该项目得到陕西省重点研发计划（2023-YBNY-275）、西安市科技计划（21NYYF0031）和现代农业产业技术体系专项（CARS-23-D06）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113709