使用HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS技术对不同地区“沪泾蜜露”桃子中的挥发性风味成分进行综合分析 王一颖、 焦林书、 桂一然、 赵伟、 陈兰兰、 陈小龙、 陈健、 李勇、 宋丽晓、 于向阳

《Foods》：Comprehensive Analysis of Volatile Flavor Components in ‘Hujing Milu’ Peach from Different Regions Using HS-SPME-GC-MS and HS-GC-IMS Yiying Wang, Linshu Jiao, Yiran Gui, Wei Zhao, Lanlan Chen, Xiaolong Chen, Jian Chen, Yong Li, Lixiao Song and Xiangyang Yu

　　摘要
为了探究不同种植区域“沪泾蜜露”桃子的特征性挥发性化合物，本研究采用了顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）和顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）技术，分析了来自六个产区的样品中的挥发性成分。通过HS-SPME-GC-MS鉴定出73种挥发性化合物，通过HS-GC-IMS鉴定出56种挥发性化合物。定量分析结果显示，酯类、醛类和醇类是香气的主要贡献者，占总相对含量的70%以上。结合化学计量学分析（VIP > 1和OAV/ROAV > 1），确定了17种潜在的生物标志物，这些标志物可以区分不同地区的“沪泾蜜露”桃子，包括乙酸乙酯、己醇、(E)-2-壬烯醛和二氢-β-离子酮。此外，还分析了这些地区的土壤特性及其与挥发性化合物的相关性，以阐明特征香气的形成机制。结果表明，乙酸乙酯与土壤pH值呈显著正相关（r = 0.530, p < 0.05），而二氢-β-离子酮与土壤有机质（r = 0.587, p < 0.05）和有效钾（r = 0.830, p < 0.05）呈显著正相关。本研究鉴定了不同地区“沪泾蜜露”桃子的特征性挥发性化合物，为该品种的产地溯源和香气品质提升提供了可靠的技术基础。

1. 引言
桃子（Prunus persica L.）是蔷薇科中重要的经济水果，因其独特的风味和丰富的营养价值而受到消费者的广泛喜爱[1,2]。全球有超过3000种桃子品种资源，其中1000多种栽培品种起源于中国[3,4]。“沪泾蜜露”桃子以其细腻的果肉、丰富的汁液和浓郁的香气而闻名，主要在中国南部地区种植，包括江苏、浙江、山东和上海，带来了可观的经济效益。近年来，随着消费者对水果品质要求的提高，水果香气已成为与商业价值和市场竞争力密切相关的重要品质特征[5]。目前，在桃子果实中已鉴定出100多种挥发性化合物，但只有少数几种关键化合物对香气形成起主要作用。桃子的特征香气主要由酯类（乙酸己酯）、内酯类（γ-癸内酯）、醛类（反式-2-己烯醛）和醇类（顺式-3-己烯醇）组成[6,7]。水果香气的形成受多种因素影响，包括品种、生长环境、气候和栽培条件[8]。土壤条件，特别是有机质含量和pH值，是影响水果香气品质的关键因素。这些因素通过调节水果代谢、影响糖类、氨基酸和脂肪酸等前体的积累以及调节与香气生物合成相关的酶的活性，最终导致地区间的品质差异[9,10,11]。此外，土壤矿物质营养也对水果品质的形成起着重要作用。研究表明，钾的施用显著影响樱桃番茄中挥发性化合物的水平，包括3-甲基丁醛、苯乙醛和苯乙醇[12]。据报道，葡萄的挥发性化合物与土壤中的磷和钾含量关系更为密切[13]。生长海拔、温度、湿度和光照也会影响水果香气的合成。Falc?o等人研究了不同海拔五个葡萄园中“赤霞珠”葡萄的香气特征，发现2-甲氧基-3-异丁基吡嗪的含量与葡萄园海拔呈显著正相关，与温度呈负相关[14]。先前的研究表明，适度的光照可以促进桃子中芳香化合物的合成，而过强的光照（全日照）或光照不足（全日照的15%）会抑制挥发性化合物的积累[15]。同样，在温室栽培条件下，杏子的果糖含量会增加，但由于光照有限，挥发性香气的合成受到抑制，导致香气显著减弱[16]。这些栽培条件的差异导致了不同地区水果的独特风味特征和品质属性。目前，关于“沪泾蜜露”桃子香气品质的地区差异研究有限。为了准确表征水果中的挥发性化合物，需要结合多种检测技术来获得全面可靠的香气信息。HS-SPME-GC-MS是用于水果中挥发性化合物精确定性和定量分析的最常用方法之一[17]。Li等人使用HS-SPME-GC-MS分析了三种桃子品种（久翠、中优蟠9和中优蟠8）中的挥发性化合物，分别鉴定出169种、159种和177种挥发性化合物[6]。气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）是一种相对较新的挥发性化合物分析技术，它结合了气相色谱的高分离能力和离子迁移谱的高灵敏度，能够快速收集和分析挥发性化合物，并生成便于直观详细比较的指纹图谱[18,19]。为了全面研究水果香气，这些方法经常被结合使用，以克服传统感官评估的主观性和分辨率限制，为复杂挥发性化合物的客观分析提供可靠的方法[20]。Xu等人使用GC-IMS和HS-SPME-GC-MS分析了不同地理区域的柑橘香气，发现两种方法获得的挥发性信息存在显著差异，GC-MS在分离萜类、醇类和酯类方面表现更好[21]。Xie等人应用HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS研究了来自三个地区的10种蓝莓品种，鉴定出9种潜在的生物标志物，用于区分品种和产地[22]。为了全面分析香气特征的地区差异及其形成机制，从江苏吴兴和张家港、浙江奉化、上海奉贤、四川简阳和山东蒙阴六个地区收集了“沪泾蜜露”桃子样本。这些地区是著名的蜜桃生产基地，具有悠久的栽培历史和较高的产量。这些地区涵盖了中国东部、东南部和西南部的主要生产区域，便于系统研究地区差异。使用HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS检测桃子中的挥发性化合物，并通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选出不同地区“沪泾蜜露”桃子的特征性挥发物。此外，还研究了各地区挥发性化合物的差异及其与土壤质量的相关性。本研究旨在揭示“沪泾蜜露”桃子挥发性化合物的地区变异特征，并阐明土壤特性与香气形成之间的关系，从而为该特色桃子的产地鉴定和品质提升提供理论基础。

2. 材料与方法
2.1. 样品采集与预处理
“沪泾蜜露”桃子从六个产区采集：江苏省的吴兴和张家港、浙江省的奉化、上海市的奉贤、四川省的简阳和山东省的蒙阴。在每个果园选择五个采样点，选取处于相同生长阶段的桃树进行采样。从每棵树的不同位置（顶部、中部和底部）随机采集果实，每个采样点采集六个果实，每个果园共采集30个果实作为一个批次。所有样品立即放入装有冰块的泡沫箱中并运输到实验室。选择颜色和大小相似的完好果实，去皮后切成小块，储存在-80°C下待后续分析。
土壤样本从与桃子样本相同的地点采集。在每个种植基地，从五个采样点采集土壤，每批采集300克土壤，每个采样点采集60克。去除植物和动物残渣等杂质后，将土壤摊成2-3厘米厚的薄层，在凉爽的环境中自然风干。风干的土壤样本用木锤捣碎，再用木棍进一步粉碎，然后通过孔径为2毫米、0.25毫米和0.149毫米的尼龙筛子筛选。最后，根据颗粒大小分别储存样品以备后续分析[23,24]。

2.2. 桃子果实中挥发性化合物的分析
2.2.1. HS-SPME-GC-MS分析
使用HS-SPME-GC-MS系统（Agilent 8890–7000，美国圣克拉拉）分析“沪泾蜜露”桃子中的挥发性化合物。样品提取程序参考了Cai等人的方法[10]。简要来说，将3克研磨后的桃子样品放入20毫升的顶空小瓶中，加入3毫升饱和NaCl溶液和30微升3-壬酮作为内标。小瓶在温度控制的磁力搅拌器上以600转/分钟的转速平衡30分钟。随后，将固相微萃取纤维（65微米PDMS/DVB）暴露在顶空中吸附30分钟。提取后，将纤维插入GC进样器中脱附5分钟。
GC-MS条件根据Otify等人的方法设置[25]。使用HP-5MS毛细管柱（60米×0.25毫米，0.25微米）进行分离。进样温度设定为250°C，载气为氦气，流速为1毫升/分钟，采用不分流进样模式。 oven温度程序如下：初始温度保持35°C 2分钟；然后以4°C/分钟的速率升至220°C并保持2分钟；最后以15°C/分钟的速率升至245°C。MS条件设置为电子电离（EI）源，质量范围为35–350 m/z。传输线温度、离子源温度和四极杆温度分别设定为280°C、250°C和150°C。
在相同的实验条件下，使用GC-MS分析饱和烷烃标准物（C7–C40）以确定保留指数（RI）。根据以下公式计算挥发性成分的RI值：
RI = 100 × n + 100 × (ta ? tn)/(tn+1 ? tn)
（1）
其中n表示碳原子数，ta、tn和tn+1分别表示挥发性化合物Cn和Cn+1的保留时间。
将每个挥发性成分的计算RI值与NIST 17数据库中的RI值进行比较，并通过匹配RI值和标准质谱进行鉴定。匹配因子高于70%的鉴定结果被认为是可靠的。此外，使用3-壬酮作为内标进行桃子样品中挥发性成分的相对定量分析。

2.2.2. HS-GC-IMS分析
使用GC-IMS仪器（FlavorSpec?，G.A.S., 德国多特蒙德）分析桃子样品中的挥发性化合物。将2克桃子粉末放入20毫升的顶空小瓶中，在40°C下孵育15分钟。顶空进样针温度设定为85°C，进样体积为500微升。
GC条件参考Xu等人的方法[27]。使用MXT-5毛细管柱（15米×0.53毫米，1微米）进行色谱分离，初始柱温为60°C。高纯度氮气（≥99.99%）作为载气，流速程序如下：2分钟时流量为2毫升/分钟，8分钟时增加到10毫升/分钟，然后增加到100毫升/分钟。IMS条件如下：漂移管长度9.8厘米，漂移管温度45°C，电场强度500 V/cm。高纯度氮气（≥99.99%）作为漂移气体，流速为150毫升/分钟。
使用六种n-酮混合标准物建立保留时间（RT）和保留指数（RI）之间的校准曲线。通过匹配GC-IMS内置库和NIST数据库中的参考数据和离子迁移时间，鉴定挥发性化合物。使用VOCal软件（v 0.4.03）中的报告图和图库图模块构建挥发性化合物的香气指纹图谱。**气味活性值（OAV）和相对气味活性值（ROAV）的计算**
为了评估各个挥发性化合物对整体香气的贡献，计算了气味活性值（OAV，公式（2）和相对气味活性值（ROAV，公式（3））。较高的OAV或ROAV值表示对总香气的贡献更大[28]。
OAV = C/OT （2）
其中C代表挥发性化合物的浓度，OT是其在水中的气味阈值（μg/kg）。气味阈值数据来源于《空气、水及其他介质中的气味阈值汇编》[29]。
ROAVa (%) = Ca/Cmax × Tmax/Ta × 100 （3）
其中Ca是挥发性化合物的相对含量（%）；Ta是挥发性化合物的嗅觉阈值（μg/kg）；Cmax和Tmax分别代表对样品整体香气贡献最大的化合物的相对含量（%）和气味阈值（μg/kg）。

**2.3 土壤理化性质的测定**
按照2.1节中的五点采样方法收集并制备土壤样品，以测定其理化指标。土壤有机质（OM）含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定[30]。有效磷（AP）采用碳酸氢钠提取-钼锑比色法测定[31]。土壤有效钾（AK）通过火焰光度法测定[32]。土壤pH值使用pH计测量[33]。

**2.4 数据分析**
每个实验重复三次，结果以平均值±标准差（SD）表示。数据组织使用Excel 2021软件。SPSS 22.0用于进行单因素方差分析（ANOVA）和正态性检验，ANOVA后进行Tukey–Kramer事后检验。数据标准化和图形可视化使用Origin 2024软件完成。主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）通过MetaboAnalyst在线平台（https://www.metaboanalyst.ca/，访问日期2025年10月31日）进行。皮尔逊相关性分析和热图可视化使用Metware Cloud在线工具（https://cloud.metware.cn/，访问日期2025年11月13日）完成。

**3 结果与讨论**
**3.1 ‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的HS-SPME-GC-MS分析**
**3.1.1 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的差异**
果实香气是评估果实品质的重要指标，主要由醛类、醇类、酯类、萜类和酮类组成，这些化合物来源于氨基酸、类胡萝卜素和脂肪酸[34]。HS-SPME-GC-MS是一种广泛用于测定果实中挥发性化合物的方法。本研究使用HS-SPME-GC-MS分析了来自六个不同地区的‘Hujing Milu’桃子的挥发性化合物。根据匹配因子（≥70%），共鉴定出73种挥发性化合物，详见表1。其中包括17种酯类、17种醛类、11种酮类、11种烯类和11种其他化合物。样品中各挥发性化合物的浓度和相对含量如图1所示。醛类和醇类是‘Hujing Milu’桃子中的主要挥发性化合物，其次是酯类。这一结果与Wu等人的研究结果一致，他们报告称在使用HS-SPME-GC-MS分析的七个桃子品种中，醇类、醛类和酯类的相对含量最高[35]。类似地，Farneti等人也发现醛类、醇类、萜类和酯类是蓝莓香气的主要成分[36]。

**表1. 不同地区‘Hujing Milu’桃子中挥发性化合物的含量（通过HS-SPME-GC-MS检测）**
**图1. 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的比较**
(A) ‘Hujing Milu’桃子样品的采样位置；
(B) 挥发性化合物的维恩图；
(C) 总挥发性化合物含量；
(D) 挥发性化合物类别的比例；
(E) 挥发性化合物的PCA；
(F) 挥发性化合物的PLS-DA；
(G) 挥发性化合物的VIP值和含量热图。

在这73种挥发性化合物中，有18种在所有六个地区都存在，包括2-己烯醛、苯甲醛、γ-十二内酯和二氢-β-离子酮，它们在‘Hujing Milu’桃子的香气中起关键作用（图1B）。‘Hujing Milu’桃子中常见的典型香气类别是醛类、酯类和酮类，它们在不同地区的香气特征上存在显著差异。例如，己醛和2-己烯醛是果实中绿色香气的主要贡献者[37,38]，苯甲醛被报道为桃子果肉中的主要醛类[39,40]。酯类是通过短链脂肪酸和醇类的酯化反应形成的。作为果实香气的主要贡献者，酯类显著影响桃子的整体香气特征[41,42]，尤其是内酯类，由于其低气味阈值而赋予果实特有的果香和甜味[5,43]。不同地区‘Hujing Milu’桃子的挥发性化合物如图1C,D所示。结果显示，WX地区的样品总香气含量最高（23,710.90 μg/kg），其次是FX（23,317.92 μg/kg）和FH（22,935.44 μg/kg）地区。值得注意的是，MY和JY地区的醛类比例显著高于其他地区，分别为84.16%和83.23%。相比之下，MY和JY地区的醇类比例较低，分别为2.91%和0.92%，与其他地区有显著差异。WX地区的样品酯类（22.07%）和酮类（11.44%）比例较高，而FX地区则具有明显的地区特征，醇类比例较高（38.34%）。Li等人分析了来自北京、山东和河北三个不同地区的桃子挥发性化合物，并报告了醛类、醇类和酮类比例的显著地区差异[45]。同样，Xiao等人研究了来自三个地区的‘Jinxiu’黄桃的香气特征，发现醛类是主要香气成分[46]。

**3.1.2 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的多变量统计分析**
为了表征不同地理区域‘Hujing Milu’桃子香气特征的总体差异，使用六个地区的香气成分数据进行了主成分分析（PCA）。如图1E所示，PC1和PC2的贡献率分别为32.9%和15.6%，累计贡献率为48.5%。这一结果有效解释了六个地区‘Hujing Milu’桃子样本之间整体香气的显著差异。根据PCA得分图的聚类模式，WX、ZJG、FX和FH地区的样本聚类紧密，表明它们的整体香气特征高度相似。相比之下，MY地区的样本与其他地区明显分离，表明其香气特征明显不同。为了进一步分析不同地区‘Hujing Milu’桃子的特征性挥发性化合物，采用了偏最小二乘判别分析（PLS-DA）进行降维。PLS-DA模型的可靠性通过五折交叉验证验证（图S1），R2和Q2值分别为0.975和0.853，表明模型具有良好的稳健性和预测性能。如图1F所示，组分1和组分2的贡献率分别为14.6%和26.3%，累计贡献率为40.9%，充分解释了样本间的香气差异。PLS-DA得分图显示WX和ZJG聚集在一起，FH和FX也聚集在一起，而WX和ZJG、FH和MY及JY之间有明显的分离。计算了投影中的变量重要性（VIP）值，以评估每个香气化合物对模型的贡献，VIP值越高表示贡献越大[47]。共有19种化合物的VIP > 1（图1G），表明它们在区分地区香气特征中起关键作用。相应的热图显示了这些化合物的相对浓度。按VIP值排序，对香气差异有显著贡献的主要化合物包括2,4-二甲基苯甲醛、（?）-β-蒎烯、（E, E）-2,4-壬二烯、异奥西缅烯、（E, E）-2,4-癸二烯、5-甲基-2-噻吩甲醛、（E, Z）-2,4-癸二烯、β-环香叶醇、α-离子酮、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、（E）-2-辛烯醛、壬醇、3-甲基戊酸、壬基醋酸酯、二氢-β-离子酮、p-薄荷三烯、（E）-2-壬烯醛、茶螺烷和苯甲醛。其中，苯甲醛和二氢-β-离子酮已被报道为桃子的核心挥发性化合物，它们的地区浓度差异是导致‘Hujing Milu’桃子不同香气特征的关键因素[45,48]。

**3.1.3 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区特征性挥发性化合物的筛选**
桃子的整体香气特征受多种因素影响。高浓度存在的化合物构成了香气的基础结构，而某些低浓度但气味阈值低的化合物也显著塑造了香气特征[49]。OAV是一种定量指标，用于评估单个挥发性化合物对整体香气特征的贡献。OAV > 1的化合物通常被认为是关键贡献者[28]。为了进一步研究挥发性化合物的贡献，对HS-SPME-GC-MS检测到的73种挥发性化合物进行了OAV分析，其中48种化合物的OAV > 1。在这些化合物中，来自六个生产地区的样品分别含有21种、34种、33种、28种和21种化合物（表S1）。此外，还鉴定出17种高贡献（OAV > 100）的化合物，包括γ-十二内酯、γ-十二烷内酯、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-辛烯醛、2-己烯醛、（E, E）-2-癸烯醛、（E, Z）-2,4-癸二烯、壬醇、（E, Z）-2,4-癸二烯、芳樟醇、1-庚烯-3-酮、二氢-β-离子酮、（E）-β-离子酮、β-丹参酮和2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪。其中，γ-十二内酯、γ-十二烷内酯、2-己烯醛和芳樟醇被广泛报道为桃子香气的主要贡献者，γ-十二内酯赋予了桃子特有的果香[50]。值得注意的是，γ-十二内酯、壬醇、二氢-β-离子酮和β-丹参酮的浓度在五个地区（JY、FX、FH、ZJG和WX）的样品中显著高于MY地区，表明它们具有更强的果香和花香特征。不同地区之间的特征香气也存在明显差异。JY地区的样品中，β-丹参酮和1-庚烯-3-酮的OAV最高，主要贡献花香特征。FX和ZJG地区的样品中，芳樟醇和β-丹参酮是主要贡献者，赋予明显的果香和花香特征。WX地区的样品中，芳樟醇和（E）-β-离子酮的OAV最高，贡献了甜美的花香和果香特征。FH地区的样品中，芳樟醇和2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪是主要贡献者，产生了花香、果香和轻微的乳香特征。Li等人分析了来自北京、山东和河北三个不同地区的桃子挥发性化合物，并报告了醛类、醇类和酮类比例的显著地区差异[45]。同样，Xiao等人研究了来自三个地区的‘Jinxiu’黄桃的香气特征，发现醛类是主要香气成分[46]。

**3.1.2 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的多变量统计分析**
为了进一步分析不同地理区域‘Hujing Milu’桃子香气特征的总体差异，使用香气成分数据进行了主成分分析（PCA）。如图1E所示，PC1和PC2的贡献率分别为32.9%和15.6%，累计贡献率为48.5%。这一结果有效解释了六个地区‘Hujing Milu’桃子样本之间整体香气的显著差异。根据PCA得分图的聚类模式，WX、ZJG、FX和FH地区的样本聚集紧密，表明它们的整体香气特征高度相似。相比之下，MY地区的样本与其他地区明显分离，表明其香气特征明显不同。为了进一步分析不同地区‘Hujing Milu’桃子的特征性挥发性化合物，采用了偏最小二乘判别分析（PLS-DA）进行降维。PLS-DA模型的可靠性通过五折交叉验证验证（图S1），R2和Q2值分别为0.975和0.853，表明模型具有良好的稳健性和预测性能。如图1F所示，组分1和组分2的贡献率分别为14.6%和26.3%，累计贡献率为40.9%，充分解释了样本间的香气差异。PLS-DA得分图显示WX和ZJG聚集在一起，FH和FX也聚集在一起，而WX和ZJG、FH和MY及JY之间有明显的分离。计算了投影中的变量重要性（VIP）值，以评估每个香气化合物对模型的贡献，VIP值越高表示贡献越大[47]。共有19种化合物的VIP > 1（图1G），表明它们在区分地区香气特征中起关键作用。相应的热图显示了这些化合物的相对浓度。按VIP值排序，对香气差异有显著贡献的主要差异化合物包括2,4-二甲基苯甲醛、（?）-β-蒎烯、（E, E）-2,4-壬二烯、异奥西缅烯、（E, E）-2,4-癸二烯、5-甲基-2-噻吩甲醛、（E, Z）-2,4-癸二烯、β-环香叶醇、α-离子酮、2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、（E）-2-辛烯醛、壬醇、3-甲基戊酸、壬基醋酸酯、二氢-β-离子酮、p-薄荷三烯、（E）-2-壬烯醛、茶螺烷和苯甲醛。在这些化合物中，苯甲醛和二氢-β-离子酮已被报道为桃子的核心挥发性化合物，它们的地区浓度差异是导致‘Hujing Milu’桃子不同香气特征的关键因素[45,48]。

**3.1.3 基于HS-SPME-GC-MS的‘Hujing Milu’桃子不同地区特征性挥发性化合物的筛选**
桃子的整体香气特征受多种因素影响。高浓度存在的化合物建立了香气的基础结构，而某些低浓度但气味阈值低的化合物也显著塑造了香气特征[49]。OAV是一种定量指标，用于评估单个挥发性化合物对整体香气特征的贡献。OAV > 1的化合物通常被认为是关键贡献者[28]。为了进一步研究挥发性化合物的贡献，对HS-SPME-GC-MS检测到的73种挥发性化合物进行了OAV分析，其中48种化合物的OAV > 1。在这些化合物中，来自六个生产地区的样品分别含有21种、34种、33种、28种和21种化合物（表S1）。此外，还鉴定出17种高贡献（OAV > 100）的化合物，包括γ-十二内酯、γ-十二烷内酯、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-辛烯醛、2-己烯醛、（E, E）-2-癸烯醛、（E, E）-2,4-壬二烯、壬醇、（E, Z）-2,4-癸二烯、（E, E）-2,4-癸二烯、芳樟醇、1-庚烯-3-酮、二氢-β-离子酮、（E）-β-离子酮、β-丹参酮和2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪。其中，γ-十二内酯、γ-十二烷内酯、2-己烯醛和芳樟醇被广泛报道为桃子香气的主要贡献者，γ-十二内酯赋予了桃子特有的果香[50]。值得注意的是，γ-十二内酯、壬醇、二氢-β-离子酮和β-丹参酮的浓度在五个地区（JY、FX、FH、ZJG和WX）的样品中显著高于MY地区，表明它们具有更强的果香和花香特征。不同地区之间的特征香气也存在明显差异。JY地区的样品中，β-丹参酮和1-庚烯-3-酮的OAV最高，主要贡献花香特征。FX和ZJG地区的样品中，芳樟醇和β-丹参酮是主要贡献者，赋予了明显的果香和花香特征。WX地区的样品中，芳樟醇和（E）-β-离子酮的OAV最高，贡献了甜美的花香和果香特征。FH地区的样品中，芳樟醇和2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪是主要贡献者，产生了花香、果香和轻微乳香的复合香气。相比之下，MY地区的样品以1-庚烯-3-酮和（E）-2-壬烯醛为主要成分，赋予了清新的果香。为了进一步筛选不同地区‘Hujing Milu’桃子的差异性香气标志物，应用了OAV > 1和VIP > 1的双重筛选标准。共鉴定出12种差异性挥发性化合物（表2），包括（E）-2-壬烯醛、（E）-2-辛烯醛、苯甲醛、（E, E）-2,4-壬二烯、二氢-β-离子酮和2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪。值得注意的是，（E）-2-壬烯醛和（E）-2-辛烯醛是区分FH地区样品的关键标志物，贡献了丰富的果香和乳香特征。WX地区的样品中，二氢-β-离子酮的OAV最高，是强烈花香的主要来源，而苯甲醛显著贡献了MY地区样品的香气特征。

**3.2 ‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的HS-GC-IMS分析**
**3.2.1 基于HS-GC-IMS的‘Hujing Milu’桃子不同地区挥发性化合物的分离、表征和比较分析**
HS-GC-IMS是一种新开发的气相分离和检测技术。其主要优点是结合了气相色谱的高分离能力和离子迁移谱的快速响应。与HS-SPME-GC-MS相比，HS-GC-IMS具有高分离效率、快速分析和在大气压及适中温度条件下的操作优势[51,52]。为了进一步研究不同生产地区‘Hujing Milu’桃子挥发性化合物组成的差异，应用HS-GC-IMS从不同来源的桃子样品中获取香气信息。图2A显示了检测到的挥发性化合物的二维可视化结果。共鉴定出56种挥发性化合物，包括15种醛类、15种醇类、13种酯类、5种酮类和8种其他化合物（表3）。醛类、醇类和酯类是来自所有六个地区的桃子中的主要挥发性化合物，这与使用HS-SPME-GC-MS获得的结果一致。一些具有高质子亲和力的挥发性化合物倾向于通过质子或电子共享形成二聚体或聚合物，从而导致多个信号峰。在本研究中，这些化合物的单体和二聚体分别用(M)和(D)表示[53,54]。图2. 基于HS-GC-IMS比较不同地区‘Hujing Milu’桃子中的挥发性化合物。(A) 不同地区‘Hujing Milu’桃子的拓扑图。纵坐标代表气相色谱保留时间，横坐标代表离子迁移时间。坐标1.0处的红色垂直线表示标准化反应离子峰(RIP)。(B) 不同生产地区的‘Hujing Milu’桃子的香气指纹图。每一行代表不同样本中的一个挥发性化合物，每一列代表单个样本的信号峰。挥发性化合物的相对浓度由颜色强度表示，颜色越亮表示浓度越高。红色框突出显示了来自不同生产地区的桃子样本中相对较高的挥发性化合物。(C) 挥发性化合物的PCA；(D) 挥发性化合物的PLS-DA；(E) 挥发性化合物的VIP值和含量热图。表3. 使用HS-GC-IMS在不同地区的‘Hujing Milu’桃子中检测到的挥发性化合物。为了准确评估不同地区‘Hujing Milu’桃子中挥发性化合物的差异，构建了来自六个地区的样本的香气指纹图(图2B)，然后进行了半定量分析。结果显示，3-庚醇、戊醛(D)、(E)-2-己醛、2-己醛(M)、己醛(D)、己醛(D)、异戊基甲酸酯、(Z)-3-己烯基乙酸酯(D)、乙酸乙酯(M)和丁酸在‘Hujing Milu’桃子样本中的含量相对较高。值得注意的是，与其它地区相比，JY地区的样本在五种挥发性化合物上表现出显著差异，包括乙酸乙酯(D)、丙酸乙酯和2-甲基-1-丙醇。在MY地区，2-甲基丁醛(D)和2-甲氧基-2-甲基丙烷的含量显著高于其他五个地区。FH地区的样本含有六种挥发性化合物，包括1-戊醇、四氢呋喃、(E)-2-庚醛、反式-2-戊醛、5-甲基-2-呋喃醇和丙基丁酸酯，这些化合物的含量相对较高。在ZJG地区，2-丙硫醇的含量高于其他地区。此外，在FX地区，三种挥发性化合物，包括3-甲基-1-丁醇、(Z)-2-戊烯醇和异戊二烯的含量显著较高。与其它五个地区相比，WX地区的样本中检测到了14种挥发性化合物(图2B)。其中，2-甲基丁醇、己酸乙酯和2-辛醇的含量相对较高。这两种分析技术都检测到了己酸乙酯和2-己醛。己酸乙酯的含量与水果的果香和甜味香气呈正相关，增强了水果的果香强度[55]。进一步进行了HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS结果的比较分析。HS-SPME-GC-MS在挥发性化合物的分离能力上优于HS-GC-IMS。然而，HS-GC-IMS在检测小分子和低丰度挥发性化合物（如酮类和酸类）方面具有明显优势[56,57]。此外，HS-GC-IMS还检测到了HS-SPME-GC-MS未检测到的33种化合物，包括具有可可香味的丁醛、具有脂肪香味的己醛、具有木质香味的2-丙醇、具有菠萝香味的丙基丁酸酯和具有果香味的2-戊酮。这些发现表明HS-GC-IMS有效地补充了HS-SPME-GC-MS，有助于全面分析挥发性化合物。HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS的联合应用结合了强大的分离能力、高灵敏度以及可靠的定性和定量性能，从而扩大了可检测挥发性化合物的范围，并提供了更全面的水果风味特征表示[58]。3.2.2. 基于HS-GC-IMS对不同地区‘Hujing Milu’桃子中挥发性化合物的多元统计分析对不同地区‘Hujing Milu’桃子中的挥发性化合物进行了主成分分析(PCA)，结果如图2C所示。主成分PC1和PC2的贡献率分别为38.1%和21.9%，累积贡献率为60.0%。这表明PCA模型有效地表征了来自不同地理来源的‘Hujing Milu’桃子样本之间的整体香气差异。在PCA得分图中，ZJG和FX地区的样本紧密聚集，表明它们的整体香气特征相似。这种相似性可能与相似的气候条件（如温度和光照）或两个地区的相似土壤物理化学性质有关。相比之下，MY、JY、WX和FH地区的样本与ZJG–FX簇明显分离，表明它们的整体香气特征存在显著差异。值得注意的是，与使用HS-SPME-GC-MS获得的结果相比，HS-GC-IMS结合PCA在表征不同地理来源样本之间的香气差异方面表现出更强的区分性能。这一观察结果与Zhang等人在柑橘挥发性分析中的发现一致，他们证明了HS-GC-IMS结合多元分析可以提高区分农产品地理来源的分辨率[59]。He等人还报告了GC-IMS在识别猕猴桃挥发性成分差异和区分地理来源方面的优势[56]。进行了偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，以识别对整体香气特征差异贡献最大的挥发性化合物。PLS-DA模型通过五折交叉验证进行了验证，得到R2和Q2值分别为0.98937和0.96207（图S2），表明模型具有很强的可靠性和预测能力。如图2D所示，组分1和组分2的贡献率分别为20.2%和28.8%，累积贡献率为49.0%。PLS-DA得分图清楚地显示了六个地区‘Hujing Milu’桃子样本之间的分离，证实了地理来源是香气差异的主要因素。这一发现与Li等人关于桃子挥发性化合物与地理来源之间相关性的结论一致[45]。计算了投影中的变量重要性(VIP)值，并识别出15种VIP > 1的差异挥发性化合物（图2D）。这些化合物在区分不同地区的香气特征中起着关键作用，并按VIP值排名如下：丙酸、2-丙醇、2-丙硫醇、己醇、丙基丁酸酯、2-甲基丁醛、2-甲基丁醇、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-戊酮、(E)-2-庚醛、异戊二烯、丁醛、1-戊烯-3-醇、1,2-二甲氧乙烷和乙酸乙酯。其中，如乙酸乙酯这样的酯类化合物已被报道为桃子的特征香气贡献者，它们的含量差异直接影响桃子的香气特征。这一观察结果与Li等人在筛选关键桃子挥发性化合物时的发现一致[45]。3.2.3. 基于HS-GC-IMS对不同地区‘Hujing Milu’桃子中挥发性化合物的特征筛选为了评估个别挥发性化合物对‘Hujing Milu’桃子整体香气的贡献，计算了HS-GC-IMS识别的56种挥发性化合物的相对ROAV。ROAV ≥ 1的化合物被定义为潜在的关键香气贡献者。共有13种挥发性化合物符合这一标准（表S2），包括(Z)-3-己烯基乙酸酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、丙基丁酸酯、己醛、2-己醛、2-甲基丁醛、丁醛、戊醛、己醇、3-甲基-1-丁醇、2-辛醇和2-甲氧基-2-甲基丙烷。己醛在JY、FX、FH和ZJG地区的样本中的贡献最高（ROAV = 100），在MY地区的样本中贡献次高（ROAV = 97.82），表明己醛是‘Hujing Milu’桃子中的主要香气活性化合物。Tan等人报告说，由于己醛的低气味阈值和强烈的嗅觉活性，它经常作为扁平桃汁中的核心香气化合物，这支持了它在‘Hujing Milu’桃子香气特征中的关键作用[60]。为了识别导致地区香气差异的特征挥发性化合物，进一步使用ROAV > 1和VIP > 1的综合标准筛选了挥发性化合物。符合这些标准的五种挥发性化合物被识别出来（表4）：乙酸乙酯、丙基丁酸酯、2-甲基丁醛和己醇。在JY地区的样本中，乙酸乙酯的ROAV显著高于其他地区，表明其作为区分JY样本的生物标志物的价值，并有助于增强果香。在FH地区的样本中，丙基丁酸酯的ROAV最高，赋予了甜美的菠萝香气。在WX地区的样本中，己醇的ROAV最高，赋予了复合的果香和青草香气。在MY地区的样本中，2-甲基丁醛显著贡献了香气，赋予了特有的可可香气。表4. 基于HS-GC-IMS的六个地区‘Hujing Milu’桃子中ROAV > 1和VIP > 1的挥发性化合物。基于OAV、ROAV和PLS-DA的综合分析，识别出了六个地区‘Hujing Milu’桃子的特征挥发性化合物（表5）。在JY地区，主要特征挥发性化合物是苯甲醛和己醇。在FX地区，识别的特征挥发性化合物包括(E, Z)-2,4-癸二烯、(E, E)-2,4-壬二烯、p-薄荷三烯和丁醛。在FH地区，特征挥发性化合物包括2-甲氧基-3-仲丁基吡嗪、(E)-2-壬烯、(E, E)-2,4-癸二烯、乙酸乙酯、(E)-2-辛烯、β-环柠檬醛、5-甲基噻吩-2-羧醛、(E, Z)-2,4-癸二烯和α-离子酮。在ZJG地区，特征挥发性化合物包括丙基丁酸酯和p-薄荷三烯。在WX地区，特征挥发性化合物包括二氢-β-离子酮和p-薄荷三烯。最后，在MY地区，特征挥发性化合物是苯甲醛和2-甲基丁醛。表5. 基于HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS的六个地区‘Hujing Milu’桃子的特征挥发性化合物。3.3. 不同来源‘Hujing Milu’桃子挥发性化合物与栽培环境之间的相关性土壤是植物生长的重要环境载体。不同栽培地区之间的地形和气候环境差异最终反映在土壤的物理化学性质上，包括pH值、有效钾(K)、有效磷(AP)和有机质(OM)。因此，土壤性质作为关键中介，通过它们影响水果的香气[61,62]。确定了六个‘Hujing Milu’桃子生产地区的土壤物理化学性质，结果如图3A–D所示。所有测量指标（pH值、K、OM和AP）在不同地区之间存在显著差异（p < 0.05）。图3。(A) pH值；(B) 有效钾；(C) 有机质；(D) 有效磷；(E) 不同地区‘Hujing Milu’桃子的特征挥发性化合物与土壤物理化学性质之间的相关性分析（*表示p ≤ 0.05时的显著性）。不同的字母表示显著差异（p < 0.05），误差条代表标准差。JY地区的土壤pH值最高（8.62），而FH地区的pH值最低（4.28）。FX、MY、WX和ZJG地区的土壤pH值范围在6到8之间，这些地区之间没有显著差异。K含量存在显著地区差异，顺序为WX（382.90 mg/kg）、FH（230.10 mg/kg）、ZJG（163.20 mg/kg）、JY（129.90 mg/kg）、MY（115.50 mg/kg）和FX（89.76 mg/kg）。WX地区的OM含量（28.77 g/kg）也显著高于其他地区，几乎是FH地区（5.50 g/kg）的五倍。FX地区的AP含量（117.10 mg/kg）最高，显著高于所有其他地区。相比之下，JY地区的AP含量最低（5.53 mg/kg），其余地区也有显著变化。这些结果表明土壤物理化学性质具有明显的地区特异性，这可能间接影响挥发性化合物的合成和积累[63,64]。土壤因素可以通过多种途径影响挥发性香气的形成，包括调节植物生理代谢、微生物活动和酶活性[11,65]。Ji等人报告说，施用有机肥料显著改善了土壤pH值和OM含量，同时改变了微生物多样性，微生物相互作用对挥发性排放有强烈影响[66]。Ran等人表明，OM含量影响土壤结构、水分保持能力和养分缓冲能力，从而增强茶树的代谢活性并调节与风味和香气相关的次生代谢物的合成[67]。为了阐明土壤条件与‘Hujing Milu’桃子香气形成之间的相关性，进行了皮尔逊相关性分析，系统地检查了土壤物理化学性质与特征挥发性化合物浓度之间的关联。如图3E所示，大多数醛类与土壤pH值呈显著负相关。然而，2-甲基丁醛与土壤pH值呈显著正相关（r = 0.690, p < 0.05）。此外，乙酸乙酯的含量与土壤pH值呈正相关（r = 0.530，p < 0.05），表明碱性土壤条件有利于其合成。这种效应可能与碱性条件下脂氧合酶活性的增强有关，从而加速了乙酸乙酯的形成[68,69]。王等人报告称，土壤pH值的增加促进了茶叶中花香挥发性化合物的合成，尤其是香叶醇的合成，从而提升了整体香气特征[62]。己醇（r = 0.865，p < 0.05）和二氢-β-离子酮（r = 0.830，p < 0.05）与土壤中的AK含量显著正相关。王等人还报告了土壤AK含量与香叶醇、α-离子酮和芳樟醇之间的显著正相关[62]。钾可以激活植物中的酒精脱氢酶，促进碳水化合物转化为酒精，并参与与萜烯合成相关的能量代谢，从而有助于二氢-β-离子酮的形成[70,71]。此外，己醇与土壤有机质（OM）含量也呈显著正相关（r = 0.917，p < 0.05），这可能是由于有机质的分解提供了作为己醇合成重要前体的碳源。二氢-β-离子酮（r = 0.587，p < 0.05）和p-薄荷三烯（r = 0.482，p < 0.05）也与有机质呈显著正相关，表明有机质有助于这些萜烯化合物的合成。与这些发现一致，蒋等人报告称，充足的土壤有机质支持微生物活动，并提供缓释资源，从而有利于与花香相关的萜类化合物的生物合成[61]。这种效应可能是通过提供萜类化合物的前体或通过支持前体形成的微生物过程实现的[72]。此外，AP与p-薄荷三烯（r = 0.848）、(E)-2-壬烯醛（r = 0.509）和丁醛（r = 0.496）呈显著正相关（p < 0.05），而与苯甲醛（r = ?0.646，p < 0.05）呈显著负相关。这些差异可能源于醛类的不同形成途径，因为不饱和醛类主要来源于脂质氧化，而芳香醛类则与酚类代谢更为密切相关[73,74]。Bustamante等人证明，磷对于迷迭香（Rosmarinus officinalis）中的萜类化合物合成至关重要，因为它支持前体的生成以及生物合成所需的ATP和NADPH的产生[75]。4. 结论 本研究使用HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS联用技术分析了来自六个地区的‘Hujing Milu’桃子的挥发性化合物。确定了特征性挥发性化合物及其与关键土壤因素的相关性。醛类、醇类和酯类是‘Hujing Milu’桃子的主要挥发性成分，显示出在香气类型、比例和含量上的显著区域差异。值得注意的是，WX地区的总挥发性化合物含量最高。基于OAV、ROAV和VIP分析，确定了17种挥发性化合物作为区分六个地区样本的潜在生物标志物。特征性挥发性化合物如下：WX（己醇、二氢-β-离子酮）、FH（丙基丁酸酯、(E)-2-辛烯醛）、JY（苯甲醛、乙酸乙酯）、MY（苯甲醛）和FX（丁醛）。相关性分析表明，包括己醇、2-甲基丁醛、乙酸乙酯和二氢-β-离子酮在内的关键挥发性化合物的含量与土壤性质显著相关。调整土壤pH值可能增加酯类和醛类的含量，而改变土壤有机质可能提高桃子中的醇类和萜类水平。总体而言，本研究阐明了‘Hujing Milu’桃子的区域香气特征及其与土壤因素的相关性，为产地追溯和香气质量改进提供了理论支持。补充材料 以下支持信息可在此下载：https://www.mdpi.com/article/10.3390/foods15061051/s1。表S1：来自不同地区的‘Hujing Milu’桃子样本的香气活性值（OAV > 1）。图S1：基于HS-GC-SPME-MS的PLS-DA模型的五折交叉验证。表S2：来自不同地区的‘Hujing Milu’桃子的相对香气活性值（ROAV > 1）。图S2：基于HS-GC-IMS的PLS-DA模型的五折交叉验证。