19個(gè)蘋(píng)果品種果實(shí)香氣成分的GCMS分析

萬(wàn) 鵬,梁國(guó)平,馬麗娟,陳佰鴻,毛 娟

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)是我國(guó)最大的果品產(chǎn)業(yè),也是帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)果品產(chǎn)業(yè)之一[1]。我國(guó)現(xiàn)栽培的蘋(píng)果品種較多,但能夠作為商品果大規(guī)模種植的品種較少。消費(fèi)者對(duì)蘋(píng)果品質(zhì)的要求不在只局限于外觀品質(zhì),更注重果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)和風(fēng)味營(yíng)養(yǎng),因此選育優(yōu)質(zhì)的蘋(píng)果品種對(duì)于果品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義[2]。

香氣的成分及含量是決定果實(shí)風(fēng)味的關(guān)鍵因素,研究蘋(píng)果香氣物質(zhì)對(duì)提高蘋(píng)果品質(zhì)以及選育優(yōu)質(zhì)品種具有重要意義。果實(shí)的香味來(lái)自于一些揮發(fā)性的香氣成分,目前蘋(píng)果香氣中已經(jīng)檢測(cè)出350多種成分,但對(duì)果實(shí)風(fēng)味影響較大的只有含量超過(guò)其味感閾值的香氣成分[3-4]。近幾年通過(guò)香氣成分對(duì)果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較多[5-8]。但針對(duì)蘋(píng)果香氣的研究正處于初步檢測(cè)階段,大多數(shù)關(guān)于蘋(píng)果香氣成分的研究都是單個(gè)品種經(jīng)過(guò)某種處理后檢測(cè)其香氣成分的變化或者少數(shù)品種之間香氣成分的比較。劉珩等[9]討論了套袋對(duì)‘早富1號(hào)’蘋(píng)果果實(shí)香氣成分的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)套袋和未套袋的香氣成分基本一致,但相對(duì)含量存在較大的差異。樊麗等[10]分析了‘蜜脆’蘋(píng)果在采后20 ℃貯藏期間揮發(fā)性芳香成分的變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在貯藏第28 d時(shí)果實(shí)香氣成分含量達(dá)到最大,香氣品質(zhì)最佳。許寶峰等[11]研究了低溫貯藏對(duì)‘王林’蘋(píng)果香氣成分的影響,結(jié)果表明低溫貯藏可明顯抑制醛類、醇類及酯類的生成。Sepp?等[12]研究發(fā)現(xiàn)貯藏時(shí)間是影響蘋(píng)果香氣成分變化的關(guān)鍵因素。Varela等[13]對(duì)富士蘋(píng)果在貨架期內(nèi)香氣的變化規(guī)律進(jìn)行了探討并確定醇、酯、醛、酮是主要的香氣成分。Moyaleon等[14]對(duì)氣調(diào)貯藏條件下‘皇家嘎啦’的香氣變化進(jìn)行了討論,發(fā)現(xiàn)氣調(diào)貯藏可以抑制香氣中酯類物質(zhì)的生成。以上實(shí)驗(yàn)都是對(duì)單一品種香氣成分的分析或者少量品種之間香氣成分的比較,關(guān)于多品種蘋(píng)果香氣成分分析的研究較少。

本試驗(yàn)對(duì)19個(gè)蘋(píng)果品種香氣成分的種類與含量進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)聚類分析與特征香氣含量的高低對(duì)它們進(jìn)行分類,旨在明確不同品種蘋(píng)果的主要香氣成分,比較不同品種蘋(píng)果間香氣成分的差異,確定影響蘋(píng)果風(fēng)味的主要香氣物質(zhì)和香氣較濃的品種,為今后的育種工作提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本研究中19個(gè)蘋(píng)果品種 于2017年采自甘肅省平?jīng)鍪徐o寧縣良種苗木繁育基地(威戎鎮(zhèn)梁馬村),地處黃土高原丘陵溝壑區(qū),地勢(shì)平坦,土壤肥沃,平均海拔1600 m。本地屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱氣候,四季分明,氣候溫和,光照充足,年均氣溫7.1 ℃,無(wú)霜期159 d,年均日照時(shí)數(shù)2238 h。降水夏季較多,冬春季節(jié)較少,年均降水量為450.8 mm,年蒸發(fā)量為1469 mm。在蘋(píng)果可采成熟期(九成熟即全樹(shù)約有75%的果實(shí)表現(xiàn)出該品種固有的性狀、種子變褐)采摘果實(shí),每個(gè)品種隨機(jī)抽取20個(gè)蘋(píng)果待測(cè),采后24 h內(nèi)進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)的采集和測(cè)定。19個(gè)品種的編號(hào)、名稱、成熟期以及采收時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 不同成熟期蘋(píng)果品種的采收期(2017)Table 1 Harvest time of apple varieties at different maturity(2017)

75 μm CAR/PDMS手動(dòng)SPME進(jìn)樣手柄、萃取頭 上海安譜科學(xué)儀器有限公司;TRACE 1310型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Thermo Scientific公司;HH-S型恒溫水浴鍋 金壇市恒豐儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)定參照葉萌祺[15]的方法,稍有改進(jìn)。每個(gè)品種取10個(gè)果實(shí),洗凈,晾干表面水分,切碎混勻,用小型榨汁機(jī)打碎。取5 g 樣品置于15 mL樣品瓶中,加入1 g氯化鈉,蓋上蓋子。將老化好的萃取頭通過(guò)密封墊插入到樣品瓶中,推出纖維頭,于40 ℃恒溫水浴吸附25 min,隨后抽回纖維頭,從樣品瓶上拔出萃取頭。再將萃取頭插入設(shè)置好條件的GC-MS進(jìn)樣口,推出纖維頭。于220 ℃解析5 min。抽回纖維頭后拔出萃取頭,同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù),每個(gè)品種三個(gè)平行試驗(yàn)。色譜條件:色譜柱OV-1701(60 m×0.25 mm×0.5 μm);進(jìn)樣口溫度250 ℃;柱溫:初始柱溫33 ℃保持5 min,先以10 ℃/min升至60 ℃,保持5 min,再以4 ℃/min升至140 ℃,保持10 min,最后以15 ℃/min升至220 ℃,保持10 min。質(zhì)譜條件:載氣為He;流速0.8 mL/min;電離方式EI;電子能量70 eV;分流比12∶1;離子源溫度230 ℃。

定性方法:未知化合物質(zhì)譜圖經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索同時(shí)與NIST library和Wiley library 2個(gè)質(zhì)譜庫(kù)相匹配,并結(jié)合人工圖譜解析及資料分析。試驗(yàn)僅報(bào)道正反匹配度均大于800(最大值1000)的鑒定結(jié)果,定量方法:選擇2-辛醇為內(nèi)標(biāo),其濃度為88.2 ppm,體積為50 μL,采用SIM(選擇離子檢測(cè))方式定量。

計(jì)算香味各組分的含量(μg/g)=[各組分的峰面積/內(nèi)標(biāo)的峰面積×內(nèi)標(biāo)濃度(ppm)×50 μL]/樣品量(g);香氣值(U0)=某香氣成分的含量/香氣閾值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)品種三個(gè)平行試驗(yàn),測(cè)定結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行聚類分析,聚類分析是指按照某種選定的方法(距離或者相似系數(shù))計(jì)算每?jī)深愔g的關(guān)系,將關(guān)系最為密切的兩類合為一類。

2 結(jié)果與分析

2.1 19個(gè)蘋(píng)果品種果實(shí)香氣成分

采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)蘋(píng)果樣品的香氣物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)圖1。所有樣品中檢測(cè)到主要的香氣成分(如表1),其中包括酯類物質(zhì)8種、醇類物質(zhì)2種、醛類物質(zhì)2種、酸類物質(zhì)2種、酚類物質(zhì)2種、其他類3種。依據(jù)成分分析來(lái)看,19個(gè)品種中香氣總量相對(duì)較高的是:‘宮崎短枝(P5)’、‘煙富3號(hào)(P8)’、‘無(wú)銹金矮生(P11)’和‘皮諾娃(P17)’,‘柱狀蘋(píng)果(P19)’和‘艾斯達(dá)(P15)’的香氣成分較少,而且各類香氣化合物的含量都較低。其他品種各類香氣化合物總含量都處于中等水平。這19個(gè)品種檢索出的香味物質(zhì)中,絕大部分品種共有組分有13種,它們分別是:(E)-乙酸-2-己烯-1-醇酯、2-甲基丁酸丁酯、乙酸己酯、乙酸葉醇酯、己酸己酯、乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、乙酸戊酯、正己醇、1-丁醇、2-甲基丁酸、己醛、反式-2-己烯醛,這些物質(zhì)在絕大多數(shù)樣品中的含量都較高,可作為品種的主要香味物質(zhì)。

表2 19個(gè)蘋(píng)果品種主要香氣成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(μg/g)Table 2 Quality fraction of the main aroma components of 19 apple varieties(μg/g)

續(xù)表

圖1 煙富3號(hào)(P8)香味物質(zhì)的GC/MS離子圖譜Fig.1 GC/MS total ion chromatograms of flavor compositions of Yanfu No.3(P8)

在一些品種中還檢測(cè)到其特有的相對(duì)含量較高的組分:‘288(P3)’中2-甲基丁酸乙酯的含量是6.48 μg/g,其他品種都未檢測(cè)出,‘無(wú)銹金矮生(P11)’中異戊酸己酯的含量高達(dá)6.15 μg/g,‘寒富(P9)’中2-甲基丁酸高達(dá)4.23 μg/g,‘宮崎短枝(P5)’、‘煙富3號(hào)(P8)’和‘皮諾娃(P17)’中乙酸己酯的含量都高達(dá)10 μg/g以上。

2.2 19個(gè)蘋(píng)果品種的聚類分析

如圖2通過(guò)各類香氣化合物的總含量對(duì)19個(gè)蘋(píng)果品種進(jìn)行聚類分析,把19個(gè)蘋(píng)果品種分為5組,第一組包括1個(gè)品種:‘無(wú)銹金矮生(P11)’,醛類和醇類含量較高,香氣的主要成分有:2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯,異戊酸己酯,2-甲基丁基乙酸酯,正己醇,己醛和反式-2-己烯醛。第二組包括3個(gè)品種:‘宮崎短枝(P5)’,‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(hào)(P8)’,這三個(gè)品種的酯類較高,香氣的主要成分有:(E)-乙酸-2-己烯-1-醇酯和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯。第三組包括1個(gè)品種:‘寒富(P9)’,它的酯類非常低,醇類和酸類較高,香氣的主要成分有正己醇,2-甲基-1-丁醇,2-甲基丁酸和2-己烯醛。第四組包括9個(gè)品種:‘成紀(jì)一號(hào)(P16)’,‘嘎啦(P1)’,‘艾達(dá)紅(P18)’,‘喬納金(P7)’,‘2001/M26(P10)’,‘黃色27(P6)’,‘黃色40(P2)’,‘柱狀蘋(píng)果(P19)’,‘艾斯達(dá)(P15)’,這9個(gè)品種的酯類偏低,其它香氣含量處于平均水平。第五組包括5個(gè)品種:‘288(P3)’,‘煙富1號(hào)(P12)’,‘紅蓋露(P4)’,‘富士美滿(P13)’和‘靜寧1號(hào)(P14)’,這5個(gè)品種的各類香氣成分都處于中等水平。第四類和第五類香氣的主要成分和基本共有成分有:(E)-乙酸-2-己烯-1-醇酯,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯,乙酸己酯,乙酸葉醇酯,己酸己酯,2-甲基丁基乙酸酯,乙酸戊酯,正己醇,己醛和反式-2-己烯醛等。

圖2 不同品種蘋(píng)果的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of different cultivars of apple

2.3 19個(gè)蘋(píng)果品種特征香氣成分分析

不同的香氣化合物由于閾值不同,所以對(duì)果實(shí)香氣的貢獻(xiàn)也不同,僅憑某種香氣成分含量的高低不能準(zhǔn)確判斷其對(duì)樣品整體香氣貢獻(xiàn)的大小。香氣值(Uo)為某種化合物的濃度與該化合物香氣閾值的比值,香氣值大于1(Uo>1)的香氣成分稱為該果實(shí)的特征香氣成分,特征香氣對(duì)果實(shí)香味起主要作用。根據(jù)已發(fā)表的各香氣成分的香氣閾值,19個(gè)參試蘋(píng)果品種共檢測(cè)到13種特征香氣,從香氣值可以看出,19個(gè)參試蘋(píng)果品種特征香氣成分及其香氣值均存在一定差異。1-己醇、乙酸己酯和反式-2-己烯醛是19個(gè)參試蘋(píng)果品種共有的特征香氣成分,其中己醇含量均較低,但乙酸己酯的含量相對(duì)其他香氣成分均較高。通過(guò)特征香氣總量把19個(gè)蘋(píng)果品種分為了五類,第一類包括3個(gè)品種:‘宮崎短枝(P5)’,‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(hào)(P8)’,它們的特征香氣總量較高,都在5000以上。第二類包括5個(gè)品種:‘288(P3)’,‘煙富1號(hào)(P12)’,‘紅蓋露(P4)’,‘富士美滿(P13)’和‘靜寧1號(hào)(P14)’,它們的特征香氣總量在2000-3100之間。第三類包括9個(gè)品種:‘成紀(jì)一號(hào)(P16)’,‘嘎啦(P1)’,‘艾達(dá)紅(P18)’,‘喬納金(P7)’,‘2001/M26(P10)’,‘黃色27(P6)’,‘黃色40(P2)’,‘柱狀蘋(píng)果(P19)’,‘艾斯達(dá)(P15)’,它們的特征香氣總量較低,在700-2000之間。第四類包括1個(gè)品種:‘寒富(P9)’它的特征香氣總量極低,為241.4,乙酸己酯的含量最低。第五類包括1個(gè)品種:‘無(wú)銹金矮生(P11)’,它的特征香氣總量較高,為3830.2,而且醛類的香氣值最高(表3)。

表3 19個(gè)蘋(píng)果品種特征香氣成分及其閾值、香氣值Table 3 Characteristic aroma components of 19 apple varieties,their thresholds and aroma values

3 討論

香味育種是今后我國(guó)蘋(píng)果育種的重要目標(biāo)之一[21-22],利用聚類分析和特征香氣成分的含量選擇香味濃郁的品種作為親本是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。研究發(fā)現(xiàn),蘋(píng)果中香氣成分有酯類、醛類、醇類和烴類等[23-25],目前已檢測(cè)出的350余種揮發(fā)性香氣成分[26],大部分是酯類,少部分是醇類與醛類,其中僅有約20種特征性香氣成分可以決定果實(shí)的氣味,大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)2-己烯醛、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-己烯醇、乙酸己酯等對(duì)果實(shí)風(fēng)味的影響很大[27-29],雖然成分含量非常少,但由于其具有較低的閾值,所以能夠影響果實(shí)的整體香味[30-31]。本試驗(yàn)對(duì)所有樣品中檢測(cè)到的揮發(fā)物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)共有82種香氣成分,主要特征香氣成分有:乙酸丁酯、2-甲基丁酸丁酯、乙酸己酯、乙酸戊酯、1-己醇、己醛、反式-2-己烯醛等,這9種特征香氣化合物中含量較高的是:乙酸己酯、乙酸丁酯、己醛、反式-2-己烯醛,所以這四種香氣化合物是影響蘋(píng)果風(fēng)味的主要成分,乙酸己酯和乙酸丁酯被描述為‘果香型’,己醛被描述為‘青草味型’,反式-2-己烯醛被描述為‘綠蘋(píng)果味型’。

19個(gè)蘋(píng)果品種中‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(hào)(P8)’的特征香氣總量較高,都在5000以上。主要由于這三個(gè)品種中乙酸己酯的含量較高,而且乙酸己酯的香氣閾值比較低,所以這三個(gè)品種是典型的‘果香型’品種,‘無(wú)銹金矮生(P11)’作為一個(gè)黃色品種,它的香氣成分在各方面都表現(xiàn)的比較突出,特征香氣總含量較高,為3830.2,而且除特征香氣化合物外其余的各類香氣化合物的含量在19個(gè)品種中都較高,所以‘無(wú)銹金矮生’香氣濃郁,為適宜本地栽培的品種之一。通過(guò)各類香氣化合物總含量對(duì)19個(gè)蘋(píng)果品種進(jìn)行聚類分析可得:‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(hào)(P8)’這三個(gè)品種的酯類較高,‘無(wú)銹金矮生(P11)’各類化合物的總含量都比較高,這個(gè)結(jié)果與特征香氣值的分析結(jié)果基本一致,所以‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’、‘無(wú)銹金矮生(P11)’和‘煙富3號(hào)(P8)’為靜寧本地栽培的香氣較濃的品種。

4 結(jié)論

研究分析了甘肅靜寧地區(qū)19個(gè)蘋(píng)果品種香氣物質(zhì)含量,對(duì)尋找具有特異香氣的蘋(píng)果品種以及對(duì)在靜寧地區(qū)蘋(píng)果品種的引種提供了有效的研究方法。在靜寧地區(qū)獨(dú)特的地理氣候條件下,19 個(gè)蘋(píng)果品種中共檢測(cè)出有82種香氣成分,通過(guò)檢測(cè)與分析得出:乙酸己酯、乙酸丁酯、己醛、反式-2-己烯醛是主要影響甘肅靜寧蘋(píng)果風(fēng)味的香氣物質(zhì)。香氣總量相對(duì)較高的是:宮崎短枝、‘皮諾娃’、‘無(wú)銹金矮生’和‘煙富3號(hào)’,這四個(gè)品種具有濃郁的‘酯類型’香氣成分,這將為今后育種者選擇親本提供參考。