19個蘋果品種果實香氣成分的GCMS分析

萬 鵬,梁國平,馬麗娟,陳佰鴻,毛 娟

(甘肅農業(yè)大學園藝學院,甘肅蘭州 730070)

蘋果產業(yè)是我國最大的果品產業(yè),也是帶動我國經濟發(fā)展的優(yōu)勢果品產業(yè)之一[1]。我國現栽培的蘋果品種較多,但能夠作為商品果大規(guī)模種植的品種較少。消費者對蘋果品質的要求不在只局限于外觀品質,更注重果實的內在品質和風味營養(yǎng),因此選育優(yōu)質的蘋果品種對于果品產業(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風味的關鍵因素,研究蘋果香氣物質對提高蘋果品質以及選育優(yōu)質品種具有重要意義。果實的香味來自于一些揮發(fā)性的香氣成分,目前蘋果香氣中已經檢測出350多種成分,但對果實風味影響較大的只有含量超過其味感閾值的香氣成分[3-4]。近幾年通過香氣成分對果實品質評價的研究較多[5-8]。但針對蘋果香氣的研究正處于初步檢測階段,大多數關于蘋果香氣成分的研究都是單個品種經過某種處理后檢測其香氣成分的變化或者少數品種之間香氣成分的比較。劉珩等[9]討論了套袋對‘早富1號’蘋果果實香氣成分的影響,結果發(fā)現套袋和未套袋的香氣成分基本一致,但相對含量存在較大的差異。樊麗等[10]分析了‘蜜脆’蘋果在采后20 ℃貯藏期間揮發(fā)性芳香成分的變化,結果發(fā)現在貯藏第28 d時果實香氣成分含量達到最大,香氣品質最佳。許寶峰等[11]研究了低溫貯藏對‘王林’蘋果香氣成分的影響,結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)現貯藏時間是影響蘋果香氣成分變化的關鍵因素。Varela等[13]對富士蘋果在貨架期內香氣的變化規(guī)律進行了探討并確定醇、酯、醛、酮是主要的香氣成分。Moyaleon等[14]對氣調貯藏條件下‘皇家嘎啦’的香氣變化進行了討論,發(fā)現氣調貯藏可以抑制香氣中酯類物質的生成。以上實驗都是對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,關于多品種蘋果香氣成分分析的研究較少。

本試驗對19個蘋果品種香氣成分的種類與含量進行測定,通過聚類分析與特征香氣含量的高低對它們進行分類,旨在明確不同品種蘋果的主要香氣成分,比較不同品種蘋果間香氣成分的差異,確定影響蘋果風味的主要香氣物質和香氣較濃的品種,為今后的育種工作提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本研究中19個蘋果品種 于2017年采自甘肅省平涼市靜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),地勢平坦,土壤肥沃,平均海拔1600 m。本地屬暖溫帶半濕潤半干旱氣候,四季分明,氣候溫和,光照充足,年均氣溫7.1 ℃,無霜期159 d,年均日照時數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。在蘋果可采成熟期(九成熟即全樹約有75%的果實表現出該品種固有的性狀、種子變褐)采摘果實,每個品種隨機抽取20個蘋果待測,采后24 h內進行揮發(fā)性物質的采集和測定。19個品種的編號、名稱、成熟期以及采收時間見表1。

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

75 μm CAR/PDMS手動SPME進樣手柄、萃取頭 上海安譜科學儀器有限公司;TRACE 1310型氣相色譜-質譜聯用儀 美國Thermo Scientific公司;HH-S型恒溫水浴鍋 金壇市恒豐儀器廠。

1.2 實驗方法

揮發(fā)性物質測定參照葉萌祺[15]的方法,稍有改進。每個品種取10個果實,洗凈,晾干表面水分,切碎混勻,用小型榨汁機打碎。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。再將萃取頭插入設置好條件的GC-MS進樣口,推出纖維頭。于220 ℃解析5 min。抽回纖維頭后拔出萃取頭,同時啟動儀器采集數據,每個品種三個平行試驗。色譜條件:色譜柱OV-1701(60 m×0.25 mm×0.5 μm);進樣口溫度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:未知化合物質譜圖經計算機檢索同時與NIST library和Wiley library 2個質譜庫相匹配,并結合人工圖譜解析及資料分析。試驗僅報道正反匹配度均大于800(最大值1000)的鑒定結果,定量方法:選擇2-辛醇為內標,其濃度為88.2 ppm,體積為50 μL,采用SIM(選擇離子檢測)方式定量。

計算香味各組分的含量(μg/g)=[各組分的峰面積/內標的峰面積×內標濃度(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 數據處理

每個品種三個平行試驗,測定結果用“平均值±標準差”表示,采用Excel軟件對數據進行統(tǒng)計處理。采用SPSS 19.0軟件進行聚類分析,聚類分析是指按照某種選定的方法(距離或者相似系數)計算每兩類之間的關系,將關系最為密切的兩類合為一類。

2 結果與分析

2.1 19個蘋果品種果實香氣成分

采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術對蘋果樣品的香氣物質進行檢測,結果見圖1。所有樣品中檢測到主要的香氣成分(如表1),其中包括酯類物質8種、醇類物質2種、醛類物質2種、酸類物質2種、酚類物質2種、其他類3種。依據成分分析來看,19個品種中香氣總量相對較高的是:‘宮崎短枝(P5)’、‘煙富3號(P8)’、‘無銹金矮生(P11)’和‘皮諾娃(P17)’,‘柱狀蘋果(P19)’和‘艾斯達(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個品種檢索出的香味物質中,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,這些物質在絕大多數樣品中的含量都較高,可作為品種的主要香味物質。

表2 19個蘋果品種主要香氣成分質量分數(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(P8)香味物質的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到其特有的相對含量較高的組分:‘288(P3)’中2-甲基丁酸乙酯的含量是6.48 μg/g,其他品種都未檢測出,‘無銹金矮生(P11)’中異戊酸己酯的含量高達6.15 μg/g,‘寒富(P9)’中2-甲基丁酸高達4.23 μg/g,‘宮崎短枝(P5)’、‘煙富3號(P8)’和‘皮諾娃(P17)’中乙酸己酯的含量都高達10 μg/g以上。

2.2 19個蘋果品種的聚類分析

如圖2通過各類香氣化合物的總含量對19個蘋果品種進行聚類分析,把19個蘋果品種分為5組,第一組包括1個品種:‘無銹金矮生(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個品種:‘宮崎短枝(P5)’,‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(P8)’,這三個品種的酯類較高,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個品種:‘成紀一號(P16)’,‘嘎啦(P1)’,‘艾達紅(P18)’,‘喬納金(P7)’,‘2001/M26(P10)’,‘黃色27(P6)’,‘黃色40(P2)’,‘柱狀蘋果(P19)’,‘艾斯達(P15)’,這9個品種的酯類偏低,其它香氣含量處于平均水平。第五組包括5個品種:‘288(P3)’,‘煙富1號(P12)’,‘紅蓋露(P4)’,‘富士美滿(P13)’和‘靜寧1號(P14)’,這5個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 不同品種蘋果的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of different cultivars of apple

2.3 19個蘋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,所以對果實香氣的貢獻也不同,僅憑某種香氣成分含量的高低不能準確判斷其對樣品整體香氣貢獻的大小。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的特征香氣成分,特征香氣對果實香味起主要作用。根據已發(fā)表的各香氣成分的香氣閾值,19個參試蘋果品種共檢測到13種特征香氣,從香氣值可以看出,19個參試蘋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個參試蘋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其他香氣成分均較高。通過特征香氣總量把19個蘋果品種分為了五類,第一類包括3個品種:‘宮崎短枝(P5)’,‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(P8)’,它們的特征香氣總量較高,都在5000以上。第二類包括5個品種:‘288(P3)’,‘煙富1號(P12)’,‘紅蓋露(P4)’,‘富士美滿(P13)’和‘靜寧1號(P14)’,它們的特征香氣總量在2000-3100之間。第三類包括9個品種:‘成紀一號(P16)’,‘嘎啦(P1)’,‘艾達紅(P18)’,‘喬納金(P7)’,‘2001/M26(P10)’,‘黃色27(P6)’,‘黃色40(P2)’,‘柱狀蘋果(P19)’,‘艾斯達(P15)’,它們的特征香氣總量較低,在700-2000之間。第四類包括1個品種:‘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個品種:‘無銹金矮生(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個蘋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蘋果育種的重要目標之一[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現這一目標的重要途徑。研究發(fā)現,蘋果中香氣成分有酯類、醛類、醇類和烴類等[23-25],目前已檢測出的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的氣味,大多數研究發(fā)現2-己烯醛、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯、2-己烯醇、乙酸己酯等對果實風味的影響很大[27-29],雖然成分含量非常少,但由于其具有較低的閾值,所以能夠影響果實的整體香味[30-31]。本試驗對所有樣品中檢測到的揮發(fā)物進行統(tǒng)計發(fā)現共有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果風味的主要成分,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‘綠蘋果味型’。

19個蘋果品種中‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(P8)’的特征香氣總量較高,都在5000以上。主要由于這三個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,所以這三個品種是典型的‘果香型’品種,‘無銹金矮生(P11)’作為一個黃色品種,它的香氣成分在各方面都表現的比較突出,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個品種中都較高,所以‘無銹金矮生’香氣濃郁,為適宜本地栽培的品種之一。通過各類香氣化合物總含量對19個蘋果品種進行聚類分析可得:‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’和‘煙富3號(P8)’這三個品種的酯類較高,‘無銹金矮生(P11)’各類化合物的總含量都比較高,這個結果與特征香氣值的分析結果基本一致,所以‘宮崎短枝(P5)’、‘皮諾娃(P17)’、‘無銹金矮生(P11)’和‘煙富3號(P8)’為靜寧本地栽培的香氣較濃的品種。

4 結論

研究分析了甘肅靜寧地區(qū)19個蘋果品種香氣物質含量,對尋找具有特異香氣的蘋果品種以及對在靜寧地區(qū)蘋果品種的引種提供了有效的研究方法。在靜寧地區(qū)獨特的地理氣候條件下,19 個蘋果品種中共檢測出有82種香氣成分,通過檢測與分析得出: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果風味的香氣物質。香氣總量相對較高的是:宮崎短枝、‘皮諾娃’、‘無銹金矮生’和‘煙富3號’,這四個品種具有濃郁的‘酯類型’香氣成分,這將為今后育種者選擇親本提供參考。