貴州3個產區“奧尼爾”藍莓揮發性成分和礦質元素檢測與分析

周 熒,文光琴*,聶 飛

(1.貴州省植物園,貴州貴陽 550004;2.藍莓貴陽綜合試驗站,貴州貴陽 550004)

藍莓(Vacciniumspp.)又名都柿、黑豆樹、篤斯越橘等,為杜鵑花科越橘屬多年生漿果類叢生灌木[1]。藍莓果肉細膩、清爽可口、香氣獨特;同時藍莓果實富含礦質元素、維生素、類黃酮、花青苷等活性物質;具有延緩衰老、改善視力、預防癌癥、降血壓、降膽固醇、預防心血管疾病等功能[2-5]。

外觀及風味是影響果實品質最重要的因素,這些因素通過果實的色澤及香氣反饋[6]。香氣是衡量藍莓果實品質的關鍵因素之一,能直觀評價藍莓品質。多種揮發性成分共同作用構成藍莓獨特的香味,同品種不同產區藍莓果實所含揮發性成分種類和含量均有所不同,致使藍莓的風味存在差異性[7]。礦質元素對維持人體機能的正常運轉與平衡起著重要作用[8],礦質元素的研究多存在于各種蔬菜、水果、中草藥等中[9-11],不同產區藍莓品種揮發性成分和礦質元素含量研究較少。該研究利用頂空固相微萃取、氣相色譜-氣質聯用儀和微波消解、電感耦合等離子體發射光譜儀,對貴州3個產區(高坡、惠水、麻江)栽培的高叢藍莓品種“奧尼爾”揮發性成分和礦質元素進行測定分析,探索其果實揮發性成分及礦質元素與生態環境的關聯性,為育種和風味評價提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1試材。2019年5月在貴陽花溪高坡(106°49′E、26°16′N,海拔1 060 m)、惠水縣三都鎮藍莓基地(106°36′E、26°01′N,海拔920 m)、麻江縣龍山鎮海升基地(107°72′E、26°37′N,海拔760 m)3個藍莓產區采摘高叢藍莓“奧尼爾”為試驗材料。采摘藍莓果實時選擇5年以上遠離公路且生長狀態良好的藍莓樹種,從每株藍莓樹頂部東南西北4個方向采摘成熟度相似的藍莓果實,帶回實驗室,放置于-80 ℃的冰箱冷凍備用。

1.1.2試劑。乙醇、氯化鈉,天津市科密歐化學試劑有限公司;正己烷(色譜純)、C7～C40飽和烷烴混合標準品、二辛醇,北京科創欣達科技有限公司;硝酸、過氧化氫,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;無機元素混合標準物質和磷溶液標準物質國家標準物質資源共享平臺。

1.1.3儀器與設備。氣相色譜-質譜聯用儀7890B/7000C-GC/MSD(Agilent,美國);三合一自動進樣器(InLab,中國);微波消解儀 MARS CEC、電感耦合等離子體發射光譜儀ICP-OES(Thermo,美國);電熱恒溫鼓風干燥箱(XMTD,中國);電子天平,感量為0.000 1 g(梅特勒-托利多儀器有限公司,瑞士);50 mL塑料容量瓶、透明圓底頂空進樣瓶及金屬蓋、萃取頭 50/30 μm 二乙烯苯/碳篩/聚二甲基硅氧烷(色譜科公司,美國)。

1.2 試驗方法

1.2.1揮發性成分檢測方法。藍莓果實揮發性成分測定參照Rodriguez-Saona等[12]的處理方法,并加以適當修改。液氮將藍莓果實速凍后快速研磨成粉末,稱取1.00 g于20 mL頂空瓶中,同時加 0.10 g NaCl與10 μL 28.39 mg/kg內標物質(二辛醇/乙醇溶液),密封上樣。每個品種都進行3次重復。

用氣相色譜-氣質聯用儀對樣品進行分析;采用頂空-固相微萃取法萃取,自動進樣。樣品在40 ℃、400 r/min條件下孵化20 min,萃取30 min,萃取頭于250 ℃解吸附3 min。氣相色譜條件:HP-5 ms(30 m×250 μm×0.25 μm)色譜柱,氦氣(He)載氣,1 mL/min流速,1 μL進樣體積,3∶1分流比。升溫梯度參考彭歌等[13]的方法:40 ℃持續2 min,以1 ℃/min 升溫至45 ℃并持續2 min,以0.5 ℃/min 升溫至48 ℃,以2 ℃/min 升溫至58 ℃,以0.5 ℃/min升溫至62 ℃,以2 ℃/min 升溫至90 ℃,以5 ℃/min 升溫至130 ℃,以15 ℃/min 升溫至250 ℃,之后運行溫度為210 ℃,持續2 min。質譜條件:質譜檢測器采用EI模式,電子能量為70 eV;質譜檢測范圍為45～600m/z。進樣口、離子源與轉移線溫度分別為250、230、280 ℃。

運用質譜圖工作站以及保留指數(RI)對質譜圖進行定性分析。利用峰面積歸一化法進行定量,以各組分峰的峰面積占所有峰的總面積的比例為該化合物的相對含量,以二辛醇/乙醇溶液為內標物計算釋放量。

參考康露等[15]的方法配制標準溶液,Fe、Cu、Ba、Cr、Mn、Zn和Mg配制成0、0.05、0.25、0.50、2.50、10.00 μg/mL的無機元素混合標準液;Al、Ca、Na和K配制成0、0.1、0.5、1.0、5.0、20.0 μg/mL的無機元素混合標準液;P元素配制成0、0.5、2.0、5.0、10.0、100.0 μg/mL的標準液。按照各礦質元素對應的波長(表1)以及ICP-OES條件進行檢測。ICP-OES條件:射頻功率為1 500 W,氬氣純度99.99%,等離子體氣流速為15 L/min,輔助氣流量為0.40 L/min,載氣流量為0.80 L/min,霧化室溫度為2 ℃,2次重復。

表1 礦質元素及檢測波長

2 結果與分析

2.1 藍莓揮發性成分分析將3個產區“奧尼爾”樣品用熱脫附-GCMSD 分析,得到總離子流對比圖,如圖1所示。由表2可知,3個產區“奧尼爾”中共檢測出48種揮發性成分,包括10種醇類物質、10種醛類物質、12種酯類物質、7種苯環類物質和9種其他類物質。惠水、高坡、麻江3個產區揮發性成分總含量分別為2 113.51、1 944.65 和1 008.65 μg/g。

圖1 3個產區“奧尼爾”品種揮發性成分的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile components of the ‘O′Neal’ variety in the three production areas

表2 3個產區“奧尼爾”揮發性成分及含量

結合圖2～3可知,3個產區“奧尼爾”的揮發性物質種類數量以及相對含量不一致,在高坡醇類和酯類種類均為10種,但酯類含量略高于醇類,相對含量分別為33.32%和29.30%;惠水產區酯類數量最多,其相對含量高達60.37%,明顯高于其他類物質;麻江產區醛類和酯類揮發性成分數量一致,但在相對含量上醛類物質最高,為30.10%。

圖2 3個產區“奧尼爾”揮發性成分數量Fig.2 Quantity of volatile compounds of the ‘O′Neal’ in the three production area

圖3 3個產區“奧尼爾”揮發性成分相對含量Fig.3 Relative content of volatile components of ‘O′Neal’ in three production areas

圖4 3個產區“奧尼爾”微量元素含量Fig.4 Trace element of ‘O′Neal’ in the three production areas

3個產區“奧尼爾”中均含有正己醇、2-乙基己醇、反式p-薄荷腦2,8-二烯醇等29種揮發性成分。醇類物質中以芳樟醇、正己醇和反式p-薄荷腦2,8-二烯醇為主,芳樟醇具有百合香和檸檬香,植物中綠萼青蒂常含有此類香味;正己醇具有橘香和果香,廣泛存在于柑橘類、漿果等水果及茶葉中;反式p-薄荷腦2,8-二烯醇有淡淡的青香氣味[16-17]。反式-2-己烯醛和己醛在“奧尼爾”中含量較高,占醛類物質的90%以上,為主要醛類物質。反式-2-己烯醛具有青香、果香、辛香和脂肪香,濃度較低時有令人愉快的綠葉清香和水果香氣;己醛有果香氣味,廣泛存在于蘋果、草莓、茶葉等物質中[18]。酯類中僅有異戊酸乙酯和異戊酸甲酯含量較高,高坡、惠水和麻江這2種酯類物質含量分別為600.54、1 198.86和201.32 μg/g,占酯類物質的90%左右;異戊酸乙酯類似蘋果、香蕉香氣,可以用制作香料、香精等;異戊酸甲酯具有藥草香、甜香氣味[19]。苯環類在“奧尼爾”中含量較低。其他類物質中右旋萜二烯含量較高,具有清淡花香氣味。

2.2 藍莓礦質元素分析從表3可以看出,3個產區“奧尼爾”共檢測12種礦質元素,包括5種微量元素(Fe、Cu、Mn、Zn、Cr),7種常量元素(Al、Ba、Ca、Mg、Na、K、P)。

表3 3個產區“奧尼爾”藍莓礦質元素含量

3個產區藍莓果實微量元素中Fe和Mn含量相對較高,分別為100.64～113.55和41.62～61.28 mg/kg;Cr含量相對較低,僅在5.44～8.02 mg/kg。Fe元素參與人體多種蛋白質組成和生理生化反應,為人體提供能量;在植物生長過程中,Fe與植物光合作用、呼吸和生物固氮等有關[20]。Mn元素能夠維持人體正常的糖代謝和脂肪代謝,在植物中,Mn元素是葉綠體的構成部分,參與氧化還原過程,同時能夠加速花粉萌發、花粉管的伸長,提高植株結實率和抗病蟲能力[21]。Fe、Cu、Zn 3種微量元素在3個產區沒有明顯差異,但Mn和Cr元素在惠水明顯高于其他2個產區。

常量元素中K和Ca含量相對較高,分別為3 987.63～4 551.79和1 969.77～2 170.01 mg/kg;但Ba含量僅在3.82～5.56 mg/kg。Ca元素能夠強化神經系統細胞的神經傳導功能,植物中Ca元素是細胞膜中層果膠鈣的重要組成成分,可增加細胞的堅硬度,增強果實的貯藏能力。K元素可促進蛋白質的合成,增加維生素的含量,同時防止細胞失水,提高抗旱、抗寒、抗病和抗倒伏的能力;K元素還可使果實膨大,提高果實的含糖量及貯運性能[22-23]。

“奧尼爾”果實中Mg和Ba元素在高坡含量分別為580.81和5.56 mg/kg,顯著高于惠水和麻江;Ca和Na元素含量在3個產區無顯著差異;K和P元素在麻江含量分別為3 987.63和486.49 mg/kg,顯著低于其他2個產區;Al元素在麻江含量最高,在高坡含量最低。

礦質元素在3個產區差異明顯,高坡含量最高,為8 510.27 mg/kg;惠水次之,為8 277.10 mg/kg;麻江最低,為7 818.01 mg/kg。

3 討論與結論

該研究對3個產區“奧尼爾”揮發性成分進行檢測分析,共檢測到48種揮發性成分,高坡產區主要的揮發性成分為酯類和醇類物質;惠水產區以酯類物質為主要揮發性成分;麻江產區醛類、酯類和醇類相對含量較高,這可能與采摘時間和成熟時期有關;但異戊酸乙酯、芳樟醇、己醛、右旋萜二烯和反式-2-己烯醛這5種揮發性成分在3個產區均為主要成分,構成了“奧尼爾”獨特的風味。

“奧尼爾”中微量元素Fe和Mn含量較高,Cr含量較低;常量元素Ca、K含量較高,Ba含量較低,Fe、Cu、Zn、Ca和Na在3個產區含量無明顯差異,說明“奧尼爾”果實中礦質元素與地理位置無關,與藍莓對不同礦質元素吸收能力不同有關。這可能與貴州地帶性土壤礦質元素分布不均及個體藍莓對礦質元素吸收能力不同有關。