鲁丽苹果在不同产地果实风味及品质差异分析

2023-07-27 14:46王森何平王海波高文胜常源升何晓文郑文燕李林光
果树学报 2023年6期
关键词:香气

王森 何平 王海波 高文胜 常源升 何晓文 郑文燕 李林光

摘要:【目的】风味是苹果的重要品质因子,明确不同产地鲁丽苹果果实风味品质指标的差异,探究环境因子对苹果果实风味的影响,对筛选适生区、改善果实风味具有重要意义。【方法】选取山东、河北、辽宁、新疆、陕西、山西、安徽等7 个苹果主产省份17 个县(市、区)鲁丽苹果果实为研究对象,对其单果质量、硬度,以及可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量等常规品质指标,以及糖酸组分含量、香气成分进行检测,分析不同产地鲁丽苹果果实风味品质差异。【结果】不同产地果实平均单果质量为196.71 g,果实的果形指数差異不大,在0.83~0.99 之间,变异系数仅为4.53%,阿克苏、广饶和平度果实硬度相对较高,在10.00 kg·cm-2以上;新疆阿克苏鲁丽苹果的可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量均为最大值。果实中糖组分中以果糖含量最高,其含量(w)范围为30.94~55.08 mg·g-1,葡萄糖和蔗糖含量略低于果糖;果实中的有机酸以苹果酸为主;检测出香气成分65种,其中酯类31种,醇类22种,醛类6种,萜烯类2种,其他类4种。【结论】不同的产地对鲁丽果实品质指标影响较大,烟台蓬莱地区具有最大果实单果质量,阿克苏具有高糖高酸的特点,果实香气类型可划分为“果香型”。

关键词:鲁丽苹果;不同地区;风味品质;香气

中图分类号:S661.1 文献标志码:A 文章编号:1009-9980(2023)06-1135-11

我国苹果栽培面积、总产量、人均占有量与出口量均居世界第一,是世界上最大的苹果生产和消费国[1]。苹果种植区域在我国广泛分布,涉及25 个省份,除黄土高原、环渤海、黄河故道和西南冷凉高地产区等四大主产区外,在部分省份如内蒙古、黑龙江、新疆等地还有特色的生产区分布[2]。因受土壤特性、海拔和气候环境的影响,不同种植地区果实质量、着色、糖酸含量等品质指标存在差异,从而导致产地之间的风味差异[3]。风味是苹果的重要品质因子[4],不仅决定了其食用性,而且使其具有了区别于其他水果的风味特点[5]。目前研究认为果实风味是果实的内在品质,由味感和嗅感构成[6]。味感以甜味、酸味为评价指标,并依此将苹果分为甜、酸甜、酸甜适度、甜酸和酸5 类[7];嗅感是由嗅觉感知到的果实中大量混合挥发性芳香物质,包括酯、醇、醛、酮等香气成分[8]。随着我国自育苹果品种日益丰富和多样化,新品种在不同地域环境下果实风味品质差异的相关研究受到越来越多的关注[9],对影响果实品质的环境因子的研究,可以筛选适生区,生产具有独特风味的果品[10]。产地环境的不同可以通过果实糖、酸、香气等不同的风味指标表现出来[11]。温度决定果树生长和品质的形成,苹果生长旺季时18~24 ℃可以促进同化作用,提高果实糖分积累量[12];果树的生长状况与其所处的光环境密切相关,光强较弱的条件下,果实中糖的积累量明显减少,黄酮的积累量也随之降低[13-14],红光和蓝光的光谱分别能促进可溶性糖的积累和叶绿素的合成[15-16]。目前关于苹果风味的研究大多集中在不同品种的比较方面[17-18],对于不同产地果实风味差异的研究较少,尤其是新品种在不同产区的表现情况鲜有报道。笔者在本研究中以采自17 个地区鲁丽苹果为试验材料,对果实糖、酸组分及香气物质进行测定,通过比对分析,明确在不同地区果实品质差异,为进一步推广和应用提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 材料

果实样品分别采自山东、辽宁、新疆、山西、安徽及河北的17 个县(市、区)(表1)。各产地通过淀粉-碘染色法确定果实成熟后,选择果树树龄相当、栽培管理和树势基本一致的果园进行采果。随机选取5株健壮、无病虫害的果树,在树冠外围、离地1.5 m以上的位置选择无机械损伤、无病虫害的成熟果实。每个果园采果实50个,带回实验室4 ℃低温保存备用。

1.2 测定方法

1.2.1 品质指标测定平均单果质量:随机选取30个苹果进行称量,计算平均值;果形指数:使用游标卡尺测量果实纵径和横径,计算纵横径比值;硬度:在果实赤道处阴阳两面去皮后,用GY-1 型硬度计测定果实硬度;可溶性固形物含量:用PAL-1 型数字糖度计进行测定;采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量;可滴定酸:采用GMK-855F 便携式酸度计测定可滴定酸含量;糖酸比:可溶性糖与可滴定酸的比值。

1.2.2 糖酸组分测定将苹果切碎后,称取10 g样本,加入40 mL 水研磨捣碎成浆,超声浸提60 min,8000g离心10 min,取出上清液。上清液定容至40 mL。取适量上清液用针头式过滤器过滤后,用水稀释5 倍后上机检测。使用Waters 1525 高效液相色谱仪和RIGOL L3000 高效液相色谱仪进行测定。糖组分检测条件:使用Multospher Sugar 色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),柱温40 ℃,流动相:乙腈、水体积比70∶30,流速为1.0 mL·min-1,进样体积为10 μL。酸组分检测条件:色谱柱使用Kromasil C18 反相色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),柱温30 ℃ ,流动相:0.1 mol ·L-1的磷酸二氢钠溶液(pH=2.5)、甲醇体积比95∶5,流速为1.0 min,检测时长20 min,进样体积10 μL,检测波长214 nm。

1.2.3 挥发性物质测定采用顶空固相萃取(HSSPME)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测果实香气成分。首先进行萃取头的老化,选用的是PDMS/DVB 黑色萃取头,厚度为65 μm。老化温度为250 ℃ ,时间为0.5 h。将苹果解冻后迅速切成0.2 cm×0.2 cm×0.2 cm的碎块并混匀准确称取5 g样品放入50 mL的锥形瓶中,并加入3 μL内标物2-辛醇(0.016 44 g·L-1),用锡箔纸进行密封。将准备好的样品瓶放置在磁力搅拌器上,设定温度为40 ℃,同时将老化好的萃取头插入到样品瓶中进行固相顶空萃取30 min,吸附成分后立即注射至GC进样口进行解析。解析时间为5 min。色谱条件;选用Restek Rtx-5MS;进样口温度230 ℃;柱温40 ℃保持3 min,以6 ℃·min-1升至120 ℃,以10 ℃·min-1升至180 ℃;最后以15 ℃·min-1升温至230 ℃并保持7 min。质谱条件:载气He气,柱流量1.0 mL·min-1,电离方式EI,电子能量70 eV,离子源温度200 ℃,扫描质量范围45~450 amu。

挥发性成分的定性方法:未知化合物经计算机检索,同时与质谱库NIST17-1、NIST17-2、NIST17-S相匹配,确认各种挥发性成分。定量方法:根据公式计算出各组分的含量(w):各组分含量(μg·g-1)=各组分峰面积(/ 内标峰面积×m)×C内标×V 内标×1000;m:样品质量(g);C内标:内标质量浓度(g·L-1);V内标:内标体积(μL)。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2017 软件进行数据统计和分析,采用SPSS 19.0 软件进行差异显著性分析,使用Origin2018 作热图。

2 结果与分析

2.1 不同产地鲁丽果实主要品质比较

17 个产地鲁丽果实品质指标的测定结果如表2所示,由表2 可知,除果形指数外,其他几项指标变异系数均在10%以上,可见不同产地间果实品质差异较大。烟台蓬莱产地果实单果质量最大,为260.87 g,显著高于其他产地,最小的为山亭,为148.81 g;不同产地果实的果形指数差异不大,在0.83~0.99 之间,变异系数仅为4.53%,离散程度较小;阿克苏、广饶和平度产地果实硬度相对较高,在10.00 kg ·cm-2以上,蒙阴、茌平、即墨和阳谷产地果实硬度较低,低于8.0 kg ·cm-2;阿克苏产地果实可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸含量均有最大值,3 种品质指标含量分别为最低产地的1.67 倍、1.64 倍和2.27 倍,果实高糖高酸的特点可能与当地高日照时数和昼夜温差有关[19];糖和酸的比例很大程度上影响果实的甜酸口味,糖酸比以山亭产地的最高,为81.64,台安最低,为30.93,且7 项果实品质指标中,糖酸比变异系数最高,说明地域因素对鲁丽苹果甜酸风味影响较大。

2.2 不同产地鲁丽果实糖酸组分差异分析

从表3可以看出,17个产地鲁丽苹果果实中4种糖组分存在显著差异。果实糖组分中以果糖含量最高,其含量范围为30.94~55.08 mg·g-1,其中黄三角、万荣、广饶等地果糖含量较高,在50.00 mg·g-1以上,茌平含量最低,为30.94 mg·g-1;葡萄糖含量仅次于果糖,平均含量为18.05 mg·g-1,除蒙阴、平度产地外,其余产地葡萄糖含量均高于蔗糖含量;果实中蔗糖含量差异较大,含量最高的蒙阴产地为22.84 mg·g-1,是含量最低的台安的6.78 倍;各产地果实中山梨醇含量较低,平均含量为4.64 mg·g-1,仅阿克苏山梨醇含量高于10 mg·g-1,其他产地含量在0.51~8.33 mg·g-1之间。

从表3 可以看出,不同产地鲁丽果实中,有机酸均以苹果酸含量最高,平均含量为2547.81 μg·g-1,是苹果中最主要的有机酸;酒石酸含量次于苹果酸,含量范围为321.58~564.11 μg·g-1,阿克苏和广饶产地的酒石酸含量较高,在550 μg·g-1以上,低于400 μg·g-1的产地为台安和茌平;各产地果实中草酸、柠檬酸、琥珀酸含量较低,平均含量分别为138.01、107.09 和85.57 μg · g-1。同一产地不同酸组分含量有较大差异,阿克苏产地果实苹果酸和酒石酸含量较高,而琥珀酸含量较低;山亭产地果实5 种酸组分含量均处于较低水平;阳谷产地果实酒石酸、柠檬酸、琥珀酸含量较高,苹果酸和草酸含量为中等水平。

2.3 不同产地鲁丽果实香气分析

17 个产地鲁丽苹果主要挥发性物质种类如图1所示,主要有酯类、醇类、醛类组成,还有萜烯类及其他香气成分,挥发性物质含量和种类的差异构成了苹果香味的特异性。界首、阳谷地区果实主要的香气种类分别是醛类和醇类,占其香气成分总含量的48.49%和37.01%;其余15 个产地鲁丽果实挥发性物质均以酯类为主,占总香气的48%以上。酯类成分含量在高密表现最高,为711.49 μg · kg-1,乐陵次之,其成分含量为676.26 μg · kg-1,界首酯类含量最低,仅占其香气成分总含量的36.87%。果实香气中醇类物质含量在85.69~348.35 μg·kg-1,阳谷的醇类物质含量最高,是含量最低的界首的4.07 倍。17 个地区果实香气中醛类物质平均含量为220.55 μg·kg-1,醛类含量大于250 μg·kg-1的地区有7 个,其中阿克苏最高,为301.91 μg·kg-1。果实中萜烯类香气成分含量較低,最高的为阳谷,含量为75.76 μg · kg-1,茌平和界首未检测出萜烯类物质。

由图2 可知,17 个产地鲁丽果实共检测出香气成分65 种,其中酯类31 种,醇类22 种,醛类6 种,萜烯类2 种,其他类4 种。在各产地中,台安香气成分最丰富,共检测出41 种香气成分,其次是广饶,检测出38 种成分,界首香气成分最少,仅检测出17 种。17 个地区鲁丽果实共有香气成分13 种,分别为:乙酸丁酯、2-甲基丁基乙酸酯、乙酸己酯、2-甲基丁酸丁酯、丙酸己酯、2-甲基丁酸己酯、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇、己醇、2-乙基己醇、正己醛、2-已烯醛和草蒿脑;独有的香气成分有17 种,包括9 种酯类,6种醇类,1 种醛类和1 种酮类。

在果实香气成分含量方面,各产地果实香气成分含量差异较大,以高密香气总含量最高为1 241.09 μg·kg-1,黄三角香气含量次之为1 071.17 μg·kg-1,界首香气成分总含量最低,仅为585.25 μg·kg-1。酯类物质中2-甲基丁基乙酸酯和乙酸乙酯含量最高,二者平均占其所含酯类成分含量的64.31%,乙酸乙酯是苹果中常见的香气成分,在高密含量最高,在蓬莱表现最低;醇类成分以2-甲基-1-丁醇和己醇为主,阳谷己醇含量最高,占其所含醇类含量的72.24%,阿克苏含量最低,为阳谷的18.23%;醛类主要有己醛和2-已烯醛,其平均含量分别为86.91 μg · kg-1和126.69 μg·kg-1;萜烯类主要有D-柠檬烯和α-法尼烯;此外果实香气中还检测出少量醚类、酸类、酮类等成分。

2.4 不同产地果实糖酸与香气相关性分析

糖酸是众多代谢反应的前体和关键物质,其种类和含量与果实挥发性物质有明显相关性[20]。将果实香气成分与糖酸含量进行典型关联分析,初步分析了不同地区鲁丽果实糖酸含量和香气种类的相关性(图3)。由箭头方向及长短可知,不同的糖酸组分对香气种类的作用效果不同,葡萄糖、柠檬酸、琥珀酸和蔗糖箭头较长,说明这几种组分与香气关联性较高,果糖和苹果酸箭头最短,说明这两种组分对香气的作用比较有限。葡萄糖、山梨醇、果糖、酒石酸、柠檬酸与萜烯类呈正相关,与醇类呈负相关,柠檬酸和琥珀酸对酯类和醛类影响较大,均呈负相关,而与醇类、萜烯类呈正相关。

3 讨论

苹果果实品质包括外观品质和内在品质,其中,外观品质包括果个大小、果形、颜色等,内在品质包括可溶性固形物、糖、酸、香气等。研究发现由于海拔、光照、气温、降雨量及土壤条件等生长环境的不同,果实品质在不同产地存在显著差异[21-22]。本研究对17 个产地鲁丽果实外观性状和内在品质进行了较全面的研究。从外观性状看,鲁丽果实果形指数的变异系数<10%,离散程度小,说明地域差别对果实果形指数影响不大,这与张蕊芬等[23]的研究结果一致,产地环境无法改变果实形状,果实形状主要受植物内在基因调控[23-24]。前人[25]研究结果显示,可溶性固形物含量、含糖量与日照时数呈正相关。本研究中,万荣和阿克苏产地果实可溶性固形物、可溶性糖等的含量较高,这与当地日照时间长、昼夜温差大,有利于果实中糖分的积累有关,而台安由于纬度偏北,日照时数较少,其含糖量较低。

糖和酸参与果实发育过程多种物质的代谢,其含量和种类是影响果实风味的关键因素[26-27]。苹果中主要的可溶性糖是果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇,4种糖组分决定果实的甜度[28]。本研究得到与前人一致的结论,果实中含量最高的糖是果糖,其次是葡萄糖和蔗糖,山梨醇发现较晚,含量低,但在阿克苏产地山梨醇含量显著高于其他产地,这可能是当地长日照导致作为光合产物的山梨醇含量明显提升[29-30]。此外,本研究发现同在聊城的茌平和阳谷糖分含量差异较大,其原因可能与果园土壤性质差异有关。苹果中的有机酸可以稳定花青素,延长新鲜水果新鲜度及货架期,并且在苹果着色中发挥重要作用[31]。本研究结果表明,鲁丽果实有机酸以苹果酸为主,占总酸含量的67.72%~81.17%,属苹果酸型,这与冯娟等[17]、李娅楠等[32]在富士、金冠等品种的检测结果一致。不同于广饶,黄三角苹果酸和柠檬酸含量的显著提高,可能是由于其处于黄河滩涂区,海水侵袭严重,土壤盐分含量高,致使该地果实含酸量增加[33]。而在阿克苏产地含酸量高,则由海拔高、积温少导致[34-35]。

水果的风味除了味觉的差异外,另一个主要的区别是由于嗅感的不同。苹果的香气成分复杂,已鉴定出的香气成分超过300 种[36]。研究表明,苹果香气主要由酯类、醛类和醇类物质构成[37],特征性香气有20 多种。笔者在本试验中对17 个产地鲁丽果实香气物质进行测定分析,共检测到的挥发性物质65 种,香气成分中酯类、醛类和醇类物质的含量占总香气含量的86%以上。其中共有成分中己醛、乙酸己脂、2-甲基丁酸己酯、丙酸乙酯、2-己烯醛、2-甲基乙酸丁酯、α-法尼烯等在之前的研究中均有报道[38-39]。根据嗅感和香气阈值,大多数产地鲁丽果实呈“果香型”(乙酸己酯)[40]。虽然在不同产地鲁丽果实中酯类物质含量的占比不同,但从特征香气的含量和组成上来看,乙酸己酯的贡献更大,因此可将鲁丽苹果归为“果香型”苹果品种。果实在不同的栽培条件和环境条件下香气成分也会存在一定的差异,卜万锁等[41]研究结果显示过强或过弱的光强都会导致果实“果香型”成分积累量的降低,Jia 等[42]得出进一步结论,苹果果实在光照度为53%全日光时,“果香型”的酯类形成最多,而纬度位置与光照直接相关。在本研究中纬度较高的台安、固安以及纬度较低的界首产地果实酯类含量均处于较低水平,除个别地区外,其余地区均位于中间纬度,光照度适中,适度光照促进了酯类成分的合成和积累。阿克虽纬度较高但高海拔果园有利于酯类的积累[43]。

4 结论

笔者在本文中对不同产地鲁丽苹果果实外观品质和糖、酸、香气等风味品质指標进行了对比分析,结果表明,烟台蓬莱产地果实单果质量最大,硬度及可溶性固形物含量等指标均超过《鲜苹果》(GB/T10651—2008)中早熟苹果指标;东营黄三角农高区、运城万荣、东营广饶等地含有较多的果糖,阿克苏、平度、黄三角含有较多的苹果酸;鲁丽苹果香气物质丰富,共检测到65种,可划分为“果香型”。本研究初步探析了鲁丽在我国不同产地的主要果实品质表现,对确定鲁丽苹果在我国的适生区有一定的参考意义。

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