6个李品种果实功能性物质与香气成分分析

张 豫,祝 建,田 瑞,王 策,蒋迎春,吴黎明,叶缘铭

(湖北省农业科学院果树茶叶研究所/湖北省农业科技创新中心果树茶叶分中心/果树种质创新与利用湖北省重点实验室,武汉,430064)

李是蔷薇科(Rosaceae)李属(PrunusL.)植物,是分布最广泛的果树之一,全世界李植物有30余个种[1]。联合国粮食及农业组织(FAO)的数据表明,我国李产量位居世界李产量第一,占总产量的55.6%。主要栽培种类有中国李(P.salicina)、欧洲李(P.domestica)、杏李(P.simoniicarr)、樱桃李(P.ceradifera)和美洲李(P.spinosa)等[2]。李在我国各省区均有栽培,其中,中国李具有极强的适应性,是世界上商业化栽培最广泛的李种之一,南至广东省、北至黑龙江省均有栽培,其中南方品种群较为原始,遗传多样性丰富[3]。长江流域作为中国李的原始驯化中心,有着丰富的李种质资源,具有色泽多样、品质优良及营养丰富等特点[4-5]。有研究表明,在李果实成熟开始前,果皮中会开始大量积累花青苷,并且随着果实的成熟,总酚和类黄酮含量会呈逐渐降低的趋势[6]。酚类化合物是一类具有抗氧化性的次级代谢物,在李果实中有丰富的含量[7]。香气是李果实品质与风味的重要指标之一,是吸引消费者购买的主要因素之一[8]。有研究表明,李果实中挥发性物质以酯类、醇类、醛类、烷类以及酚类为主,可达100余种[9]。长期以来,对于优良李品种果实香气成分的研究不足,且关于不同李品种果皮和果肉色泽形成机制的研究报道较少。湖北省是长江流域重要李原产地和栽培地区,品种资源丰富。在湖北省内栽培李种质资源评价工作[4]基础上,筛选出在湖北省内栽培的“澳洲红”“樱桃李”“神农李”“胭脂李”“风味玫瑰”“味帝”等6份优异李资源,从果实色泽及多酚类营养成分方面进行对比研究,以期阐述果实色泽与多酚类营养成分的关系,为湖北地区李产业发展及品种选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料试样样品均采摘自湖北省随州市随县试验园,6个李品种的信息详见表1。样本树选取7年生正常生长发育的结果树。从5月下旬至7月上旬,根据每个品种自然发育成熟期进行采摘。每个品种选取长势一致的5株树,每株树在东、南、西、北四个方位各取1个成熟度一致、无机械损伤、无病虫害的果实,共20个果实进行测试分析。将果肉和果皮分开留样,液氮速冻后带回实验室置于-80 ℃冰箱备用。

图1 供试6个品种李果实的外观

1.2 方法花色苷、总酚以及类黄酮含量均采用分光光度计比色法测定。在正式测定前,采用表型差异较大的材料进行预试验,以确保测量结果在可信范围内。试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。每个指标的检测均设置3次生物学重复。

香气成分采用顶空固相微萃取法(HS-SPME)进行提取,气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定。以3-辛醇为内标试剂。称取果皮或果肉样品1.5 g,用液氮研磨后放入萃取瓶中,向瓶中加入NaCl 1.2 g、CaCl20.12 g和8.75 mg/L 3-辛醇5 μL,随后加入沸水20 mL,然后将装有50/30 μm DVB/CAR/PDM萃取头(试验前须在250 ℃老化15 min)的SPME手持器通过瓶盖的橡皮垫插入到萃取瓶中,在50 ℃水浴中平衡10 min,推出纤维头,吸附50 min后,取出并立即插入GC仪的进样口中,解吸附3 min,同时启动仪器收集数据。GC条件:HB-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm);升温程序为50 ℃保持5 min,以3 ℃/min升至180 ℃并保持2 min,然后以10 ℃/min升至250 ℃并保持3 min;进样口温度240 ℃,电子俘获检测器温度250 ℃;载气为高纯氦气;流速1.0 mL/min。MS条件:电子电离能量70 eV;质量扫描范围50～600 u;离子源温度230 ℃;四级杆温度150 ℃。对质谱图进行解析,鉴定和定性香气成分;比对内标物质含量和峰面积,对鉴定到的物质进行定量分析,香气物质含量定义为3-辛醇的相对含量。

1.3 数据分析数据采用Excel 2021软件进行处理和分析,采用Upsets软件[10]制图。

2 结果与分析

2.1 李品种果皮与果肉营养成分果皮与果肉间花色苷含量差异明显。果皮中含量为109.66～1 239.70 μg/g,平均486.06 μg/g。果肉中含量为10.58～147.52 μg/g,平均87.31 μg/g。含量平均值,果皮较果肉高近5倍。其中,果皮和果肉花色苷含量差异,以“风味玫瑰”最大,达15倍;以“樱桃李”最小。果肉花色苷含量在品种间存在显著差异,含量由高到低为樱桃李>神农李>澳洲红>玫瑰李>味帝>胭脂李,最高的为最低的2.6倍。果皮花色苷含量在品种间存在显著差异,含量由高到低为玫瑰李>澳洲红>神农李>胭脂李>味帝>樱桃李,最高的为最低的11.3倍。

果皮与果肉间类黄酮含量差异明显。果皮中含量为7.92～15.08 mg/g,平均12.34 mg/g。果肉中含量为4.89～9.39mg/g,平均6.86 mg/g。果皮较果肉高出80%。其中,“味帝”果皮与果肉的类黄酮含量差异最大,达1.2倍。果肉类黄酮含量在品种间存在显著差异,含量由高到低为玫瑰李>胭脂李>味帝>神农李>樱桃李>澳洲红,最高的为最低的1.9倍。果皮类黄酮含量在品种间也存在显著差异,含量由高到低为味帝>风味玫瑰>胭脂李>神农李>樱桃李>澳洲红,最高的为最低的1.9倍。

果皮中多酚含量达0.77～2.10 mg/g,平均1.68 mg/g。果肉中多酚含量为0.71～1.99 mg/g,平均1.24 mg/g。多酚含量平均值,果皮较果肉高出35%。其中,果皮和果肉的多酚含量差异以“神农李”“澳洲红”较大,分别达0.9和1.3倍。果肉多酚含量在品种间存在显著差异,含量由高到低为风味玫瑰>胭脂李>味帝>神农李>澳洲红>樱桃李,最高的为最低的2.8倍。果皮中的多酚含量在品种间也存在显著差异,含量由高到低为风味玫瑰>胭脂李、神农李>澳洲红>味帝>樱桃李,最高的为最低的2.7倍。

2.2 李品种果皮与果肉香气成分在6份李品种的果皮和果肉中共检测出79种香气成分。其中,“风味玫瑰”果皮香气成分最丰富,共检测出36种香气成分;其次是“味帝”果皮,检测出31种;“樱桃李”果肉香气成分最少,共检测出12种(见表2、表3和图3)。

图3 不同品种李果皮和果肉香气组分韦恩图

表2 不同李品种果皮香气成分含量 μg/kg

在供试材料中,仅检测出一次的物质,成为“特有”物质,其余成为“共有”物质。“澳洲李”果皮和果肉共检测到10种共有香气成分和3种差异物质,无特有香气成分。在“樱桃李”果皮和果肉中共有的香气成分为6种,果皮中相较于果肉差异鉴定到了15种香气组分,果肉中也含有6种区别于果皮特有的成分。与此类似,“神农李”“风味玫瑰”“味帝”均是果皮香气成分较果肉更丰富。然而,“胭脂李”果皮和果肉共有7中香气组分,果肉含有12种特有成分,果皮仅有9种特有成分。这些结果初步显示,大部分李品种果实的果皮相比较于果肉具有更加多样的香气物质,差异香气物质可能是导致李果皮风味区别于果肉风味的原因(见表2、表3、图3和图4)。

注:ns表示无显著性差异,*表示差异显著性为p<0.05,** 表示差异显著性为p<0.01,*** 表示差异显著性为p<0.001,**** 表示差异显著性为p<0.000 1.

在供试材料中,“风味玫瑰”果皮和果肉分别特异性地检测出11种和7种香气成分。辛基己酸酯、2-羟丙酰胺、顺-2-己烯-1-醇、乙酸叶醇酯、芳樟醇、(E,Z)-2-丁烯酸-3-己烯酯、丁酸辛酯、δ-癸内酯、2,5-二叔丁基酚、己酸苄酯、辛酸辛酯为“风味玫瑰”果皮特异性检出香气成分。(-)-β-蒎烯、对烯丙基苯酚、顺式5-辛烯-1-醇、正十九烷、4-异丙基甲苯、γ-松油烯、α-松油醇是“风味玫瑰”果肉特异性检出物质(见表2、表3、图3和图4)。

“澳洲红”果实共检测到16种香气组分,其果皮中含有大量特有的醇类物质,如:反式-2-已烯-1-醇363.68 μg/kg(具有强烈未成熟果实气味和愉快气味的无色液体),正己醇(具有特殊香味,常用作香精)252.28 μg/kg等,这些物质可能是构成澳洲红果皮特殊香气的主要成分。“樱桃李”果实共检测到27种香气组分,其果皮中含有顺式-3-己烯酸(属于羧酸或酯类香料)88.04 μg/kg,1-(2,6,6-三甲基-1,3-环己二烯-1-基)2-丁烯-1-酮(用于食用香料等)85.53 μg/kg等,但果肉中不含有这两种香气成分。就“澳洲红”“樱桃李”两种品种而言,同一品种果皮和果肉共有香气成分物质在果皮中大量存在,其含量可以是果肉的数十倍甚至百倍,这表明果皮中含有高浓度的香气组分,其中一些成分是食用香料的原料,可被开发利用,具有较高的加工价值(见表2、表3、图3和图4)。

“神农李”果实共检测到35种香气物质,果皮含2-甲基丁基乙酸酯(可用作食品香精)278.06μg/kg、3-己烯-1-醇(用于人造香料、醇类溶剂)187.99 μg/kg,果皮和果肉中共同含有2,4-二叔丁基酚(可用于制作天然橡胶和紫外线吸收剂)212.61 μg/kg。“胭脂李”果实共鉴定到28种香气物质,其果皮中含丁酸己酯(可用于配制多种水果的香精)204.20 μg/kg,果肉中特异性地含有2-已烯醛的达11.90 μg/kg。“胭脂李”是供试材料中唯一果肉中香气组分种类多于果皮的品种。与“澳洲红”“樱桃李”等广泛栽培的中国李相比,“神农李”“胭脂李”两种地方优良品种也表现出优异的综合品质,其果皮和果肉香气组分种类丰富,多种物质均具有优良的加工利用价值(见表2、表3、图3和图4)。

“风味玫瑰”果实共鉴定到54种香气组分,在所有供试材料中种类最多,其果皮中特异性的富含大量的辛酸己酯(具有青香的水果味道,可用于食品和日化香精)1 665.07 μg/kg和辛酸辛酯(具有绿茶类香气)1 346.53 μg/kg,果皮和果肉中共有丁香酚(果皮161.99 μg/kg、果肉6.85 μg/kg),常用于制作很多花的单方精油。“味帝”果实共鉴定到34种香气组分,大部分的物种为果皮和果肉所共有,果肉含有的乙酸乙酯(88.08 μg/kg)多于果皮(17.66 μg/kg),该物质常被用作香精香料;正己醛在果肉中的含量为89.86 μg/kg,在果皮中为15.04 μg/kg,该物质具有干草的清香风味;果皮中特有的顺式-3-己烯酸顺式-3-己烯酯含量为106.27 μg/kg,常用作于各种果香型的香精等。与其他供试材料相比,“风味玫瑰”“味帝”杏李杂种果实有更为丰富的香气组分(见表2、表3、图3和图4),这可能与其多样的遗传背景有关[11-13]。

对果皮和果肉共有的香气组分含量进行分析的结果表明,总体而言,果皮有更高含量的香气物质。“味帝”果皮和果肉共有香气物质最多,达到16种,多种物质在果皮和果肉中的含量无明显差异,果肉的正己醛含量显著高果皮。“樱桃李”果皮和果肉的香气物质含量明显低于其他5种供试材料(见表2、表3、图3和图4)。

3 讨论与结论

李果实的果皮和果肉色泽具有丰富的多样性[13],受花色苷、类黄酮和酚类等显色物质含量的影响。多酚是植物中具有多个酚基团的一类化合物,按结构差异,可简单分为类黄酮和酚酸等非类黄酮,李果实中多酚组分主要为酚酸[14]。酚酸本身不显色,但作为花色苷的辅色素可增强其色泽的稳定性[15]。类黄酮是广泛存在于蔬菜水果中的天然色素,因多呈黄色故名类黄酮,按照结构差异,可分为黄酮类、黄酮醇类、黄烷醇类和花色苷类等母核结构不同的一类化合物。花青素是植物色素中最重要的一类,自然状态下多以糖苷化形式存在于高等植物的有色器官中,主要将红、橙、蓝、紫等不同颜色呈现出来,其中,花和果实中的花色苷最为丰富[16]。

6个李品种果实,果皮的花色苷含量均高于果肉,与果实色泽表现一致。其中,杏李杂种“风味玫瑰”表现最为显著,果皮与果肉花色苷含量相差15倍,其果皮红色也较果肉深。这说明李果实红色形成的原因是花色苷的大量积累,与前人研究一致[17-18]。6个品种的果皮中,“味帝”的花色苷/类黄酮最低,仅它的果皮为黄底红盖;果肉中,“胭脂李”的花色苷/类黄酮最低,其果肉为黄色。说明当类黄酮中花色苷含量小于一定比例时,除花色苷外的其他类黄酮类物质便会使得果实的黄色显露出来。但“神农李”果肉中花青素占比大于“味帝”,其果肉表现为黄色,而“味帝”果肉则为红色。这说明除类黄酮外,李果肉黄色的形成可能还受其他色素物质的影响,如类胡萝卜素和叶绿素等[19]。

水果的抗氧化活性一直被认为可以促进人们身体健康,能预防多种癌症和衰老相关疾病。李果实中含有许多强抗氧化活性物质,如类黄酮和酚酸等酚类物质。有研究表明,红肉李的抗氧化水平与蓝莓相当[20]。李果实的抗氧化性与总酚含量呈显著正相关[19]。在本研究的6个李品种中,果皮和果肉总酚含量最高的是“风味玫瑰”,其次是“胭脂李”,果皮总酚含量高的往往果肉总酚含量也高。周丹蓉等[18]对李果皮花色苷和类黄酮与抗氧化性关系进行研究的结果表明,果皮抗氧化性与花色苷含量呈显著正相关,而与类黄酮含量的相关性较弱[21]。在本研究中,果皮花色苷和多酚的含量之间也存在强相关关系(r=0.66)。因此,李果皮红色越深,意味着其抗氧化性越强。

果实香气较为复杂,其组成和含量对果实香味产生显著的影响。目前已鉴定到李果实香气物质达到100多种[22-23]。在本研究供试的6个材料中,湖北省栽培的地方品种“神农李”“胭脂李”表现出较明显的香气组分含量特性,具有栽培利用和加工的潜力,与前人研究相似[24];杏李杂种“风味玫瑰”“味帝”具有最丰富的香气组分,这可能与其遗传背景和杂种优势相关。本研究还表明,李果实果皮和果肉共同含有香气组分,在果皮中的含量显著高于果肉,果皮还特异性地含有更多的香气组分,这些组分大多具有较高的深加工利用价值。

“风味玫瑰”“澳洲红”“神农李”“胭脂李”“樱桃李”“味帝”李品种的果实具有酸甜可口、营养价值高和风味浓郁等特性,具有很高的鲜食和加工价值。一方面具有发展为栽培品种的潜力,丰富现代水果产业,满足人们对于多样化健康果品市场的需求;另一方面,因其较高的营养价值,可被有针对性地开发为保健食品、贮藏加工食品以及开发相应的药物用于治疗人类疾病等。