贵州3个产区“奥尼尔”蓝莓挥发性成分和矿质元素检测与分析

周 荧,文光琴*,聂 飞

(1.贵州省植物园,贵州贵阳 550004;2.蓝莓贵阳综合试验站,贵州贵阳 550004)

蓝莓(Vacciniumspp.)又名都柿、黑豆树、笃斯越橘等,为杜鹃花科越橘属多年生浆果类丛生灌木[1]。蓝莓果肉细腻、清爽可口、香气独特;同时蓝莓果实富含矿质元素、维生素、类黄酮、花青苷等活性物质;具有延缓衰老、改善视力、预防癌症、降血压、降胆固醇、预防心血管疾病等功能[2-5]。

外观及风味是影响果实品质最重要的因素,这些因素通过果实的色泽及香气反馈[6]。香气是衡量蓝莓果实品质的关键因素之一,能直观评价蓝莓品质。多种挥发性成分共同作用构成蓝莓独特的香味,同品种不同产区蓝莓果实所含挥发性成分种类和含量均有所不同,致使蓝莓的风味存在差异性[7]。矿质元素对维持人体机能的正常运转与平衡起着重要作用[8],矿质元素的研究多存在于各种蔬菜、水果、中草药等中[9-11],不同产区蓝莓品种挥发性成分和矿质元素含量研究较少。该研究利用顶空固相微萃取、气相色谱-气质联用仪和微波消解、电感耦合等离子体发射光谱仪,对贵州3个产区(高坡、惠水、麻江)栽培的高丛蓝莓品种“奥尼尔”挥发性成分和矿质元素进行测定分析,探索其果实挥发性成分及矿质元素与生态环境的关联性,为育种和风味评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1试材。2019年5月在贵阳花溪高坡(106°49′E、26°16′N,海拔1 060 m)、惠水县三都镇蓝莓基地(106°36′E、26°01′N,海拔920 m)、麻江县龙山镇海升基地(107°72′E、26°37′N,海拔760 m)3个蓝莓产区采摘高丛蓝莓“奥尼尔”为试验材料。采摘蓝莓果实时选择5年以上远离公路且生长状态良好的蓝莓树种,从每株蓝莓树顶部东南西北4个方向采摘成熟度相似的蓝莓果实,带回实验室,放置于-80 ℃的冰箱冷冻备用。

1.1.2试剂。乙醇、氯化钠,天津市科密欧化学试剂有限公司;正己烷(色谱纯)、C7～C40饱和烷烃混合标准品、二辛醇,北京科创欣达科技有限公司;硝酸、过氧化氢,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;无机元素混合标准物质和磷溶液标准物质国家标准物质资源共享平台。

1.1.3仪器与设备。气相色谱-质谱联用仪7890B/7000C-GC/MSD(Agilent,美国);三合一自动进样器(InLab,中国);微波消解仪 MARS CEC、电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(Thermo,美国);电热恒温鼓风干燥箱(XMTD,中国);电子天平,感量为0.000 1 g(梅特勒-托利多仪器有限公司,瑞士);50 mL塑料容量瓶、透明圆底顶空进样瓶及金属盖、萃取头 50/30 μm 二乙烯苯/碳筛/聚二甲基硅氧烷(色谱科公司,美国)。

1.2 试验方法

1.2.1挥发性成分检测方法。蓝莓果实挥发性成分测定参照Rodriguez-Saona等[12]的处理方法,并加以适当修改。液氮将蓝莓果实速冻后快速研磨成粉末,称取1.00 g于20 mL顶空瓶中,同时加 0.10 g NaCl与10 μL 28.39 mg/kg内标物质(二辛醇/乙醇溶液),密封上样。每个品种都进行3次重复。

用气相色谱-气质联用仪对样品进行分析;采用顶空-固相微萃取法萃取,自动进样。样品在40 ℃、400 r/min条件下孵化20 min,萃取30 min,萃取头于250 ℃解吸附3 min。气相色谱条件:HP-5 ms(30 m×250 μm×0.25 μm)色谱柱,氦气(He)载气,1 mL/min流速,1 μL进样体积,3∶1分流比。升温梯度参考彭歌等[13]的方法:40 ℃持续2 min,以1 ℃/min 升温至45 ℃并持续2 min,以0.5 ℃/min 升温至48 ℃,以2 ℃/min 升温至58 ℃,以0.5 ℃/min升温至62 ℃,以2 ℃/min 升温至90 ℃,以5 ℃/min 升温至130 ℃,以15 ℃/min 升温至250 ℃,之后运行温度为210 ℃,持续2 min。质谱条件:质谱检测器采用EI模式,电子能量为70 eV;质谱检测范围为45～600m/z。进样口、离子源与转移线温度分别为250、230、280 ℃。

运用质谱图工作站以及保留指数(RI)对质谱图进行定性分析。利用峰面积归一化法进行定量,以各组分峰的峰面积占所有峰的总面积的比例为该化合物的相对含量,以二辛醇/乙醇溶液为内标物计算释放量。

参考康露等[15]的方法配制标准溶液,Fe、Cu、Ba、Cr、Mn、Zn和Mg配制成0、0.05、0.25、0.50、2.50、10.00 μg/mL的无机元素混合标准液;Al、Ca、Na和K配制成0、0.1、0.5、1.0、5.0、20.0 μg/mL的无机元素混合标准液;P元素配制成0、0.5、2.0、5.0、10.0、100.0 μg/mL的标准液。按照各矿质元素对应的波长(表1)以及ICP-OES条件进行检测。ICP-OES条件:射频功率为1 500 W,氩气纯度99.99%,等离子体气流速为15 L/min,辅助气流量为0.40 L/min,载气流量为0.80 L/min,雾化室温度为2 ℃,2次重复。

表1 矿质元素及检测波长

2 结果与分析

2.1 蓝莓挥发性成分分析将3个产区“奥尼尔”样品用热脱附-GCMSD 分析,得到总离子流对比图,如图1所示。由表2可知,3个产区“奥尼尔”中共检测出48种挥发性成分,包括10种醇类物质、10种醛类物质、12种酯类物质、7种苯环类物质和9种其他类物质。惠水、高坡、麻江3个产区挥发性成分总含量分别为2 113.51、1 944.65 和1 008.65 μg/g。

图1 3个产区“奥尼尔”品种挥发性成分的总离子流色谱图Fig.1 Total ion current chromatograms of volatile components of the ‘O′Neal’ variety in the three production areas

表2 3个产区“奥尼尔”挥发性成分及含量

结合图2～3可知,3个产区“奥尼尔”的挥发性物质种类数量以及相对含量不一致,在高坡醇类和酯类种类均为10种,但酯类含量略高于醇类,相对含量分别为33.32%和29.30%;惠水产区酯类数量最多,其相对含量高达60.37%,明显高于其他类物质;麻江产区醛类和酯类挥发性成分数量一致,但在相对含量上醛类物质最高,为30.10%。

图2 3个产区“奥尼尔”挥发性成分数量Fig.2 Quantity of volatile compounds of the ‘O′Neal’ in the three production area

图3 3个产区“奥尼尔”挥发性成分相对含量Fig.3 Relative content of volatile components of ‘O′Neal’ in three production areas

图4 3个产区“奥尼尔”微量元素含量Fig.4 Trace element of ‘O′Neal’ in the three production areas

3个产区“奥尼尔”中均含有正己醇、2-乙基己醇、反式p-薄荷脑2,8-二烯醇等29种挥发性成分。醇类物质中以芳樟醇、正己醇和反式p-薄荷脑2,8-二烯醇为主,芳樟醇具有百合香和柠檬香,植物中绿萼青蒂常含有此类香味;正己醇具有橘香和果香,广泛存在于柑橘类、浆果等水果及茶叶中;反式p-薄荷脑2,8-二烯醇有淡淡的青香气味[16-17]。反式-2-己烯醛和己醛在“奥尼尔”中含量较高,占醛类物质的90%以上,为主要醛类物质。反式-2-己烯醛具有青香、果香、辛香和脂肪香,浓度较低时有令人愉快的绿叶清香和水果香气;己醛有果香气味,广泛存在于苹果、草莓、茶叶等物质中[18]。酯类中仅有异戊酸乙酯和异戊酸甲酯含量较高,高坡、惠水和麻江这2种酯类物质含量分别为600.54、1 198.86和201.32 μg/g,占酯类物质的90%左右;异戊酸乙酯类似苹果、香蕉香气,可以用制作香料、香精等;异戊酸甲酯具有药草香、甜香气味[19]。苯环类在“奥尼尔”中含量较低。其他类物质中右旋萜二烯含量较高,具有清淡花香气味。

2.2 蓝莓矿质元素分析从表3可以看出,3个产区“奥尼尔”共检测12种矿质元素,包括5种微量元素(Fe、Cu、Mn、Zn、Cr),7种常量元素(Al、Ba、Ca、Mg、Na、K、P)。

表3 3个产区“奥尼尔”蓝莓矿质元素含量

3个产区蓝莓果实微量元素中Fe和Mn含量相对较高,分别为100.64～113.55和41.62～61.28 mg/kg;Cr含量相对较低,仅在5.44～8.02 mg/kg。Fe元素参与人体多种蛋白质组成和生理生化反应,为人体提供能量;在植物生长过程中,Fe与植物光合作用、呼吸和生物固氮等有关[20]。Mn元素能够维持人体正常的糖代谢和脂肪代谢,在植物中,Mn元素是叶绿体的构成部分,参与氧化还原过程,同时能够加速花粉萌发、花粉管的伸长,提高植株结实率和抗病虫能力[21]。Fe、Cu、Zn 3种微量元素在3个产区没有明显差异,但Mn和Cr元素在惠水明显高于其他2个产区。

常量元素中K和Ca含量相对较高,分别为3 987.63～4 551.79和1 969.77～2 170.01 mg/kg;但Ba含量仅在3.82～5.56 mg/kg。Ca元素能够强化神经系统细胞的神经传导功能,植物中Ca元素是细胞膜中层果胶钙的重要组成成分,可增加细胞的坚硬度,增强果实的贮藏能力。K元素可促进蛋白质的合成,增加维生素的含量,同时防止细胞失水,提高抗旱、抗寒、抗病和抗倒伏的能力;K元素还可使果实膨大,提高果实的含糖量及贮运性能[22-23]。

“奥尼尔”果实中Mg和Ba元素在高坡含量分别为580.81和5.56 mg/kg,显著高于惠水和麻江;Ca和Na元素含量在3个产区无显著差异;K和P元素在麻江含量分别为3 987.63和486.49 mg/kg,显著低于其他2个产区;Al元素在麻江含量最高,在高坡含量最低。

矿质元素在3个产区差异明显,高坡含量最高,为8 510.27 mg/kg;惠水次之,为8 277.10 mg/kg;麻江最低,为7 818.01 mg/kg。

3 讨论与结论

该研究对3个产区“奥尼尔”挥发性成分进行检测分析,共检测到48种挥发性成分,高坡产区主要的挥发性成分为酯类和醇类物质;惠水产区以酯类物质为主要挥发性成分;麻江产区醛类、酯类和醇类相对含量较高,这可能与采摘时间和成熟时期有关;但异戊酸乙酯、芳樟醇、己醛、右旋萜二烯和反式-2-己烯醛这5种挥发性成分在3个产区均为主要成分,构成了“奥尼尔”独特的风味。

“奥尼尔”中微量元素Fe和Mn含量较高,Cr含量较低;常量元素Ca、K含量较高,Ba含量较低,Fe、Cu、Zn、Ca和Na在3个产区含量无明显差异,说明“奥尼尔”果实中矿质元素与地理位置无关,与蓝莓对不同矿质元素吸收能力不同有关。这可能与贵州地带性土壤矿质元素分布不均及个体蓝莓对矿质元素吸收能力不同有关。