采收成熟度对晚熟大雅柑橘品质特性及其风味的影响

高丽,龙勇,李红章,陈德勇,贺红宇,乐梨庆,李华佳,朱永清,祝进,曾晓丹*

1(四川省农业科学院农产品加工研究所,四川 成都,610066)2(四川省眉山市农业农村局,四川 眉山,620020) 3(四川省仁寿县农业农村局,四川 眉山,620500)4(四川省园艺作物技术推广总站,四川 成都,610041)

大雅柑,是西南大学柑桔研究所以清见桔橙为母本,新生系3号椪柑为父本杂交选育而成,无核,成熟期较晚,早结丰产性好,果大形美,容易剥皮,果肉细嫩化渣,汁多味浓,品质极优,是有望替代春见(大雅柑姊妹品种)的晚熟柑橘优新品种,市场前景广阔[1]。因其果实外观和树体均酷似春见,但品质超过春见,所以有人称之为“改良春见”。

采收成熟度为衡量果实成熟程度的指标,在很大程度上决定了果品的质量和风味。目前,确定采收成熟度的标准较多,主要有果实生育期、采收时间、果皮颜色、硬度、淀粉或可见/近红外光谱等[2],其中依靠颜色来判定其成熟度的居多,如:李子、杏子、枇杷、樱桃番茄、柠檬等,而柑橘则主要依靠其采收时间[3-4]。柑橘鲜果品质、贮藏质量以及适售人群涉及最佳采收期的选择。采收过早,则影响果品的外观品质(如色泽和光洁度等欠佳)和内在品质(如糖分累积较低、酸含量较高、香气不浓郁等);采收过晚,则会使果品硬度下降,容易变软和易受机械损伤,增加落果的同时影响其贮藏性和货架期[5-6];此外,适度采收范围内,成熟度的可接受度与目标消费群体也有较大联系,对于大多数普通消费者而言,更倾向于成熟度高、适口性最佳的果品,但对于批发商而言,可能更倾向于稍早成熟、口味较佳的果品以便于增加贮存及售卖时间。因此,确定柑橘果实的适宜采收成熟度对延长柑橘果实贮藏时间、满足不同消费群体及市场需求、提高果农家庭收入和地方柑橘产业经济效益具有切实意义。目前,有关百香果[7]、红梅杏[8]、桑葚[9]、苹果[10]、猕猴桃[11]、枇杷[12]、樱桃番茄[13]等果实采收成熟度对其品质的影响已有较多研究。研究表明,选择合适的采收成熟期可以满足市场及消费的不同需求,适度晚采有利于保障果品自身品质,适宜即采即卖,适度早采有利于延长果品贮藏期,适宜错峰销售;同时,选择合适的采收期能够使果品保持较好的果形、果重、硬度、颜色、总可溶性固形物含量、可滴定酸含量、维生素C、花青素含量及抗氧化能力等,并有效减少果实出现腐烂、褐变、脱粒等严重影响其商品价值的品质劣变现象。因此,确定适宜的采收成熟度至关重要。但是,目前关于晚熟柑橘采收成熟度的相关报道甚少,尤其是专对四川晚熟大雅柑橘品质的研究还未见报道。本文研究不同采收成熟度对晚熟大雅柑橘品质的影响情况,为指导大雅的适宜采收期、保证果实的最佳品质提供判断指标和基础科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

晚熟柑橘“大雅”采自四川省眉山市仁寿县铧锐公司基地。为保证果实样品的稳定与均一性,选取果园特定一列的6棵树,分别从每棵树向阳、中间、向阴处各采一颗,每一成熟度共计采摘18颗,如表1所示。果实采摘后当日运回实验室,进行相应指标测定,并将柑橘果汁-80 ℃冻存以便HPLC和GC-MS测定。

表1 采收成熟度与采收时间的对应关系Table 1 The corresponding relationship between the harvest maturity and the harvest time

1.2 仪器与设备

1260高效液相色谱仪, 安捷伦公司(美国);CR-400色差仪,柯尼卡美能达公司(日本);TA.XT Plus质构仪,Stable Micro System公司(英国);PAL-1手持式折光仪,ATAGO公司(日本);855型全自动滴定仪,Metrohm公司(瑞士);JA5003型电子天平,上海佑科仪器仪表有限公司;Intuvo9000-GC System-5977b气质联用色谱仪,美国Agilent公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME萃取纤维,美国Supelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 品质指标测定

可滴定酸(titratable acid, TA)含量采用全自动滴定仪测定;可溶性固形物(total soluble solid, TSS)含量采用手持式折光仪测定;硬度采用物性测试仪测定;柑橘果皮/果肉颜色计算参照MA等[14]方法,由参数柑橘颜色指数(citrus color index, CCI)表示,该指数通过使用色差仪测量L*、a*和b*的基本参数来确定,计算如公式(1)所示:

(1)

1.3.2 可溶性糖和有机酸HPLC法测定

1.3.2.1 样品处理

将-80 ℃下冻存的柑橘汁用流动冷水解冻,吸取1 mL原液用超纯水稀释28倍,用0.22 μm无机膜过滤纯化后移入进样瓶待测。

1.3.2.2 色谱条件

可溶性糖:Agilent Hi-Plex Ca色谱柱(7.7 mm×300 mm, 8 μm);流动相:100%去离子水;流速:0.6 mL/min;进样量:2 μL;柱温:80 ℃;检测器:蒸发光散射检测器;增益:1.2;蒸发温度:70 ℃;雾化温度:90 ℃;载气:氮气(纯度99.99%)。采用蔗糖、葡萄糖和果糖3种标准品的色谱峰保留时间对柑橘汁中的单糖进行定性,用标准曲线(R2>0.999)进行定量分析。有机酸:ChromCore Sugar-H色谱柱(6 μm,7.8 mm×300 mm);检测器:紫外检测器;检测波长:210 nm;流动相:3.5 mmol/L H2SO4;柱温:80 ℃;流速0.4 mL/min;进样量:20 μL。采用柠檬酸、苹果酸、奎尼酸、丁二酸等4种标准品的色谱峰保留时间对柑橘汁中的有机酸进行定性,用标准曲线(R2>0.999)进行定量分析。

1.3.3 挥发性风味物质顶空固相微萃取气相色谱-质谱(headspace solid phase microextraction gas chromatography-masss spectrometer, HS-SPME-GC-MS)法测定

1.3.3.1 样品处理

将-80 ℃下冻存的柑橘汁用流动冷水解冻,取5 mL 样品置于20 mL顶空固相微萃取瓶中,依次加入1.5 g NaCl、10 μL内标物(甲醇稀释5 000倍的2-辛醇,质量浓度为163.8 μg/mL),迅速拧紧瓶盖待测。

1.3.3.2 检测条件

参考BI等[15]方法,略有改动。HS-SPME-GC-MS条件:50/30 μm(DVB/CAR/PDMS)长度为20 mm的萃取头上机预热15 min后,40 ℃解析40 min。HP-5MS色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升温程序:在40 ℃温度下维持3 min,然后以3 ℃/min升至160 ℃保持2 min,最后以8 ℃/min升至最终温度220 ℃维持3 min;载气:氦气(纯度99.99%);流速:1.0 mL/min;分流比为5∶1。电离方式:EI(electron ionization);电子能量:70 eV;离子源温度:230 ℃;四级杆温度:150 ℃;传输线温度:280 ℃;进样口温度:250 ℃;扫描质量:20～550 u。定量定性分析:对GC-MS得到的柑橘汁质谱数据与美国国家标准与技术研究院17标准谱库进行检索,并结合保留指数进行定性分析[16];采用内标法进行定量分析计算。以2-辛醇为内标物,根据其相应的峰面积之比计算出各个化合物的物质含量[17]。计算如公式(2)所示:

香气物质含量/(μg/mL)

(2)

1.3.3.3 香气活性值(odour activity value,OAV)的计算

OAV计算如公式(3)所示:

(3)

式中:Ci为香气成分的浓度值,OTi是经文献查找得到的香气物质的香气阈值。

1.4 数据分析

试验数据分析及绘图采用Excel、Origin 2018、IBM SPSS tatistics 26.0分析软件进行处理,图表中数据以平均值±标准差的形式表示。

2 结果与分析

2.1 不同采收成熟度对晚熟大雅柑橘品质的影响

果实色泽及硬度是直接影响果品外在感官印象的因素。如表2所示,随着采收成熟度的增加,果皮CCI和果肉CCI先快速上升后趋于稳定,果皮CCI在Ⅰ～Ⅲ采收期迅速上升后趋于稳定,果肉CCI在Ⅰ～Ⅳ采收期波动上升后趋于稳定,较果皮CCI晚一个采收期达到最高值。硬度在采收初期Ⅰ～Ⅲ期和采收末期Ⅳ～Ⅴ期下降迅速,而在采收中期Ⅲ～Ⅳ期无显著性变化,这与荆佳伊等[3]研究晚熟W.默科特柑橘所得到的结果一致。采收结束时,果实硬度由采收Ⅰ期的6.16 kg降为采收Ⅴ期的2.44 kg,降幅高达60.39%。

表2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘的品质变化Table 2 Quality changes of late-maturing Daya citrus at different harvest maturity

糖、酸含量及其比例是柑橘果实重要的味道指标[18],也被广泛用作表征果实成熟度的指标。总可溶性固形物含量随着采收成熟度的增加先缓慢后快速上升,在采收末期达到峰值10.22%;可滴定酸含量在采收初期Ⅰ～Ⅱ期无明显变化,在Ⅱ～Ⅴ期显著降低,在采收末期达到最低值0.39;果实固酸比同总可溶性固形物含量趋势一致,在Ⅰ～Ⅱ期无明显变化,在Ⅱ～Ⅴ期显著升高,在采收末期达到峰值26.07,是采收Ⅰ期的3倍。

2.2 不同采收成熟度对晚熟大雅柑橘风味物质的影响

2.2.1 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘可溶性糖及有机酸的变化

如图1所示,可溶性糖含量随采收成熟度的增加总体呈上升趋势,且蔗糖、葡萄糖和果糖含量变化趋势一致。在已检测的3种可溶性糖中,蔗糖含量最高,其次是果糖,葡萄糖含量略低于果糖,这与吴文明等[19]在研究椪柑中得到的结果一致。3种单糖均在采收初期Ⅰ～Ⅱ期和采收末期Ⅳ～Ⅴ期迅速上升(P<0.05),而在采收中期Ⅱ～Ⅳ期无显著性变化。采收结束时,蔗糖、葡萄糖和果糖分别由采收Ⅰ期的26.12、8.19、9.35 mg/g增加到采收Ⅴ期的53.79、15.52、19.5 mg/g,增幅分别为105.93%、89.50%、108.56%。

图1 晚熟大雅柑橘不同采收成熟度可溶性糖含量变化Fig.1 Changes of soluble sugar content of different harvest maturity of late-maturing Daya citrus注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

如图2所示,晚熟大雅柑橘中主要有机酸有4种,分别为柠檬酸、D-苹果酸、奎尼酸和丁二酸。随着采收期的延迟柠檬酸含量呈现先上升后下降的趋势,D-苹果酸、奎尼酸和丁二酸均呈现上升趋势。果实中柠檬酸在Ⅰ～Ⅱ期显著增加,从Ⅱ期开始显著下降至Ⅳ期后维持不变,降幅达到32%。D-苹果酸、奎尼酸和丁二酸趋势相似,采收前期小幅增加,中期无显著性变化,后期(Ⅳ～Ⅴ期)显著增加,Ⅳ期与Ⅰ期相比,增幅分别增加260%、148%、55%。

图2 晚熟大雅柑橘不同采收成熟度有机酸含量变化Fig.2 Changes of organic acid content of different harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.2.2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘挥发性风味物质的变化

2.2.2.1 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘主要风味成分及含量

通过GC-MS分析,5个采收阶段的大雅果实中共检测出挥发性风味物质76种,其中醇类物质种类最多(26种)、其次为萜烯类(17种)、酯类(13种)、醛类(10种)、酮类(4种)、烃类(4种),此外,还有2种其他物质被检测出来(表3)。由表3可以看出,不同成熟度大雅果实中检出的成分种类和相同成分在不同成熟阶段的含量均有明显差异,5个采收阶段的大雅果实中分别检测出挥发性风味物质64、49、28、48、17种,其中共有风味物质12种,分别为(1S)-(1)-β-蒎烯、β-月桂烯、D-柠檬烯、2,4(8)-对-薄荷二烯、γ-松油烯、芳樟醇、松油烯-4-醇、己醛、葵醛、(1S,5S)-醋酸香芹酯、乙酸香茅酯、壬烷。采收Ⅰ期特有风味物质有12种,分别为(+)-4-苝烯、1,3,8-对薄荷三烯、α-法尼烯、葑醇、(+)-异松蒎醇、10-羟基香叶醇、(-)-α-松油醇、紫苏醇、2-癸烯-1-醇、(E)-2-十醛、反式醋酸卡维酯、橙花醇乙酸酯,其种类最多,但相对含量仅占采收Ⅰ期总含量的2.44%。采收Ⅱ期仅有1种特有风味物质1,3,5-三(亚甲基)-环庚烷,其相对含量极少,仅占采收Ⅱ期总含量的0.03%。采收Ⅲ期未发现特有风味物质。采收Ⅳ期有4种特有风味物质,分别为2-戊癸烯-1-醇、2-(4-甲基-3-环己烯-1-基)丙醛、(E)-2-壬烯醛、丙酮香叶酯,其相对含量占采收Ⅳ期总含量的0.35%。采收Ⅴ期有2种特有风味物质,分别为α-水芹烯、4-乙酸松油酯,其相对含量占采收Ⅴ期总含量的0.48%。由此可以看出,5个采收阶段的大雅果实中检测出的特有风味物质相对含量较少,对果实风味影响不大。

表3 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中各类挥发性风味物质Table 3 Various volatile aroma substances in different harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.2.2.2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘风味物质种类及含量分析

5种不同成熟度的大雅果实中主要挥发性风味化合物的种类和相对含量如表4所示。由表4可以看到,大雅果实中挥发性风味物质主要是萜烯类和醇类,这两类化合物在5个采收阶段中相对含量占总含量的值均超过90%,分别为90.69%、94.03%、98.81%、94.19%、98.79%。在晚熟大雅柑橘成熟过程中,醇类、醛类、酯类和酮类挥发性风味化合物种类及相对含量有相同的变化趋势,总体呈现先下降后上升,在最后第Ⅴ采收期急剧下降的趋势,而萜烯类则相反,其相对含量呈现先上升后下降,在最后第Ⅴ采收期达到最高。由此可以得到,在大雅果实成熟过程中,不同成熟阶段果实挥发性风味物质有较大差异,并呈现出不同的风味,可以综合化合物性质并根据不同阶段果实的风味特性进行果实深加工,同时,也可控制其采摘成熟度对果实进行品质分级。

2.2.2.3 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中特征香气物质的香气活性值比较

虽然通过GC-MS分析计算得出了挥发性风味物质的相对含量变化,但据报道,体系中香味化合物的贡献是取决于化合物浓度与阈值之间的比率,即OAV,通常认为OAV>1的物质对果实风味有贡献,OAV>10的为重要香气物质,OAV越高,化合物的个体贡献越大[20-21]。SHUI等[22]认为丁酸乙酯、月桂烯、柠檬烯、4-异丙基甲苯、芳樟醇和葵醛的OAV值相对较高,是其研究的5种甜橙样品中的强香气物质,并通过气相色谱-嗅闻仪(gas chromatography olfactometry, GC-O)将关键香气物质进行注释,分为八类:新鲜甜橙味-乙醛;绿色调蔬菜和草香味-己醇、己醛;水果香味-酯类;柑橘香味-萜烯类化合物;玫瑰茉莉花香味-芳樟醇;柑橘皮特有香味-葵醛;木材和草本香味-反式石竹烯和杰玛烯;脂肪味-庚醛。因此,本研究也进一步对各类物质的OAV值进行了计算,列出了OAV>1的成分,如表5所示。5个采收阶段共有21种物质的OAV>1,其中萜烯类7种,醛类7种,醇类5种,酯类仅有2种。其中芳樟醇(OAV=249～2 521)和葵醛(OAV=22～1 592)的OAV超过1 000,可以认为对果实香气影响显著,D-柠檬烯(OAV=258～262)、β-月桂烯(OAV=92～125)、松油烯-4-醇(OAV=14～128)的OAV值超过100,可以作为果实的主要香气物质,γ-松油烯(OAV=8～14)、1-壬醇(OAV=2～69)、壬醛(OAV=2～20)、(E)-2-十醛(OAV=13)的OAV值超过10,可以作为果实的重要香气物质,对柑橘总体味道起调节作用,结果与吴曲阳[25]和LIU等[26]一致。同一风味物质在不同成熟阶段香味贡献显著不同,大部分醛、醇类物质随着成熟度的增加,整体呈现下降趋势,这与它们的香气特征一致,如1-壬醇、壬醛和葵醛都呈现出未成熟果味。

表5 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中OAV>1的香气物质Table 5 Aroma substances of OVA>1 indifferent harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.3 主成分分析(principal component analysis, PCA)综合分析不同成熟度晚熟大雅柑橘品质特性指标总体差异

为进一步明确不同成熟度对晚熟大雅柑橘品质特性及其风味的影响,利用SPSS 26.0对前文获得的13个指标和2个对香气贡献极显著的挥发性物质(芳樟醇、葵醛)和1个相对含量最多的挥发性风味物质(D-柠檬烯),共计16个有统计差异的数据指标进行主成分分析。如表6所示,特征值大于1的主成分有3个,这3个主成分累计方差贡献率达到95.011%,基本概括反映了所有变量的初始信息,达到了降维的目的。因此,提取前3个主成分进行下一步的分析。

表6 主成分的特征值和贡献率Table 6 Eigenvalue of the principal components and their contribution and cumulative contribution

通过上述16个指标的荷载系数及特征值计算得到16个因子的特征向量(表7),以特征向量为系数构建3个主成分的线性方程:Y1=0.230X1+0.221X2-0.273X3+0.212X4-0.278X5+0.281X6+0.269X7+

表7 主成分的荷载矩阵和特征向量Table 7 Principal loading matrix and component eigenvectors

0.256X8+0.270X9-0.184X10+0.275X11+0.275X12+0.238X13-0.266X14-0.218X15-0.228X16;

Y2=-0.151X1-0.334X2-0.056X3-0.461X4+0.138X5-0.048X6+0.245X7+0.282X8+0.233X9+

0.492X10+0.134X11+0.201X12+0.318X13-0.055X14+0.062X15+0.160X16;

Y3=-0.153X1+0.056X2+0.278X3+0.124X4-0.089X5+0.158X6+0.071X7-0.170X8-0.035X9-0.325X10+0.202X11+0.022X12+0.315X13-0.231X14+0.094X15+0.515X16。

将上述3个主成分的方差贡献率(表6)作为系数代入,得到综合得分评价方程:Y=0.756 16Y1+0.119 93Y2+0.074 01Y3。将不同成熟度晚熟大雅柑橘果实的16个品质指标测定值标准化后代入到上述方程,可以计算得到不同成熟度大雅果实的综合得分Y,Y值越大代表综合品质越高,如图3所示。

图3 不同成熟度晚熟大雅柑橘品质综合得分Fig.3 The comprehensive quality score of late-maturing Daya citrus with different maturity

5个采收阶段的大雅果实综合得分随成熟度的增加而增加,其中成熟度Ⅰ～Ⅲ的综合得分为负值,成熟度Ⅳ(0.14)-成熟度Ⅴ(4.30)为显著正增长,说明成熟度从Ⅳ期开始品质逐渐变优,到Ⅴ期达到最好。

3 结论与讨论

以采收时间为指标判断不同成熟度对四川晚熟大雅柑橘的品质影响显著,随采收时间的延迟,其果实硬度、可滴定酸均显著下降,在采摘Ⅴ期达到最低,果皮颜色指数、果肉颜色指数、总可溶性固形物和固酸比均呈上升趋势,其中固酸比由Ⅰ期8.54上升至Ⅴ期26.21,单从适口性方面来说,品质提升显著。固酸比是柑橘果实品质特征相关的重要参数[27],本研究中,固酸比在成熟度Ⅳ期就已超过15,此时果实硬度适中,果皮和果肉颜色同Ⅴ期相比无显著性差异,在价格合适的时候,完全可以进入市场销售。

在整个采收阶段(Ⅰ～Ⅴ),四川晚熟大雅柑橘可溶性糖主要为蔗糖、葡萄糖和果糖,随着成熟度的增加三者趋势一致,均在第一阶段和最后一个阶段糖含量累积显著,中间阶段无变化。在本研究中,蔗糖、葡萄糖和果糖含量的比例约为2∶1∶1,与之前报道的比例一致[4]。有机酸以柠檬酸为主,Ⅱ～Ⅳ期随成熟度的增加显著下降,D-苹果酸、奎尼酸和丁二酸趋势与可溶性糖一致,但这与荆佳伊等[3]对晚熟W.默科特柑橘的研究结果不同,这可能受到了柑橘品种自身差异和采摘时间段长短的影响。

通过HS-SPME-GC-MS分析,不同成熟度晚熟大雅柑橘中检出的成分种类和相同成分在不同成熟阶段的含量均有明显差异。大雅果实中挥发性风味物质主要是萜烯类和醇类,这两类化合物在5个采收阶段中相对含量占总含量值均超过90%,其中柠檬烯含量最高且醇类、醛类、酯类和酮类挥发性风味化合物种类及相对含量均呈现先下降后上升,在最后第Ⅴ采收期急剧下降的趋势,由此说明,单从香气物质来说,采摘Ⅳ期为大雅柑橘最适成熟度。特征香气是由多种香气挥发性化合物互相作用的结果,各成分对香气的作用大小取决于香气值的大小,只有OAV>1的化合物才能单独贡献香气[28],而OAV不仅与化合物浓度相关,也与其阈值有关。因此,萜烯类和醇类作为柑橘香气主要成分,虽然含量高种类多,但因其阈值也高,特征香气贡献种类减少,相反醛类物质因其低阈值特性,在21个OAV>1的特征香气中占比与萜烯类相同,均为7种。OAV越大,化合物香气贡献越显著,因此,四川晚熟大雅柑橘主要特征香气为芳樟醇、葵醛和D-柠檬烯。

利用PCA综合分析16个指标发现,5个成熟度的四川晚熟大雅柑橘果实的综合得分随采摘期的推移而增加,前三期均为负值,Ⅳ期开始为正值,说明从Ⅳ期开始品质逐渐变优,到Ⅴ期达到最好。

综上所述,采摘Ⅴ期的四川晚熟大雅柑橘果实品质表现最佳,但香气成分Ⅳ期相对最佳,Ⅴ期时风味化合物相对含量骤降。因此,针对就地即食或短距离运输的情况,推荐采摘Ⅴ期为四川晚熟大雅柑橘最适成熟度,但对于需根据市场供需确定适宜价格或长距离运输的情况,推荐从Ⅳ期开始均可采摘,此外对于需要贮藏的情况,可能需提前采摘,这需要在今后的研究中进行深入的探讨。