本文摘要：摘要以正常栽培管理果園和棄管果園中的梁平柚果實為材料,借助GCGMS和HPLC分別對果實中的揮發性物質譜和主要苦味物質進行比較分析,以期為揭示其風味品質相關代謝物質的差異和果實品質改善提供科學依據.結果顯示:與正常栽培管理果園的果實相比,棄管果園中的梁
摘要以正常栽培管理果園和棄管果園中的梁平柚果實為材料,借助GCGMS和HPLC分別對果實中的揮發性物質譜和主要苦味物質進行比較分析,以期為揭示其風味品質相關代謝物質的差異和果實品質改善提供科學依據.結果顯示:與正常栽培管理果園的果實相比,棄管果園中的梁平柚果實總單萜類物質、總倍半萜類物質、總非萜類物質以及揮發性物質總量均顯著降低,但主要揮發性物質的組成與含量百分比保持穩定;柚皮苷的含量在棄管果園果實所有組織中均顯著升高,檸檬苦素和諾米林在除有色層以外的組織中顯著增高.棄管模式導致了梁平柚果實香味降低、苦味增強,鮮食品質大大降低,消費者接收度低;針對由農村青壯年勞動力外流導致的果園棄管問題,可通過科普苦味物質保健功能的介入,從一定程度上提升棄管果園土地產出價值.
關鍵詞梁平柚;果實;揮發性物質;苦味物質;棄管果園
柑橘類水果是鮮食、制汁和提取精油的重要材料.根據中國統計年鑒及聯合國糧食及農業組織(FAO)的數據顯示,2017年我國柑橘的產量已達到3931.5萬t,成為世界第一大柑橘生產國,也是我國南方第一大水果,其風味品質近年來倍受關注.風味(flavor)是滋味(taste)與香味(aroma)品質的綜合效應[1].柚原產我國,自然雜種及選育品種眾多,其中重慶的梁平柚、廣西的沙田柚、福建的琯溪蜜柚和文旦柚是我國的四大名柚.平頂型柚的代表品種梁平柚果肉純甜、稍有苦麻味、細嫩化渣、色澤橙黃、皮薄芳香,其精油具有強烈的柚香味和甜味,是全國柚果外香型最香的柚類品種之一[2G4].自
從中世紀開始,柑橘精油就因其抗菌、抗病毒等特性被利用,如今在食品、醫藥、化妝品、香水、日化等領域得到了廣泛的應用[4].香草和柑橘香料的市場份額已達國際香料市場份額的25%(http://ar2009.Symrise.com/).柚外果皮油胞大,富含揮發性成分,柚皮香精油是柚外果皮油胞中含有的一類具有濃郁芳香氣味的揮發性油類,在世界范圍內使用較為廣泛.前人的研究表明,雖然萜類物質通常是柑橘類果實香氣物質的主要成分,約占90%左右,但與其他柑橘類果實(如檸檬等)相比,柚類中含有的酯類與醛類物質相對較多[5].
柚果實主要的香氣活性物質包括:諾卡酮、反式G芳樟醇氧化物、反式G橙花叔醇、香茅醛、4G萜品烯醇、萜品油烯、αG可巴烯、辛醛、壬醛、順式G和反式G2,6G壬二烯醛等,而且這些活性物質在不同的柚類品種之間存在一定的差異,多種香氣活性物質的綜合作用使不同柚種質的果實具有獨特的香氣[6G7].柚果實滋味品質除了與可溶性糖和有機酸組成及含量相關外,還與苦味物質密切相關[8].越來越多的研究表明柑橘中的苦味物質具有很強的生物學活性[9],如抗氧化性、降血脂、降血壓等作用,進而能夠對糖尿病、動脈粥樣硬化、肥胖癥等都有一定的預防和治療作用[10].
因此,柑橘中苦味功能性物質的功能研究、提取工藝、產品開發等已經成為熱點問題[11G13].柑橘中的苦味物質主要包括兩大類,一類是類黃酮物質(flavoniods),包括柚皮苷(naringin)、新橙皮苷(neohesperidin)、枳屬苷(poncirin)、橘皮素(tangeretin)、川陳皮苷(nobiletin)、槲皮素(querceGtin)等,其中柚皮苷含量最高,是最主要的黃烷酮糖苷類苦味物質[14G15].另一類為高度氧化的三萜化合物(triterpenoids)———檸檬苦素類似物(liGmonoids),其中檸檬苦素(limonin)和諾米林(nomiGlin)是主要致苦物質[16].柑橘類果實中3種主要的苦味物質,柚皮苷、檸檬苦素和諾米林素,在柚類(CitrusgrandisOsbeck)中含量最高,然后依次為葡萄柚(C.paradisiMacf.)、柑類(C.unshiuMarGcow)或雜柑類、橘類(C.reticulataBlanco)、臍橙類(C.sinensisOsbeck)和普通甜橙類[17].
除了種質差異能夠引起次生代謝物質的變化外,環境因素和栽培條件等也會引起果實品質及相關代謝物質組成和含量的差異[18G19].近年來,勞動力的持續流失已經成為當前我國農村社會的一種普遍現象.國家統計局官網就農村外出務工勞動力進行了相關統計,最新數據顯示僅2017年的前三季度外出務工人數已達到5.31億,同比增幅2.19%.大量勞動力外出導致農村青壯勞動力的短缺,棄管果園增多,園內果實品質大幅下降,嚴重降低了果實鮮食價值,農業收入銳減.鑒于此,本研究以我國勞動力輸出大省之一的四川省梁平地區有悠久栽培歷史的梁平柚為材料,對比分析了正常栽培管理和棄管模式下梁平柚果實中揮發性物質譜和主要苦味物質的變化,以期揭示其風味品質相關代謝物質的差異,為挖掘棄管果園中果實的經濟價值提供理論支撐.
1材料與方法
1.1植物材料
在重慶沙坪壩正常栽培管理和棄管6a的果園中分別采摘商業成熟期的梁平柚(C.grandisLianGgpingpummelo).從樹冠外圍各方位挑選大小一致、無病蟲害、無機械傷的果實.每種管理模式下各選擇3株樹,從每棵樹樹冠的4個方位各采摘1個果實,共計12個果實;分別隨機分成3個生物學重復,于自來水下清洗干凈后,自然晾干.以環割的方式將果皮沿縱軸小心地等分為3部分,注意不能破壞果實的囊衣和汁胞,以防止污染果皮組織(包括有色層和海綿層)[20].然后小心地取下果皮的中間部分,立即分割有色層和海綿層,分別投入液氮并移入玻璃試管中密封,于-80℃條件下保存.囊衣和汁胞層取中間部分,處理方法同有色層和海綿層.
1.2標準品與試劑
用于揮發性物質提取分析的試劑除無水Na2SO4(購買于國藥集團化學試劑有限公司,中國上海)為分析純外,其他試劑均為色譜純.來源如下:甲基叔丁基醚(methyltertGbutylether,MTBE)購買于Tedia公司(Fairfield,OH,USA);用于測定保留指數(retentionindex,RI)的C7~C30飽和系列烷烴購買于Supelco公司(Bellefonte,PA,USA);內標氯壬烷(chlorononane)和壬酸甲酯(methylnonanoate)購買于Sigma公司(St.Louis,MO,USA);用于定性定量的45種揮發性物質標準樣品來源,以及相應的標準曲線見Liu等[21].用于苦味物質提取與分析的二氯甲烷(dichloGromethane)、乙腈(acetonitrile)為色譜純,購買于Fisherchemical公司(FairLawn,NJ,USA);甲醇(methanol)、二甲亞砜(dimethylsulfoxide)為分析純,購買于國藥集團化學試劑有限公司(中國上海);苦味物質標準樣品柚皮苷(naringin)、檸檬苦素(liGmonin)、諾米林(nomilin)購買于Sigma公司.
1.3揮發性物質的提取及測定
于3g果皮粉末中添加15mL的MTBE(含有8697μg氯壬烷和400μg壬酸甲酯),然后將試管置于FS60超聲波清洗儀(FisherScientific,PittsGburgh,PA,USA)中,萃取1h后,收集有機相,并用無水Na2SO4除水,最后在平穩的氮氣流下將提取液的終體積吹至1.4mL[21].采用GCGMS(TRACEGCUltraGC結合DSQIImassspectrometer,ThermoFisherScientific,Waltham,MA,USA)進行揮發性物質的檢測.進樣量為1μL,色譜柱為TRACETRG5MS柱(30m×0.25mm×0.25μm,ThermoScientific,Bellefonte,PA,USA).
載氣為高純氦氣(99.999%),分流比50∶1,恒流模式,流速為1mL/min.進樣口,離子源和傳輸線的溫度分別為250,260和280℃.GC的升溫程序如下:40℃保持3min,然后以3℃/min的速度升溫至160℃并保留1min,然后以5℃/min的速度升溫至200℃并保留1min,最后以8℃/min的速度升溫至240℃并保留3min.MS的條件如下:EI(電子轟擊)離子源,電子轟擊能量70eV,正離子掃描模式,質量掃描范圍m/z45~400amu.每種揮發性物質標準曲線的線性范圍、公式和回歸系數(regressioncoefficients)、校正因子(corGrectionfactor,CF)和定量離子(quantifyingions,QI)見Liu等[21]表1.內標氯壬烷用于推算βG月桂烯和dG檸檬烯的濃度,壬酸甲酯用于推算其他揮發性物質的濃度.
2.1兩種管理模式下梁平柚果皮中揮發性物質的差異
1)單萜類揮發性物質.單萜類揮發性物質在棄管和正常栽培管理果園果實中的含量分別為13410.70和15917.74μg/g,具有顯著性差異;但是兩者單萜類揮發性物質占總揮發性物質的比例十分接近,分別為98.43%和97.82%.該大類下包括5個亞類,即單萜烯類、單萜醇類、單萜醛類、單萜酯類和單萜氧化物類.在14種單萜烯、9種單萜醇和3種單萜醛中,除βG水芹烯、橙花醇在棄管果園果實中的含量顯著高于正常栽培管理果園果實,異松油烯、反GβG羅勒烯、4G萜品烯醇、對G1(7),8(10)薄荷二烯G9G醇在兩者間無顯著性差異外,其他20種物質均在正常栽培管理果園果實中的含量顯著高于棄管果園果實.而3種單萜酯和4種單萜氧化物中,僅乙酸橙花酯在棄管果園果實中含量顯著高于正常栽培管理果園果實,其他6種物質在兩者之間無顯著性差異.
此外,dG檸檬烯和βG月桂烯是梁平柚中含量最高的2種揮發性物質,dG檸檬烯在棄管果園果實和正常栽培管理果園果實中的含量分別為12968.74和15351.04μg/g,βG月桂烯含量分別為210.75和254.66μg/g,均具有顯著性差異;但是這2種物質占總揮發性物質的比例卻十分接近,dG檸檬烯在棄管和正常栽培管理果園果實中的比例分別為95.19%和94.34%;而βG月桂烯則分別為1.55%和1.57%.2)倍半萜類揮發性物質.倍半萜類揮發性物質在棄管和正常栽培管理果園果實中的含量分別為177.16和303.07μg/g,具有顯著性差異。
占總揮發性物質的比例分別為1.30%和1.86%(表2).該大類下包括4個亞類,即倍半萜烯類、倍半萜醇類、倍半萜醛類和倍半萜酮類.在9種倍半萜、2種倍半萜醇類、1種倍半萜醛和1種倍半萜酮類中,4種物質在棄管果園果實中含量顯著高于正常栽培管理果園果實,包括βG欖香烯、石竹烯、αG石竹烯和瓦倫烯;δG欖香烯、甘香烯、αG法呢烯、法尼醇和諾卡酮的含量則在正常栽培管理果園果實中顯著高于棄管果園果實;而大香葉烯D、αG人參烯、大香葉烯DG4G醇、法尼醛在兩者之間無顯著性差異.其中諾卡酮是棄管和正常栽培管理果園果實中含量第三高的揮發性物質,分別為119.33和205.06μg/g,其占總揮發性物質的比例分別為0.88%和1.26%.
3討論
本研究表明,梁平柚含量最高的dG檸檬烯是柑橘類果實中普遍含量最高的香氣物質,味道為類似檸檬味[21,23].含量第二高的βG月桂烯的味道為香膏、木花香、甜味、類似梔子花的味道[21],其閾值為0.67mg/kg[24].含量第三高的諾卡酮具有類似葡萄柚的味道,而且閾值很低,僅為0.28mg/kg[25],是柚類以及葡萄柚類果實的特征香氣物質之一.據前人報道,梁平柚精油具有強烈的柚香味和甜味[2].
鑒于此,本研究認為高含量的βG月桂烯和諾卡酮可能是導致梁平柚具有強烈的柚香味和甜味的主要原因.此外,棄管果園果實中與香味品質相關的揮發性物質成分和含量較正常果園低.在柑橘果實中,黃皮層油胞的上皮細胞合成精油后,直接儲存于油胞中,油胞是柑橘香氣物質的主要積累部位[26].因此,本研究以柑橘果實含油胞的有色層為材料,測定了其揮發性物質的組成及含量.總揮發性物質在正常栽培管理果園的梁平柚中的含量高達16271.85μg/g,是棄管果園果實中的1.19倍.總單萜類物質、總倍半萜類物質和總非萜類物質在正常栽培管理果園的梁平柚中全部顯著高于棄管的果實.
農作物論文范例：果樹栽培技術對提高果實品質的影響分析
而且,αG側柏烯(在正常栽培管理果園果實中含量為1.57μg/g)、假檸檬烯(1.48μg/g)和大香葉烯DG4G醇(痕量)在棄管果園果實中未檢出.這表明不良的栽培管理模式可以使揮發性物質合成通路的代謝總流量下降,而下游的揮發性物質組成及比例變化不大.此外,與正常栽培管理果園模式下的果實相比,棄管果實中3種主要的苦味物質,包括黃烷酮糖苷類的柚皮苷以及三萜類的檸檬苦素和諾米林的含量均顯著升高,以汁胞為例,含量分別為479.66、21.31和11.76μg/g,分別是正常栽培管理果園果實中的2.09、4.10和2.36倍.前人研究表明,柚皮苷、檸檬苦素和諾米林的苦味感知閾值分別為20μg/g、1μg/g、和1.7μg/g[27G28].
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作者：劉翠華1,2,朱世平3,徐娟2
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