郭東花,趙彩萍,張 靜,賀會(huì)強(qiáng),白 紅,石 佩,劉航空,范崇輝
不同鉀肥用量對“重陽紅”桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響
郭東花,趙彩萍,張 靜,賀會(huì)強(qiáng),白 紅,石 佩,劉航空,范崇輝*
(西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院,陜西 楊凌 712100)
為探討鉀肥對桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響,對陜西主栽“重陽紅”桃采用放射溝施肥法進(jìn)行不同用量的鉀肥處理,不施鉀肥的為對照,采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定了其揮發(fā)性物質(zhì)成分和含量。4 種處理桃果實(shí)中共檢測出82 種揮發(fā)性成分,主要由醛類、酯類、醇類、烯烴類和酮類等物質(zhì)構(gòu)成,其中共包含了12 種特征香氣物質(zhì)且它們的相對含量從低到高的順序?yàn)镵3(0.93 kg/株)<K2(0.70 kg/株)<對照(0)<K1(0.47 kg/株)。此外,施鉀肥提高了桃果實(shí)中醛類、烴類和酮類物質(zhì)的相對含量,降低了醇類和酯類物質(zhì)的相對含量。不同鉀肥用量之間對桃果實(shí)的香氣影響不同,施0.47 kg鉀肥果實(shí)的“果香型”香氣物質(zhì)的相對含量最高,其中對香氣含量貢獻(xiàn)最大的為順-3-乙酸己酯;而施0.70 kg鉀肥果實(shí)的“青香型”香氣的相對含量最高,但果香味相對最淡;同時(shí),施0.47 kg和0.93 kg鉀肥桃果實(shí)中均存在“花香型”香氣成分,因而香氣成分表現(xiàn)更為豐富。因此,施0.47 kg鉀肥可以使桃果實(shí)的果香味濃厚且香氣物質(zhì)豐富。
桃;鉀肥;揮發(fā)性物質(zhì);固相微萃?。粴庀嗌V-質(zhì)譜聯(lián)用
桃(Prunus persica)原產(chǎn)于我國西北地區(qū),風(fēng)味濃郁,深受人們喜愛。但隨著果品種類的日益增多及市場經(jīng)濟(jì)的激烈競爭,因此,只有提高桃果實(shí)品質(zhì)才能使其在未來市場上有新發(fā)展。通常大家所提到的果實(shí)風(fēng)味,主要包括芳香味、甜味和酸味,它們除了受桃果實(shí)本身的遺傳影響因素外,栽培技術(shù)措施也是影響桃果實(shí)風(fēng)味的重要因素[1-2]。例如,文獻(xiàn)[3-4]研究了不同施氮水平對‘Hakuho’桃果實(shí)香氣物質(zhì)形成的影響,結(jié)果顯示過量施氮肥不利于香氣物質(zhì)的積累并使果實(shí)香味偏淡;有研究[5]報(bào)道,‘晚蜜’桃套袋果實(shí)C6化合物和酯類的含量明顯低于未套袋果實(shí),但套袋能顯著促進(jìn)特征性香氣物質(zhì)γ-己內(nèi)酯和δ-癸內(nèi)酯的合成。目前,大部分文獻(xiàn)主要涉及施鉀肥對桃果實(shí)著色、大小、可溶性糖和酸等品質(zhì)的研究,如呂樂福等[6]研究了鉀肥對山陽水蜜桃產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,得到鉀肥處理可以顯著提高水蜜桃的單果產(chǎn)量和著色指數(shù)等外觀品質(zhì);但幾乎很少有文獻(xiàn)報(bào)道鉀肥對桃果實(shí)香氣物質(zhì)的影響,僅有羅華等[7]對肥城桃處理了等量的氮、磷、鉀養(yǎng)分不同種類的有機(jī)肥,結(jié)果發(fā)現(xiàn)施肥后果實(shí)的果香型酯類和甜香型內(nèi)酯類化合物的相對含量均升高。但由于不同施肥量因品種和地域的不同可能會(huì)導(dǎo)致效果不一,因此本實(shí)驗(yàn)以陜西關(guān)中主栽的“重陽紅”桃為材料,以不施鉀肥的桃果實(shí)為對照,利用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù),分析3 種不同鉀肥用量對桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)成分和含量的影響,以期篩選出適宜的鉀肥用量,為種植者改善桃果實(shí)品質(zhì)提供參考。
1.1 材料與試劑
供試桃品種為“重陽紅”,三主枝自然開心形,13 a生樹,株行距4.0 m×4.0 m。采自陜西省桃研究課題組乾縣大墻鄉(xiāng)鄧家村桃試驗(yàn)園。
硫酸鉀(K2O≥50%) 山東?;煞萦邢薰荆?-辛醇(色譜純) 上海晶純生化科技公司。
2014年6月15日進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理,選取生長勢基本一致,無病蟲害的“重陽紅”9 株沿樹冠外圍挖4 個(gè)深15~40 cm、寬20~30 cm的放射溝,將肥料與少量土壤混勻后均勻撒到溝底部,再將挖出的土壤填埋到溝里[8-10]。每3 株為一個(gè)施硫酸鉀肥處理,施肥量分別為:0.47(K1)、0.70 kg/株(K2)和0.93 kg/株(K3),以不施硫酸鉀肥為對照(CK)。8月17日(即果實(shí)豐滿、全部泛白達(dá)到九成熟時(shí))采收同一方向主枝上的果實(shí)50 個(gè),帶回西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院品質(zhì)分析室進(jìn)行測定。
1.2 儀器與設(shè)備
ISQ GC-MS聯(lián)用儀 美國Thermo Fisher Scientific公司;HP-INNOWAX彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)、恒溫磁力攪拌器 美國Troemner公司;SPME手動(dòng)進(jìn)樣手柄、75 μm聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)萃取頭 美國Supelco公司;勻漿機(jī) 荷蘭皇家飛利浦公司。
1.3 方法
1.3.1 SPME取樣
每個(gè)處理分別取大小均勻的10 個(gè)果實(shí),用勻漿機(jī)打成勻漿,取15 g果肉勻漿,并加入5 g無水氯化鈉,同時(shí)加入4 μL 0.5 mg/mL 2-辛醇標(biāo)樣于30 mL的螺絲口樣品瓶中,立即用錫箔紙密封瓶口并旋緊瓶蓋,置于50 ℃恒溫磁力攪拌器上,磁力攪拌速率為500 r/min,平衡10 min,然后SPME吸附40 min,立即插入色譜氣化室,解吸3 min,進(jìn)行GC-MS分析[11-12]。每個(gè)處理3 次重復(fù),取平均值。
1.3.2 儀器分析
GC條件:色譜柱為HP-INNOWAX彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);進(jìn)樣口溫度200 ℃;進(jìn)樣方式:不分流進(jìn)樣;升溫程序:40 ℃保持2.5 min,10 ℃/min升至110 ℃,然后以6 ℃/min升溫至230 ℃,維持8 min;載氣為高純He(99.999%);流速1.0 mL/min[13-14]。
MS條件:電子電離源;電離能量70 eV;離子源溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍35~500 u。
1.3.3 定性分析
揮發(fā)性組分的定性分析:樣品經(jīng)過GC進(jìn)行分離后,形成不同的色譜峰。運(yùn)用計(jì)算機(jī)檢索并與圖譜庫(NIST 2011)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對照,參考正反匹配度以及相關(guān)文獻(xiàn)[11-14],選擇正反匹配均大于800的鑒定結(jié)果才予以報(bào)道。各組分質(zhì)譜經(jīng)NIST/Wiley檢索及資料分析,再結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行人工圖譜分析以確定各化學(xué)成分。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。
2.1 不同鉀肥用量對桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)組分的影響
應(yīng)用SPME-GC-MS聯(lián)用對“重陽紅”桃的果肉香氣成分進(jìn)行了分析,圖1為施不同鉀肥用量桃果實(shí)揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖;表1為通過圖譜庫檢索保留指數(shù)(retention index,RI)值,并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn),得出的不同鉀肥用量桃果實(shí)揮發(fā)性成分及相對含量。
圖1 不同鉀肥用量桃果實(shí)揮發(fā)性成分的離子流色譜圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatiles in peach fruits with different potassium fertilization rates
表1 不同鉀肥用量桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量Table 1 Relative contents of volatiles in peach fruits with differentpotassium fertilization rates
續(xù)表1
續(xù)表1
由表1可以看出:4 種處理共檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)為82 種,每種處理檢測到的總揮發(fā)性物質(zhì)均占色譜流出組分總含量的75%以上且從高到低的順序依次為:K3>K2>CK>K1。其中,不施鉀肥的桃果實(shí)中共檢測出37 種揮發(fā)性成分,主要包括醛類(9 種)、烴類(9 種)、酯類(7 種)、醇類(5 種)、酮類(4 種)和酸類(1 種)等物質(zhì);施0.47 kg鉀肥的桃果實(shí)中共檢出40 種揮發(fā)性物質(zhì),主要有烴類(13 種)、醛類(9 種)、酯類(6 種)、醇類(5 種)、酮類(3 種)和酸類(1 種)等物質(zhì);施0.70 kg鉀肥的桃果實(shí)中共檢出55 種揮發(fā)性物質(zhì),則主要包含醛類(15 種)、烴類(14 種)、酯類(12 種)、醇類(8 種)、酮類(3 種)和酸類(3 種)等物質(zhì);而施0.93 kg的桃果實(shí)中共檢出56 種揮發(fā)性物質(zhì),主要包括烴類(18 種)、醛類(13 種)、酯類(9 種)、醇類(9 種)和酮類(5 種)等物質(zhì)。從組分結(jié)果可以看出,施鉀肥后果實(shí)的揮發(fā)性組分種類均高于不施鉀肥的果實(shí),隨著鉀肥含量的增多桃果實(shí)中的醇類和烴類組分種類較對照呈上升趨勢。
此外,4 種處理共同擁有的揮發(fā)性組分為23 種物質(zhì),分別為8 種醛類物質(zhì)如:正己醛、反-2-己烯醛、苯甲醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、壬醛、反-2-壬醛、癸醛和十二醛,4 種酯類物質(zhì)如乙酸己酯、反-2-乙酸己酯、γ-己內(nèi)酯和鄰苯二甲酸二甲酯,3 種醇類物質(zhì)如反-2-己烯醇、正己醇和1-壬烯-4-醇,3 種酮類物質(zhì)及5 種烯烴類物質(zhì);不共有的揮發(fā)性組分為34 種物質(zhì),相對含量較高的醇類占8 種、酯類占5 種、酮類占3 種、烴類占13 種,其中相對含量最高且只在K1處理中檢出的順-3-乙酸己酯為10.83%,其次是在K2中檢出的月桂酸乙酯為0.26%,在K3中檢出的2,3-辛二酮為0.19%,其他組分的相對含量均低于0.08%。說明施鉀肥后桃果實(shí)的物質(zhì)組分發(fā)生了變化且不同鉀肥用量桃果實(shí)之間的揮發(fā)性組分也存在一定的差異,且不同組分主要體現(xiàn)在醇類、酯類和烴類物質(zhì)種類上。
2.2 鉀肥對“重陽紅”桃果實(shí)揮發(fā)性成分相對含量的影響
表2 不同鉀肥用量“重陽紅”果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量Table 2 Relative contents of volatiles belonging to different chemicalclasses in peach fruits with different potassium fertilization rates
由表2得知,“重陽紅”桃果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)主要為醛類、醇類、酯類、烴類和酮類。其中,醛類相對含量最高,醇類和酯類次之,烴類和酮類相對含量較低,另外還有少量的酸類及其他物質(zhì)。施鉀肥用量后,“重陽紅”桃果實(shí)中的醇類和酯類物質(zhì)的相對含量均低于對照,而醛類、烴類和酮類物質(zhì)的相對含量均高于對照,說明施鉀肥對“重陽紅”桃果實(shí)的揮發(fā)性成分的相對含量具有一定的影響。
從表2還可看出,在施不同鉀肥用量桃果實(shí)中,施0.47 kg/株(16 m2)鉀肥果實(shí)的醛類、醇類、酮類和烴類物質(zhì)的相對含量較其他處理均表現(xiàn)最低,而酯類的相對含量次之;施0.70 kg/株(16 m2)鉀肥果實(shí)的醛類物質(zhì)和酸類物質(zhì)的相對含量較其他處理最高,但酯類物質(zhì)的相對含量最低;施0.93 kg/株(16 m2)鉀肥果實(shí)的酯類、烴類和酮類物質(zhì)的相對含量較其他最高,而醛類和醇類物質(zhì)的相對含量介于K1和K2之間,此外,在K3處理的果實(shí)中未檢測到任何酸類物質(zhì)。因此,不同鉀肥用量桃果實(shí)之間的揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量也存在大小不一,并且相對含量之間差異范圍較大的主要體現(xiàn)在醛類、醇類、酯類和烴類物質(zhì)上。
2.3 不同鉀肥用量桃果實(shí)特征性香氣成分及相對含量的分析
由表3可知:4 種處理“重陽紅”果實(shí)中共得到12 種特征香氣成分。不施鉀肥的桃果實(shí)有9 種特征香氣成分;而施不同用量鉀肥的桃果實(shí)中,K1和K3也有9 種特征香氣成分,而K2只有7 種特征香氣成分。此外,本實(shí)驗(yàn)不同處理的桃果實(shí)中得到了6 種共同的特征香氣成分,其中桃果實(shí)中的C6醛和醇屬于“青香型”香氣物質(zhì),如本實(shí)驗(yàn)均檢測到的反-2-己烯醛和反-2-己烯醇及只在對照和K2中檢測到的順-3-己烯醇,其中以反-2-己烯醛的相對含量最高;而酯類和內(nèi)酯則屬于“果香型”香氣物質(zhì),如僅在K1中檢測出的順-3-乙酸己酯和4 種處理均含有的乙酸己酯、反-2-乙酸己酯和γ-己內(nèi)酯,其中γ-己內(nèi)酯是桃果實(shí)香味影響最大的特征香氣物質(zhì),又被稱為“桃味”化合物[15-16];而本實(shí)驗(yàn)檢測到的烯萜類成分是“重陽紅”桃果實(shí)的最主要“花香型”香氣物質(zhì),如檸檬烯和γ-萜烯醇等。
表3 不同鉀肥用量“重陽紅”桃果實(shí)的特征香氣成分及相對含量Table 3 Characteristic aroma components and their contents in peachfruits with different potassium fertilization rates
此外,從表3還可以得出,本實(shí)驗(yàn)4 種處理桃果實(shí)的特征性香氣的相對含量從低到高的順序?yàn)镵3<K2<CK<K1。其中,對照處理桃果實(shí)的“青香型”香氣總相對含量為29.08%,“果香型”香氣總相對含量為16.55%;K1的“青香型”香氣總相對含量為29.73%,“果香型”香氣總相對含量為20.39%;K2處理的“青香型”香氣總相對含量為36.42%,“果香型”香氣總相對含量為6.86%;K3處理桃果實(shí)的“青香型”香氣總相對含量為33.05%,“果香型”香氣總相對含量為9.74%。根據(jù)李楊昕等[17]研究得出“青香型”與“果香型”香氣成分的比值越低則果實(shí)的香味越佳。由此可見,酯類及內(nèi)酯類產(chǎn)生的“果香型”物質(zhì)的相對含量對桃果實(shí)香味的貢獻(xiàn)最大,即K1施0.47 kg鉀肥果實(shí)的香味最濃厚,對照和K3次之,而K2果實(shí)的香味相對最淡;但其中K3施0.93 kg鉀肥處理后桃果實(shí)中還含有2.73%的“花香型”香氣成分,K1只含有0.78%的“花香型”香氣成分,而K2和對照均未檢測出“花香型”香氣成分。因此,施0.47 kg和0.93 kg鉀肥桃果實(shí)的香氣表現(xiàn)更為豐富。
在本實(shí)驗(yàn)檢測出的82 種“重陽紅”桃果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)成分中,有共同含有的組分,也有一些各自特有的組分,在一定程度上會(huì)影響桃果實(shí)的感官品質(zhì)。根據(jù)席萬鵬等[15]研究報(bào)道,稱順-3-己烯醛也存在桃果實(shí)中,但本研究中并未檢出有該物質(zhì)。此外,一些文獻(xiàn)中提出γ-癸內(nèi)酯在各類桃果實(shí)中都能檢測到,以及大多數(shù)桃果實(shí)中含有的γ-己內(nèi)酯、γ-辛內(nèi)酯、γ-癸內(nèi)酯、δ-癸內(nèi)酯和γ-十二內(nèi)酯是桃果實(shí)的主要特征性香氣成分[15,18-21],在本實(shí)驗(yàn)中僅檢測到γ-己內(nèi)酯一種化合物,其余各內(nèi)酯類化合物均未檢出,一方面說明桃果實(shí)的基本品質(zhì)特征主要與其品種有關(guān),而內(nèi)酯化合物的合成途徑非常復(fù)雜,雖然目前已發(fā)現(xiàn)有5 條內(nèi)酯合成途徑[15,22],但各途徑在桃果實(shí)內(nèi)酯合成中的貢獻(xiàn)也不盡相同;另一方面也說明本實(shí)驗(yàn)中鉀肥對桃果實(shí)的內(nèi)酯類化合物在組分種類上存在影響。
此外,對桃果實(shí)施不同鉀肥用量研究發(fā)現(xiàn),隨著鉀肥用量的增加使得桃果實(shí)中的揮發(fā)性組分和相對含量也隨之增多,且發(fā)生的變化主要體現(xiàn)在醛類、酯類和烴類物質(zhì)上。說明鉀肥會(huì)促進(jìn)或阻礙桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的形成,同時(shí)不同鉀肥用量對桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)成分的產(chǎn)生和含量的影響效果大小不一。其中,尤其表現(xiàn)在特征香氣組分和含量方面,施0.47 kg和0.93 kg的鉀肥增加了“重陽紅”桃果實(shí)的“花香型”香氣組分,并且鉀肥使得“青香型”香氣物質(zhì)中的反-2-己烯醛的相對含量較不施鉀肥桃果實(shí)的相對含量顯著提高,從而在一定程度上降低了“重陽紅”桃果實(shí)的果香品質(zhì),但目前鉀肥對桃果實(shí)香氣物質(zhì)的合成基因是否有影響還需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證[23-25]。因此,隨著桃果實(shí)香氣物質(zhì)合成關(guān)鍵基因的研究及栽培措施的不斷改進(jìn),必將逐步改善和提高桃果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)。
本實(shí)驗(yàn)對“重陽紅”桃采用放射溝施肥法進(jìn)行不同用量的鉀肥處理,不施鉀肥的為對照,采用SPME-GCMS聯(lián)用技術(shù)測定了其揮發(fā)性物質(zhì)。4 種處理桃果實(shí)中共檢測出82 種揮發(fā)性成分,它們的組分主要由醛類、酯類、醇類、烯烴類和酮類等物質(zhì)構(gòu)成,其中共包含了12 種特征香氣物質(zhì)且它們的相對含量從低到高的順序?yàn)椋篕3<K2<CK<K1。此外,施鉀肥提高了桃果實(shí)中醛類、烴類和酮類物質(zhì)的相對含量,但降低了醇類和酯類物質(zhì)的相對含量。不同鉀肥用量之間對桃果實(shí)的香氣影響不同,施0.47 kg鉀肥果實(shí)的“果香型” 香氣物質(zhì)的含量最高,其中對其香氣含量貢獻(xiàn)最大的為順-3-乙酸己酯;而施0.70 kg鉀肥果實(shí)的“青香型”香氣的含量最高,果香味相 對最淡;同時(shí),施0.47 kg和0.93 kg鉀肥桃果實(shí)中存在“花香型”香氣成分,因而香氣表現(xiàn)更為豐富。因此,施0.47 kg鉀肥可以使桃果實(shí)的果香味濃厚且香氣物質(zhì)豐富。
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Effects of Different Potassium Fertilizer Rates on Volatiles of “Chongyanghong” Peach Fruit
GUO Donghua, ZHAO Caiping, ZHANG Jing, HE Huiqiang, BAI Hong, SHI Pei, LIU Hangkong, FAN Chonghui*
(College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)
Radial furrow fertilization method was used to investigate the effect of different potassium fertilizer rates on volatiles of “Chongyanghong” peach fruit as a major cultivar grown in Shaanxi province using peaches without potassium fertilization as the control. Solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) was used to determine the composition and contents of volatile aroma components. A total of 82 volatiles were detected in the control (CK) and three treatment (K1, K2 and K3) groupds, mainly including aldehydes, esters, alcohols hydrocarbons and ketiones. Meanwhile 12 characteristic aroma components were identifi ed and the order of their relative contents in four groups was as follows: K3 <K2 < CK < K1. In addition, compared with control, the potassium fertilizer increased the contents of aldehydes, hydrocarbons and ketiones, but decreased the contents of alcohols and esters. Different volatiles were detected among different potassium fertilizer rates, the content of fruity aroma compounds in fruits from the application of 0.47 kg of potassium fertilizer was the highest, (Z)-3-hexyl acetate making the largest contribution to the aroma. The content of green aroma compounds in 0.70 kg potassium fertilizer fruits was the highest, but with light fruity. Flowery aroma components existed in peach fruits grown in the soils fertilized with 0.47 kg and 0.93 kg of potassium, respectively, thus having a richer aroma. Therefore, applying 0.47 kg of potassium fertilizer can make peach fruity aroma richer.
peach; potassium fertilizer; volatiles; solid phase microextraction (SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)
10.7506/spkx1002-6630-201602019
S662.1
A
1002-6630(2016)02-0109-06
郭東花, 趙彩萍, 張靜, 等. 不同鉀肥用量對“重陽紅”桃果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(2): 109-114. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602019. http://www.spkx.net.cn
GUO Donghua, ZHAO Caiping, ZHANG Jing, et al. Effects of different potassium fertilizer rates on volatiles of“Chongyanghong” peach fruit[J]. Food Science, 2016, 37(2): 109-114. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201602019. http://www.spkx.net.cn
2015-05-07
“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD16B04);陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目(2015KTCL02-29)
郭東花(1987—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)楣麡渖砼c生態(tài)。E-mail:1990648381@qq.com
*通信作者:范崇輝(1956—),男,教授,本科,研究方向?yàn)楣麡渖砼c栽培。E-mail:apple19561019@163.com