不同肥料對香蕉和粉蕉果實揮發物的影響

李映暉, 呂慶芳, 李映志, 葉春海, 李潤唐

(廣東海洋大學農學院,廣東湛江 524088）

不同肥料對香蕉和粉蕉果實揮發物的影響

李映暉, 呂慶芳, 李映志, 葉春海, 李潤唐

(廣東海洋大學農學院,廣東湛江 524088）

為了解不同肥料對香蕉和粉蕉果實揮發物成分和含量的影響及其影響機制,以香蕉巴西(MusaAAA Cavendish subgroup cv.Brazil）和粉蕉廣粉1號(MusaAAB Group Fenjiao cv.Guangfeng NO.1）為試材,研究了增施魚粉和花生麩對果實揮發物及相關酶活性的影響。結果表明,香蕉巴西中檢測到32種揮發性物質,粉蕉廣粉1號中檢測到25種揮發性物質,均以酯類為主,其次為醛類,粉蕉果實中沒有烴類及酚類物質；香蕉果實揮發物總量為6 113.43～20 253.89 μg/kg,粉蕉果實揮發物總量為1 614.09～4 383.99 μg/kg。增施魚粉和花生麩能增加香蕉和粉蕉果實的揮發物總含量和種類,促進大多數揮發物的積累,以增施魚粉的效應最大；增施魚粉和花生麩能夠提高香蕉和粉蕉果實醇脫氫酶和醇酰基轉移酶的活性,增施魚粉的效果最明顯；在香蕉和粉蕉果實后熟過程中,醇脫氫酶活性不斷下降,醇酰基轉移酶則出現一個活性高峰,香蕉和粉蕉具有相似的酶活性變化模式,但酶活性水平存在差異。香蕉和粉蕉果實在揮發物成分和含量上都存在差異,增施魚粉可以提高果實醇脫氫酶和醇酰基轉移酶活性,與增施魚粉后香蕉和粉蕉果實揮發物總量和種類的增加有一定關系。

香氣；肥料；香蕉；粉蕉

中國是世界上第二大香蕉生產國,其產量的38.8%來自廣東[1]。隨著消費者對果實品質的日益關注,許多研究人員都在設法通過育種或栽培措施來增進果實品質。香蕉是肥水需求較高的作物,肥料種類和施用時期對香蕉的產量和品質都有很大的影響[2-4],然而,除了糖、酸和Vc含量等品質屬性外,有關肥料對香蕉果實香氣成分和含量影響的國內外報道還比較少。

成熟果實中的揮發性物質賦予果實獨特的香味,其成分和含量構成果實的香氣特征譜或香氣指紋[5],是果樹栽培、采后處理及品質育種等領域的重要研究內容。影響果實香氣物質形成的因素很多,除了品種、成熟度等內部因素外,外部環境,如栽培管理、施肥類型等也是造成果實香氣物質種類和含量差異的重要因素[6-8]。

本研究以巴西香蕉(MusaAAA Cavendish subgroup cv.Brazil）和廣粉1號粉蕉(MusaAAB Group Fenjiao cv.Guangfeng NO.1）為試材,采用頂空固相微萃取結合氣相-質譜聯用技術(SPME/GC-MS）,分析不同肥料種類對香蕉和粉蕉果實香氣成分及含量的影響,以期為香蕉品質育種和栽培技術研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2012至2013年間在廣東省湛江市果樹蔬菜研究所的試驗基地進行。地理位置為東經21°26′和北緯110°28′,海拔45 m,亞熱帶季風性氣候,年平均氣溫22.7～23.3℃,年平均日照1 817～2 106 h。園地土壤類型為磚紅壤,微噴灌溉。

1.2 試驗材料

試驗材料為巴西香蕉(MusaAAA Cavendish subgroup cv.Brazil）與廣粉1號粉蕉(MusaAAB Group Fenjiao cv.Guangfeng NO.1）。揮發性物質吸附提取用的萃取頭為50/30 μm復合二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(Divinylbenzene/ Carboxen/Polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS）纖維頭。氣質聯用儀為安捷倫Agilent 6890N/5975/ GC-MS。色譜柱為HP-5MS(30 m×0.32 mm×0.25 μm）毛細管色譜柱。

1.3 試驗方法

完全隨機試驗設計。設復合肥(對照）、魚粉+復合肥和花生麩+復合肥3個處理,每個處理設3個重復行,試驗區域設2行保護行。復合肥的N、P、K比率為14∶8∶19。3種肥料同時分3次施入,分別為定植前、旺盛生長期(植后70 d）和抽蕾期(植后150 d）。試驗園種苗為組培苗袋苗,南北行向,株行距2.5 m×3.0 m,常規管理。

不同肥料處理的果實在八成熟時采收,采收后放置室溫下任其自然成熟,期間分批取果,每個處理隨機取5個果指,去果皮后將果肉用液氮速凍后,置于-80℃冰箱保存備用。參考朱虹等[9]的方法,利用頂空固相微萃取結合氣相色譜和質譜聯用技術分析樣品果肉中的揮發性物質。參考Echeverría等[10]的方法,測定樣品果肉的乙醇脫氫酶(Alcohol dehydrogenase,ADH）活性。參考隋靜等[11]的方法,測定醇酰基轉移酶(Alcohol acetyltransferase,AAT）活性。所有測定均重復3次。

1.4 數據分析

質譜圖經NIST05質譜庫匹配分析,結合人工圖譜解析,確定揮發性物質的成分。參考陳美霞等[12]的方法,以2-辛醇作為內標計算出各揮發性物質的含量：含量(μg/kg）=(待測物質的峰面積/內標峰面積）×內標含量(μg）/樣品質量(kg）。

2 結果與分析

2.1 肥料對香蕉和粉蕉果實揮發物成分和含量的影響

不同肥料處理的香蕉和粉蕉果實揮發性物質成分和含量的測定結果見表1。由表1可以看出,酯類物質是香蕉和粉蕉成熟果實香氣成分中的主要成分,分別占總揮發物成分的85.73%～98.13%和48.2%～89.79%,其中,異丁酸異戊酯、異戊酸異戊酯、乙酸異戊酯、丁酸異丁酯、異戊酸異丁酯含量較高；其次是醛類物質,分別占香蕉和粉蕉成熟果實總揮發物成分的7.33%～12.79%和10.21%～13.65%,其中反式-2-己烯醛、己醛含量較高。

香蕉和粉蕉成熟果實在香氣成分和含量上都存在明顯差異(表1）。巴西香蕉成熟果實香味濃郁,香氣物質類型較多,檢測到的揮發性物質有32種,揮發性物質總含量為6 113.43～20 253.89 μg/kg。廣粉1號粉蕉成熟果實的香味較淡,香氣物質類型較少,含量較低,檢測到的揮發性物質有25種,總含量為1 614.09～4 383.99 μg/kg。巴西香蕉和廣粉1號粉蕉成熟果實中的香氣成分都以酯類為主,分別為23種和21種,兩者在酯類物質的種類上也存在較大差異。

表1 肥料對巴西香蕉和廣粉1號粉蕉果實揮發物成分及含量的影響Table 1 Effects of fertilizers on the components and contents of volatile compounds in the fruits of banana Brazil and dwarf banana Guangfeng No.1

續表1 Continued table 1

肥料對巴西香蕉及廣粉1號粉蕉果實揮發物的成分和總含量有明顯的影響(表1）。無論是香蕉還是粉蕉,增施花生麩和魚粉,都能增加揮發物的種類。增施花生麩可使香蕉熟果增加2種酯類和1種酮類物質,增施魚粉可增加5種酯類和2種酮類物質。增施花生麩可使粉蕉熟果增加3種酯類和1種酮類物質,增施魚粉可增加5種酯類和1種酮類物質。無論香蕉還是粉蕉,增施花生麩和魚粉均增加了揮發性物質的總量,以增施魚粉處理的揮發性物質總量最大,分別達到20 253.89 μg/kg和4 383.99 μg/kg。3種施肥處理下,香蕉果實揮發物總量的差異達到極顯著水平,但粉蕉果實揮發物總量的差異不顯著。

增施花生麩或魚粉能顯著增加香蕉熟果中的醛類物質含量、3-甲基-丁醇含量、酮類和酯類物質含量、丁香酚含量,降低烴類物質總量(表1）。增施花生麩或魚粉能顯著增加粉蕉果實熟果醛類物質含量、2-辛酮含量、酯類物質總量、烴類物質含量,降低粉蕉果實中3-甲基-丁醇含量。

2.2 肥料對香蕉和粉蕉果實乙醇脫氫酶(ADH）活性的影響

不同肥料處理下,香蕉和粉蕉果實后熟過程中,ADH酶活性的變化見圖1。從圖1中可以看出,隨著果實后熟,巴西香蕉和廣粉1號粉蕉果實中的ADH活性均呈下降趨勢。單施復合肥的香蕉果實在后熟第15 d(ADH活性為0.30 U/g）,酶活性變化趨于平緩,早于增施花生麩或魚粉的處理。粉蕉果實中,單施復合肥處理的果實在后熟第5 d(ADH活性為0.21 U/g）,酶活性變化開始趨于平緩；增施花生麩的處理則在后熟第6 d(ADH活性為0.86 U/g）,酶活性變化趨于平緩。

從圖1中還可看出,增施花生麩和魚粉都能增加香蕉和粉蕉果實中的乙醇脫氫酶活性,以增施魚粉的增加作用最大。香蕉果實后熟第1 d,單施復合肥、增施花生麩和增施魚粉的ADH活性分別為4.18 U/g、6.63 U/g和7.77 U/g；至第19 d,酶活性分別下降至0.19 U/g、0.91 U/g和2.07 U/g,分別下降了95.5%、86.3%和73.4%。粉蕉果實后熟第1 d,單施復合肥、增施花生麩和增施魚粉的ADH活性分別為2.89 U/g、5.13 U/g和5.83 U/g；至第19 d,酶活性分別下降至0.09 U/g、0.59 U/g和1.19 U/g,分別下降了96.9%、88.5%和79.6%。這些結果還表明,香蕉和粉蕉的果實ADH活性也存在差異,香蕉果實中的酶活性較高。

圖1 3種肥料對香蕉(A）和粉蕉(B）果實成熟過程中乙醇脫氫酶(ADH）活性的影響Fig.1 Effects of three fertilizers on the activities of alcohol dehydrogenase(ADH）during fruit ripening of banana(A）and dwarf banana(B）

2.3 肥料對香蕉和粉蕉果實醇酰基轉移酶(AAT）活性的影響

3種肥料對香蕉和粉蕉果實后熟過程中醇酰基轉移酶(AAT）活性的影響見圖2。從圖2中可以看出,巴西香蕉和廣粉1號粉蕉果實中的AAT活性分別在后熟第11 d和第5 d出現峰值。香蕉和粉蕉果實后熟過程中表現出相似的酶活性變化模式。

增施花生麩和魚粉均能增加香蕉和粉蕉果實中的AAT活性,以增施魚粉對AAT活性的增加效應最大。在香蕉果實中,單施復合肥、增施花生麩和增施魚粉后,果實中AAT活性的峰值分別為3.28 U/g、8.41 U/g和13.07 U/g,分別是第1 d(分別為0.33 U/g、1.01 U/g和1.46 U/g）的9.94倍、8.33倍和8.95倍。在粉蕉果實中,單施復合肥、增施花生麩和增施魚粉后,果實中AAT活性的峰值分別為2.13 U/g、6.47 U/g和10.07 U/g,分別是第1 d(分別為0.27 U/g、0.56 U/g和0.95 U/g）的7.89倍、11.55倍和10.6倍。這些結果也表明,香蕉和粉蕉果實間AAT活性存在差異,香蕉果實中的酶活性較高。

圖2 3種肥料對香蕉(A）和粉蕉(B）果實成熟過程中醇酰基轉移酶(AAT）活性的影響Fig.2 Effects of three fertilizers on the activities of alcohol acetyltransferase(AAT）during fruit ripening of banan(A）and dwarf banana(B）

3 討論

香蕉果實香味濃郁,是鮮食品質的重要組成部分[13-15]。已有研究結果表明,香蕉熟果中主要揮發物是酯類物質[16-20],但這些研究所檢測到的揮發物成分存在一定的差異。Pino等[20]比較了3種提取方法獲得的香蕉果實揮發物成分及其香氣活力值,從香蕉果實中146種化合物中,鑒定出31種具有香氣活力的化合物。本研究從香蕉熟果中檢出32揮發物成分,主要為酯類,與前人研究結果相似,但所含有的酯類物質成分與前人研究存在一些差異,這可能與品種、生長環境以及栽培措施有關[19,21-23]。本研究還從粉蕉中檢測到25種揮發物,其熟果的主要香氣物質也是酯類,但和香蕉相比,除揮發物總量較低外,粉蕉熟果中還缺少烷烴類和酚類物質,酮類物質也較少。目前,國內外還未見有關粉蕉香氣方面的研究報道。有關煮食香蕉香味成分的分析結果表明[24],其香氣物質成分與香蕉存在較大差異,42種揮發性物質中,2-甲基丙醇、糠醛、二甲基吡嗪等為熟果香味的主要影響物質。

施肥方式和肥料種類會影響果實的香氣成分和含量。分次施肥較一次性施肥更能增加果實香氣成分含量[25],過量施用氮肥會促進桃果實青香型物質的形成,減少其甜香氣味物質[26]。香蕉果實揮發物成分和含量受生長及果實后熟環境影響的研究也見于其他報道,但肥料對香味物質形成的影響還未見報道。Facundo等[27]的研究結果表明,不同香蕉品種對冷藏的敏感性不同,其酯類物質的合成受冷藏影響很大。Selli等[23]比較了露地和保護地栽培下香蕉香味物質成分的差異,結果表明,露地栽培下的香味物質種類和含量均高于保護地栽培。乙烯處理和非乙烯處理[22],以及不同產區的香蕉果實[21-22],其香味物質成分和含量都存在差異。本研究結果表明,對香蕉和粉蕉增施魚粉和花生麩能顯著增加果實揮發物總含量和揮發物種類,以增施魚粉的效果最為顯著；對單個揮發物而言,增施花生麩或魚粉能提高大多數揮發物的含量,但也會降低個別揮發物的含量。

在果實香味物質的合成代謝途徑中,醇脫氫酶(ADH）和醇酰基脫氫酶(AAT）是酯類物質代謝的2個關鍵酶[28]。本研究結果表明,盡管ADH和AAT兩種酶在果實后熟過程中表現出不同的變化模式,但每種酶在粉蕉與香蕉之間、以及在不同肥料類型的各個處理之間都表現出類似的變化模式,僅在酶活性的高低上存在差別。Imahori等[29]研究了低氧貯藏對香蕉果實成熟過程和酯類合成的影響,結果表明,低氧貯藏降低了果實酯類物質含量,同時ADH和AAT的活性也受到抑制。Jayanty等[30]認為,在香蕉果實香味物質形成過程中,早期主要受限于底物的可得性,后期脂氧合酶等酶的作用提供了底物之后,AAT活性的高低成為香氣物質的限制因素。Wyllie等[31]和Jules等[32]對AAT的研究結果也表明,底物的供應是果實香味濃度和質量的主要決定因子。本研究結果表明,增施花生麩或魚粉可以提高ADH和AAT的活性水平,進而提高了香味物質的總含量和各類香味物質的含量,但其對底物可得性的影響還有待進一步的研究。

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(責任編輯：張震林）

Influence of different fertilizers on volatile compounds of banana and dwarf banana

LI Ying-hui, Lü Qing-fang, LI Ying-zhi, YE Chun-hai, LI Run-tang

(College of Agriculture,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China）

This experiment was conducted to investigate the effects of different fertilizers on volatile compounds of banana and dwarf banana fruits and to understand the underlying mechanisms.Banana brazil(MusaAAA Cavendish subgroup cv.Brazil）and dwarf banana Guangfeng NO.1(MusaAAB Group Fenjiao cv.Guangfeng No.1）were employed as materials,and fish meal and peanut cake were used for fertilization.Totally 32 volatile compounds were detected in fully matured fruits of Brazil and 25 volatile compounds in fully matured fruits of Guangfeng No.1.Esters dominated the volatile compounds,followed by aldehydes.Alkanes and phenols were not detected in Guangfen No.1.In addition to the components of volatile compounds,the amounts differed as well,6 113.43-2 0253.89 μg/kg in Brazil and 1 614.09-4 383.99 μg/kg in Guangfen No.1.Applications of both fish meal and peanut cake increased total amount and components of volatile compounds and facilitated the accumulation of most volatile compounds,with fish meal being more effective. Application of fish meal and peanut cake also increased the activities of alcohol dehydrogenase(ADH）and alcohol acetyltransferase(AAT）in the fruits of both banana anddwarf banana,with fish meal being more effective.During ripening of postharvested banana and dwarf banana fruit,the activities of ADH decreased continuously,while the activities of AAT showed a distinct peak.Banana and dwarf banana displayed similar patterns of changes in enzymes activities,but different enzyme activities.Increased activities of both ADH and AAT could explain the increase of components and amounts of volatile compounds in both fruits of banana and dwarf banana.

aroma；fertilizer；banana；fenjiao

S668.1

A

1000-4440(2015）01-0073-07

李映暉,呂慶芳,李映志,等.不同肥料對香蕉和粉蕉果實揮發物的影響[J].江蘇農業學報,2015,31(1）：73-79.

10.3969/j.issn.1000-4440.2015.01.011

2014-07-06

廣東省現代農業產業技術體系香蕉栽培與耕作崗位專家項目[粵財教(2009）356號]

李映暉(1988-）,女,湖南長沙人,碩士研究生,主要從事熱帶園藝作物遺傳育種研究。(E-mail）576526479@qq.com

李映志,(E-mail）lyingzhi2005@126.com；葉春海,(E-mail）gdych@126.com