櫻桃番茄成熟期品質指標動態變化的研究

薛 坤,陳海榮,陳火英,王新華,劉 楊*

(1上海交通大學農業與生物學院,上海200240;2上海市農業科學院,上海201499)

櫻桃番茄(Solanum lycopersicum var cerasiforme),外形美觀,風味、營養俱佳,在我國的水果蔬菜消費中占據重要地位。根據聯合國糧農組織(FAO)統計,番茄是世界上消費量第二的蔬菜作物,種植規模與產量與日俱增。截至2017年,全球的番茄種植面積約為484.4萬hm2,產量達1.77億t。近年來,櫻桃番茄因酸甜可口、果實富含多種礦物質和維生素受到市場青睞[1-2]。目前有關番茄品質的研究主要集中在栽培技術[3]、風味成分分析[4]、遺傳多樣性等方面[5],缺少成熟期品質指標的動態變化以及不同果色櫻桃番茄營養品質形成特征的研究。對設施栽培下櫻桃番茄營養成分動態變化規律進行探索,有助于指導生產實踐,確定適宜的采收期,建立高效的栽培措施、肥水管理和環境調控方式。

番茄是典型的呼吸躍變型果實,各品質指標的合成時期和速率有明顯不同。一般認為,果實的生長發育大致有S型和雙S型,結合這一生長規律在果實快速成長期追肥,果實膨大期疏果,可顯著提高果實產量和品質。已有的研究表明,糖在整個番茄成熟期逐漸積累,完熟期達到最高[6];而抗壞血酸(VC)則在成熟后期呈S型下降[7-8]。番茄的適宜采收期需要綜合考慮成熟期品質指標的狀態,并根據儲運需求做出調整。本研究通過對5種櫻桃番茄成熟期多項品質指標的跟蹤測定,系統分析櫻桃番茄果實發育過程中的主要品質指標的動態變化過程,以期為櫻桃番茄高效栽培和采收期管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料與采樣

本試驗的5種櫻桃番茄在2018年3—7月均種植于上海市浦東新區富農種業公司大棚。采用雙行區、隨機區組設計,設置3次重復,每個小區定植30株,株行距為35 cm×60 cm。氣候、立地條件、田間管理一致。供試櫻桃番茄材料的種質性狀及描述見表1,本批櫻桃番茄全部是圓形或高圓形果,其中FN110、FN207為黃果番茄;FN208、FN402、FN403是紅果番茄。每種番茄隨機從3株材料選取同一成熟期大小均勻、無機械損傷的6個代表性果實,采后運至實驗室冷藏。果實成熟期標準為:

綠熟期(I):果實通體呈綠色,果實較為堅硬。

破色期(II):果實外觀開始呈現少許紅色,著色面積約為10%。

轉色期(III):果實呈現淡紅色,著色面積在10%—60%。

粉紅期(IV):果實接近紅色,著色面積約占表面積的60%—90%。

完熟期(V):果實整體呈現均勻紅色(黃果番茄呈黃色),質地略微發軟。

表1 櫻桃番茄的特性及采樣Table 1 Cherry tomato variety characteristics and sampling

1.2 指標的測定方法

果實橫徑、縱徑用游標卡尺測量,設置5次重復。果形指數為縱徑與橫徑的比值。可溶性固形物用測糖儀測定,果實硬度參照李玲[9]的方法用數字硬度計測定。

可溶性糖、可滴定酸分別采用蒽酮比色法、酸堿滴定法測定。抗壞血酸依據GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》采用2,6-二氯酚靛酚鈉滴定法測定[10];番茄紅素依據NY∕T 1614—2008《中華人名共和國農業行業標準蔬菜及制品中番茄紅素的測定》采用高效液相色譜測定[11];蛋白質依據GB 5009.5—2010《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》使用凱氏定氮法測定[12]。

2 結果與分析

2.1 果實成熟過程中果形指數的動態變化

整體來看,果實發育過程中,果形指數呈現緩慢下降的趨勢;在果實成熟早期的綠熟期和破色期,下降幅度更大。圖1可見,多組果形指數在整個發育階段的變化趨勢一致,即:綠熟期較大的,則整個成熟階段的果實指數均較大,最終的完熟期果形指數也較大。僅有FN207的果形指數在完熟期略低于FN403,這說明果形指數是品種特性。從果色來看,黃果番茄FN110、FN207的果形指數相對較高。

2.2 果實成熟過程中硬度的動態變化

果實硬度是衡量番茄品質的重要指標,果實癱軟則容易在運輸過程中發生機械損傷,果實過硬則影響番茄口感。由圖2可知,從整個發育期來看,果實硬度呈現下降的趨勢,綠熟期為果實硬度的最高階段,最高值達到了近10 kg∕cm2,在綠熟期到破色期階段經歷了較大幅度的下降,從7—10 kg∕cm2降到4—6 kg∕cm2。在破色期至轉色期階段果實硬度的下降趨緩,而在轉色期之后果實硬度基本不再變化。從變化趨勢來看,綠熟期不同番茄果實的硬度區別較大,差值達到了3 kg∕cm2,而到了成熟期,多種番茄的硬度均集中在2—3 kg∕cm2。黃果番茄硬度在綠熟期均高于紅果番茄,而在完熟期則略低于紅果番茄。

圖1 果實成熟期果形指數動態變化Fig.1 Dynamic change of fruit shape index during fruit ripening

圖2 果實成熟期硬度動態變化Fig.2 Dynamic change of fruit ripening

2.3 果實成熟過程中可溶性固形物含量的動態變化

可溶性固形物與多種營養成分密切相關,是田間快速檢測櫻桃番茄品質的重要指標。由圖3可知,櫻桃番茄果實發育過程中可溶性固形物呈現先上升后下降的趨勢。在綠熟期至破色期階段5種櫻桃番茄可溶性固形物均緩慢上升,在破色期至轉色期階段FN110和FN207 2種黃果櫻桃番茄經歷了較大幅度的上升,在轉色期之后上升幅度不大,并在完熟期階段有所下降。可見黃果番茄可溶性固形物的積累比紅果番茄早,2種黃果番茄的可溶性固形物變化趨勢高度一致。FN402、FN403 2種紅果番茄在轉色期前均為緩慢增長,轉色期后可溶性固形物迅速增加,粉紅期至完熟期階段又很快降低。黃果番茄主要在破色期至轉色期累積可溶性固形物,紅果番茄則在轉色期后快速累積。整體來看,3種紅果番茄的可溶性固形物均低于黃果番茄。

2.4 果實成熟過程中可溶性蛋白含量的動態變化

由圖4可知,在整個成熟期階段5種櫻桃番茄可溶性蛋白變化一致,均為逐漸降低。在轉色期前3種紅果番茄可溶性蛋白降幅不大,轉色期后快速降低。而2種黃果番茄在破色期至轉色期階段可溶性蛋白含量快速降低。從變化幅度來看,3種紅果番茄可溶性蛋白含量在整個成熟階段變化較小,而黃果番茄則變幅較大。完熟期3種紅果櫻桃番茄的可溶性蛋白在9—11 mg∕g,均高于黃果櫻桃番茄;FN207的僅為7.3 mg∕g。

2.5 果實成熟過程中抗壞血酸含量的動態變化

由圖5可知,5種櫻桃番茄發育過程中果實抗壞血酸的變化趨勢一致,均為先上升后降低。黃果番茄在轉色期后抗壞血酸迅速上升,FN207達到了最高值26.3 mg∕(100 g),FN110也高達23.75 mg∕(100 g)。紅果番茄的整體增長趨勢較為平穩,轉色期后略微增加,由此可見轉色期是櫻桃番茄累積抗壞血酸的關鍵時期。之后抗壞血酸由于參與呼吸作用,消耗量大于合成量,因而在完熟期前緩慢降低,最終的抗壞血酸含量為13.5—20.2 mg∕(100 g)。

圖3 果實成熟期可溶性固形物動態變化Fig.3 Dynamic changes of soluble solids during fruit ripening

圖4 果實成熟期可溶性蛋白動態變化Fig.4 Dynamic changes of soluble protein during fruit ripening

2.6 果實成熟過程中番茄紅素含量的動態變化

番茄紅素是植物合成的高效抗氧化劑,可以消滅人體內的自由基,猝滅單線態氧,是番茄最重要的營養元素之一。由圖6可知,在整個成熟期階段番茄紅素均為逐漸上升的趨勢。綠熟期果實通體綠色,不含番茄紅素。破色期階段櫻桃番茄開始檢出少量番茄紅素,破色期至轉色期番茄紅素的累積速度明顯加快,轉色期后增長趨勢趨緩,而在粉紅期至完熟期,番茄紅素又進入一個快速累積的階段并由此達到峰值。與此對應的是,番茄顏色也從通體粉紅至呈現較深的紅色。其中FN208的番茄紅素達到了最高值12.1 mg∕(100 g),剩余2種紅果番茄的番茄紅素也在6.86—9.08 mg∕(100 g)。

圖5 果實成熟期抗壞血酸動態變化Fig.5 Dynamic changes of ascorbic acid during fruit ripening

圖6 果實成熟期番茄紅素動態變化Fig.6 Dynamic changes of lycopene in fruit ripening

圖7 果實成熟期可溶性糖動態變化Fig.7 Dynamic changes of soluble sugar in fruit ripening

2.7 果實成熟過程中可溶性糖含量的動態變化

可溶性糖是決定櫻桃番茄風味的重要因素,番茄果實中的糖類主要是葡萄糖、果糖和少量的蔗糖。由圖7可知,在櫻桃番茄果實成熟過程中可溶性糖的總量呈上升趨勢,但不同階段的上升速度各不相同。在轉色期之前,5種櫻桃番茄的可溶性糖含量快速上升,在轉色期至粉紅期,3種紅果番茄的可溶性糖累積速度降低,含糖量達到6.85%—8.68%,粉紅期至完熟期階段累積量較少,增加量僅為0.08%—0.61%。黃果番茄的可溶性糖累積量在轉色期前低于紅果番茄,且快速累積期比紅果番茄滯后,在完熟期前累積速度最快,并達到最大值。

2.8 果實成熟過程中可滴定酸含量的動態變化

櫻桃番茄所含有的可滴定酸主要包括檸檬酸和蘋果酸,它們是構成番茄酸甜口感的關鍵物質,因此,果實的品質在很大程度上決定于可滴定酸的含量。由圖8可知,櫻桃番茄的有機酸變化趨勢為先上升再緩慢降低,在完熟期最低。綠熟期階段多種櫻桃番茄組合的可滴定酸含量差別較大,FN208最高為0.8%,FN110最低僅為0.325%,相差達到了0.475%。紅果櫻桃番茄FN208、FN402、FN403變化趨勢較為一致,均在綠熟期和破色期階段快速累積有機酸,破色期之后有機酸含量開始降低。黃果櫻桃番茄FN110、FN207在破色期前有機酸合成量較低,轉色期前快速合成大量有機酸,轉色期后有機酸緩慢降低。說明在轉色期后有機酸酸開始分解,完熟期降到0.285%—0.675%。

2.9 果實成熟過程中糖酸比的動態變化

糖酸比是衡量番茄風味的重要指標,優質櫻桃番茄在糖分充足的同時有機酸也同樣豐富,具有更好的酸甜口感。由圖9可知,果實成熟過程中糖酸比大致呈逐漸上升的趨勢。FN402由于在轉色期前含酸量快速上升,超過了可溶性糖的積累速率因而糖酸比略微下降。轉色期之后有機酸開始分解,而可溶性糖快速累積,因此5種櫻桃番茄的糖酸比均在此階段快速上升。黃果番茄的糖酸比在破色期前較高,這主要是因為果實成熟前期黃果番茄有機酸含量較低。黃果番茄由于累積的有機酸較少,糖酸比較高。這批櫻桃番茄在完熟期的糖酸比為13.66—16.45,其中黃果番茄FN110糖酸比最高達到了16.45。

圖8 果實成熟期可滴定酸含量動態變化Fig.8 Dynamic changes of titratable acid content during fruit ripening

圖9 果實成熟期糖酸比動態變化Fig.9 Dynamic changes of sugar and acid ratio during fruit ripening

3 討論與結論

櫻桃番茄的產量和品質與果實成熟過程的栽培管理、環境調控以及采收期密切相關。高效的栽培管理結合環境調控能夠促進植株營養生長,提高坐果率和單果質量;適宜的采收期不僅對果實品質有重大影響,還可解決番茄的異地運輸難題,延長貨架期,顯著提高經濟效益[13];因此依據番茄成熟期的品質形成規律,在品質形成的關鍵時期調整肥水比例和環境條件是櫻桃番茄優質豐產的關鍵。

品質指標的動態變化規律可以為生產實踐中的栽培措施和環境調控提供理論依據。本試驗中可溶性固形物、抗壞血酸、可滴定酸表現較為一致,均為先升高后降低。前兩者均在粉紅期前不斷合成,而在粉紅期至完熟期階段因逐漸分解而降低。這與抗壞血酸以及構成可溶性固形物的有機酸等物質參與呼吸作用被不斷分解有關[14]。對品質指標的連續觀測表明,可溶性糖和糖酸比在轉色期前緩慢升高,轉色期后快速上升。這是由于轉色期后,果實快速累積糖類物質,而有機酸則被大量分解,因此糖酸比快速提高,由此可見轉色期和粉紅期是果實風味形成的關鍵時期,應在這一階段使用低水結合中肥[15-16],增加光照、降低溫度[17]以提高番茄可溶性固形物和抗壞血酸含量。可滴定酸的分界點為破色期至轉色期。紅果番茄破色期前、黃果番茄轉色期前有機酸快速合成,之后含量分別開始逐漸降低。因此在轉色期前可通過增施氮磷肥,合理施用鉀肥,減少灌水量以獲得更高的有機酸含量[18-19]。

適宜的采收期是提高櫻桃番茄綜合品質的重要手段。番茄是典型的呼吸躍變型果實,其品質還受到后熟過程的影響,而后熟階段的品質差異與采收日期密切相關[13]。過早采收,多種營養物質沒有轉化完全,風味口感尚未形成,亦有研究表明其貯藏后的腐爛率、失重率高,番茄紅素低[20]。過晚采收適合鮮食然而不利于儲運。對多種櫻桃番茄品質指標的連續觀測表明,粉紅期前番茄基本完成了抗壞血酸、有機酸、可溶性固形物的積累,之后即開始下降,抗壞血酸甚至大幅下降,而硬度和可溶性蛋白則是在整個成熟期持續降低。粉紅期后僅有糖酸比、可溶性糖、番茄紅素還在持續累積,但是積累的速率已明顯降低。因此,從短期儲藏來看,在粉紅期采收的果實,其抗壞血酸、有機酸、可溶性固形物、可溶性蛋白均處于高位,風味和營養更佳。而趙彤等[20]認為,紅熟后期采收更適宜短期儲藏。區別在于一方面其研究注重采收期對腐爛率和失重率的影響,另一方面對番茄成熟期的定義不同。采收期還應考慮果實的儲運特性,果實質地較軟,儲運特性較差的品種應當略有提前,避免運輸過程中的機械損傷。從延長櫻桃番茄貨架期和長途運輸的角度來看,需要櫻桃番茄有較高硬度的同時具有較高的營養和風味品質。轉色期是可溶性糖、番茄紅素、抗壞血酸、可溶性固形物等物質積累的關鍵時期,同時,可溶性蛋白在轉色期后快速下降,而果實硬度此時趨于平穩,因此,長期儲運的果實在轉色期采收更為恰當,這點與趙彤等[20]的研究一致。

本研究表明,5種櫻桃番茄在成熟階段的物質變化規律基本一致,僅在物質積累時期和速率方面有所差異。具體表現為:果形指數、硬度、可溶性蛋白在整個果實成熟階段呈現下降趨勢;可溶性固形物、抗壞血酸、可滴定酸變化趨勢較為一致,均為先升高后降低;可溶性糖、糖酸比和番茄紅素在成熟過程中逐漸上升;紅果番茄和黃果番茄在物質積累的動態規律上基本相同,但是不同果色番茄在物質快速積累的時期有一定差異。轉色期、粉紅期是櫻桃番茄品質形成的關鍵時期,應當結合適宜的肥水管理和環境調控,提高番茄品質和產量。櫻桃番茄短期儲藏的適宜采收期是粉紅期,長期儲藏的果實在轉色期采收更佳。