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6 個制汁葡萄果實品質差異分析

2023-04-29 00:00:00荀志麗馬小河黃麗萍王敏劉曉婷趙旗峰
果樹學報 2023年8期

摘要:【目的】分析不同制汁葡萄品種果實品質及香氣成分,篩選優良制汁品種。【方法】以國家種質資源圃太谷葡萄圃中6 個制汁葡萄為試驗材料,對其成熟期果實果粒大小、制汁率和可溶性固形物、可溶性糖、總酸、總酚、維生素C含量,以及香氣成分和含量等指標進行測定分析。【結果】6個制汁葡萄品種單果粒質量在2.57~4.18 g之間,出汁率在68%~75%之間;除可溶性固形物含量無顯著差異外,可溶性糖、總酸、總酚、維生素C含量均有顯著差異;6 個制汁品種共檢測出65 種香氣化合物,組成與含量各不相同,其中OAV(odor activity value)≥1 的化合物有19 種。主成分分析得出,柔丁香和外明紅葡萄位于第一主成分的正半軸,白香蕉和黑虎香葡萄在第二主成分的正半軸;香氣化合物芳樟醇、玫瑰醚、苯乙酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙醛、β-大馬士酮、戊酸乙酯、月桂烯的貢獻率較大;聚類分析顯示,果實中香氣化合物可分為四大類,依據香氣成分進行歸類,可將白香蕉、康拜爾早生、外明紅、柔丁香等6 個品種區分開?!窘Y論】根據果實中可溶性糖、維生素C、總酚含量以及果汁pH,底拉洼葡萄品質較好;根據香氣化合物組成及含量,6 個品種被明顯區分,柔丁香葡萄香氣物質種類最豐富,萜烯類貢獻率較高,黑虎香葡萄C13-降戊二烯貢獻率最高,柔丁香和黑虎香2 個葡萄品種的香味更特殊。

關鍵詞:制汁葡萄;品種;果實;香氣;主成分分析

中圖分類號:S663.1 文獻標志碼:A 文章編號:1009-9980(2023)08-1717-11

葡萄作為世界第二大水果,除鮮食、釀酒、制干外,還可以制汁,葡萄汁酸甜可口、營養豐富深受人們喜愛,一直被人們譽為“植物奶”[1]。我國葡萄汁產業起步較晚,發展較緩慢,目前市場上的葡萄汁大部分以進口為主。2020 年,我國進口葡萄汁的數量與金額分別達4.46 萬t 和7 101.81 萬美元,分別占我國進口果蔬汁總量與總額的20.23%和20.56%[2]。葡萄產業用于制汁的葡萄品種特性各異,不同品種表現出不同的風味和加工特性。近年來,隨著人們生活品質的提高,不僅對葡萄汁產量的需求不斷增加,對品質追求也越來越高[3],但我國制汁葡萄品種數量少,可作為優良親本的品種更少,且生產品種單一,無法滿足人們對高品質葡萄果汁的需求,適宜品種較少成為制約葡萄制汁產業發展的一個重要因素[4]。香氣作為衡量葡萄果實的一個重要品質指標,直接影響葡萄的風味和特性,因此,對制汁葡萄果實品質及香氣進行研究對制汁品種選育及制汁產業發展具有重要意義。

研究表明,不同品種果實香氣成分有明顯差異。譚偉等[5]對釀酒葡萄赤霞珠、梅鹿輒、品麗珠等5個不同營養系果實的香氣研究顯示,花香、果香、焦糖、植物香為其主要香氣,但同樣,4 種香氣在5 個營養系果實中的貢獻比例存在顯著差異。夏弄玉等[6]分析了3 個釀酒葡萄品種及其營養系果實的香氣成分,發現各品種及各營養系之間呈現香氣的主要物質及含量各不同。孫磊等[7]測定分析了5個早中熟鮮食葡萄品種及其親本果實中香氣成分單萜物質的含量,發現不同品種中單萜物質含量差異顯著。牛早柱等[8]對15 個鮮食葡萄香氣成分的分析結果同樣表明不同葡萄品種的香氣物質的組成及含量不同。關于葡萄香氣的研究主要集中在釀酒葡萄,鮮食葡萄次之,而關于制汁葡萄香氣的報道幾乎沒有。針對目前不同制汁品種果實品質,特別是果實香氣方面研究的不足,筆者在本研究中以國家葡萄種質資源圃太谷圃中保存的6 個制汁葡萄品種為研究對象,對其果實品質,包括果粒大小及可溶性糖、總酚、維生素C含量等指標,重點對香氣成分進行測定及分析,明確各品種香氣成分存在的差異,為葡萄制汁品種選育及制汁產業發展提供一定的參考依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

6 個具有香味的制汁葡萄品種,白香蕉(Triumph,BXJ)、柔丁香(Roudingxiang,RDX)、外明紅(Wyoming Red,WMH)、底拉洼(Delaware,DLW)、黑虎香(Heihuxiang,HHX)、康拜爾早生(CampbellEarly,KBEZS),6 個品種均為歐美雜種,柔丁香原產地不詳,其余5 個品種原產地均為美國。6 份材料采自國家葡萄種質資源圃太谷圃(37°23′ N,112°32′ E,海拔830 m,年均溫10.6 ℃,無霜期160~180 d,年降水量400~600 mm),廠字形籬架整形,南北行向,株行距為1.2 m×3.0 m。取樣時間為2021 年6—10 月,分別于每份種質果實成熟期,隨機采集葡萄樹上果穗底部、中間和頂端長勢良好的無病害漿果100 粒,3 次重復,一部分果實用來測定果實品質,另一部分果實液氮速凍,-80 ℃保存。

1.2 果實基本理化指標測定

用萬分之一電子天平測量果粒質量;用游標卡尺隨機測量每個品種15 顆果粒的縱徑、橫徑,計算其平均值;果實中可溶性固形物含量使用數顯折光儀進行測定;可溶性糖含量采用蒽酮-H2SO4法[9]測定;總酸含量用堿溶液滴定法[10]測定;果實中維生素C(Vc)含量用鉬藍比色法[11]測定;果實中總酚含量采用福林-肖卡法[12]測定。

1.3 果實香氣成分測定

參考Wu 等[13]的方法,利用頂空固相微萃取氣質聯用技術測定果實揮發性物質。具體操作方法如下:果實去核,加維生素C(50 mg·L-1)2 mL,榨汁機勻漿,4 ℃離心20 min,取上清6 mL并加1.5 g NaCl和5 μL內標(2-辛醇,155 mg·L-1)于20 mL空瓶中。提取完成后進行萃取,50 ℃條件下萃取40 min 后將萃取頭(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)插入GC口,進行熱解析5 min。氣相色譜為Thermo Trace 1300,質譜為ThermoTrace ISQ,毛細管柱為VF-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為高純氦氣,流速為1 mL·min-1。柱溫箱的升溫程序:40 ℃保持5 min,接著以5 ℃·min-1的速度升溫至230 ℃,保持5 min;再以20 ℃·min-1的速度升溫至250 ℃,保持5 min。

1.4 數據處理

結果中顯示數值均為3 次測定結果的平均值,采用Excel 2007 和SPSS 22.0 進行統計分析,用Duncan法進行差異顯著性比較(p<0.05)。利用質譜全離子掃描的圖譜,依據已有標樣的色譜保留時間和質譜信息、NIST2011 標準譜庫比對結果以及相關文獻對葡萄揮發性化合物進行定性;采用面積歸一化法進行定量分析。利用Canoco 5 進行主成分分析,利用TBtools進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種制汁葡萄的生物學特性

表1 為6 個制汁葡萄果實的生物學特性,白香蕉、柔丁香為黃綠色,外明紅為紅色,底拉洼為紫紅色,黑虎香、康拜爾早生為藍黑色。6 份制汁品種單果粒質量在2.57~4.18 g 之間,從大到小依次為白香蕉>康拜爾早生>黑虎香>柔丁香>外明紅>底拉洼,pH 范圍在2.82~3.56,黑虎香、康拜爾早生、外明紅pH值較低,顯著低于其他3 個品種。果粒出汁率在68%~75%之間,其中康拜爾早生出汁率較低,僅為68%。結果顯示,6 個制汁品種果實的果色、單果質量等方面各不相同。

2.2 不同品種葡萄果實的基本理化指標

表2 為6 個制汁葡萄品種果實成熟時的總酸含量、可溶性糖含量等基本理化指標的測定值。除可溶性固形物含量在6個不同品種果實中無顯著差異外,其他指標均有顯著差異??偹岷吭诤诨⑾闩c康拜爾早生中最高,其次是白香蕉、柔丁香、外明紅、底拉洼中含量最低。可溶性糖含量在柔丁香、外明紅、底拉洼和黑虎香中顯著高于白香蕉和康拜爾早生。維生素C含量在底拉洼中最高,在白香蕉、柔丁香、黑虎香中較低??偡雍吭诳蛋轄栐缟⑼饷骷t中較高,顯著高于黃綠色品種白香蕉和柔丁香。

2.3 不同品種葡萄果實的香氣化合物成分分析

2.3.1 香氣化合物種類及數量分析如表3 可知,在6 個制汁葡萄品種中共檢測出65 種香氣化合物,根據化學官能團分為C6化合物、醇類、酯類、醛類、酸類、萜烯類、酮類、C13-降異戊二烯類及芳香族含苯化合物。其中柔丁香葡萄果實中的香氣化合物種類最多,有61 種,且萜烯類化合物種類最多;其次為白香蕉葡萄,果實中的香氣化合物種類有58 種,以酯類化合物為主;底拉洼葡萄品種果實中香氣化合物種類最少,僅有41 種。數據顯示,香氣化合物會因制汁葡萄品種差異而不同,但整體來看,不同制汁葡萄品種的香氣化合物以酯類和萜烯類化合物為主。

2.3.2 香氣化合物組成及含量分析6 個制汁葡萄品種成熟果實中香氣化合物組成及含量如表4 所示??蛋轄栐缟紫憬丁⒌桌莨麑嵵蠧6化合物含量顯著高于黑虎香、外明紅、柔丁香。醇類化合物含量在6 個葡萄品種中的高低依次為柔丁香、外明紅、底拉洼、黑虎香、康拜爾早生、白香蕉,且品種間差異顯著。酯類化合物含量在白香蕉中最高,為465.58 μg ·L-1,顯著高于康拜爾早生、黑虎香及外明紅,而在底拉洼果實中未檢測出。萜烯類化合物含量在柔丁香中最高,為336.26 μg·L-1,顯著高于外明紅、黑虎香、白香蕉、底拉洼、康拜爾早生,分別是其的3.42、4.41、4.89、4.90、13.91 倍,其中黑虎香、白香蕉、底拉洼差異不顯著。測定結果說明,香氣化合物組成及含量在品種間差異顯著。

2.3.3 香氣化合物含量及OAV貢獻率分析由圖1-A可知,成熟期白香蕉與康拜爾早生葡萄品種的果實香氣化合物主要為C6化合物及酯類物質。由圖1-B可知,成熟期康拜爾早生葡萄香氣化合物的OAV貢獻率同樣以C6化合物及酯類物質為主,但白香蕉葡萄品種OAV貢獻率卻不同,其果實中除了C6化合物、酯類化合物外,C13-降異戊二烯類的OAV貢獻率占30.65%。柔丁香葡萄品種中,果實主要香氣化合物含量,其貢獻率高低依次為C6化合物、萜烯類、酯類、醇類、芳香族化合物,但就OAV貢獻率而言,萜烯類化合物高于C6化合物。外明紅葡萄果實香氣物質主要來自于C6化合物、萜烯類、芳香族含苯化合物及醇類化合物,但C13-降異戊二烯類、萜烯類、C6化合物的OAV貢獻率較高,尤其是C13-降異戊二烯類OAV貢獻率占58.17%。底拉洼葡萄品種香氣化合物含量貢獻率與OAV貢獻率基本保持一致,主要由C6化合物與萜烯類化合物構成。黑虎香葡萄品種的香氣化合物主要由C6化合物、酯類及萜烯類構成,但OAV貢獻率與外明紅相似,C13-降異戊二烯類占84.68,為OAV最主要貢獻化合物。

結果顯示,C6化合物雖然在6 個制汁葡萄品種的總香氣化合物含量的貢獻率均較高,但其OAV貢獻率卻不盡相同。主要原因是不同香氣化合物的香氣閾值不同,OAV 是香氣化合物含量與其閾值的比值,因此有些香氣化合物比如C13-降異戊二烯類的β- 紫羅蘭酮、β- 大馬士酮,閾值分別為0.007、0.002 μg ·L-1,雖然含量較低,但由于其含量遠遠大于其閾值,最終導致較高的OAV值。而OAV值是揮發性化合物對果實香味貢獻的衡量標準,因此果實特征香味的呈現不僅與香氣化合物的組成與含量有關,更與OAV有關。

2.3.4 香味OAV貢獻率分析成熟期葡萄果實中不同揮發性物質香氣屬性,使葡萄最終呈現出不同香味,這些特征香氣主要有植物香、果香、花香、脂膏香。圖2 為6 個制汁葡萄品種的香味貢獻率。白香蕉、柔丁香、黑虎香葡萄品種的主要香味為果香與花香,雖然圖1 和圖2 顯示該3 個葡萄品種的香氣化合物含量及OAV 貢獻率不同,但其主要呈現香味相似,主要是因為同一種香氣物質會呈現不同的香味,且同一香味可以由許多種香氣物質組成。外明紅的主要香味為花香與脂膏香;底拉洼的主要香味為植物香與花香,其中植物香占比65.88%;康拜爾早生主要香味為植物香與果香,其中植物香占比79.43%。

2.3.5 香氣化合物主成分分析本文6 個制汁葡萄品種共檢測出游離態香氣化合物65 種,根據各化合物的閾值計算得到OAV值,其中OAV大于1 的香氣化合物有19 種。為了比較6 個制汁葡萄品種香氣化合物的總體差異,對該19 種香氣化合物的OAV值進行主成分分析。從主成分得分圖(圖3-A)可以看出PC1 的貢獻率為35.71%,PC2 的貢獻率為56.67%,其累計貢獻率為92.38%。品種間差異明顯,白香蕉、柔丁香、外明紅、康拜爾早生在位置上可以明顯區分,柔丁香和外明紅位于第一主成分的正半軸,白香蕉和黑虎香在第二主成分的正半軸。

從主成分載荷圖(圖3-B)可以看出,香氣化合物芳樟醇、玫瑰醚、羅勒烯、松油醇、苯乙酸乙酯、苯乙醛、庚醛、壬醛位于第一主成分的正方向,對第一主成分有正的響應。香氣化合物β-大馬士酮、戊酸乙酯、月桂烯、2-己烯醛、己醛、己酸乙酯、松油醇、壬醛、苯乙酸乙酯、玫瑰醚、芳樟醇、庚醛位于第二主成分的正方向,對第二主成分有正的響應。其中,香氣化合物芳樟醇、玫瑰醚、苯乙酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙醛、β-大馬士酮、戊酸乙酯、月桂烯的貢獻率較高,這些香氣化合物含量的差異可以在一定程度上區分品種。同時,說明本文中6 個制汁品種中柔丁香和黑虎香這2 個品種的香味更能區別于另外4 個品種。為了進一步研究6 個制汁品種香氣化合物的差異,對6 個制汁品種果實中香氣化合物OAV值大于1 的化合物進行了層次聚類分析。如圖4 所示,香氣化合物可分為四大類。其中,類群1 包括己醛、2-己烯醛、2-丁烯-酮、壬醇、丁酸乙酯、己酸乙酯;類群2包括己酸乙酯、羅勒烯、萘酮;類群3 包括庚醛、苯乙酸乙酯、壬醛、苯乙醛、芳樟醇、玫瑰醚;類群4 包括松油醇、β-大馬士酮、戊酸乙酯、月桂烯。6 個制汁葡萄品種,底拉洼和黑虎香最為相似,其次為白香蕉、康拜爾早生、外明紅和柔丁香。說明,香氣化合物成分可以將本文中的6 個制汁品種明顯區分開來。

3 討論

對制汁葡萄果實進行品質評價,既能為制汁葡萄新品種培育提供參考依據,又能更好地反映該品種加工葡萄汁的品質。前人對鮮食葡萄及釀酒葡萄果實品質的研究結果表明,果實品質會因品種、地域、土壤、栽培管理方式等因子而表現不同[14-15]。同一地域不同品種之間的果實品質也存在顯著差異,同一地域同一品種,不同管理模式也會存在差異[16]。葡萄汁的適宜pH應保持在3.0~3.6 之間[3],過高的pH會加速葡萄汁的氧化,并影響果實的顏色。趙寶龍等[4]對生長在新疆的不同制汁品種的調查研究顯示,白香蕉、柔丁香和康拜爾早生果實pH較高,但果實糖含量高,綜合性狀較好。本研究結果表明,白香蕉等6 個制汁品種的pH 在2.82~3.56 之間,其中外明紅、黑虎香、康拜爾早生的pH 低于3.0,而白香蕉、柔丁香、底拉洼的pH 在3.0~3.6 之間;柔丁香中糖含量較高,白香蕉與康拜爾早生中糖含量較低。白香蕉、柔丁香、康拜爾早生的酸與糖含量與新疆地區表現不一致,其主要原因是不同地區光照、溫度條件等。

香氣是衡量葡萄果實品質的重要指標,香氣化合物的種類、組成及含量會因果實品種、地域、栽培管理方式等不同而存在差異[10]。譚偉等[17]對8 個鮮食葡萄的香氣化合物研究顯示,香氣化合物中芳香物質的差異較大,C6化合物物質含量較高。張云峰等[18]對威代爾葡萄香氣的研究表明,C6化合物、萜烯類、酯類含量較高。孫磊等[19]研究了5 種不同砧木對鮮食葡萄香氣的影響,結果表明不同砧木對果實中游離態香氣化合物影響不同,有的可以顯著提高葡萄玫瑰香味,有的對葡萄香味影響較小。彭婧等[20]研究了賀蘭山東麓產區4 個不同地塊對2 個釀酒葡萄品種果實香氣的影響,結果表明同一品種葡萄在不同地塊生長,其果實香氣化合物存在顯著差異。本研究中6 個不同制汁葡萄品種的香氣化合物種類、組成及含量均存在差異,整體而言,6 個品種中C6化合物、萜烯類、酯類的含量占總香氣化合物總量的比值較高,與前人研究結果一致。關于葡萄的香氣特征,張文文等[21]對3 個巨峰系葡萄的香氣化合物研究顯示,植物香、花香、果香是其主要香氣,但3 個營養系之間的香氣濃郁程度各不同。本研究與前人研究結果一致,6 個制汁品種的主要香氣為植物香、果香、花香、脂膏香,但6 個品種雖然均為歐美雜種,但不同香氣貢獻率表現不同,制汁時可根據每個品種的香氣特點進行篩選。

成熟葡萄果實中香氣化合物種類較多,但并非檢測出來的每種化合物都對葡萄香味有貢獻,因每種化合物都有嗅覺閾值,因此,香氣物質對香味的貢獻主要取決于OAV[22],且其值大于等于1,該化合物才可被認為對香味有貢獻[23]。本文研究顯示,外明紅和黑虎香果實中雖然C13-降異戊二烯萜總含量較低,但C13-降異戊二烯萜的OAV貢獻率最高,因為,在前人對釀酒葡萄及鮮食葡萄研究中,β-大馬士酮和β-紫羅蘭酮的香氣閾值極低,分別為0.002 和0.007 μg·g-1[24-25]。前人對威代爾冰葡萄香氣的研究同樣表明,β-大馬士酮、紫羅蘭酮對典型香氣有著重要貢獻[26],說明極低閾值的β-大馬士酮和紫羅蘭酮可以賦予果實典型香氣。玫瑰香型葡萄果實中含有豐富的萜烯類化合物,主要有芳樟醇、橙花醇、香茅醇等,其中芳樟醇的香氣閾值較低,因此芳樟醇對玫瑰香味貢獻較大[22,27]。醇類物質對香味的呈現較小,萜烯化合物和C13-降異戊二烯化合物可以賦予釀酒葡萄及葡萄酒特殊的香味[16,28]。醛類是果實草本香的主要貢獻者,己醛、苯乙醛含量較高[29]。酯類化合物是釀酒葡萄及葡萄酒中重要的香氣物質之一,賦予葡萄及葡萄酒果香及花香[30],其中己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯的香氣濃度較高[31]。本研究中,對OAV≥1 的香氣化合物進行主成分分析及聚類分析,發現芳樟醇、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚醛、壬醛、苯乙酸乙酯、β-大馬士酮等對香氣的貢獻率較高,這些物質分別為萜烯類、醛類、酯類及C13-降異戊二烯類。與前人研究相比,呈現香氣的主要物質類型相同,但具體化合物不完全相同。說明與釀酒葡萄和鮮食葡萄相比,制汁葡萄品種具有其特殊的香味。

4 結論

同屬歐美雜種的6 個制汁葡萄品種果實品質各不相同。根據果實中維生素C及總酚含量,康拜爾早生、外明紅、底拉洼葡萄品質較好;根據可溶性糖含量,柔丁香、黑虎香、底拉洼葡萄品質較好;根據果汁pH,白香蕉、柔丁香、底拉洼葡萄品質較好;根據香氣化合物組成及含量,6 個品種被明顯區分,柔丁香葡萄香氣物質種類最豐富,萜烯類貢獻率較高,黑虎香葡萄C13-降異戊二烯貢獻率最高,柔丁香和黑虎香這2 個品種的香味更特殊。

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