采收成熟度對晚熟大雅柑橘品質特性及其風味的影響

高麗,龍勇,李紅章,陳德勇,賀紅宇,樂梨慶,李華佳,朱永清,祝進,曾曉丹*

1(四川省農業科學院農產品加工研究所,四川 成都,610066)2(四川省眉山市農業農村局,四川 眉山,620020) 3(四川省仁壽縣農業農村局,四川 眉山,620500)4(四川省園藝作物技術推廣總站,四川 成都,610041)

大雅柑,是西南大學柑桔研究所以清見桔橙為母本,新生系3號椪柑為父本雜交選育而成,無核,成熟期較晚,早結豐產性好,果大形美,容易剝皮,果肉細嫩化渣,汁多味濃,品質極優,是有望替代春見(大雅柑姊妹品種)的晚熟柑橘優新品種,市場前景廣闊[1]。因其果實外觀和樹體均酷似春見,但品質超過春見,所以有人稱之為“改良春見”。

采收成熟度為衡量果實成熟程度的指標,在很大程度上決定了果品的質量和風味。目前,確定采收成熟度的標準較多,主要有果實生育期、采收時間、果皮顏色、硬度、淀粉或可見/近紅外光譜等[2],其中依靠顏色來判定其成熟度的居多,如:李子、杏子、枇杷、櫻桃番茄、檸檬等,而柑橘則主要依靠其采收時間[3-4]。柑橘鮮果品質、貯藏質量以及適售人群涉及最佳采收期的選擇。采收過早,則影響果品的外觀品質(如色澤和光潔度等欠佳)和內在品質(如糖分累積較低、酸含量較高、香氣不濃郁等);采收過晚,則會使果品硬度下降,容易變軟和易受機械損傷,增加落果的同時影響其貯藏性和貨架期[5-6];此外,適度采收范圍內,成熟度的可接受度與目標消費群體也有較大聯系,對于大多數普通消費者而言,更傾向于成熟度高、適口性最佳的果品,但對于批發商而言,可能更傾向于稍早成熟、口味較佳的果品以便于增加貯存及售賣時間。因此,確定柑橘果實的適宜采收成熟度對延長柑橘果實貯藏時間、滿足不同消費群體及市場需求、提高果農家庭收入和地方柑橘產業經濟效益具有切實意義。目前,有關百香果[7]、紅梅杏[8]、桑葚[9]、蘋果[10]、獼猴桃[11]、枇杷[12]、櫻桃番茄[13]等果實采收成熟度對其品質的影響已有較多研究。研究表明,選擇合適的采收成熟期可以滿足市場及消費的不同需求,適度晚采有利于保障果品自身品質,適宜即采即賣,適度早采有利于延長果品貯藏期,適宜錯峰銷售;同時,選擇合適的采收期能夠使果品保持較好的果形、果重、硬度、顏色、總可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C、花青素含量及抗氧化能力等,并有效減少果實出現腐爛、褐變、脫粒等嚴重影響其商品價值的品質劣變現象。因此,確定適宜的采收成熟度至關重要。但是,目前關于晚熟柑橘采收成熟度的相關報道甚少,尤其是專對四川晚熟大雅柑橘品質的研究還未見報道。本文研究不同采收成熟度對晚熟大雅柑橘品質的影響情況,為指導大雅的適宜采收期、保證果實的最佳品質提供判斷指標和基礎科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

晚熟柑橘“大雅”采自四川省眉山市仁壽縣鏵銳公司基地。為保證果實樣品的穩定與均一性,選取果園特定一列的6棵樹,分別從每棵樹向陽、中間、向陰處各采一顆,每一成熟度共計采摘18顆,如表1所示。果實采摘后當日運回實驗室,進行相應指標測定,并將柑橘果汁-80 ℃凍存以便HPLC和GC-MS測定。

表1 采收成熟度與采收時間的對應關系Table 1 The corresponding relationship between the harvest maturity and the harvest time

1.2 儀器與設備

1260高效液相色譜儀, 安捷倫公司(美國);CR-400色差儀,柯尼卡美能達公司(日本);TA.XT Plus質構儀,Stable Micro System公司(英國);PAL-1手持式折光儀,ATAGO公司(日本);855型全自動滴定儀,Metrohm公司(瑞士);JA5003型電子天平,上海佑科儀器儀表有限公司;Intuvo9000-GC System-5977b氣質聯用色譜儀,美國Agilent公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME萃取纖維,美國Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 品質指標測定

可滴定酸(titratable acid, TA)含量采用全自動滴定儀測定;可溶性固形物(total soluble solid, TSS)含量采用手持式折光儀測定;硬度采用物性測試儀測定;柑橘果皮/果肉顏色計算參照MA等[14]方法,由參數柑橘顏色指數(citrus color index, CCI)表示,該指數通過使用色差儀測量L*、a*和b*的基本參數來確定,計算如公式(1)所示:

(1)

1.3.2 可溶性糖和有機酸HPLC法測定

1.3.2.1 樣品處理

將-80 ℃下凍存的柑橘汁用流動冷水解凍,吸取1 mL原液用超純水稀釋28倍,用0.22 μm無機膜過濾純化后移入進樣瓶待測。

1.3.2.2 色譜條件

可溶性糖:Agilent Hi-Plex Ca色譜柱(7.7 mm×300 mm, 8 μm);流動相:100%去離子水;流速:0.6 mL/min;進樣量:2 μL;柱溫:80 ℃;檢測器:蒸發光散射檢測器;增益:1.2;蒸發溫度:70 ℃;霧化溫度:90 ℃;載氣:氮氣(純度99.99%)。采用蔗糖、葡萄糖和果糖3種標準品的色譜峰保留時間對柑橘汁中的單糖進行定性,用標準曲線(R2>0.999)進行定量分析。有機酸:ChromCore Sugar-H色譜柱(6 μm,7.8 mm×300 mm);檢測器:紫外檢測器;檢測波長:210 nm;流動相:3.5 mmol/L H2SO4;柱溫:80 ℃;流速0.4 mL/min;進樣量:20 μL。采用檸檬酸、蘋果酸、奎尼酸、丁二酸等4種標準品的色譜峰保留時間對柑橘汁中的有機酸進行定性,用標準曲線(R2>0.999)進行定量分析。

1.3.3 揮發性風味物質頂空固相微萃取氣相色譜-質譜(headspace solid phase microextraction gas chromatography-masss spectrometer, HS-SPME-GC-MS)法測定

1.3.3.1 樣品處理

將-80 ℃下凍存的柑橘汁用流動冷水解凍,取5 mL 樣品置于20 mL頂空固相微萃取瓶中,依次加入1.5 g NaCl、10 μL內標物(甲醇稀釋5 000倍的2-辛醇,質量濃度為163.8 μg/mL),迅速擰緊瓶蓋待測。

1.3.3.2 檢測條件

參考BI等[15]方法,略有改動。HS-SPME-GC-MS條件:50/30 μm(DVB/CAR/PDMS)長度為20 mm的萃取頭上機預熱15 min后,40 ℃解析40 min。HP-5MS色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm);升溫程序:在40 ℃溫度下維持3 min,然后以3 ℃/min升至160 ℃保持2 min,最后以8 ℃/min升至最終溫度220 ℃維持3 min;載氣:氦氣(純度99.99%);流速:1.0 mL/min;分流比為5∶1。電離方式:EI(electron ionization);電子能量:70 eV;離子源溫度:230 ℃;四級桿溫度:150 ℃;傳輸線溫度:280 ℃;進樣口溫度:250 ℃;掃描質量:20～550 u。定量定性分析:對GC-MS得到的柑橘汁質譜數據與美國國家標準與技術研究院17標準譜庫進行檢索,并結合保留指數進行定性分析[16];采用內標法進行定量分析計算。以2-辛醇為內標物,根據其相應的峰面積之比計算出各個化合物的物質含量[17]。計算如公式(2)所示:

香氣物質含量/(μg/mL)

(2)

1.3.3.3 香氣活性值(odour activity value,OAV)的計算

OAV計算如公式(3)所示:

(3)

式中:Ci為香氣成分的濃度值,OTi是經文獻查找得到的香氣物質的香氣閾值。

1.4 數據分析

試驗數據分析及繪圖采用Excel、Origin 2018、IBM SPSS tatistics 26.0分析軟件進行處理,圖表中數據以平均值±標準差的形式表示。

2 結果與分析

2.1 不同采收成熟度對晚熟大雅柑橘品質的影響

果實色澤及硬度是直接影響果品外在感官印象的因素。如表2所示,隨著采收成熟度的增加,果皮CCI和果肉CCI先快速上升后趨于穩定,果皮CCI在Ⅰ～Ⅲ采收期迅速上升后趨于穩定,果肉CCI在Ⅰ～Ⅳ采收期波動上升后趨于穩定,較果皮CCI晚一個采收期達到最高值。硬度在采收初期Ⅰ～Ⅲ期和采收末期Ⅳ～Ⅴ期下降迅速,而在采收中期Ⅲ～Ⅳ期無顯著性變化,這與荊佳伊等[3]研究晚熟W.默科特柑橘所得到的結果一致。采收結束時,果實硬度由采收Ⅰ期的6.16 kg降為采收Ⅴ期的2.44 kg,降幅高達60.39%。

表2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘的品質變化Table 2 Quality changes of late-maturing Daya citrus at different harvest maturity

糖、酸含量及其比例是柑橘果實重要的味道指標[18],也被廣泛用作表征果實成熟度的指標。總可溶性固形物含量隨著采收成熟度的增加先緩慢后快速上升,在采收末期達到峰值10.22%;可滴定酸含量在采收初期Ⅰ～Ⅱ期無明顯變化,在Ⅱ～Ⅴ期顯著降低,在采收末期達到最低值0.39;果實固酸比同總可溶性固形物含量趨勢一致,在Ⅰ～Ⅱ期無明顯變化,在Ⅱ～Ⅴ期顯著升高,在采收末期達到峰值26.07,是采收Ⅰ期的3倍。

2.2 不同采收成熟度對晚熟大雅柑橘風味物質的影響

2.2.1 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘可溶性糖及有機酸的變化

如圖1所示,可溶性糖含量隨采收成熟度的增加總體呈上升趨勢,且蔗糖、葡萄糖和果糖含量變化趨勢一致。在已檢測的3種可溶性糖中,蔗糖含量最高,其次是果糖,葡萄糖含量略低于果糖,這與吳文明等[19]在研究椪柑中得到的結果一致。3種單糖均在采收初期Ⅰ～Ⅱ期和采收末期Ⅳ～Ⅴ期迅速上升(P<0.05),而在采收中期Ⅱ～Ⅳ期無顯著性變化。采收結束時,蔗糖、葡萄糖和果糖分別由采收Ⅰ期的26.12、8.19、9.35 mg/g增加到采收Ⅴ期的53.79、15.52、19.5 mg/g,增幅分別為105.93%、89.50%、108.56%。

圖1 晚熟大雅柑橘不同采收成熟度可溶性糖含量變化Fig.1 Changes of soluble sugar content of different harvest maturity of late-maturing Daya citrus注:不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)。

如圖2所示,晚熟大雅柑橘中主要有機酸有4種,分別為檸檬酸、D-蘋果酸、奎尼酸和丁二酸。隨著采收期的延遲檸檬酸含量呈現先上升后下降的趨勢,D-蘋果酸、奎尼酸和丁二酸均呈現上升趨勢。果實中檸檬酸在Ⅰ～Ⅱ期顯著增加,從Ⅱ期開始顯著下降至Ⅳ期后維持不變,降幅達到32%。D-蘋果酸、奎尼酸和丁二酸趨勢相似,采收前期小幅增加,中期無顯著性變化,后期(Ⅳ～Ⅴ期)顯著增加,Ⅳ期與Ⅰ期相比,增幅分別增加260%、148%、55%。

圖2 晚熟大雅柑橘不同采收成熟度有機酸含量變化Fig.2 Changes of organic acid content of different harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.2.2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘揮發性風味物質的變化

2.2.2.1 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘主要風味成分及含量

通過GC-MS分析,5個采收階段的大雅果實中共檢測出揮發性風味物質76種,其中醇類物質種類最多(26種)、其次為萜烯類(17種)、酯類(13種)、醛類(10種)、酮類(4種)、烴類(4種),此外,還有2種其他物質被檢測出來(表3)。由表3可以看出,不同成熟度大雅果實中檢出的成分種類和相同成分在不同成熟階段的含量均有明顯差異,5個采收階段的大雅果實中分別檢測出揮發性風味物質64、49、28、48、17種,其中共有風味物質12種,分別為(1S)-(1)-β-蒎烯、β-月桂烯、D-檸檬烯、2,4(8)-對-薄荷二烯、γ-松油烯、芳樟醇、松油烯-4-醇、己醛、葵醛、(1S,5S)-醋酸香芹酯、乙酸香茅酯、壬烷。采收Ⅰ期特有風味物質有12種,分別為(+)-4-苝烯、1,3,8-對薄荷三烯、α-法尼烯、葑醇、(+)-異松蒎醇、10-羥基香葉醇、(-)-α-松油醇、紫蘇醇、2-癸烯-1-醇、(E)-2-十醛、反式醋酸卡維酯、橙花醇乙酸酯,其種類最多,但相對含量僅占采收Ⅰ期總含量的2.44%。采收Ⅱ期僅有1種特有風味物質1,3,5-三(亞甲基)-環庚烷,其相對含量極少,僅占采收Ⅱ期總含量的0.03%。采收Ⅲ期未發現特有風味物質。采收Ⅳ期有4種特有風味物質,分別為2-戊癸烯-1-醇、2-(4-甲基-3-環己烯-1-基)丙醛、(E)-2-壬烯醛、丙酮香葉酯,其相對含量占采收Ⅳ期總含量的0.35%。采收Ⅴ期有2種特有風味物質,分別為α-水芹烯、4-乙酸松油酯,其相對含量占采收Ⅴ期總含量的0.48%。由此可以看出,5個采收階段的大雅果實中檢測出的特有風味物質相對含量較少,對果實風味影響不大。

表3 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中各類揮發性風味物質Table 3 Various volatile aroma substances in different harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.2.2.2 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘風味物質種類及含量分析

5種不同成熟度的大雅果實中主要揮發性風味化合物的種類和相對含量如表4所示。由表4可以看到,大雅果實中揮發性風味物質主要是萜烯類和醇類,這兩類化合物在5個采收階段中相對含量占總含量的值均超過90%,分別為90.69%、94.03%、98.81%、94.19%、98.79%。在晚熟大雅柑橘成熟過程中,醇類、醛類、酯類和酮類揮發性風味化合物種類及相對含量有相同的變化趨勢,總體呈現先下降后上升,在最后第Ⅴ采收期急劇下降的趨勢,而萜烯類則相反,其相對含量呈現先上升后下降,在最后第Ⅴ采收期達到最高。由此可以得到,在大雅果實成熟過程中,不同成熟階段果實揮發性風味物質有較大差異,并呈現出不同的風味,可以綜合化合物性質并根據不同階段果實的風味特性進行果實深加工,同時,也可控制其采摘成熟度對果實進行品質分級。

2.2.2.3 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中特征香氣物質的香氣活性值比較

雖然通過GC-MS分析計算得出了揮發性風味物質的相對含量變化,但據報道,體系中香味化合物的貢獻是取決于化合物濃度與閾值之間的比率,即OAV,通常認為OAV>1的物質對果實風味有貢獻,OAV>10的為重要香氣物質,OAV越高,化合物的個體貢獻越大[20-21]。SHUI等[22]認為丁酸乙酯、月桂烯、檸檬烯、4-異丙基甲苯、芳樟醇和葵醛的OAV值相對較高,是其研究的5種甜橙樣品中的強香氣物質,并通過氣相色譜-嗅聞儀(gas chromatography olfactometry, GC-O)將關鍵香氣物質進行注釋,分為八類:新鮮甜橙味-乙醛;綠色調蔬菜和草香味-己醇、己醛;水果香味-酯類;柑橘香味-萜烯類化合物;玫瑰茉莉花香味-芳樟醇;柑橘皮特有香味-葵醛;木材和草本香味-反式石竹烯和杰瑪烯;脂肪味-庚醛。因此,本研究也進一步對各類物質的OAV值進行了計算,列出了OAV>1的成分,如表5所示。5個采收階段共有21種物質的OAV>1,其中萜烯類7種,醛類7種,醇類5種,酯類僅有2種。其中芳樟醇(OAV=249～2 521)和葵醛(OAV=22～1 592)的OAV超過1 000,可以認為對果實香氣影響顯著,D-檸檬烯(OAV=258～262)、β-月桂烯(OAV=92～125)、松油烯-4-醇(OAV=14～128)的OAV值超過100,可以作為果實的主要香氣物質,γ-松油烯(OAV=8～14)、1-壬醇(OAV=2～69)、壬醛(OAV=2～20)、(E)-2-十醛(OAV=13)的OAV值超過10,可以作為果實的重要香氣物質,對柑橘總體味道起調節作用,結果與吳曲陽[25]和LIU等[26]一致。同一風味物質在不同成熟階段香味貢獻顯著不同,大部分醛、醇類物質隨著成熟度的增加,整體呈現下降趨勢,這與它們的香氣特征一致,如1-壬醇、壬醛和葵醛都呈現出未成熟果味。

表5 不同采收成熟度晚熟大雅柑橘中OAV>1的香氣物質Table 5 Aroma substances of OVA>1 indifferent harvest maturity of late-maturing Daya citrus

2.3 主成分分析(principal component analysis, PCA)綜合分析不同成熟度晚熟大雅柑橘品質特性指標總體差異

為進一步明確不同成熟度對晚熟大雅柑橘品質特性及其風味的影響,利用SPSS 26.0對前文獲得的13個指標和2個對香氣貢獻極顯著的揮發性物質(芳樟醇、葵醛)和1個相對含量最多的揮發性風味物質(D-檸檬烯),共計16個有統計差異的數據指標進行主成分分析。如表6所示,特征值大于1的主成分有3個,這3個主成分累計方差貢獻率達到95.011%,基本概括反映了所有變量的初始信息,達到了降維的目的。因此,提取前3個主成分進行下一步的分析。

表6 主成分的特征值和貢獻率Table 6 Eigenvalue of the principal components and their contribution and cumulative contribution

通過上述16個指標的荷載系數及特征值計算得到16個因子的特征向量(表7),以特征向量為系數構建3個主成分的線性方程:Y1=0.230X1+0.221X2-0.273X3+0.212X4-0.278X5+0.281X6+0.269X7+

表7 主成分的荷載矩陣和特征向量Table 7 Principal loading matrix and component eigenvectors

0.256X8+0.270X9-0.184X10+0.275X11+0.275X12+0.238X13-0.266X14-0.218X15-0.228X16;

Y2=-0.151X1-0.334X2-0.056X3-0.461X4+0.138X5-0.048X6+0.245X7+0.282X8+0.233X9+

0.492X10+0.134X11+0.201X12+0.318X13-0.055X14+0.062X15+0.160X16;

Y3=-0.153X1+0.056X2+0.278X3+0.124X4-0.089X5+0.158X6+0.071X7-0.170X8-0.035X9-0.325X10+0.202X11+0.022X12+0.315X13-0.231X14+0.094X15+0.515X16。

將上述3個主成分的方差貢獻率(表6)作為系數代入,得到綜合得分評價方程:Y=0.756 16Y1+0.119 93Y2+0.074 01Y3。將不同成熟度晚熟大雅柑橘果實的16個品質指標測定值標準化后代入到上述方程,可以計算得到不同成熟度大雅果實的綜合得分Y,Y值越大代表綜合品質越高,如圖3所示。

圖3 不同成熟度晚熟大雅柑橘品質綜合得分Fig.3 The comprehensive quality score of late-maturing Daya citrus with different maturity

5個采收階段的大雅果實綜合得分隨成熟度的增加而增加,其中成熟度Ⅰ～Ⅲ的綜合得分為負值,成熟度Ⅳ(0.14)-成熟度Ⅴ(4.30)為顯著正增長,說明成熟度從Ⅳ期開始品質逐漸變優,到Ⅴ期達到最好。

3 結論與討論

以采收時間為指標判斷不同成熟度對四川晚熟大雅柑橘的品質影響顯著,隨采收時間的延遲,其果實硬度、可滴定酸均顯著下降,在采摘Ⅴ期達到最低,果皮顏色指數、果肉顏色指數、總可溶性固形物和固酸比均呈上升趨勢,其中固酸比由Ⅰ期8.54上升至Ⅴ期26.21,單從適口性方面來說,品質提升顯著。固酸比是柑橘果實品質特征相關的重要參數[27],本研究中,固酸比在成熟度Ⅳ期就已超過15,此時果實硬度適中,果皮和果肉顏色同Ⅴ期相比無顯著性差異,在價格合適的時候,完全可以進入市場銷售。

在整個采收階段(Ⅰ～Ⅴ),四川晚熟大雅柑橘可溶性糖主要為蔗糖、葡萄糖和果糖,隨著成熟度的增加三者趨勢一致,均在第一階段和最后一個階段糖含量累積顯著,中間階段無變化。在本研究中,蔗糖、葡萄糖和果糖含量的比例約為2∶1∶1,與之前報道的比例一致[4]。有機酸以檸檬酸為主,Ⅱ～Ⅳ期隨成熟度的增加顯著下降,D-蘋果酸、奎尼酸和丁二酸趨勢與可溶性糖一致,但這與荊佳伊等[3]對晚熟W.默科特柑橘的研究結果不同,這可能受到了柑橘品種自身差異和采摘時間段長短的影響。

通過HS-SPME-GC-MS分析,不同成熟度晚熟大雅柑橘中檢出的成分種類和相同成分在不同成熟階段的含量均有明顯差異。大雅果實中揮發性風味物質主要是萜烯類和醇類,這兩類化合物在5個采收階段中相對含量占總含量值均超過90%,其中檸檬烯含量最高且醇類、醛類、酯類和酮類揮發性風味化合物種類及相對含量均呈現先下降后上升,在最后第Ⅴ采收期急劇下降的趨勢,由此說明,單從香氣物質來說,采摘Ⅳ期為大雅柑橘最適成熟度。特征香氣是由多種香氣揮發性化合物互相作用的結果,各成分對香氣的作用大小取決于香氣值的大小,只有OAV>1的化合物才能單獨貢獻香氣[28],而OAV不僅與化合物濃度相關,也與其閾值有關。因此,萜烯類和醇類作為柑橘香氣主要成分,雖然含量高種類多,但因其閾值也高,特征香氣貢獻種類減少,相反醛類物質因其低閾值特性,在21個OAV>1的特征香氣中占比與萜烯類相同,均為7種。OAV越大,化合物香氣貢獻越顯著,因此,四川晚熟大雅柑橘主要特征香氣為芳樟醇、葵醛和D-檸檬烯。

利用PCA綜合分析16個指標發現,5個成熟度的四川晚熟大雅柑橘果實的綜合得分隨采摘期的推移而增加,前三期均為負值,Ⅳ期開始為正值,說明從Ⅳ期開始品質逐漸變優,到Ⅴ期達到最好。

綜上所述,采摘Ⅴ期的四川晚熟大雅柑橘果實品質表現最佳,但香氣成分Ⅳ期相對最佳,Ⅴ期時風味化合物相對含量驟降。因此,針對就地即食或短距離運輸的情況,推薦采摘Ⅴ期為四川晚熟大雅柑橘最適成熟度,但對于需根據市場供需確定適宜價格或長距離運輸的情況,推薦從Ⅳ期開始均可采摘,此外對于需要貯藏的情況,可能需提前采摘,這需要在今后的研究中進行深入的探討。