本文摘要：摘要以正常栽培管理果园和弃管果园中的梁平柚果实为材料,借助GCGMS和HPLC分别对果实中的挥发性物质谱和主要苦味物质进行比较分析,以期为揭示其风味品质相关代谢物质的差异和果实品质改善提供科学依据.结果显示:与正常栽培管理果园的果实相比,弃管果园中的梁
摘要以正常栽培管理果园和弃管果园中的梁平柚果实为材料,借助GCGMS和HPLC分别对果实中的挥发性物质谱和主要苦味物质进行比较分析,以期为揭示其风味品质相关代谢物质的差异和果实品质改善提供科学依据.结果显示:与正常栽培管理果园的果实相比,弃管果园中的梁平柚果实总单萜类物质、总倍半萜类物质、总非萜类物质以及挥发性物质总量均显著降低,但主要挥发性物质的组成与含量百分比保持稳定;柚皮苷的含量在弃管果园果实所有组织中均显著升高,柠檬苦素和诺米林在除有色层以外的组织中显著增高.弃管模式导致了梁平柚果实香味降低、苦味增强,鲜食品质大大降低,消费者接收度低;针对由农村青壮年劳动力外流导致的果园弃管问题,可通过科普苦味物质保健功能的介入,从一定程度上提升弃管果园土地产出价值.
关键词梁平柚;果实;挥发性物质;苦味物质;弃管果园
柑橘类水果是鲜食、制汁和提取精油的重要材料.根据中国统计年鉴及联合国粮食及农业组织(FAO)的数据显示,2017年我国柑橘的产量已达到3931.5万t,成为世界第一大柑橘生产国,也是我国南方第一大水果,其风味品质近年来倍受关注.风味(flavor)是滋味(taste)与香味(aroma)品质的综合效应[1].柚原产我国,自然杂种及选育品种众多,其中重庆的梁平柚、广西的沙田柚、福建的琯溪蜜柚和文旦柚是我国的四大名柚.平顶型柚的代表品种梁平柚果肉纯甜、稍有苦麻味、细嫩化渣、色泽橙黄、皮薄芳香,其精油具有强烈的柚香味和甜味,是全国柚果外香型最香的柚类品种之一[2G4].自
从中世纪开始,柑橘精油就因其抗菌、抗病毒等特性被利用,如今在食品、医药、化妆品、香水、日化等领域得到了广泛的应用[4].香草和柑橘香料的市场份额已达国际香料市场份额的25%(http://ar2009.Symrise.com/).柚外果皮油胞大,富含挥发性成分,柚皮香精油是柚外果皮油胞中含有的一类具有浓郁芳香气味的挥发性油类,在世界范围内使用较为广泛.前人的研究表明,虽然萜类物质通常是柑橘类果实香气物质的主要成分,约占90%左右,但与其他柑橘类果实(如柠檬等)相比,柚类中含有的酯类与醛类物质相对较多[5].
柚果实主要的香气活性物质包括:诺卡酮、反式G芳樟醇氧化物、反式G橙花叔醇、香茅醛、4G萜品烯醇、萜品油烯、αG可巴烯、辛醛、壬醛、顺式G和反式G2,6G壬二烯醛等,而且这些活性物质在不同的柚类品种之间存在一定的差异,多种香气活性物质的综合作用使不同柚种质的果实具有独特的香气[6G7].柚果实滋味品质除了与可溶性糖和有机酸组成及含量相关外,还与苦味物质密切相关[8].越来越多的研究表明柑橘中的苦味物质具有很强的生物学活性[9],如抗氧化性、降血脂、降血压等作用,进而能够对糖尿病、动脉粥样硬化、肥胖症等都有一定的预防和治疗作用[10].
因此,柑橘中苦味功能性物质的功能研究、提取工艺、产品开发等已经成为热点问题[11G13].柑橘中的苦味物质主要包括两大类,一类是类黄酮物质(flavoniods),包括柚皮苷(naringin)、新橙皮苷(neohesperidin)、枳属苷(poncirin)、橘皮素(tangeretin)、川陈皮苷(nobiletin)、槲皮素(querceGtin)等,其中柚皮苷含量最高,是最主要的黄烷酮糖苷类苦味物质[14G15].另一类为高度氧化的三萜化合物(triterpenoids)———柠檬苦素类似物(liGmonoids),其中柠檬苦素(limonin)和诺米林(nomiGlin)是主要致苦物质[16].柑橘类果实中3种主要的苦味物质,柚皮苷、柠檬苦素和诺米林素,在柚类(CitrusgrandisOsbeck)中含量最高,然后依次为葡萄柚(C.paradisiMacf.)、柑类(C.unshiuMarGcow)或杂柑类、橘类(C.reticulataBlanco)、脐橙类(C.sinensisOsbeck)和普通甜橙类[17].
除了种质差异能够引起次生代谢物质的变化外,环境因素和栽培条件等也会引起果实品质及相关代谢物质组成和含量的差异[18G19].近年来,劳动力的持续流失已经成为当前我国农村社会的一种普遍现象.国家统计局官网就农村外出务工劳动力进行了相关统计,最新数据显示仅2017年的前三季度外出务工人数已达到5.31亿,同比增幅2.19%.大量劳动力外出导致农村青壮劳动力的短缺,弃管果园增多,园内果实品质大幅下降,严重降低了果实鲜食价值,农业收入锐减.鉴于此,本研究以我国劳动力输出大省之一的四川省梁平地区有悠久栽培历史的梁平柚为材料,对比分析了正常栽培管理和弃管模式下梁平柚果实中挥发性物质谱和主要苦味物质的变化,以期揭示其风味品质相关代谢物质的差异,为挖掘弃管果园中果实的经济价值提供理论支撑.
1材料与方法
1.1植物材料
在重庆沙坪坝正常栽培管理和弃管6a的果园中分别采摘商业成熟期的梁平柚(C.grandisLianGgpingpummelo).从树冠外围各方位挑选大小一致、无病虫害、无机械伤的果实.每种管理模式下各选择3株树,从每棵树树冠的4个方位各采摘1个果实,共计12个果实;分别随机分成3个生物学重复,于自来水下清洗干净后,自然晾干.以环割的方式将果皮沿纵轴小心地等分为3部分,注意不能破坏果实的囊衣和汁胞,以防止污染果皮组织(包括有色层和海绵层)[20].然后小心地取下果皮的中间部分,立即分割有色层和海绵层,分别投入液氮并移入玻璃试管中密封,于-80℃条件下保存.囊衣和汁胞层取中间部分,处理方法同有色层和海绵层.
1.2标准品与试剂
用于挥发性物质提取分析的试剂除无水Na2SO4(购买于国药集团化学试剂有限公司,中国上海)为分析纯外,其他试剂均为色谱纯.来源如下:甲基叔丁基醚(methyltertGbutylether,MTBE)购买于Tedia公司(Fairfield,OH,USA);用于测定保留指数(retentionindex,RI)的C7~C30饱和系列烷烃购买于Supelco公司(Bellefonte,PA,USA);内标氯壬烷(chlorononane)和壬酸甲酯(methylnonanoate)购买于Sigma公司(St.Louis,MO,USA);用于定性定量的45种挥发性物质标准样品来源,以及相应的标准曲线见Liu等[21].用于苦味物质提取与分析的二氯甲烷(dichloGromethane)、乙腈(acetonitrile)为色谱纯,购买于Fisherchemical公司(FairLawn,NJ,USA);甲醇(methanol)、二甲亚砜(dimethylsulfoxide)为分析纯,购买于国药集团化学试剂有限公司(中国上海);苦味物质标准样品柚皮苷(naringin)、柠檬苦素(liGmonin)、诺米林(nomilin)购买于Sigma公司.
1.3挥发性物质的提取及测定
于3g果皮粉末中添加15mL的MTBE(含有8697μg氯壬烷和400μg壬酸甲酯),然后将试管置于FS60超声波清洗仪(FisherScientific,PittsGburgh,PA,USA)中,萃取1h后,收集有机相,并用无水Na2SO4除水,最后在平稳的氮气流下将提取液的终体积吹至1.4mL[21].采用GCGMS(TRACEGCUltraGC结合DSQIImassspectrometer,ThermoFisherScientific,Waltham,MA,USA)进行挥发性物质的检测.进样量为1μL,色谱柱为TRACETRG5MS柱(30m×0.25mm×0.25μm,ThermoScientific,Bellefonte,PA,USA).
载气为高纯氦气(99.999%),分流比50∶1,恒流模式,流速为1mL/min.进样口,离子源和传输线的温度分别为250,260和280℃.GC的升温程序如下:40℃保持3min,然后以3℃/min的速度升温至160℃并保留1min,然后以5℃/min的速度升温至200℃并保留1min,最后以8℃/min的速度升温至240℃并保留3min.MS的条件如下:EI(电子轰击)离子源,电子轰击能量70eV,正离子扫描模式,质量扫描范围m/z45~400amu.每种挥发性物质标准曲线的线性范围、公式和回归系数(regressioncoefficients)、校正因子(corGrectionfactor,CF)和定量离子(quantifyingions,QI)见Liu等[21]表1.内标氯壬烷用于推算βG月桂烯和dG柠檬烯的浓度,壬酸甲酯用于推算其他挥发性物质的浓度.
2.1两种管理模式下梁平柚果皮中挥发性物质的差异
1)单萜类挥发性物质.单萜类挥发性物质在弃管和正常栽培管理果园果实中的含量分别为13410.70和15917.74μg/g,具有显著性差异;但是两者单萜类挥发性物质占总挥发性物质的比例十分接近,分别为98.43%和97.82%.该大类下包括5个亚类,即单萜烯类、单萜醇类、单萜醛类、单萜酯类和单萜氧化物类.在14种单萜烯、9种单萜醇和3种单萜醛中,除βG水芹烯、橙花醇在弃管果园果实中的含量显著高于正常栽培管理果园果实,异松油烯、反GβG罗勒烯、4G萜品烯醇、对G1(7),8(10)薄荷二烯G9G醇在两者间无显著性差异外,其他20种物质均在正常栽培管理果园果实中的含量显著高于弃管果园果实.而3种单萜酯和4种单萜氧化物中,仅乙酸橙花酯在弃管果园果实中含量显著高于正常栽培管理果园果实,其他6种物质在两者之间无显著性差异.
此外,dG柠檬烯和βG月桂烯是梁平柚中含量最高的2种挥发性物质,dG柠檬烯在弃管果园果实和正常栽培管理果园果实中的含量分别为12968.74和15351.04μg/g,βG月桂烯含量分别为210.75和254.66μg/g,均具有显著性差异;但是这2种物质占总挥发性物质的比例却十分接近,dG柠檬烯在弃管和正常栽培管理果园果实中的比例分别为95.19%和94.34%;而βG月桂烯则分别为1.55%和1.57%.2)倍半萜类挥发性物质.倍半萜类挥发性物质在弃管和正常栽培管理果园果实中的含量分别为177.16和303.07μg/g,具有显著性差异。
占总挥发性物质的比例分别为1.30%和1.86%(表2).该大类下包括4个亚类,即倍半萜烯类、倍半萜醇类、倍半萜醛类和倍半萜酮类.在9种倍半萜、2种倍半萜醇类、1种倍半萜醛和1种倍半萜酮类中,4种物质在弃管果园果实中含量显著高于正常栽培管理果园果实,包括βG榄香烯、石竹烯、αG石竹烯和瓦伦烯;δG榄香烯、甘香烯、αG法呢烯、法尼醇和诺卡酮的含量则在正常栽培管理果园果实中显著高于弃管果园果实;而大香叶烯D、αG人参烯、大香叶烯DG4G醇、法尼醛在两者之间无显著性差异.其中诺卡酮是弃管和正常栽培管理果园果实中含量第三高的挥发性物质,分别为119.33和205.06μg/g,其占总挥发性物质的比例分别为0.88%和1.26%.
3讨论
本研究表明,梁平柚含量最高的dG柠檬烯是柑橘类果实中普遍含量最高的香气物质,味道为类似柠檬味[21,23].含量第二高的βG月桂烯的味道为香膏、木花香、甜味、类似栀子花的味道[21],其阈值为0.67mg/kg[24].含量第三高的诺卡酮具有类似葡萄柚的味道,而且阈值很低,仅为0.28mg/kg[25],是柚类以及葡萄柚类果实的特征香气物质之一.据前人报道,梁平柚精油具有强烈的柚香味和甜味[2].
鉴于此,本研究认为高含量的βG月桂烯和诺卡酮可能是导致梁平柚具有强烈的柚香味和甜味的主要原因.此外,弃管果园果实中与香味品质相关的挥发性物质成分和含量较正常果园低.在柑橘果实中,黄皮层油胞的上皮细胞合成精油后,直接储存于油胞中,油胞是柑橘香气物质的主要积累部位[26].因此,本研究以柑橘果实含油胞的有色层为材料,测定了其挥发性物质的组成及含量.总挥发性物质在正常栽培管理果园的梁平柚中的含量高达16271.85μg/g,是弃管果园果实中的1.19倍.总单萜类物质、总倍半萜类物质和总非萜类物质在正常栽培管理果园的梁平柚中全部显著高于弃管的果实.
农作物论文范例：果树栽培技术对提高果实品质的影响分析
而且,αG侧柏烯(在正常栽培管理果园果实中含量为1.57μg/g)、假柠檬烯(1.48μg/g)和大香叶烯DG4G醇(痕量)在弃管果园果实中未检出.这表明不良的栽培管理模式可以使挥发性物质合成通路的代谢总流量下降,而下游的挥发性物质组成及比例变化不大.此外,与正常栽培管理果园模式下的果实相比,弃管果实中3种主要的苦味物质,包括黄烷酮糖苷类的柚皮苷以及三萜类的柠檬苦素和诺米林的含量均显著升高,以汁胞为例,含量分别为479.66、21.31和11.76μg/g,分别是正常栽培管理果园果实中的2.09、4.10和2.36倍.前人研究表明,柚皮苷、柠檬苦素和诺米林的苦味感知阈值分别为20μg/g、1μg/g、和1.7μg/g[27G28].
参考文献References
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作者：刘翠华1,2,朱世平3,徐娟2
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