梨属于蔷薇科(Rosaceae)梨属(Pyrus L.)多年生落叶果树,中国梨的栽培面积、产量和出口量均居世界前列[1]。梨种质资源十分丰富,主要有白梨、砂梨、秋子梨、新疆梨和西洋梨5 个种系。黄果梨(Pyrus bretschneideri Rehd.),俗称酸果,盛产于青海省黄南藏族自治州同仁市,是白梨种系的地方梨品种之一。黄果梨皮薄肉厚、酸甜可口、香味浓郁且富含多种对人体健康有益的生物活性物质,尤以鲜食为佳,具有广阔的市场前景。
影响梨果实品质的因素包括品种、种植管理、环境条件和采收期等,其中采收期对梨品质的影响尤为突出。采收期决定果实营养物质的积累程度,对提高果实的品质具有重要作用[2]。国内外对梨果实品质的研究报道主要集中在品种差异、产地差异等方面,对不同采收期梨果实品质影响的研究较少。贾晓辉等[3]研究发现,随着采收成熟度的增加,玉露香梨的可溶性固形物和可滴定酸含量不断增加,维生素C 含量呈先上升后下降的趋势。刘清鹤等[4]研究发现,随着采收期的延长,鲁秀梨的可溶性总糖含量逐渐增加且果肉中的总糖含量明显高于果皮,有机酸含量逐渐下降且果皮部位的有机酸含量低于果肉和近果心部位。Wang 等[5]发现,不同采收期西洋梨果实挥发性成分的组成及含量差异显著,尤其在过熟阶段,酯类和萜烯类物质的含量显著增加;随着采收期延长,可溶性固形物含量逐渐升高,果实的风味品质逐渐提高。秦改花等[6]对不同采收期南果梨的香气成分进行分析,发现早采收的果实具有果香味和清香味,而晚采收的果实中因增加了乙酸丁酯和2-己烯醛两种特征香气成分,具有更加浓郁的果香味。综上可知,不同采收期对梨果实品质具有显著的影响,选择合适的采收期对保障梨果实品质、延长贮藏期以及提升商业价值至关重要。目前关于不同采收期对黄果梨品质差异的研究尚未见报道。
笔者以不同采收期的黄果梨为试验材料,测定果实的基础品质指标、有机酸和可溶性糖组分的含量,采用HS-SPME-GC-MS 和HS-GC-IMS测定挥发性成分,分析不同采收期黄果梨果实品质的差异,以期确定黄果梨风味品质和鲜食口感均最佳的采收期,为黄果梨适时采收提供科学依据和理论支撑。
黄果梨样品采自青海省黄南藏族自治州同仁市标准化种植管理的果园。2023 年盛花期为4 月20日,果实分别于9 月16 日(采收期S1)、9 月26 日(采收期S2)、10 月5 日(采收期S3)采摘,在每个采收期分别采集品相均一、无病虫害和机械损伤的50个梨果实,并立即通过冷链运往实验室。
采用日本ATAGO 公司的PAL-1 手持式数显糖度仪测定可溶性固形物含量;采用安捷伦科技有限公司的Agilent 1260 液相色谱仪测定有机酸组分含量;采用美国AB Sciex 公司的高效液相色谱-质谱联用仪测定可溶性糖组分含量;分别采用青岛贞正分析仪器有限公司的ZZ-SPME-ST 顶空-固相微萃取装置联合安捷伦科技有限公司的Agilent 8890-7000D 气相色谱质谱联用仪,以及德国G.A.S.公司的FlavourSpec®8100 顶空-气相色谱-离子迁移谱联用仪测定挥发性成分含量。
1.3.1 样品处理 同一采收期的梨果实随机分为3组,每项指标测定各设3个生物学重复。选取3个梨果实制成匀浆,用于测定可溶性固形物、可滴定酸、维生素C 的含量。其余梨的果实用于果皮、果肉的分离,即用削皮器削取0.5~0.8 mm 果皮,用水果刀向果心方向切取10~15 mm 果肉,立即将样品放入液氮中冷冻,然后置于-80 ℃冰箱中保存并用于后续总酚、总黄酮、有机酸、可溶性糖以及挥发性成分含量的测定。
1.3.2 基础品质指标测定 参照GB 12456—2021《食品中总酸的测定》中的酸碱滴定法测定可滴定酸含量。参照GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》中的2, 6-二氯靛酚滴定法测定维生素C 含量。固酸比以可溶性固形物含量与可滴定酸含量的比值表示。采用Folin-ciocalteu 法测定总酚含量[7],结果以没食子酸当量表示,单位为mg·g-1。采用亚硝酸钠-硝酸铝法测定总黄酮含量[7],结果以芦丁当量表示,单位为mg·g-1。
1.3.3 有机酸组分的测定 参照Zheng 等[8]的方法测定有机酸的含量并略加修改,具体如下:分别称取2.5 g 梨果皮或果肉样品,加入5 mL 20 mmol·L-1 pH 2.0 的磷酸二氢钠溶液,超声提取10 min,然后于4 ℃ 8000 r·min-1 离心10 min,收集上清液并用0.22 μm微孔水系滤膜过滤,将滤液注入样品瓶中待上机检测。
HPLC 条件:使用Agilent ZORBAX SB-C18 柱(4.6 mm×250 mm,5.0 μm),柱温为35 ℃,流速为0.3 mL·min-1,紫外检测器的检测波长为210 nm,流动相为甲醇(A)和20 mmol·L-1 pH 2.0的磷酸二氢钠溶液(B)。洗脱梯度:0~33 min,100% B;33~34 min,100%~10% B;34~37 min,10% B;37~38 min,10%~100% B;38~53 min,100% B,用峰面积代入标准曲线进行定量。
1.3.4 可溶性糖组分的测定 参考赵爱玲等[9]的方法并作修改,具体如下:分别称取0.1 g 果皮或果肉样品置于50 mL离心管中,加入50 mL蒸馏水,混匀,超声5 min,高速离心机8000 r·min-1离心10 min,收集上清液,吸取1 mL 上清液与1 mL 乙腈混匀,过0.22 μm有机滤膜,上机测定赤藓糖醇、木糖醇、麦芽糖、麦芽糖醇、阿拉伯糖的含量;另取0.02 mL 上清液,加入1.98 mL 50%的乙腈水溶液混匀,过0.22 μm有机滤膜,上机测定葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨糖醇的含量。
HPLC 条件:使用ACQUITY UPLC BEH Amide柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm),柱温为30 ℃,流速为0.4 mL·min-1,进样量为5 μL,流动相为0.1%氨水(A)和乙腈(B),洗脱梯度:0~14 min,90%~97% B;14~15 min,70%~50% B;15~16 min,50% B;16.0~16.1 min,50%~90% B;16.1~18.0 min,90% B,用峰面积代入标准曲线进行定量。
MS条件:采用电喷雾离子源负离子检测模式和多反应监测采集方式,喷雾电压为-4500 V,雾化气温为550 ℃,气幕气为30 psi,雾化气辅气为55 psi。
1.3.5 HS-SPME-GC-MS 测定挥发性成分 参考Chen等[10]的方法并作修改。HS-SPME条件:分别称取5 g研磨后的果皮或果肉组织,置于内有磁力搅拌子的20 mL 顶空进样瓶中,加3 mL 饱和氯化钠溶液和30 μL 3-壬酮内标物,置于集热式恒温加热磁力搅拌器中,搅拌速率为600 r·min-1,于40 ℃条件下平衡30 min,使用65 μm PDMS/DVB 萃取头萃取30 min,待GC-MS检测分析。
GC 条件:毛细管柱为HP-5MS(60 m×0.25 mm,0.25 μm),进样口温度为250 ℃,流速为1 mL·min-1,不分流进样。程序的升温条件:初始温度35 ℃,保持2 min,以4 ℃·min-1的速率升至220 ℃,保持2 min,以15 ℃·min-1的速率升至245 ℃。
MS 条件:电离方式电子电离,传输线温度为280 ℃,离子源温度为250 ℃,四极杆温度为150 ℃。
通过NIST17 质谱数据库匹配和标准品的质谱图搜索,并结合保留指数(retention index,RI)对挥发性成分进行定性,以3-壬酮作为内标对样品中挥发性成分进行定量分析。根据气味活性值(OAV)计算各挥发性成分对整体香气的贡献作用,其中OAV值越大表明该成分对整体香气的贡献越大[11]
1.3.6 HS-GC-IMS 测定挥发性成分 参照何婉琳等[12]的方法进行测定。采用仪器配套的分析软件LAV 和GC×IMS Library Search(内置NIST2014 和IMS 数据库)对挥发性成分进行定性,采用Gallery Plot插件程序构建挥发性成分的指纹图谱。根据相对气味活性值(ROAV)计算各挥发性成分对整体香气的贡献作用,ROAV 值越大表明该成分对总体香气的贡献度越大[11]。
利用Excel 2020 软件对试验数据进行处理。采用SMICA 14.1 进行偏最小二乘判别分析(PLSDA),计算变量重要性投影(VIP),结合IBM SPSS Statistics 26.0 进行单因素方差分析和Duncan 多重比较显著性分析。采用ChiPlot(https://www.chiplot.online/)绘图。
不同采收期黄果梨基础品质指标的测定结果见表1。随着采收期延长,梨果实中维生素C 和可溶性固形物含量(w)不断升高,S3时期果实维生素C和可溶性固形物含量均显著高于S1 和S2(p<0.05);可滴定酸含量整体呈下降趋势,具体范围为6.59~7.15 g·kg-1;固酸比呈上升趋势,这主要是可溶性固形物含量升高而可滴定酸含量下降所致。固酸比可作为果实风味特点的参考指标之一。
表1 不同采收期黄果梨基础品质指标变化
Table 1 Changes of quality indexes in Huangguo pear at different harvest stages
注:数据以表示(n=3),同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。
Note:Data was expressed as (n=3), different small letters in the same column indicated significant differences (p<0.05). The same below.
采收期Harvest stage S1 S2 S3 w(维生素C)Vitamin C content/(mg·100 g-1)果肉Pulp 1.41±0.07 a 1.26±0.03 b 1.21±0.09 b 6.38±0.13 b 6.61±0.24 b 7.07±0.15 a w(可溶性固形物)Soluble solids content/%10.93±0.05 c 11.97±0.12 b 13.10±0.14 a w(可滴定酸)Titratable acid content/(g·kg-1)7.15±0.12 a 6.59±0.13 b 6.63±0.15 b固酸比Solid-acid ratio 1.53±0.03 c 1.82±0.06 b 1.98±0.04 a w(总酚)Total phenolic content/(mg·g-1)果皮Peel 32.56±0.81 a 29.70±0.46 b 29.12±0.24 b果肉Pulp 5.22±0.24 a 5.07±0.24 a 4.89±0.07 a w(总黄酮)Total flavonoid content/(mg·g-1)果皮Peel 13.24±0.12 a 12.37±0.27 b 11.79±0.10 c
随果实采收期延长,可能由于总酚受到多酚氧化酶氧化作用的影响,果皮和果肉中的总酚含量不断下降,这与毛兴平等[13]的研究结果一致。黄果梨中总黄酮含量变化趋势与总酚含量基本一致,随果实采收期延长,总黄酮含量呈下降趋势,S1 时期果皮中总黄酮含量为13.24 mg·g-1,果肉中总黄酮含量为1.41 mg·g-1,且梨果实果皮中总黄酮含量明显高于果肉。总酚、总黄酮主要分布在果皮中,果肉中含量较低,这在蓝莓、葡萄、枣等果实相关报道中均有体现[14-16]。
有机酸是影响果实风味的重要因素之一[17]。不同采收期黄果梨果实中共检测出8种有机酸,结果如表2 所示。各有机酸含量在梨果实中表现出较大差异,其中苹果酸含量最高,在果皮和果肉中分别占总有机酸含量的65.94%~73.97%和88.90%~92.06%,因此黄果梨属苹果酸型果实。随着梨果实成熟,果皮中的苹果酸含量呈上升趋势,S3 样品中含量最高,为6 373.64 μg·g-1,果肉中的苹果酸呈先下降后上升的趋势。奎宁酸含量仅次于苹果酸,果皮中奎宁酸含量在S2样品中最高;果肉中奎宁酸含量随采收期延长显著增加,S3 样品中含量最高,较S1 样品增加了79.69%。酒石酸和柠檬酸也是黄果梨果实中含量较高的有机酸,随着采收期延长,果肉中酒石酸含量呈上升趋势,而柠檬酸含量均呈下降趋势,这与孙新菊等[18]的结果一致。黄果梨中还检测出了草酸、莽草酸、富马酸和琥珀酸,这些有机酸的含量远低于苹果酸。随果实采收期延长,果皮中草酸和琥珀酸含量呈上升趋势,而富马酸呈下降趋势,果肉中莽草酸、草酸、富马酸含量在不同采收期间的差异不显著(p>0.05)。
表2 不同采收期黄果梨有机酸含量变化
Table 2 Changes in the contents of organic acids in Huangguo pear at different harvest stages
组织Tissue w(有机酸) Organic acids content/(μg·g-1)果皮Peel果肉Pulp采收期Harvest stage S1 S2 S3 S1 S2 S3苹果酸Malic acid 4 425.31±469.78 b 4 849.72±180.93 b 6 373.64±98.89 a 9 285.00 ±607.67 a 7 524.03±709.24 b 8 423.03±360.88 ab奎宁酸Quinic acid 1 334.89±76.18 a 1 372.60±64.50 a 1 173.06±29.69 b 149.59±17.69 c 231.69±10.13 b 268.80±9.81 a柠檬酸Citric acid 325.24±48.11 a 240.85±8.98 b 170.69±12.89 b 211.68±16.72 a 189.76±20.21 a 174.89±23.85 a酒石酸Tartaric acid 163.70±10.40 b 315.20±14.63 a 302.06±20.10 a 53.34±4.62 b 120.03±6.61 a 121.64±14.19 a莽草酸Shikimic acid 74.95±5.21 a 40.49±1.75 b 42.01±1.14 b 52.21±12.46 a 63.90±10.23 a 61.30±4.71 a草酸Oxalic acid 61.07±9.81 c 135.75±10.08 b 189.22±13.20 a 239.74±23.12 a 228.40±7.88 a 264.04±19.74 a琥珀酸Succinic acid 100.98±14.50 c 144.81±19.80 b 197.68±8.29 a 88.36±10.64 b 70.35±4.47 b 154.65±5.43 a富马酸Fumaric acid 224.57±6.07 a 194.11±3.50 b 168.00±6.50 c 5.88±0.95 a 7.45±0.35 a 6.66±1.00 a
表3 为不同采收期黄果梨果实中9 种可溶性糖组分的含量,其中葡萄糖、果糖、蔗糖和山梨糖醇是黄果梨果实中的主要可溶性糖组分,占总糖含量的98.57%~99.41%。果糖含量最高,随着采收期的延长,在果皮和果肉中均显著积累,果皮中果糖含量从21.99 mg·g-1显著增加到42.91 mg·g-1,果肉中的果糖含量从42.17 mg·g-1显著增加到53.23 mg·g-1。随着采收期延长,果皮、果肉中的葡萄糖、蔗糖含量均随着果实成熟显著积累(p<0.05)。黄果梨果实中还检测出了阿拉伯糖、麦芽糖、麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇,其中阿拉伯糖的含量较高,麦芽糖、赤藓糖醇和木糖醇的含量较低。随着采收期延长,果皮、果肉中的麦芽糖和果肉中的阿拉伯糖含量呈下降趋势,果皮、果肉中的麦芽糖醇、赤藓糖醇及果肉中的木糖醇均在成熟过程中显著积累(p<0.05)。
表3 不同采收期黄果梨可溶性糖组分含量变化
Table 3 Changes of the contents of soluble sugars in Huangguo pear at different harvest stages
组织Tissue果皮Peel果肉Pulp采收期Harvest stage S1 S2 S3 S1 S2 S3 w(可溶性糖) Soluble sugars content/(mg·g-1)葡萄糖Glucose 10.42±0.12 c 11.32±0.10 b 12.11±0.13 a 12.21±0.03 c 12.76±0.08 b 14.30±0.05 a果糖Fructose 21.99±0.07 c 30.31±0.15 b 42.91±0.20 a 42.17±0.13 c 48.78±0.12 b 53.23±0.03 a蔗糖Sucrose 4.47±0.06 c 6.23±0.12 b 9.65±0.05 a 4.12±0.07 c 4.83±0.04 b 5.02±0.10 a山梨糖醇Sorbitol 13.53±0.11 b 17.66±0.11 a 17.68±0.06 a 16.36±0.13 a 11.98±0.07 c 14.84±0.04 b w(可溶性糖) Soluble sugars content/(μg·g-1)阿拉伯糖Arabinose 495.10±0.87 b 525.77±2.14 a 445.94±1.35 c 384.16±1.73 a 266.27±0.46 b 167.92±1.20 c赤藓糖醇Erythritol 8.98±0.04 c 22.77±0.10 b 30.92±0.18 a 7.41±0.13 c 11.92±0.12 b 17.89±0.16 a木糖醇Xylitol 69.22±1.04 b 75.79±0.81 a 69.64±0.50 b 61.12±0.78 c 65.94±1.34 b 81.56±1.07 a麦芽糖Maltose 29.83±0.26 a 24.35±0.24 b 21.54±0.26 c 37.17±0.08 a 34.13±0.14 b 31.55±0.25 c麦芽糖醇Maltitol 129.67±0.18 c 229.40±0.36 b 358.62±0.97 a 115.94±1.01 c 186.75±1.08 b 216.69±0.73 a
2.4.1 基于HS-SPME-GC-MS的挥发性成分检测结果分析 采用HS-SPME-GC-MS对不同采收期黄果梨果皮和果肉中挥发性成分和含量进行了测定,结果如图1所示。该方法共鉴定出112种挥发性成分,包括60 种酯类、18 种醛类、8 种醇类、8 种酮类、6 种烯烃、4种烷烃和8种其他挥发性成分。不同采收期的黄果梨果实挥发性成分和含量有所差异,S1、S2、S3样品中分别鉴定出87、79、89种挥发性成分,果皮和果肉中分别有43 和42 种挥发性成分为各采收期样品所共有。
图1 不同采收期黄果梨挥发性成分热图
Fig. 1 Heat map of volatile compounds in Huangguo pear at different harvest stages
图1 (续) Fig. 1 (Continued)
酯类物质是黄果梨果实中主要的挥发性成分。不同采收期梨果实样品果皮中的酯类物质占总挥发性成分59.70%~67.06%,其中辛酸乙酯、己酸乙酯和癸酸乙酯的含量较高,他们主要起着赋予果实浓郁的梨香、酒香和果香的作用,三者在酯类物质中总占比大于74.57%。不同采收期梨果实果肉中的酯类物质占总挥发性成分的93.70%~97.04%,其中乙酸己酯、己酸乙酯和辛酸乙酯的含量较高,他们主要起着赋予果实梨香、酒香和果香的作用,三者在酯类物质中总占比大于68.93%。
烯烃类物质是梨果实果皮中第二大类挥发性成分。不同采收期样品果皮中的烯烃类物质占总挥发性成分的27.70%~36.30%,其中α-法尼烯含量最丰富,且随着采收期延长呈先下降后上升的趋势。果肉中的烯烃类物质含量相对较低,仅占总挥发性成分的0.65%~1.91%。醛类物质是果肉中的第二大类挥发性成分,占总挥发性成分的1.00%以上,且随采收期延长呈下降趋势,其中(E)-2-辛烯醛在醛类物质中占比最高。果皮中的醛类物质变化趋势与果肉一致,其中2-己烯醛是果皮中含量最高的醛类物质,赋予果实青草香,随采收期延长呈下降趋势。
醇类物质在梨果实果皮和果肉中的总含量均为在S1 样品中最高,分别占总挥发性成分的1.86%和0.56%。在果皮和果肉中均检测到了正辛醇、正癸醇和正己醇,这些组分具有花香、油脂香和果香味,对果实风味的形成具有促进作用。酮类和烷烃类物质在梨果实挥发性成分中占比较低,但酮类物质具有浓郁的花香和果香,果皮中酮类物质含量随采收期延长呈下降趋势,而果肉中酮类物质含量随采收期延长逐步升高,有利于进一步促进果实香气的形成。烷烃类物质阈值较高,香气较弱,对果实风味贡献作用较小[19]。本研究中还检出了微量的醚类、酚类、酸类和呋喃类等物质。
2.4.2 基于HS-GC-IMS 的挥发性成分检测结果分析 采用HS-GC-IMS 对不同采收期黄果梨果皮和果肉中挥发性成分和相对含量进行测定,绘制挥发性成分的指纹图谱(图2)。通过指纹图谱及峰的强度对不同挥发性成分及其相对含量进行分析。不同采收期黄果梨果实中共检出70 种挥发性成分,包括酯类23种、醛类13种、醇类11种、酮类15种、呋喃类4 种以及其他类4 种。果皮和果肉中共有的挥发性成分为40 种,其中乙酸乙酯、乙酸叶醇酯、丁酸甲酯、丁酸丁酯、正己醛和3-甲基-1-戊醇等在不同采收期果实中含量均较高。
图2 不同采收期黄果梨挥发性成分HS-GC-IMS 指纹图谱
Fig. 2 HS-GC-IMS fingerprints of volatile compounds in Huangguo pear at different harvest stages
利用HS-GC-IMS 鉴定出的挥发性成分以酯类物质为主,这与利用HS-SPME-GC-MS 鉴定出的结果一致。酯类物质由醇和酸通过酯化作用形成,具有令人愉悦的果香,是果实香气组成的重要化合物[20]。不同采收期样品果皮中酯类物质相对含量占总挥发性成分的50.68%~53.84%,其中乙酸乙酯、乙酸甲酯和乙酸叶醇酯等酯类物质的相对含量较高,且随采收期延长含量升高。不同采收期样品果肉中酯类物质相对含量占总挥发性成分的48.36%~52.35%,其中乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯和乙酸叶醇酯等酯类物质相对含量较高。乙酸乙酯在果皮和果肉中的相对含量均最高,能够赋予黄果梨果实浓郁的果香。利用HS-SPME-GC-MS 和HS-GCIMS 均鉴定出乙酸己酯和乙酸丁酯。Makkumrai等[21]研究发现乙酸己酯、乙酸丁酯的含量与果香呈正相关,其中乙酸己酯能够赋予果实更浓郁的梨香。
醛类物质是黄果梨果皮中第二大类挥发性成分,其阈值较低,对果实风味的贡献作用较大。随着采收期延长,果皮中2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛和(E,E)-2,4-庚二烯醛等醛类物质含量显著降低,果肉中正戊醛、2-甲基戊醛和2-己烯醛等醛类物质含量亦显著降低,这与利用HS-SPME-GC-MS 鉴定的结果一致。果实成熟过程中,醛类物质氧化成酸,而醇和酸通过酯化作用形成酯类物质,这可能造成了醛类物质含量减少[22]。
醇类物质是黄果梨果肉中的第二大类挥发性成分,能够赋予果实青草香,其中果肉中1-戊烯-3-醇、(Z)-2-戊烯-1-醇和2-甲基-丁醇等随采收期延长显著升高,而果皮中醇类物质占比较小,随采收期延长呈下降趋势。酮类和呋喃类物质在黄果梨果实挥发性成分中占比较小,随着采收期延迟,果皮和果肉中酮类物质占比均呈上升趋势,呋喃类物质随采收期延长呈下降趋势。
综合分析利用HS-GC-IMS 与HS-SPME-GCMS 检测结果的差异性,可认为HS-GC-IMS 技术对小分子且含量低的挥发性成分更具优势,如酮类和呋喃类等[23]。HS-GC-IMS 和HS-SPME-GC-MS 联合使用,可以兼顾分离能力强、灵敏度高、定性和定量能力好等优势,扩大目标样品中挥发性成分的检测范围,能够更全面地反映果实的风味特征。
2.5.1 基于HS-SPME-GC-MS检测结果的差异香气分析 挥发性成分对整体风味的贡献大小由相对含量和感官阈值共同决定[23]。为进一步分析挥发性成分对黄果梨整体香气的贡献,将HS-SPME-GC-MS测得的112 种挥发性成分进行OAV 分析,将OAV 值大于1 的物质作为特征香气成分,最终鉴定出32 种特征香气成分,以酯类和醛类物质为主,包括17 种酯类、10 种醛类、4 种醇类和1 种酚类物质(表4)。酯类物质是黄果梨果香型香气的主要来源,2-甲基丁酸乙酯在果皮和果肉中均具有最高的OAV 值,呈香甜气味。己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯和庚酸乙酯均表现出较高的OAV 值,可为黄果梨提供特有的果香、花香和甜香。异丁酸辛酯和苯乙醛均只在S1 样品中检测到,其中苯乙醛阈值较低,具有柔和的玫瑰花香。乙酸辛酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、苯甲酸乙酯和(E)-2-辛烯醛也对不同采收期的黄果梨的香气有影响,但影响程度较小。一些特征香气成分,如异丁酸辛酯、乙酸叶醇酯、苯乙醛、(E)-2-癸烯醛和正壬醇等挥发性成分在部分成熟阶段有香气活性,这可能是不同采收期黄果梨果实香气存在细微差别的原因之一。
表4 基于HS-SPME-GC-MS 检测结果的不同采收期黄果梨特征香气成分OAV 值
Table 4 OAV of characteristic volatile compounds in Huangguo pear at different harvest stages based on HS-SPME-GC-MS
类别Type CAS号CAS#特征香气成分Characteristic volatile compounds阈值Threshold/(mg·kg-1)OAV(果皮 Peel)S1S2S3 OAV(果肉 Pulp)S1S2S3香气描述Aroma description酯类Esters 105-54-4 0.000 760 1 666.55 474.79 563.89 1 335.97 667.85 591.46 106-30-9 0.001 900 225.81 81.39 95.26 151.57 72.16 101.42 106-32-1 0.019 300 1 356.21 503.27 517.82 129.49 79.53 113.01 109-15-9 0.006 000 8.64-----苹果香、黄油香、菠萝香Apple,Butter,Pineapple白兰地香、果香、葡萄酒香Brandy,Fruit,Wine甜味、白兰地香、花香Sweet,Brandy,Floral果香Fruit 110-38-3 0.005 000 802.49 475.93 842.24 3.40 1.76 5.78 112-14-1 0.047 000 25.25 8.75 8.95 15.89 9.53 7.28白兰地香、葡萄香、梨香Pear,Brandy,Grape橘香、茉莉香Tangerine,Jasmine 123-66-0 0.005 000 1 928.09 886.04 1055.22 1 545.64 721.39 1 025.59 141-78-6 0.005 000 30.87 18.01 9.61-13.17 28.85 142-92-7 0.115 000 19.26 5.32 4.13 38.43 6.68 5.91 3025-30-7 0.100 000 8.61 7.48 19.58 1.32 4.55 12.25苹果香、白兰地香、果胶味Apple,Brandy,Fruit Gum白兰地香、葡萄香、菠萝香Brandy,Grape,Pineapple苹果香、香蕉香、梨香Apple,Banana,Pear梨香Pear 539-82-2 0.005 800 11.72 6.35 5.24 10.75 5.91 8.92苹果香、香草味、坚果味Apple,Herb,Nut 706-14-9 0.001 100-2.15-25.63 4.55 8.38 7452-79-1 0.000 013 2 907.69 2 138.71 3 423.11 9 286.42 5 928.54 9 593.77 93-89-0 0.055 560 3.76 1.62 1.83---97-62-1 0.000 020 74.41 80.84 96.90 132.57 185.08 123-92-2 0.000 150 54.86 47.36 73.15 3681-71-8 0.013 000---1.51脂肪味、水果香、桃香Fat,Fruit,Peach苹果香、猕猴桃香、草莓香Apple,Kiwi,Strawberry芹菜味、花香、水果香Celery,Flower,Fruit甜味,橡胶味Sweet,Rubber苹果香、香蕉香、梨香Apple,Banana,Pear香蕉香、糖果味、花香Banana,Candy,Floral醛类Aldehydes 122-78-1 0.006 300 2.62---------124-13-0 0.000 800-32.36 48.02 95.15 16.98---124-19-6 0.001 100 495.69 173.08 179.11 169.85 25.64 34.75 18829-56-6 0.000 190-48.52 52.35 456.69 94.22 104.57 2548-87-0 0.003 000 10.00 3.67 4.15 46.51 10.06 11.41 505-57-7 0.030 000 121.65 17.81 26.40--浆果味、蜂蜜味、玫瑰味Berry,Honey,Rose柑橘香、脂肪味Tangerine,Fat脂肪味、花香、柠檬香Fat,Floral,Lemon脂肪味、黄瓜味、柑橘香Fat,Cucumber,Tangerine脂肪味、水果香、青草香Fat,Fruit,Grass青草香Grass 17587-33-6 0.000 500--2.52 3.08果香Fruit 25152-84-5丁酸乙酯Ethyl butyrate庚酸乙酯Ethyl enanthate辛酸乙酯Ethyl caprylate异丁酸辛酯Octyl isobutyrate癸酸乙酯Ethyl caprate乙酸辛酯Acetic acid octyl ester己酸乙酯Ethyl caproate乙酸乙酯Ethyl Acetate乙酸己酯Acetic acid hexyl ester 2,4-癸二烯酸乙酯(E,Z)-2,4-ethyl decadienoate戊酸乙酯Pentanoic acid ethyl ester γ-癸内酯γ-Decanolactone 2-甲基丁酸乙酯Ethyl 2-methylbutyrate苯甲酸乙酯Ethyl benzoate异丁酸乙酯Ethyl isobutyrate乙酸异戊酯Isoamyl acetate乙酸叶醇酯(Z)-3-Hexen-1-ol,acetate苯乙醛Benzeneacetaldehyde正辛醛Octanal壬醛Nonanal(E)-2-壬烯醛(E)-2-Nonenal(E)-2-辛烯醛(E)-2-Octenal 2-己烯醛2-Hexenal(E,E)-2,6-壬二醛(E,E)-2,6-Nonadienal(E,E)-2,4-癸二烯醛(E,E)-2,4-Decadienal 0.000 027------529.42 83.93 202.55芫荽香、油炸味、脂肪味Coriander,Deep fried,Fat
表4 (续) Table 4 (Continued)
注:香气描述来自https://www.femaflavor.org/和http://www.flavornet.org/。“-”表示未检出。下同。
Note:Aroma descriptions were derived from https://www.femaflavor.org/ and http://www.flavornet.org/. “-” indicates that it is not detected. The same below.
类别Type CAS号CAS#特征香气成分Characteristic volatile compounds阈值Threshold/(mg·kg-1)OAV(果皮 Peel)S1S2S3 OAV(果肉 Pulp)S1S2S3香气描述Aroma description 3913-81-3 4.33 1.10-5910-87-2 0.017 000-0.250 000 0.000 100------207.83 45.82 51.62醇类Alcohols 111-27-3 0.005 600 16.68 2.80 2.51 111-87-5 0.125 800 8.10 1.96-143-08-8 0.045 500 1.06 1.46---111-70-6 0.005 400----1.50--------脂肪味、鱼味、橙子香Fat,Fish,Orange谷物味、油炸味、脂肪味Cereals,Deep fried,Fat香蕉香、花香、青草香Banana,Flower,Grass杏仁味、烧焦味、花香Bitter Almond,Burnt,Floral脂肪味、花香Fat,Floral柑橘香 Tangerine酚类Phenols 97-53-0(E)-2-癸烯醛(E)-2-Decenal(E,E)-2,4-壬二烯醛(E,E)-2,4-Nonadienal正己醇1-Hexanol正辛醇1-Octanol正壬醇1-Nonanol正庚醇1-Heptanol丁香酚Eugenol 0.000 710 107.81 20.46 11.49 14.64 3.48 6.48烧焦味、丁香味Burnt,Clove
根据挥发性成分的VIP 值筛选对黄果梨有突出贡献的风味物质,VIP>1 的物质对样品组间差异判别贡献较大,VIP 值越高的物质对类别区分越重要[24]。以OAV>1、p<0.05 且VIP>1 为筛选条件,共筛选出20 种差异香气成分,其中果皮和果肉中分别筛选出12和14种差异香气成分,两者共有差异香气成分为6 种,包括癸酸乙酯、己酸乙酯、2,4 癸二烯酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、异丁酸乙酯和正辛醛,其中2,4-癸二烯酸乙酯是西洋梨果实中的特征香气成分[22],多数差异香气成分的OAV 值在S3 样品中最大。差异香气成分是不同采收期黄果梨果实存在差异的重要潜在标志物,在鉴别梨果实挥发性成分中发挥着关键作用。
2.5.2 基于HS-GC-IMS 检测结果的差异香气分析 为评估各挥发性成分对黄果梨果实整体香气的贡献度,基于HS-GC-IMS 鉴定出的70 种挥发性成分结合气味阈值进行ROAV 值计算[25],其中ROAV≥1 的组分为该样品中关键香气成分,0.1≤ROAV<1 的组分对样品整体风味有重要修饰作用[11]。本研究中共筛选出6 种关键香气成分,结果如表5 所示,1-辛烯-3-酮和2-甲基丁酸乙酯对样品香气贡献作用最突出。果皮和果肉分别有3 种和4种关键香气成分,乙酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯为果皮和果肉所共有。为全面地评定关键呈香物质,基于ROAV>1、p<0.05 且VIP>1 的条件从6 种关键香气成分中筛选出2 种差异香气成分,果皮中为2-甲基丁酸乙酯,果肉中为乙酸乙酯,二者均赋予果实浓郁的果香味,其中2-甲基丁酸乙酯在HSSPME-GC-MS 和HS-GC-IMS 检测结果中均为差异香气成分。结合挥发性成分的香气特征可以发现,随着采收期延长,黄果梨显著积累的挥发性成分多呈果香和花香特征。
表5 基于HS-GC-IMS 检测结果的不同采收期黄果梨关键香气成分ROAV 值
Table 5 ROAV of key volatile compounds in Huangguo pear at different harvest stages based on HS-GC-IMS
类别Type酯类Esters CAS号CAS#141-78-6阈值Threshold/(mg·kg-1)0.005 000 ROAV(果皮 Peel)S1 2.26关键香气成分Key volatile compounds乙酸乙酯Ethyl Acetate 2-甲基丁酸乙酯Ethyl 2-methylbutyrate乙酸异戊酯Isoamyl acetate异丁酸乙酯Ethyl isobutyrate(Z)-4-庚烯醛(Z)-4-Heptenal 1-辛烯-3-酮1-octen-3-one S2 1.83 S3 1.94 ROAV(果肉 Pulp)S1 1.86 S2 1.34 S3 1.25 7452-79-1 0.000 013 12.67 14.93 18.57 100.00 100.00 100.00香气描述Aroma description白兰地香、葡萄香、菠萝香Brandy,Grape,Pineapple苹果香、猕猴桃香、草莓香Apple,Kiwi,Strawberry 123-92-2 0.000 15 0.39 0.34 0.32 3.77 2.79 2.58 97-62-1 0.000 02 98.82 90.71 80.15醛类Aldehydes酮类Ketones 6728-31-0 0.000 025------4.22 3.85 3.15苹果香、香蕉香、梨香Apple,Banana,Pear甜味、橡胶味Sweet,Rubber乳香Dairy 4312-99-6 0.000 003 100.00 100.00 100.00---土味、蘑菇味Earth,Mushroom
果实品质是决定果实经济价值和市场竞争力的关键因素。多项研究表明,因采收期不同,果实的品质存在显著差异[26]。笔者对不同采收期黄果梨品质成分进行了测定和分析。可溶性固形物、可滴定酸、维生素C 含量是评价果实品质和风味的重要指标,随着采收期的延长,黄果梨中可溶性固形物和维生素C含量逐步升高,可滴定酸含量下降。已有报道,早金酥梨、黄冠梨、雪花梨和鸭梨等果实的可溶性固形物含量均随采收期延长而呈上升趋势[27-28]。杨一末等[29]对不同采收期的延香梨进行研究,发现随着采收期延长,果实的维生素C含量不断积累,这与笔者发现的结果一致。总酚和总黄酮含量也是衡量果实营养品质的重要指标,笔者发现黄果梨果皮和果肉中的总酚、总黄酮含量均随采收期延长而降低,这与文献[30]报道的宝珠梨、苹果梨、丰水梨等研究的相关结果一致。
果实成熟涉及一系列生理和代谢的变化,如可溶性糖、有机酸、萜烯类化合物等代谢物的积累,其中可溶性糖和有机酸的种类和含量是影响果实风味和口感的关键因素[17]。黄果梨中主要的可溶性糖是果糖、山梨糖醇、葡萄糖和蔗糖,其中果皮中的山梨糖醇含量在S3样品中最高,而果肉中的山梨糖醇含量呈先下降后上升的趋势,其他均随果实采收期延长而显著升高。Akagić 等[31]测定10 个西洋梨品种成熟果实中可溶性糖含量,发现果糖含量最高,其次是山梨糖醇和葡萄糖含量,蔗糖含量最低,这与本研究的结果一致。依据成熟果实中有机酸组分和含量的多少,可将果实分为苹果酸型、柠檬酸型和酒石酸型[31]。本研究中黄果梨中含量最高的有机酸为苹果酸,果皮和果肉中的苹果酸含量分别占有机酸总量的66.49%和88.90%以上,所以黄果梨属于苹果酸型果实。
果实香气成分是由大量挥发性成分组成的复杂混合物,不同采收期果实中挥发性成分的种类和含量存在差异。采收期对桃[32]、苹果[33]、草莓[34]等挥发性成分的影响已有较多研究,而梨中相关的研究较少。Yang 等[33]对不同采收期Orin 苹果挥发性成分的研究发现,随着果实成熟,苹果果皮中酯类物质的含量显著增加,醛类物质含量显著降低,这与本研究中得到的结果相似。挥发性成分对整体风味的贡献由相对含量和感官阈值共同决定[23]。本研究中基于气味活性值、相对气味活性值、偏最小二乘判别分析结合变量投影重要性统计分析,共筛选出黄果梨中的21 种差异香气成分,其中乙酸己酯、癸酸乙酯和异丁酸乙酯具有浓郁的梨香,丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸己酯和乙酸乙酯是梨中主要的酯类物质,2,4-癸二烯酸乙酯是西洋梨中的主要特征香气成分[22]。
不同采收期果实的香气活性值也不同。刘向平等[35]对不同采收期的鸭梨在贮藏过程中的香气变化进行了研究,发现晚采收梨果实的挥发性成分含量高于早采收梨果实。笔者发现果皮中的挥发性成分总含量在S1、S2、S3样品中分别为78 956.14、31 818.41和43 763.87 ng·g-1,果肉中的挥发性成分总含量在S1、S2、S3 样品中分别为20 085.35、8 628.66 和12 026.36 ng·g-1,挥发性成分总含量在S1 样品中最高,S2 样品中最低,可能是S2 样品果实达到生理成熟,出现呼吸高峰,挥发性成分随着果实的呼吸而大量损失的缘故。本研究中丁酸乙酯、辛酸乙酯和己酸乙酯等物质在S1 样品中具有较高的香气活性值,癸酸乙酯和异丁酸乙酯等物质在S3 样品中具有较高的香气活性值,而2-甲基丁酸乙酯在不同采收期样品中均具有最高的香气活性值,对果实香气贡献较大,可作为黄果梨主要的呈香物质。黄果梨中差异香气成分共有21 种,其中乙酸己酯、庚酸乙酯、己酸乙酯和壬醛含量在S1 样品中最高,2,4-癸二烯酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和异丁酸乙酯含量在S3 样品中最高,所以差异香气成分可作为区分不同采收期黄果梨的潜在标志物。
本研究中对不同采收期黄果梨的基础品质指标、有机酸、可溶性糖组分以及挥发性成分进行了测定与分析,结果发现S3 采收期是鲜食黄果梨的最佳采收期,此时期梨果实的维生素C、可溶性固形物含量、固酸比均最高。黄果梨属苹果酸型果实,果皮中的苹果酸及葡萄糖、果糖、蔗糖含量均在采收期S3样品中显著积累。研究筛选出的21 种差异香气成分多呈果香和花香特征,可作为区分不同采收期黄果梨果实的潜在标志物。
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Analysis of quality differences of the fruits harvested in different times in Huangguo pear at different harvest stages