设施无土栽培条件下草莓芳香物质和营养品质的研究

朱翠英+刘利+付喜玲+杨超+陈修德+肖伟+高东升+李玲

摘    要： 以草莓品种“达赛莱克特”和“红星”为试材，利用高效液相色谱（HPLC）技术、顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术，在设施无土栽培条件下研究了两个草莓品种的芳香物质种类含量和营养品质。结果表明：红星的可溶性固形物含量高于达赛，两者达到显著差异。两个草莓品种含量最多的有机酸是柠檬酸，其次是草酸、琥珀酸和苹果酸。红星总糖和总酸含量也高于达赛。两者的糖组分以果糖含量最多，且红星的果糖、山梨醇和蔗糖的含量均高于达赛。达赛和红星各检测出55种挥发性物质，均以酯类物质为主。丁酸甲酯、丁酸乙酯、己酸甲酯和己酸乙酯是草莓的特征香气，达赛含有其中的3种，它们的相对含量是12.11%。在红星中这4种酯类均检测到，它们的相对含量是27.87%。红星的芳樟醇和橙花叔醇的含量均高于达赛，而4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮的相对含量低于达赛。以上结果可为无土栽培的品种选育和草莓香气品质的改良提供理论依据。

关键词： 草莓;红星;达赛;芳香物质;营养品质;无土栽培

中图分类号：S668.4             文献标识码：A                   DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.12.001

Study on Aroma Compounds and Nutritional Quality of Strawberry Varieties Cultured in Soilless System

ZHU Cui-ying， LIU Li， FU Xi-ling， YANG Chao， CHEN Xiu-de， XIAO Wei， GAO Dong-sheng， LI Ling

（State Key Laboratory of Crop Biology， College of Horticulture Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018， China）

Abstract：A soilless cultivation experiment was carried out to study the aromatic compounds and nutritional quality of the“Daselect”and “Redstar” strawberry fruits by using high performance liquid chromatography（HPLC），headspace solid-phase microextraction（HS-SPME）combined with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）. The results showed that the content of total soluble solids in cultivar of Redstar was higher than that in cultivar of Daselect and there was a significant difference between the two cultivars. The content of citric acid was the predominant organic acid in strawberry fruits， followed by oxalic acid， succinic acid and malic acid. Redstar showed higher content of total sugar and total acid than Daselect. The content of fructose was the predominant sugar in fruits. The content of fructose， sorbitol and sucrose in cultivar of Redstar was higher than that in cultivar of Daselect. 55 volatile compounds were identified in the two strawberry fruits dominated by esters. Methyl butanoate， ethyl butanoate， methyl hexanoate and ethyl caproate contribute mostly to the aroma of strawberries. Three of them were detected in cultivar of Daselect， which accounted for 12.11% of total aroma content. All of them were detected in cultivar of Redstar， which accounted for 27.87%. Redstar had higher content of nerolidol and linalool， but lower content of Mesifurane than Daselect. All these results provided a theoretical basis for breeding of variety in soilless cultivation and improvement of strawberry aroma quality.

Key words：strawberry; Redstar; Daselect; aroma compounds; nutrient;soilless culture

草莓，蔷薇科植物，果实红嫩多汁，营养丰富，在世界范围内广泛种植[1-3]。中国人口众多，对新鲜水果和蔬菜的需求量较大，加上土地资源的日趋减少和气候的限制，因此发展无土栽培新技术势在必行。近年来，无土栽培草莓新技术在国内逐渐普及，成为研究的重点。在无土栽培草莓的生产中，消费者对草莓的香气和营养物质有着较高的要求，如何获得香气浓郁、营养丰富的草莓成为品质研究的重要内容。

果实风味是嗅觉、味觉和触觉的综合感官指标，是影响消费者购买力的关键因素之一。草莓中的糖酸组分、色素、饱满度、形态结构和挥发性物质均影响果实的整体风味[4]。到目前为止已从草莓中鉴定出360多种挥发性物质[5]，包括有机酸、酯类、酮类、萜类、呋喃类、醛类、醇类、内酯、酚类物质和含硫化合物。研究表明，丁酸甲酯、丁酸乙酯、己酸甲酯、己酸乙酯、呋喃酮、芳樟醇、γ-癸内酯、丁酸和（E）-2-已烯醛等决定草莓的特征香气[6-7]，这些物质的含量对香气品质有重要的作用。草莓的营养品质主要包括Vc、可溶性糖、有机酸等，人体所需的Vc主要从日常饮食（水果和蔬菜）中摄取，果实中的糖、酸和糖酸比是影响风味的关键因子[4]。

关于常规栽培草莓的香气和营养品质前人已经做了相关研究[6-8]，但关于无土栽培草莓品质的研究较少。本试验以山东农业大学园艺试验站无土栽培的草莓品种“达赛莱克特”（达赛）和“红星”为试验材料，对两个草莓品种的芳香物质种类含量和营养品质进行了研究，以期为无土栽培草莓的品种选育和品质改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2014年9月—2015年3月在山东农业大学园艺试验站日光温室内进行。温室选用“Galuku Pro”配方的格陆谷椰糠栽培袋进行管道式栽培。选择大小一致的达赛和红星草莓幼苗，于9月上旬定植于栽培槽内。每个槽内定植2行，株距15 cm左右，共定植8棵。定植后用霍格兰营养液浇灌。2014年10月底进行扣棚。扣棚以后严格控制室内温度，白天温度为25～28 ℃，晚上温度维持在5～10 ℃左右。摘除老叶、病叶，每株保留8～10片功能叶。草莓花期实施人工辅助授粉和棚内放蜂，以提高草莓产量和质量。待果实成熟后，选取全红期的大小基本一致的两个草莓品种各1 000 g， 将样品洗净，匀浆，用于测定各项指标。

1.2 研究方法

1.2.1 芳香物质的提取和测定 芳香物质的提取和定量分析参照Akhatou等[3]的试验方法，试验选取的固相微萃取头的型号为2 cm 50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS StableFlex fiber （Supelco， Inc.， Bellefonte， PA， USA），测定前先将微萃取头在气相色谱进样口老化2 h，老化温度250 ℃。称取50 g切碎的新鲜草莓果肉置于50 mL锥形瓶中，加入3 gNaCl，用铝箔纸封口，放在磁力搅拌加热板上加热30 min，温度设置为40 ℃。将老化后的萃取头插入样品瓶顶空部分，于40 ℃吸附30 min，然后将吸附后的萃取头取出后插入气相色谱进样口，于220 ℃ 解吸1 min，进行GC-MS 检测分析。

芳香物质的测定采用岛津GC-MS-QP2010Series气质联用仪。色谱条件：Rtx-5MS毛细管柱（ 30 m×0.32 mm，膜厚度0.25 m） （岛津，东京，日本）;载气为He;流速2.2 mL·min-1;进样量2 L;程序升温为40 ℃保持2 min，以6 ℃·min-1升温到120 ℃，然后以8 ℃·min-1升温到180 ℃，并保持1 min，最后以15 ℃·min-1升温到250 ℃，并保持5 min;进样口温度250 ℃，EI 离子源电子能量70 eV，质量范围33～450 aMU。

芳香化合物质谱图经计算机检索与NIST library质谱库相匹配，并对2个草莓品种的总离子流图进行处理，分析各芳香组分的种类和百分含量。

1.2.2 果实品质的测定 可溶性固形物利用日本ATAGO公司的数字折射计PR-101测定;可滴定酸采用NaOH滴定法;糖酸组分和Vc含量采用HPLC法进行测定。

糖酸组分的测定和提取参照Akhatou等[3]的方法，有机酸组分和维生素C色谱条件：美国Waters高效液相色谱仪515型，Waters2487双波长紫外检测器。色谱柱：美国Thermo Hypersil GOLD aQ 250 mm×4.6 mm，5 u。流动相：10 mmoL NH4H2PO4（磷酸调pH=2.3）∶甲醇=98∶2（V∶V）。有机酸检测波长 210 nm，维生素C检测波长 260 nm，灵敏度0.5 AUFS，进样量10 μL，流速0.8 mL·min-1，柱温 28 ℃。

糖组分色谱条件：岛津RID-10A示差折光检测器，色谱柱YMC Polyamine II 250 mm×4.6 mm 5 μm。流动相：乙腈∶水=75∶25（V∶V）。灵敏度：4;进样量：10 μL;流速：0.8 mL·min-1;柱温：30 ℃。

试验数据采用DPS7.05软件进行单因素方差分析，LSD法进行差异显著性检验，应用Microsoft Excel 2003绘制图表。

2 结果与分析

2.1 两个草莓品种品质的研究

对两个草莓品种的营养品质进行了研究，结果表明（表1），达赛和红星两个草莓品种的pH值均在3左右，差异不显著。达赛的单果质量是30 g， 红星的单果质量是34 g。红星的可溶性固形物含量高出达赛18%左右。方差分析显示，两者达到显著差异（P<0.05）。就可滴定酸而言，达赛和红星差别不大，达赛和红星的糖酸比差异不显著。达赛的AsA含量是0.29 mg·g-1，比红星高出52.63%，但方差分析表明两者差异不显著。

2.2 两个草莓品种酸组分的研究

由表2可以看出，两个草莓品种含量最多的有机酸是柠檬酸，其次是草酸、琥珀酸和苹果酸，酒石酸仅在达赛品种中检测到，在红星品种中检测到乳酸和乙酸。红星的草酸和柠檬酸的含量均高于达赛，但就苹果酸和琥珀酸而言，达赛的含量高于红星的含量。红星总酸的含量高于达赛，但两者差异不显著，这与可滴定酸（TA）的结果一致。

2.3 两个草莓品种糖组分的研究

从表3可以看出，草莓果肉的可溶性糖主要以果糖、葡萄糖、山梨醇和蔗糖的形式存在，两品种的总糖含量分别为43.37 mg·g-1和56.84 mg·g-1，由此可见，红星总糖的含量高于达赛，方差分析表明，两者差异显著。红星的总酸含量也高于达赛，两者的总糖/总酸差异不大。就葡萄糖而言，其在达赛中的含量高于红星，但是果糖、山梨醇和蔗糖的含量均低于红星，且两者的各糖组分均达到显著差异。

2.4 两个草莓品种芳香物质的种类与相对含量的研究

由表4可以看出，两个草莓品种的芳香物质的种类和含量有很大的差异。从两个品种中共检测出84种芳香化合物，其中达赛和红星各检测出55种，均以酯类物质为主，分别占总芳香物质的78.72%和65.94%。达赛的酯类物质有42种，红星的酯类物质有37种。丁酸甲酯、丁酸乙酯、己酸甲酯和己酸乙酯是草莓的特征香气，在达赛中，检测到3种，分别是丁酸甲酯、己酸甲酯和己酸乙酯，它们的相对含量是12.11%;在红星中这4种酯类均检测到，它们的相对含量是27.87%。红星的丁酸甲酯、己酸甲酯和己酸乙酯的相对含量均高于达赛。在所检测到的酯类化合物中，22种为达赛所特有，16种为红星所特有（表4）。

在达赛果实中检测到6种醛类物质，在红星中检测到5种。其中己醛、壬醛、癸醛和（E）-2-已烯醛为两者共有，乙醛和十三醛仅在达赛中存在，桃醛为红星所特有。（E）-2-已烯醛是草莓的特征香气，它分别占两者醛类物质的71.21%，79.10%。达赛的（E）-2-已烯醛的相对含量为7.47%，而红星的该物质的相对含量为9.01%。

在检测到的酮类化合物中，红星中有6种酮类物质，而达赛中仅检测到2种，分别为丙酮和4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮。但从酮类化合物的相对含量来看，两者差别不大，达赛的是2.00%，红星的为2.56%。就4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮这一特征香气而言，它占达赛酮类物质的96.5%，占红星酮类物质的29.69%。达赛4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮的相对含量高于红星的相对含量。

达赛中检测到5种醇类（占6.63%）物质，红星中有4种醇类化合物，但总的相对含量达到15%。己醇、壬醇和（Z）-2-己烯-1-醇仅存在于达赛中，而3-乙基-2-戊醇和（E）-4-己烯-1-醇为红星所特有。人工种植草莓的萜类物质由单萜芳樟醇和倍半萜烯橙花叔醇组成。两个草莓品种均检测到这两种物质。就其含量来看，红星的芳樟醇和橙花叔醇的含量均高于达赛。

3 结论与讨论

可溶性固形物（TSS），可滴定酸（TA）和糖酸比（TSS/TA）是评价果实品质的重要指标。可溶性固形物一般代表果实内糖、酸、维生素和矿物质等的总称[9]。Galletta等[10]报道称各品种草莓果实的可溶性固形物含量一般在7%～12%范围内，达赛和红星两个品种的TSS在此范围内。Akhatou和Recamales[3]研究表明无土栽培的4个草莓品种的可溶性固形物含量在3%～6%之间，而笔者的研究结果大于6%，这可能与品种、栽培条件、成熟度和采后环境等诸多因素的影响有关。可滴定酸与可溶性固形物一样，是影响果实风味品质的重要因素。前人的研究表明，无土栽培草莓的可滴定酸一般为0.4%～0.84%[3，11]，这与笔者的研究结果一致。除了可溶性固形物和可滴定酸之外，糖酸比、糖的种类和含量也是决定果实甜度的重要因子。Kafkas等[12]报道称草莓的TSS/TA在8.5～17内，TSS/TA的值在7之下一般口味偏酸[13]，而达赛和红星的TSS/TA都在12%以上，这说明这两个草莓品种的口味可能偏甜。另外，红星品种可溶性固形物含量高，可滴定酸值也大，其TSS/TA和达赛的相比并没有很大的差异。

葡萄糖、果糖和蔗糖是果实的主要可溶性糖组分，有的水果可能含有山梨醇[14-15]。果糖和葡萄糖是草莓的主要糖组分，另外，草莓可能还含有少量的蔗糖[16]。Akhatou和Recamales[3]的研究表明，6个无土栽培草莓品种糖的种类以果糖和葡萄糖较多，蔗糖较少，山梨醇未见报道。本研究中，达赛和红星两个品种也是以果糖和葡萄糖较多，蔗糖相对来说含量较少，但是两个品种均检测到山梨醇，并且含量相对来说还不少。不同的单糖和多糖的甜度有差别，以蔗糖的甜度为1计，那么果糖的是1.75，葡萄糖的是0.75，山梨醇的甜度是0.5[17]。这样说来，达赛的甜度为46.77，而红星的甜度则高为64.72。

有机酸对果实风味品质的影响不仅与其组成含量有关，也取决于糖酸比。在本研究中，柠檬酸是含量最多的有机酸，这与以往的结果研究一致[18-19]。Sturm 等[20]发现13个草莓品种的柠檬酸含量是4.4～10.5 mg·kg-1，Skupien和Oszmianski[21]也报道了6个草莓品种的柠檬酸含量是85.0～150 g·kg-1。本试验达赛的柠檬酸含量是3.89 mg·kg-1，红星的柠檬酸含量是4.90 mg·kg-1，由此可见，这两个品种柠檬酸的含量低于以上的平均水平，但是也在上述范围之内。达赛和红星苹果酸的含量与Akhatou和Recamales[3]报道的结果一致，但是琥珀酸的含量却高于其研究结果。Sturm等[20]人发现酒石酸只存在草莓的某些品种中，笔者的研究也证实了这一点，酒石酸只在达赛果实中检测到，而在红星中并没有发现。达赛和红星的总糖/总酸差别不大，都在4左右，这与以往的结果一致[3]。

香气物质的种类与含量影响果实的风味，香气物质种类多的品种整体风味可能更浓。本研究中，达赛和红星香气物质的种类数量相同，但香气物质的成分与相对含量有所差异。达赛酯类物质的种类与含量均高于红星。但是红星特征香气酯类物质的相对含量高于达赛。芳樟醇和橙花叔醇以及呋喃类的含量与草莓香气的浓淡密切有关[6]，芳樟醇有百合花的香气，橙花叔醇有苹果和玫瑰的香气。本试验中，红星的芳樟醇和橙花叔醇的含量均高于达赛，由此推测，红星品种的香气可能浓于达赛品种。2，5-二甲基-4-羟基-3 （2H）-呋喃酮（2，5-dimethyl-4-hydroxy-3 （2H）-furanone，DMHF）和4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮（4-methoxy-2，5-dimethylL-3（2H）-furanone，DMMF）是草莓香气物质中两种很重要的成分。本研究的两个草莓中仅检测到4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮，这可能与2，5—二甲基-4-羟基-3 （2H）-呋喃酮在O-甲基转移酶的作用下转化成4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮有关，因为4-甲氧基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮比2，5-二甲基-4-羟基-3 （2H）-呋喃酮更加稳定[22]，至于其作用机理有待进一步研究。

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