苹果新品种‘瑞雪’、‘瑞香红’及其亲本香气物质差异分析

孟智鹏，陈荣鑫，杨舜博，闫雷玉，杨亚州，赵政阳,2,*

（1.西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100；2.陕西省苹果工程技术研究中心，陕西杨凌 712100）

苹果（Malus×domesticaBorkh.）是世界四大水果之一，在世界各地被广泛栽培[1]。随着经济发展和消费水平的上升，人们对苹果风味和营养的要求也逐渐提升。香气性状是影响苹果风味品质的重要因素之一，怡人的香气有利于增强市场竞争力。苹果的香气物质是由各类挥发性物质按照一定的比例构成的，并且不同苹果品种之间香气物质成分的含量和种类差异较大[2−3]。苹果香气依据组成成分、含量及比例可分为两种类型：第一类为“甜香型”，香气物质主要以酯类物质为主；第二类为“青香型”，主要以醛类、醇类和烯烃类等物质为主[4]。

培育品质优良、营养丰富的品种，是育种者一直追求的目标[5]。‘瑞雪’和‘瑞香红’是由西北农林科技大学培育的苹果新品种，父母本为‘粉红女士’和‘富士’苹果[6−7]，且两个苹果新品种的外观品质、耐藏性、风味等特点均优于其父母本[8−9]，两个新品种虽具有相同的亲本，但无论是外在的果形、色泽还是内在的风味、香气都具有很大的差异。WANG 等[10]研究表明，用不同苹果品种对母本富士授粉，其香气物质与父本苹果品种明显相关。但在品种选育中发现两个新品种具有相同的亲本，而风味和香气却存在较大的差异，因此研究其香气成分特点具有重要的现实意义。本研究以‘瑞雪’和‘瑞香红’两个苹果新品种及其亲本为试验材料，对果实香气物质进行测定分析，对比香气物质差异，进一步明确两个新品种特殊香气的形成原因，从而为新品种的推广和应用提供技术依据，并为苹果风味遗传改良以及未来苹果育种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘瑞雪’、‘瑞香红’、‘富士’和‘粉红女士’4 个苹果品种 于2019 年取自西北农林科技大学白水苹果试验站。试验树栽培环境及田间管理方式相同，果实采取无袋栽培。根据感官评价以及淀粉染色综合确定果实的成熟度。分别从三棵树的外围中部随机选择6 个大小一致、色泽均匀、无病虫害和机械损伤的成熟果实。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取头和固相微萃取手柄 美国Supleco 公司；Trace DSQ GC/MS 气相色谱质谱联用仪 美国Thermo Scientific 公司；A11 液氮研磨仪 德国IKA 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 果实取样样品的存取 采收后当天即进行取样和存样，用削皮机器削取6 个苹果的果皮，厚小于0.5 mm，迅速在液氮中进行速冻，并进行混样（生物学重复），最后用液氮速冻后用液氮研磨仪磨成粉状，存放于−80 ℃冰箱，用于挥发性香气物质的测定。每次测定3 次重复（技术重复）。

1.2.2 挥发性香气物质测定 果实的香气物质采用顶空固相微萃取法进行提取：在样品瓶（50 mL）中首先加入1 g 氯化钠，然后加入磁力搅拌子和5 g 样品，最后加入10 μL 内标物3-壬酮（0.04 g·L−1）后，快速用锡箔纸封口并盖紧瓶盖，放于磁力搅拌加热板上平衡10 min，将萃取头插入样品瓶中吸附40 min，插入GC 进样口（250 ℃），进行2.5 min 的解吸后取出萃取头。

1.2.3 色谱-质谱条件色谱柱 HP-INNOWax 毛细管色谱柱，（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气：高纯氦气；流速：1.0 mL·min−1；进样口温度：230 ℃；进样方式：不分流进样；柱温：采用程序升温，初始温度40 ℃，并保持3 min；然后先以5 ℃·min−1升到150 ℃，之后以10 ℃·min−1升到220 ℃，保持5 min。电子电离（EI 源）电子轰击能量：70 eV；离子源温度：240 ℃；传输线温度：240 ℃。

1.2.4 定性与定量 被萃取的香气物质经GC-MS分析，通过计算机检索NIST 2014 标准谱库，参考正反匹配度、保留时间，加以苹果香气相关研究资料多方面对比分析，确认各种香气成分；各成分相对含量采用峰面积归一化法计算，并选择3-壬酮为内标计算各组分含量:各组分含量（μg·kg−1） = （组分峰面积/内标的峰面积）×内标浓度（g·L−1）×10 μL/样品质量（kg）。香气值为某化合物含量与该化合物香气阈值的比值，通过计算l g（香气值）来确定不同品种特征香气，当l g（香气值）大于0 时证明该化合物含量大于该化合物香气阈值，即为特征香气物质[11]。

2 结果与分析

2.1 ‘瑞雪’、‘瑞香红’及其亲本总香气物质分析

2.1.1 香气物质成分分析 由表1 可知，从4 个苹果品种中共检测出58 种香气物质：其中酯类32 种、醛类11 种、醇类3 种、酮类2 种、酸类4 种以及其他类6 种（表1）。其中‘瑞香红’香气物质种类是最多的，从香气物质分类来看，酯类香气物质种类数最多（32 种），酮类最少（2 种）。4 个品种共有香气物质有18 种，其中乙酸己酯、己酸丁酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、2-己烯醛、反式ɑ-柑油烯和ɑ-法尼烯等含量在各个品种中均表现较高；4 个品种特有的香气物质共15 种，其中‘瑞香红’具有7 种特有香气物质，分别是辛酸乙酯、庚酸丁酯、辛酸丁基酯、癸酸异丁酯、（E）-2-己烯醛、3-癸烯酸和古巴烯，且在4 个品种中特有香气物质是最多的。‘瑞雪’含有3 种特有香气物质分别是：2 甲基-4 戊烯醛、（Z）-2-壬烯醛和（E）-2-癸烯醛。

2.1.2 香气物质含量分析 ‘瑞雪’和‘瑞香红’的香气物质总含量分别为12623.12 和35965.84 μg/kg，其父本‘粉红女士’和母本‘富士’香气物质总含量分别为14532.34 和4202.47 μg/kg（表1），且‘瑞香红’香气物质总含量是‘富士’的8.9 倍。从各类香气物质种类来看：酯类物质总含量为38356.33 μg/kg 是最多的，其次醛类和其他类物质总含量分别为8366.72 μg/kg和19842.55 μg/kg，酮类物质总含量为78.35 μg/kg是最低的。

表1 四个苹果品种主要香气物质种类及含量Table 1 Types and contents of main aroma substances of four apple cultivars

2.2 ‘瑞雪’、‘瑞香红’及其亲本各类香气物质分析

2.2.1 香气物质成分分析 在四个品种中酯类香气物质种类是最多的，其中‘瑞香红’（28 种）含有酯类香气物质种类是最多的，其次是‘富士’（23 种）和‘粉红女士’（21 种），‘瑞雪’（18 种）的酯类香气物质种类在四个品种中是最少的（表1），与‘瑞香红’相差10 种酯类香气物质成分。香气物质种类第二位的是醛类，其中‘瑞雪’（9 种）醛类香气物质种类最多，其次是‘富士’（7 种）和‘粉红女士’（5 种），醛类香气物质种类最少的是‘瑞香红’（3 种），和‘瑞雪’相差6 种。醇类、酮类、酸类和其他类在4 个品种中的种类均较少，且相差较小。在4 个品种中‘瑞雪’含有最多种类的醇类（3 种）和酮类（2 种）香气物质，‘粉红女士’含有最多种类的酸类香气物质（4 种）。

2.2.2 香气物质含量分析 4 个品种中‘瑞香红’（22351.48 μg/kg）酯类香气物质含量最高，其次是‘粉红女士’（8203.82 μg/kg）和‘瑞雪’（5204.55 μg/kg），‘富士’（2596.48 μg/kg）的酯类香气物质含量是最低的（表1），且‘瑞香红’酯类香气物质含量是‘富士’的8.6 倍；其中己酸丁酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯和己酸己酯是这4 个品种共有的，且在酯类物质总含量中占比例较大（表2）。醛类香气物质含量较高的是‘瑞香红’（3204.45 μg/kg）和‘瑞雪’（2815.66 μg/kg），其次是‘粉红女士’（1684.40 μg/kg），含量最低的是‘富士’（662.21 μg/kg），‘瑞香红’和‘瑞雪’分别是其4.8 倍和4.2 倍；其中己醛和2-己烯醛是4 个品种共有的，且在醛类物质总含量占比例较大。醇类香气物质含量最高的是‘瑞雪’（195.15 μg/kg）与亲本相比较，分别是‘富士’（51.94 μg/kg）的3.7 和‘粉红女士’（53.73 μg/kg）的3.6 倍；‘瑞香红’（85.96 μg/kg）的醇类香气物质含量也相对高于其亲本；其中正己醇是是四个品种共有的醇类物质。其他类香气物质含量最高的是‘瑞香红’（10124.10 μg/kg），其次是‘粉红女士’（4503.56 μg/kg）和‘瑞雪’（4336.04 μg/kg），含量最低的是‘富士’（878.85 μg/kg），‘瑞香红’和‘瑞雪’分别是其11.5 倍和4.9 倍；其中反式ɑ-柑油烯和ɑ-法尼烯是四个品种共有的，且含量在4 个品种中所占比例较大。

表2 不同品种采收期果实中主要挥发性香气物质Table 2 Main volatile aroma substances in fruits of different varieties at harvest

续表2

2.3 果实特征香气物质分析

不同香气物质的阈值是不同的，故对苹果整体香气贡献不能仅凭其含量的高低来准确判断。特征香气物质是苹果中主要决定果实香味的物质，能够对果实香味产生较大影响。如表3 所示，‘瑞雪’、‘瑞香红’、‘富士’和‘粉红女士’分别有10、13、8 和8 种特征香气物质，从特征香气物质的种类数来看‘瑞香红’最多，‘瑞雪’次之，‘富士’和‘粉红女士’最少，且两个新品种的特征香气物质种类数皆高于其父母本亲本‘粉红女士’和‘富士’。

表3 不同品种部分挥发性香气物质及含量Table 3 Volatility components and content of different apple cultivars

‘瑞雪’的特征香气物质为2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、己醛、壬醛、（Z）-2-庚烯醛和1-辛烯-3-酮共10 种，其中6 种酯类，3 种醛类和1 种酮类。‘瑞香红’的特征香气物质为乙酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸戊酯、丁酸丁酯、2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、己酸丁酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、己醛和（E）-2-己烯醛共13 种，其中11 种酯类和2 种醛类。‘富士’的特征香气物质为丙酸丁酯、2-甲基-丁酸丁酯、乙酸己酯、丙酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、己醛和壬醛共8 种，其中6 种酯类和2 种醛类。‘粉红女士’的特征香气物质为乙酸己酯、丙酸己酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、己醛、（Z）-2-庚烯醛和1-辛烯-3-酮共8 种，其中5 种酯类、2 种醛类和1 种酮类。

4 个品种中检测出的特征香气中有5 种特征香气组分是共同拥有的，据嗅感描述[12−15]可分为果香型（乙酸己酯和丙酸己酯）；苹果香（2-甲基丁酸己酯）；青香型（己醛）；甜香（己酸己酯）共4 类。果香型的乙酸丁酯、苹果香的乙酸戊酯、腐烂味的丁酸丁酯、青苹果香的己酸丁酯和青香型的（E）-2-己烯醛是‘瑞香红’独有的特征香气物质，这些特征香气物质构成了‘瑞香红’香味的独特性。苹果香的2-甲基-丁酸丁酯是‘瑞雪’、‘瑞香红’和‘富士’共有的特征香气物质，但‘粉红女士’并不具有。苹果香的丁酸己酯是‘瑞雪’、‘瑞香红’和‘粉红女士’共有的特征香气物质，但并不是‘富士’的特征香气物质。‘瑞雪’和‘富士’具有花香型的壬醛作为特征香气物质，‘瑞香红’和‘粉红女士’并不具备；同时‘瑞雪’和‘粉红女士’具有青香型的（Z）-2-庚烯醛和果香型的1-辛烯-3-酮作为特征香气物质，‘瑞香红’和‘富士’并不具有。

3 讨论

香气是苹果品质中一项重要的内在指标[17]，且果实香气是一个动态变化的过程，通常在果实成熟阶段会大量形成[18−19]。苹果现已测定出300 多种的挥发性物质，主要是一些酯、醇和醛类物质等[20]。醛类物质在未完全成熟的果实中含量较为丰富，在成熟的果实中酯类物质是最为丰富的[21−22]，与本研究的结果一致。何明茜[23]在两类葡萄杂交群体研究中发现子代中的多数香气物质含量低于亲本均值，但本研究结果与其略有不同：两个苹果新品种大部分香气物质含量均高于亲本，这可能是在品种选育过程中加上了人为的定向选择，两个新品种可能是杂交群体中较稀有的存在，同时显示了两个新品种的优越性。相关研究[24−26]表明：乙酸己酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己酸己酯、2-己烯醛和ɑ-法尼烯等物质是苹果中常见香气物质，且会在后代呈广泛分离，在本研究结果中4 个苹果品种均含有这些物质，且两个苹果新品种与其亲本的香气物质在种类和含量上均存在差异。

苹果的特征香气物质的含量越高，种类越多，果实的整体香气就越浓郁[27]，在本研究中，‘瑞雪’和‘粉红女士’的特征香气种类较为相似，但‘瑞雪’的特征香气种类要多于‘粉红女士’，这可能是‘瑞雪’香气优于‘粉红女士’的重要原因。‘瑞香红’和‘富士’的特征香气种类相较为相似，但‘瑞香红’在种类和含量均远高于‘富士’，这可能是‘瑞香红’香气优于‘富士’的重要原因。两个新品种的特征香气物质整体表现都要高于其亲本，这可能是其能在杂交选育过程中表现突出的原因之一；同时两个新品种间特征香气物质存在一定差异，这可能是两个新品种具有相同亲本但香气类型却完全不同的重要原因。相关研究[28]表明由于感官存在互作现象，果实香气还与其质地相关，因此两个新品种具有相同亲本但香气类型却完全不同的具体原因还有待进一步研究。

4 结论

使用GC-MS 法对4 种苹果品种香气物质进行测定分析，两个新品种的香气物质均存在优于父母本的现象。在特征香气物质方面，两个新品种‘瑞香红’、‘瑞雪’的特征香气物质高于其亲本。‘瑞雪’中主要表现青香味的醛类特征香气物质是最高的，属于“青香型”苹果；‘瑞香红’中主要表现果香味的酯类特征香气物质是最高的，属于“甜香型”苹果。两个新品种在酯类和醛类香气物质的组成、含量以及特征香气物质方面存在较大差异，这可能是两个苹果新品种具有同亲本但香气类型却不同的重要原因。通过对苹果新品种‘瑞雪’、‘瑞香红’香气成分的差异分析，可为其今后的推广及应用提供理论依据。