采前果面喷施钙制剂对苹果果实品质的影响

孟智鹏，杨舜博，闫雷玉，李娅楠，王玙璠，赵政阳,2*

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

苹果(Malus×domesticaBorkh.)是中国的重要经济型水果之一[1]，并且在各地被广泛栽培。苹果果实品质包括内在品质和外观品质，内在品质主要包括可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、硬度、香气物质等，外观品质主要包括色泽、纵横径和单果重等。随着经济的发展、社会的进步，苹果消费已成为人们日常支出的重要一部分，人们对苹果果实品质的要求也进一步提高，因此苹果果实不仅要有酸甜适中的糖酸比、风味浓郁的香气物质，也需要具备优质的外观品质。

钙不仅是信号传导的信使，更是植物所必需的矿质养分，对植物的生长发育和生理生化代谢有着重要的作用，钙离子对超氧化物歧化酶、过氧化物酶等抗氧化酶的活性具有调节作用，从而影响果实品质[2]。相关研究发现：在桃果实发育的后期，果实中钙含量会影响果实的品质和贮藏[3-4]，且苹果采前氯化钙处理可以有效提高果实品质[5]；桃果实喷施硝酸钙后，糖酸比下降、香气物质减少，但果实维生素C含量提高[6]；在‘寒富’苹果采前各钙处理中，氨基酸钙提高果实可溶性固形物含量和风味品质的效果最佳[7]。喷施氯化钙和硝酸钙可以提高‘红富士’苹果果实的可溶性固形物和可滴定酸含量，并提高其耐贮性[8]。采前进行氯化钙处理会改变‘南果梨’果皮的微观结构，并且促进果实香气的释放，增加果实香气物质含量[9]。目前苹果采前钙处理研究较少，且多集中在氯化钙和‘富士’苹果方面，对于溶解度更大的硝酸钙和有机小分子螯合成的氨基酸钙研究较少，而有关不同钙制剂影响效果的对比、不同苹果品种间影响差异的研究更是鲜有报道。

‘富士’苹果具有晚熟、果个大等特点，在中国各苹果产区被广泛栽培；‘金冠’是苹果中少有的黄色苹果品种，具有光泽鲜亮，肉质细密等特点；‘粉红女士’是一个果形端正且高桩的苹果品种，具有抗逆性强、果实优质等优点。本试验以‘富士’、‘金冠’和‘粉红女士’3个苹果品种为试验材料，选用氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙3种钙制剂进行采前果面喷施处理，并比较分析钙处理后果实外观品质、内在品质，特别是香气物质的变化及品种间差异，以期为进一步探究钙制剂对果实品质的影响、提高果实品质以及苹果品种改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材 料

试验供试3种钙制剂分别为氯化钙(CaCl2，分析纯)、硝酸钙[Ca(NO3)2·4H2O，分析纯]、氨基酸钙(钙盐、小分子氨基酸螯合)。参试的3个苹果品种分别为‘富士’、‘金冠’和‘粉红女士’，均于2020年取自西北农林科技大学白水苹果试验站。所有试验树均为7年生，行距为1.5 m×4 m，以M26为自根砧，长势良好，且生态环境、栽培管理均保持一致，均采用果实无套袋栽培。

1.2 仪器与设备

试验仪器和设备主要包括：精确度为0.1 g电子天平；Minolta CR-400型色差计(日本)；ATAGO(PAL-1)手持数显折光仪(日本爱拓公司)；Fruit Acidzty Meter GMK-835型酸度计(韩国G-WON公司)；FTA-GS-15水果质地分析仪(南京铭奥仪器公司)；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头和固相微萃取手柄(美国Supleco公司)；Trace GC/MS气相色谱质谱联用仪(美国Thermo Scientific 公司)。

1.3 试验设计

前人研究表明[10]：钙元素的浓度为2%时处理效果最好，故本试验将所有钙制剂用水进行稀释，使最终钙元素的浓度为2%。

所有试验树生态环境、栽培管理均保持一致，于果实采收前30 d，对不同苹果品种(‘富士’、‘金冠’、‘粉红女士’)果实进行清水(对照)、氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理，每隔10 d喷施1次，共计3次。钙处理参照孙英杰[11]的方法，处理时间选在早晨10:00之前，且无大风情况下进行，若在喷施后3 h内有降雨，进行补喷1次；每次喷施以果面形成均匀水珠，并开始滴水为宜。每种钙处理9棵树(3个苹果品种×3次生物学重复)。根据感官评价以及淀粉染色综合确定果实的成熟度。分别于各处理每棵树的中部，随机选择10个大小一致、着色均匀、且无病虫害和机械损伤的成熟果实，进行相关指标的测定。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 单果重每个苹果品种每个钙处理分别选取10个果实，使用精度为0.1 g的天平进行单果重测定，求其平均值。

1.4.2 色泽使用Minolta CR-400型色差计对果实的L*值、a*值和b*值进行测定，根据相关公式计算色度角h和饱和度C*[12]，当a*<0，b*>0时，h=180o+arctan(b*/a*)；C*=[(a*)2+(b*)2]1/2。每个苹果品种每个钙处理分别选取10个着色均匀的果实，求其平均值。

1.4.3 可溶性固形物含量使用PAL-1手持数显折光仪进行测定，每个苹果品种每个钙处理分别选取10个果实进行测定，求其平均值。

1.4.4 可滴定酸含量使用Fruit Acidzty Meter GMK-835型酸度计进行测定，每个苹果品种每个钙处理分别选取10个果实进行测定，求其平均值。

1.4.5 果实硬度使用FTA-GS-15水果质地分析仪(南京 铭奥仪器公司)进行测定，每个苹果品种每个钙处理分别选取10个果实进行测定，求其平均值。

1.4.6 香气物质组分及其含量参照邓瑞等[13]方法，使用Trace GC/MS气相色谱质谱联用仪、HP-INNOWax 毛细管色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)、高纯氦气(1.0 mL·min-1)进行测定。进样采用分流方式(240 ℃)，柱温使用程序升温：起始40 ℃，并保持3 min；以5 ℃·min-1升温至150 ℃，10 ℃·min-1升至220 ℃后，保持5 min。质谱条件：采用70 eV的电子轰击能量、240 ℃的离子源温度和传输线温度。3次重复，取其平均值。定性分析：通过检索NIST 2014标准谱库，并参考正反匹配度、保留时间和张鹏等[14]、万鹏等[15]苹果香气物质研究结果，多方面对比分析。定量分析：各成分相对含量采用峰面积归一化法计算，以3-壬酮为内标计算各成分含量。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010进行汇总和处理；使用IBM SPSS Statistics 26.0软件对数据进行多重差异显著性分析；运用Origin 2018 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同钙制剂对苹果单果重和色泽的影响

首先，各苹果品种的单果重在3种钙制剂处理后均比对照有不同程度的增加，但‘富士’和‘金冠’的单果重增幅均未达到显著水平；‘粉红女士’的单果重在硝酸钙处理后增幅也不显著，在氯化钙和氨基酸钙处理后分别比对照显著增加17.02%和19.47%(图1，A)。

其次，各苹果品种果实的L*值在3种钙制剂处理后均比对照有不同程度的增加，但仅部分处理达到显著水平。其中，‘富士’的L*值仅在硝酸钙处理后比对照显著增加17.80%，‘金冠’的L*值在氯化钙和硝酸钙处理后分别比对照显著提升3.30%和1.87%，‘粉红女士’的L*值在氯化钙和硝酸钙处理后则分别比对照显著提升12.55%和13.55%；各品种果实的L*值在氨基酸钙处理后均无显著变化(图1，B)。

再次，图1，C～F显示，‘富士’果实的a*值、b*值、色泽饱和度和色度角都仅在硝酸钙处理后与对照有显著差异，前三者分别比对照显著提高75.34%、23.86%、34.37%，而色度角比对照显著降低13.52%。‘金冠’果实的b*值在氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后分别比对照显著增加11.46%、23.57%、11.44%，色泽饱和度分别比对照显著增加9.47%、16.38%、8.21%；其a*值在氯化钙、硝酸钙处理后分别比对照显著增加40.62%和11.77%，在氨基酸钙处理后无显著变化；其色度角在硝酸钙和氨基酸钙处理后分别比对照显著降低10.27%、4.22%，在氯化钙处理后无显著变化。‘粉红女士’的色泽饱和度在氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后分别比对照显著增加14.92%、30.31%和33.60%，其a*值则分别比对照相应显著提高36.13%、64.22%、72.51%，其色度角则分别比对照相应显著降低21.64%、31.77%和36.62%，而其b*值在各钙制剂处理下均与对照无显著差异。以上结果说明在提高果皮亮度和色泽饱和度等果实外观指标方面，硝酸钙处理最为有效。

2.2 不同钙制剂对苹果果实糖酸和硬度的影响

苹果果实可溶性固形物含量在钙制剂处理后的变化特征因品种而异，‘富士’在氯化钙和氨基酸钙处理后分别比对照显著增加7.97%和13.78%，而‘金冠’则在氯化钙和硝酸钙处理后分别比对照显著增加13.03%和7.64%，‘粉红女士’则仅在硝酸钙处理后比对照显著增加2.07%，各品种在其余处理下均无显著变化(图2，A)； ‘富士’和‘粉红女士’苹果果实的可滴定酸含量在各钙制剂处理后均与对照无显著差异，‘金冠’的可滴定酸含量也仅在氯化钙处理后与对照差异显著，显著降低了13.64%(图2，B)；‘富士’、‘金冠’和‘粉红女士’果实的糖酸比在各钙制剂处理下均比对照不同程度提高，但均仅在氯化钙处理后增幅达到显著水平，分别达到26.44%、30.40%和15.02%(图2，C)。各品种果实的硬度在各钙制剂处理下也均比对照不同程度提高，但‘富士’的增幅只在氯化钙和硝酸钙处理下达到显著水平，分别达到9.41%和11.50%；‘金冠’的增幅在各处理下均达到显著水平，分别达到4.8%、5.76%和4.8%；而‘粉红女士’只在氯化钙和氨基酸钙处理后增幅显著，分别为10.31%和8.41%(图2，D)。

2.3 不同钙制剂对不同苹果果实香气物质的影响

2.3.1 香气物质成分首先，各处理‘富士’苹果果实中共检测出39种香气物质，其中酯类21种，醛类6种，醇类3种，烯类3种，烷烃类2种，其他类4种。与对照相比，‘富士’苹果果实经钙制剂处理后增加了丁酸戊酯、(E)-2-己烯醛、双环庚-2-烯、正十四碳烷和草蒿脑等9种香气物质。钙制剂和对照‘富士’果实共有且含量较高的香气物质有己酸丁酯、己酸己酯、2-甲基-1-丁基乙酸酯、2-己烯醛和α-法尼烯等，它们的含量经钙制剂处理后均有所提高(表1)。

表1 不同钙制剂处理下‘富士’苹果果实香气物质组分及含量Table 1 The content of aroma components in fruit of ‘Fuji’ apples under different calcium treatments

其次，各处理‘金冠’苹果果实中共检测出37种香气物质，其中酯类18种，醛类8种，醇类4种，烯类3种，烷烃类1种，其他类3种。与对照相比，‘金冠’苹果果实经钙制剂处理后增加了13种香气物质，包括2-甲基丁酸酯、(E)-2-己烯醛、3-己烯醛、壬醛、双环庚-2-烯和正十四碳烷等。不同钙制剂处理和对照‘金冠’苹果果实共有且含量较高的香气物质有丙酸己酯、丁酸己酯、己酸己酯、2-甲基丁酸己酯、己醛、2-己烯醛、α-法尼烯和草蒿脑等，它们的含量经钙制剂处理后均有所提高(表2)。

表2 不同钙制剂处理下‘金冠’苹果果实香气物质组分及含量Table 2 The content of aroma components in fruit of ‘Golden Delicious’ apples under different calcium treatments

另外，各处理‘粉红女士’苹果果实中共检测出45种香气物质，其中酯类24种、醛类4种、醇类3种、烯类5种、烷烃类3种、其他类6种。与对照相比，‘粉红女士’苹果果实经钙制剂处理后增加了15种香气物质，包括丁酸戊酯、己酸戊酯、庚酸辛酯、3-己烯醛、正-丁醇、双环庚-2-烯等。不同钙制剂和对照‘粉红女士’果实共有且含量较高的香气物质有：乙酸己酯、丙酸己酯、己酸丁酯、丁酸己酯、己酸己酯、2-甲基丁酸己酯、2-己烯醛、己醛和α-法尼烯等，它们的含量经钙制剂处理后均有所提高(表3)。

表3 不同钙制剂处理下‘粉红女士’苹果果实香气物质组分及含量Table 3 The content of aroma components in fruit of ‘Pink Lady’ apples under different calcium treatments

2.3.2 各类香气物质含量3个苹果品种经氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后，果实香气物质总含量均比对照显著提高，各类香气物质含量也均与对照存在显著性差异，但各处理提高效果有所差异(表4)。其中，‘富士’果实香气物质总含量在氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后分别是对照的1.6倍、1.3倍、1.4倍，且处理之间差异显著；果实各类香气物质含量在钙制剂处理下均不同程度高于对照，且大多达到显著水平；其酯类、醛类和其他类香气物质均以氯化钙处理显著较高，而其醇类、烷烃类、烯烃类香气物质均以氨基酸钙处理显著较高。‘金冠’苹果果实的香气物质总含量在氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后分别是其对照的1.5倍1.2倍和2.2倍，且各处理及对照之间均差异显著；果实酯类、醛类、烷烃类和其他类香气物质含量在钙制剂处理下均显著高于对照，并均以氨基酸钙处理最高，且多与其他钙制剂处理差异显著，其醇类香气物质含量仍以在氨基酸钙处理最高，并与对照差异显著，但氯化钙、硝酸钙处理却显著低于对照，而其烯烃类香气物质则以对照最高，并与其他钙制剂处理差异显著，且硝酸钙和氨基酸钙处理显著较低。‘粉红女士’果实的香气物质总含量在氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后则分别为其对照的1.9倍、2.5倍和3.9倍，且与对照均差异显著；在各类钙制剂处理下，果实的各类香气物质含量除烯烃类外均不同程度地高于相应对照，且大多达到显著水平，并均以氨基酸钙处理最高，也多与其余钙制剂处理差异显著；其烯烃类香气物质含量在氯化钙和氨基酸钙处理下仍显著高于对照，且仍以氨基酸处理最高，但硝酸钙处理稍低于对照。可见，各钙制剂处理均对苹果品种‘粉红女士’果实的香气物质总含量的促进效应最大，其中又以氨基酸钙处理效果最佳。

表4 不同钙制剂处理下3个苹果品种果实香气物质含量的变化Table 4 Contents of aroma components in fruit of three apple varieties treated by different calcium treatments

2.3.3 各类香气物质占比3个苹果品种果实各类香气物质所占的比例经钙处理后发生明显变化(图3)。其中，‘富士’果实的香气物质组成在各钙制剂处理下均以酯类为主，占比在57%～66%之间，各处理间及其与对照之间均无显著差异；其次是烯烃类，占比在16%～33%之间，硝酸钙和氨基酸钙处理显著高于对照和氯化钙处理，并以氨基酸钙处理最高；再次是醛类，占比在4%～16%%之间，以对照最高，各钙制剂处理显著低于对照(图3，A)。‘金冠’果实的香气物质组成在各钙制剂处理下仍均以酯类为主，占比在44%～61%之间，并以氨基酸钙处理最高，显著高于对照和氯化钙处理，而氯化钙、硝酸钙处理间及其与对照之间均无显著差异；其次是醛类香气物质，占比在29%～46%之间，并以氯化钙处理最高，显著高于对照和氨基酸钙处理，而氨基酸钙、硝酸钙处理间及其与对照之间均无显著差异；再次是烯烃类物质，占比在4%并以对照最高，各钙制剂处理均显著低于对照；其他类香气物质所占比例在3%～6%之间，钙制剂处理后有增加趋势，增幅在1%～3%之间(图3，B)。‘粉红女士’果实的香气物质组成在各钙制剂处理下仍均以酯类为主，占比在44%～61%之间，并以氨基酸钙处理最高，显著高于对照和氯化钙处理，占比在52%～78%之间，并以硝酸钙处理最高，并与其余处理和对照之间差异显著，而氯化钙处理与对照之间相近；其次是烯类香气物质，占比在12%～36%之间，并以对照最高，但仅硝酸钙处理与对照差异显著；再次是醛类香气物质，占比在4%～11%之间，并以氯化钙处理最高，但与对照(10%)无显著差异，而硝酸钙和氨基酸钙处理均显著低于对照(图3，C)。

2.4 各钙制剂处理苹果果实品质主成分分析和综合评价

主成分分析可以通过降维的方式，使多个变量间关系更加清晰[16]。故对不同钙制剂处理、不同苹果品种的果实品质进行主成分分析，将13项果实品质指标转化为2个主成分。结果表明：两个主成分特征值均大于1，且贡献率分别是49.7%和33.5%，累计贡献率达83.2%，故这2个主成分可以代表各指标大多数信息。第一主成分综合了硬度、a*值、可溶性固形物、酯类和烯类香气物质5个指标，主要反映果实内在品质，第二主成分综合了L*值、b*值、色泽饱和度和醛类香气物质4个指标，主要反映果实外观品质(图4，A、B)。

同时，3个苹果品种经钙制剂处理后，代表对照和钙处理的点均呈现出从左到右的规律，同时代表‘金冠’和‘粉红女士’苹果对照及钙处理的点呈现出从下到上的规律，表明3个苹果品种经钙制剂处理后，第一主成分代表的品质指标变化明显，‘金冠’和‘粉红女士’中第二主成分代表的品质指标也变化明显，且不同苹果品种在主成分得分图的不同区域有明显聚类(图5，A)。以2个主成分的方差贡献率为权重，将各处理主成分得分进行线性加权求和，计算各处理的综合评价得分。经氯化钙、硝酸钙和氨基酸钙处理后，3个苹果品种(除氯化钙处理的‘富士’外)综合得分均高于对照，且氨基酸钙处理的果实品质综合得分最高(图5，B)，表明对苹果进行采前钙处理可以有效提高果实综合品质，并以氨基酸钙处理效果最佳。

3 讨 论

苹果的果实品质主要包括外观和内在品质，外观品质中以果型大小和果实色泽最为重要[17]，内在品质中以糖酸含量和香气物质最为关键。王晓佳等[18]和牛晓琳等[19]分别对苹果和金丝小枣进行钙处理后，发现苹果和金丝小枣果实单果重均显著升高。本试验中‘粉红女士’苹果采前30 d经3种钙制剂处理后，单果重均有效升高，与前人的研究结果一致，但仅‘粉红女士’苹果单果重经氯化钙和氨基酸钙处理后的提升达到显著水平，‘富士’和‘金冠’苹果单果重经3种钙制剂处理后的提升效果均不显著。可见，采前钙处理对不同苹果品种单果重的影响效果不同，且‘粉红女士’苹果的单果重更容易被提升，但具体原因需进一步探究。果实色泽评价使用最多的是CIELAB评价体系，L*值代表亮度；a*值代表红绿，正值表示红色，负值表示绿色；b*值代表黄蓝，正值表示黄色，负值表示蓝色，绝对值越大，其所代表的颜色越深[12]。本试验中经3种钙制剂处理后，大多数苹果果实的色泽指标均高于对照组，表明钙处理有助于提高果实的亮度和色泽饱和度等指标。这可能是采前钙处理使苹果果实花青苷含量升高，叶绿素含量下降[8,20]，从而促进了果实着色，使得苹果果实的色泽指标升高。

同时，前人研究还发现：钙处理有助于果实内在品质的提升[21]。欧志锋[8]对‘红富士’苹果进行钙处理后发现，果实可溶性固形物和可滴定酸含量均有效提高；王晓佳等[18]对‘金冠’苹果进行钙处理后发现，果实可溶性固形物含量显著增加；和银霞[22]等对欧李进行采前钙处理发现，果实苹果酸和柠檬酸等含量显著上升。本研究中钙制剂处理苹果果实的可溶性固形物含量的表现与前人研究相一致，但可滴定酸含量表现与其研究结果略有不同，在本试验中‘富士’和‘金冠’苹果经氯化钙采前处理后，果实可滴定酸含量显著下降，其他处理影响效果均不显著。相关研究表明，在商熟期前对‘南果梨’进行氯化钙处理，果实有机酸含量上升，商熟期后处理则有机酸含量下降[23]；桃果实糖酸比在喷施硝酸钙后下降，在喷施氨基酸钙后上升[6]。可见，不同钙制剂、不同处理时间、不同物种或品种会对果实可滴定酸含量和糖酸比产生不同的影响，在本研究中3个苹果品种经不同钙制剂处理后糖酸比均有所上升，且在采前30 d经氯化钙处理后对苹果果实可滴定酸含量和糖酸比影响效果最佳。此外，车玉红和Liu等[24-25]发现，提高果实中钙的含量，果实硬度会相应提高。本试验通过采前钙处理后，苹果果实硬度也明显提高，推测是采前钙处理增加了果实中钙的含量，促进了果实中纤维素的含量，或者是降低了果实软化相关酶的活性，抑制了细胞壁多糖物质的降解，从而使果实的硬度增强。

随着GC-MS技术的成熟，香气已成为评价果实品质的重要内在指标[26]，苹果中现已测出的香气物质主要是酯类、醛类和烯类等，常见的香气物质有乙酸己酯、己酸己酯、2-甲基丁酸己酯、2-己烯醛和α-法尼烯等[10,15]。这些物质在本试验3个苹果品种果实中均被检测出，并且研究发现经钙处理后这些香气物质的含量均高于对照组，根据相关研究结果[23]推测这可能是采前钙处理后，提高了果实中亚油酸和亚麻酸等相关代谢底物的含量，并且提高了香气物质合成关键酶的活性，从而增加了果实香气的释放，具体原因还需利用代谢组学等技术方法进一步研究验证。魏树伟等[9,27]研究发现：‘南果梨’经氯化钙处理后，果实中的香气物质总含量显著提升，本试验中3个苹果品种钙处理后果实的香气物质总含量显著提升，但提升程度不同；就具体钙制剂而言，苹果果实香气物质经氨基酸钙处理后的提升效果最佳；就具体品种而言，‘粉红女士’苹果经3种钙制剂处理后的提升效果最为显著。可见，处理采用的钙制剂和品种的差异均会对苹果果实香气物质产生不同的影响，其具体机理还需进一步研究。本研究进一步将3种钙制剂处理的主成分得分进行线性加权求和后发现，氨基酸钙处理后果实的综合得分最高，这可能是有机钙更有利于果实的吸收，或者是螯合钙不仅溶解度较大，而且具有明显的移动优势[28]，从而使钙离子更容易吸收，果实品质得到有效提高。

4 结 论

采前钙处理可有效提高苹果果实品质。硝酸钙处理后，果皮亮度和色泽饱和度显著提高，氯化钙处理后，果实的糖酸比和硬度显著提升，氨基酸钙处理后，果实的香气物质显著提高，且‘粉红女士’苹果经钙处理后提升效果最明显。主成分分析和综合评价结果显示，氨基酸钙采前处理后果实的综合得分最高，处理效果最好。本试验通过对比3种钙制剂处理后果实外观品质、内在品质、特别是香气物质的差异性变化，为今后利用适宜钙制剂进行苹果风味提升和品种改良提供了理论依据。