上海地区主栽桃品种特征香气比较分析

王 霞,李雄伟,杨雪莲,苏明申,杜纪红,周慧娟,张明昊,叶正文*

(1 上海市农业科学院林木果树研究所,上海 201403;2 贵州大学,贵阳 550025)

桃(Prunus persicaL.Batsch)是蔷薇科李属重要的核果类果树之一,为我国第三大落叶果树[1]。 我国是桃第一生产大国,据联合国粮食及农业组织(FAO)统计,2018 年我国桃产量1 524 万t,约占世界总产量的61%。 桃果实营养丰富,风味浓郁,深受消费者喜爱。 香气是果实最直观的品质指标,研究市场上优质桃品种香气成分及含量不仅有助于了解其果实风味化学组成,对指导消费、改善果实品质及浓香型桃品种选育也具有重要意义[2]。

不同水果香气物质组成及含量不同,在苹果[3-4]、草莓[5-6]、芒果[7-8]等水果上均有相关报道。 目前,已从桃果实中检测出110 多种香气物质,包括内酯类、酯类、醇醛类、萜类衍生物等,其中只有少数物质对果实整体香气具有贡献作用,这部分物质被称为特征香气物质。 Eduardo 等[9]检测到桃果实中含有47 种香气物质,进一步计算香气活力值发现,乙酸己酯、壬醛、苯甲醛、γ-十内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯、β-紫罗兰酮和芳樟醇等21 种为特征香气物质。 其中,γ-十内酯是桃香气的主要贡献化合物,赋予果实“桃香味”特征[10-15]。 不同品种间香气物质含量也有所差异,李杰等[16]对7 个桃品种的香气物质分析发现,‘沪油018’中含量最高的香气物质为酯类,‘瑰宝’中为醇类。 Wang 等[17]对50 个桃品种分析发现,中国野生桃‘Wutao’中萜类、酯类含量较高,‘瑞蟠14’和‘金童6 号’中γ-十内酯和δ-十内酯含量较高,欧美桃品种中芳樟醇含量较高。

‘上海水蜜’是世界优质栽培桃的鼻祖,果实品质优良。 早在公元前1 世纪,‘上海水蜜’经丝绸之路由中国传播到西亚各国,后传至欧洲,再传到南美墨西哥,最后被带到北美。 在美国,由其衍生出一系列优质桃,如‘J.H.Hale’‘Halehaven’‘Elberta’等。 在日本,‘大久保’‘白凤’均为‘上海水蜜’的后代[18]。在我国,北京市农林科学院林业果树研究所采用‘大久保’选育出‘庆丰’[19]、‘京玉’[20]等品种;江苏省农业科学院利用‘白花水蜜’选育出‘雨花露’[21]、‘朝晖’[22]等品种;上海市农业科学院以‘白花水蜜’为亲本,选育出‘锦绣’‘锦枫’等一系列优质黄桃品种[23]。 据记载,南方地区两大名优品种‘白花水蜜’和‘玉露’均由上海引入[18]。

本研究选用13 个上海地区主栽桃品种(主要为‘上海水蜜’的优良后代),采用顶空固相微萃取结合气质联用技术对果实中17 种特征香气物质含量进行测定,以明确不同桃品种间香气物质含量的差异,并利用香气活力值(OAV)鉴定特征香气物质的贡献程度,以期为浓香型桃新品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

所选择的13 个不同桃品种(表1)均采自上海市农业科学院桃种质资源圃,所有品种栽培于同一试验区域,肥水管理、整形修剪、病虫害防治等田间管理措施一致。 根据前期记载,确定各品种的果实生理成熟期,并选择大小均一、无病虫害的商业采收期果实,采摘后立即运往实验室,于常温条件(25 ℃,70%RH)放置24 h,随后进行果实大小等各项生理指标测定及风味评价。 每10 个果为1 个重复,共3 个重复,去皮后,取中果皮部位切成小块,液氮冷冻后储藏于-80 ℃,以备果实特征香气组分测定。 果实感官评价依据《桃种质资源描述规范和数据标准》[24],由研究团队5 人组成的评价小组对各品种果实进行整果嗅觉评价,然后去皮切片品尝,进行味觉评价。

表1 13 个桃品种的果实品质性状信息Table 1 Information of fruit quality characters of 13 peach cultivars

1.2 方法

参照Li 等[25]的方法,并稍加改进。 选用固相微萃取法(SPME)对香气成分进行萃取,即取果肉组织6—7 g 液氮充分研磨,将5 g 粉末快速装入20 mL 顶空进样瓶中,加入5 mL 饱和NaCl 溶液、10 μL 3-辛醇作为内标,涡旋1 min 后,超声15 min;然后放在顶空进样器中40 ℃平衡30 min,将65 μm Carboxen∕聚二甲基硅氧烷(PDMS)固相微萃取头插入瓶中吸附15 min;最后采用气质联用技术进行各靶标成分的定性定量分析。 所采用的仪器为上海交通大学分析测试中心的Agilent 7890A-5975C 气质联用仪,设置不同浓度梯度的香气化合物标准品进行定性检测及绝对定量比较分析。 标准品为乙酸顺-3-己烯酯(分析纯)、乙酸己酯(分析纯)、正己醇(分析纯)、顺-3-己烯醇(分析纯)、反-2-己烯醇(≥95%)、己醛(分析纯)、壬醛(分析纯)、苯甲醛(分析纯)、γ-己内酯(≥98%)、γ-庚内酯(≥98%)、γ-辛内酯(分析纯)、γ-十内酯(分析纯)、δ-十内酯(分析纯)、γ-十二内酯(分析纯)、δ-十二内酯(分析纯)、β-紫罗兰酮(分析纯)、芳樟醇(分析纯),均为西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司产品。

香气活力值(OAV) =该香气物质的实际浓度∕该香气风味阈值,OAV 值大于1 表示对整体风味有贡献作用,且OAV 值越大贡献越大[26]。

1.3 数据分析

采用Excel 2010 软件对数据进行整理,采用SPSS 21.0 软件对数据进行差异显著性比较,采用OriginPro 2021 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同桃品种香气组分比较分析

如表2 所示,2 种酯类物质乙酸顺-3-己烯酯、乙酸己酯在13 个桃品种中含量分别为24.53—238.56 μg∕kg、1.19—14.26 μg∕kg,其中乙酸顺-3-己烯酯在‘锦春’中未检出。 6 种醇醛类物质正己醇、顺-3-己烯醇、反-2-己烯醇、己醛、壬醛、苯甲醛含量分别为28.65—364.48 μg∕kg、0.66—41.81 μg∕kg、42.12—270.77 μg∕kg、 348.77—1 966.19 μg∕kg、1.36—66.65 μg∕kg、1.29—9.34 μg∕kg,其中顺-3-己烯醇在‘锦香’中未检出。 内酯类物质包括γ-己内酯、γ-庚内酯、γ-辛内酯、γ-十内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯、δ-十二内酯7 种,含量分别为25.87—181.12 μg∕kg、4.14—24.26 μg∕kg、13.89—100.30 μg∕kg、46.07—810.71 μg∕kg、10.16—322.56 μg∕kg、3.19—180.64 μg∕kg、0.04—1.06 μg∕kg。 萜类衍生物芳樟醇含量为3.28—164.23 μg∕kg,β-紫罗兰酮为0.53—6.80 μg∕kg。 不同品种间香气物质总含量差异较大,‘沪蟠1号’香气物质总含量最高,为3 757.45 μg∕kg;其次为黄桃品种‘锦硕’‘锦花’和‘锦园’;‘锦春’香气物质总含量最低,为1 011.57 μg∕kg。

表2 13 个桃品种香气物质含量分析Table 2 Analysis of aroma components content in 13 peach cultivars μg·kg -1

2.2 不同香气物质OAV 值比较

如表3 所示,在17 种香气物质中,乙酸顺-3-己烯酯、正己醇、己醛、壬醛、苯甲醛、γ-辛内酯、γ-十内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯、芳樟醇、β-紫罗兰酮等11 种香气物质OAV 值大于1。 酯类物质中乙酸顺-3-己烯酯OAV 值最高,介于3.14—30.58;醇醛类物质中己醛OAV 值最高,介于69.75—393.24,其次是壬醛和苯甲醛,OAV 值分别介于0.91—44.43 和3.69—26.69;内酯类物质中γ-十内酯OAV 值最高,介于4.19—73.70,γ-辛内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯OAV 值分别介于1.98—14.33、0.10—3.23、0.46—25.81;β-紫罗兰酮和芳樟醇OAV 值分别介于75.87—868.60 和2.19—109.49。

表3 不同香气物质香气活力值比较Table 3 Comparison of OVA of different aroma components

2.3 不同桃品种特征香气物质比较分析

根据2.2 节中OAV 值结果,将OAV 值大于1 的11 种香气物质含量在不同品种中进行对比。 结果表明:酯类物质乙酸顺-3-己烯酯在‘锦硕’中含量最高,‘锦春’中未被检测到(图1A);醇醛类物质中,己醛在13 个桃品种中含量最高,其次是正己醇和壬醛,醇醛类总含量在‘沪蟠1 号’中最高,在‘湖景蜜露’中最低(图1B);内酯类物质总含量在‘锦硕’中最高,在‘玉露蟠桃’中最低(图1C);萜类衍生物中芳樟醇含量最高,总含量在‘湖景蜜露’中最高,在‘锦枫’中最低,β-紫罗兰酮含量在‘大团蜜露’中最高,在‘玉露蟠桃’中最低(图1D)。

图1 13 个品种桃果实酯类(A)、内酯类(B)、醇醛类(C)、萜类衍生物(D)的含量比较Fig.1 Comparison of the content of esters(A),lactones(B),aldehydes and alcohols(C),terpenoids(D) in fruit of 13 peach cultivars

2.4 不同香气物质在黄肉桃和白肉桃中的差异比较

如表4 所示,白肉桃中乙酸己酯、顺-3-己烯醇、反-2-己烯醇、γ-庚内酯、芳樟醇、β-紫罗兰酮平均含量高于黄肉桃,其中乙酸己酯和芳樟醇含量达到差异显著水平;白肉桃中乙酸顺-3-己烯酯、正己醇、己醛、壬醛、苯甲醛、γ-己内酯、γ-辛内酯、γ-十内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯、δ-十二内酯平均含量低于黄肉桃,其中乙酸顺-3-己烯酯、正己醇、己醛、壬醛、γ-辛内酯、γ-十内酯、γ-十二内酯达到差异显著水平。

表4 黄肉桃和白肉桃香气物质差异比较Table 4 Comparison of aroma components between yellow flesh peaches and white flesh peaches

3 讨论

桃果实香气物质主要由三大生物合成途径生成:脂肪酸途径合成醇、醛、酮、酯和内酯类等物质,异戊二烯途径合成萜类和脱辅基胡萝卜素类物质,氨基酸途径合成芳香族香气物质[28]。 研究表明,γ-十内酯、δ-十内酯、己醛、反-2-己烯醇、芳樟醇、苯甲醛和β-紫罗兰酮等对香气表型贡献最大,为桃果实特征香气物质[29-30]。 Eduardo 等[9]研究显示,在9 份桃种质材料中均发现了3 种酯类物质(乙酸己酯、乙酸顺-3-己烯酯和乙酸反-2-己烯酯),酯类占总挥发性成分的13.8%;壬醛是最丰富的C9 化合物,含量占总挥发性成分的0.5%—8.6%;内酯类物质中γ-己内酯、γ-十内酯、δ-十内酯含量最为丰富;萜烯类物质中芳樟醇含量最高。 基于此,本研究对这些特征香气物质在不同桃品种中的含量进行了定量分析,结果表明:这些成分在供试的13 个桃品种中均检测到较高的绝对含量,如乙酸顺-3-己烯酯(24.53—238.56 μg∕kg)、γ-十内酯(46.07—810.71 μg∕kg)、δ-十内酯(10.16—322.56 μg∕kg)、己醛(348.77—1 966.19 μg∕kg)、反-2 己烯醇(42.12—270.77 μg∕kg)、芳樟醇(3.28—164.23 μg∕kg)。 不同桃品种间香气组分及含量有所不同,李明等[31]检测了3 种无锡水蜜桃(‘白凤’‘朝晖’‘湖景蜜露’)的香气成分,只在‘白凤’桃中检测到微量的芳樟醇物质,与本研究结果有差异。 本研究中13 个桃品种(包含‘白凤’‘湖景蜜露’)均有检测到较高的芳樟醇含量,可能与栽培管理措施(施肥施药、套袋、露地或设施栽培等)和产区生态环境(温度、光照等)不同有关。 本研究显示,乙酸顺-3-己烯酯在‘锦春’中未检测到,顺-3-己烯醇在‘锦香’中未检测到,对17 种香气物质总含量的对比发现,‘沪蟠1 号’‘锦硕’总含量较高,‘锦春’最低,可能与‘锦春’成熟期最早,果实生长发育期积累的香气合成底物较少有关,而‘锦硕’为生长发育期最长的黄桃品种,其成熟期最晚,积累养分最多,通过各代谢途径转化合成的挥发性物质如γ-十内酯含量也较高。 果实香气的形成与积累是一个极为复杂的过程,糖是芳香物质合成的基础原料[32],本研究仅对不同桃品种香气物质进行了定量分析,并未检测成熟果实光合产物可溶性糖及其挥发性化合物代谢合成途径中的底物和中间产物的含量,未来需要进一步研究此类物质在桃果实生长发育及成熟过程中的积累机理,更加全面地分析不同品种间香气物质形成的差异性。

香气组分对整体香气的贡献不仅取决于其浓度,还与其自身阈值密切相关。 OAV 值是挥发性化合物浓度与其阈值的比值,是筛选果实特征香气成分及揭示果实风味特性的重要指标[33]。 桃果实内酯类物质尤其是γ-十内酯,因其较高的含量和较低的阈值,对果实整体香气形成贡献最大[34],但在本研究中,β-紫罗兰酮与己醛OAV 值最大,且大于γ-十内酯。 Zhu 等[13]对比了5 个不同桃品种的OAV 值,也得到了同样的结果,这与其风味阈值密切相关。 一些具有高阈值的化合物,即使它们在果实中含量较高,也不能作为整体香气的重要贡献成分,如反-2-己烯醇,阈值为8 000 μg∕kg,含量在42.12—270.77 μg∕kg,其OAV值远小于1,对香气贡献极小。 本研究通过OAV 法确定了4 类共11 种特征香气物质,其中酯类赋予桃果实果香和甜香,内酯类赋予果实桃味,是对桃果实香味影响最大的特征香气物质,醇醛类物质使果实具有青草香,萜类衍生物则表现出花香。 各类特征香气物质在不同品种间贡献程度不同,‘沪蟠1 号’最具果味和清香味,‘锦硕’最具桃味,‘湖景蜜露’最具花香味。 由此,OAV 值的比较与特征香气物质的确定可为浓香型种质的筛选和选育提供理论基础。

桃果肉颜色有白、黄、红3 种,不同肉色桃品种间香气物质存在差异。 Robertson 等[35]比较3 个黄肉桃品种和3 个白肉桃品种香气物质含量发现,白肉桃品种中芳樟醇、己醛、γ-十内酯和δ-十内酯的含量显著高于黄肉桃品种;罗静等[36]对4 份桃种质香气物质研究显示,白肉桃中己醛、壬醛、δ-十二内酯、芳樟醇和β-紫罗兰酮含量高于黄肉桃,而苯甲醛、乙酸顺-3-己烯酯、γ-己内酯、γ-辛内酯、γ-十内酯和δ-十内酯含量低于黄肉桃;谢凯丽[37]对128 个桃品种香气物质测定发现,萜类衍生物二氢-β-紫罗兰酮在白肉桃中的含量高于黄肉桃。 本研究显示,白肉桃中芳樟醇和β-紫罗兰酮含量高于黄肉桃,可能是由于桃果实中芳樟醇和β-紫罗兰酮等C-13 降异戊二烯类物质主要由甲基赤藓醇磷酸途径和异戊二烯生物合成途径合成,类胡萝卜素是β-紫罗兰酮的前体物质,白肉桃中的类胡萝卜素在类胡萝卜素双加氧酶(CCD4)的作用下裂解为脱辅基类胡萝卜素,进而形成β-紫罗兰酮等香气物质,而黄肉桃中的CCD4 酶基因发生突变,不能降解类胡萝卜素,故所合成的β-紫罗兰酮较白肉桃少[38-39]。 本研究中,白肉桃中的己醛、壬醛、苯甲醛、乙酸顺-3-己烯酯、γ-己内酯、γ-辛内酯、δ-十二内酯、γ-十内酯和δ-十内酯的含量低于黄肉桃,部分结果与罗静等[36]的研究结果相似。 由于这些代谢物主要由脂肪酸途径合成,其物质形成机理与果肉颜色形成机制并未相关,推测该类物质含量差异主要受品种间遗传因素影响,后期可进一步对杂交后代或优异骨干亲本的香气物质进行分析。

4 结论

对13 个主栽品种的17 种香气物质总量比较可知,‘沪蟠1 号’含量最高,为3 757.45 μg∕kg,晚熟黄桃‘锦硕’次之,早熟黄桃‘锦春’含量最低,为1 011.57 μg∕kg;经OAV 值计算,其中11 种物质(乙酸顺-3-己烯酯、正己醇、己醛、壬醛、苯甲醛、γ-辛内酯、γ-十内酯、δ-十内酯、γ-十二内酯、芳樟醇、β-紫罗兰酮)的OAV 值大于1,确定为特征香气物质,其中β-紫罗兰酮、己醛、γ-十内酯在各桃品种中具有较高的OAV 值,是桃果实香气的主要贡献成分;白肉桃与黄肉桃中乙酸顺-3-己烯酯、乙酸己酯、正己醇、己醛、壬醛、γ-辛内酯、γ-十内酯、γ-十二内酯和β-紫罗兰酮的含量存在显著差异,其余物质差异不显著。