叶面喷施硅素对玫瑰香果实风味物质的影响

许 昌,张光弟,2,张浩宇,贾毅男,张昆明,王江龙,侯晓健

(1.宁夏大学农学院/宁夏设施园艺(宁夏大学)技术创新中心,银川 750021;2. 宁夏食品微生物应用技术与安全控制重点实验室,银川,750021)

0 引 言

【研究意义】玫瑰香葡萄(VitisViniferaL, Muscat Hamburg),为欧亚种葡萄[1-2]。玫瑰香葡萄果实风味独特、酸甜适口、且营养价值极高,富含糖类、钙、钾、磷、铁、葡萄糖、果糖、酒石酸和多种维生素,具有独特的香气。硅肥属于一种中量元素肥料[3]。硅肥是植物调节性肥料,具有无毒、无味、不变质、不流失、无公害等优点,是发展绿色生态农业的高效优质肥料之一。【前人研究进展】适量的硅能提高作物的代谢水平[4];促进作物对氮、磷肥的吸收利用,促进植株的生长发育[5];硅可以使植物茎壁加厚,增强抗倒伏能力,调节气孔开闭,降低蒸腾,提高水分利用效率。硅还能提高作物的抗病性和抗虫性,增强作物抗旱性、耐盐性[6],有关硅在黄瓜[7]、番茄[8]、马铃薯[9]、青蒜苗[10]、葡萄[11]等作物光合能力、叶绿素荧光特性及品质等方面的研究[12]均已有众多报道。【本研究切入点】张梅等[13]研究发现,施用硅肥可促进新疆无核紫葡萄、红地球葡萄植株营养生长,提高葡萄产量和果实风味品质。有关硅肥在玫瑰香葡萄挥发性组分方面的定向调控研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】采用气相离子迁移谱技术(GC-IMS),检测分析玫瑰香果实风味物质等指标,研究硅肥叶喷对玫瑰香果实风味物质等的影响,为生产中定向科学施用硅肥、风味品质调控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 葡萄树体

所选的品种为玫瑰香葡萄,采自贺兰山东麓葡萄核心产区的宁夏永宁县玉泉营(N38°24′、E106°02′)葡萄基地。参试树体树龄9 a,为倾斜独龙干树型,南北行向,株行距为3.0 m×0.5 m,常规农艺管理。

1.1.2 仪器

布谷BG-JS2榨汁机,中国美的公司;PAL-3型数显糖度计,广州市爱宕科学仪器有限公司;UPT实验室超纯水器,深圳市广川环保科技有限公司;FB224电子天平,北京佳源兴业科技有限公司;BC-BD-220SF型卧式冷藏冷冻转换柜,青岛海尔特种电冰柜有限公司;气相离子迁移谱联用仪(GC-IMS),德国G.A.S公司。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

每处理顺行选取主蔓粗度、生长势基本一致、果穗、负载量相近的20～25株葡萄树。5月中下旬(初花期)、6月上旬(坐果期)和7月中旬(转色期),分期对树体采用0X(喷布清水,CK)、200X(X,倍)、400X、600X浓度的硅素进行叶面喷施。在果实成熟时每个处理选取10株,每株上、中、下各取3穗剪下,当日在实验室将每个处理果穗果粒带蒂剪下混匀后装入PE保鲜袋中,在-18℃冰箱保藏备用。

1.2.2 挥发组分测定

1.2.2.1 样品处理与顶空进样条件

将-18℃下不同处理的玫瑰香葡萄混合后取25粒打浆,取1 g样品置于20 mL顶空瓶中,顶空孵育温度40℃;孵育时间20 min;顶空进样针温度85℃;进样体积500 μL,不分流模式;载气为高纯氮气(纯度≥99.999%)。每个样品平行测定3次,剩余样品检测果实理化指标。

顶空进样条件:气相-离子迁移谱单元分析时间25 min,色谱柱类型FS-SE-54-CB-1 15 m, ID:0.53 mm,柱温60℃,载气/漂移气N2,IMS温度45℃。自动顶空进样单元进样体积500 μL,孵育时间20 min,孵育温度40℃,进样针温度85℃,孵育转速500 r/min。

1.2.2.2 GC-IMS 条件

色谱柱温度60℃;运行时间25 min;载气高纯N2(纯度≥99.999%);初始流速2 mL/min,保持2 min后在8 min内线性增至150 mL/min。色谱运行时间25 min。 表1

1.2.3 常规品质指标

可溶性固形物:葡萄果实破碎后,取汁液使用手持折光仪检测,每组处理重复测定3次,取平均值;

总酸:采用NaOH滴定法测定[14];VC:2,6-二氯靛酚滴定法[15];总糖:蒽酮比色法[16]。

1.3 数据处理

利用GC-IMS机载分析软件,LAV(Laboratory Analytical Viewer)、3款插件以及GC×IMS Library Search对4种不同浓度硅素叶喷处理葡萄样品挥发组分进行分析;采用Excel 2010整理数据;使用TBtools、Origin 2018制作插图;利用SPSS 22.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同叶喷剂量对玫瑰香果实常规品质指标的影响

研究表明,玫瑰香果实总酸和VC含量随叶喷剂量的增大呈先减少后增大的趋势。400X处理的总酸含量、VC含量均达到最小,分别为0.35%、105.45 mg/100g,较CK处理显著降低41.67%、25.97%(P<0.05)。

糖和可溶性固形物含量随叶喷剂量的增大呈先减少后增大再减小的趋势,400X处理的糖含量达到最大,为17.04%,较CK仅提高1.02%,差异不显著(P>0.05);可溶性固形物含量为22.32%,较CK显著增长6.59%(P<0.05)。图1

2.2 不同叶喷剂量的果实中挥发性有机物的GC-IMS特点

研究表明,不同叶喷剂量的玫瑰香果实之间挥发性风味组成不一致,共检测出47种挥发性物质,根据数据库已有组分比对,确定了32种已知成分,包括醇类9种、醛类8种、酮类2种、酯类12种和杂环类1种,未知成分15种。图2,表2

2.3 不同叶喷剂量的玫瑰香的指纹图谱特征

研究表明,叶面喷施不同剂量硅素对玫瑰香葡萄的风味产生了影响。其中,红色框中的2-戊基呋喃、正己醇(二聚体)、正己醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、乙酸乙酯、丙酸乙酯(二聚体)、3-甲基丁醛等物质在不施用硅素(CK)时峰体积较大,之后随施用硅素浓度升高峰体积逐渐减小甚至消失。与CK相比,这些物质在600X、400X、200X时,峰体积的分别为:2.95%、-15.63%、-54.90%;5.93%、-8.58%、-21.47%;16.61%、-18.49%、-28.20%;-8.89%、-14.00%、-10.37%;-3.53%、-27.93%、-49.88%;-21.39%、-35.70%、-52.66%;22.81%、15.72%、-34.50%。绿框中的3-戊酮等物质在硅素浓度为200X时峰体积最大,为215.34,随叶喷硅素浓度的减少,物质峰体积减小,当硅素浓度降低到600X时峰体积减小到191.19与CK时的峰体积174.21相接近。图3

表2 不同叶喷处理玫瑰香样品挥发性组分的定性Table 2 Qualitative of sample of Muscat Hamburg berry on VOCs.

图1 不同叶喷剂量下玫瑰香的品质指标变化

注:横坐标8.0处红色竖线为反应离子峰(reaction ion peak,RIP),两侧的每个点代表一种化合物,点颜色越深、面积越大表示峰体积越大

注:每一行代表一个葡萄样品中选取的部分信号峰,每一列代表同一挥发性有机物在不同葡萄样品中的信号峰

2.4 不同叶喷剂量玫瑰香风味物质峰体积变化

研究表明,与CK相比,硅素浓度为200X时,乙酸丁酯、乙醛、乙酸正丙酯的峰体积增加程度很大,分别为56.28%、37.55%和29.75%,乙酸乙酯、丙酸乙酯D、2-戊基呋喃的峰体积减少程度最大,分别为-49.88%、-52.66%和-54.90%;硅素浓度为400X时,苯甲酸甲酯、苯甲醛D、苯甲酸甲酯D、乙酸丁酯、乙醛、苯甲醛的峰体积增加程度很大,分别为176.45%、148.68%、92.37%、46.91%、36.20%、32.31%,丙酸乙酯D的峰体积减少程度最大,为-35.70%;硅素浓度为600X时,乙酸丁酯、乙醛的峰体积增加程度最大,分别为42.52%和31.78%,丙酸乙酯D、丁醛的峰体积减少程度最大,分别为-21.39%和-31.80%。表3

2.5 不同叶喷剂量玫瑰香挥发组分相似度特点

研究表明,样品叶喷剂量600X与CK相似度最大,匹配度超过89.5%,样品叶喷剂量200X与400X相似度超过82%,与指纹图谱结果一致,叶面喷施硅素对玫瑰香葡萄的风味物质具有一定影响,600X的风味物质与CK最为相似,而200X的风味物质与400X相似。表4

2.6 不同叶喷量果实挥发组分的聚类特点

研究表明,聚类树分支1上的挥发性物质在CK和600X的表达水平要高于200X和400X,其中正己醇、乙酸异丁酯、正己醇D、壬醛、丁醛D在600X表达明显。聚类树分支2上的挥发性物质在200X和400X的表达水平要高于CK和600X的表达,其中乙酸正丙酯、3-戊酮、乙酸异丁酯、乙醇D、丙酸乙酯在200X表达明显,苯甲酸甲酯D、苯甲醛D、苯甲酸甲酯、3-甲基丁醛D、苯甲醛在400X表达明显。图4

3 讨 论

李磊等[17]以4年生酿酒葡萄赤霞珠为试验材料,综合土壤性质和相关性指标探讨硅肥施用对酿酒葡萄的影响,也发现叶面喷施+滴施硅肥具有明显的增产效应。董娟华等[18]研究在6 a生露天立架栽培的巨峰葡萄不同生育期冲施不同量的硅肥对其产量和果实品质的影响,认为施用硅肥后,葡萄果实的平均单粒重、硬度和可溶性固形物均有提高。研究认为叶喷400X硅素处理下的玫瑰香果实理化性质最佳。

风味物质是影响葡萄果实品质的重要因素[19]。研究表明,叶喷600X的硅素与CK处理下的玫瑰香果实风味物质相似,硅素在600X浓度下对玫瑰香果实的风味物质影响最小。Weixuan Sun等[20]认为C6化合物对葡萄果香有显著的积极影响。研究中400X处理下的玫瑰香葡萄果实中2-己烯醇、正己醇、乙酸丁酯、乙酸异丁酯这4种C6化合物峰体积较高,尤其是正己醇在400X时峰体积达到最高。

图4 不同叶喷剂量处理样品的挥发性物质热图

4 结 论

4.1叶面喷施硅素对玫瑰香果实的风味物质具有一定的影响。在不同处理的玫瑰香葡萄中的挥发性有机物共检测出47种,确定了32种已知成分,包括醇类9种、醛类8种、酮类2种、酯类12种和杂环类1种,未知成分15种。

4.2丙酸乙酯、2-正戊基呋喃、3-甲基丁醛、1-己醇和乙酸乙酯等少量物质在硅素浓度较高(200X)时峰体积减小甚至消失,之后随硅素浓度减少峰体积增加,当硅素浓度降低到600X时峰体积增加到和CK相似,当硅素浓度为200X时峰体积大小与400X相似。硅素浓度为600X的风味物质与CK最为相似,200X的风味物质与400X相似。

4.3400X时,玫瑰香葡萄糖含量最高,为17.04%,总酸含量最小为0.35%,理化指标最佳。