红颜草莓不同发育时期营养品质及香气变化
赵国富, 王金敖, 谢庭辉
台州科技职业学院 农业与生物工程学院,浙江 台州 318020

作者简介:赵国富(1968—),男,浙江温岭人,副教授,主要从事农业推广与植物保护方面研究。E-mail: zhaogf2009@126.com

摘要

了解草莓果实营养品质和香气的组成,对选育营养价值高且香气浓郁的草莓品种具有重要的指导意义。采用理化分析、固相微萃取结合气质联用技术(GC-MS),分析了红颜草莓不同发育时期部分营养物质及香气成分的含量变化。结果显示:花青素、可溶性糖及维生素C(VC)等含量随果实发育而增加。草莓香气物质由醛类、酮类、醇类和酯类等组成;成熟果实中主要香气物质有2-己烯醛(26.46%)、3,7-二甲基1.6辛二烯-3-醇(15.96%)、2-橙花叔醇(13.94%)等。醛类含量随着果实发育而增加;醇类在果实未成熟时含量较少,但成熟时却急剧增加,高达31.31%。通过对主要香气成分香气值(相对含量/香味阈值)的分析,推测成熟红颜草莓果实的特征香味物质为己烯醛和呋喃酮。该研究结果可为草莓品质调控及香型草莓新品种的选育提供理论依据。

关键词: 草莓; 营养品质; 香气; 己烯醛; 呋喃酮
中图分类号:S668.4 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2018)12-2044-05
Changes of nutritional quality and aroma during fruit development of Fragaria ananassa Duch. cv Benihoppe
ZHAO Guofu, WANG Jin'ao, XIE Tinghui
Department of Agricultural and Biological Engineering, Taizhou Vocational College of Science & Technology, Taizhou 318020, China
Abstract

Understanding the nutritional quality and aroma composition of strawberry fruit has important guiding significance for the selection of strawberry varieties with high nutritional value and strong aroma. In this study, micro extraction-solid phase combined with GC-MS was used to analyze the changes of nutrient quality and aroma components in different developmental stages of strawberry. The results showed that the contents of anthocyanin, soluble sugar and vitamin C (VC) increased with fruit development. The aroma components of strawberry were composed of aldehydes, ketones, alcohols and esters. The main components were 2-hexenal (26.46%), 3,7-dimethyl 1.6 octadien-3-ol (15.96%), and 2-nerolidol (13.94%), etc. Among them, aldehydes content increased with fruit development; alcohols content was less in immature fruit, but increased sharply in mature fruit, up to 31.31%. Based on the aroma value (relative content/flavor threshold) of the main aroma components, it was speculated that the characteristic aroma of mature strawberry fruit were hexenal and furanone. The results of this study would provide a theoretical basis for strawberry quality control and the selection of new strawberry varieties.

Keyword: strawberry; nutritional components; aroma compounds; hexenal; furanone

草莓属蔷薇科草莓属草本植物, 目前已知的草莓属(Fragaria)约有24种[1], 其中, 八倍体的凤梨草莓(F. ananassa)由美洲种弗州草莓(F. virginiana)和智利草莓(F. chiloensis)杂交而来[2, 3]。草莓果实鲜美红嫩, 无果皮, 果肉多汁, 味道爽口怡人, 不仅富含糖类、膳食纤维、维生素、矿物质和氨基酸等营养物质, 而且含有花青素等功能成分[4, 5], 深受人们的喜爱。

植物果实营养品质指标多样, 单一品质指标突出并不能判定果实品质的优劣。夏东京等[6]研究6个草莓主栽品种时发现, 尽管丰香品种香味浓郁, 但其感官品质及营养均差于红颜品种, 综合评价, 红颜果实综合品质最好。尽管单一指标不能判定果实品质的优劣, 但各营养物质间相互关联[7, 8, 9], 且随生长发育不断变化, 探索各营养指标随生长发育的变化情况, 对了解草莓果实营养物质代谢机制, 选育营养价值高且香味浓郁的草莓品种具有重要的指导意义。本研究拟通过检测红颜草莓不同发育时期(幼果期、转色期和成熟期)的部分营养品质指标(可溶性糖、花青素、可滴定酸及维生素C)和挥发性成分及其含量, 以了解草莓果实各营养物质随生长发育的变化情况, 为选育综合品质高的草莓果实品种提供理论参考。

1 材料与方法
1.1 材料与仪器

红颜草莓(F. ananassa Duch. cv Benihoppe)于2016年10月采自浙江省台州市农业科学研究院人工大棚, 然后移栽至台州科技职业学院智能温室, 相对湿度为75%。果实分3个时期采摘[10]:S1期(幼果期)为开花后15 d, S2期(转色期)为开花后22 d, S3期(成熟期)为开花后29 d。每个时期随机采摘20个果实, 采后放入液氮速冻, 然后-80 ℃保存。

固相微萃取仪(Supelco, Bellefonte, PA, USA), 微萃取针(PDMS/CAR/DVB), GC-MS(Agilent Technologies, Inc., Palo Alto, CA, USA)。

1.2 实验方法

1.2.1 花青素的提取与测定

花青素的提取参照文献[11], 并做适当修改。将-80 ℃保存的草莓于液氮中研磨至粉状, 称取5 g左右粉状样品, 加入20 mL 0.1%(体积分数)HCl-甲醇溶液, 混匀, 25 ℃浸提24 h, 室温4 500 r· min-1离心10 min, 取上清液, 重复3次, 合并上清液, 定容至50 mL。取2 mL定容液采用pH示差法测定花青素含量[12]

1.2.2 可溶性糖、可滴定酸及维生素C含量的测定

可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[13]; 可滴定酸(总酸度)采用酸碱滴定法测定[13]; 维生素C(VC)含量采用2, 6-二氯靛酚法[13]测定。

1.2.3 固相微萃取方法

将草莓碾磨碎, 称取5 g放入15 mL试样瓶, 加盖封口。将萃取头插入样品瓶顶空部分, 35 ℃萃取30 min, 然后将萃取头抽出插入气质联用仪, 250 ℃解吸1 min, 进行气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)分析。

GC-MS分析参文献[14, 15, 16], 进行适当修改。采用7890B安捷伦气相色谱, 质谱检测仪为安捷伦5975C(EI mode, 70 eV), 毛细管柱(DB-5MS) 30 m× 0.25 mm; 膜厚0.25 μ m; 载气为氦气; 流速为1 mL· min-1; 进样量0.5 μ L。程序升温:50 ℃保持1 min, 以每min 5 ℃升温至320 ℃, 320 ℃保持至结束。进样口温度为220 ℃, 质谱范围为29~450。未知化合物质谱图经计算机检索同时与Wiley library和NIST library两个质谱库相匹配, 并结合人工图谱解析及资料分析, 对样品的总离子流图进行处理, 按峰面积归一化法测定各组分的百分含量。

2 结果与分析
2.1 草莓果实品质分析

在红颜草莓中, 总色素、总糖、总酸及VC含量均随着果实的生长发育而逐渐上升, 其中, 总色素、总糖和VC含量在转色期(S2)至成熟期(S3)迅速上升。

2.2 草莓中挥发性成分分析

由图1、图2、表2可知:醛类物质为草莓果实中相对含量最多的挥发性物质, 随果实的不断发育, 在转色期醛类物质含量达到94.20%, 而后逐渐降低, 成熟期含量为37.22%; 其绝对含量也是随着果实发育而增加, 在转色期含量最多, 而后逐渐减少。醇类物质在果实未成熟时含量较低, 在成熟果实中占有较大比例, 达到31.31%。酮类在草莓果实未成熟时相对含量最高, 达17.10%, 随着果实发育逐渐降低, 在果实成熟时又急剧升高至5.02%。酸类、酯类物质均只在成熟果实中检测到, 含量分别为7.58%、1.13%。

表1 红颜草莓发育过程中花青素、可溶性糖、可滴定酸及VC含量的变化 Table 1 Changes of total anthocyanin, soluble sugar, titratable acid and VC during fruit development of F. ananassa Duch. cv Benihoppe

图1 草莓不同发育时期挥发性物质的相对含量Fig.1 Relative abundance of the volatiles compounds during the fruit development of F. ananassa

图2 草莓不同发育时期挥发性物质的含量Fig.2 Amount of volatiles compounds during fruit development of F. ananassa

表2 不同发育时期草莓主要挥发性物质成分 Table 2 Main volatiles compounds in fruits of F. ananassa during different stages
2.3 草莓果实香味成分的比较

表2为相对含量排在前10的挥发性物质及其含量。由表2可知:成熟草莓主要成分为2-己烯醛(26.46%)、3, 7-二甲基1.6辛二烯-3-醇(15.96%)、2-橙花叔醇(13.94%)、2, 5二甲基4-羟基-2(3H)呋喃酮(9.05%)、己醛(8.06%)。2-己烯醛为草莓果实的主要挥发性物质, 其含量在未成熟期最高, 达到79.62%; 3, 7-二甲基1.6辛二烯-3-醇为成熟果实中次要物质, 含量达15.96%, 但该物质在未成熟果实中并未检测到。己醛是草莓果实的一种重要物质, 在成熟果实中其相对含量达到8.06%。

3 结论与讨论

通过对红颜草莓不同发育期花青素、可溶性糖、可滴定酸及VC含量变化规律的研究发现, 花青素含量随着果实生长发育而增加, 转色期后, 花青素含量迅速增加, 成熟期达到峰值, 含量达42.50 μ g· g-1, 高于荣宁宁[11]测定的章姬和越心品种中花青素含量, 但低于其测定的红颜品种的含量, 也低于王俊宇等[17]测定的含量, 这可能与果实栽培条件及施肥有关。与色素相似, 草莓果实中可溶性糖和VC含量也随果实发育而增加, 这与荣宁宁[11]的研究一致。

本实验采用固相微萃取结合GC-MS方法测定了不同发育阶段的红颜草莓果实中挥发性物质含量, 主要包括醛类、酮类、醇类和酯类, 如2-己烯醛(26.46%)、3, 7-二甲基1.6辛二烯-3-醇(15.96%)、2-橙花叔醇(13.94%)、2, 5二甲基4-羟基-2-(3H)呋喃酮(9.05%)、己醛(8.06%)。目前, 从草莓果实中分离鉴定出至少360种香气物质, 主要包括酯类、酮类、醛类、醇类、呋喃类、萜类和硫化物等[18]。成熟的草莓果实中酯的含量占总挥发物的25%~90%, 甲酯和乙酯为最主要的酯类, 如甲基、乙基丁酸甲酯和乙酸丁酯, 己酸乙酯等[19]。呋喃酮(2, 5二甲基4-羟基-3(2H)呋喃酮)和它的甲基化衍生物2, 5二甲基-4-甲氧基-3(2H)呋喃酮被认为是草莓果实的主要特征香味物质[18], 通常以微量存在于其他水果中, 但本研究中, 红颜草莓中2, 5二甲基4-羟基-3(2H)呋喃酮含量高达9.05%, 略低于Duan等[7]测定的含量。

植物果实中挥发性成分有多种, 但不是每种挥发性成分对香味都有贡献, 只有那些香气值(相对含量/香味阈值)高的成分对果实的香气有重要贡献。成熟果实中, 发现大量的2-己烯醛(26.46%)和2, 5二甲基4-羟基-2(3H)-呋喃酮(9.05%)的存在, 这两者香味阈值极低[20, 21], 极低含量就有较强香气, 考虑到这2种物质在成熟草莓中相对含量较高, 据此认为己烯醛和呋喃酮为成熟草莓的特征香味物质。

综上, 红颜草莓花青素、可溶性糖及VC等含量随果实发育而升高, 总酸在果实转色期后变化较小, 红颜草莓果实的香气物质主要有醛类、醇类、酮类、酯类等, 成熟红颜草莓的特征香味物质为己烯醛和呋喃酮。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] RHO I R, HWANG Y J, LEE H I, et al. Interspecific hybridization of diploids and octoploids in strawberry[J]. Scientia Horticulturae, 2012, 134(2): 46-52. [本文引用:1]
[2] HANCOCK J F. Strawberries[M]. Oxford UK: CAB International, 1999. [本文引用:1]
[3] LARSEN, M, POLL, L. Odour thresholds of some important aroma compounds in raspberries[J]. Zeitschrift für Lebensmittel-Untersuchung und Forschung, 1992, 195(2): 120-123. [本文引用:1]
[4] 雷家军. 我国草莓生产现状及展望[J]. 中国果树, 2001 (1): 49-51.
LEI J J. The present situation and prospect of the production of strawberry in China[J]. China Fruits, 2001 (1): 49-51. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[5] 陈卫平. 不同草莓品种果实品质的比较研究[J]. 江西农业学报, 2010, 22(9): 46-48.
CHEN W P. Comparative study on fruit quality of different strawberry varieties[J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2010, 22(9): 46-48. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[6] 夏东京, 沈海燕, 廖华俊, . 合肥地区6个草莓主栽品种品质分析与模糊评判[J]. 合肥师范学院学报, 2015, 33(3): 62-65.
XIA D J, SHEN H Y, LIAO H J, et al. The analysis and evaluationon quality of six strawberry cultivars in Hefei Region[J]. Journal of Hefei Normal University, 2015, 33(3): 62-65. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[7] DUAN W, SUN P, CHEN L, et al. Comparative analysis of fruit volatiles and related gene expression between the wild strawberry Fragaria pentaphylla, and cultivated Fragaria × Ananassa[J]. European Food Research & Technology, 2017 (56): 1-16. [本文引用:2]
[8] SHI H T, JIANG C, YE T T, et al. Comparative physiological, metabolomic, and transcriptomic analyses reveal mechanisms of improved abiotic stress resistance in bermudagrass [ Cynodon dactylon(L). Pers. ] by exogenous melatonin[J]. Journal of experimental botany, 2015, 66(3): 681-694. [本文引用:1]
[9] WATSON BS, BEDAIR M, URBANCZYKWOCHNIAK E, et al. Integrated metabolomics and transcriptomics reveal enhanced specialized metabolism in Medicago truncatula root border cells[J]. Plant Physiology, 2015, 167(4): 1699-1716. [本文引用:1]
[10] NEGRI A S, ALLEGRA D, SIMONI L, et al. Comparative analysis of fruit aroma patterns in the domesticated wild strawberries “Profumatadi Tortona” ( F. moschata) and “Reginadelle Valli” ( F. vesca)[J]. Frontiers in Plant Science, 2015, 6(56): 1-13. [本文引用:1]
[11] 荣宁宁. 不同栽培措施对不同品种草莓色泽及内在品质的影响研究[D]. 金华: 浙江师范大学, 2015.
RONG N N. Resarch the influence from difference culturation methods on color and internal quality of different variety strawberry [D]. Jinhua: Zhejiang Normal University, 2015. (in Chinese with English abstract) [本文引用:3]
[12] 段文凯, 尹涛, 解玲琴. 草莓花青素的微波提取工艺研究[J]. 现代食品, 2016(20): 79-84.
DUAN W K, YIN T, XIE L Q. Research on the microwave technology of anthocyanin from strawberry[J]. Modern Food, 2016(20): 79-84. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[13] 郝建军, 康宗利, 于洋. 植物生理学实验技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007. [本文引用:3]
[14] 陈美霞, 陈学森, 周杰, . 杏果实不同发育阶段的香味组分及其变化[J]. 中国农业科学, 2005, 38(6): 1244-1249.
CHEN M X, CHEN X S, ZHOU J, et al. Changes of aroma constituents in apricot during fruit development[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(6): 1244-1249. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[15] 张序, 姜远茂, 彭福田, . ‘红灯’甜樱桃果实发育进程中香气成分的组成及其变化[J]. 中国农业科学, 2007, 40(6): 1222-1228.
ZHANG X, JIANG Y M, PENG F T, et al. Changes of aroma components in Hongdeng sweet cherry during fruit development[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2007, 40(6): 1222-1228. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[16] 阎振立, 张顺妮, 张全军, . 华冠果实芳香物质成分的GC/MS分析[J]. 果树学报, 2005, 22(3): 198-201.
YAN Z L, ZHANG S N, ZHANG Q J, et al. MS/GC analysis of aromatic components in Huaguan apple fruit[J]. Journal of Fruit Science, 2005, 22(3): 198-201. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[17] 王俊宇, 尹蓉, 张倩茹, . 16个草莓品种品系果实品质的多元分析与评价[J]. 农学学报, 2017, 7(9): 36-41.
WANG J Y, YIN R, ZHANG Q R, et al. Multivariate analysis and evaluation on fruit quality of 16 strawberry varieties and strains[J]. Journal of Agriculture, 2017, 7(9): 36-41. (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[18] 张娜, 赵恒, 阎瑞香. 不同草莓香气成分贮藏过程中变化的研究[J]. 食品科技, 2015, 40(12): 286-289.
ZHANG N, ZHAO H, YAN R X. Changes of different volatiles of strawberry aroma compounds during storage[J]. Food Science and Technology, 2015, 40(12): 286-289. (in Chinese with English abstract) [本文引用:2]
[19] JETTI R R, YANG E, KURNIANTA A, et al. Quantification of selected aroma-active compounds in strawberries by headspace solid-phase microextraction gas chromatography and correlation with sensory descriptive analysis[J]. Journal of Food Science, 2010, 72(7): S487-S496. [本文引用:1]
[20] ULRICH D, HOBERG E, RAPP A, et al. Analysis of strawberry flavor-discrimination of aroma types by quantification of volatile compounds[J]. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und-Forschung A, 1997, 205(3): 218-223. [本文引用:1]
[21] SCHIEBERLE P, HOFMANN T. Evaluation of the character impact odorants in fresh strawberry juice by quantitative meas urements and sensory studies on model mixtures[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45(1): 227-232. [本文引用:1]