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    科學技術論文

    氣象因子對赤霞珠果實GLVs香氣的影響

    時間:2021年08月10日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    摘要:【目的】為探究影響葡萄中綠葉揮發物(Greenleafvolatiles,GLVs)形成的關鍵氣象因子!痉椒ā勘緦嶒炗2018年以國內七個產地的成熟期赤霞珠果實為試材,分析了各產地的氣象因子和果實的香氣特征,并且通過相關性分析篩選了影響果實GLVs香氣合成的關鍵

      摘要:【目的】為探究影響葡萄中綠葉揮發物(Greenleafvolatiles,GLVs)形成的關鍵氣象因子!痉椒ā勘緦嶒炗2018年以國內七個產地的成熟期赤霞珠果實為試材,分析了各產地的氣象因子和果實的香氣特征,并且通過相關性分析篩選了影響果實GLVs香氣合成的關鍵氣象因子!窘Y果】張掖,高臺產地7—9月份的日照時數和溫差顯著高于其他產地,降雨量均低于其他產地;膠東半島產地(蓬萊,萊西)7—9月份的日照時數最短,平均溫度最高,溫差最小;銀川和懷來產地的氣象條件更為相似,7—9月份日照時數劣于高臺產地但優于膠東半島,平均溫度高于五家渠、高臺、張掖但低于蓬萊、萊西產地。七個產地的葡萄可根據其香氣特征分為三簇,一簇是張掖,高臺和萊西;一簇是銀川和懷來;一簇是五家渠和蓬萊。其中蓬萊產地的赤霞珠果實C6/C9醛類香氣含量較高,包括2-己醛,反式-2-己烯醛,反式-2-壬醛;銀川產地的果實醛類香氣較低,但其乙酸丁酯,1-辛醇的含量高于其他產地;張掖產地的赤霞珠果實乙酸乙酯,乙醇的含量高于其他產地,其醛類香氣高于高臺,萊西,銀川,但低于蓬萊產地!窘Y論】各產地香氣與氣象條件的相關性分析表明生長季7—9月份大溫差有利于C6酯類的合成;生長季7—9月份的高日照時數利于C6醇類和C6酯類的合成。

      關鍵詞:赤霞珠葡萄;氣象因子;香氣

    果實

      葡萄是世界上最重要的水果之一,種植面積和產量在世界水果中都居前列,以葡萄為原材料加工的產品,如葡萄干和葡萄酒,具有極高的經濟價值。葡萄中的揮發性物質是葡萄和葡萄酒的主要品質指標[1],并且這些揮發物的濃度、特性和彼此之間的平衡決定了不同葡萄品種和葡萄酒的特征。葡萄中的香氣一般可分為游離態和糖苷態,但只有游離態的香氣才具有揮發性[2]。隨著質譜技術的發展,已經鑒定出數百種揮發性有機化合物,它們被分為幾個主要家族:萜類、綠葉揮發物、芳香族香氣、甲氧基吡嗪類和硫醇類香氣[3]。

      果實種植論文范例: 葡萄果實內油菜素內酯生物合成調控及生理效應

      綠葉揮發物(GLVs,Greenleafvolatiles)是指以亞麻酸和亞油酸為前體,通過脂氧合酶途徑產生的C6/9醛、醇及其酯類化合物,是葡萄果實中含量最高的揮發性物質[4,5]。其中的C6醛類,如己醛,反式-2-己烯醛主要給葡萄帶來了清新的綠草的氣味,而C6酯類,如乙酸己酯,是葡萄和葡萄酒中果香味特征的組成部分[6]。有報道稱葡萄和葡萄酒中除了(Z)-3-己烯-1-醇和(Z)-3-己烯乙酸酯以外的GLVs香氣含量會隨著葡萄果實含糖量的增加和收獲期的推遲而呈上升趨勢[7],而在不同品種的葡萄果實中GLVs香氣在果實發育期的變化基本一致[5,8]。

      關于GLVs的生理功能以及LOX-HPL通路在植物中的調控的研究已經越來越多,而這一途徑的生物學意義已得到充分論證[9-11]。迄今為止,GLVs揮發物被認為是植物在生物或環境脅迫下釋放的信號。因此,GLVs不僅是葡萄果實和葡萄酒中重要的芳香化合物,而且是一種有效的防御性化合物[12]。葡萄的生長發育和次生代謝都受到葡萄產地的環境因素的影響。而在葡萄栽培中,環境因素和葡萄之間的相互作用被稱為“風土效應”。研究表明,葡萄中約18%的基因會受到環境條件的影響,而產地的氣候條件對這些基因表達的影響最大[13]。

      不同的氣候條件對果實香氣的效應并不一致,而實際上氣候對葡萄成分影響的研究可能很難解釋,因為氣候包括一個區域內的所有環境條件,如陽光、溫度、濕度和降雨,這些都對葡萄和漿果的生長發育起著重要作用。例如,光照有利于糖苷態降萜烯的積累[14],在實際生產中,種植者們往往會采用摘葉,挪葉來提高果穗的曝光度,研究表明這能促進“丹魄”(Tempranillo)葡萄中C6醇和C6酯類香氣的合成[15]。還有學者以赤霞珠為試材,發現轉色期挪葉會在促進C6醛類香氣降低的同時促進C6醇和C6酯類香氣的合成,并且在連續三年的試驗發現曝光處理會明顯提高赤霞珠葡萄中表征紅色漿果香氣的乙酸己酯的含量[16]。

      作為葡萄中占比含量最大的香氣,綠葉揮發物(GLVs)賦予了果實青草味和成熟的紅色漿果香味。然而,當前關于影響GLVs香氣形成的關鍵氣象因子的研究還比較少,本課題將以國內七個赤霞珠葡萄主產地成熟期葡萄果實為試材,分析了各產地果實的香氣特征和氣象條件,并且通過相關性分析進一步地篩選影響果實GLVs香氣合成的關鍵氣象因子。該研究將為國內主要赤霞珠產地GLVs香氣的品質差異提供一定的解釋,并且為果實香氣品質調控提供理論依據。

      1材料與方法

      1.1各產地赤霞珠樣品的采集

      為盡量減小除氣象因素以外的生態因素對試驗材料的影響,在充分考察了國內十大產地15個采樣點的生態條件之后,選取了其中土壤類型一致,土壤肥力相近的七個產地作為采樣點。為減少成熟度對果實品質的影響,各產地的果實的可溶固形物基本一致。不同產地的樣品采集時兼顧了向陽面和背陽面,每個產地均采集了10kg的葡萄果實用于各類指標的測定。

      1.2香氣組分測定

      揮發性化合物的提取和測定采用已發表的方法[17],并進行了少量修改。具體步驟如下,將去籽葡萄果實100g在液氮中研磨成粉末,加入0.5gPVPP(交聯聚乙烯吡咯烷酮,抑制酚類氧化)和0.5gD-葡萄糖酸內酯(抑制糖苷酶活性)。4℃靜置4h,4℃4000r/min離心15min,收集上清液。隨后,將10mL果汁,1gNaCl粉末(防止樣品褐變)和3µL內標(2-辛醇,0.822gL-1)混合放入20mL的小瓶中,用聚四氟乙烯硅樣品帽蓋住。使用配有AOC-6000自動進樣器(日本京都,島津)的自動頂空固相微萃取(HS-SPME)提取果實香氣。

      SPME纖維(50/30µmCAR/DVB/PDMS,Supelco,Bellafonte,PA,USA)在提取前按照制造商說明在GC的注射口進行預熱后(250℃,40min)。將SPME纖維暴露在樣品頂空40分鐘,35℃條件下萃取40分鐘。取樣后,將SPME纖維插入GC進樣器中,在250℃下放置5分鐘,將待測物熱解吸。采用三重四級桿氣相色譜質譜聯用儀GCMS-TQ8050(日本京都,島津)對揮發性化合物進行分析。采用毛細管柱(rtx-5ms,60m×0.25mm×0.25µm,日本京都,島津)在載氣(氦氣)以1mLmin-1流速下分離揮發物。接口溫度為250℃,選擇不分流模式,柱溫箱溫度設置為40℃2min,然后以5℃min-1的速度加熱至230℃,最后維持在230℃保持5min。

      質譜和離子源溫度分別設置為250℃和230℃。質譜選擇電子電離模式(EI),離子倍增70eV,全質量掃描區間為m/z30-450。使用NIST和Wiley2文庫對每個化合物進行鑒定。在相似的色譜條件下測定了一系列C7-C27正構烷烴標準品(Supelco,Bellefonte,PA,USA),以計算其保留指數(RI)。通過與NIST2011文庫的RI和質譜比較,鑒定出揮發性化合物。各組分質譜經計算機譜庫(NIST/WILEY)檢索及資料分析,再結合相關文獻進行人工解析并確認香味物質的各個化學成分,僅保留相似度(SI)大于60,且三次重復均檢測到的物質。采用面積歸一化法定量,取3次重復平均值作為香氣物質的相對含量。

      1.3各產地氣象參數的獲取

      通過中國氣象數據網(http://data.cma.cn)、地方氣象部門及其他小型氣象站,收集了國內七個赤霞珠采樣點的氣象數據,主要指標包括產地7—9月份的日均溫、日最低溫、日最高溫、降雨量、空氣相對濕度、日照時數,以及各站點經緯度、海拔。

      1.4統計分析

      使用SPSS(V20.0,IBM,Armonk,NY,USA)軟件進行統計分析。香氣數據先經SPSS進行數據歸一化后進行主成分分析,隨后用MicrosoftExcel2016作圖。聚類熱圖,皮爾遜相關性矩陣,典型關聯分析使用Omicshare云平臺繪制(https://www.omicshare.com/)。單因素方差分析采用鄧肯多極差檢驗(P<0.05)。

      2結果與分析

      2.1各產地氣候條件的比較

      為探究七個赤霞珠采樣點的氣候特征,從國家氣象數據網(http://data.cma.cn/)采集了各產地7—9月份的氣象信息。數據表明膠東半島產地(蓬萊,萊西)的平均溫度明顯高于其他產地。高臺和張掖地理位置相距較近,其平均溫度基本一致。銀川和懷來的均溫更為相似,而五家渠的均溫最低。相似的趨勢也體現在在其他熱量指標方面,如最高溫,最低溫,和活動積溫。值得一提的是,銀川產地的有效積溫明顯高于其他產地。

      由于海洋氣候的調節,膠東半島(蓬萊,萊西)的相對濕度高于其他產地。五家渠,張掖,高臺的相對濕度基本都在55%左右。在降雨量上,銀川產地在2018年的降雨最多,達到456mm;懷來,蓬萊,萊西的降雨量基本一致,都在300mm左右。張掖的降雨量最低,僅有77.4mm。在溫差方面,各產地的溫差按照大小排序依次為:高臺>張掖>五家渠>懷來>銀川>萊西>蓬萊。其中高臺產地的溫差可達到13.97℃,比蓬萊產地高出98.44%,比萊西高出57.32%。

      利用皮爾遜相關性檢驗,進一步探究了環境因子和C6類香氣之間的相關性。結果溫差與表征果香味的乙酸乙酯,乙酸丁酯呈正相關,也與辛醇,2-己醛,乙醇呈正相關。降雨與絕大部分的香氣都呈負相關。有效積溫與乙醇和乙酸乙酯呈顯著相關。日照時數與醇類酯類總量呈正相關,但與丙烯酸丁酯,庚醛,1-辛醇呈負相關。

      最高溫,平均溫與己醛,反式-2-己烯醛無顯著相關,但與反式-2-庚醛,丙酸丁酯,1-辛烯-3-酮呈顯著負相關。綜合典型關聯分析和皮爾遜相關性檢驗的結果,我們發現:生長季7—9月份的溫差越大,越有利于C6酯類的合成;生長季7—9月份的日照時數越大,越有利于C6醇類和酯類的合成;生長季的降雨不利于大部分香氣的合成。

      3討論

      葡萄果實的風味物質受到產地的“風土效應”的影響,本實驗以國內七個地成熟期的赤霞珠果實為試材,探究了各產地的氣候特征和香氣特征。一般來講,產地獨特的氣候特征往往是造成其香氣區別于其他產地的主要原因。在本實驗中,相較于其他產地,蓬萊產地在果實生長季7—9月份的日照時數最短,平均氣溫最高,因受海洋氣候的調節而溫差較小。在香氣品質上,蓬萊產地的C6醛類香氣和C9醛類香氣含量較高,其中包括2-己醛,反式-2-己烯醛,反式-2-壬醛。

      高含量的醛類香氣賦予了蓬萊產地的赤霞珠生硬的青草香。而張掖,高臺產地在2018年的日照時數和溫差明顯高于其他產地,并且降雨較少。在香氣品質上,張掖采樣點的赤霞珠乙酸乙酯,乙醇的含量高于其他產地,其醛類香氣低于蓬萊產地的赤霞珠。因此,張掖產地赤霞珠整體表現為成熟的漿果味和輕微的青草香。銀川產地溫度適中,日照劣于甘肅產地但優于膠東半島。而其赤霞珠醛類香氣較低,但其乙酸丁酯,1-辛醇的含量高于其他產地,因此銀川的赤霞珠主要表現出愉快的果香。

      值得一提的是,七個產地按照氣象因子的相似性進行歸類的結果與其按照果實GLVs香氣的歸類結果并不一致,這主要是因為不同的香氣物質對不同的氣象因子的響應并不一致,而每一種香氣物質和氣象因子對聚類分析的結果都有貢獻。各產地的氣象指標和香氣指標的相關性分析表明產地的晝夜溫差和日照時數是促進C6酯類和C6醇類合成的關鍵氣象因子,而生長季的降雨不利于大部分香氣的合成。相似的結論在前人的工作也有報道。許曉青以國內兩個氣候特征鮮明的產地(河北昌黎和寧夏高臺)的赤霞珠為試材,發現晝夜溫差與GLVs香氣中C6醛類的含量呈顯著相關[18],相同的結論在Wu的研究中也有報道[19]。

      眾所周知,果域微環境會影響葡萄果實中初生和次生代謝物,而光照是果域微環境中最重要的環境參數。在實際生產中,葡萄栽培者們往往通過在果實不同發育期進行摘葉,挪葉等措施來提高果穗的曝光度,這也是研究光照對果實香氣品質影響的普遍的方法。大量的研究表明曝光對于提高果實香氣品質是有益的,例如,有研究表明提前摘葉可以降低品麗珠和梅洛葡萄中甲氧基吡嗪的含量[20]。曝光有利于糖苷態降異戊二烯香氣,萜烯的積累[14]。

      不同于晝夜溫差和光照,降雨對于大部分香氣的積累具有負面影響。作為抗旱能力比較強的物種[21],普遍認為生長季一定程度的水分虧缺有利于葡萄果實次生代謝品質的形成[22]。因此在酒莊施行調虧灌溉被認為是一種提升葡萄香氣的措施。有報道稱,適度的水分虧缺可以通過提高葡萄中類胡蘿卜素的降解來促進降異戊二烯香氣的含量的合成[23,24]。還有報道稱水分虧缺不僅會促進赤霞珠葡萄中香氣的提升[25],還能大大增加美樂葡萄中β-大馬烯酮,愈創木酚,4-甲基愈創木酚,4-乙烯基愈創木酚的含量[26]。

      4結論

      生長季7—9月份的大溫差有利于C6酯類的合成,生長季7—9月份的高日照時數有利于C6醇類和C6酯類的合成。

      參考文獻References

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      [5]KALUACM,BOSSPK.Evolutionofvolatilecompoundsduringthedevelopmentofcabernetsauvignongrapes(VitisviniferaL.)[J].JournalofAgricultural&FoodChemistry,2009,57(9):3818-3830.

      作者:劉孟龍,李響,高振,杜遠鵬*

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