王吉平,蘇天明,張 野,王 瑾,謝育利,梁芷姮,李忠義,何鐵光
(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,廣西 南寧 530007)
【研究意義】茉莉花[Jasminumsambac(L.) Aiton]主要分為單瓣、雙瓣和多瓣3種類(lèi)型,其中雙瓣茉莉花具有易栽培、產(chǎn)量高且香氣濃郁等特點(diǎn),是國(guó)際上種植最廣泛的茉莉花品種。茉莉花多種植于亞熱帶地區(qū),主要用以窨制花茶和提取香精油等。茉莉花茶的茉莉花香主要來(lái)源于窨制過(guò)程中茶坯吸附茉莉鮮花揮發(fā)的香氣組分[1]。因此,茉莉花香氣組分是影響茉莉花茶品質(zhì)的最關(guān)鍵因素[2]。我國(guó)茉莉花的主要種植地為廣西、福建和云南等省(區(qū)),其中2019年廣西橫縣茉莉花種植面積達(dá)7200 hm2,年產(chǎn)茉莉花約9萬(wàn)t,擁有130多家花茶企業(yè),年產(chǎn)茉莉花茶7萬(wàn)多t,茉莉花綜合年產(chǎn)值達(dá)122億元,茉莉花產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐奶厣乩順?biāo)志[3]。不同品種、地域條件和管理方式對(duì)茉莉花品質(zhì)的影響較大,而現(xiàn)有的茉莉鮮花品質(zhì)評(píng)價(jià)體系較薄弱,僅通過(guò)花苞的飽滿程度進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)評(píng)價(jià)不能體現(xiàn)其香氣組分含量差異,也不利于茉莉花茶產(chǎn)業(yè)升級(jí)和優(yōu)化提升茉莉花品質(zhì)的種植技術(shù)。因此,分析廣西橫縣不同區(qū)域種植茉莉花的香氣組分含量及土壤中的活性中微量元素含量,對(duì)茉莉花栽培技術(shù)優(yōu)化及花茶加工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】茉莉花香氣組分是茉莉花品質(zhì)的重要指標(biāo)[4],主要在開(kāi)花過(guò)程中形成和釋放,主要受茉莉花品種、采摘時(shí)間和生長(zhǎng)環(huán)境等因素影響[5-8]。在現(xiàn)有報(bào)道中,茉莉花香氣組分的采集方法主要有溶劑萃取、蒸餾萃取、超臨界CO2萃取和固相微萃取法等[9-10],不同方法采集的香氣組分及含量不同。許多研究表明,固相微萃取技術(shù)能萃取到大量且完整的茉莉花香氣組分[11]。楊文靖等[12]研究發(fā)現(xiàn),茉莉花的主要香氣組分種類(lèi)在晴天與雨天相同,但不同組分含量間存在差異,總體上晴天茉莉的香氣評(píng)價(jià)指數(shù)更高,但雨天茉莉中的乙酸葉醇酯含量約為晴天茉莉的10倍。陳梅春等[13]研究表明,茉莉鮮花的主要香氣成分為乙酸芐酯和芳樟醇等,其中,單瓣茉莉中芳樟醇含量更高,雙瓣茉莉中乙酸芐酯含量更高,香氣品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果以雙瓣茉莉優(yōu)于單瓣茉莉,且7月采摘的茉莉花香氣評(píng)價(jià)指數(shù)高于8和9月,伏花品質(zhì)高于其他時(shí)期的茉莉花。鄧傳遠(yuǎn)等[14]開(kāi)展不同發(fā)育過(guò)程單瓣茉莉花香氣組分及含量分析,結(jié)果表明其大部分芳香成分含量在茉莉花微開(kāi)期最高,花蕾成熟期和微開(kāi)期檢測(cè)到的香氣化學(xué)成分種類(lèi)最多。李鶴等[11]對(duì)成熟期雙瓣茉莉花花蕾進(jìn)行離體香氣組分分析發(fā)現(xiàn),雙瓣茉莉中共有94種香氣成分,離體狀態(tài)下可顯著促進(jìn)茉莉花釋香?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】現(xiàn)有報(bào)道中對(duì)茉莉花離體或在位開(kāi)花過(guò)程香氣組分變化的研究較多,針對(duì)市場(chǎng)上商品茉莉花分級(jí)評(píng)價(jià)及香氣組分差異的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)分析廣西橫縣不同種植區(qū)域商品茉莉花的主要香氣組分,將商品茉莉花分級(jí)評(píng)價(jià)與其香氣組分含量進(jìn)行關(guān)聯(lián),并探究土壤的活性中微量元素含量對(duì)茉莉花香氣組分的影響,為各地茉莉花種植技術(shù)改良和花茶窨制工藝水平提升提供參考依據(jù)。
試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西橫縣,地處桂東南,坐標(biāo)為東經(jīng)108°48′~109°37′,北緯22°08′~23°30′。全縣土地總面積3476.8 km2,茉莉花主要種植在該縣有機(jī)質(zhì)含量較高的東部地區(qū)橫州、校椅、云表、馬嶺和那陽(yáng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn),百合和蓮塘鎮(zhèn)也有少量種植。綜合考量前期實(shí)地調(diào)研茉莉花種植情況及《橫縣耕地地力評(píng)價(jià)》中耕地質(zhì)量分布數(shù)據(jù),在橫州、校椅、云表和馬嶺共選擇8個(gè)采樣點(diǎn),在那陽(yáng)、蓮塘和百合分別選擇1個(gè)采樣點(diǎn),共計(jì)11個(gè)采樣點(diǎn)(分別為1~11號(hào)樣點(diǎn)),采集茉莉花樣品及其相應(yīng)的種植土土樣,各采樣點(diǎn)土壤基礎(chǔ)信息見(jiàn)表1,采樣時(shí)間為2020年7月12-13日,此時(shí)接近伏花期,茉莉花整體品質(zhì)較高。
在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上,選擇11個(gè)茉莉花種植區(qū)域作為采樣點(diǎn),每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集兩個(gè)地塊的茉莉花樣本和對(duì)應(yīng)地塊的土壤樣本。茉莉花樣本采集方法為:收集10~15朵達(dá)到商品茉莉花條件的花蕾(潔白、飽滿),用錫紙包好并做好標(biāo)記,立即置于液氮中保存。土壤樣本采集方法為:去除表層土后,收集0~20 cm土層的土壤,每個(gè)采樣點(diǎn)按照S型分布選取5個(gè)點(diǎn)的土壤混勻作為一個(gè)土壤樣本。
主要儀器設(shè)備:GC-MS儀(Agilent 7890B,美國(guó)),質(zhì)譜儀(Agilent 5977B,美國(guó)),色譜柱為安捷倫DB-Wax(30.0 m×250.00 μm×0.25 μm,美國(guó))。試驗(yàn)所用2-辛醇(TCI公司,日本)為分析純(純度≥99.5 %)。
1.3.1 香氣組分及含量檢測(cè) 茉莉花香氣組分采用氣質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)揮發(fā)性組分方法進(jìn)行檢測(cè)。取300.0 mg樣本于20 mL頂空瓶中,加入10 μl 10 μg/mL 2-辛醇為內(nèi)標(biāo);使用自動(dòng)固相微萃取頭DVB/CAR/PDS,Stable flex(2cm)(Sigaaldrich公司,德國(guó))進(jìn)行揮發(fā)性組分萃取,萃取溫度60 ℃,時(shí)間30 min,解析時(shí)間4 min。GC-MS分析條件:進(jìn)樣口溫度250 ℃;柱溫箱升溫程序:起始溫度40 ℃保持4 min,以5 ℃/min升溫至245 ℃,保持5 min;質(zhì)譜條件:離子源溫度230 ℃,四級(jí)桿溫度150 ℃,電離電壓-70 eV,質(zhì)量范圍(m/z):20~400,掃描模式Scan。QC樣本為所有樣本混合后制成。
1.3.2 土壤活性中微量元素含量檢測(cè) 土壤有效態(tài)鐵和有效態(tài)鋅含量采用HJ 804-2016《土壤8種有效態(tài)元素的測(cè)定》中的二乙烯三胺五乙酸浸提—電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行測(cè)定,有效硼含量采用NY/T 1121.8-2006《土壤檢測(cè) 第8部分:土壤有效硼的測(cè)定》中的甲亞胺比色法進(jìn)行測(cè)定,交換性鈣和交換性鎂含量采用NY/T 1121.13-2006《土壤檢測(cè) 第13部分:土壤交換性鈣和鎂的測(cè)定》中的原子吸收分光光度法進(jìn)行測(cè)定。
采用ChromaTOFV 4.3x(LECO)和NIST庫(kù)對(duì)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行峰提取、基線矯正、解卷積、峰積分、峰對(duì)齊和質(zhì)譜匹配等。揮發(fā)性組分含量為相對(duì)含量,計(jì)算時(shí)以2-辛醇為內(nèi)標(biāo),進(jìn)行相對(duì)定量。定量方法為:以該樣品中加入的內(nèi)標(biāo)為參照,內(nèi)標(biāo)在樣本中的含量記為Cs,內(nèi)標(biāo)峰面積記為As,代謝物峰面積記為Ai,不同代謝物對(duì)內(nèi)標(biāo)的矯正系數(shù)為Bi,計(jì)算各代謝物的相對(duì)含量Ci。
Ci=Ai/As
(1)
Ci=Ai/As·Cs·Bi
(2)
公式(1)中,代謝物的相對(duì)含量Ci為目標(biāo)代謝物與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值,該相對(duì)含量值無(wú)量綱[15];公式(2)中增加了內(nèi)標(biāo)含量Cs和矯正系數(shù)Bi,但由于不同目標(biāo)代謝物與內(nèi)標(biāo)的矯正系數(shù)Bi只能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè)后計(jì)算得到,故本文采用公式(1)計(jì)算和比較不同代謝物的相對(duì)含量。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0和Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以在線分析軟件PCA(https://www.omicshare.com/tools/Home/Soft/pca)進(jìn)行主成分分析,相關(guān)性熱圖及回歸分析采用GraphPad Prism 8制圖。
對(duì)11個(gè)樣點(diǎn)22個(gè)茉莉花樣本的揮發(fā)性組分進(jìn)行固相微萃取后再進(jìn)行GC-MS檢測(cè),共檢測(cè)到381個(gè)峰,對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)得到可鑒定名稱(chēng)的組分242種。將同一采樣點(diǎn)2個(gè)茉莉花檢測(cè)結(jié)果的平均值作為該點(diǎn)茉莉花香氣組分的相對(duì)含量,通過(guò)降維分析對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)茉莉花香氣組分進(jìn)行主成分分析,得到第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)。從圖1可看出,1、4、5、8和10號(hào)樣點(diǎn)(分別對(duì)應(yīng)云表、橫州、蓮塘、云表和校椅鎮(zhèn))茉莉花的香氣組分與其他樣點(diǎn)差異較明顯而其他樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分差異較小。其中,4和11號(hào)樣點(diǎn)(分別對(duì)應(yīng)橫州和校椅鎮(zhèn))茉莉花香氣組分的相似度總體上更高,且與其他樣點(diǎn)茉莉花香氣組分差異更明顯,而這2個(gè)采樣點(diǎn)在地理位置上距離較近(表1);7和10號(hào)樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分差異較小,但在地理位置上距離較遠(yuǎn)(表1)。說(shuō)明采樣點(diǎn)位置和基礎(chǔ)土壤性質(zhì)對(duì)茉莉花香氣組分影響不明顯。從表1可看出,茉莉花種植區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量均較高(10.0 g/kg及以上)。因此,推測(cè)茉莉花適宜在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中生長(zhǎng),且香氣組分差異可能更多取決于不同區(qū)域地塊的管理措施,如施肥和灌溉等。
由表2可知,不同種植區(qū)域茉莉花香氣組分相對(duì)含量排名前50位的化合物種類(lèi)主要屬于醇類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)、烯烴類(lèi)和其他類(lèi)等七大類(lèi)。在醇類(lèi)化合物中,芳樟醇的相對(duì)含量最高(12.06),但不同采樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇相對(duì)含量存在較大差異(4.10~23.01),其中,4、8和11號(hào)樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇相對(duì)含量均超過(guò)20.00,高于其他樣點(diǎn)茉莉花,且在取樣空間位置上更靠近(表1);在平均相對(duì)含量排名前50位的化合物中,1、2和5號(hào)樣點(diǎn)茉莉花的醇類(lèi)化合物相對(duì)含量總量較低,分別為12.98、13.85和11.43;各樣點(diǎn)茉莉花香氣組分中酯類(lèi)化合物相對(duì)含量的總量均較低,僅1.92~4.43,且樣點(diǎn)間差異較??;醛類(lèi)化合物和酮類(lèi)化合物的種類(lèi)和相對(duì)含量均較高,其中(E)-2-己烯醛和苯甲醛的相對(duì)含量均較高,如5號(hào)樣點(diǎn)茉莉花中(E)-2-己烯醛相對(duì)含量為29.35,11號(hào)樣點(diǎn)的苯甲醛相對(duì)含量為8.88,分別為最低相對(duì)含量的3.4和2.3倍;各樣點(diǎn)茉莉花香氣組分中醛類(lèi)化合物總量為19.51~44.41,在七大類(lèi)香氣組分化合物中最高;酮類(lèi)化合物相對(duì)含量較穩(wěn)定,總相對(duì)含量在5.91~8.27,且各樣點(diǎn)間差異較??;烷烴類(lèi)化合中11號(hào)樣點(diǎn)的相對(duì)含量較其他樣點(diǎn)高,其中(E)-4,8-二甲基壬-1,3,7,-三烯和八甲基環(huán)四硅氧烷為主要烷烴類(lèi)香氣組分,相對(duì)含量分別為2.58和2.41;在檢測(cè)到的前50種香氣物質(zhì)中,1號(hào)樣點(diǎn)的總相對(duì)含量只有51.57,11號(hào)樣點(diǎn)的總相對(duì)含量最高,為94.54,約為1號(hào)樣點(diǎn)的1.8倍;其他樣點(diǎn)茉莉花主要香氣組分的相對(duì)總含量在64.93~82.72之間,差異較小,其中3、4、9、10和11號(hào)樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分總相對(duì)含量高于平均水平,說(shuō)明云表、橫州、馬嶺和校椅鎮(zhèn)茉莉花的香氣組分含量豐富,茉莉花品質(zhì)較高,尤其以橫州和校椅鎮(zhèn)的品質(zhì)更佳。
表2 不同采樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分及相對(duì)含量比較(top50)
續(xù)表2 Continued table 2
續(xù)表2 Continued table 2
檢測(cè)茉莉花采樣點(diǎn)相應(yīng)地塊土壤的有效態(tài)鐵、有效態(tài)鋅、有效硼、交換性鈣和交換性鎂等活性中微量元素含量,并與相對(duì)含量排名前10位的茉莉花香氣組分進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果(表3)表明,有效態(tài)鐵含量與己酸相對(duì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01,下同),有效態(tài)鋅和有效硼含量與主要香氣組分相對(duì)含量無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05),交換性鈣和交換性鎂含量與(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮相對(duì)含量呈顯著(P<0.05,下同)或極顯著負(fù)相關(guān),與己酸相對(duì)含量呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明在茉莉花香氣組分的生成和積累過(guò)程中,土壤交換性鈣和交換性鎂含量的增加會(huì)抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮積累,促進(jìn)己酸含量提高。
表3 土壤活性中微量元素含量與茉莉花主要香氣組分相對(duì)含量(top 10)的相關(guān)分析結(jié)果
對(duì)相關(guān)分析中與茉莉花部分主要香氣組分相對(duì)含量呈顯著或極顯著相關(guān)的土壤交換性鈣和交換性鎂含量進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)果(圖2)表明,隨著土壤交換性鈣和交換性鎂含量的提高,茉莉花香氣組分中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮的相對(duì)含量呈下降態(tài)勢(shì),己酸的相對(duì)含量呈上升態(tài)勢(shì);同種香氣組分相對(duì)含量與交換性鈣和交換性鎂含量的線性回歸趨勢(shì)相同。說(shuō)明土壤交換性鈣和交換性鎂在茉莉花香氣組分生成和積累過(guò)程中的功能和作用機(jī)制可能相似。此外,交換性鎂含量與香氣組分相對(duì)含量回歸方程斜率的絕對(duì)值大于交換性鈣含量與香氣組分相對(duì)含量回歸方程斜率的絕對(duì)值[(E)-2-己烯醛除外],說(shuō)明土壤交換性鎂含量的變化對(duì)茉莉花香氣組分相對(duì)含量的影響比交換性鈣更明顯。
開(kāi)展不同種植區(qū)域茉莉花香氣組分調(diào)查并了解茉莉花香氣品質(zhì),有利于推動(dòng)茉莉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。本研究在對(duì)廣西橫縣茉莉花種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上,采集11個(gè)樣點(diǎn)的茉莉花進(jìn)行香氣組分GC-MS檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同樣點(diǎn)間茉莉花的香氣組分及其含量存在較大差異;通過(guò)主成分分析,發(fā)現(xiàn)茉莉花香氣組分及其含量與其種植區(qū)域的相關(guān)性不明顯,但該縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣候、溫度和海拔等條件基本相同,且茉莉花主要種植在有機(jī)質(zhì)含量較高的云表、校椅、橫州、那陽(yáng)和百合等東部地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn),耕地較平整,水源充足,因此,推測(cè)茉莉花香氣組分及其含量的差異可能與農(nóng)田管理措施有關(guān)。
目前關(guān)于茉莉花香氣組分提取檢測(cè)[16]和品質(zhì)評(píng)價(jià)方法[17]的研究已有報(bào)道。已有研究認(rèn)為,茉莉花茶的主要香氣組分為芳樟醇、乙酸芐酯、(Z)-3-己烯醇、水楊酸甲酯和苯甲醇等,且前4種物質(zhì)含量與香氣品質(zhì)呈正比關(guān)系[18],芳樟醇作為含量最豐富的揮發(fā)性醇類(lèi)組分,在茉莉花香氣組分及茉莉花茶品質(zhì)中占有重要地位[19-20],提高茉莉花中芳樟醇濃度是改善其品質(zhì)的重要途徑[21]。Shen等[22]研究認(rèn)為,芳樟醇濃度高時(shí)其茉莉花茶評(píng)價(jià)系數(shù)(Jasmine tea flavor,JIF)反而下降,因此,茉莉花茶的香氣評(píng)價(jià)指數(shù)不能直接用作茉莉花香氣評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究采用GC-MS非靶代謝組方法檢測(cè)出廣西橫縣不同區(qū)域種植茉莉花的香氣組分主要包含醇類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)、烷烴類(lèi)和其他類(lèi)等七大類(lèi)化合物,其中相對(duì)含量較高的兩種化合物分別為(E)-2-己烯醛和芳樟醇,綜合參考上述研究結(jié)果,本研究中4、8和11號(hào)樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇含量均較高,屬于茉莉花品質(zhì)較高樣點(diǎn),而以平均相對(duì)含量排前50位的香氣組分總量為參考,3、4、9、10和11號(hào)樣點(diǎn)茉莉花香氣組分的總相對(duì)含量均高于平均值,因此,4和11號(hào)樣點(diǎn)即橫州鎮(zhèn)和校椅鎮(zhèn)為廣西橫縣茉莉花品質(zhì)較優(yōu)的種植區(qū)域。
關(guān)于土壤活性中微量元素對(duì)作物品質(zhì)和香氣組分影響的研究也有報(bào)道[23]。謝強(qiáng)等[24]研究表明,土壤中微量元素與煙葉化學(xué)成分和致香物質(zhì)呈典型相關(guān)。魏樹(shù)偉和王少敏[25]研究發(fā)現(xiàn),鈣處理能通過(guò)脂肪酸代謝途徑提高南果梨果實(shí)的香氣物質(zhì)含量。王蘅等[26]研究指出,不同濃度硼鋅肥處理能促進(jìn)考煙中香氣組分積累;在硼、鋅和鉬等微量元素嚴(yán)重缺乏的煙田,單施鋅肥對(duì)烤煙各類(lèi)香氣組分的提升效果最佳。本研究發(fā)現(xiàn),土壤交換性鈣和交換性鎂含量與茉莉花香氣組分相對(duì)含量排前10位組分的相關(guān)性較高,其中土壤交換性鈣和交換性鎂含量與(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān),與己酸含量呈顯著正相關(guān);回歸分析結(jié)果也表明,交換性鈣和交換性鎂含量對(duì)茉莉花主要香氣組分含量的影響趨勢(shì)相同,具有一定的協(xié)同作用。
廣西橫縣茉莉花普遍種植于有機(jī)質(zhì)含量較高的區(qū)域,不同種植區(qū)域茉莉花的香氣組分及其含量存在較大差異,但采樣點(diǎn)位置對(duì)茉莉花香氣組分影響不明顯,其中,香氣組分主要為醇類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酸類(lèi)和烷烴類(lèi)化合物等;在茉莉花香氣組分的生成和積累過(guò)程中,土壤交換性鈣和交換性鎂含量的增加會(huì)抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮積累,促進(jìn)己酸含量提高。因此,調(diào)節(jié)土壤交換性鈣和交換性鎂含量可作為后續(xù)茉莉花種植技術(shù)優(yōu)化的重要方法,并為開(kāi)展花茶窨制工藝水平提升研究提供參考依據(jù)。