外源亚精胺对雷司令葡萄果实香气成分的影响

金鑫 王宇航 李斗 王春恒 韩爱民 张立梅 杨江山

金  鑫，王宇航，李  斗，等. 外源亞精胺对雷司令葡萄果实香气成分的影响［J］. 江苏农业学报，2023，39（8）：1747-1754.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2023.08.015

收稿日期：2022-10-22

基金项目：甘肃省科技计划项目（21CX6NA080）；甘肃省科技重大专项（18ZD2NA006-4）

作者简介：金  鑫（1997-），男，甘肃会宁人，硕士研究生，主要从事果树栽培与生理研究。（E-mail）2890908083@qq.com

通讯作者：杨江山，（E-mail）yangjs@gsau.edu.cn

摘要：为探究亚精胺（Spd）对葡萄果实香气成分的影响，本试验以雷司令葡萄为材料，于开花期、坐果期、果实膨大期、果实转色期进行不同浓度（0.3 mmol/L、0.6 mmol/L、0.9 mmol/L、1.2 mmol/L）的亚精胺喷施处理，以喷施清水为对照（CK），采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱-质谱（GC-MS）技术，分析亚精胺处理对葡萄果实香气成分与含量的影响；利用PEN 3.5电子鼻对葡萄果实香气成分进行无损监测，并对监测结果进行线性判别分析（LDA）及主成分分析（PCA），明确不同处理主成分上的差异。结果表明，不同处理下葡萄果实中共检出37种挥发性香气物质，包括9种醛类、10种醇类、8种烃类、1种酯类、1种酮类、2种酸类、1种醌类、1种酚类、1种萜烯类、1种醚类及1种杂环类。其中，0.9 mmol/L Spd浓度处理的葡萄果实中总挥发性香气成分含量最高为28 085.39 μg/kg，较CK提高15.63%。0.3 mmol/L、0.9 mmol/L、1.2 mmol/L亚精胺处理均显著提高了葡萄果实中醛酮类、酯类化合物含量，0.6 mmol/L、0.9 mmol/L、1.2 mmol/L亚精胺处理显著降低了葡萄果实中萜烯类、酸类物质含量。主成分分析和线性差别分析结果表明电子鼻检测结果能较好区分不同浓度亚精胺处理的雷司令葡萄果实的风味。PCA和LDA的第1主成分和第2主成分贡献率和分别为99.98%、95.67%，表明传感器识别效应和处理间的风味区分度较好。综上所述，花后喷施亚精胺可以提高雷司令葡萄果实香气成分含量，且适宜的喷施浓度为0.9 mmol/L。

关键词：雷司令葡萄；亚精胺；气相色谱-质谱（GC-MS）分析；电子鼻；香气成分

中图分类号：S663.1      文献标识码：A      文章编号：1000-4440（2023）08-1747-08

Effects of exogenous spermidine on aroma components of Riesling grape berries

JIN Xin WANG Yu-hang LI Dou WANG Chun-heng HAN Ai-min ZHANG Li-mei YANG Jiang-shan

（College of Horticulture， Gansu Agricultural University， Lanzhou 730070， China）

Abstract：In order to explore the effect of spermidine （Spd） on the aroma components of grape berries， we used Riesling grape as the experimental material， and sprayed different concentrations （0.3 mmol/L， 0.6 mmol/L， 0.9 mmol/L， 1.2 mmol/L） of spermidine at the flowering stage， fruit setting stage， fruit enlargement stage and color-changing stage， with spraying water as the control （CK）. The effects of spermidine treatment on the aroma components and contents of grape berries were analyzed by headspace solid-phase microextraction （HS-SPME） combined with gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The PEN 3.5 electronic nose was used to non-destructively monitor the aroma components of grape berries， and the monitoring results were subjected to linear discriminant analysis （LDA） and principal component analysis （PCA） to clarify the differences in the principal components of different treatments. The results showed that a total of 37 volatile aroma substances were detected under different treatments， including nine aldehydes， 10 alcohols， eight hydrocarbons， one ester， one ketone， two acids， one quinone， one phenol， one terpene， one ether and one heterocycle. Among them， the highest content of total volatile aroma components was 28 085.39 μg/kg under the treatment of 0.9 mmol/L Spd， which was 15.63% higher than that of CK. The 0.3 mmol/L， 0.9 mmol/L， and 1.2 mmol/L spermidine treatments significantly increased the contents of aldehydes， ketones and esters， and the 0.6 mmol/L， 0.9 mmol/L， and 1.2 mmol/L spermidine treatments significantly decreased the contents of terpenes and acids. The results of principal component analysis and linear discriminant analysis showed that the electronic nose detection results could better distinguish the flavor of Riesling grapes treated with different concentrations of spermidine. The contribution rates of the first principal component and the second principal component of PCA and LDA were 99.98% and 95.67%， respectively， which indicated that the sensor recognition effect and the flavor discrimination between treatments were better. In summary， spraying spermidine after anthesis could increase the content of aroma components in Riesling grape berries， and the appropriate spraying concentration was 0.9 mmol/L.

Key words：Riesling grape;spermidine;gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） analysis;electronic nose;aroma components

香气成分类型及含量是水果重要的品质指标。近年来，国内外学者对水果香气的栽培調控开展了较多研究。李爱梅等[1]研究发现喷施尿素可提高红富士苹果果实香气含量。张云峰等[2]研究发现不同的栽培架式对酿酒葡萄果实香气成分和含量有显著影响。迟明等[3]研究发现避雨栽培对合成香气物质改善葡萄果实品质具有重要意义。李慧峰等[4]研究发现不同材质果袋可有效调控苹果果实香气。因此，采取合理的栽培管理措施能够提升水果果实香气成分含量，从而提升其加工产品的品质。

施用植物生长调节物质是改善水果果实品质的重要手段。亚精胺（Spd）是植物体内一种常见的多胺物质，施用外源亚精胺对水果品质的提高具有重要作用。朱新卫等[5]、苏杨映兰[6]、汪开拓等[7]、冯志宏等[8]的研究结果表明施用外源Spd可提高小白杏、梨、桃等果实可溶性固形物、Vc、总酚、类黄酮含量，降低有机酸含量。喷施外源Spd能增加淹水桃树根系中烯烃成分类型及含量，有效抑制多胺产生，增加桃树枝和叶片中醛和酯的含量[9]。喷施外源多胺能延长草莓的挂果期、推迟草莓的成熟[10]。目前，喷施Spd对酿酒葡萄果实香气成分影响的研究还鲜有报道。为此，本研究以甘肃省主栽的酿酒葡萄品种雷司令为试验材料，采用气相色谱-质谱联用技术，分析花后不同浓度Spd喷施处理对雷司令葡萄果实香气成分的影响，并通过电子鼻技术对葡萄果实的香气成分进行分析，为利用Spd提高酿酒葡萄果实香气栽培提供依据。

1  材料和方法

1.1  供试材料与试验设计

本研究以10年生雷司令葡萄为材料，试验于甘肃农业大学葡萄园（东经103°34′～103°47′，北纬36°5′～36°10′）进行。试验区葡萄南北行向种植，株距0.8 m，行距2.0 m。单干双臂“Y”形整形，正常管理水平。

试验设0.3 mmol/L（T1）、0.6 mmol/L（T2）、0.9 mmol/L （T3）、1.2 mmol/L（T4） 4个Spd浓度处理，以清水为对照（CK），每个处理选择长势一致的5株，3次重复。于葡萄开花期、坐果期、果实膨大期、果实转色期进行亚精胺喷施处理，喷至葡萄叶面形成水滴刚好滴落为止。成熟期各处理每株随机从主蔓的前（上）、后（下）、左、右均匀采摘4串果穗，从果穗上、中、下不同位置摘取成熟度一致、大小均匀、无病虫害的果粒30颗，带回实验室进行香气物质的测定及PEN3电子鼻无损检测。

1.2  测定指标和方法

1.2.1  果实香气成分的测定    选择30颗采摘的葡萄果粒，除去果梗和种子，用匀浆机均匀地打成浆，然后将（9.0±0.1） g的匀浆装入20 ml的顶空试样瓶中，再加入50 μl 8.82 mg/L的2-辛醇标准样，然后快速拧紧瓶盖，放入60 ℃恒温的磁性搅拌器中，以500 r/min的速度混合均匀，平衡10 min。在60 ℃条件下顶空固相微萃取（HS-SPME）吸附30 min，萃取完立即插入色谱气化室，解析5 min，进行气相色谱-质谱（GC-MS）分析。具体操作步骤参照前人[11-12]的方法。

色谱条件：色谱柱为DB-WAX弹性石英毛细管柱（长度20.00 m，内径0.18 mm，膜厚0.18 μm）。升温程序：初始温度40 ℃，以3.5 ℃/min升至110 ℃，维持20 min；进样口温度260 ℃；传输线温度190 ℃。载气：纯度≥99.999%的高纯氦气，流速1.0 ml/min，不分流进样。

质谱条件：电子轰击离子源；电子能量70 eV；传输线温度190 ℃；离子源温度230 ℃；质量扫描范围为35～500 u。

各香气物质含量（μg/kg）=[各组分的峰面积/内标的峰面积×内标物浓度（mg/L）×50 μl]/样品量（g）。

1.2.2  电子鼻无损检测    利用PEN 3.5型电子鼻（德国AIRSENSE公司产品）进行葡萄香气敏感物质的监测。PEN 3.5电子鼻具有10个化学传感元件组成的传感器阵列，可监测芳烃化合物、氮氧化物等香气相关物质（表1）。传感器的信号响应表示为G/GO，其定义为挥发物的电导率与纯空气的电导率之比[13]。参照Cai等[13]的方法，对葡萄挥发性成分进行了电子鼻监测，称取葡萄果实9.0 g，用4.5 g无水硫酸钠在顶空瓶中充分研磨，然后在70 ℃的磁力混合器中加热顶空瓶，平衡15 min，最后将注射针插入顶空瓶中以测量挥发性化合物。检测条件：冲洗时间60 s，传感器归零时间5 s，预采样时间5 s，注射流速600 ml/min，测量时间为180 s。电子鼻读数时间间隔为1 s，等数据稳定后取6组数据进行线性判别分析（LDA）、主成分分析（PCA）。并根据主成分分析图和线性判别分析图分析处理间的差异。

1.3  数据处理

采用Excel 2016、SPSS 2019和Origin 2022等软件进行数据统计分析及作图，处理间差异分析采用邓肯检验法；采用电子鼻监测系统自带的Winmuster软件进行监测数据的线性判别分析（LDA）、主成分分析（PCA）及相关图的制作；采用TBtools软件进行不同处理葡萄果实香气成分聚类分析与作图。

2  结果与分析

2.1  Spd对雷司令葡萄果实中香气成分的影响

不同浓度Spd处理对雷司令葡萄果实中香气组分和含量的影响如表2所示。由表2可知，不同浓度Spd处理下，葡萄果实中香气物质含量和种类有明显差异。对照（CK）葡萄果实中，共检测到37种香气成分，其中醛类9种、醇类10种、酯类1种、酮类1种、烷烃类6种、炔烃类1种、烯烃1种、酸类2种、醚类1种、杂环类1种，醌类1种、酚类1种、萜烯类2种。而T1、T2、T3、T4处理葡萄果实中，分别检测到30种、30种、26种和26种香气物质。不同浓度Spd处理葡萄果实中都能检测到的香气物质有20种，分别是正十二烷、十三烷、十四烷、正十五烷、草酸、仲辛醇、1-庚炔-3-醇、正己醛、苯乙醛、壬醛、2-己烯醛、十二醛、顺式-3-己烯醛、反，反-2，4-庚二烯醛、甲酸芳樟酯、D-柠檬烯、十八炔、2-乙基呋喃、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚和2，6-二叔丁基苯醌。不同浓度Spd处理下，葡萄果实中含量较高的香气物质为2-己烯醛（6 134.84～9 038.84 μg/kg）、2-环己烯-1-醇（4 765.87～7 238.47 μg/kg）、仲辛醇（3 555.84～4 384.47 μg/kg）、正己醛（2 258.99～4 445.96 μg/kg）、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（2 431.49～3 196.37 μg/kg）和叔丁基环己烷（498.45～1 704.43 μg/kg）等。葡萄果实中香气物质总含量最高为T3处理，其次是T2处理、T1处理，T4处理含量最低。T2、T3处理的葡萄果实中香气物质总含量分别比CK增加6.03%、15.63%。

不同处理下，雷司令葡萄果实中分离鉴定出的香气物质种类及数量存在一定差别（表3）。CK的雷司令葡萄果实中共分离鉴定出10种醇类物质，而T1、T2、T3、T4处理的葡萄果实中检测到的醇类物质分别为6种、8种、5种和5种。T3处理的葡萄果实中醇类化合物含量比CK提高了6.11%，而其他处理的葡萄果实中醇类化合物含量均比CK有不同程度的降低。虽然T3处理的葡萄果实中检测到的醇类物质种类少于CK，但其醇的总量却高于CK，其主要原因是T3处理下2-环己烯-1-醇含量比CK提高了13.57%（表2）。

CK：喷施清水对照；T1～T4：亚精胺喷施浓度分别为0.3 mmol/L、0.6 mmol/L、0.9 mmol/L、1.2 mmol/L。同一行不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）；/代表未检测到。

CK葡萄果实中，共检测到10种醛酮类物质，4个浓度Spd处理的葡萄果实中均检测到9种。但T1、T3、T4处理下，醛类化合物含量均比CK有显著提高，其中T3处理的葡萄果实中醛类化合物含量比CK提高了57.56%。其原因是含量较高的正己醛、2-己烯醛T3处理比CK分别提高了34.75%和70.89%。

不同处理下，雷司令葡萄果实中共检出D-檸檬烯、β-蒎烯2种萜烯类物质。其中T2、T3、T4处理下，未检出β-蒎烯。CK葡萄果实中萜烯类物质总含量最高，达79.38 μg/kg。

雷司令葡萄果实中检测出的酯类物质仅有甲酸芳樟酯。随Spd喷施浓度的增加，甲酸芳樟酯含量呈先升高后降低的变化趋势。T3处理下，葡萄果实中甲酸芳樟酯含量最高，比CK显著提高49.94%。CK葡萄果实中，共检测到己酸、草酸2种有机酸；而不同浓度Spd处理下，葡萄果实中仅检测到草酸，其含量比CK均有显著增加。

各处理下，葡萄果实中能检测出的酚类物质只有2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，且不同处理间的2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚含量没有显著差异。

2.2  挥发性香气成分热图聚类分析

不同处理雷司令葡萄果实中挥发性香气成分聚类热图如图1所示。从图中可以看出5个处理的葡萄果实中挥发性香气物质有明显差异。不同处理雷司令葡萄果实中挥发性香气物质，主要聚为4类，其中草酸、反，反-2，4-庚二烯醛、2，6-二叔丁基苯醌、十二醛、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、正十二烷、正己醛、苯乙醛、十三烷、顺式-3-己烯醛、十八炔、1-庚炔-3-醇、壬醛等聚为1类，且T3处理显著提高了此类物质含量。

不同处理的酿酒葡萄果实可分成2类。其中，T3处理和T4处理的果实为一类，CK与T1、T2处理的果实为一类。即T3处理和T4处理葡萄果实挥发性物质组成及含量较为类似，具有较高的相关性。CK和T1、T2处理葡萄果实中挥发性物质的组成与含量更为接近。

2.3  利用电子鼻对雷司令葡萄果实中挥发性成分的分析

电子鼻从55 s之后传感器响应值逐渐稳定，为确保检测的稳定性和试验的准确性，统一选用58 s时的电子鼻传感器响应值进行分析，不同处理葡萄果实的电子鼻传感器在58 s所对应的雷达图响应值如图2所示。不同处理下，葡萄果实之间的香气成分存在一定的差异性，主要体现在传感器W1C、W3C、W3S、W5S、W2W响应值上，而传感器W1S、W1W、W2S、W5C、W6S响应值不同处理间基本无差异。传感器阵列特征响应雷达图的差异在一定程度上反映了不同处理葡萄果实整体挥发性成分的差别。

CK、T1～T4见表2注。图例中的颜色为归一化处理后的香气含量高低，蓝色表示含量较低，橙红色表示较高。

2.3.1  雷司令葡萄果实中挥发性成分的主成分分析（PCA）    图3是55～60 s雷司令葡萄果实中香气主成分分析图。由图可知，第1主成分和第2主成分贡献率分别为99.51%和0.47%，累计贡献率为99.98%，说明这2个主成分能较好地反映原始数据的总体信息。第1主成分上，CK与T1、T2处理的距离很大，说明CK、T1、T2处理的第1主成分存在较大的差别，可能是T1和T2处理的葡萄果实中醇类和酯类挥发物含量低。CK与T3、T4处理亦存在一定的距离。T1处理与T2处理以及T3处理与T4处理的距离比较接近，说明T1处理与T2处理的葡萄果实以及T3处理与T4处理的葡萄果实在香气成分上具有某些相似点。第二主成分中，CK与T1、T2处理的距离略远，说明二者在次主成分上存在着一定的差别。CK与T3、T4处理的第2主成分基本一致，说明其香气特征相似。除T3和T4处理之外，其他处理组间没有发生交叉，表明主成分分析能有效地分辨出不同浓度 Spd处理的葡萄果实，即Spd处理对葡萄果实的挥发性成分有明显的影响。

2.3.2  雷司令葡萄果实中挥发性成分的线性判别分析（LDA）    不同处理雷司令葡萄果实中挥发性成分线性判别分析如图4所示。图4中，LD1和LD2的判别贡献率分别为64.54%和31.13%，总贡献率达到95.67%；Spd处理可以显著地改变果实中挥发性组分，从图上能看出各处理在两个主成分上有差别，LD1方向看，CK、T3处理、T4处理有差异，T1处理、T2处理差异较小，LD2方向上，CK、T3处理、T4处理差异不大，但T1处理、T2处理差异较大。这说明两个主成分影响因素存在较大的差异。

CK、T1、T2、T3、T4见表2注。W1C、W3C、W3S、W5S、W2W、W1S、W1W、W2S、W5C、W6S见表1。

3  讨  论

葡萄酒质量的好坏主要取决于葡萄果实中香气物质的种类和含量，研究亚精胺对雷司令葡萄果实香气物质的种类与含量的影响，可以提高酿酒葡萄果实品质及葡萄酒加工品质。

醇类化合物是由糖分解、脱羧、氨基酸脱氨基生成的代谢物[14]，是一种非常重要的芳香成分，具有复杂和独特的香味，同时也是葡萄酒中其他香味成分的载体[15]。在酒精含量300 mg/L的情况下，葡萄酒的香味会变得更好，而更高的酒精含量则会使葡萄酒的香味失衡[16]。本试验结果表明，Spd处理后，雷司令葡萄果实中醇类化合物种类减少，除T3处理外，醇类物质含量也有所下降。酯类是一种挥发性芳香化合物，由酸和醇的酯化反应形成，是构成葡萄酒香味的主要成分[17-18]。本试验中，甲酸芳樟酯是雷司令葡萄中可检测出的唯一酯类物质，且Spd处理可显著提高甲酸芳樟酯的含量，以T3处理的效果最佳。

醛酮类物质由乙醇氧化而生成，可以给葡萄酒带来果味，但是这种化合物不稳定，容易被氧化成羧酸[19]。Spd处理后，虽然醛酮类化合物种类有所减少，但醛酮类化合物含量得到了显著提高，这能提升葡萄酒的风味。萜烯类物质一般是以糖苷的形式存在于葡萄果实中，在酿酒过程中，由于酸水解或酶水解，形成一种游离的挥发性物质，散发出果香和花香，是葡萄酒中重要的香气成员，而且这类物质的香味门槛很低，甚至在低浓度时对葡萄酒的香味也有很大的贡献[20]。本研究中，Spd处理后葡萄果实中萜烯类物质种类和含量均有所减少，但对葡萄酒香气影响不大。葡萄酒中的酚类成分及其含量直接决定了葡萄酒的外观、收敛性、口感和保健功能，是影响葡萄酒品质的重要因素，其决定了葡萄酒的风味和化学稳定性[21-22]。本试验从雷司令葡萄果实中仅检出1种酚类物质，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，Spd处理能增加酚类物质含量，但各处理和CK的酚类物质含量差异并不显著。

4  结  论

本研究利用电子鼻与GC-MS相结合的方法，分析了Spd处理对葡萄果实香气成分的影响。结果表明Spd处理后，葡萄果实的香气成分在种类上变化不大，但香气成分含量变化明显。其中，0.9 mmol/L Spd处理后，总挥发性香气物质含量最高，达28 085.39 μg/kg。电子鼻对酿酒葡萄香气物质有明显响应，利用PCA、LDA法分析表明不同浓度Spd处理的雷司令葡萄果实风味差异明显，且与GC-MS测定结果基本一致。

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（责任编辑：石春林）