胡曉婷，陳丹艷，牛博宇，牟孫濤，辛 鑫，武永軍，楊振超*

（1 西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點實驗室，陜西楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

番茄 (Lycopersicon esculentum Mill.) 作為主栽蔬菜之一，因其獨特的風(fēng)味與豐富的營養(yǎng)深受全世界人民的喜愛[1]。近年來，番茄需求量逐年增高，為追求高產(chǎn)長期大量施用化學(xué)肥料，從而導(dǎo)致果實品質(zhì)降低，風(fēng)味變差[2]。決定番茄果實風(fēng)味品質(zhì)優(yōu)劣的一個重要因素是揮發(fā)性物質(zhì)。目前我國對番茄風(fēng)味品質(zhì)的研究主要集中在可溶性糖、可滴定酸等方面[3-5]，針對影響其風(fēng)味品質(zhì)的揮發(fā)性物質(zhì)仍處于起步研究階段。揮發(fā)性物質(zhì)包括醛類、酮類、醇類、酯類及一些含硫化合物等，雖然這些成分總含量僅約2 mg/kg，但作為一個整體，卻形成了番茄果實的芳香特征[6]。相較于化學(xué)肥料，施用有機肥料可使番茄作物營養(yǎng)更加均衡，從而有效改善番茄的品質(zhì)[7]。李吉進等[8]在施用有機肥的番茄果實中共檢出以正己烷與戊醛等物質(zhì)為主的50余種揮發(fā)性物質(zhì)，并對施用化學(xué)肥料與有機肥料對番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)的影響進行了分析討論。番茄秸稈廢棄物經(jīng)過堆肥處理后作為有機肥料使用，不僅可以使廢棄物資源再利用，還可以提高番茄產(chǎn)量，改善品質(zhì)[9]，但利用番茄秸稈廢棄物堆肥產(chǎn)物作為有機肥料對番茄揮發(fā)性成分的研究還鮮見報道。

本試驗擬研究番茄秸稈廢棄物堆肥產(chǎn)物對番茄果實風(fēng)味的影響，利用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS) 聯(lián)用技術(shù)，檢測番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)的含量，通過對成分和含量的對比重點分析探討番茄秸稈循環(huán)利用對改善番茄果實品質(zhì)的可行性和效果，為循環(huán)再利用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用番茄秸稈取自陜西省楊凌區(qū)大寨鄉(xiāng)，待完全腐熟后作為供試材料，經(jīng)檢測其化學(xué)性質(zhì)為速效氮含量1.98 g/kg、速效磷含量4.09 g/kg、速效鉀含量20.9 g/kg、有機碳含量183 g/kg、pH值8.55、電導(dǎo)率值 (EC) 13.98 mS/cm。供試土壤取自西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)園藝場，基本化學(xué)性質(zhì)為有機質(zhì)含量10.7 g/kg、堿解氮含量50.3 mg/kg、速效磷含量70.3 mg/kg、速效鉀含量88.7 mg/kg、pH值7.70、EC值0.58 mS/cm。

供試番茄品種為‘金棚1號’。

1.2 儀器與設(shè)備

SL3001N型萬分之一電子天平、恒溫磁力攪拌器 (美國Troemner公司)；勻漿機 (荷蘭飛利浦公司)；SPME 手動進樣手柄、PDMS (75 μm) 萃取頭(美國Supelco公司)；HP-INNOWAX彈性石英毛細(xì)管柱 (長度 60 m × 內(nèi)徑 0.25 mm，膜厚 0.25 μm) ；ISQ氣相色譜—質(zhì)聯(lián)用儀 (美國Thermo Fisher Scientific 公司)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2017年5—8月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)園藝場塑料大棚內(nèi)進行。試驗共設(shè)7個處理，分別以0%、5%、7.5%、10%、12.5%、15%的質(zhì)量配比將番茄秸稈堆肥添加于菜園土中，記為 T1、T2、T3、T4、T5、T6，對照 (CK) 采用常規(guī)基質(zhì)栽培模式進行栽培，CK處理于開花期開始使用1/2劑量霍格蘭營養(yǎng)液配方進行澆灌，每3天澆灌一次，每株每次澆灌700 mL，其余處理栽培過程中只澆灌清水。

使用72孔穴盤進行常規(guī)育苗，番茄幼苗長至四葉一心時，選取長勢一致的健壯幼苗定植于塑料盆(直徑25 cm) 內(nèi)，每盆一株，每個處理10株，隨機排列，株行距為30 cm × 50 cm，兩穗果打頂。采用常規(guī)田間管理方式進行病蟲害防治及植株調(diào)整。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 樣品采集 果實成熟期選取生長正常長勢一致的植株，選擇品相均勻、成熟度一致的第一穗果實進行揮發(fā)性物質(zhì)的測定分析。

1.4.2 番茄產(chǎn)量的測定 每盆番茄植株果實單獨記產(chǎn)，使用電子天平稱重，并計算平均單株產(chǎn)量 (g/株)。1.4.3 果實揮發(fā)性成分測定 參考岳釘伊等[10]、張琳等[11]的測定方法并略作修改。

1) SPME取樣 每個處理分別選取成熟期一致大小均勻的5個番茄果實，打成勻漿，稱取 (5 ±0.1) g果肉勻漿于30 mL的螺絲口樣品瓶中，并加入 3 g 無水氯化鈉 (分析純) 與 10 μL 0.04 μL/mL 的 3-壬酮 (色譜純) 標(biāo)樣，立即用錫箔紙封口并旋緊瓶蓋，置于50℃恒溫磁力攪拌器 (攪拌速率為300 r/min) 上，平衡10 min，然后頂空固相微萃取40 min，立即插入色譜氣化室，解吸3 min，進行GC-MS分析。每個處理3次重復(fù)，取其平均值。

2) 儀器參數(shù) 氣相條件：色譜柱為HPINNOWAX彈性石英毛細(xì)管柱 (60 m × 0.25 mm，0.25 μm) ；進樣口溫度為250℃，采用不分流進樣方式；載氣為高純He (99.999%) ，流速為1.0 mL/min；升溫程序為40℃保持2.5 min，5℃/min升至160℃，然后以10℃/min升溫至230℃，維持5 min。

質(zhì)譜條件：電離方式，電子電離 (electro nionzation，EI) ；電子能量，70 eV；檢測器電壓，1604 V；離子源溫度240℃；傳輸線溫度240℃；全掃描，掃描質(zhì)量范圍35～450 amu。

3) 番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)成分定性及定量分析各組分經(jīng)Xcalibur軟件處理，利用NIST2013譜庫檢索和WILEY (320k compounds Vision 6.0) 檢索定性分析作出鑒定，僅報道正反匹配度均大于800 (最大值1000) 的鑒定結(jié)果[12-13]。

采用內(nèi)標(biāo)法定量分析揮發(fā)性物質(zhì)[14]，計算公式[15]如下：

揮發(fā)性物質(zhì)含量(μg/g)=各組分峰面積/內(nèi)標(biāo)峰面積×內(nèi)標(biāo)量(μg)/樣品量(g)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用Excel2007軟件進行數(shù)據(jù)整理計算；采用SPSS19軟件Duncan新復(fù)極差法進行數(shù)據(jù)的方差分析 (P ＜ 0.05)；使用Origin2016軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄秸稈堆肥對番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)成分及含量的影響

供試番茄果實共檢測出73種揮發(fā)性物質(zhì)，由9種酮類、25種醛類、19種醇類、5種酯類、4種烴類和11種其他類物質(zhì)組成。除CK外其余各試驗處理揮發(fā)性物質(zhì)總含量整體隨著番茄秸稈堆肥添加量的增高而增高，其中T4、T5與T6番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)總含量均高于CK，分別較CK增高20.4%、81.0%與137%，各處理揮發(fā)性物質(zhì)總含量由高到低依次為T6 ＞ T5 ＞ CK ＞ T4 ＞ T2 ＞ T3 ＞ T1 (表 1)。

各處理番茄果實檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)種類主要包括酮類、醛類、醇類、酯類與烴類，其中醛類、醇類物質(zhì)種類較多，酮類、酯類次之，烴類物質(zhì)種類較少，此外還包括部分其他未分類物質(zhì)。堆肥不同配比對番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)種類影響不同，其整體隨堆肥添加量的增高而增高，但揮發(fā)性物質(zhì)總含量較高的T6處理種類卻最低，CK番茄果實共檢測出38種揮發(fā)性物質(zhì)，T2、T6處理檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)種類數(shù)低于CK，分別為34、33種，T1、T3、T4、T5處理檢測出的種類均高于CK，分別為39、44、52、56 種 (表 2)。

此外，7個處理檢測出17種共有揮發(fā)性物質(zhì)成分，分別為2種酮類物質(zhì)、9種醛類物質(zhì)、3種醇類物質(zhì)和3種其他類物質(zhì)。共有揮發(fā)性物質(zhì)總含量占揮發(fā)性物質(zhì)總含量的比例較大，構(gòu)成番茄的主體風(fēng)味。2種酮類共有揮發(fā)性物質(zhì)為6-甲基-5-庚烯-2-酮和香葉基丙酮，均為T6處理含量最高，T1含量最低。共有醛類物質(zhì)含量差異較大，己醛、反-2-庚烯醛、苯甲醛與 (E)-檸檬醛含量以CK最高，反-2-戊烯醛以T2最高，正辛醛與反-2-辛烯醛以T5含量最高，壬醛與反-2-己烯醛以T6處理含量最高。3種醇類物質(zhì)中，順-2-戊烯-1-醇與順-3-己烯-1-醇以T6含量最高，6-甲基-5-庚烯-2-醇以T1處理的含量最高。未分類物質(zhì)中，2-異丁基噻唑的含量占比較大，以T6處理含量最高，T1處理含量最低。在CK、T2與T3、T4和T5這5個處理中分別含有12、1、3和4種特有揮發(fā)性物質(zhì)，其含量較低，其中，CK特有揮發(fā)性物質(zhì)種類較多，說明添加番茄秸稈堆肥產(chǎn)物的處理番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)成分發(fā)生了變化，且不同應(yīng)用配比處理之間也存在一定差異，其差異主要體現(xiàn)在醛類與醇類物質(zhì)上 (表1)。

表 1 不同堆肥配比處理番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)成分及含量(μg/kg)Table 1 Volatile compounds and contents in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

注（Note）：“—” 表示未檢出 Indicates undetected. T1、T2、T3、T4、T5、T6 表示菜園土中添加番茄秸稈堆肥的比例分別為 0%、5%、7.5%、10%、12.5%、15% T1, T2, T3, T4, T5, T6 indicate that the mixture proportion of tomato straw compost with garden soil is 0%, 5%,10%, 12.5%, 15%, respectively.

表 2 不同堆肥配比處理番茄果實各類揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)量Table 2 The quantities of volatile compounds in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

2.2 番茄秸稈堆肥產(chǎn)物對番茄果實各類揮發(fā)性物質(zhì)含量的影響

7個處理檢測到的揮發(fā)性物質(zhì)中醛類與醇類物質(zhì)含量占比較大，其次為酮類物質(zhì)，酯類與烴類物質(zhì)占比較小，此外，還檢測到一些其他未分類物質(zhì)。

T5與T6處理的番茄果實酮類物質(zhì)含量較CK高16.3%與25.9%，其余各處理含量低于CK。酮類物質(zhì)種類較少但含量較高主要是由于6-甲基-5-庚烯-2-酮的含量在酮類物質(zhì)中占比較大，其次為香葉基丙酮。

醛類物質(zhì)以T6處理番茄果實含量最高，其中，己醛與反-2-己烯醛在醛類物質(zhì)中占比較大，反-2-庚烯醛與反-2-辛烯醛次之。常規(guī)栽培對照組CK的番茄果實醛類物質(zhì)含量占比最大，約占其總含量的一半。

而添加堆肥產(chǎn)物的處理中醇類物質(zhì)含量較高，且各試驗處理含量均顯著高于CK，并隨堆肥產(chǎn)物添加量的增高而增高。醇類物質(zhì)含量占比較大的物質(zhì)主要是C6醇 (正己醇、順-3-己烯-1-醇與反-2-己烯-1-醇)。T6處理番茄果實的正己醇含量高達(dá)2743μg/kg，在所有揮發(fā)性物質(zhì)含量中最高。

CK未檢出酯類物質(zhì)。其余各處理中，除T3酯類物質(zhì)含量低于T1外，除CK外其余各處理含量均高T1，且整體呈現(xiàn)出隨堆肥產(chǎn)物添加量增高而增高的趨勢，其中占主要成分的物質(zhì)為水楊酸甲酯。

烴類物質(zhì)含量整體較低，對番茄果實風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。此外，在未分類物質(zhì)中2-異丁基噻唑含量較高 (表1、表2、表3)。

表 3 不同堆肥配比處理番茄果實各類揮發(fā)性物質(zhì)的總含量(μg/kg)Table 3 Total contents of volatile substances in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

2.3 番茄秸稈堆肥產(chǎn)物對番茄果實特征效應(yīng)成分及含量的影響

7個處理番茄果實共檢測出11種特征效應(yīng)化合物，分別為β-紫羅酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、順-3-己烯醛、2-異丁基噻唑、順-3-己烯-1-醇、己醛、反-2-庚烯醛、水楊酸甲酯和1-戊烯-3-酮，其中，CK、T2、T4與T5檢測出9種，T1、T3與T6檢測出8種。不同番茄秸稈堆肥產(chǎn)物添加量不同，對番茄果實特征香氣含量影響不同，除CK外，特征效應(yīng)化合物總含量整體隨堆肥產(chǎn)物添加量的增高而增高，其中，T1處理番茄果實特征效應(yīng)化合物總含量最低，T5與T6處理總含量分別較CK增高24.8%與72.2%，由高到低具體表現(xiàn)為 T6 ＞ T5 ＞ CK ＞ T4 ＞ T2 ＞ T3 ＞ T1 (表 4)。

11種特征效應(yīng)化合物中6-甲基-5-庚烯-2-酮、己醛、反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇與2-異丁基噻唑為7個處理的共有成分，T5處理番茄果實的反-2-庚烯醛含量最高，CK處理果實的己醛含量最高，其余共有特征效應(yīng)化合物均以T6處理含量最高。

表 4 不同堆肥配比處理番茄果實特征效應(yīng)化合物及其含量(mg/kg)Table 4 The characteristics of aroma components and content in tomato fruit under different mixture proportion of straw compost

番茄果實特征效應(yīng)化合物具有青香、果香、花香及特殊氣味，本試驗檢測到的11種特征效應(yīng)化合物中己醛、順-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇、水楊酸甲酯具有青香，其中己醛與番茄果實的甜味有關(guān)，CK的己醛含量最高，T3處理最低，具體表現(xiàn)為 CK ＞ T5 ＞ T1 ＞ T2 ＞ T6 ＞ T4 ＞ T3；6-甲基-5-庚烯-2-酮、反-2-己烯醛、3-甲基丁醇與2-異丁基噻唑具有果香，且2-異丁基噻唑具有獨特的番茄香味，以T6處理番茄果實含量最高，6-甲基-5-庚烯-2-酮與番茄風(fēng)味、整體滿意度、腐敗味等相關(guān)，7個處理含量由高到低依次為 T6 ＞ T5 ＞ CK ＞ T2 ＞ T3 ＞T4 ＞ T1；β-紫羅酮具有紫羅蘭花香，與果實的酸味有關(guān)，所有處理中只有CK、T4、T5和T6中檢測到了 β-紫羅酮，其含量具體表現(xiàn)為 T6 ＞ T5 ＞ CK ＞ T4。

2.4 番茄秸稈堆肥產(chǎn)物對番茄果實產(chǎn)量的影響

堆肥產(chǎn)物添加量不同對番茄平均單株產(chǎn)量的影響不同。CK的番茄平均單株產(chǎn)量最高，除T1處理與T2處理番茄單株產(chǎn)量顯著低于CK外，其余各處理均與CK無顯著性差異。除CK外，其余各處理單株產(chǎn)量整體隨堆肥產(chǎn)物添加量的增高呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，以T5處理單株產(chǎn)量最高且與CK差異最小。各試驗處理番茄單株產(chǎn)量由高到低依次為CK ＞T5 ＞ T6 ＞ T3 ＞ T4 ＞ T2 ＞ T1 (圖 1)。

圖 1 不同堆肥配比對番茄產(chǎn)量的影響Fig. 1 Effect of compost addition percentage on yield of tomato

3 討論

目前，已報道的番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)種類已經(jīng)超過400種[16]，主要包括醛類、酮類、醇類、酯類與烴類等，本試驗7個處理共檢測出73種揮發(fā)性物質(zhì)，施用堆肥產(chǎn)物處理與常規(guī)栽培處理揮發(fā)性物質(zhì)種類差異較大，施用堆肥產(chǎn)物處理果實的醇類與酯類含量較高，而常規(guī)栽培處理的果實醛類物質(zhì)含量較高。主要是由于施用堆肥產(chǎn)物的處理中果實正己醇、順-3-己烯-1-醇、反-2-己烯-1-醇與水楊酸甲酯含量占比較大，而常規(guī)栽培處理的果實己醛與反-2-己烯醛占比較大。常規(guī)栽培對照組番茄果實共檢測出12種特有揮發(fā)性物質(zhì)，但施用堆肥產(chǎn)物的處理中特有物質(zhì)較少，說明施用番茄秸稈堆肥的處理番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)成分發(fā)生了變化。

番茄果實香味主要取決于特征效應(yīng)化合物的種類與含量。已被鑒定的番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)中含量大于1 nL/L的有29種[17]，其中對數(shù)閾值單位大于0的有16種，Baldwin等[18]認(rèn)為這16種成分即為番茄的主要特征效應(yīng)化合物。本試驗檢測出其中11種番茄特征效應(yīng)化合物，堆肥產(chǎn)物與菜園土混配占比為10%與15%的處理番茄果實特征效應(yīng)化合物總含量均高于常規(guī)栽培，說明適宜的番茄秸稈堆肥產(chǎn)物應(yīng)用配比可以有效提高番茄的風(fēng)味品質(zhì)。本試驗中未檢測到3-甲基丁醛、苯乙醛、β-大馬酮、2-苯乙醇和1-硝基-2-乙基苯，原因可能是由品種和栽培條件所致[19]。此外，研究顯示，本試驗檢測到的牻牛兒醛、檸檬醛、香葉基丙酮和愈創(chuàng)木酚等對數(shù)閾值單位為負(fù)的芳香物質(zhì)也會作為背景信息影響番茄香氣[20]，且香葉基丙酮的前體物質(zhì)為類胡蘿卜素[21]，對番茄果實胡蘿卜素也有間接的影響，以混配占比為15%的處理含量最高，10%的處理次之。

β-紫羅酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、順-3-己烯醛、己醛、順-3-己烯-1-醇、1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、2-異丁基噻唑與水楊酸甲酯這10種番茄的特征效應(yīng)化合物以適當(dāng)用量混合，就可獲得新鮮番茄的芳香味道[22]，這些物質(zhì)主要具有果香、花香與青香，且其中大部分物質(zhì)含量以T6處理最高，T5處理次之，6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-甲基丁醇與反-2-己烯醛使番茄具有果香，其中，6-甲基-5-庚烯-2-酮的前體物質(zhì)為番茄紅素[23]，混配占比為10%與15%的處理中6-甲基-5-庚烯-2-酮含量較高，也可間接說明這兩個處理番茄紅素含量較高，這與李恕艷等的研究結(jié)果一致[24]；β-紫羅酮使番茄具有花香，其含量也以混配占比為15%的處理最高，10%的處理次之；己醛與順-3-己烯醇使番茄具有青香；水楊酸甲酯具有似冬青味的香氣；2-異丁基噻唑是天然存在于番茄中主導(dǎo)人們喜好的較為重要的因子[25]，具有獨特的番茄香味，以混配占比為15%的處理含量最高。這10種物質(zhì)相互作用形成番茄獨特的香味，但各種物質(zhì)間的具體的互作方式還需要進一步研究與探討。

農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過高溫堆腐可以作為有機肥施用，其可提高微生物的活性，從而有效改善土壤的理化性狀，加速土壤有機氮的礦化，礦化過程的增加會促進難溶性養(yǎng)分釋放，增加速效養(yǎng)分的含量[26-29]，從而促進作物生長。本試驗中，隨堆肥添加量的增高，番茄產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢，以混配占比為12.5%的處理產(chǎn)量最高，說明番茄秸稈堆肥與菜園土以適宜比例混配對番茄產(chǎn)量有積極影響，但超過一定量則會產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，這與耿鳳展[9]的研究結(jié)果一致。番茄秸稈作為農(nóng)業(yè)廢棄物再利用，并且其作為有機肥以適宜的比例施用后番茄產(chǎn)量與常規(guī)栽培無顯著性差異。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，當(dāng)番茄秸稈堆肥產(chǎn)物與菜園土混配占比為10%與15%時，番茄果實揮發(fā)性物質(zhì)總含量與特征效應(yīng)化合物含量均顯著高于常規(guī)栽培番茄果實，其中，混配占比為15%的處理番茄果實風(fēng)味品質(zhì)較優(yōu)，但混配占比為12.5%的處理番茄產(chǎn)量最高。綜合考慮果實產(chǎn)量和風(fēng)味，采用12.5%的混配占比栽培番茄效果最佳。說明番茄秸稈經(jīng)過堆腐處理后可以作為有機肥料用于番茄的生產(chǎn)，不僅可以使廢棄物資源再利用，還可以有效改善番茄的風(fēng)味品質(zhì)。