摘要：為探究不同品種甘藍常規(guī)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)間的差異，采用生理生化測定方法和氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技術(shù)對8個品種甘藍的外觀品質(zhì)、理化品質(zhì)及揮發(fā)性組分進行檢測，并對其品質(zhì)進行綜合評價。結(jié)果表明，葉球質(zhì)量最大的為‘尼森’；‘探春’的縱徑、呼吸強度高于其他品種；橫徑、維生素C含量最高的為‘晚豐’；‘成功65’可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖含量均最高。8個品種甘藍中共鑒定出99種揮發(fā)性物質(zhì)，其中醛類、醇類、雜環(huán)類物質(zhì)是甘藍特征性香氣的主要成分；甘藍的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)主要包括茴香腦、2-異丁基-3-甲基吡嗪、5-甲基-2-呋喃甲醇、芳樟醇、乙酸異戊酯、苯乙醛、2-癸烯醛等。綜合評價得分最高的是‘中甘107’，可作為新品種選育及定向育種的優(yōu)良品種。以上研究結(jié)果為甘藍后續(xù)開發(fā)利用提供了方向，為寧南山區(qū)甘藍的品質(zhì)評價、定向育種和生產(chǎn)加工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：甘藍；采后品質(zhì)；揮發(fā)性物質(zhì)；主成分分析；綜合評價

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0320

中圖分類號：S635.1

文獻標志碼：A

文章編號：1008?0864（2025）01?0165?16

甘藍（Brassica oleracea var. capitata L.），又名卷心菜、蓮花菜、包菜，是十字花科蕓薹屬植物，由于其抗逆性強、產(chǎn)量高、耐貯運等優(yōu)點，已經(jīng)在全國各地廣泛種植，每年種植面積約90萬hm2[1]。甘藍葉球中富含維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等多種營養(yǎng)物質(zhì)，口感脆甜，在蔬菜栽培和出口貿(mào)易中占有重要地位[2?3]。寧夏六盤山區(qū)是我國重要的高山特色優(yōu)質(zhì)蔬菜主產(chǎn)區(qū)之一，尤其是以固原市為主的產(chǎn)地因地處高原，氣候涼爽、光照充足、土壤肥沃、環(huán)境清潔無污染，種植冷涼蔬菜有著天然優(yōu)勢。近年來，利用氣候和地域優(yōu)勢，該地大力發(fā)展冷涼蔬菜種植，“專業(yè)合作社”“高科技種植”“產(chǎn)銷一體化”等都已成為當?shù)氐奶厣珮撕瀃4]。隨著蔬菜外銷供應量的持續(xù)增加，對于甘藍新優(yōu)品種的供應提出了新要求。張曉娟等[5]通過分析寧夏地區(qū)冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，寧南地區(qū)因氣候環(huán)境、生產(chǎn)力水平、種植技術(shù)等因素影響，冷涼蔬菜表現(xiàn)出產(chǎn)品單一、集中上市的特點，直接影響了農(nóng)戶的種植收益。但目前對于寧夏地區(qū)冷涼蔬菜的周年變化趨勢、栽培品種、種植模式等方面的研究較少，為促進區(qū)域高山特色優(yōu)質(zhì)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，本研究以8種新引進甘藍為研究對象，探究成熟期各品種甘藍外觀品質(zhì)、理化指標和揮發(fā)性物質(zhì)的差異，利用主成分分析和聚類分析的方法建立綜合評價模型，以期為甘藍的品種選育、改良以及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 材料與試劑

試驗選用的8個甘藍品種，包括‘曼戈特’‘探春’‘尼森’‘佳美特’‘成功65’‘中甘107’‘晚豐’和‘蘇甘198’，均采自寧夏回族自治區(qū)西吉縣將臺堡鎮(zhèn)冷涼蔬菜種植基地（35.97°N、105.73°E）。西吉縣位于寧夏南部山區(qū)，靠近六盤山，海拔1 688～2 633 m，年均降雨量400 mm左右，氣候冷涼，土壤結(jié)構(gòu)適宜冷涼蔬菜生產(chǎn)，且土壤、水源無污染，生產(chǎn)的蔬菜屬于綠色、無公害農(nóng)產(chǎn)品[6]。試驗選取大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的成熟期甘藍，于8月中旬采收并運回實驗室，部分置于0 ℃冷庫，用于品質(zhì)及呼吸強度的測定，剩余樣品置于-80 ℃冰箱，用于揮發(fā)性組分測定。

試驗所需試劑有2，6-二氯酚靛酚鈉、碳酸氫鈉、草酸、氫氧化鈉、酚酞指示劑、蒽酮、無水乙醇、硫酸等，均為分析純，購于寧夏銀川偉博生物技術(shù)公司。

1.1.2 儀器與設備

BG-JS2 榨汁機，中國美的公司；FL203電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；TGL-10B 離心機，上海安亭科學儀器廠；HH-M6恒溫水浴鍋，江蘇新春蘭科學儀器有限公司；EGM-5 碳通量測定系統(tǒng)，美國Stable MicroSystems公司；PAL-3數(shù)顯式折光儀，日本愛拓；氣相離子遷移譜聯(lián)用儀，德國GAS。

1.2 試驗方法

1.2.1 品質(zhì)指標測定

采用電子稱稱量葉球質(zhì)量；采用游標卡尺測定橫徑和縱徑，并根據(jù)公式（1）計算球形指數(shù)；參照張浩宇[7] 的方法采用EGM-5碳通量測定系統(tǒng)測定葉球呼吸強度；采用PAL-3數(shù)顯式折光儀測定可溶性固形物含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用酸堿滴定法測定可滴定酸含量；采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量[8]。

球形指數(shù)=葉球縱徑/葉球橫徑（1）

1.2.2 揮發(fā)性成分測定

利用氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GCIMS）技術(shù)檢測不同品種甘藍的揮發(fā)性成分，使用正酮C4～C9作為外標參考計算每種化合物的保留指數(shù)，基于揮發(fā)性物質(zhì)的氣相色譜保留時間和離子遷移時間對揮發(fā)性組分進行定性分析。以NIST 氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫進行匹配分析。每個品種甘藍各取3顆，切取葉球中心部位后破碎混勻，稱取2 g 樣品置于20 mL頂空瓶中，密閉封口上機測定，每個樣品平行測定3次。

自動頂空進樣條件：進樣體積500 μL，孵育時間15 min、孵育溫度60 ℃，進樣針溫度85 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r·min-1，振蕩加熱、不分流模式。

GC 條件：載氣流量程序設置為初始2 mL·min-1，保持2 min，2～10 min 內(nèi)線性增加至10 mL·min-1，10～20 min線性增加至100 mL·min-1，20～25 min線性增加至150 mL·min-1，總分析時間為25 min。

IMS條件：漂移氣流量為150 mL·min-1，分析時間25 min，色譜柱類型為FS-SE-54-CB-115 mID、0.53 mm，柱溫60 ℃，載氣/漂移氣為N2、純度99.999 %，IMS 溫度為45 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019 記錄匯總原始數(shù)據(jù)，利用TBtools 繪制熱圖，利用Origin 2023 進行單因素方差分析和主成分分析、繪圖。利用GC-IMS 機載軟件LAV、Gallery和Reporte繪制指紋圖譜，利用IMS 和NIST 數(shù)據(jù)庫對揮發(fā)性物質(zhì)進行定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種甘藍外觀品質(zhì)分析

不同品種甘藍外觀性狀如表1所示，葉球質(zhì)量是衡量甘藍大小的重要指標，‘尼森’的葉球質(zhì)量最大，為2.13 kg，顯著高于除‘探春’‘佳美特’‘晚豐’外的其他品種（Plt;0.05），‘中甘107’的葉球質(zhì)量最小，僅為0.94 kg。各甘藍品種的橫徑為13.90～22.90 cm，其中‘晚豐’的橫徑最大，‘成功65’的最小，‘晚豐’的葉球橫徑與‘中甘107’無顯著差異，但顯著高于其他品種（Plt;0.05）。各甘藍品種的縱徑為13.70～21.77 cm，其中‘探春’的縱徑最大，‘中甘107’的最低。球形指數(shù)是葉球縱徑和橫徑的比值，是甘藍葉球品質(zhì)的標準之一，從甘藍球形指數(shù)來看，各品種之間球形指數(shù)存在差異，球形指數(shù)最大值為1.44，呈牛心狀，最小值為0.65，呈扁圓。

2.2 不同品種甘藍的理化品質(zhì)分析

果蔬在采收后，呼吸作用作為主要的生理代謝活動，為果蔬采后生命活動提供能量[9]，果蔬呼吸強度越小，物質(zhì)消耗越慢，貯藏壽命更長[10]。由表2可知，‘探春’的呼吸強度最大，為25.75 mg·kg-1·h-1，‘佳美特’的呼吸強度最小，為5.79 mg·kg-1·h-1，‘探春’的呼吸強度為‘佳美特’的4.45倍，‘佳美特’的呼吸強度顯著低于除‘ 尼森’外的其他品種（Plt;0.05）。

可溶性固形物、可溶性糖和可滴定酸是影響果蔬品質(zhì)的重要代謝物質(zhì)，在果蔬風味品質(zhì)的形成中具有重要作用[11]?！晒?5’的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸的含量均最高，分別為9.57%、4.64%、0.18%，‘尼森’的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸的含量均最低，分別為6.67%、3.28%、0.09%；且‘成功65’的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量均顯著高于‘尼森’（Plt;0.05）。

維生素C存在于多種蔬菜與水果中，是人體必需的主要維生素之一，但不能被人體合成。維生素C含量是衡量甘藍品質(zhì)的重要指標之一，維生素C含量越高其品質(zhì)越好[12]?！碡S’的維生素C含量最高，為18.34 mg·100 g-1，‘尼森’的維生素C含量最低，為15.15 mg·100 g-1，顯著低于‘晚豐’（Plt;0.05）。

2.3 不同品種甘藍揮發(fā)性成分分析

2.3.1 不同品種甘藍揮發(fā)性物質(zhì)定性和定量分析

由表3可知，在不同品種甘藍葉球中共定性出99種揮發(fā)性物質(zhì)，其中包括醛類18種、醇類16種、雜環(huán)類15種、酯類11種、酮類10種、酚類7種、酸類7種、萜類5種、其他類化合物10種。

揮發(fā)性化合物的定量分析由IMS系統(tǒng)計算的峰體積表示。如圖1所示，8個甘藍品種中，醛類物質(zhì)的含量均最高，占比均在22.8%以上，主要的醛類物質(zhì)有苯乙醛、2-癸烯醛；其次是醇類和雜環(huán)類物質(zhì)，醇類的占比在16.4%以上，‘中甘107’中醇類的含量最高；雜環(huán)類的占比在16.7%～19.3%，‘曼戈特’中醛類和雜環(huán)類物質(zhì)的含量均最高。

醛類是脂肪氧化過程中產(chǎn)生的一類物質(zhì)，其閾值較低，對風味貢獻較大[13]。其中，壬醛具有生青味、輕微辛辣[14]；糠醛具有焦糖、苦杏仁味[14]；癸醛具有甜橙、生青味[14]；2-甲基丁醛具有堅果香、黑巧克力的香味[15]。醇類物質(zhì)主要來源于脂肪酸的降解和支鏈氨基酸的代謝，不飽和或質(zhì)量分數(shù)較高的醇類物質(zhì)閾值較低，對風味貢獻較大[16]。其中，1-壬醇具有生青味、玫瑰、橙子味[17]；2，3-丁二醇具有果味、黃油、奶酪味[18]。甘藍中檢測到的雜環(huán)類物質(zhì)主要包括吡嗪、噻唑，吡嗪類物質(zhì)主要來源于美拉德反應和Strecker降解反應[19]。吡嗪類物質(zhì)閾值較低，具有濃郁的烘焙香、堅果香和咖啡香，對香氣起重要作用[15]。其中，2-甲基吡嗪具有似牛肉加熱時的香味和果仁香味[20]，2，3，5-三甲基吡嗪具有烤土豆、炒堅果、壤香、發(fā)酵霉香的香氣[20]。酯類主要來源于有機酸和醇的酯化反應，常具有水果和清甜的香氣[21]，主要包括具有乳香、奶油、果香的乳酸乙酯[18]，具有甜果、朗姆酒香的異丁酸乙酯[17]，具有玫瑰、花香、蜂蜜香的乙酸苯乙酯[18]。甘藍中多種揮發(fā)性成分相互協(xié)調(diào)，使其呈現(xiàn)出獨特的風味，不同品種的甘藍也因各物質(zhì)相對含量的差異而呈現(xiàn)出不同風味。除了一些特征性的香味物質(zhì)外，甘藍中還檢測出了令人不愉快的氣味，比如正丁醛具有刺激氣味[22]，異丁醇具有化學溶劑味、苦味[18]，丙酸、丁酸具有辛辣、腐臭等化學氣味[23]，己酸、辛酸、壬酸具有奶酪、脂肪、腐敗味[18， 24]。

2.3.2 不同品種甘藍揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜分析

不同品種之間主要的揮發(fā)性物質(zhì)差異如圖2 所示，圖中顏色的深淺表示揮發(fā)性成分含量的差異，縱列表示不同品種的同一種揮發(fā)性物質(zhì)，橫行表示同一品種的不同揮發(fā)性物質(zhì)。黃框所示物質(zhì)在不同品種甘藍中含量均相對較高，可作為甘藍的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)，包括茴香腦、2-異丁基-3-甲基吡嗪、5-甲基-2-呋喃甲醇、芳樟醇、乙酸異戊酯、苯乙醛、2-癸烯醛等。紅框所示物質(zhì)在該品種中含量相對較高，可作為該品種的特征揮發(fā)性物質(zhì)。‘曼戈特’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括正辛醇、2-甲基噻吩、丙位庚內(nèi)酯、對烯丙基苯甲醚、對異丙基苯甲醇等?！嵘刑卣鲹]發(fā)性物質(zhì)包括香茅醇、糠醇、正辛醇、苯乙酸乙酯、丙位庚內(nèi)酯、2-乙酰基噻唑、2-甲基噻吩?！衙捞亍刑卣鲹]發(fā)性物質(zhì)包括對烯丙基苯甲醚、癸醛、對異丙基苯甲醇等?！晒?5’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括糠醇、4-甲基愈創(chuàng)木酚、反，反-2，4-壬二烯醛等。‘蘇甘198’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括2-庚基呋喃、二乙二醇丁醚等?！懈?07’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括異戊醇、2，3-戊二酮、乙酸苯乙酯、3- 甲硫基丙醛、2- 乙?；量?、2，2，4，6，6-五甲基庚烷等?！碡S’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括異戊醇、3-甲硫基丙醛、2，2，4，6，6-五甲基庚烷等。‘探春’中特征揮發(fā)性物質(zhì)包括異丁醇、苯乙酸乙酯等。

2.4 不同品種甘藍綜合評價分析

除去球形指數(shù)單個指標及甘藍中檢測出的不良揮發(fā)性物質(zhì)（正丁醛、異丁醇、丙酸、丁酸、己酸、辛酸、壬酸），對8個品種甘藍的17個品質(zhì)指標進行主成分（principle component，PC）分析，如表4所示，選取5個特征值大于1的主成分，其方差貢獻率依次為29.13%、21.76%、17.29%、10.72%、7.01%，累計貢獻率達85.91%，能夠表征原始數(shù)據(jù)的絕大部分有效信息，表明這5個主成分可作為評價不同品種甘藍品質(zhì)的綜合指標，達到降維的目的。

如表5所示，PC1貢獻率較大的有酸類、其他類揮發(fā)性成分；PC2中萜類揮發(fā)性成分貢獻率最大，其次是酯類揮發(fā)性成分；PC3中以雜環(huán)類和醇類揮發(fā)性成分的影響為主；PC4貢獻率較大的為呼吸強度和維生素C含量；PC5中以葉球質(zhì)量的貢獻為主。依據(jù)各成分的貢獻率可知，對甘藍品質(zhì)影響較大的指標主要是酸類、其他類、萜類、酯類、雜環(huán)類、醇類、呼吸強度、維生素C含量和葉球質(zhì)量。

在主成分分析的基礎(chǔ)上，以5個主成分和其對應的特征值占總特征值的比值為權(quán)重（F），得出主成分的綜合評價方程（F 綜合）如下。

F 綜合=（0.291 3F1+0.217 6F2+0.172 9F3+0.107 2F4+0.070 1F5）/0.859 1 （2）

計算出8個甘藍品種的綜合得分和排名，如表6所示，‘中甘107’綜合評價效果最好，綜合得分為1.49；‘探春’得分最低，為-1.71。

2.5 不同品種甘藍聚類分析

采用熱圖聚類分析能更直觀地展示出同一類甘藍的共同特征。以測定的17個指標為依據(jù)，對8個甘藍品種進行聚類分析，如圖3所示，8個品種被劃分為2 大類，第Ⅰ類包括‘ 晚豐’和‘ 中甘107’，此類品種甘藍的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、維生素C含量較高，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，萜類、醛類、雜環(huán)類物質(zhì)含量相對較低，此類品種甘藍可考慮進行深加工處理，開發(fā)成甘藍汁、糕點、凍干片等休閑食品。第Ⅱ類包括‘探春’‘尼森’‘曼戈特’‘蘇甘198’‘佳美特’‘成功65’，其葉球重、縱徑等外觀性狀均較好，且萜類、醛類、雜環(huán)類、酯類、酮類、醇類等甘藍主要特征香氣物質(zhì)含量較高，該類甘藍作為鮮食品種進行推廣可能具有廣闊前景。

3 討論

作物品質(zhì)受品種遺傳特性、生長環(huán)境、栽培措施等多種因素的綜合影響，遺傳特性是決定其品質(zhì)的內(nèi)在因素，生長環(huán)境和栽培措施是決定其品質(zhì)的外在因素[25?26]，品質(zhì)是實現(xiàn)其商品價值的關(guān)鍵，可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、維生素C含量是影響蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標[27]，并且與蔬菜的風味、口感、營養(yǎng)價值密切相關(guān)。本研究中，甘藍可溶性固形物、可溶性糖的含量略高于張鵬等[28]、陳德明等[29]的研究結(jié)果，甘藍維生素C的含量略低于張鵬等[28]、謝言東等[30]的研究結(jié)果，這可能是由于品種間的差異或栽培措施和生長環(huán)境不同所造成的。

王冬梅[31]利用GC-MS檢測新鮮甘藍，結(jié)果表明，甘藍的風味物質(zhì)主要分為酯類、酸類、醇類、醛類、酮類、稀烴類、腈類、甲基硫化物及其他環(huán)狀化合物，其中醇類、醛類、酯類、其他類化合物為甘藍的主要風味物質(zhì)，包括乙醇、2，3-二甲基吡嗪、硫氰酸甲酯、異硫氰酸稀丙酯、1，3-丙二胺和2，3-二氫呋喃等。這與本研究采用GC-IMS測定的結(jié)果有一定的差異，可能是由于所采用的甘藍品種不同，或者是由于GC-MS 技術(shù)檢測的大多是大分子且含量較高的揮發(fā)性成分，而GCIMS檢測出的大多為小分子、揮發(fā)性強的揮發(fā)性成分。

申領(lǐng)艷等[32]以35個結(jié)球甘藍為材料進行因子分析、綜合評價，篩選出15個綜合品質(zhì)較好的品種。劉敏等[33]基于主成分綜合評價及綜合隸屬函數(shù)得分對結(jié)球甘藍品種進行排名，篩選出5個綜合性狀表現(xiàn)突出的品種，作為良種繁育的潛在材料。趙樂杰等[34]對11份秋甘藍品種進行主成分分析及綜合評價，篩選出5份綜合得分較高的品種。 這些研究主要集中在通過綜合評價甘藍的農(nóng)藝性狀來篩選優(yōu)良品種。陳德明等[29]以10個甘藍品種的生長、生理、品質(zhì)及產(chǎn)量指標進行綜合分析，得出綜合表現(xiàn)優(yōu)異的品種，馮海萍等[35]基于生物學特性、產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)等對寧南山區(qū)9個甘藍品種進行綜合評價，篩選出4個優(yōu)勢品種。但相較于本研究，所選用評價指標較少，且涉及到的品種不同。本研究通過測定寧南山區(qū)新引進的8個品種甘藍的外觀品質(zhì)、理化品質(zhì)及揮發(fā)性成分，并采用主成分分析法對甘藍品質(zhì)進行綜合評價，相比前述研究更加深入和系統(tǒng)。

揮發(fā)性成分通常是果蔬香氣的主要來源，香氣是評價商品品質(zhì)的重要指標[36]，但香氣的呈味不僅與揮發(fā)性成分的含量有關(guān)，而且與其風味閾值有關(guān)[37]，本研究僅探究了甘藍揮發(fā)性成分的含量，后續(xù)可通過進一步研究其風味閾值確定其對香氣的貢獻率，從而精確其有效香氣組成結(jié)構(gòu)。主成分綜合分析法已廣泛應用到水稻、大豆、藍莓、鴨梨等品種品質(zhì)的綜合評價中[38-41]，本研究中，‘中甘107’的綜合得分最高，這可能與其營養(yǎng)成分含量較高且揮發(fā)性成分累積量較高有關(guān)，該品種可考慮作為寧南山區(qū)甘藍栽培的優(yōu)勢品種。

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基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD1600305）。