• ISSN 1008-505X
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番茄秸秆堆肥提高番茄果实风味的适宜添加比例研究

胡晓婷 陈丹艳 牛博宇 牟孙涛 辛鑫 武永军 杨振超

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番茄秸秆堆肥提高番茄果实风味的适宜添加比例研究

    作者简介: 胡晓婷 E-mail:huxiaoting0420@163.com;
    通讯作者: 杨振超, E-mail:yangzhenchao@nwafu.edu.cn

The suitable percentage of tomato straw compost in graden soil for improvement of tomato flavor

    Corresponding author: Zhen-chao YANG, E-mail:yangzhenchao@nwafu.edu.cn
  • 摘要: 【目的】我国蔬菜生产面积大,食用部分收获后的蔬菜废弃物剩余量大,需要妥善处理。本文以番茄秸秆废弃物为原料进行堆肥,研究了其与菜园土混合作为基质用于番茄生产后,对番茄果实挥发性物质含量的影响,为番茄秸秆堆肥的科学应用提供依据。【方法】选用陕西地区的主栽番茄品种‘金棚1号’为试验材料,以常规基质 (氮磷钾总养分含量 ≥ 2%,有机质 ≥ 30%) 栽培为对照 (CK) 进行了盆栽试验,设置6个番茄秸秆堆肥与菜园土混配质量占比为0% (T1)、5% (T2)、7.5% (T3)、10% (T4)、12.5% (T5)、15% (T6)。在果实成熟期取样,利用顶空固相微萃取−气相色谱−质谱联用技术 (SPME-GC-MS) 测定番茄果实挥发性物质成分和含量。【结果】7个试验处理的番茄果实共检测出73种挥发性物质,包括9种酮类、25种醛类、19种醇类、5种酯类和4种烃类与11种其他未分类成分,施用堆肥的各处理挥发性物质种类与常规栽培相比差异较大,主要体现在醛类与醇类物质种类上;不同应用配比的堆肥产物对番茄果实挥发性物质含量影响不同,其总含量由高到低依次为T6 > T5 > CK > T4 > T2 > T3 > T1,整体随堆肥产物施用量的增高而增高,其中T5与T6处理的挥发性物质总含量分别较常规栽培番茄提高了81.0%与137%。被检测出的挥发性物质中包含11种番茄特征效应化合物,影响青香、果香与花香这3种类型的香气成分的总含量与挥发性物质总含量高低顺序一致,且T5与T6处理的番茄特征效应化合物总含量分别较常规栽培番茄提高了24.8%与72.2%;T5处理的番茄产量高于T6处理,且与对照无显著性差异。【结论】番茄秸秆经过堆腐处理后作为有机肥料用于番茄生产,不仅可实现番茄秸秆废弃物资源再利用,还可以有效改善番茄的风味品质,使果实香气丰富,果味浓郁。在本试验条件下,将12.5%的番茄秸秆堆肥产物与园土混配 (质量比) 时,番茄果实挥发性物质成分含量显著高于栽培基质对照,且产量与对照无显著差异,是较适宜的掺混比例。
  • 图 1  不同堆肥配比对番茄产量的影响

    Figure 1.  Effect of compost addition percentage on yield of tomato

    表 1  不同堆肥配比处理番茄果实挥发性物质成分及含量(μg/kg)

    Table 1.  Volatile compounds and contents in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

    序号Number 挥发性物质成分Volatile compounds CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
    酮类Ketone
    1 3-戊酮 3-Pentanone 274 157 376
    2 1-戊烯-3-酮 1-Penten-3-one 300 180 253 78.8 110 232
    3 2-庚酮 2-Heptanone 9.64 29.4
    4 3-辛酮 3-Octanone 52.3 44.8 71.8
    5 1-辛烯-3-酮 1-Octen-3-one 25.0 48.4 68.8
    6 6-甲基-5-庚烯-2-酮 6-Methyl-5-hepten-2-one 1376 424 978 889 772 1472 2193
    7 香叶基丙酮Geranyl acetone 693 79.7 235 145 182 498 757
    8 β-紫罗酮 β-Ionone 67.1 54.7 89.6 109
    9 4-[2,2,6-三甲基-7-氧杂二环[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮
    4-(2,2,6-Trimethyl-7-oxabicyclo[4.1.0]hept-1-yl)-3-buten-2-one
    16.3 7.45 8.95 8.07 14.3 29.0
    醛类Aldehyde
    10 异戊醛 3-Methyl-butanal 12.9
    11 戊醛Pentanal 20.5
    12 己醛Hexanal 1611 750 696 485 577 961 651
    13 反-2-戊烯醛 (E)-2-Pentenal 44.8 72.9 142 47.6 80.1 121 103
    14 顺-3-己烯醛 (Z)-3-Hexenal 3.97
    15 庚醛Heptanal 18.4 31.5 33.7 68.2
    16 反-2-己烯醛 (E)-2-Hexenal 1027 758 777 357 537 653 1468
    17 正辛醛Octanal 9.28 22.2 38.3 33.6 47.6 65.0 61.2
    18 反-2-庚烯醛 (E)-2-Heptenal 291 183 273 141 188 370 287
    19 壬醛Nonanal 19.8 43.8 53.6 44.5 57.3 63.7 189
    20 5-乙基环戊-1-烯甲醛 5-Ethylcyclopent-1-enecarboxaldehyde 33.6 21.3 138
    21 反-2-辛烯醛 (E) -2-Octenal 347 201 273 150 292 579 389
    22 (E,E)-2,4-庚二烯醛 (E,E) -2,4-Heptadienal 137 71.5 106 22.0 47.4 76.9
    23 癸醛Decanal 18.6 47.9 52.0 41.9 36.2 153
    24 苯甲醛Benzaldehyde 143 47.8 190 19.8 31.1 58.0 79.3
    25 反-2-壬烯醛 (Z)-2-Nonenal 32.2 35.0
    26 β-环柠檬醛 β-Cyclocitral 25.6 17.5 16.2 27.6 41.3
    27 反式-2-癸烯醛 (E)-2-Decenal 40.7 18.3 57.3
    28 (Z)-柠檬醛 (Z)-3,7-Dimethyl-2,6-octadienal 104
    29 2-羟基苯甲醛 2-Hydroxy-benzaldehyde 67.8 52.9 62.4
    30 2,4-壬二烯醛 2,4-Nonadienal 45.4
    31 (E)-柠檬醛 (E)-3,7-Dimethyl-2,6-octadienal 244 40.3 94.5 65.8 78.8 174 185
    32 2-十一烯醛 2-Undecenal 6.19
    33 (E,E)-2,4-十二碳二烯醛 (E,E)-2,4-Dodecadienal 80.8
    34 (E,E)-2,4-癸二烯醛 (E,E)-2,4-Decadienal 185 40.5 29.6 140
    醇类Alcohol
    35 1-戊烯-3-醇 1-Penten-3-ol 29.5 64.2 58.6 84.7
    36 2-甲基-1-丁醇 2-Methyl-1-butanol 141
    37 3-甲基丁醇 3-Methyl-1-butanol 213
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    续表 1 Table 1 continued
    序号Number 挥发性物质成分Volatile compounds CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
    38 2-己炔-1-醇 2-Hexyn-1-ol 65.8
    39 1-戊醇 1-Pentanol 118 173 272 147 401 404
    40 反-2-戊烯-1-醇 (E)-2-Penten-1-ol 37.7 9.87 33.5
    41 顺-2-戊烯-1-醇 (Z)-2-Penten-1-ol 4.91 28.9 78.8 77.6 45.2 111 190
    42 正己醇 1-Hexanol 176 814 551 988 1365 2743
    43 顺-3-己烯-1-醇 (Z)-3-Hexen-1-ol 386 477 842 873 954 1116 2414
    44 反-2-己烯-1-醇 (E)-2-Hexen-1-ol 80.8 339 538 530 608 1484
    45 1-辛烯-3-醇 1-Octen-3-ol 31.2 33.5 45.6 43.7 84.5 71.8
    46 6-甲基-5-庚烯-2-醇 6-Methyl-5-hepten-2-ol 8.04 123 125 142 114 94.1 128
    47 反-2-庚烯-1-醇 (E)-2-Hepten-1-ol 11.0 44.8 224 106 242 336
    48 芳樟醇Linalool 9.70
    49 反-2-辛烯-1-醇 (E)-2-Octen-1-ol 12.8 81.6 333 228 494 492
    50 十一醇 1-Undecanol 22.7
    51 牻牛儿醇Geraniol 24.7 27.4
    52 苯甲醇Benzyl alcohol 36.8
    53 2,4-癸二烯-1-醇2,4-Decadien-1-ol 21.0 17.0 56.6
    酯类Ester
    54 乙酸异丁酯Isobutyl acetate 11.6
    55 2-甲基丁基乙酸酯 2-Methyl-1-butanol acetate 62.9
    56 甲酸庚酯Heptyl ester formic acid 30.9 40.0 60.2 79.8 169 135
    57 水杨酸甲酯Methyl salicylate 346 590 276 1531 1528 1615
    58 水杨酸乙酯Ethyl salicylate 56.0
    烃类Hydrocarbon
    59 3,5-二甲基-1-己烯 3,5-Dimethyl-1-hexene 65.3 67.0 103
    60 3,7-二甲基-1,6-辛二烯 3,7-Dimethyl-1,6-octadiene 28.5
    61 3-乙基-1,4-己二烯 3-Ethyl-1,4-hexadiene 223 72.3 137 52.8 79.4
    62 戊基-环丙烷Pentyl-cyclopropane 43.8 122 251 160
    其他Other
    63 2-乙基呋喃 2-Ethyl-furan 5.91
    64 异戊腈 3-Methyl-butanenitrile 17.9
    65 2-正戊基呋喃 2-Pentyl-furan 29.2 24.9 53.8 47.6 105 178 207
    66 2-异丁基噻唑 2-Isobutylthiazole 664 248 492 766 605 723 1125
    67 紫苏烯 3-(4-Methyl-3-pentenyl)-furan 10.2
    68 甲氧基苯基肟Methoxy-phenyl-oxime 27.6 75.2 20.6 29.4 19.3 741
    69 愈创木酚 2-Methoxy-phenol 47.1 326 379 504 524 739
    70 己酸Hexanoic acid 70.5
    71 β-硝基苯乙烷 (2-Nitroethyl)benzene 149 29.8 62.4 36.9 20.1 45.1 65.4
    72 2-甲氧基-3-(2-丙烯基) 苯酚 2-Methoxy-3-(2-propenyl)-phenol 10.3 24.1 43.7 41.5
    73 2,4-二叔丁基苯酚 2,4-Di-tert-butylphenol 20.7 24.5 21.1 20.2 39.0
    总含量Total 8384 5008 8760 7892 10093 15176 19827
    注(Note):“—” 表示未检出 Indicates undetected. T1、T2、T3、T4、T5、T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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.
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    表 2  不同堆肥配比处理番茄果实各类挥发性物质的数量

    Table 2.  The quantities of volatile compounds in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

    类别Group CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
    酮类Ketone 5 5 3 6 9 9 4
    醛类Aldehyde 19 13 12 14 18 20 10
    醇类Alcohol 6 10 11 13 12 13 10
    酯类Ester 0 2 2 2 4 3 2
    烃类Hydrocarbon 2 2 1 2 2 3 1
    其他Other 6 7 5 7 7 8 6
    总计Total 38 39 34 44 52 56 33
    注(Note):T1、T2、T3、T4、T5,T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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.
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    表 3  不同堆肥配比处理番茄果实各类挥发性物质的总含量(μg/kg)

    Table 3.  Total contents of volatile substances in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

    类别Group CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
    酮类Ketone 2452 716 1466 1448 1387 2852 3088
    醛类Aldehyde 4233 2281 2709 1536 2194 3885 3566
    醇类Alcohol 511 1088 2809 3162 3324 4692 8348
    酯类Ester 0 377 630 336 1685 1753 1750
    烃类Hydrocarbon 252 138 137 111 175 433 160
    其他Other 937 408 1009 1299 1328 1561 2916
    总计Total 8384 5008 8760 7892 10093 15176 19827
    注(Note):T1、T2、T3、T4、T5,T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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.
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    表 4  不同堆肥配比处理番茄果实特征效应化合物及其含量(mg/kg)

    Table 4.  The characteristics of aroma components and content in tomato fruit under different mixture proportion of straw compost

    序号Number 化合物Chemical 风味Taste CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
    2 1-戊烯-3-酮 1-Penten-3-one 刺激性气味Irritant smell 300 180 253 78.8 110 232
    6 6-甲基-5-庚烯-2-酮6-Methyl-5-hepten-2-one 果香、清香Fruity and green fragrance 1377 424 978 889 772 1472 2193
    8 β-紫罗酮 β-Ionone 紫罗兰香Violets 67.1 54.7 89.6 109
    12 己醛Hexanal 青香Fragrant 1611 750 696 485 577 961 651
    14 顺-3-己烯醛 (Z)-3-Hexenal 青香Fragrant 3.97
    16 反-2-己烯醛 (E)-2-Hexenal 果香Fruity 1027 758 777 357 537 653 1468
    18 反-2-庚烯醛 (E)-2-Heptenal 青香Fragrant 291 183 273 141 188 370 287
    37 3-甲基丁醇 3-Methyl-1-butanol 杏仁香Almond fragrance 213
    43 顺-3-己烯-1-醇 (Z)-3-Hexen-1-ol 青叶香Leafy green incense 386 477 842 873 954 1116 2414
    57 水杨酸甲酯Methyl salicylate 冬青叶香Holly leaf incense 346 590 276 1531 1528 1615
    66 2-异丁基噻唑 2-Isobutylthiazole 番茄香味Tomato flavor 664 248 492 767 605 723 1125
    总含量Total 5727 3366 5114 3867 5329 7145 9862
    注(Note):“—”表示未检出Indicates undetected. T1、T2、T3、T4、T5、T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-31
  • 刊出日期:  2019-04-01

番茄秸秆堆肥提高番茄果实风味的适宜添加比例研究

    作者简介:胡晓婷 E-mail:huxiaoting0420@163.com
    通讯作者: 杨振超, yangzhenchao@nwafu.edu.cn
  • 1. 西北农林科技大学园艺学院/农业部西北设施园艺工程重点实验室,陕西杨凌 712100
  • 2. 西北农林科技大学生命科学学院,陕西杨凌 712100

摘要: 目的我国蔬菜生产面积大,食用部分收获后的蔬菜废弃物剩余量大,需要妥善处理。本文以番茄秸秆废弃物为原料进行堆肥,研究了其与菜园土混合作为基质用于番茄生产后,对番茄果实挥发性物质含量的影响,为番茄秸秆堆肥的科学应用提供依据。方法选用陕西地区的主栽番茄品种‘金棚1号’为试验材料,以常规基质 (氮磷钾总养分含量 ≥ 2%,有机质 ≥ 30%) 栽培为对照 (CK) 进行了盆栽试验,设置6个番茄秸秆堆肥与菜园土混配质量占比为0% (T1)、5% (T2)、7.5% (T3)、10% (T4)、12.5% (T5)、15% (T6)。在果实成熟期取样,利用顶空固相微萃取−气相色谱−质谱联用技术 (SPME-GC-MS) 测定番茄果实挥发性物质成分和含量。结果7个试验处理的番茄果实共检测出73种挥发性物质,包括9种酮类、25种醛类、19种醇类、5种酯类和4种烃类与11种其他未分类成分,施用堆肥的各处理挥发性物质种类与常规栽培相比差异较大,主要体现在醛类与醇类物质种类上;不同应用配比的堆肥产物对番茄果实挥发性物质含量影响不同,其总含量由高到低依次为T6 > T5 > CK > T4 > T2 > T3 > T1,整体随堆肥产物施用量的增高而增高,其中T5与T6处理的挥发性物质总含量分别较常规栽培番茄提高了81.0%与137%。被检测出的挥发性物质中包含11种番茄特征效应化合物,影响青香、果香与花香这3种类型的香气成分的总含量与挥发性物质总含量高低顺序一致,且T5与T6处理的番茄特征效应化合物总含量分别较常规栽培番茄提高了24.8%与72.2%;T5处理的番茄产量高于T6处理,且与对照无显著性差异。结论番茄秸秆经过堆腐处理后作为有机肥料用于番茄生产,不仅可实现番茄秸秆废弃物资源再利用,还可以有效改善番茄的风味品质,使果实香气丰富,果味浓郁。在本试验条件下,将12.5%的番茄秸秆堆肥产物与园土混配 (质量比) 时,番茄果实挥发性物质成分含量显著高于栽培基质对照,且产量与对照无显著差异,是较适宜的掺混比例。

English Abstract

  • 番茄 (Lycopersicon esculentum Mill.) 作为主栽蔬菜之一,因其独特的风味与丰富的营养深受全世界人民的喜爱[1]。近年来,番茄需求量逐年增高,为追求高产长期大量施用化学肥料,从而导致果实品质降低,风味变差[2]。决定番茄果实风味品质优劣的一个重要因素是挥发性物质。目前我国对番茄风味品质的研究主要集中在可溶性糖、可滴定酸等方面[3-5],针对影响其风味品质的挥发性物质仍处于起步研究阶段。挥发性物质包括醛类、酮类、醇类、酯类及一些含硫化合物等,虽然这些成分总含量仅约2 mg/kg,但作为一个整体,却形成了番茄果实的芳香特征[6]。相较于化学肥料,施用有机肥料可使番茄作物营养更加均衡,从而有效改善番茄的品质[7]。李吉进等[8]在施用有机肥的番茄果实中共检出以正己烷与戊醛等物质为主的50余种挥发性物质,并对施用化学肥料与有机肥料对番茄果实挥发性物质的影响进行了分析讨论。番茄秸秆废弃物经过堆肥处理后作为有机肥料使用,不仅可以使废弃物资源再利用,还可以提高番茄产量,改善品质[9],但利用番茄秸秆废弃物堆肥产物作为有机肥料对番茄挥发性成分的研究还鲜见报道。

    本试验拟研究番茄秸秆废弃物堆肥产物对番茄果实风味的影响,利用固相微萃取−气相色谱−质谱 (solid phase microextraction−gas chromatography−mass spectrometry,SPME-GC-MS) 联用技术,检测番茄果实挥发性物质的含量,通过对成分和含量的对比重点分析探讨番茄秸秆循环利用对改善番茄果实品质的可行性和效果,为循环再利用技术提供理论依据。

    • 本试验所用番茄秸秆取自陕西省杨凌区大寨乡,待完全腐熟后作为供试材料,经检测其化学性质为速效氮含量1.98 g/kg、速效磷含量4.09 g/kg、速效钾含量20.9 g/kg、有机碳含量183 g/kg、pH值8.55、电导率值 (EC) 13.98 mS/cm。供试土壤取自西北农林科技大学北校区园艺场,基本化学性质为有机质含量10.7 g/kg、碱解氮含量50.3 mg/kg、速效磷含量70.3 mg/kg、速效钾含量88.7 mg/kg、pH值7.70、EC值0.58 mS/cm。

      供试番茄品种为‘金棚1号’。

    • SL3001N型万分之一电子天平、恒温磁力搅拌器 (美国Troemner公司);匀浆机 (荷兰飞利浦公司);SPME手动进样手柄、PDMS (75 μm) 萃取头 (美国Supelco公司);HP-INNOWAX弹性石英毛细管柱 (长度60 m × 内径0.25 mm,膜厚0.25 μm) ;ISQ气相色谱—质联用仪 (美国Thermo Fisher Scientific公司)。

    • 试验于2017年5—8月在陕西杨凌西北农林科技大学北校区园艺场塑料大棚内进行。试验共设7个处理,分别以0%、5%、7.5%、10%、12.5%、15%的质量配比将番茄秸秆堆肥添加于菜园土中,记为T1、T2、T3、T4、T5、T6,对照 (CK) 采用常规基质栽培模式进行栽培,CK处理于开花期开始使用1/2剂量霍格兰营养液配方进行浇灌,每3天浇灌一次,每株每次浇灌700 mL,其余处理栽培过程中只浇灌清水。

      使用72孔穴盘进行常规育苗,番茄幼苗长至四叶一心时,选取长势一致的健壮幼苗定植于塑料盆 (直径25 cm) 内,每盆一株,每个处理10株,随机排列,株行距为30 cm × 50 cm,两穗果打顶。采用常规田间管理方式进行病虫害防治及植株调整。

    • 果实成熟期选取生长正常长势一致的植株,选择品相均匀、成熟度一致的第一穗果实进行挥发性物质的测定分析。

    • 每盆番茄植株果实单独记产,使用电子天平称重,并计算平均单株产量 (g/株)。

    • 参考岳钉伊等[10]、张琳等[11]的测定方法并略作修改。

      1) SPME取样  每个处理分别选取成熟期一致大小均匀的5个番茄果实,打成匀浆,称取 (5 ± 0.1) g果肉匀浆于30 mL的螺丝口样品瓶中,并加入3 g无水氯化钠 (分析纯) 与10 μL 0.04 μL/mL的3-壬酮 (色谱纯) 标样,立即用锡箔纸封口并旋紧瓶盖,置于50℃恒温磁力搅拌器 (搅拌速率为300 r/min) 上,平衡10 min,然后顶空固相微萃取40 min,立即插入色谱气化室,解吸3 min,进行GC-MS分析。每个处理3次重复,取其平均值。

      2) 仪器参数  气相条件:色谱柱为HP-INNOWAX弹性石英毛细管柱 (60 m × 0.25 mm,0.25 μm) ;进样口温度为250℃,采用不分流进样方式;载气为高纯He (99.999%) ,流速为1.0 mL/min;升温程序为40℃保持2.5 min,5℃/min升至160℃,然后以10℃/min升温至230℃,维持5 min。

      质谱条件:电离方式,电子电离 (electro nionzation,EI) ;电子能量,70 eV;检测器电压,1604 V;离子源温度240℃;传输线温度240℃;全扫描,扫描质量范围35~450 amu。

      3) 番茄果实挥发性物质成分定性及定量分析  各组分经Xcalibur软件处理,利用NIST2013谱库检索和WILEY (320k compounds Vision 6.0) 检索定性分析作出鉴定,仅报道正反匹配度均大于800 (最大值1000) 的鉴定结果[12-13]

      采用内标法定量分析挥发性物质[14],计算公式[15]如下:

      挥发性物质含量(μg/g)=各组分峰面积/内标峰面积×内标量(μg)/样品量(g)

    • 使用Excel2007软件进行数据整理计算;采用SPSS19软件Duncan新复极差法进行数据的方差分析 (P < 0.05);使用Origin2016软件绘图。

    • 供试番茄果实共检测出73种挥发性物质,由9种酮类、25种醛类、19种醇类、5种酯类、4种烃类和11种其他类物质组成。除CK外其余各试验处理挥发性物质总含量整体随着番茄秸秆堆肥添加量的增高而增高,其中T4、T5与T6番茄果实挥发性物质总含量均高于CK,分别较CK增高20.4%、81.0%与137%,各处理挥发性物质总含量由高到低依次为T6 > T5 > CK > T4 > T2 > T3 > T1 (1)。

      序号Number 挥发性物质成分Volatile compounds CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
      酮类Ketone
      1 3-戊酮 3-Pentanone 274 157 376
      2 1-戊烯-3-酮 1-Penten-3-one 300 180 253 78.8 110 232
      3 2-庚酮 2-Heptanone 9.64 29.4
      4 3-辛酮 3-Octanone 52.3 44.8 71.8
      5 1-辛烯-3-酮 1-Octen-3-one 25.0 48.4 68.8
      6 6-甲基-5-庚烯-2-酮 6-Methyl-5-hepten-2-one 1376 424 978 889 772 1472 2193
      7 香叶基丙酮Geranyl acetone 693 79.7 235 145 182 498 757
      8 β-紫罗酮 β-Ionone 67.1 54.7 89.6 109
      9 4-[2,2,6-三甲基-7-氧杂二环[4.1.0]庚-1-基]-3-丁烯-2-酮
      4-(2,2,6-Trimethyl-7-oxabicyclo[4.1.0]hept-1-yl)-3-buten-2-one
      16.3 7.45 8.95 8.07 14.3 29.0
      醛类Aldehyde
      10 异戊醛 3-Methyl-butanal 12.9
      11 戊醛Pentanal 20.5
      12 己醛Hexanal 1611 750 696 485 577 961 651
      13 反-2-戊烯醛 (E)-2-Pentenal 44.8 72.9 142 47.6 80.1 121 103
      14 顺-3-己烯醛 (Z)-3-Hexenal 3.97
      15 庚醛Heptanal 18.4 31.5 33.7 68.2
      16 反-2-己烯醛 (E)-2-Hexenal 1027 758 777 357 537 653 1468
      17 正辛醛Octanal 9.28 22.2 38.3 33.6 47.6 65.0 61.2
      18 反-2-庚烯醛 (E)-2-Heptenal 291 183 273 141 188 370 287
      19 壬醛Nonanal 19.8 43.8 53.6 44.5 57.3 63.7 189
      20 5-乙基环戊-1-烯甲醛 5-Ethylcyclopent-1-enecarboxaldehyde 33.6 21.3 138
      21 反-2-辛烯醛 (E) -2-Octenal 347 201 273 150 292 579 389
      22 (E,E)-2,4-庚二烯醛 (E,E) -2,4-Heptadienal 137 71.5 106 22.0 47.4 76.9
      23 癸醛Decanal 18.6 47.9 52.0 41.9 36.2 153
      24 苯甲醛Benzaldehyde 143 47.8 190 19.8 31.1 58.0 79.3
      25 反-2-壬烯醛 (Z)-2-Nonenal 32.2 35.0
      26 β-环柠檬醛 β-Cyclocitral 25.6 17.5 16.2 27.6 41.3
      27 反式-2-癸烯醛 (E)-2-Decenal 40.7 18.3 57.3
      28 (Z)-柠檬醛 (Z)-3,7-Dimethyl-2,6-octadienal 104
      29 2-羟基苯甲醛 2-Hydroxy-benzaldehyde 67.8 52.9 62.4
      30 2,4-壬二烯醛 2,4-Nonadienal 45.4
      31 (E)-柠檬醛 (E)-3,7-Dimethyl-2,6-octadienal 244 40.3 94.5 65.8 78.8 174 185
      32 2-十一烯醛 2-Undecenal 6.19
      33 (E,E)-2,4-十二碳二烯醛 (E,E)-2,4-Dodecadienal 80.8
      34 (E,E)-2,4-癸二烯醛 (E,E)-2,4-Decadienal 185 40.5 29.6 140
      醇类Alcohol
      35 1-戊烯-3-醇 1-Penten-3-ol 29.5 64.2 58.6 84.7
      36 2-甲基-1-丁醇 2-Methyl-1-butanol 141
      37 3-甲基丁醇 3-Methyl-1-butanol 213

      表 1  不同堆肥配比处理番茄果实挥发性物质成分及含量(μg/kg)

      Table 1.  Volatile compounds and contents in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

      续表 1 Table 1 continued
      序号Number 挥发性物质成分Volatile compounds CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
      38 2-己炔-1-醇 2-Hexyn-1-ol 65.8
      39 1-戊醇 1-Pentanol 118 173 272 147 401 404
      40 反-2-戊烯-1-醇 (E)-2-Penten-1-ol 37.7 9.87 33.5
      41 顺-2-戊烯-1-醇 (Z)-2-Penten-1-ol 4.91 28.9 78.8 77.6 45.2 111 190
      42 正己醇 1-Hexanol 176 814 551 988 1365 2743
      43 顺-3-己烯-1-醇 (Z)-3-Hexen-1-ol 386 477 842 873 954 1116 2414
      44 反-2-己烯-1-醇 (E)-2-Hexen-1-ol 80.8 339 538 530 608 1484
      45 1-辛烯-3-醇 1-Octen-3-ol 31.2 33.5 45.6 43.7 84.5 71.8
      46 6-甲基-5-庚烯-2-醇 6-Methyl-5-hepten-2-ol 8.04 123 125 142 114 94.1 128
      47 反-2-庚烯-1-醇 (E)-2-Hepten-1-ol 11.0 44.8 224 106 242 336
      48 芳樟醇Linalool 9.70
      49 反-2-辛烯-1-醇 (E)-2-Octen-1-ol 12.8 81.6 333 228 494 492
      50 十一醇 1-Undecanol 22.7
      51 牻牛儿醇Geraniol 24.7 27.4
      52 苯甲醇Benzyl alcohol 36.8
      53 2,4-癸二烯-1-醇2,4-Decadien-1-ol 21.0 17.0 56.6
      酯类Ester
      54 乙酸异丁酯Isobutyl acetate 11.6
      55 2-甲基丁基乙酸酯 2-Methyl-1-butanol acetate 62.9
      56 甲酸庚酯Heptyl ester formic acid 30.9 40.0 60.2 79.8 169 135
      57 水杨酸甲酯Methyl salicylate 346 590 276 1531 1528 1615
      58 水杨酸乙酯Ethyl salicylate 56.0
      烃类Hydrocarbon
      59 3,5-二甲基-1-己烯 3,5-Dimethyl-1-hexene 65.3 67.0 103
      60 3,7-二甲基-1,6-辛二烯 3,7-Dimethyl-1,6-octadiene 28.5
      61 3-乙基-1,4-己二烯 3-Ethyl-1,4-hexadiene 223 72.3 137 52.8 79.4
      62 戊基-环丙烷Pentyl-cyclopropane 43.8 122 251 160
      其他Other
      63 2-乙基呋喃 2-Ethyl-furan 5.91
      64 异戊腈 3-Methyl-butanenitrile 17.9
      65 2-正戊基呋喃 2-Pentyl-furan 29.2 24.9 53.8 47.6 105 178 207
      66 2-异丁基噻唑 2-Isobutylthiazole 664 248 492 766 605 723 1125
      67 紫苏烯 3-(4-Methyl-3-pentenyl)-furan 10.2
      68 甲氧基苯基肟Methoxy-phenyl-oxime 27.6 75.2 20.6 29.4 19.3 741
      69 愈创木酚 2-Methoxy-phenol 47.1 326 379 504 524 739
      70 己酸Hexanoic acid 70.5
      71 β-硝基苯乙烷 (2-Nitroethyl)benzene 149 29.8 62.4 36.9 20.1 45.1 65.4
      72 2-甲氧基-3-(2-丙烯基) 苯酚 2-Methoxy-3-(2-propenyl)-phenol 10.3 24.1 43.7 41.5
      73 2,4-二叔丁基苯酚 2,4-Di-tert-butylphenol 20.7 24.5 21.1 20.2 39.0
      总含量Total 8384 5008 8760 7892 10093 15176 19827
      注(Note):“—” 表示未检出 Indicates undetected. T1、T2、T3、T4、T5、T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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.

      各处理番茄果实检测到的挥发性物质种类主要包括酮类、醛类、醇类、酯类与烃类,其中醛类、醇类物质种类较多,酮类、酯类次之,烃类物质种类较少,此外还包括部分其他未分类物质。堆肥不同配比对番茄果实挥发性物质种类影响不同,其整体随堆肥添加量的增高而增高,但挥发性物质总含量较高的T6处理种类却最低,CK番茄果实共检测出38种挥发性物质,T2、T6处理检测出的挥发性物质种类数低于CK,分别为34、33种,T1、T3、T4、T5处理检测出的种类均高于CK,分别为39、44、52、56种 (表2)。

      类别Group CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
      酮类Ketone 5 5 3 6 9 9 4
      醛类Aldehyde 19 13 12 14 18 20 10
      醇类Alcohol 6 10 11 13 12 13 10
      酯类Ester 0 2 2 2 4 3 2
      烃类Hydrocarbon 2 2 1 2 2 3 1
      其他Other 6 7 5 7 7 8 6
      总计Total 38 39 34 44 52 56 33
      注(Note):T1、T2、T3、T4、T5,T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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  不同堆肥配比处理番茄果实各类挥发性物质的数量

      Table 2.  The quantities of volatile compounds in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

      此外,7个处理检测出17种共有挥发性物质成分,分别为2种酮类物质、9种醛类物质、3种醇类物质和3种其他类物质。共有挥发性物质总含量占挥发性物质总含量的比例较大,构成番茄的主体风味。2种酮类共有挥发性物质为6-甲基-5-庚烯-2-酮和香叶基丙酮,均为T6处理含量最高,T1含量最低。共有醛类物质含量差异较大,己醛、反-2-庚烯醛、苯甲醛与 (E)-柠檬醛含量以CK最高,反-2-戊烯醛以T2最高,正辛醛与反-2-辛烯醛以T5含量最高,壬醛与反-2-己烯醛以T6处理含量最高。3种醇类物质中,顺-2-戊烯-1-醇与顺-3-己烯-1-醇以T6含量最高,6-甲基-5-庚烯-2-醇以T1处理的含量最高。未分类物质中,2-异丁基噻唑的含量占比较大,以T6处理含量最高,T1处理含量最低。在CK、T2与T3、T4和T5这5个处理中分别含有12、1、3和4种特有挥发性物质,其含量较低,其中,CK特有挥发性物质种类较多,说明添加番茄秸秆堆肥产物的处理番茄果实挥发性物质成分发生了变化,且不同应用配比处理之间也存在一定差异,其差异主要体现在醛类与醇类物质上 (表1)。

    • 7个处理检测到的挥发性物质中醛类与醇类物质含量占比较大,其次为酮类物质,酯类与烃类物质占比较小,此外,还检测到一些其他未分类物质。

      T5与T6处理的番茄果实酮类物质含量较CK高16.3%与25.9%,其余各处理含量低于CK。酮类物质种类较少但含量较高主要是由于6-甲基-5-庚烯-2-酮的含量在酮类物质中占比较大,其次为香叶基丙酮。

      醛类物质以T6处理番茄果实含量最高,其中,己醛与反-2-己烯醛在醛类物质中占比较大,反-2-庚烯醛与反-2-辛烯醛次之。常规栽培对照组CK的番茄果实醛类物质含量占比最大,约占其总含量的一半。

      而添加堆肥产物的处理中醇类物质含量较高,且各试验处理含量均显著高于CK,并随堆肥产物添加量的增高而增高。醇类物质含量占比较大的物质主要是C6醇 (正己醇、顺-3-己烯-1-醇与反-2-己烯-1-醇)。T6处理番茄果实的正己醇含量高达2743μg/kg,在所有挥发性物质含量中最高。

      CK未检出酯类物质。其余各处理中,除T3酯类物质含量低于T1外,除CK外其余各处理含量均高T1,且整体呈现出随堆肥产物添加量增高而增高的趋势,其中占主要成分的物质为水杨酸甲酯。

      烃类物质含量整体较低,对番茄果实风味贡献较小。此外,在未分类物质中2-异丁基噻唑含量较高 (表1表2表3)。

      类别Group CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
      酮类Ketone 2452 716 1466 1448 1387 2852 3088
      醛类Aldehyde 4233 2281 2709 1536 2194 3885 3566
      醇类Alcohol 511 1088 2809 3162 3324 4692 8348
      酯类Ester 0 377 630 336 1685 1753 1750
      烃类Hydrocarbon 252 138 137 111 175 433 160
      其他Other 937 408 1009 1299 1328 1561 2916
      总计Total 8384 5008 8760 7892 10093 15176 19827
      注(Note):T1、T2、T3、T4、T5,T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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 3  不同堆肥配比处理番茄果实各类挥发性物质的总含量(μg/kg)

      Table 3.  Total contents of volatile substances in tomato fruits under different mixture proportion of straw compost

    • 7个处理番茄果实共检测出11种特征效应化合物,分别为β-紫罗酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、顺-3-己烯醛、2-异丁基噻唑、顺-3-己烯-1-醇、己醛、反-2-庚烯醛、水杨酸甲酯和1-戊烯-3-酮,其中,CK、T2、T4与T5检测出9种,T1、T3与T6检测出8种。不同番茄秸秆堆肥产物添加量不同,对番茄果实特征香气含量影响不同,除CK外,特征效应化合物总含量整体随堆肥产物添加量的增高而增高,其中,T1处理番茄果实特征效应化合物总含量最低,T5与T6处理总含量分别较CK增高24.8%与72.2%,由高到低具体表现为T6 > T5 > CK > T4 > T2 > T3 > T1 (表4)。

      序号Number 化合物Chemical 风味Taste CK T1 T2 T3 T4 T5 T6
      2 1-戊烯-3-酮 1-Penten-3-one 刺激性气味Irritant smell 300 180 253 78.8 110 232
      6 6-甲基-5-庚烯-2-酮6-Methyl-5-hepten-2-one 果香、清香Fruity and green fragrance 1377 424 978 889 772 1472 2193
      8 β-紫罗酮 β-Ionone 紫罗兰香Violets 67.1 54.7 89.6 109
      12 己醛Hexanal 青香Fragrant 1611 750 696 485 577 961 651
      14 顺-3-己烯醛 (Z)-3-Hexenal 青香Fragrant 3.97
      16 反-2-己烯醛 (E)-2-Hexenal 果香Fruity 1027 758 777 357 537 653 1468
      18 反-2-庚烯醛 (E)-2-Heptenal 青香Fragrant 291 183 273 141 188 370 287
      37 3-甲基丁醇 3-Methyl-1-butanol 杏仁香Almond fragrance 213
      43 顺-3-己烯-1-醇 (Z)-3-Hexen-1-ol 青叶香Leafy green incense 386 477 842 873 954 1116 2414
      57 水杨酸甲酯Methyl salicylate 冬青叶香Holly leaf incense 346 590 276 1531 1528 1615
      66 2-异丁基噻唑 2-Isobutylthiazole 番茄香味Tomato flavor 664 248 492 767 605 723 1125
      总含量Total 5727 3366 5114 3867 5329 7145 9862
      注(Note):“—”表示未检出Indicates undetected. T1、T2、T3、T4、T5、T6 表示菜园土中添加番茄秸秆堆肥的比例分别为 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 4  不同堆肥配比处理番茄果实特征效应化合物及其含量(mg/kg)

      Table 4.  The characteristics of aroma components and content in tomato fruit under different mixture proportion of straw compost

      11种特征效应化合物中6-甲基-5-庚烯-2-酮、己醛、反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛、顺-3-己烯-1-醇与2-异丁基噻唑为7个处理的共有成分,T5处理番茄果实的反-2-庚烯醛含量最高,CK处理果实的己醛含量最高,其余共有特征效应化合物均以T6处理含量最高。

      番茄果实特征效应化合物具有青香、果香、花香及特殊气味,本试验检测到的11种特征效应化合物中己醛、顺-3-己烯醛、反-2-庚烯醛、顺-3-己烯-1-醇、水杨酸甲酯具有青香,其中己醛与番茄果实的甜味有关,CK的己醛含量最高,T3处理最低,具体表现为CK > T5 > T1 > T2 > T6 > T4 > T3;6-甲基-5-庚烯-2-酮、反-2-己烯醛、3-甲基丁醇与2-异丁基噻唑具有果香,且2-异丁基噻唑具有独特的番茄香味,以T6处理番茄果实含量最高,6-甲基-5-庚烯-2-酮与番茄风味、整体满意度、腐败味等相关,7个处理含量由高到低依次为T6 > T5 > CK > T2 > T3 > T4 > T1;β-紫罗酮具有紫罗兰花香,与果实的酸味有关,所有处理中只有CK、T4、T5和T6中检测到了β-紫罗酮,其含量具体表现为T6 > T5 > CK > T4。

    • 堆肥产物添加量不同对番茄平均单株产量的影响不同。CK的番茄平均单株产量最高,除T1处理与T2处理番茄单株产量显著低于CK外,其余各处理均与CK无显著性差异。除CK外,其余各处理单株产量整体随堆肥产物添加量的增高呈现先增高后降低的趋势,以T5处理单株产量最高且与CK差异最小。各试验处理番茄单株产量由高到低依次为CK > T5 > T6 > T3 > T4 > T2 > T1 (图1)。

      图  1  不同堆肥配比对番茄产量的影响

      Figure 1.  Effect of compost addition percentage on yield of tomato

    • 目前,已报道的番茄果实挥发性物质种类已经超过400种[16],主要包括醛类、酮类、醇类、酯类与烃类等,本试验7个处理共检测出73种挥发性物质,施用堆肥产物处理与常规栽培处理挥发性物质种类差异较大,施用堆肥产物处理果实的醇类与酯类含量较高,而常规栽培处理的果实醛类物质含量较高。主要是由于施用堆肥产物的处理中果实正己醇、顺-3-己烯-1-醇、反-2-己烯-1-醇与水杨酸甲酯含量占比较大,而常规栽培处理的果实己醛与反-2-己烯醛占比较大。常规栽培对照组番茄果实共检测出12种特有挥发性物质,但施用堆肥产物的处理中特有物质较少,说明施用番茄秸秆堆肥的处理番茄果实挥发性物质成分发生了变化。

      番茄果实香味主要取决于特征效应化合物的种类与含量。已被鉴定的番茄果实挥发性物质中含量大于1 nL/L的有29种[17],其中对数阈值单位大于0的有16种,Baldwin等[18]认为这16种成分即为番茄的主要特征效应化合物。本试验检测出其中11种番茄特征效应化合物,堆肥产物与菜园土混配占比为10%与15%的处理番茄果实特征效应化合物总含量均高于常规栽培,说明适宜的番茄秸秆堆肥产物应用配比可以有效提高番茄的风味品质。本试验中未检测到3-甲基丁醛、苯乙醛、β-大马酮、2-苯乙醇和1-硝基-2-乙基苯,原因可能是由品种和栽培条件所致[19]。此外,研究显示,本试验检测到的牻牛儿醛、柠檬醛、香叶基丙酮和愈创木酚等对数阈值单位为负的芳香物质也会作为背景信息影响番茄香气[20],且香叶基丙酮的前体物质为类胡萝卜素[21],对番茄果实胡萝卜素也有间接的影响,以混配占比为15%的处理含量最高,10%的处理次之。

      β-紫罗酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、顺-3-己烯醛、己醛、顺-3-己烯-1-醇、1-戊烯-3-酮、3-甲基丁醇、反-2-己烯醛、2-异丁基噻唑与水杨酸甲酯这10种番茄的特征效应化合物以适当用量混合,就可获得新鲜番茄的芳香味道[22],这些物质主要具有果香、花香与青香,且其中大部分物质含量以T6处理最高,T5处理次之,6-甲基-5-庚烯-2-酮、3-甲基丁醇与反-2-己烯醛使番茄具有果香,其中,6-甲基-5-庚烯-2-酮的前体物质为番茄红素[23],混配占比为10%与15%的处理中6-甲基-5-庚烯-2-酮含量较高,也可间接说明这两个处理番茄红素含量较高,这与李恕艳等的研究结果一致[24]β-紫罗酮使番茄具有花香,其含量也以混配占比为15%的处理最高,10%的处理次之;己醛与顺-3-己烯醇使番茄具有青香;水杨酸甲酯具有似冬青味的香气;2-异丁基噻唑是天然存在于番茄中主导人们喜好的较为重要的因子[25],具有独特的番茄香味,以混配占比为15%的处理含量最高。这10种物质相互作用形成番茄独特的香味,但各种物质间的具体的互作方式还需要进一步研究与探讨。

      农业废弃物经过高温堆腐可以作为有机肥施用,其可提高微生物的活性,从而有效改善土壤的理化性状,加速土壤有机氮的矿化,矿化过程的增加会促进难溶性养分释放,增加速效养分的含量[26-29],从而促进作物生长。本试验中,随堆肥添加量的增高,番茄产量呈现出先增高后降低的趋势,以混配占比为12.5%的处理产量最高,说明番茄秸秆堆肥与菜园土以适宜比例混配对番茄产量有积极影响,但超过一定量则会产生负效应,这与耿凤展[9]的研究结果一致。番茄秸秆作为农业废弃物再利用,并且其作为有机肥以适宜的比例施用后番茄产量与常规栽培无显著性差异。

    • 在本试验条件下,当番茄秸秆堆肥产物与菜园土混配占比为10%与15%时,番茄果实挥发性物质总含量与特征效应化合物含量均显著高于常规栽培番茄果实,其中,混配占比为15%的处理番茄果实风味品质较优,但混配占比为12.5%的处理番茄产量最高。综合考虑果实产量和风味,采用12.5%的混配占比栽培番茄效果最佳。说明番茄秸秆经过堆腐处理后可以作为有机肥料用于番茄的生产,不仅可以使废弃物资源再利用,还可以有效改善番茄的风味品质。

参考文献 (29)

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