阿克蘇地區(qū)富士蘋果“糖心”品質(zhì)的分析研究

周小魏 王德鋼 努爾買買提 熊仁次

（塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾843300）

阿克蘇地區(qū)“糖心”蘋果是久負(fù)盛名的新疆特色果品，也是新疆乃至中國(guó)農(nóng)業(yè)的名牌產(chǎn)品［1]。阿克蘇地區(qū)因具有獨(dú)特的地域優(yōu)勢(shì)，晝夜溫差大、光照充足等特點(diǎn)，較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期讓阿克蘇蘋果獨(dú)特品味“冰糖心”。蘋果作為新疆林果業(yè)發(fā)展的主要樹種之一，隨著種植規(guī)模的日益擴(kuò)大，如何提高果實(shí)品質(zhì)已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)問題［2]。對(duì)于“糖心”果實(shí)而言，糖分是果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣的主導(dǎo)因素，不僅左右果實(shí)風(fēng)味的好壞，還參與機(jī)體新陳代謝、能量供給，調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)，果實(shí)中糖的積累除受基因控制外，外界自然環(huán)境因子、礦質(zhì)元素等對(duì)果實(shí)中糖積累也起到一定調(diào)控作用［3]。

Bowen 和Watkins等人研究發(fā)現(xiàn)［4]，成熟期富士蘋果果實(shí)中山梨醇含量高及果實(shí)自身Ca等礦質(zhì)元素的缺乏會(huì)引發(fā)“冰糖心”的形成。孫霞等［5]研究發(fā)現(xiàn)南疆阿克蘇地區(qū)紅富士蘋果中含有豐富的Ca、Mg、Fe、Cu,還含有一定量的Zn、Mn等對(duì)人體有益的礦質(zhì)元素。鄧?yán)^光等［6]研究發(fā)現(xiàn)蘋果果肉的組織結(jié)構(gòu)和它的物理特性有密切的關(guān)系。王艷芳等［7-8]，經(jīng)探究摸索出一套適合不同發(fā)育期蘋果果實(shí)組織的石蠟切片制作方法。目前，關(guān)于闡述“糖心”果實(shí)形成機(jī)制的研究尚不成熟，因此，探討“糖心”的成因是提高南疆蘋果果實(shí)品質(zhì)的重中之重，也是提高果實(shí)品質(zhì)的重要因素。

本文以阿克蘇地區(qū)“糖心”蘋果為研究對(duì)象，分析比較了“糖心”果實(shí)和“無(wú)糖心”果實(shí)之間主要內(nèi)在品質(zhì)、糖組分及礦質(zhì)元素的差異，并通過制作果實(shí)石蠟切片觀察果肉微觀結(jié)構(gòu)之間的差異，進(jìn)行分析討論，為研究“糖心”的品質(zhì)和形成提供理論基礎(chǔ)，進(jìn)而為促進(jìn)高品質(zhì)的果實(shí)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)材料：選取阿克蘇地區(qū)紅旗坡果園的蘋果（經(jīng)度：80.23°，緯度：41.28°）。本試驗(yàn)所用的蘋果品系為成熟期優(yōu)質(zhì)且具有代表性的“糖心”和“無(wú)糖心”果實(shí)進(jìn)行測(cè)定。

取樣：“糖心”果實(shí)和“無(wú)糖心”果實(shí)各30個(gè)，沿果實(shí)中間部位橫切厚度0.5 cm薄片，去掉果皮，并將剩余部分沿果心線去除果心作為果肉組織；另取糖心果實(shí)30個(gè)，沿果實(shí)中間部位橫切厚度0.5 cm薄片，分別切取“糖心”部位和“非糖心”部位，即四個(gè)處理分別為：“糖心”果實(shí)、“無(wú)糖心”果實(shí)、“糖心”果實(shí)的“糖心”部位和“糖心”果實(shí)的“非糖心”部位。

本試驗(yàn)所用果糖標(biāo)準(zhǔn)品、葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品、蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品、山梨醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度大于99%）均購(gòu)于中國(guó)食品藥品檢定研究院；二甲苯、甲苯胺藍(lán)(國(guó)藥集團(tuán)生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)室自配)；乙腈、三乙胺（分析純）、乙醇（分析純）(色譜純)購(gòu)于西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司；濃硝酸（優(yōu)級(jí)純）西隴化工股份有限公司；超純水（即電阻率達(dá)到18.25 MΩ*cm，25℃）。

1.2 儀器與設(shè)備

UV1 800PC紫外分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；1260型HPLC儀，附帶G1 311C型四元泵、G1329B自動(dòng)控溫自動(dòng)進(jìn)樣器、G1316A柱溫箱、G4260B ELSD，OpenLAB CDS色譜工作站；ICPOES 720瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)瓦里安技術(shù)中國(guó)有限公司）；ICPMS7700電感耦合等離子體原子發(fā)射質(zhì)譜儀（美國(guó)安捷倫公司）；切片機(jī)（德國(guó)LEICA公司RM2245）；生物組織全自動(dòng)脫水機(jī)（德國(guó)LEICA公司TP1020-1）；生物組織包埋機(jī)與冷臺(tái)（德國(guó)LEICA公司EG1150H/0C）；病理圖像采集及分析系統(tǒng)（圖像采集OLYMPUS BX43，圖像分析系統(tǒng)Image Pro Plus 6.0）。

1.3 檢測(cè)方法

1.3.1 內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

可溶性糖含量的測(cè)定：蒽酮比色法。

可滴定酸含量的測(cè)定：酸堿滴定指示劑法。

糖酸比：糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量。

1.3.2 糖組分測(cè)定

色譜柱：Waters XBridgeTM Amide（250 mm×4.6 mm，5 μm）色譜柱，溶液A（0.2%TEA的超純水）和B（0.2%TEA和乙腈）按照24：76（v/v）配比作為流動(dòng)相，柱溫為30℃；霧化管溫度為60℃，漂移管溫度為60℃，氣流量為1.6 L/min，增益值為1.0。

標(biāo)準(zhǔn)品制備：精密稱取果糖、葡萄糖、蔗糖、山梨醇、標(biāo)準(zhǔn)品各0.010 0 g（精確至0.000 1 g），用超純水溶解并定容至2 mL，分別配制成5 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液。分別精密吸取適量上述標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液各1 ml，加水制成1mg/ml的混合對(duì)照品溶液，待測(cè)。

提取液制備：精確稱取1.000 0 g樣品，充分研磨后加入10 mL的80%乙醇混勻，于80℃水浴加熱30 min，待冷涼至室溫后設(shè)置4 000 rmp的速度離心15 min后，取上清液，殘?jiān)^續(xù)用80℃乙醇重復(fù)提取，合并濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去其中乙醇，用超純水定容至25 mL容量瓶中，過0.45 μm微孔濾膜，待測(cè)。

各組分糖含量測(cè)定：采用高效液相色譜法［9]平行測(cè)定3次，根據(jù)糖組分回歸方程對(duì)果實(shí)中糖組分進(jìn)行定量。

1.3.3 礦質(zhì)元素測(cè)定［10]

樣品制備：將采集的蘋果樣品進(jìn)行清洗，將洗凈的果實(shí)用不銹鋼刀削皮切塊，置于105℃干燥箱中殺酶30 min，烘箱65℃下烘至恒重。待冷卻后粉碎，裝自封袋備用，即為蘋果粉末試樣備用。

礦質(zhì)元素測(cè)定：稱取0.200 0 g樣品于試管中，加入約5 mL濃硝酸蓋上塞子，于石墨爐中150℃加熱消解至棕色氣體冒盡、樣液呈淺黃透明待樣品冷卻至室溫轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶，用超純水定容至刻度，再通過瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)試果實(shí)中Ca、Mg、Cu、Zn、Si、Fe、B 含量。射頻功率1 000 W，等離子體氣流量15 L/min，載氣流量1.5 mL/min，泵速15 r/min，進(jìn)樣速率0.1 mL/min。其中等離子氣、輔助氣、霧化氣均為高純氬。按照選定的儀器工作條件，取樣液直接測(cè)定各元素含量，各試樣重復(fù)測(cè)定3次。方法檢出限0.05 mg/L，誤差＜5%。

1.3.4 石蠟切片

①固定：FAA固定液固定果肉切片至少24 h。

② 脫水：30%→50%→70%→80%→95%Ⅰ→95%Ⅱ→100%Ⅰ→100%Ⅱ（不同濃度乙醇）。

③透明：?乙醇+?二甲苯→二甲苯Ⅰ→二甲苯Ⅱ。

④浸蠟：?二甲苯+?石蠟→純蠟Ⅰ→純蠟Ⅱ。

⑤ 切片：厚度10 μm。

⑥染色：二甲苯→二甲苯→?乙醇+?二甲苯→100%乙醇Ⅰ→100%乙醇Ⅱ→95%乙醇→85%乙醇→70%乙醇→50%乙醇→1%甲苯胺藍(lán)水溶液染色（10 min）→流水沖洗（2 min）→95%乙醇Ⅰ→95%乙醇Ⅱ→100%乙醇Ⅰ→100%乙醇Ⅱ→62℃烤箱烘干→二甲苯Ⅰ→二甲苯Ⅱ。

⑦封片：中性樹膠封片，觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)比較

表1 “糖心”與“無(wú)糖心”果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)含量的比較

果實(shí)可溶性固形物的含量與果實(shí)品質(zhì)有直接關(guān)系。由表1可以看出，可溶性固形物的含量“糖心”果實(shí)與“無(wú)糖心”果實(shí)之間存在極顯著顯著性差異（P＜0.01），“糖心”果實(shí)可溶性固形物含量高于“無(wú)糖心”果實(shí)。“糖心”部位與“非糖心”部位之間存在極顯著差異（P＜0.01），“非糖心”部位可溶性固形物含量高于“糖心”部位，“糖心”部位可溶性固形物含量最低為15.7%。

可溶性糖含量“糖心”果實(shí)與“無(wú)糖心”果實(shí)之間無(wú)顯著性差異。“糖心”果實(shí)可溶性糖含量為12.37%，“無(wú)糖心”果實(shí)可溶性糖含量為11.59%。“糖心”部位與“非糖心”部位存在極顯著差異（P＜ 0.01），“非糖心”部位可溶性糖含量是“糖心”部位的1.4倍。可得“糖心”果實(shí)可溶性糖含量高于“無(wú)糖心”果實(shí)，但“糖心”部位可溶性糖含量低。

果實(shí)可滴定酸是果實(shí)品質(zhì)的重要構(gòu)成之一，是影響果實(shí)風(fēng)味的重要因素。從表1可以看出，“糖心”果實(shí)可滴定酸含量與“無(wú)糖心”果實(shí)之間存在極顯著差異（P＜ 0.01），“糖心”果實(shí)可滴定酸含量是“無(wú)糖心”果實(shí)的1.2倍。可滴定酸含量“糖心”部位與“非糖心”部位之間存在極顯著差異（P＜0.01），“糖心”部位可滴定酸含量最低為0.22%。

果實(shí)品質(zhì)風(fēng)味與糖酸比有直接關(guān)系，果實(shí)中糖酸比越大，果實(shí)口感風(fēng)味越佳，從表1可以看出糖酸比“糖心”果實(shí)＞“無(wú)糖心”果實(shí)＞“非糖心”部位＞“糖心”部位，糖心果肉糖酸比最高達(dá)到53.78，說(shuō)明“糖心”果實(shí)口感風(fēng)味更佳。的蔗糖含量是“糖心”部位的1.7倍。“糖心”果實(shí)糖組分的含量顯著高于“無(wú)糖心”果實(shí)，尤其是蔗糖和山梨醇的含量。而“糖心”部位葡萄糖、果糖顯著高于“非糖心”部位，“非糖心”部位蔗糖則顯著高于“糖心”部位。

表2 “糖心”與“無(wú)糖心”果實(shí)糖組分含量的比較

2.2 果實(shí)糖組分的比較

“糖心”果實(shí)與“無(wú)糖心”果實(shí)的糖組分測(cè)定結(jié)果如表2所示。由表2可知，“糖心”果實(shí)的果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量均高于“無(wú)糖心”果實(shí)且均存在極顯著差異（P＜0.01）。“糖心”果實(shí)的果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量分別是“無(wú)糖心”果實(shí)的1.3倍、1.4倍、1.6倍和1.8倍。“非糖心”部位

2.3 果實(shí)礦質(zhì)元素的比較

“糖心”果實(shí)與“無(wú)糖心”果實(shí)7種礦質(zhì)元素測(cè)量結(jié)果如表3所示。

表3 “糖心”與“無(wú)糖心”果實(shí)礦質(zhì)元素含量的比較

由表 3可知“糖心”果實(shí)中的 Ca、Fe、Zn、Si、B、Cu元素均顯著高于“無(wú)糖心”果實(shí)且存在極顯著差異（P＜ 0.01）。其中，糖心果實(shí)“糖心”部位Ca、B元素含量最高，分別為819.76 mg/kg、110.64 mg/kg，糖心果實(shí)“非糖心”部位Fe、Zn、Cu、Mg、Si元素含量最高，分別為 57.82 mg/kg、3.60 mg/kg、10.35 mg/kg、678.93 mg/kg、514.37 mg/kg。進(jìn)一步表明“糖心”果實(shí)富含更多的礦質(zhì)元素。

2.4 果實(shí)石蠟切片微觀結(jié)構(gòu)比較

利用石蠟切片技術(shù)觀察“糖心”蘋果果肉部位的形態(tài)。由圖1可以看出，“糖心”部位和“非糖心”部位果實(shí)縱橫切面各部位細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)均完整，圖像干凈清晰。從圖片中可以觀察到“糖心”部位橫縱切面細(xì)胞排列緊密、細(xì)胞間隙比較小，“非糖心”部位橫向切面細(xì)胞大小均一且分布規(guī)律，細(xì)胞形態(tài)偏扁，“非糖心”部位縱向切面細(xì)胞排列規(guī)則，大小均一，細(xì)胞形態(tài)偏圓。因此，可以初步判斷“糖心”果實(shí)的果肉細(xì)胞無(wú)破裂，“糖心”的形成是糖大量積累，不能及時(shí)代謝和轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的。

圖1 “糖心”和“非糖心”部位石蠟切片圖

3 討論

果實(shí)中糖類物質(zhì)是衡量果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)［11]。成熟期蘋果果實(shí)的可溶性糖主要由果糖、葡萄糖、蔗糖、山梨醇和二磷酸尿甘半乳糖組成，其中果糖含量最高，其次為蔗糖和葡萄糖［12-14]。本文研究結(jié)果表明，“糖心”果實(shí)的可溶性固形物含量、可溶性糖、可滴定酸以及糖酸比都高于“無(wú)糖心”果實(shí)，“糖心”果實(shí)含糖量最高可達(dá)到18.8%。本試驗(yàn)還進(jìn)一步研究了“糖心”果實(shí)和“無(wú)糖心”果實(shí)之間糖組分的差異，通過試驗(yàn)比較分析發(fā)現(xiàn)，“糖心”果實(shí)中果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量都高于“無(wú)糖心”果實(shí)，其中果糖、葡萄糖、蔗糖含量之間均存在極顯著差異（P＜0.01）。“糖心”部位與“非糖心”部位進(jìn)行比較，“糖心”部位的葡萄糖、蔗糖含量分別是“非糖心”部位的1.3倍和0.6倍。這與杜艷民［15]等研究發(fā)現(xiàn)“糖心”部位中蔗糖含量顯著高于“非糖心”部位的結(jié)果一致，但與“糖心”部位中山梨醇含量顯著高于“非糖心”部位的結(jié)果不一致。結(jié)果與考慮阿克蘇地區(qū)“糖心”富士采摘時(shí)期以及地域有所差異，以及運(yùn)輸或儲(chǔ)藏過程中糖類物質(zhì)不斷代謝和轉(zhuǎn)化都有關(guān)系。

本研究結(jié)果表明“糖心”果實(shí)Ca元素高于“無(wú)糖心”果實(shí)，“糖心”部位Ca元素高于“非糖心”部位，這一研究結(jié)果與杜艷民等［15]研究Ca元素的缺乏是引發(fā)蘋果“糖心”的主要原因之一的結(jié)果不一致。可知阿克蘇地區(qū)果實(shí)“糖心”的出現(xiàn)并非是因缺Ca元素引起的，而是一種果實(shí)品質(zhì)較好的表現(xiàn)。對(duì)果實(shí)中Ca、Fe、Zn、Cu、Si、B等礦質(zhì)元素進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)“糖心”果實(shí)礦質(zhì)元素含量高于“無(wú)糖心”果實(shí)且均存在極顯著差異（P＜0.01）。這一結(jié)果表明阿克蘇地區(qū)“糖心”果實(shí)含有豐富的礦質(zhì)元素。

Pieczywek等［16]發(fā)現(xiàn)：根據(jù)細(xì)胞的類型、空間排列、形狀和細(xì)胞間隙的數(shù)量及大小，果實(shí)部位可能表現(xiàn)出不同的宏觀特性。本試驗(yàn)通過對(duì)石蠟切片進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)“糖心”部位的細(xì)胞形態(tài)小、排列緊密、不規(guī)則且細(xì)胞間隙小，“非糖心”部位細(xì)胞形態(tài)大小均一，排列規(guī)律，橫切面細(xì)胞偏扁，縱切面細(xì)胞偏圓，切片顯示細(xì)胞無(wú)破裂。由此可以推斷“糖心”蘋果果實(shí)出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象，是因?yàn)槌墒炱诠麑?shí)中的糖含量不斷增加，加上阿克蘇地區(qū)晝夜溫差大的因素，白天積累的糖分不能及時(shí)代謝，成熟的果實(shí)細(xì)胞對(duì)糖分的吸收能力降低，碳水化合物積累在細(xì)胞間隙,久而久之碳水化合物開始凝聚，就會(huì)形成獨(dú)特的“冰糖心”。又因?yàn)楣麑?shí)成熟期果實(shí)中糖分以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸主要靠維管束進(jìn)行傳遞［7]，這導(dǎo)致出現(xiàn)“糖心”現(xiàn)象多圍繞果實(shí)維管束周圍。

4 結(jié)論

本研究比較分析了阿克蘇地區(qū)富士蘋果“糖心”果實(shí)與“無(wú)糖心”果實(shí)之間內(nèi)在品質(zhì)、糖組分、礦物質(zhì)元素等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的差異，分別檢測(cè)了可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨醇、礦質(zhì)元素以及果肉組織的微觀結(jié)構(gòu)差異等指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)“糖心”果實(shí)中除可滴定酸含量低于“無(wú)糖心”果實(shí)外，其余營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)均高于“無(wú)糖心”果實(shí)，在成熟期“糖心”果實(shí)的糖度可以達(dá)到18.8%，這大大提高了阿克蘇地區(qū)富士蘋果“糖心”果實(shí)的口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。且石蠟切片觀察顯示“糖心”和“非糖心”部位細(xì)胞均完整，但兩者細(xì)胞大小、形態(tài)存在明顯的差異。該試驗(yàn)結(jié)果可初步得出阿克蘇地區(qū)“糖心”蘋果出現(xiàn)“糖心”性狀是一種果實(shí)品質(zhì)較好的表現(xiàn)。果實(shí)達(dá)到成熟期后，果實(shí)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過維管束不斷傳輸，糖類物質(zhì)不斷增多，由于阿克蘇地區(qū)晝夜溫差大，白天積累的糖不能及時(shí)代謝和轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致“糖心”的出現(xiàn)。同時(shí)，“糖心”的出現(xiàn)也給果農(nóng)最適采摘時(shí)間提供依據(jù)。因此，進(jìn)一步研究栽培管理對(duì)蘋果品質(zhì)和“糖心”出現(xiàn)的影響及其對(duì)其相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控，是今后研究的重點(diǎn)和切入點(diǎn)。