黃土高原旱塬區不同品種蘋果果實糖及有機酸含量比較分析

賀雅娟，馬宗桓，韋霞霞，李玉梅，李彥彪，馬維峰，丁孫磊，毛 娟，陳佰鴻

（甘肅農業大學園藝學院，甘肅蘭州 730070）

蘋果（Malus domestica）是世界上大面積種植的水果，屬薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（MalusMill），為一年生落葉果樹[1]。蘋果在世界各個溫帶地區廣為栽培[2]，如今在“一帶一路”大背景下，中國蘋果貿易在海外市場得到迅速發展[3]。中國蘋果生產可大致分為以下四個產區，即渤海灣蘋果產區、西北黃土高原產區、黃河故道和秦嶺北麓產區、西南冷涼高地產區[4]，甘肅屬于西北黃土高原蘋果優勢區，其蘋果主產區包括平涼、天水、慶陽3市。2018年甘肅園林水果產量達370.03萬噸，其中蘋果產量達291.53萬噸，約占該年本省園林水果生產總量的78.79%[5]，由此看出蘋果產業在甘肅省水果產業發展中的重要地位。如今，蘋果果實品質已經成為大家越來越關注的問題，果實中主要有機成分有糖、酸、果膠、香味與異味、多種維生素、礦物質及色素[6]，其中糖、酸組分和含量是影響蘋果品質與風味的主要指標[7-8]。

蘋果屬于己糖積累型，果實中可溶性糖主要為果糖、蔗糖、葡萄糖和山梨醇[9-11]。在不同生長發育期蘋果果實中可溶性糖各成分的含量不同，在發育初期可溶性糖以山梨醇為主，葡萄糖、蔗糖和果糖含量較低，隨著果實的生長發育山梨醇含量逐漸降低，而蔗糖、葡萄糖和果糖的含量不斷增加，在果實成熟期果糖含量相對較高且趨于穩定[12]。蘋果果實中有機酸主要為蘋果酸，同時含有琥珀酸、草酸、酒石酸、乙酸、檸檬酸等多種有機酸[13]，不同有機酸含量伴隨著果實的生長發育有所變化。在蘋果果實的整個生長發育過程中蘋果酸和草酸的含量總體趨勢為前期上升，之后下降，而琥珀酸、乙酸、檸檬酸和酒石酸的含量總體上呈下降趨勢，越接近果實成熟期含量越低[14]。田蘭蘭等[15]測定了9個蘋果特征產地‘長富2號’果實中4種糖類物質含量，發現不同產地‘長富2號’果實中均含有蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇，但不同產地之間4種可溶性糖含量存在差異，且新疆伊犁和甘肅天水的果實4種糖組分總含量最高。馮娟等[16]通過對比分析12個蘋果產地之間富士果實中可溶性糖及有機酸含量，發現可溶性糖含量差異較大，但是可溶性糖種類相似，而在各個產地蘋果果實可溶性糖中果糖含量均最高，并且四川省鹽源地區蘋果果實中可溶性糖與總糖含量最高；有機酸在12個產地的果實中種類表現出差異，在部分產地蘋果果實中未檢測到酒石酸和乙酸，不同產地蘋果果實有機酸中蘋果酸含量均較高，其他有機酸含量相對較少。郭燕等[17]研究發現，不同品種蘋果果實中有機酸種類不盡相同，不同品種蘋果果實中均檢測出蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸和草酸，且蘋果酸含量最高，但是在部分品種中未檢測出酒石酸和乙酸。倪偉等[18]研究表明部分蘋果果實在花后80 d才能檢測到微量乙酸。前人對于蘋果果實中可溶性糖與有機酸酸組分已有諸多研究報道，但對于黃土高原旱塬區不同品種蘋果果實中糖酸含量的差異鮮有研究。

黃土高原旱塬區地處我國半干旱半濕潤氣候區，土層疏松，經流水侵蝕后形成了獨特的“塬”地，該地貌地形平坦寬闊，適于機械化耕作。甘肅省靜寧縣屬于該地區旱作農業區，空氣相對干燥、病蟲害相對較輕、農藥殘留量小、土壤污染輕、水質比較潔凈，具備適合蘋果生長的自然環境優勢，而在該生態條件下不同蘋果品種的糖酸組分及積累特征如何，目前還未系統研究。本研究以靜寧縣栽培的30個品種為對象，結合高效液相色譜法（High-phase liquid chromatography，HPLC）對采收期果實中糖及有機酸測定分析，初步掌握該生態區不同品種的糖酸閾值，為蘋果品質評價提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果 均采自甘肅省靜寧縣果樹研究所，該果園內地勢平坦、蘋果樹形均為高紡錘形，栽植30個蘋果品種（表1）的樹齡均為10～12年生，于2019年10月上旬進行采摘。選取管理措施相同、生長勢基本一致的果樹在樹體外圍進行采摘，選擇無病蟲害、無機械損傷、大小一致、品種間色澤相近的果實，每個品種隨機摘取30個果實，每10個果實作為一個重復。在果實陰陽兩面取樣混合后置于-80 ℃冰箱中備用；葡萄糖、蔗糖、果糖、山梨醇、草酸、奎寧酸、檸檬酸、蘋果酸、乙酸和酒石酸標樣 色譜級，Sigma公司。

表1 蘋果采樣品種名稱Table 1 Names of apple sampling varieties

WatersAcquity Arc高效液相色譜儀、Empower數據處理系統、2414示差折光檢測器、2.5 μm XBridge BEH Amide色譜柱及保護柱柱芯、2489二極管陣列檢測器、3 μm Atlantis T3色譜柱及保護柱柱芯 美國Waters公司；Milli-Q Direct超純水一體化系統 美國Millipore公司；Sigma 3K15離心機德國Sigma公司；Christ RVC 2-18 CD plus真空離心濃縮儀、MZ 2C NT真空泵 德國Christ公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備 糖樣品的提取：參照劉玉蓮等[19]的方法并加以改進。將混合樣品研磨后準確稱取0.5 g，移至10 mL離心管中，加入5 mL 80%的乙醇，35 ℃下超聲提取20 min，12000 r/min下離心15 min后取上清液。重復提取兩次，每次加80%的乙醇2 mL，最后合并上清液并定容至10 mL。取2 mL提取液置于真空離心濃縮儀內旋轉蒸發（60℃），旋轉蒸發2.5 h。然后用1 mL超純水與1 mL乙腈復溶，用0.22 μm有機相微孔濾膜過濾，將濾液加入進樣瓶中待測。

酸樣品的提取：參照Zhang等[20]的方法并加以改進。將混合樣品研磨后準確稱取2 g，移至10 mL離心管中，加入7.5 mL超純水，在4 ℃、10000 r/min條件下離心10 min，用0.45 μm水相微孔濾膜過濾，將濾液加入進樣瓶中待測。

1.2.2 高效液相色譜條件 糖測定色譜條件：柱溫40 ℃，流動相為75%乙腈、0.2%乙胺以及24.8%超純水，流速0.8 mL/min，進樣量10 μL，檢測波長為254 nm。酸測定色譜條件：柱溫30℃，流動相為20 mmol/L NaH2PO4溶液（用H3PO4將pH調至2.7），流速0.5 mL/min，進樣量20 μL，檢測波長為210 nm。

1.2.3 總糖、總酸的測定及甜度的計算方法 總糖含量的測定采用蒽酮試劑法，總酸含量的測定采用酸堿中和滴定法[21]，果實甜度的計算式參照姚改芳等[22]方法，將蔗糖的甜度值定為1，果糖的甜度值為1.75，葡萄糖和山梨醇的甜度值分別為0.7和0.4，則甜度值=蔗糖含量×1+果糖含量×1.75+葡萄糖含量×0.7+山梨醇含量×0.4。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel 2010和SPSS 20軟件進行處理，利用單因素方差分析進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 果實中主要可溶性糖的組分和含量的差異分析

由表2可知，蘋果果實中總糖含量的變化范圍是82.721～151.990 mg/g，平均值為108.413 mg/g，變異系數為19.01%。不同品種之間果實總糖含量有所不同，其中‘嘎啦’和‘澳引’的總糖含量最高，分別為151.990和150.607 mg/g，‘金冠’、‘皮諾瓦’和‘阿斯’的總糖含量較高，‘喬華’、‘成紀1號’、‘無銹金矮生’、‘密脆’、‘艾達紅’、‘2001富士’、‘煙富3號’的總糖含量較低，‘爵士’的總糖含量最低，為82.721 mg/g，因此不同品種蘋果果實中總糖含量差異較大，但可溶性糖種類相似，均含有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇。果實甜度值與總糖含量的變化趨勢大致相同，變化范圍是87.37～194.33，平均值為132.87，30個品種中26個品種的甜度值分布在90～170之間，只有兩個品種的甜度值超過170，分別為‘嘎啦’和‘澳引’，甜度值最低的品種是‘爵士’和‘成紀1號’，分別為87.38和88.81。

由表2可知，30個蘋果品種可溶性糖中果糖含量均較高，其含量變化范圍是38.393～69.736 mg/g，平均值為52.964 mg/g，占總糖含量48.82%，且變異系數最小（16.18%），其中‘嘎啦’和‘世界1號’果糖含量顯著高于其他品種，分別為69.736和67.491 mg/g，‘爵士’和‘煙富1號’的果糖含量最低，分別為38.393和40.226 mg/g；不同品種可溶性糖中山梨醇含量均較低，其含量變化范圍是2.092～21.154 mg/g，平均值為6.172 mg/g，占總糖含量5.69%，其中‘金冠’的山梨醇含量顯著（P＜0.05）高于其他品種，為21.154 mg/g，‘寒富’、‘澳引’、‘富士美滿’和‘阿斯’的山梨醇含量比平均值高1.5～2倍，‘無銹金矮生’和‘爵士’山梨醇含量最低，分別為2.092和2.423 mg/g。

不同品種蘋果果實中葡萄糖含量變化范圍是3.173～31.807 mg/g，平均值為11.484 mg/g，占總糖含量的10.59%，且變異系數最大（65.78%），說明不同品種蘋果果實之間葡萄糖含量差別較大，其中‘皮諾瓦’、‘金冠’、‘美味’和‘寒富’的葡萄糖含量顯著高于其他品種，分別為31.807、30.453、26.175和21.318 mg/g，‘爵士’、‘艾達紅’、‘秦脆’、‘成紀1號’和‘煙富3號’的葡萄糖含量最低，均在5.0 mg/g以下；蔗糖含量變化范圍是5.349～60.135 mg/g，平均值為29.671 mg/g，占總糖含量的27.37%，其中‘嘎啦’和‘澳引’的蔗糖含量顯著高于其他品種，分別是60.135和59.973 mg/g，‘成紀1號’、‘無銹金矮生’、‘煙富3號’、‘喬華’、‘2001富士’和‘蜜脆’的蔗糖含量最低。

就品種而言，大部分蘋果果實中4種可溶性糖組分含量表現出果糖＞蔗糖＞葡萄糖＞山梨醇的規律，只有‘金冠’、‘八月富士’和‘無銹金矮生’3個品種蘋果果實中4種可溶性糖組分含量表現出果糖＞葡萄糖＞蔗糖＞山梨醇，且‘八月富士’和‘無銹金矮生’的葡萄糖含量與蔗糖含量無顯著性差異。

2.2 果實中主要有機酸的組分和含量的差異分析

由表3可知，蘋果果實中總酸含量的變化范圍介于2.457～16.661 mg/g之間，平均值為6.715 mg/g，變異系數為34.50%，不同品種之間總酸含量差異較大。其中‘澳引’的總酸含量最高，為16.661 mg/g，‘靜寧1號’和‘寒富’的總酸含量相對較高，分別9.335和8.514 mg/g，而‘嘎啦’、‘瑞陽’、‘甘紅’、‘八月富士’等果實的總酸含量較低，‘世界1號’（2.457 mg/g）的總酸含量最低，是平均值的36.6%。不同品種蘋果果實的甜度值與總酸的比值變化范圍介于11.11～66.01之間。甜度值/總酸大于30的品種有‘世界1號’、‘金冠’和‘嘎啦’，比值分別為66.01、34.51和32.47，其中‘世界1號’果實的甜度值/總酸是另外兩個品種的2倍，甜度值/總酸介于20～30之間的有‘美味’、‘富士美滿’、‘阿斯’、‘煙富6號’等共13個品種，甜度值/總酸小于20的有‘寒富’、‘蜜脆’、‘2001富士’、‘甘紅’等共14個品種。

表2 不同品種蘋果果實中可溶性糖、總糖含量及甜度值Table 2 Soluble sugar, total sugar content and sweetness value in different varieties of apple fruit

由表3不同品種蘋果果實中有機酸組分均表現出蘋果酸含量最高，變化范圍介于1.174～8.109 mg/g之間，平均值為3.857 mg/g，占總酸含量的57.44%，且變異系數最低（43.44%），其中‘寒富’的蘋果酸含量顯著高于其他品種，為8.109 mg/g，‘皮諾瓦’、‘富士冠軍’、‘瑞雪’、‘秦脆’、‘澳引’和‘喬華’的蘋果酸含量較高，‘艾威’、‘煙富1號’、‘八月富士’、‘阿斯’、‘嘎啦’、‘甘紅’、‘喬納金’、‘2001富士’、‘艾達紅’和‘蜜脆’的蘋果酸含量中等，‘宮崎短富’、‘成紀1號’、‘無銹金矮生’、‘煙富3號’、‘爵士’、‘陸奧’、‘煙富6號’、‘美味’、‘富士美滿’和‘靜寧1號’的蘋果酸含量均相對偏低且相互無顯著性差異，‘世界1號’、‘瑞陽’和‘金冠’的蘋果酸含量最低；奎寧酸的含量次之，變化范圍是0.051～0.923 mg/g，平均值為0.383 mg/g，占總酸的5.70%，且變異系數最大（66.06%），表明不同品種間蘋果果實的奎寧酸含量差別較大，其中‘喬華’、‘艾達紅’和‘艾威’的奎寧酸含量最高，分別為0.923、0.891和0.797 mg/g，而‘無銹金矮生’、‘秦脆’和‘陸奧’的奎寧酸含量最低，僅為平均值的13.3%～16.7%。

酒石酸含量低于奎寧酸，其變化范圍為是0.004～0.087 mg/g，平均值為0.039 mg/g，占總酸的0.58%，其中‘瑞雪’、‘皮諾瓦’和‘八月富士’的酒石酸含量最高，分別為0.087、0.082和0.077 mg/g，‘爵士’、‘靜寧1號’、‘蜜脆’、‘宮崎短富’、‘煙富6號’和‘金冠’的酒石酸含量最低；檸檬酸的含量變化范圍是0.009～0.079 mg/g，平均值為0.028 mg/g，占總酸的0.42%，其中‘皮諾瓦’的檸檬酸含量顯著（P＜0.05）高于其他品種，為0.079 mg/g，‘煙富3號’、‘世界1號’、‘陸奧’和‘嘎啦’的檸檬酸含量最低，分別為0.010、0.010、0.009和0.009 mg/g；草酸和乙酸的含量在不同品種間存在明顯差異，在30種蘋果有機酸中草酸含量均較低，變化范圍是0.007～0.037 mg/g，并且在‘金冠’、‘艾威’、‘八月富士’、‘富士冠軍’、‘阿斯’、‘艾達紅’、‘甘紅’、‘喬華’、‘煙富3號’、‘陸奧’和‘成紀1號’果實中未檢測出乙酸，說明不同品種蘋果果實中有機酸的種類存在較大差異。

表3 不同品種蘋果果實中有機酸含量Table 3 Organic acid content in apple fruits of different varieties

通過分析不同品種蘋果果實中多種有機酸含量占總酸的比值發現，各品種蘋果中蘋果酸含量占總酸的比值均在22%以上；奎寧酸含量占總酸的比值最高為‘艾達紅’（14.05%）、最低為‘秦脆’（0.68%）；檸檬酸和酒石酸兩種有機酸含量占總酸的比值較為一致，占比范圍在0.09%～1.37%之間；草酸含量占總酸的比值以‘世界1號’果實（0.81%）最高，其余品種蘋果果實中草酸含量占總酸的比值介于0.05%～0.51%之間；除未檢測出乙酸的蘋果品種以外，其他品種蘋果果實中乙酸含量占總酸的比值變化范圍在0.12%～0.92%之間，最高值為最低值的7.67倍。

2.3 不同品種蘋果果實中糖酸物質的相關性分析

對不同品種蘋果果實總糖、總酸、甜度值、甜度值/總酸以及各種可溶性糖和有機酸組分進行相關性分析（表4），結果表明各指標之間存在一定相關性，其中甜度值與總糖的相關性最強（r= 0.980），表明蘋果果實中總糖含量可以反映果實的甜度；總糖與各種可溶性糖均表現出極顯著性正相關（P＜0.01），且與果糖的相關性最強（r= 0.787），這與果糖含量占總糖含量的比值最大相符，表明果糖是蘋果果實中主要的可溶性糖；果糖與葡萄糖、山梨醇表現出極顯著性正相關（P＜0.01），且與蔗糖表現出顯著性正相關（P＜0.05）；蔗糖與酒石酸表現出顯著性正相關（P＜0.05）。

總酸與蘋果酸表現出極顯著性正相關（r=0.845，P＜0.01），說明蘋果酸是構成蘋果果實總酸的主要物質；蘋果酸與酒石酸和檸檬酸呈極顯著性正相關（P＜0.01），相關系數分別為0.638和0.526；甜度值/總酸與總糖和多種可溶性糖表現出極顯著性正相關（P＜0.01）、與總酸表現出極顯著性負相關（P＜0.01），說明蘋果果實中甜度值/總酸由糖、酸類物質共同決定，因此對于蘋果果實風味的評價應綜合考慮果實中糖、酸類物質的作用。

表4 不同品種蘋果果實糖、酸含量相關性分析Table 4 Correlation analysis of sugar and acid content of apple fruits of different varieties

3 討論

利用高效液相色譜法（HPLC）測定果實中糖、酸組分在不同種類果樹中都有研究報道[23-24]。桃、杏果實內多種有機酸中蘋果酸含量最高，奎寧酸次之，其他種類有機酸含量較低[25-27]，這與本研究結果相一致，本研究的30個品種蘋果果實酸組分中蘋果酸含量均為最高，其次為奎寧酸，草酸、檸檬酸、酒石酸和乙酸含量相對較低。葡萄果實有機酸中酒石酸和蘋果酸含量最高、其次是檸檬酸，富馬酸含量最低，且未檢測到琥珀酸[28-29]，這與本研究結果不一致，可能是因為不同果實有機酸積累特性不同。本研究在部分品種蘋果果實中未檢測到乙酸，這與趙尊行等[13]的研究結果一致，但本研究在所有供試品種果實中均檢測出酒石酸，在趙尊行等[13]的研究結果中表明在部分果實中未檢測出酒石酸，這與本研究結果存在差異，這種差異可能是因為果實品種、生長的地域環境及園子栽培管理措施不同所導致。梨果實中可溶性糖有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇，其中果糖含量最高，且在不同栽培品種間果糖含量與其他可溶性糖含量相比較穩定[22]。本研究的30個品種蘋果糖組分中，均以果糖含量占總糖含量的比例最高，其次是葡萄糖和蔗糖，這與前人研究結論相一致[20,30]，王海波等[7]也認為不同中早熟蘋果品種的糖組分以果糖為主。

果實中糖、酸類物質組分與含量及其配比關系等綜合作用于果實的甜、酸風味[31]，果實中糖含量偏高、酸含量偏低會導致果實口感甜膩，而酸含量偏高、糖含量偏低會導致果實口感過酸，這些都不符合大部分人對鮮食蘋果的需求，只有在一定范圍內，果實才會呈現出酸甜適口的味感[32]。有關果實風味評價的指標形式在前人研究中已有不同表述[33-36]，本研究綜合考慮各指標形式的優劣并結合試驗方法，最終采用甜度值、總酸含量和甜度值與總酸含量的比值對不同品種蘋果的果實風味進行分析。甜度值較高的果實其風味不一定較甜，而果實風味偏酸其酸含量不一定較高[37]。本研究中‘澳引’和‘寒富’果實的甜度值較高，但是總酸含量相對更高，因此甜度值/總酸較低，所以果實風味偏酸；而‘煙富6號’果實甜度值較低，總酸含量相對更低，因此甜度值/總酸較高，其果實風味自然較甜。蘋果的果實品質不僅與品種本身有關，還受到種植地區溫度、降水量、光照等氣候條件的影響，段曉鳳等[38]認為溫度對果實的含酸量有顯著影響，而靜寧地區晝夜溫差較大，日照時數充足，因此蘋果果實中總酸含量較高、風味較濃；魏欽平等[39]認為果實中糖分的積累與9月氣溫日較差和日照時數密切相關，而靜寧地區9月氣溫日較差多年均值較大[40]，能夠滿足蘋果關鍵生育期的需求，因此有利于果實中糖分的積累，這與本研究中果實的總糖含量較高結果相一致。