葡萄果實發育過程中糖酸含量的動態變化

郭 權，郭印山，郭修武

(1.沈陽農業大學，遼寧沈陽 110866；2.伊州區農產品質量安全檢測中心，新疆哈密 839000)

0 引 言

【研究意義】糖、酸作為水果中重要的營養成分，其含量和比例也決定著果實食用口感和品質。甜和酸是水果最直觀的口味感覺，分別由糖和有機酸產生。糖、酸的絕對含量、種類及相對比例對成熟葡萄的風味有重要影響。水果口感的優劣與其所含糖酸的種類、含量及比例有關。研究葡萄果實生長發育過程中糖酸變化規律，對于分析葡萄果實中可溶性糖和有機酸積累、葡萄新品種選育及建園有重要意義。【前人研究進展】葡萄果實中的糖分主要是葡萄糖和果糖，含有微量或不含蔗糖，葡萄糖、果糖含量大體為1:1[1-3]，糖的種類及含量與品種和生長環境相關。鮮食葡萄可分為2類，己糖積累型和庶糖積累型[4-5]。高葡萄糖類型，葡萄糖與果糖比例達1.55[6]。美洲葡萄和圓葉葡萄果實中也存在高蔗糖的類型：美洲葡萄(V.labrusca)和圓葉葡萄(V.rotundifolia)果實中蔗糖含量占總糖含量的15.2%～36.6%，與歐亞種葡萄間存在著極顯著的差異[7]。相對于可溶性糖，葡萄果實中的有機酸含量很低，其可滴定酸含量介于0.3%～1.2%(以酒石酸計)，與糖分共同決定葡萄風味。充分成熟的葡萄汁中有機酸主要為酒石酸和蘋果酸，2種酸占果實總酸的90%[8]，是葡萄果實的主導有機酸，但酒石酸和蘋果酸在不同葡萄品種之間存在一定差異[9]。根據含量最高的有機酸種類，水果主要分為蘋果酸優勢型和檸檬酸優勢型2大類，還有酒石酸優勢型，代表水果為葡萄。葡萄主要含酒石酸、蘋果酸和檸檬酸，酒石酸占42.8%～77.0%，蘋果酸占10.3%～41.6%，檸檬酸占1.3%～9.9%[10]。Lamikanra等[11]對3個紅色原液葡萄品種Noble，Regale和Chief果實中有機酸含量分析結果表明，其主要有機酸為酒石酸、蘋果酸和琥珀酸，但也有研究認為琥珀酸在歐亞種葡萄和圓葉葡萄中含量極低[12]。【本研究切入點】目前葡萄成熟果實糖酸含量構成及特點的研究已有報道，但近年來對葡萄果實在不同發育階段糖酸含量動態變化研究較少，僅管仲新、劉麗媛等[13-14]分別對紅地球及山葡萄生長發育過程中糖酸積累及代謝調控進行研究報道。需研究葡萄果實發育過程中糖酸含量的動態變化。【擬解決的關鍵問題】以歐亞種、歐美雜交種和山歐雜交種以及山葡萄為試材，從糖酸組分及含量的角度研究葡萄果實發育過程中糖酸含量動態變化特點，為葡萄栽培過程中品種選擇、品質評價及育種選配提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2015年6月～9月在沈陽農業大學葡萄園進行,供試材料共8份。表1

表1 葡萄漿果材料

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

葡萄采用避雨栽培，試驗立地條件一致，統一常規管理。選擇果園內長勢強旺的樹體采樣，每個品種2株，每株3次重復。采果時從葡萄主蔓上中下3個部位各選1穗果實，每穗果實不同部位采集足量果實。

根據果實的發育階段不同，依次在花后20、33、47、60、74、90、103、117d(6月20日、7月3日、7月17日、7月30日、8月13日、8月29日、9月11日、9月25日)采樣，完成后立即帶回實驗室，置于-20℃冰箱中保存備用。采樣時間覆蓋葡萄果實發育初期、果實硬核期、果實迅速膨大期、果實轉色期及成熟期(供試品種有早熟、中晚熟和晚熟品種，根據生育期長短采樣6～8次，直至葡萄果實充分成熟為止)。

1.2.2 測定指標

各供試品種果實充分成熟時進行最后1次采果，并于2015年10月末在沈陽農業大學對其糖酸含量檢測。

1.2.2.1 糖酸提取

參照董秀麗、成冰等[15-16]方法：將葡萄樣品在液氮保護下破碎除籽后，準確稱取2 g放入研缽，加10 mL超純水后充分研磨。搖勻后取2 mL于離心管中，4℃ 10 000 r/min離心10 min，取足量上清液備用。

(1)糖提取：準確移取0.50 mL上清液并加入等體積乙腈后搖勻，4℃ 10 000 r/min離心10 min，取適量上清液經0.45 μm Sep-Pak有機系微孔濾膜過濾，待測。

(2)酸提取：準確移取0.50 mL上清液并加入等體積磷酸鹽緩沖液(20 mM KH2PO4溶液，pH=2.6)后搖勻，4℃ 10 000 r/min離心10 min，取適量上清液經0.45 μm Sep-Pak水系微孔濾膜過濾，待測。

1.2.2.2 糖、酸測定的液相色譜條件

(1)糖測定色譜條件

色譜柱為Agilent Zorbax NH2(4.6×250 mm，5 μm)，流動相為乙腈∶水=75∶25，流速1.0 mL/min，進樣量10 μL。檢測器：示差檢測器(Agilent RID G1362A)，柱溫30℃。

(2)有機酸測定色譜條件

色譜柱為 Agilent SB-AQ(4.6×250 mm，5 μm)，流動相為甲醇—20 mM KH2PO4(5∶95)溶液，用磷酸調節pH值至2.6，流速為0.7 mL/min，進樣量10 μL。檢測器：可變波長紫外檢測器(Agilent VWD G1314B)，檢測波長210 nm，柱溫25℃。

2 結果與分析

2.1 供試葡萄成熟果實中可溶性糖組成、含量及糖酸比

研究表明，供試葡萄總糖含量139.82～236.82 mg/g FW，其中北冰紅(236.82 mg/g FW)含量最高，紅地球(139.82 mg/g FW)最低。葡萄糖和果糖兩種還原糖為葡萄果實中最主要的可溶性糖，含量占總糖含量99.78%(藤稔)以上，葡萄糖含量為71.33(紅地球)～122.21(北冰紅)mg/g FW，均值為94.67 mg/g FW，果糖含量為67.73(維多利亞)～114.34(北冰紅)mg/g FW，均值84.16 mg/g FW。葡萄糖含量略高于果糖，在葡萄果實發育階段蔗糖含量始終極少。除高妻外釀酒葡萄總糖含量整體高于鮮食葡萄，鮮食葡萄糖酸比高于釀酒葡萄，口味偏甜，口感較好。表2

表2 供試葡萄成熟果實中可溶性糖含量及糖酸比變化

2.2 葡萄不同發育階段果實糖組分及總糖含量變化

2.2.1 不同發育階段果實中果糖含量變化

研究表明，在果實發育階段，所有供試品種果實中的果糖含量整體呈上升趨勢，均在成熟期達到峰值。各品種果實發育階段果糖含量的變化存在差異，其中高妻、紅地球、雙優、雙紅、北冰紅果糖形成積累較晚，前期均停留在10 mg/g FW以內，于花后60 d才開始迅速增長，而其余3個品種在花后33 d或47 d便開始了快速積累。紅地球、 北冰紅和雙紅果糖含量均呈現出“升-降-升”的變化趨勢，而其他5個品種則表現為持續增長的趨勢。除維多利亞(早熟品種)在花后33 d果糖快速積累，其余品種成熟期越晚的果糖進入迅速積累階段的時間也越晚。圖1

圖1 果實發育過程中果糖含量變化

2.2.2 不同發育階段果實葡萄糖含量變化

研究表明，供試葡萄品種葡萄糖含量總體為上升趨勢并在果實充分成熟時達到最高值。在各個發育階段，除雙紅外，其他品種葡萄糖含量的動態變化與果糖基本保持一致。鮮食葡萄維多利亞在花后33和60 d有2個迅速積累期，而紅地球在花后100 d前后葡萄糖含量表現為升-降-升的趨勢，高妻和藤稔則表現出持續增長的趨勢。釀酒葡萄北冰紅在花后100 d前后也表現出升-降-升的趨勢，其余品種為持續增長的趨勢。葡萄糖的動態積累特征與果糖類似，成熟期越晚的品種進入快速積累期的時間越長。圖2

圖2 果實發育過程中葡萄糖含量變化

2.2.3不同發育階段果實總糖含量變化

研究表明，葡萄果實中葡萄糖和果糖含量占總糖含量99.78%以上，故葡萄果實總糖的變化主要受果糖和葡萄糖含量的影響。各品種總糖含量的變化與果糖、葡萄糖基本上保持一致。8個供試品種分別在花后33～60 d糖分開始快速積累，在此之前總糖及各糖組分含量極低且穩定。成熟期越晚(生育期越長)的品種，果實糖分進入快速積累期也就越晚。維多利亞、藤稔、左優紅果實糖分快速積累時長約70 d，其余品種約57 d。果實糖分快速積累的時間與各品種生育期長短無相應關系。圖3

圖3 果實發育過程中總糖含量變化

2.3 供試葡萄成熟果實中有機酸組成及含量

研究表明，供試品種有機酸含量差異明顯，在3.96～12.69 mg/g FW，平均含量為7.64 mg/g FW。釀酒葡萄有機酸含量普遍高于鮮食葡萄。檢測分析4種主要有機酸，分別是酒石酸、蘋果酸、檸檬酸和草酸。其中，酒石酸和蘋果酸為主要有機酸，占有機酸總量80.48%(高妻)～93.43%(維多利亞)。

供試葡萄品種各組分有機酸含量及比例差異較大。其中，歐美雜交種藤稔和高妻以蘋果酸為主，占有機酸總含量分別為52.60%和53.77%，酒石酸次之(占比35.17%和26.54%)。其余6個品種果實以酒石酸為主，含量占比為47.39%～66.16%，蘋果酸次之(27.27%～42.93%)，高妻果實中的檸檬酸含量(占比16.27%)和藤稔中的草酸含量(占比11.16%)相對較高，其余6個品種檸檬酸和草酸含量占有機酸的比例均在10%以內。表3

表3 供試葡萄成熟果實中有機酸含量及比例變化

2.4 葡萄果實發育過程中主要有機酸組分及含量變化

2.4.1 不同發育階段果實酒石酸含量變化

研究表明，葡萄果實中的有機酸主要為酒石酸和蘋果酸，其次為檸檬酸和草酸，其中酒石酸含量最高，占有機酸49.68%，其次為蘋果酸。不同品種果實發育階段的酒石酸含量變化有所差異，高妻、 雙優和北冰紅、雙紅、左優紅總體呈現先升后降的變化趨勢，其中雙優在花后74 d達到峰值，高達22.64 mg/g FW；藤稔、紅地球、維多利亞表現為持續下降的趨勢，藤稔及維多利亞在采摘前期酒石酸含量略有上升。不同品種酒石酸含量差異顯著，釀酒葡萄果實酒石酸含量普遍高于鮮食品種。果實發育初期，北冰紅的酒石酸含量最高，雙紅次之，藤稔最低。各供試品種在花后90 d之后酒石酸含量變化趨于平緩。圖4

圖4 果實發育過程中酒石酸含量變化

2.4.2 同發育階段果實蘋果酸含量變化

研究表明，供試品種蘋果酸含量變化均呈先升后降的趨勢(紅地球表現為不斷下降的趨勢)，高妻、左優紅在采摘前略有上升。鮮食葡萄高妻、藤稔和維多利亞均在花后47 d左右蘋果酸含量達到峰值，4個釀酒品種果實酒石酸含量在花后60 d達到最大值。高妻、左優紅在采摘前果實蘋果酸含量略有回升。圖5

圖5 果實發育過程中蘋果酸含量變化

2.4.3 不同發育階段果實總酸含量變化

研究表明，各供試品種總酸含量的變化有所差異：其中高妻、藤稔、雙優、雙紅、左優紅均表現為“升-降”的趨勢，維多利亞、北冰紅表現為“降-升-降”的趨勢，而紅地球表現為持續下降的趨勢。總酸的動態變化與總糖恰好相反，表現出逐漸分解的趨勢。不同品種總酸含量不同，果實發育初期，高妻、北冰紅、紅地球 和雙紅總酸含量較高，均在26.29 mg/g以上，左優紅總酸含量最低(19.58 mg/g)。高妻、藤稔和維多利亞總酸含量在花后33～47 d達到最高值，而4個釀酒葡萄品種則在花后47～60 d達到峰值，之后各品種總酸含量開始下降。圖6

圖6 果實發育過程中總酸含量變化

3 討論

3.1 供試葡萄可溶性糖構成及特點

水果中可溶性糖主要為葡萄糖，果糖以及蔗糖[17]，不同種類甚至同一種類不同品種的水果，可溶性糖構成可能存在差異，多數水果以果糖、蔗糖和葡萄糖中的某一種為主[18]。這3種糖在甜度上存在差異，果糖甜度是葡萄糖的2.33倍，是蔗糖的1.75倍，果實中糖分種類構成差異對果實的甜度也存在一定的影響[19-20]。

大多中晚熟葡萄品種，由于生長期和糖分積累時間較長，含糖量相對較高。如果果糖積累過多，就會使得葡萄過于甜膩而影響口感。好在大多中晚熟葡萄品種(如高妻、藤稔等)葡萄糖比例較大(55.60%及55.75%)，減緩果糖的甜度而使其口感比較適中。8個供試品種果實成熟時葡萄糖、果糖含量平均值為1.12∶1，只含少量或不含蔗糖，在確保果實甜度的同時又保持了果實的適口性。

供試葡萄品種果實成熟時以葡萄糖和果糖為最主要的可溶性糖，二者含量接近于1.1∶1，與LIU Huaifeng等[21]的研究結果一致。所選用的4個鮮食品種果實在成熟時總糖含量略低于可溶性固形物含量。釀酒葡萄可溶性糖含量總體高于鮮食品種，其中北冰紅可溶性糖高達236.82 mg/g FW，與宋潤剛等[22]的研究結果相近。

試驗分析了山歐雜交種(北冰紅、左優紅)和山葡萄(雙優、雙紅)在不同發育階段可溶性糖和有機酸含量的動態變化規律，并發現歐山雜種和山葡萄在花后47～60 d(膨大期)可溶性糖含量開始迅速增長；鮮食品種相較于釀酒葡萄，略早一點進入快速積累階段。生育期越短的品種越早進入糖分快速積累階段。

3.2 供試葡萄有機酸構成及特點

與可溶性糖含量相比，葡萄中的有機酸含量很低，但有機酸在增強果實口感，平穩果實風味[23]以及調節著葡萄酒的酸堿平衡，影響葡萄酒口感、色澤及生物穩定性等方面有著重要作用[24]。葡萄果實中的酒石酸和蘋果酸占總酸含量的90%以上[25]，而酒石酸是葡萄果實的特征酸，在其他水果中少有積累，其酸度很強，也是葡萄、葡萄酒酸度的最主要貢獻者。酒石酸和蘋果酸的酸度也存在一定差異(pKa：3.04與3.40)，相同濃度下酒石酸的酸度比蘋果酸要強。不同用途的葡萄對果實中的酸含量與構成比例有一定的差異，釀酒葡萄品種要求果實中的酒石酸/蘋果酸的比例要高，以增加酒的穩定性，而鮮食葡萄要求果實中的蘋果酸的含量適度、酒石酸的含量較低,以增加葡萄的適口性和清爽感,減輕酒石酸粗糙生硬的感覺[26]。有機酸在果實發育過程中的一般規律為：在果實生長發育過程中有機酸逐漸積累，在進入成熟過程中有機酸含量下降[27]。

研究發現，四倍體的歐美雜交種高妻和藤稔果實以蘋果酸為主要有機酸(分別占總酸含量52.60%和53.76%)，其余葡萄品種以酒石酸為主，與之前認為葡萄為酒石酸優勢型水果[10、23、28]的結論有所差異。藤稔、高妻的高蘋果酸特性是否與其所屬種群、倍性存在相應關聯有待進一步擴大實驗群體予以驗證。

鮮食葡萄果實有機酸在花后20～47 d便開始快速分解，釀酒葡萄有機酸則在花后47～60 d開始快速分解。生長發育期較長的品種，有機酸進入快速分解階段也越慢。

4 結 論

4.1供試葡萄品種果實成熟時總糖平均含量為182.74 mg/g FW，葡萄糖和果糖為主要的可溶性糖，二者含量動態變化一致，均隨果實的發育持續增加；總酸平均含量為7.64 mg/g FW，酒石酸、蘋果酸和檸檬酸總體上隨葡萄果實的發育呈現先增長后逐漸降低的趨勢。歐美雜交種葡萄藤稔、高妻成熟果實中有機酸主要是蘋果酸，其余葡萄成熟果實有機酸則以酒石酸為主，存在明顯區別。在葡萄果實生長發育過程中，有機酸逐漸積累，自轉色期開始有機酸開始分解。

4.2各品種果實進入糖分快速積累、有機酸迅速分解階段的先后與其生育期的長短存在對應關系，而糖分快速積累及有機酸快速分解所需時間長短與各品種生長發育周期的長短并無對應正比例關系。