板栗堅果的7種可溶性糖組分分析

關鍵詞：板栗；可溶性糖；隸屬函數分析；聚類分析；品質分析

板栗CastaneamollissimaBlume是“木本糧食”，為我國最早栽培的果樹之一[1]。據《中國林業和草原統計年鑒2021》統計，2021年中國板栗總產量為227.8×104t，全國種植面積186.6×104hm2，主產省份有河北（40.87×104t）、湖北（35.92×104t）、山東（25.69×104t）。可溶性糖（solublesugar，SS）是板栗甜味產生的物質基礎，其組分和含量的不同很大程度上決定了果實的糖度[2-5]，也塑造了果實獨特的口感和風味[6-9]。不同果實的可溶性糖組分和含量也有所差異[10-12]。

研究板栗堅果可溶性糖組分和含量對板栗種質資源多樣性評價、篩選優質板栗品種有一定幫助，同時對品質和產量有重要影響。有研究表明，板栗不同品種和不同發育階段的可溶性糖組分具有差異性[13-15]。武妍妍等[16]發現不同品種板栗堅果可溶性糖含量存在一定差異，含量在4.51%～11.62%。樊曉蕓等[17]發現‘燕山早豐’板栗在河北遷西區域種植時可溶性糖含量為19.01%，在8個栽培區域中表現最優。張博文等[18]也曾對8個區域的‘燕山早豐’板栗可溶性糖含量進行測定，發現河北遷西地區可溶性糖含量顯著高于其他地區，為19.52%；浙江金華地區可溶性糖含量最小，為9.72%。李穎等[19]在京津冀地區32個板栗品種中檢測到蔗糖、果糖、麥芽糖等可溶性糖組分，發現可溶性糖平均含量為20.80%，其中蔗糖含量最高。李穎等[20]對我國10個板栗主產省份共計121個板栗品種（系）資源實施了調查，發現可溶性糖含量平均為19.65%；其中河北地區可溶性糖含量最高，為21.10%。本課題組曾對6個燕山板栗品種成熟栗仁，使用氣相色譜-質譜法（GC-MS）技術共檢測到24種可溶性糖組分，其中蔗糖（sucrose，Suc）、麥芽糖（maltose，Mal）、肌醇（inositol，Ino）、葡萄糖（glucose，Glu）、D-半乳糖（D-galactose，Gal）、D-果糖（D-fructose，Fru）、棉子糖（raffinose，Raf）為主要成分[21]。

生化甜度主要來源于果實中的可溶性糖，受可溶性糖組分和含量的影響。不同糖組分甜度不同。一般而言將蔗糖甜味指數值設為1.00，其余糖組分與蔗糖進行對比有著不同的賦值。綜合不同可溶性糖組分含量及甜度可計算出生化甜度。本文根據其他文章研究內容[22-24]，對可溶性糖組分進行賦值，數值分別為蔗糖1.00、果糖0.94、葡萄糖1.12、麥芽糖1.25、肌醇0.50、棉子糖0.25、半乳糖0.36。

板栗的糖度影響因素復雜，單一指標無法全面、科學地評價板栗甜度，然而使用較多指標時信息會有一定重疊或偏差，相互影響[25]。本文使用隸屬函數分析，計算得出各個指標在糖度評價中的權重，進而得出各個品種（系）的度量值，從而進行綜合評價。

基于前期研究基礎[21]，本文以83個板栗品種（系）為材料，測定成熟期栗仁的蔗糖、麥芽糖、肌醇、葡萄糖、D-半乳糖、D-果糖、棉子糖含量，分析其多樣性和相關性，以及各品種（系）的生化甜度。通過隸屬函數法對83個資源進行聚類分析，篩選出高甜、中甜和低甜品種（系）。本研究對豐富板栗表型性狀信息，選育板栗高甜品種提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

河北、北京、山東、天津、湖北、廣東、云南等7個?。ㄊ校﹣碓吹?3個板栗品種（系）資源均嫁接于河北科技師范學院板栗資源圃內（表1）。苗圃處于秦皇島市昌黎縣內，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，常年年平均氣溫11.9℃，平均年降水量608.7mm，苗圃內砧木均為5年生‘燕山短枝’，所有接穗已嫁接6年。供試品種（系）均采用統一管理辦法，生長狀況良好，無病蟲害。

1.2試驗方法

每品種（系）選取生長狀態基本一致的無自然災害樹體３株，于果實成熟期[26]各單株樹冠中部外圍取堅果30粒，剝取栗仁后105℃殺青30min，80℃烘干至恒定質量，打粉過篩（孔徑0.178mm）并存儲于干燥的自封袋中。測量果實中可溶性糖、蔗糖、葡萄糖、肌醇、麥芽糖、D-半乳糖、D-果糖、棉子糖含量。所有指標重復測定3次。上述指標均使用上海通蔚實業有限公司試劑盒進行測定。

生化甜度（biochemicalsweetness，BS）的計算方法：生化甜度=0.94×果糖含量+1.12×葡萄糖含量+1.00×蔗糖含量+1.25×麥芽糖含量+0.50×肌醇含量+0.25×棉子糖含量+0.36×半乳糖含量。

1.3數據分析

利用Excel2016和SPSS26計算各指標平均值（±標準差）、變異系數、Shannon-Wiener指數（H′）、Simpson指數（Ds）和Pielou’sJ指數（J）。

H′用來衡量物種均勻度和豐富度，值越高代表組分的多樣性程度越高。Ds評估物種多樣性，衡量物種豐富度。J是衡量組分均勻度的指標。

式中：Pi為第i個品種（系）所在組分的值與所有品種（系）的組分值總和的比；Ni為第i個品種（系）所在組分的值，N為所有品種（系）的組分值總和；S為品種（系）數量。

采用GraphpadPrism9分析各指標相關性，主成分分析法確定各指標權重Wj，運用隸屬函數法結合各指標權重綜合計算各板栗品種（系）的度量值（D）[27-28]，再通過TBtools進行聚類分析（Scalemethod：normalized;Distmethod：euclidean）并分級。

式中：R（Xij）為i品種（系）j指標的隸屬函數值，Xij為i品種（系）j指標的測定值，Xmax和Xmin分別為j指標的最大值與最小值；Wj為j指標的權重，Pj為j指標的貢獻率。

2結果與分析

2.1可溶性糖組分基本參數分析

由表2可知，可溶性糖組分中含量最高的是蔗糖，占15.5619%；含量最低的是D-半乳糖，占0.1975%。蔗糖含量平均值為29.7621mg/g，最大值為39.3617mg/g（QL45），最小值為20.0532mg/g（QLZS1）。蔗糖高于其他幾種可溶性糖組分的總和，是板栗堅果可溶性糖中最主要的成分。不同組分間變異系數存在一定差異。變異系數大小為棉子糖＞葡萄糖＞麥芽糖＞D-半乳糖＞可溶性糖＞肌醇＞蔗糖＞D-果糖＞生化甜度。生化甜度變異系數最低，為13.9152%，屬于弱變異；棉子糖變異系數最高，為52.8540%，屬于強變異[29]。此外，生化甜度的極差值低于平均值的50%，可見其整體離散程度低，有高遺傳穩定性?？扇苄蕴墙M分中變異系數最小的是D-果糖（15.3118%），最大的是棉子糖（52.8540%）。生化甜度的H′、D（s）和J指數均較高，分別為4.4091、0.9877和0.9978，這表明生化甜度具有較高的多樣性和均一性?？扇苄蕴墙M分中，棉子糖的H′、D（s）和J指數均最低，分別為4.2475、0.9845和0.9612；D-果糖的H′、D（s）和J指數均最高，分別為4.4071、0.9877和0.9973；由此可見，D-果糖在所測樣品中的多樣性和均一性程度高于棉子糖。

由表3可得，‘青龍45號’（QL45）生化甜度值最高，為45.2930；‘銀豐’（YINF）生化甜度最低，為27.8352。

2.2可溶性糖組分相關性分析

相關性分析（圖1）發現，大多數可溶性糖組分與生化甜度（BS）無顯著相關性。蔗糖與生化甜度呈極顯著正相關，蔗糖含量越高則生化甜度也隨之升高。棉子糖與生化甜度呈顯著正相關，棉子糖含量越高則生化甜度也隨之升高。棉子糖與D-半乳糖呈極顯著正相關，表明這兩種可溶性糖組分有正協作效應。綜上，生化甜度隨蔗糖、棉子糖及D-半乳糖含量的升高而升高。

多數可溶性糖組分間無顯著相關性，表示這些可溶性糖組分間較為獨立。麥芽糖與蔗糖、葡萄糖、D-半乳糖、D-果糖、棉子糖均呈負相關，肌醇與蔗糖、D-半乳糖和D-果糖及生化甜度呈負相關，但顯著性不明顯。

2.3主成分分析及隸屬函數分析

通過主成分分析，確定各指標權重。依據主成分的累計貢獻率，前5個主成分包括了全部信息的88.410%（表4），代表了數據的大部分信息（＞85%）。表中數值表示不同可溶性糖組分與不同主成分之間的強弱關系，數值絕對值越大代表相關性越強。第1主成分貢獻率為28.043%，其中D-半乳糖、棉子糖在第1主成分上載荷較高。第2主成分貢獻率為19.344%，葡萄糖、D-果糖在第2主成分上載荷較高。第3主成分貢獻率為16.188%，肌醇在第3主成分上載荷較高。第4主成分貢獻率為13.263%，蔗糖在第4主成分上載荷較高。第5主成分貢獻率為11.572%，麥芽糖在第5主成分上載荷較高。

通過83個板栗品種（系）隸屬函數度量值可知（表5），‘遵化短刺’（ZHDC）度量值最高，為0.7613；‘銀豐’（YINF）度量值最低，為0.2165。

2.4聚類分析

依據隸屬函數度量值（表5），對83個板栗品種（系）進行聚類分析，結果如圖2所示。83個板栗品種（系）可以分為高甜、中甜、低甜3類，其中高甜12個，中甜60個、低甜11個。高甜的資源包括：ZHDC、YUF、JSH、DQG、YL、LYB、LXD、YC、JP、YLI、HG4、YB。

根據生化甜度值（表3），對83個板栗品種（系）進行聚類分析，結果如圖3所示。83個板栗品種（系）可以分為高甜、中甜、低甜3類，其中高甜25個，中甜21個、低甜37個。高甜的資源包括QL45、AYK、XHX6、YG、ND1、LK、YB、QL23、YUF、HG4、LYB、TABK、DT、YLL2、JP、SYZF、DBH、HR1、QXSH、YL、QX13、JSH、CHYYX、YSDZ、FN12。

綜合分析7種可溶性糖組分隸屬函數和生化甜度聚類結果，發現‘玉豐’（YUF）、‘京暑紅’（JSH）、“海港4號”（HG4）、‘燕寶’（YB）、‘金平’（JP）、‘六月爆’（LYB）、‘燕露’（YL）為2種分析共有的高糖品種（系）。

3討論

可溶性糖作為一項重要的指標，多有學者對此深入研究。李穎等[19]在32份京津冀主栽板栗品種檢測到的蔗糖、果糖、麥芽糖、水蘇糖、山梨醇、甘露醇6種可溶性糖組分中蔗糖含量最高，而且劉艷等[13]對21個板栗品種（系）探究時同樣發現可溶性糖組分中蔗糖含量最高，與本文研究結果一致。本文檢測到可溶性糖平均含量為191.2498mg/g（19.12%），李穎等[19]研究中探究到可溶性糖平均含量為20.8%，肖鑫等[30]在對遷西8個板栗品種的研究中發現‘泰栗1號’ב京暑紅’的可溶性糖含量可達19.32%，研究結果均同本文結果相近。劉艷等[13]對多個地區共21份板栗資源檢測得出可溶性糖平均含量為11.93%，與本研究結果有所差異，這可能是種植地區或板栗品種不一致所致。武妍妍等[16]對35年以上樹齡的18份板栗種質研究中發現可溶性糖平均含量為7.96%，葉樹濤等[31]在對福建省17個錐栗的研究中檢測到可溶性糖平均含量為6.48%，均與本文結果差異較大，這可能是不同樹齡或不同栗種所造成的影響。上述研究和本研究一樣均檢測到蔗糖和果糖，但水蘇糖、甘露醇等其他可溶性糖組分在本文中還未有研究，需進一步挖掘。

本試驗結果顯示可溶性糖的變異系數為18.1523%（0.1815），這與張力思等[32]研究12個?。ㄊ校┑?9份板栗資源堅果的可溶性糖變異系數（0.259）有所差異，這可能是試驗材料不同導致。本試驗發現D-果糖的變異系數為15.3118%，明顯低于其他可溶性糖組分，但其多樣性和均一性均高于其他可溶性糖組分，這與李穎等[20]研究發現的D-果糖多樣性指數最高結果一致。

本研究發現除棉子糖與D-半乳糖呈極顯著正相關，其他可溶性糖組分間無顯著相關性。這與李穎等[19]在6種可溶性糖成分間也未發現顯著相關性的結果相似。這表明板栗可溶性糖組分相對獨立，這可能是板栗不同品種（系）口感豐富的一個原因。

本研究也存在一定程度上的局限性。本研究選取了83個板栗品種（系），數量較少，且多為北方品種（系），缺少對全國范圍內板栗充分采樣，同時也僅對7種板栗可溶性糖組分進行試驗和分析。下一步準備以北方板栗為補充，收集更多南方板栗，構建全國板栗資源圃，更系統、更全面地研究板栗特性，進一步對板栗可溶性糖進行探討。

4結論

本研究以來自于7個?。ㄊ校┑?3個板栗品種（系）為接穗，5年生‘燕山短枝’為砧木的6年生嫁接板栗材料，測定了蔗糖、葡萄糖、D-果糖、麥芽糖、肌醇、D-半乳糖、棉子糖、可溶性糖的含量，并計算了生化甜度。隨后通過隸屬函數法綜合評價所用材料的糖度品質，對甜度風味進行量化，為全面了解板栗堅果糖度產生機制打下基礎。

本研究在83個板栗品種（系）中均檢測出蔗糖為含量最高的可溶性糖組分，D-半乳糖為含量最低的可溶性糖組分。根據生化甜度值和隸屬函數度量值進行聚類分析，將83個板栗品種（系）分成了高甜、中甜和低甜3個等級?！褙S’‘京暑紅’‘海港4號’‘燕寶’‘金平’‘六月爆’和‘燕露’均被2種方法鑒定為高甜品種（系）。本研究所得高糖板栗品種（系），可以在以板栗高甜度為生產目標的區域栽植、推廣，也可作為優良親本或優異種質資源在板栗糖類遺傳改良中加以應用。