不同發育階段歐李果實糖酸變化規律研究及相關性分析

葉麗琴,孫 萌，張忠爽,劉海嬌,顧金瑞,李衛東，*

(1.北京中醫藥大學中藥學院,北京 100102；2.中藥材規范化生產教育部工程研究中心,北京 100102)

不同發育階段歐李果實糖酸變化規律研究及相關性分析

葉麗琴1,2,孫 萌1，2，張忠爽1,2,劉海嬌1,2,顧金瑞1,2,李衛東1,2，*

(1.北京中醫藥大學中藥學院,北京 100102；2.中藥材規范化生產教育部工程研究中心,北京 100102)

目的:研究歐李果實中糖酸特點及在不同發育階段的含量動態變化,探討歐李果實糖酸積累規律以及不同種類糖酸間的相關性。方法:以京歐1號、京歐2號和京歐3號歐李品種為材料,用高效液相色譜法測定歐李果實在不同發育期蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸和草酸含量。結果:歐李果實總糖和總酸含量高低順序均為京歐3號>京歐1號>京歐2號。歐李果實總糖含量在坐果后著色期內增長趨勢緩慢,果實發育后期總糖含量迅速增長,總酸含量隨著果實成熟逐漸升高,京歐1號和京歐2號果實中總酸含量在完熟前一周略有下降,總糖含量的變化速率大于總酸含量變化速率。蔗糖、葡萄糖和果糖在綠熟期和著色期增長趨勢緩慢,商熟期各種糖含量迅速增長,果實完熟時達到最高點,蘋果酸含量整體呈上升趨勢,在果實完熟前一周下降,而檸檬酸、草酸和琥珀酸隨著果實的成熟含量降低。歐李果實中糖酸比與蔗糖含量正相關性最強,與草酸含量負相關性最強,糖酸比隨坐果后天數呈顯著指數函數y=0.05e(0.04x)變化趨勢。結論:蔗糖與蘋果酸的含量是影響歐李果實風味的主要因素,果實商熟期到果實完熟期是歐李果實生長、糖酸積累的關鍵時期。

歐李,果實發育階段,糖,酸,動態變化

歐李[CerasushumilisSok.]屬薔薇科櫻屬多年生矮小灌木,其果實是我國特有的第三代小水果。歐李果實營養豐富,口感酸甜,能深加工成果汁[1]、果醋[2]、果酒[3]、果脯[4]等多種食品,具有很好的開發前景。風味是影響果實品質的重要原因,也是決定相關產品特性的重要因素,而糖酸種類和含量是影響果實風味的關鍵因素[5-8]。京歐1號、京歐2號和京歐3號歐李品種早結性、豐產性極強,著果率高,在北京、河北和內蒙等地具有廣泛種植。京歐1號、京歐2號和京歐3號品種果實糖酸研究能有利于其栽培管理、采摘和深加工。王鵬飛等[9-11]測定了農大3號、農大4號、農大5號3個歐李品種的果實在不同發育期蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、蘋果酸和檸檬酸動態變化,并對蘋果酸和檸檬酸的積累機制進行了初步分析,結果表明果糖與蘋果酸的含量及其動態變化是影響歐李果實糖酸比、決定果實風味的主要因素。Mo等[12]通過測定57個歐李種質果實中糖酸組分含量,認為歐李果實可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨糖醇,有機酸主要有蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸和草酸,各糖酸組分在種質間存在遺傳多樣性。以上研究表明歐李果實中糖酸含量在不同種質、不同發育期都存在差異,而對京歐1號、京歐2號和京歐3號歐李果實糖酸特點和不同發育期果實中不同種類糖酸動態缺乏全面系統研究。

本研究通過對京歐1號、2號和3號3個歐李優良品種果實在不同發育期,其可溶性糖(蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨糖醇)有機酸(蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸和草酸)動態變化進行測定,分析果實中糖酸動態變化規律及不同種類糖酸間的相關性,為歐李果實風味品質評價、栽培育種和糖酸代謝機制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料 采于內蒙古自治區錫林郭勒盟正藍旗,品種為京歐1號、京歐2號和京歐3號,前2個為國家級審定品種,京歐3號為待審定品種。

2015年7～9月,歐李果實從坐果后觀察果實發育外觀特征,在坐果后35～45 d(京歐1號歐李果實硬核期為坐果后45 d,京歐2號為坐果后40 d,“京歐3號”為坐果后35 d),果皮綠色,果核剛開始變硬開始采樣,選擇色澤相同、成熟度一致的健康果實,每次采樣200 g,一周采一次,直至果實變軟,全株果實90% 以上為紅色,果重不再增加,采集樣品為9次。每次采樣用冰盒保存當天運回實驗室,樣品貯存在-40 ℃冰柜,待測。

蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸、草酸等標準品 均購自中國食品藥品檢定研究所。乙腈(Fisher)、甲醇(Fisher)、磷酸二氫鉀 天津市光復精細化工研究所;磷酸 天津市光復精細化工研究所。

高效液相色譜儀 美國Waters公司,型號1525(2489型紫外檢測器和2414示差檢測器,2707自動進樣器);JBQ-100恒溫搖床 常州普天儀器制造有限公司;G20型離心機 北京白洋醫療器械有限公司。

1.2 實驗方法

樣液制備:樣液制備參考Mo等[12]的方法,每份樣品中隨機取出5～10個果,室溫下解凍,用去離子水洗凈果表面,用滅菌紗布擦干。去除果柄和果核,將果肉切碎放于研缽中迅速搗爛,稱取1.00 g果肉放于10 mL離心管中,加入6 mL蒸餾水混勻,在25 ℃恒溫搖床上震蕩2 h后取出再在室溫下4500 r/min 離心10 min,取上清液過0.22 μm水相微孔濾膜于液相瓶中待分析。

色譜條件:糖和有機酸的測定條件參考和銀霞等[13]的方法。測定9次所采樣品,每個樣品重復制樣三次。

蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇的測定條件:色譜柱為Dikma PLATISIL NH2(5 μm,250 mm× 4.6 mm),流動相為85%乙腈水溶液,流速0.9 mL/min,示差檢測器,柱溫40 ℃,進樣量20 μL,測定時間40 min。

蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸、草酸的測定條件:色譜柱為GL WondaSil RC18(5 μm,250 mm× 4.6 mm),流動相為0.02 mol/L磷酸二氫鉀水溶液和甲醇(95∶5),用磷酸調流動相pH至2.6,超聲脫氣,流速0.8 mL/min,柱溫40 ℃,紫外檢測器(210 nm),進樣量8 μL,測定時間15 min。用外標法計算糖酸含量。

總糖=蔗糖+葡萄糖+果糖+山梨糖醇

總酸=蘋果酸+檸檬酸+琥珀酸+酒石酸+草酸

糖酸比=總糖/總酸

1.3 數據分析

采用Excel 2013軟件整理實驗數據,SPSS 20.0 進行描述性統計、多重比較和相關性分析,Sigmaplot12.0用于作圖分析。

2 結果與分析

2.1 不同發育階段歐李果實發育外觀特征

不同發育階段受試歐李果實發育特征見表1,根據歐李果實的發育階段特征,將歐李果實以坐果為起點,坐果后50 d左右為綠熟期,65 d左右為著色期,75 d左右為商熟期,95 d左右為完熟期。

表1 歐李果實發育階段特征

2.2 成熟歐李果實中糖酸特點

圖1 不同發育期歐李果實中糖酸含量動態變化Fig.1 The dynamic changes of sugar content and organic acids in Chinese dwarf cherry fruits during different development stages

每個品種最后一次采樣均為成熟果實,3個品種成熟期糖、酸組成及含量見圖1。圖1表明,對于總糖言,3個品種總糖含量差異較大,其中含糖量最高的是京歐3號,其次是京歐1號,京歐2號最低,含量分別為108.88、80.95、65.01 mg/g FW?？偺怯烧崽?、葡萄糖、果糖和山梨糖醇組成,其含量高低在3個品種中一致,均為:蔗糖>葡萄糖>果糖>山梨糖醇,這四種糖的含量在3個歐李品種果實中占總糖含量的平均百分比分別是62.45%、21.00%、15.96%和0.59%。在3個品種中,京歐3號果實中蔗糖和果糖含量均為最高,其中蔗糖含量高達73.71 mg/g FW,遠遠高于其他兩個品種。京歐2號歐李果實中蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨糖醇含量均低于京歐1號和京歐3號。

3個歐李品種果實中有機酸含量也有差異,京歐3號總酸含量最高,其次是京歐1號,京歐2號最低,含量分別為34.65、29.68、28.71 mg/g FW。受試3種歐李果實成熟階段,5種有機酸含量高低為:蘋果酸>檸檬酸>琥珀酸>酒石酸>草酸,其中蘋果酸和檸檬酸占總酸含量范圍為70.57%～75.77%和12.60%～16.34%。京歐3號歐李果實中蘋果酸、檸檬酸、琥珀酸含量均高于京歐1號、京歐2號。京歐1號歐李果實中酒石酸含量較高,檸檬酸、琥珀酸、草酸含量較低。京歐2號中草酸含量較高,蘋果酸含量較低。

3個歐李品種果實糖酸比差異顯著,京歐3號糖酸比值最大(3.21),顯著高于京歐2號(2.26)而與京歐1號(2.74)間差異不顯著。京歐1號與京歐2號間糖酸比差異不顯著。

2.3 不同發育階段果實中糖酸含量動態變化

不同發育階段歐李果實主要糖酸含量動態變化見圖1。圖1表明,總糖、葡萄糖和果糖在綠熟期和著色期增長趨勢緩慢,著色期以后各種糖含量迅速增長,完熟期達到最高點。蔗糖在坐果后綠熟期和著色期前含量極低,在著色期后含量才迅速增長。山梨糖醇在歐李果實發育期間以0～0.6 g之間的低含量平緩變化。

在有機酸組成中,蘋果酸在商熟期前含量增長緩慢,商熟期到完熟期期間含量增長較快,京歐1號、京歐2號和京歐3號果實中蘋果酸在果實商熟期達到最高含量,其中京歐1號和京歐2號在果實成熟前一周含量有所降低。而檸檬酸在3個品種中動態變化一致,其含量在綠熟期最高，在著色期含量開始下降,果實商熟期含量有回升趨勢。草酸、琥珀酸的變化趨勢和檸檬酸一致,兩者含量隨著果實的成熟急劇降低,京歐2號和京歐3號歐李果實在果實成熟時含量有回升的趨勢。酒石酸含量變化在0～1.67 g之間,變化趨勢不明顯?？偹岷颗c蘋果酸變化基本一致。在京歐1號和京歐2號歐李果實中,總酸含量在果實成熟前一周略有下降。

2.4 糖酸比動態變化

糖酸比隨著果實的成熟而逐漸變大,對3個品種9個發育階段的糖酸比和各階段的坐果后天數進行曲線擬合,結果見圖2。結果表明,糖酸比隨坐果后天數存在極顯著的指數函數(y=0.05e(0.04x))變化趨勢,達到極顯著正相關(r=0.93**)。

圖2 糖酸比變化趨勢圖Fig.2 Change trend of ratio of sugar/acid

2.5 不同糖酸間相關性分析

對歐李果實的可溶性糖和有機酸進對于糖酸各組分而言,蔗糖含量與葡萄糖、果糖、蘋果酸含量互為正相關,其中與葡萄糖含量相關性最強(r=0.90**),而與檸檬酸、琥珀酸和草酸含量互為極顯著負相關,其中與草酸含量負相關性最強(r=-0.84**);葡萄糖含量與果糖、蘋果酸含量互為極顯著正相關,而與草酸、檸檬酸含量互為極顯著負相關;果糖含量與蘋果酸含量互為極顯著正相關,與草酸、檸檬酸、琥珀酸含量互為顯著負相關;蘋果酸含量與檸檬酸、琥珀酸、草酸含量互為極顯著負相關;檸檬酸含量與草酸、琥珀酸含量互為極顯著正相關,與其他各糖酸組分均為負相關;琥珀酸含量與檸檬酸含量互為極顯著正相關,與其它糖酸互為極顯著負相關。相關性關系說明不同糖酸間在含量變化上趨勢一致或相反?？偹崤c總糖含量也呈正相關,說明在歐李果實發育過程中糖酸的變化總體趨勢一致。歐李果實中糖酸比與葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈極顯著正相關,與草酸、檸檬酸和琥珀酸含量呈極顯著負相關,糖酸比與蔗糖含量正相關性最強,與草酸含量負相關性最強。以上分析說明歐李果實中的不同種類糖酸間具有相關性,其含量綜合影響歐李果實糖酸比進而影響果實風味,糖酸比與蔗糖含量正相關性最強,與草酸含量負相關性最強。

表2 糖酸相關性分析

注：**在p<0.01水平(雙側)上顯著相關。*在p<0.05水平(雙側)上顯著相關。行相關性分析(表2),結果表明,總糖含量與蔗糖、葡萄糖和果糖含量呈極顯著正相關,與山梨糖醇含量呈顯著正相關,且與蔗糖相關性最強(r=0.99**),這與不同種類糖含量在總糖所占比例相符,反映了蔗糖是構成歐李果實總糖的最重要因素?？偹岷颗c蘋果酸含量呈極顯著正相關(r=0.73**),與其他有機酸含量無明顯正相關,而與草酸和琥珀酸有負相關,說明歐李果實有機酸主要成分為蘋果酸,而草酸和琥珀酸含量變化趨勢與總酸含量變化趨勢相反。

3 結論與討論

3.1 成熟期歐李果實糖酸組成特點

水果中可溶性糖與有機酸的種類和含量直接影響果實的口感。已有文獻報道,蘋果中主要可溶性糖為果糖,其次是葡萄糖和蔗糖,主要有機酸是蘋果酸[14-15];甜櫻桃中糖以葡萄糖為主、果糖次之,酸以蘋果酸為主,檸檬酸次之[16-17];李以葡萄糖和蔗糖為主要糖,奎尼酸和蘋果酸為主要有機酸[18-19]。歐李果實中主要可溶性糖為蔗糖,其次是葡萄糖和果糖,山梨糖醇含量較低,主要有機酸為蘋果酸,其次為檸檬酸,琥珀酸、草酸和酒石酸含量偏低,從這點看歐李與李果實糖酸特性相似。根據不同樹種果實最高含量的可溶性糖種類,可將水果分為果糖積累型與蔗糖積累型,而根據不同樹種果實有機酸的種類與含量不同,可將水果分為蘋果酸型、檸檬酸型和酒石酸型[5],本研究測定結果顯示受試歐李果實為蔗糖積累型或蘋果酸型。本研究結果與王鵬飛等[11]以農大3號、農大4號和農大5號歐李品種的研究結果有差異,他們研究顯示果糖為主要糖,蔗糖和葡萄糖稍低,糖酸各組分含量也各不相同,京歐1號、京歐2號、京歐3號中糖酸組成除果糖含量相對較低外,其他種類糖酸含量呈均高于農大3號、農大4號和農大5號,這可能與歐李品種差異性有關。

3.2 歐李果實發育過程中糖酸比變化

水果風味主要由糖酸種類與含量決定,糖酸比是反映果實品質風味的主要指標。其中糖酸比與總酸含量和蘋果酸含量呈正相關說明糖酸比與總酸和蘋果酸含量變化趨勢相同,也說明總糖含量的變化速率大于總酸含量變化速率。歐李果實糖酸比在果實的發育期也是在不斷變化的,糖酸比能隨著坐果后天數呈極顯著曲線變化,擬合方程可用于估測歐李果實在不同發育期的糖酸比值。

3.3 歐李果實發育過程中糖酸動態變化規律

本研究結果表明,受試歐李果實在綠熟期和著色期內,總糖、葡萄糖、果糖含量增長趨勢緩慢,蔗糖含量極低,在商熟期果實中各可溶性糖含量迅速增長,果實成熟時達到最高點,歐李果實不同種類糖積累主要是在果實發育后期。這種糖積累速度的增加可能是糖合成相關酶活性增強作用的結果[20],也可能是淀粉逐漸轉化為可溶性糖的結果[10],蔗糖含量在著色期后的迅速增長也可能是葡萄糖和果糖轉化的結果。有機酸組成中,總酸含量隨著果實成熟逐漸升高,在果實成熟前一周略有下降。蘋果酸含量在坐果后著色期內含量增長緩慢,果實成熟后期含量增長較快,檸檬酸、琥珀酸和草酸的含量隨著果實的成熟急劇降低,在果實成熟時含量略有回升。王鵬飛等[10]研究表明,歐李果實中蘋果酸含量的變化主要與蘋果酸脫氫酶(NAD-MDH)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、蘋果酸酶(NADP-ME)酶的活性有關,檸檬酸含量的變化主要受檸檬酸合酶(CS)、線粒體烏頭酸酶(Mit-ACO)、依賴型異檸檬酸脫氫酶(NAD-IDH)酶活性的影響。相關性分析表明,葡萄糖、果糖和蔗糖含量互為正相關,蘋果酸與檸檬酸、琥珀酸、草酸含量互為負相關,草酸與琥珀酸、檸檬酸含量互為極顯著正相關。以上相關性結果說明不同糖酸間在含量變化上趨勢一致或相反,其相互間的代謝關系需結合糖酸積累機制進一步探討。由歐李果實性狀和糖酸變化趨勢表明,商熟期到完熟期期間京歐1號、2號和3號歐李栽培管理上的關鍵時期,在此關鍵時期之前要提供充足的肥水以保證果實生長,提高果實綜合風味。

[1]周家華,蘭彥平,姚硯武,等. 歐李果汁加工工藝研究[J]. 食品工業科技,2007,28(8):146-147，150.

[2]潘艷芳,王威,郝曉磊,等. 歐李醋飲料加工工藝研究[J]. 飲料工業,2014,17(12):19-22.

[3]李治國,王有信,王玉峰,等. 歐李加工品種與貯藏加工利用[J]. 農產品加工：學刊,2005,34(3):21-24.

[4]馮媛媛,李雪丹,桑亞新,等. 微波滲糖技術加工低糖歐李果脯[J]. 食品科技,2015,40(07):103-109.

[5]鄭麗靜,聶繼云,閆震. 糖酸組分及其對水果風味的影響研究進展[J]. 果樹學報,2015,32(2):304-312.

[6]莫愁. 基于糖酸和酚類物質的歐李種質資源果實品質評價研宄[D]. 北京:北京中醫藥大學,2015. 25-30.

[7]Lakkakula,Anantha,Geaghan,et al. A cafeteria-based tasting program increased liking of fruits and vegetables by lower,middle and upper elementary school-age children[J]. Appetite,2011,57(1):299-302.

[8]王立霞,冀曉昊,安萌萌,等. 幾個功能型蘋果優株果實風味品質的評價[J]. 果樹學報,2014,31(05):753-759.

[9]王鵬飛,張建成,曹琴,等. 歐李果實著色期糖酸含量的變化規律[J]. 山西農業科學,2014,42(1):25-28.

[10]王鵬飛,曹琴,何永波,等. 歐李果實發育期糖和酸組分及其含量的動態變化特性[J]. 西北植物學報,2011,31(7):1411-1416.

[11]王鵬飛,薛曉芳,穆曉鵬,等. 不同酸度歐李果實有機酸積累特性與相關代謝酶活性分析[J]. 中國農業科學,2013,46(19):4101-4109.

[12]Mo C,Li W D,He Y X,et al. Variability in the sugar and organic acid composition of the fruit of 57 genotypes of Chinese dwarf cherry[Cerasus humilis(Bge.)Sok][J]. Journal of Horticultural Science & Biotechnology,2015,90(4):419-426.

[13]和銀霞,李衛東,葉麗琴,等. 采前噴鈣對貯藏期歐李果實糖酸含量變化的影響[J]. 食品科學,2016,37(14):247-252.

[14]梁俊,郭燕,劉玉蓮,等. 不同品種蘋果果實中糖酸組成與含量分析[J]. 西北農林科技大學學報：自然科學版,2011,39(10):163-170.

[15]王柏松,高文民,馬小雪,等. 蘋果等4種水果果實糖酸組成及風味特點研究[J]. 湖南農業科學,2014,20(18):50-53.

[16]魏國芹,孫玉剛,孫楊,等. 甜櫻桃果實發育過程中糖酸含量的變化[J]. 果樹學報,2014,31(s1):103-109.

[17]Janes H,Ardel P,Kahu K,et al. Some biological properties and fruit quality parameters of new sweet cherry cultivars and perspective selections[J]. Agronomy Research,2010,8(3):583-588.

[18]趙樹堂,關軍鋒,孟慶瑞,等. 李果實發育過程中糖、酸、維生素C含量的變化[J]. 果樹學報,2004,21(6):612-614.

[19]Bae H,Yun S K,Yoon I K,et al. Assessment of organic acid and sugar composition in apricot,plumcot,plum,and peach during fruit development[J]. Journal of Applied Botany and Food Quality,2014,87(2):24-29.

[20]陳美霞,陳學森,慈志娟,等.杏果實糖酸組成及其不同發育階段的變化[J].園藝學報,2006,33(4):805-808.

Analysis on the changes and correlations of sugar and organic acid contents in Chinese dwarf cherry [Cerasushumilis(Bge.)Sok.]during different development stages

YE Li-qin1,2,SUN Meng1,2,ZHANG Zhong-shuang1,2,LIU Hai-jiao1,2,GU Jin-rui1,2,LI Wei-dong1,2，*

(1.School of Chinese Materia Medica,Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100102,China;2.Engineering Research Center of Good Agricultural Practice for Chinese Crude Drugs,Ministry of Education,Beijing 100102,China)

Objective:To study the characteristics and the dynamic change of sugar and acid during fruit development of Chinese dwarf cherry.Method:High performance liquid chromatography methods were used to identify and quantify sugar and organic acid contents during different developmental stages of three Chinese dwarf cherry[Cerasushumilis(Bge.)Sok.]cultivars(Jing ou 1,Jing ou 2 and Jing ou 3). Result:The results manifested that the order of the total sugar and total acid contents were ‘Jing ou 3’,‘Jing ou 1’,‘Jing ou 2’. The total sugar content of Chinese dwarf cherry fruit showed a slow growth trend in color period and increased rapidly in the late stage of fruit development,the total acid content were gradually increased with maturity,declined slightly in a week before the fruit maturity in the fruits of Jing on 1 and Jing on 2. And the change rate of total sugar was hiqher than the rate of total acid. Sucrose,glucose and fructose had a slow growth trend in the fruit mature-green stage and coloring period,then the contents were increased rapidly,and reached the highest point when ripe,malic acid content showed a rising trend in general,and decreased a week before ripening. Citric acid,oxalic acid and succinate contents were decreased with the ripening of the fruit. The sugar-acid ratio had the strongest positive correlation with sucrose content,had the strongest negative correlation with oxalic acid. The relation of sugar-acid ratio with the days after fruit setting was exponential function of y=0.05e(0.04x). Conclusion:The content of sucrose and malic acid were the main factors influencing fruit flavor of Chinese dwarf cherry. The commercial stage to ripe stage was the key period for growth and accumulation of acids and sugars in of Jing ou 1,Jing ou 2 and Jing ou 3 Chinese dwarf cherry fruits.

Chinese dwarf cherry;fruit development;sugar;organic acid;dynamic change

2016-08-19

葉麗琴(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：中藥材質量評價與品種創新，E-mail:yelq90@126.com。

*通訊作者:李衛東(1970-)，男，博士，研究員，研究方向：中藥資源評價與利用，E-mail：liweidong2005@126.com。

國家林業局公益性行業科研專項(201504710)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)05-0098-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.010