阿克苏地区富士苹果“糖心”品质的分析研究

周小魏 王德钢 努尔买买提 熊仁次

（塔里木大学植物科学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆阿拉尔843300）

阿克苏地区“糖心”苹果是久负盛名的新疆特色果品，也是新疆乃至中国农业的名牌产品［1]。阿克苏地区因具有独特的地域优势，昼夜温差大、光照充足等特点，较长的生长期让阿克苏苹果独特品味“冰糖心”。苹果作为新疆林果业发展的主要树种之一，随着种植规模的日益扩大，如何提高果实品质已经成为人们关注的重点问题［2]。对于“糖心”果实而言，糖分是果实品质优劣的主导因素，不仅左右果实风味的好坏，还参与机体新陈代谢、能量供给，调节植物的生长发育。同时，果实中糖的积累除受基因控制外，外界自然环境因子、矿质元素等对果实中糖积累也起到一定调控作用［3]。

Bowen 和Watkins等人研究发现［4]，成熟期富士苹果果实中山梨醇含量高及果实自身Ca等矿质元素的缺乏会引发“冰糖心”的形成。孙霞等［5]研究发现南疆阿克苏地区红富士苹果中含有丰富的Ca、Mg、Fe、Cu,还含有一定量的Zn、Mn等对人体有益的矿质元素。邓继光等［6]研究发现苹果果肉的组织结构和它的物理特性有密切的关系。王艳芳等［7-8]，经探究摸索出一套适合不同发育期苹果果实组织的石蜡切片制作方法。目前，关于阐述“糖心”果实形成机制的研究尚不成熟，因此，探讨“糖心”的成因是提高南疆苹果果实品质的重中之重，也是提高果实品质的重要因素。

本文以阿克苏地区“糖心”苹果为研究对象，分析比较了“糖心”果实和“无糖心”果实之间主要内在品质、糖组分及矿质元素的差异，并通过制作果实石蜡切片观察果肉微观结构之间的差异，进行分析讨论，为研究“糖心”的品质和形成提供理论基础，进而为促进高品质的果实生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验材料：选取阿克苏地区红旗坡果园的苹果（经度：80.23°，纬度：41.28°）。本试验所用的苹果品系为成熟期优质且具有代表性的“糖心”和“无糖心”果实进行测定。

取样：“糖心”果实和“无糖心”果实各30个，沿果实中间部位横切厚度0.5 cm薄片，去掉果皮，并将剩余部分沿果心线去除果心作为果肉组织；另取糖心果实30个，沿果实中间部位横切厚度0.5 cm薄片，分别切取“糖心”部位和“非糖心”部位，即四个处理分别为：“糖心”果实、“无糖心”果实、“糖心”果实的“糖心”部位和“糖心”果实的“非糖心”部位。

本试验所用果糖标准品、葡萄糖标准品、蔗糖标准品、山梨醇标准品（纯度大于99%）均购于中国食品药品检定研究院；二甲苯、甲苯胺蓝(国药集团生产，实验室自配)；乙腈、三乙胺（分析纯）、乙醇（分析纯）(色谱纯)购于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；浓硝酸（优级纯）西陇化工股份有限公司；超纯水（即电阻率达到18.25 MΩ*cm，25℃）。

1.2 仪器与设备

UV1 800PC紫外分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；1260型HPLC仪，附带G1 311C型四元泵、G1329B自动控温自动进样器、G1316A柱温箱、G4260B ELSD，OpenLAB CDS色谱工作站；ICPOES 720瓦里安电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国瓦里安技术中国有限公司）；ICPMS7700电感耦合等离子体原子发射质谱仪（美国安捷伦公司）；切片机（德国LEICA公司RM2245）；生物组织全自动脱水机（德国LEICA公司TP1020-1）；生物组织包埋机与冷台（德国LEICA公司EG1150H/0C）；病理图像采集及分析系统（图像采集OLYMPUS BX43，图像分析系统Image Pro Plus 6.0）。

1.3 检测方法

1.3.1 内在品质指标测定

可溶性糖含量的测定：蒽酮比色法。

可滴定酸含量的测定：酸碱滴定指示剂法。

糖酸比：糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量。

1.3.2 糖组分测定

色谱柱：Waters XBridgeTM Amide（250 mm×4.6 mm，5 μm）色谱柱，溶液A（0.2%TEA的超纯水）和B（0.2%TEA和乙腈）按照24：76（v/v）配比作为流动相，柱温为30℃；雾化管温度为60℃，漂移管温度为60℃，气流量为1.6 L/min，增益值为1.0。

标准品制备：精密称取果糖、葡萄糖、蔗糖、山梨醇、标准品各0.010 0 g（精确至0.000 1 g），用超纯水溶解并定容至2 mL，分别配制成5 mg/mL标准品储备液。分别精密吸取适量上述标准品储备液各1 ml，加水制成1mg/ml的混合对照品溶液，待测。

提取液制备：精确称取1.000 0 g样品，充分研磨后加入10 mL的80%乙醇混匀，于80℃水浴加热30 min，待冷凉至室温后设置4 000 rmp的速度离心15 min后，取上清液，残渣继续用80℃乙醇重复提取，合并滤液，旋转蒸发除去其中乙醇，用超纯水定容至25 mL容量瓶中，过0.45 μm微孔滤膜，待测。

各组分糖含量测定：采用高效液相色谱法［9]平行测定3次，根据糖组分回归方程对果实中糖组分进行定量。

1.3.3 矿质元素测定［10]

样品制备：将采集的苹果样品进行清洗，将洗净的果实用不锈钢刀削皮切块，置于105℃干燥箱中杀酶30 min，烘箱65℃下烘至恒重。待冷却后粉碎，装自封袋备用，即为苹果粉末试样备用。

矿质元素测定：称取0.200 0 g样品于试管中，加入约5 mL浓硝酸盖上塞子，于石墨炉中150℃加热消解至棕色气体冒尽、样液呈浅黄透明待样品冷却至室温转移到25 mL容量瓶，用超纯水定容至刻度，再通过瓦里安电感耦合等离子体原子发射光谱仪测试果实中Ca、Mg、Cu、Zn、Si、Fe、B 含量。射频功率1 000 W，等离子体气流量15 L/min，载气流量1.5 mL/min，泵速15 r/min，进样速率0.1 mL/min。其中等离子气、辅助气、雾化气均为高纯氩。按照选定的仪器工作条件，取样液直接测定各元素含量，各试样重复测定3次。方法检出限0.05 mg/L，误差＜5%。

1.3.4 石蜡切片

①固定：FAA固定液固定果肉切片至少24 h。

② 脱水：30%→50%→70%→80%→95%Ⅰ→95%Ⅱ→100%Ⅰ→100%Ⅱ（不同浓度乙醇）。

③透明：½乙醇+½二甲苯→二甲苯Ⅰ→二甲苯Ⅱ。

④浸蜡：½二甲苯+½石蜡→纯蜡Ⅰ→纯蜡Ⅱ。

⑤ 切片：厚度10 μm。

⑥染色：二甲苯→二甲苯→½乙醇+½二甲苯→100%乙醇Ⅰ→100%乙醇Ⅱ→95%乙醇→85%乙醇→70%乙醇→50%乙醇→1%甲苯胺蓝水溶液染色（10 min）→流水冲洗（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：中性树胶封片，观察。

2 结果与分析

2.1 果实内在品质比较

表1 “糖心”与“无糖心”果实内在品质指标含量的比较

果实可溶性固形物的含量与果实品质有直接关系。由表1可以看出，可溶性固形物的含量“糖心”果实与“无糖心”果实之间存在极显著显著性差异（P＜0.01），“糖心”果实可溶性固形物含量高于“无糖心”果实。“糖心”部位与“非糖心”部位之间存在极显著差异（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为15.7%。

可溶性糖含量“糖心”果实与“无糖心”果实之间无显著性差异。“糖心”果实可溶性糖含量为12.37%，“无糖心”果实可溶性糖含量为11.59%。“糖心”部位与“非糖心”部位存在极显著差异（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”果实可溶性糖含量高于“无糖心”果实，但“糖心”部位可溶性糖含量低。

果实可滴定酸是果实品质的重要构成之一，是影响果实风味的重要因素。从表1可以看出，“糖心”果实可滴定酸含量与“无糖心”果实之间存在极显著差异（P＜ 0.01），“糖心”果实可滴定酸含量是“无糖心”果实的1.2倍。可滴定酸含量“糖心”部位与“非糖心”部位之间存在极显著差异（P＜0.01），“糖心”部位可滴定酸含量最低为0.22%。

果实品质风味与糖酸比有直接关系，果实中糖酸比越大，果实口感风味越佳，从表1可以看出糖酸比“糖心”果实＞“无糖心”果实＞“非糖心”部位＞“糖心”部位，糖心果肉糖酸比最高达到53.78，说明“糖心”果实口感风味更佳。的蔗糖含量是“糖心”部位的1.7倍。“糖心”果实糖组分的含量显著高于“无糖心”果实，尤其是蔗糖和山梨醇的含量。而“糖心”部位葡萄糖、果糖显著高于“非糖心”部位，“非糖心”部位蔗糖则显著高于“糖心”部位。

表2 “糖心”与“无糖心”果实糖组分含量的比较

2.2 果实糖组分的比较

“糖心”果实与“无糖心”果实的糖组分测定结果如表2所示。由表2可知，“糖心”果实的果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量均高于“无糖心”果实且均存在极显著差异（P＜0.01）。“糖心”果实的果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量分别是“无糖心”果实的1.3倍、1.4倍、1.6倍和1.8倍。“非糖心”部位

2.3 果实矿质元素的比较

“糖心”果实与“无糖心”果实7种矿质元素测量结果如表3所示。

表3 “糖心”与“无糖心”果实矿质元素含量的比较

由表 3可知“糖心”果实中的 Ca、Fe、Zn、Si、B、Cu元素均显著高于“无糖心”果实且存在极显著差异（P＜ 0.01）。其中，糖心果实“糖心”部位Ca、B元素含量最高，分别为819.76 mg/kg、110.64 mg/kg，糖心果实“非糖心”部位Fe、Zn、Cu、Mg、Si元素含量最高，分别为 57.82 mg/kg、3.60 mg/kg、10.35 mg/kg、678.93 mg/kg、514.37 mg/kg。进一步表明“糖心”果实富含更多的矿质元素。

2.4 果实石蜡切片微观结构比较

利用石蜡切片技术观察“糖心”苹果果肉部位的形态。由图1可以看出，“糖心”部位和“非糖心”部位果实纵横切面各部位细胞形态和结构均完整，图像干净清晰。从图片中可以观察到“糖心”部位横纵切面细胞排列紧密、细胞间隙比较小，“非糖心”部位横向切面细胞大小均一且分布规律，细胞形态偏扁，“非糖心”部位纵向切面细胞排列规则，大小均一，细胞形态偏圆。因此，可以初步判断“糖心”果实的果肉细胞无破裂，“糖心”的形成是糖大量积累，不能及时代谢和转化导致的。

图1 “糖心”和“非糖心”部位石蜡切片图

3 讨论

果实中糖类物质是衡量果实风味品质的重要指标［11]。成熟期苹果果实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组成，其中果糖含量最高，其次为蔗糖和葡萄糖［12-14]。本文研究结果表明，“糖心”果实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“无糖心”果实，“糖心”果实含糖量最高可达到18.8%。本试验还进一步研究了“糖心”果实和“无糖心”果实之间糖组分的差异，通过试验比较分析发现，“糖心”果实中果糖、山梨醇、葡萄糖、蔗糖含量都高于“无糖心”果实，其中果糖、葡萄糖、蔗糖含量之间均存在极显著差异（P＜0.01）。“糖心”部位与“非糖心”部位进行比较，“糖心”部位的葡萄糖、蔗糖含量分别是“非糖心”部位的1.3倍和0.6倍。这与杜艳民［15]等研究发现“糖心”部位中蔗糖含量显著高于“非糖心”部位的结果一致，但与“糖心”部位中山梨醇含量显著高于“非糖心”部位的结果不一致。结果与考虑阿克苏地区“糖心”富士采摘时期以及地域有所差异，以及运输或储藏过程中糖类物质不断代谢和转化都有关系。

本研究结果表明“糖心”果实Ca元素高于“无糖心”果实，“糖心”部位Ca元素高于“非糖心”部位，这一研究结果与杜艳民等［15]研究Ca元素的缺乏是引发苹果“糖心”的主要原因之一的结果不一致。可知阿克苏地区果实“糖心”的出现并非是因缺Ca元素引起的，而是一种果实品质较好的表现。对果实中Ca、Fe、Zn、Cu、Si、B等矿质元素进行比较，发现“糖心”果实矿质元素含量高于“无糖心”果实且均存在极显著差异（P＜0.01）。这一结果表明阿克苏地区“糖心”果实含有丰富的矿质元素。

Pieczywek等［16]发现：根据细胞的类型、空间排列、形状和细胞间隙的数量及大小，果实部位可能表现出不同的宏观特性。本试验通过对石蜡切片进行观察，发现“糖心”部位的细胞形态小、排列紧密、不规则且细胞间隙小，“非糖心”部位细胞形态大小均一，排列规律，横切面细胞偏扁，纵切面细胞偏圆，切片显示细胞无破裂。由此可以推断“糖心”苹果果实出现“糖心”现象，是因为成熟期果实中的糖含量不断增加，加上阿克苏地区昼夜温差大的因素，白天积累的糖分不能及时代谢，成熟的果实细胞对糖分的吸收能力降低，碳水化合物积累在细胞间隙,久而久之碳水化合物开始凝聚，就会形成独特的“冰糖心”。又因为果实成熟期果实中糖分以及营养物质的运输主要靠维管束进行传递［7]，这导致出现“糖心”现象多围绕果实维管束周围。

4 结论

本研究比较分析了阿克苏地区富士苹果“糖心”果实与“无糖心”果实之间内在品质、糖组分、矿物质元素等营养指标的差异，分别检测了可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、糖酸比、葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨醇、矿质元素以及果肉组织的微观结构差异等指标。结果发现“糖心”果实中除可滴定酸含量低于“无糖心”果实外，其余营养指标均高于“无糖心”果实，在成熟期“糖心”果实的糖度可以达到18.8%，这大大提高了阿克苏地区富士苹果“糖心”果实的口感和营养价值。且石蜡切片观察显示“糖心”和“非糖心”部位细胞均完整，但两者细胞大小、形态存在明显的差异。该试验结果可初步得出阿克苏地区“糖心”苹果出现“糖心”性状是一种果实品质较好的表现。果实达到成熟期后，果实中的营养物质通过维管束不断传输，糖类物质不断增多，由于阿克苏地区昼夜温差大，白天积累的糖不能及时代谢和转化，导致“糖心”的出现。同时，“糖心”的出现也给果农最适采摘时间提供依据。因此，进一步研究栽培管理对苹果品质和“糖心”出现的影响及其对其相关基因表达调控，是今后研究的重点和切入点。