黄土高原旱塬区不同品种苹果果实糖及有机酸含量比较分析

贺雅娟，马宗桓，韦霞霞，李玉梅，李彦彪，马维峰，丁孙磊，毛 娟，陈佰鸿

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070）

苹果（Malus domestica）是世界上大面积种植的水果，属蔷薇科（Rosaceae）苹果属（MalusMill），为一年生落叶果树[1]。苹果在世界各个温带地区广为栽培[2]，如今在“一带一路”大背景下，中国苹果贸易在海外市场得到迅速发展[3]。中国苹果生产可大致分为以下四个产区，即渤海湾苹果产区、西北黄土高原产区、黄河故道和秦岭北麓产区、西南冷凉高地产区[4]，甘肃属于西北黄土高原苹果优势区，其苹果主产区包括平凉、天水、庆阳3市。2018年甘肃园林水果产量达370.03万吨，其中苹果产量达291.53万吨，约占该年本省园林水果生产总量的78.79%[5]，由此看出苹果产业在甘肃省水果产业发展中的重要地位。如今，苹果果实品质已经成为大家越来越关注的问题，果实中主要有机成分有糖、酸、果胶、香味与异味、多种维生素、矿物质及色素[6]，其中糖、酸组分和含量是影响苹果品质与风味的主要指标[7-8]。

苹果属于己糖积累型，果实中可溶性糖主要为果糖、蔗糖、葡萄糖和山梨醇[9-11]。在不同生长发育期苹果果实中可溶性糖各成分的含量不同，在发育初期可溶性糖以山梨醇为主，葡萄糖、蔗糖和果糖含量较低，随着果实的生长发育山梨醇含量逐渐降低，而蔗糖、葡萄糖和果糖的含量不断增加，在果实成熟期果糖含量相对较高且趋于稳定[12]。苹果果实中有机酸主要为苹果酸，同时含有琥珀酸、草酸、酒石酸、乙酸、柠檬酸等多种有机酸[13]，不同有机酸含量伴随着果实的生长发育有所变化。在苹果果实的整个生长发育过程中苹果酸和草酸的含量总体趋势为前期上升，之后下降，而琥珀酸、乙酸、柠檬酸和酒石酸的含量总体上呈下降趋势，越接近果实成熟期含量越低[14]。田兰兰等[15]测定了9个苹果特征产地‘长富2号’果实中4种糖类物质含量，发现不同产地‘长富2号’果实中均含有蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇，但不同产地之间4种可溶性糖含量存在差异，且新疆伊犁和甘肃天水的果实4种糖组分总含量最高。冯娟等[16]通过对比分析12个苹果产地之间富士果实中可溶性糖及有机酸含量，发现可溶性糖含量差异较大，但是可溶性糖种类相似，而在各个产地苹果果实可溶性糖中果糖含量均最高，并且四川省盐源地区苹果果实中可溶性糖与总糖含量最高；有机酸在12个产地的果实中种类表现出差异，在部分产地苹果果实中未检测到酒石酸和乙酸，不同产地苹果果实有机酸中苹果酸含量均较高，其他有机酸含量相对较少。郭燕等[17]研究发现，不同品种苹果果实中有机酸种类不尽相同，不同品种苹果果实中均检测出苹果酸、琥珀酸、柠檬酸和草酸，且苹果酸含量最高，但是在部分品种中未检测出酒石酸和乙酸。倪伟等[18]研究表明部分苹果果实在花后80 d才能检测到微量乙酸。前人对于苹果果实中可溶性糖与有机酸酸组分已有诸多研究报道，但对于黄土高原旱塬区不同品种苹果果实中糖酸含量的差异鲜有研究。

黄土高原旱塬区地处我国半干旱半湿润气候区，土层疏松，经流水侵蚀后形成了独特的“塬”地，该地貌地形平坦宽阔，适于机械化耕作。甘肃省静宁县属于该地区旱作农业区，空气相对干燥、病虫害相对较轻、农药残留量小、土壤污染轻、水质比较洁净，具备适合苹果生长的自然环境优势，而在该生态条件下不同苹果品种的糖酸组分及积累特征如何，目前还未系统研究。本研究以静宁县栽培的30个品种为对象，结合高效液相色谱法（High-phase liquid chromatography，HPLC）对采收期果实中糖及有机酸测定分析，初步掌握该生态区不同品种的糖酸阈值，为苹果品质评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苹果 均采自甘肃省静宁县果树研究所，该果园内地势平坦、苹果树形均为高纺锤形，栽植30个苹果品种（表1）的树龄均为10～12年生，于2019年10月上旬进行采摘。选取管理措施相同、生长势基本一致的果树在树体外围进行采摘，选择无病虫害、无机械损伤、大小一致、品种间色泽相近的果实，每个品种随机摘取30个果实，每10个果实作为一个重复。在果实阴阳两面取样混合后置于-80 ℃冰箱中备用；葡萄糖、蔗糖、果糖、山梨醇、草酸、奎宁酸、柠檬酸、苹果酸、乙酸和酒石酸标样 色谱级，Sigma公司。

表1 苹果采样品种名称Table 1 Names of apple sampling varieties

WatersAcquity Arc高效液相色谱仪、Empower数据处理系统、2414示差折光检测器、2.5 μm XBridge BEH Amide色谱柱及保护柱柱芯、2489二极管阵列检测器、3 μm Atlantis T3色谱柱及保护柱柱芯 美国Waters公司；Milli-Q Direct超纯水一体化系统 美国Millipore公司；Sigma 3K15离心机德国Sigma公司；Christ RVC 2-18 CD plus真空离心浓缩仪、MZ 2C NT真空泵 德国Christ公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 糖样品的提取：参照刘玉莲等[19]的方法并加以改进。将混合样品研磨后准确称取0.5 g，移至10 mL离心管中，加入5 mL 80%的乙醇，35 ℃下超声提取20 min，12000 r/min下离心15 min后取上清液。重复提取两次，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提取液置于真空离心浓缩仪内旋转蒸发（60℃），旋转蒸发2.5 h。然后用1 mL超纯水与1 mL乙腈复溶，用0.22 μm有机相微孔滤膜过滤，将滤液加入进样瓶中待测。

酸样品的提取：参照Zhang等[20]的方法并加以改进。将混合样品研磨后准确称取2 g，移至10 mL离心管中，加入7.5 mL超纯水，在4 ℃、10000 r/min条件下离心10 min，用0.45 μm水相微孔滤膜过滤，将滤液加入进样瓶中待测。

1.2.2 高效液相色谱条件 糖测定色谱条件：柱温40 ℃，流动相为75%乙腈、0.2%乙胺以及24.8%超纯水，流速0.8 mL/min，进样量10 μL，检测波长为254 nm。酸测定色谱条件：柱温30℃，流动相为20 mmol/L NaH2PO4溶液（用H3PO4将pH调至2.7），流速0.5 mL/min，进样量20 μL，检测波长为210 nm。

1.2.3 总糖、总酸的测定及甜度的计算方法 总糖含量的测定采用蒽酮试剂法，总酸含量的测定采用酸碱中和滴定法[21]，果实甜度的计算式参照姚改芳等[22]方法，将蔗糖的甜度值定为1，果糖的甜度值为1.75，葡萄糖和山梨醇的甜度值分别为0.7和0.4，则甜度值=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 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 20软件进行处理，利用单因素方差分析进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 果实中主要可溶性糖的组分和含量的差异分析

由表2可知，苹果果实中总糖含量的变化范围是82.721～151.990 mg/g，平均值为108.413 mg/g，变异系数为19.01%。不同品种之间果实总糖含量有所不同，其中‘嘎啦’和‘澳引’的总糖含量最高，分别为151.990和150.607 mg/g，‘金冠’、‘皮诺瓦’和‘阿斯’的总糖含量较高，‘乔华’、‘成纪1号’、‘无锈金矮生’、‘密脆’、‘艾达红’、‘2001富士’、‘烟富3号’的总糖含量较低，‘爵士’的总糖含量最低，为82.721 mg/g，因此不同品种苹果果实中总糖含量差异较大，但可溶性糖种类相似，均含有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇。果实甜度值与总糖含量的变化趋势大致相同，变化范围是87.37～194.33，平均值为132.87，30个品种中26个品种的甜度值分布在90～170之间，只有两个品种的甜度值超过170，分别为‘嘎啦’和‘澳引’，甜度值最低的品种是‘爵士’和‘成纪1号’，分别为87.38和88.81。

由表2可知，30个苹果品种可溶性糖中果糖含量均较高，其含量变化范围是38.393～69.736 mg/g，平均值为52.964 mg/g，占总糖含量48.82%，且变异系数最小（16.18%），其中‘嘎啦’和‘世界1号’果糖含量显著高于其他品种，分别为69.736和67.491 mg/g，‘爵士’和‘烟富1号’的果糖含量最低，分别为38.393和40.226 mg/g；不同品种可溶性糖中山梨醇含量均较低，其含量变化范围是2.092～21.154 mg/g，平均值为6.172 mg/g，占总糖含量5.69%，其中‘金冠’的山梨醇含量显著（P＜0.05）高于其他品种，为21.154 mg/g，‘寒富’、‘澳引’、‘富士美满’和‘阿斯’的山梨醇含量比平均值高1.5～2倍，‘无锈金矮生’和‘爵士’山梨醇含量最低，分别为2.092和2.423 mg/g。

不同品种苹果果实中葡萄糖含量变化范围是3.173～31.807 mg/g，平均值为11.484 mg/g，占总糖含量的10.59%，且变异系数最大（65.78%），说明不同品种苹果果实之间葡萄糖含量差别较大，其中‘皮诺瓦’、‘金冠’、‘美味’和‘寒富’的葡萄糖含量显著高于其他品种，分别为31.807、30.453、26.175和21.318 mg/g，‘爵士’、‘艾达红’、‘秦脆’、‘成纪1号’和‘烟富3号’的葡萄糖含量最低，均在5.0 mg/g以下；蔗糖含量变化范围是5.349～60.135 mg/g，平均值为29.671 mg/g，占总糖含量的27.37%，其中‘嘎啦’和‘澳引’的蔗糖含量显著高于其他品种，分别是60.135和59.973 mg/g，‘成纪1号’、‘无锈金矮生’、‘烟富3号’、‘乔华’、‘2001富士’和‘蜜脆’的蔗糖含量最低。

就品种而言，大部分苹果果实中4种可溶性糖组分含量表现出果糖＞蔗糖＞葡萄糖＞山梨醇的规律，只有‘金冠’、‘八月富士’和‘无锈金矮生’3个品种苹果果实中4种可溶性糖组分含量表现出果糖＞葡萄糖＞蔗糖＞山梨醇，且‘八月富士’和‘无锈金矮生’的葡萄糖含量与蔗糖含量无显著性差异。

2.2 果实中主要有机酸的组分和含量的差异分析

由表3可知，苹果果实中总酸含量的变化范围介于2.457～16.661 mg/g之间，平均值为6.715 mg/g，变异系数为34.50%，不同品种之间总酸含量差异较大。其中‘澳引’的总酸含量最高，为16.661 mg/g，‘静宁1号’和‘寒富’的总酸含量相对较高，分别9.335和8.514 mg/g，而‘嘎啦’、‘瑞阳’、‘甘红’、‘八月富士’等果实的总酸含量较低，‘世界1号’（2.457 mg/g）的总酸含量最低，是平均值的36.6%。不同品种苹果果实的甜度值与总酸的比值变化范围介于11.11～66.01之间。甜度值/总酸大于30的品种有‘世界1号’、‘金冠’和‘嘎啦’，比值分别为66.01、34.51和32.47，其中‘世界1号’果实的甜度值/总酸是另外两个品种的2倍，甜度值/总酸介于20～30之间的有‘美味’、‘富士美满’、‘阿斯’、‘烟富6号’等共13个品种，甜度值/总酸小于20的有‘寒富’、‘蜜脆’、‘2001富士’、‘甘红’等共14个品种。

表2 不同品种苹果果实中可溶性糖、总糖含量及甜度值Table 2 Soluble sugar, total sugar content and sweetness value in different varieties of apple fruit

由表3不同品种苹果果实中有机酸组分均表现出苹果酸含量最高，变化范围介于1.174～8.109 mg/g之间，平均值为3.857 mg/g，占总酸含量的57.44%，且变异系数最低（43.44%），其中‘寒富’的苹果酸含量显著高于其他品种，为8.109 mg/g，‘皮诺瓦’、‘富士冠军’、‘瑞雪’、‘秦脆’、‘澳引’和‘乔华’的苹果酸含量较高，‘艾威’、‘烟富1号’、‘八月富士’、‘阿斯’、‘嘎啦’、‘甘红’、‘乔纳金’、‘2001富士’、‘艾达红’和‘蜜脆’的苹果酸含量中等，‘宫崎短富’、‘成纪1号’、‘无锈金矮生’、‘烟富3号’、‘爵士’、‘陆奥’、‘烟富6号’、‘美味’、‘富士美满’和‘静宁1号’的苹果酸含量均相对偏低且相互无显著性差异，‘世界1号’、‘瑞阳’和‘金冠’的苹果酸含量最低；奎宁酸的含量次之，变化范围是0.051～0.923 mg/g，平均值为0.383 mg/g，占总酸的5.70%，且变异系数最大（66.06%），表明不同品种间苹果果实的奎宁酸含量差别较大，其中‘乔华’、‘艾达红’和‘艾威’的奎宁酸含量最高，分别为0.923、0.891和0.797 mg/g，而‘无锈金矮生’、‘秦脆’和‘陆奥’的奎宁酸含量最低，仅为平均值的13.3%～16.7%。

酒石酸含量低于奎宁酸，其变化范围为是0.004～0.087 mg/g，平均值为0.039 mg/g，占总酸的0.58%，其中‘瑞雪’、‘皮诺瓦’和‘八月富士’的酒石酸含量最高，分别为0.087、0.082和0.077 mg/g，‘爵士’、‘静宁1号’、‘蜜脆’、‘宫崎短富’、‘烟富6号’和‘金冠’的酒石酸含量最低；柠檬酸的含量变化范围是0.009～0.079 mg/g，平均值为0.028 mg/g，占总酸的0.42%，其中‘皮诺瓦’的柠檬酸含量显著（P＜0.05）高于其他品种，为0.079 mg/g，‘烟富3号’、‘世界1号’、‘陆奥’和‘嘎啦’的柠檬酸含量最低，分别为0.010、0.010、0.009和0.009 mg/g；草酸和乙酸的含量在不同品种间存在明显差异，在30种苹果有机酸中草酸含量均较低，变化范围是0.007～0.037 mg/g，并且在‘金冠’、‘艾威’、‘八月富士’、‘富士冠军’、‘阿斯’、‘艾达红’、‘甘红’、‘乔华’、‘烟富3号’、‘陆奥’和‘成纪1号’果实中未检测出乙酸，说明不同品种苹果果实中有机酸的种类存在较大差异。

表3 不同品种苹果果实中有机酸含量Table 3 Organic acid content in apple fruits of different varieties

通过分析不同品种苹果果实中多种有机酸含量占总酸的比值发现，各品种苹果中苹果酸含量占总酸的比值均在22%以上；奎宁酸含量占总酸的比值最高为‘艾达红’（14.05%）、最低为‘秦脆’（0.68%）；柠檬酸和酒石酸两种有机酸含量占总酸的比值较为一致，占比范围在0.09%～1.37%之间；草酸含量占总酸的比值以‘世界1号’果实（0.81%）最高，其余品种苹果果实中草酸含量占总酸的比值介于0.05%～0.51%之间；除未检测出乙酸的苹果品种以外，其他品种苹果果实中乙酸含量占总酸的比值变化范围在0.12%～0.92%之间，最高值为最低值的7.67倍。

2.3 不同品种苹果果实中糖酸物质的相关性分析

对不同品种苹果果实总糖、总酸、甜度值、甜度值/总酸以及各种可溶性糖和有机酸组分进行相关性分析（表4），结果表明各指标之间存在一定相关性，其中甜度值与总糖的相关性最强（r= 0.980），表明苹果果实中总糖含量可以反映果实的甜度；总糖与各种可溶性糖均表现出极显著性正相关（P＜0.01），且与果糖的相关性最强（r= 0.787），这与果糖含量占总糖含量的比值最大相符，表明果糖是苹果果实中主要的可溶性糖；果糖与葡萄糖、山梨醇表现出极显著性正相关（P＜0.01），且与蔗糖表现出显著性正相关（P＜0.05）；蔗糖与酒石酸表现出显著性正相关（P＜0.05）。

总酸与苹果酸表现出极显著性正相关（r=0.845，P＜0.01），说明苹果酸是构成苹果果实总酸的主要物质；苹果酸与酒石酸和柠檬酸呈极显著性正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.638和0.526；甜度值/总酸与总糖和多种可溶性糖表现出极显著性正相关（P＜0.01）、与总酸表现出极显著性负相关（P＜0.01），说明苹果果实中甜度值/总酸由糖、酸类物质共同决定，因此对于苹果果实风味的评价应综合考虑果实中糖、酸类物质的作用。

表4 不同品种苹果果实糖、酸含量相关性分析Table 4 Correlation analysis of sugar and acid content of apple fruits of different varieties

3 讨论

利用高效液相色谱法（HPLC）测定果实中糖、酸组分在不同种类果树中都有研究报道[23-24]。桃、杏果实内多种有机酸中苹果酸含量最高，奎宁酸次之，其他种类有机酸含量较低[25-27]，这与本研究结果相一致，本研究的30个品种苹果果实酸组分中苹果酸含量均为最高，其次为奎宁酸，草酸、柠檬酸、酒石酸和乙酸含量相对较低。葡萄果实有机酸中酒石酸和苹果酸含量最高、其次是柠檬酸，富马酸含量最低，且未检测到琥珀酸[28-29]，这与本研究结果不一致，可能是因为不同果实有机酸积累特性不同。本研究在部分品种苹果果实中未检测到乙酸，这与赵尊行等[13]的研究结果一致，但本研究在所有供试品种果实中均检测出酒石酸，在赵尊行等[13]的研究结果中表明在部分果实中未检测出酒石酸，这与本研究结果存在差异，这种差异可能是因为果实品种、生长的地域环境及园子栽培管理措施不同所导致。梨果实中可溶性糖有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇，其中果糖含量最高，且在不同栽培品种间果糖含量与其他可溶性糖含量相比较稳定[22]。本研究的30个品种苹果糖组分中，均以果糖含量占总糖含量的比例最高，其次是葡萄糖和蔗糖，这与前人研究结论相一致[20,30]，王海波等[7]也认为不同中早熟苹果品种的糖组分以果糖为主。

果实中糖、酸类物质组分与含量及其配比关系等综合作用于果实的甜、酸风味[31]，果实中糖含量偏高、酸含量偏低会导致果实口感甜腻，而酸含量偏高、糖含量偏低会导致果实口感过酸，这些都不符合大部分人对鲜食苹果的需求，只有在一定范围内，果实才会呈现出酸甜适口的味感[32]。有关果实风味评价的指标形式在前人研究中已有不同表述[33-36]，本研究综合考虑各指标形式的优劣并结合试验方法，最终采用甜度值、总酸含量和甜度值与总酸含量的比值对不同品种苹果的果实风味进行分析。甜度值较高的果实其风味不一定较甜，而果实风味偏酸其酸含量不一定较高[37]。本研究中‘澳引’和‘寒富’果实的甜度值较高，但是总酸含量相对更高，因此甜度值/总酸较低，所以果实风味偏酸；而‘烟富6号’果实甜度值较低，总酸含量相对更低，因此甜度值/总酸较高，其果实风味自然较甜。苹果的果实品质不仅与品种本身有关，还受到种植地区温度、降水量、光照等气候条件的影响，段晓凤等[38]认为温度对果实的含酸量有显著影响，而静宁地区昼夜温差较大，日照时数充足，因此苹果果实中总酸含量较高、风味较浓；魏钦平等[39]认为果实中糖分的积累与9月气温日较差和日照时数密切相关，而静宁地区9月气温日较差多年均值较大[40]，能够满足苹果关键生育期的需求，因此有利于果实中糖分的积累，这与本研究中果实的总糖含量较高结果相一致。