葡萄果实发育过程中糖酸含量的动态变化

郭 权，郭印山，郭修武

(1.沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866；2.伊州区农产品质量安全检测中心，新疆哈密 839000)

0 引 言

【研究意义】糖、酸作为水果中重要的营养成分，其含量和比例也决定着果实食用口感和品质。甜和酸是水果最直观的口味感觉，分别由糖和有机酸产生。糖、酸的绝对含量、种类及相对比例对成熟葡萄的风味有重要影响。水果口感的优劣与其所含糖酸的种类、含量及比例有关。研究葡萄果实生长发育过程中糖酸变化规律，对于分析葡萄果实中可溶性糖和有机酸积累、葡萄新品种选育及建园有重要意义。【前人研究进展】葡萄果实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、果糖含量大体为1:1[1-3]，糖的种类及含量与品种和生长环境相关。鲜食葡萄可分为2类，己糖积累型和庶糖积累型[4-5]。高葡萄糖类型，葡萄糖与果糖比例达1.55[6]。美洲葡萄和圆叶葡萄果实中也存在高蔗糖的类型：美洲葡萄(V.labrusca)和圆叶葡萄(V.rotundifolia)果实中蔗糖含量占总糖含量的15.2%～36.6%，与欧亚种葡萄间存在着极显著的差异[7]。相对于可溶性糖，葡萄果实中的有机酸含量很低，其可滴定酸含量介于0.3%～1.2%(以酒石酸计)，与糖分共同决定葡萄风味。充分成熟的葡萄汁中有机酸主要为酒石酸和苹果酸，2种酸占果实总酸的90%[8]，是葡萄果实的主导有机酸，但酒石酸和苹果酸在不同葡萄品种之间存在一定差异[9]。根据含量最高的有机酸种类，水果主要分为苹果酸优势型和柠檬酸优势型2大类，还有酒石酸优势型，代表水果为葡萄。葡萄主要含酒石酸、苹果酸和柠檬酸，酒石酸占42.8%～77.0%，苹果酸占10.3%～41.6%，柠檬酸占1.3%～9.9%[10]。Lamikanra等[11]对3个红色原液葡萄品种Noble，Regale和Chief果实中有机酸含量分析结果表明，其主要有机酸为酒石酸、苹果酸和琥珀酸，但也有研究认为琥珀酸在欧亚种葡萄和圆叶葡萄中含量极低[12]。【本研究切入点】目前葡萄成熟果实糖酸含量构成及特点的研究已有报道，但近年来对葡萄果实在不同发育阶段糖酸含量动态变化研究较少，仅管仲新、刘丽媛等[13-14]分别对红地球及山葡萄生长发育过程中糖酸积累及代谢调控进行研究报道。需研究葡萄果实发育过程中糖酸含量的动态变化。【拟解决的关键问题】以欧亚种、欧美杂交种和山欧杂交种以及山葡萄为试材，从糖酸组分及含量的角度研究葡萄果实发育过程中糖酸含量动态变化特点，为葡萄栽培过程中品种选择、品质评价及育种选配提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2015年6月～9月在沈阳农业大学葡萄园进行,供试材料共8份。表1

表1 葡萄浆果材料

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

葡萄采用避雨栽培，试验立地条件一致，统一常规管理。选择果园内长势强旺的树体采样，每个品种2株，每株3次重复。采果时从葡萄主蔓上中下3个部位各选1穗果实，每穗果实不同部位采集足量果实。

根据果实的发育阶段不同，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)采样，完成后立即带回实验室，置于-20℃冰箱中保存备用。采样时间覆盖葡萄果实发育初期、果实硬核期、果实迅速膨大期、果实转色期及成熟期(供试品种有早熟、中晚熟和晚熟品种，根据生育期长短采样6～8次，直至葡萄果实充分成熟为止)。

1.2.2 测定指标

各供试品种果实充分成熟时进行最后1次采果，并于2015年10月末在沈阳农业大学对其糖酸含量检测。

1.2.2.1 糖酸提取

参照董秀丽、成冰等[15-16]方法：将葡萄样品在液氮保护下破碎除籽后，准确称取2 g放入研钵，加10 mL超纯水后充分研磨。摇匀后取2 mL于离心管中，4℃ 10 000 r/min离心10 min，取足量上清液备用。

(1)糖提取：准确移取0.50 mL上清液并加入等体积乙腈后摇匀，4℃ 10 000 r/min离心10 min，取适量上清液经0.45 μm Sep-Pak有机系微孔滤膜过滤，待测。

(2)酸提取：准确移取0.50 mL上清液并加入等体积磷酸盐缓冲液(20 mM KH2PO4溶液，pH=2.6)后摇匀，4℃ 10 000 r/min离心10 min，取适量上清液经0.45 μm Sep-Pak水系微孔滤膜过滤，待测。

1.2.2.2 糖、酸测定的液相色谱条件

(1)糖测定色谱条件

色谱柱为Agilent Zorbax NH2(4.6×250 mm，5 μm)，流动相为乙腈∶水=75∶25，流速1.0 mL/min，进样量10 μL。检测器：示差检测器(Agilent RID G1362A)，柱温30℃。

(2)有机酸测定色谱条件

色谱柱为 Agilent SB-AQ(4.6×250 mm，5 μm)，流动相为甲醇—20 mM KH2PO4(5∶95)溶液，用磷酸调节pH值至2.6，流速为0.7 mL/min，进样量10 μL。检测器：可变波长紫外检测器(Agilent VWD G1314B)，检测波长210 nm，柱温25℃。

2 结果与分析

2.1 供试葡萄成熟果实中可溶性糖组成、含量及糖酸比

研究表明，供试葡萄总糖含量139.82～236.82 mg/g FW，其中北冰红(236.82 mg/g FW)含量最高，红地球(139.82 mg/g FW)最低。葡萄糖和果糖两种还原糖为葡萄果实中最主要的可溶性糖，含量占总糖含量99.78%(藤稔)以上，葡萄糖含量为71.33(红地球)～122.21(北冰红)mg/g FW，均值为94.67 mg/g FW，果糖含量为67.73(维多利亚)～114.34(北冰红)mg/g FW，均值84.16 mg/g FW。葡萄糖含量略高于果糖，在葡萄果实发育阶段蔗糖含量始终极少。除高妻外酿酒葡萄总糖含量整体高于鲜食葡萄，鲜食葡萄糖酸比高于酿酒葡萄，口味偏甜，口感较好。表2

表2 供试葡萄成熟果实中可溶性糖含量及糖酸比变化

2.2 葡萄不同发育阶段果实糖组分及总糖含量变化

2.2.1 不同发育阶段果实中果糖含量变化

研究表明，在果实发育阶段，所有供试品种果实中的果糖含量整体呈上升趋势，均在成熟期达到峰值。各品种果实发育阶段果糖含量的变化存在差异，其中高妻、红地球、双优、双红、北冰红果糖形成积累较晚，前期均停留在10 mg/g FW以内，于花后60 d才开始迅速增长，而其余3个品种在花后33 d或47 d便开始了快速积累。红地球、 北冰红和双红果糖含量均呈现出“升-降-升”的变化趋势，而其他5个品种则表现为持续增长的趋势。除维多利亚(早熟品种)在花后33 d果糖快速积累，其余品种成熟期越晚的果糖进入迅速积累阶段的时间也越晚。图1

图1 果实发育过程中果糖含量变化

2.2.2 不同发育阶段果实葡萄糖含量变化

研究表明，供试葡萄品种葡萄糖含量总体为上升趋势并在果实充分成熟时达到最高值。在各个发育阶段，除双红外，其他品种葡萄糖含量的动态变化与果糖基本保持一致。鲜食葡萄维多利亚在花后33和60 d有2个迅速积累期，而红地球在花后100 d前后葡萄糖含量表现为升-降-升的趋势，高妻和藤稔则表现出持续增长的趋势。酿酒葡萄北冰红在花后100 d前后也表现出升-降-升的趋势，其余品种为持续增长的趋势。葡萄糖的动态积累特征与果糖类似，成熟期越晚的品种进入快速积累期的时间越长。图2

图2 果实发育过程中葡萄糖含量变化

2.2.3不同发育阶段果实总糖含量变化

研究表明，葡萄果实中葡萄糖和果糖含量占总糖含量99.78%以上，故葡萄果实总糖的变化主要受果糖和葡萄糖含量的影响。各品种总糖含量的变化与果糖、葡萄糖基本上保持一致。8个供试品种分别在花后33～60 d糖分开始快速积累，在此之前总糖及各糖组分含量极低且稳定。成熟期越晚(生育期越长)的品种，果实糖分进入快速积累期也就越晚。维多利亚、藤稔、左优红果实糖分快速积累时长约70 d，其余品种约57 d。果实糖分快速积累的时间与各品种生育期长短无相应关系。图3

图3 果实发育过程中总糖含量变化

2.3 供试葡萄成熟果实中有机酸组成及含量

研究表明，供试品种有机酸含量差异明显，在3.96～12.69 mg/g FW，平均含量为7.64 mg/g FW。酿酒葡萄有机酸含量普遍高于鲜食葡萄。检测分析4种主要有机酸，分别是酒石酸、苹果酸、柠檬酸和草酸。其中，酒石酸和苹果酸为主要有机酸，占有机酸总量80.48%(高妻)～93.43%(维多利亚)。

供试葡萄品种各组分有机酸含量及比例差异较大。其中，欧美杂交种藤稔和高妻以苹果酸为主，占有机酸总含量分别为52.60%和53.77%，酒石酸次之(占比35.17%和26.54%)。其余6个品种果实以酒石酸为主，含量占比为47.39%～66.16%，苹果酸次之(27.27%～42.93%)，高妻果实中的柠檬酸含量(占比16.27%)和藤稔中的草酸含量(占比11.16%)相对较高，其余6个品种柠檬酸和草酸含量占有机酸的比例均在10%以内。表3

表3 供试葡萄成熟果实中有机酸含量及比例变化

2.4 葡萄果实发育过程中主要有机酸组分及含量变化

2.4.1 不同发育阶段果实酒石酸含量变化

研究表明，葡萄果实中的有机酸主要为酒石酸和苹果酸，其次为柠檬酸和草酸，其中酒石酸含量最高，占有机酸49.68%，其次为苹果酸。不同品种果实发育阶段的酒石酸含量变化有所差异，高妻、 双优和北冰红、双红、左优红总体呈现先升后降的变化趋势，其中双优在花后74 d达到峰值，高达22.64 mg/g FW；藤稔、红地球、维多利亚表现为持续下降的趋势，藤稔及维多利亚在采摘前期酒石酸含量略有上升。不同品种酒石酸含量差异显著，酿酒葡萄果实酒石酸含量普遍高于鲜食品种。果实发育初期，北冰红的酒石酸含量最高，双红次之，藤稔最低。各供试品种在花后90 d之后酒石酸含量变化趋于平缓。图4

图4 果实发育过程中酒石酸含量变化

2.4.2 同发育阶段果实苹果酸含量变化

研究表明，供试品种苹果酸含量变化均呈先升后降的趋势(红地球表现为不断下降的趋势)，高妻、左优红在采摘前略有上升。鲜食葡萄高妻、藤稔和维多利亚均在花后47 d左右苹果酸含量达到峰值，4个酿酒品种果实酒石酸含量在花后60 d达到最大值。高妻、左优红在采摘前果实苹果酸含量略有回升。图5

图5 果实发育过程中苹果酸含量变化

2.4.3 不同发育阶段果实总酸含量变化

研究表明，各供试品种总酸含量的变化有所差异：其中高妻、藤稔、双优、双红、左优红均表现为“升-降”的趋势，维多利亚、北冰红表现为“降-升-降”的趋势，而红地球表现为持续下降的趋势。总酸的动态变化与总糖恰好相反，表现出逐渐分解的趋势。不同品种总酸含量不同，果实发育初期，高妻、北冰红、红地球 和双红总酸含量较高，均在26.29 mg/g以上，左优红总酸含量最低(19.58 mg/g)。高妻、藤稔和维多利亚总酸含量在花后33～47 d达到最高值，而4个酿酒葡萄品种则在花后47～60 d达到峰值，之后各品种总酸含量开始下降。图6

图6 果实发育过程中总酸含量变化

3 讨论

3.1 供试葡萄可溶性糖构成及特点

水果中可溶性糖主要为葡萄糖，果糖以及蔗糖[17]，不同种类甚至同一种类不同品种的水果，可溶性糖构成可能存在差异，多数水果以果糖、蔗糖和葡萄糖中的某一种为主[18]。这3种糖在甜度上存在差异，果糖甜度是葡萄糖的2.33倍，是蔗糖的1.75倍，果实中糖分种类构成差异对果实的甜度也存在一定的影响[19-20]。

大多中晚熟葡萄品种，由于生长期和糖分积累时间较长，含糖量相对较高。如果果糖积累过多，就会使得葡萄过于甜腻而影响口感。好在大多中晚熟葡萄品种(如高妻、藤稔等)葡萄糖比例较大(55.60%及55.75%)，减缓果糖的甜度而使其口感比较适中。8个供试品种果实成熟时葡萄糖、果糖含量平均值为1.12∶1，只含少量或不含蔗糖，在确保果实甜度的同时又保持了果实的适口性。

供试葡萄品种果实成熟时以葡萄糖和果糖为最主要的可溶性糖，二者含量接近于1.1∶1，与LIU Huaifeng等[21]的研究结果一致。所选用的4个鲜食品种果实在成熟时总糖含量略低于可溶性固形物含量。酿酒葡萄可溶性糖含量总体高于鲜食品种，其中北冰红可溶性糖高达236.82 mg/g FW，与宋润刚等[22]的研究结果相近。

试验分析了山欧杂交种(北冰红、左优红)和山葡萄(双优、双红)在不同发育阶段可溶性糖和有机酸含量的动态变化规律，并发现欧山杂种和山葡萄在花后47～60 d(膨大期)可溶性糖含量开始迅速增长；鲜食品种相较于酿酒葡萄，略早一点进入快速积累阶段。生育期越短的品种越早进入糖分快速积累阶段。

3.2 供试葡萄有机酸构成及特点

与可溶性糖含量相比，葡萄中的有机酸含量很低，但有机酸在增强果实口感，平稳果实风味[23]以及调节着葡萄酒的酸碱平衡，影响葡萄酒口感、色泽及生物稳定性等方面有着重要作用[24]。葡萄果实中的酒石酸和苹果酸占总酸含量的90%以上[25]，而酒石酸是葡萄果实的特征酸，在其他水果中少有积累，其酸度很强，也是葡萄、葡萄酒酸度的最主要贡献者。酒石酸和苹果酸的酸度也存在一定差异(pKa：3.04与3.40)，相同浓度下酒石酸的酸度比苹果酸要强。不同用途的葡萄对果实中的酸含量与构成比例有一定的差异，酿酒葡萄品种要求果实中的酒石酸/苹果酸的比例要高，以增加酒的稳定性，而鲜食葡萄要求果实中的苹果酸的含量适度、酒石酸的含量较低,以增加葡萄的适口性和清爽感,减轻酒石酸粗糙生硬的感觉[26]。有机酸在果实发育过程中的一般规律为：在果实生长发育过程中有机酸逐渐积累，在进入成熟过程中有机酸含量下降[27]。

研究发现，四倍体的欧美杂交种高妻和藤稔果实以苹果酸为主要有机酸(分别占总酸含量52.60%和53.76%)，其余葡萄品种以酒石酸为主，与之前认为葡萄为酒石酸优势型水果[10、23、28]的结论有所差异。藤稔、高妻的高苹果酸特性是否与其所属种群、倍性存在相应关联有待进一步扩大实验群体予以验证。

鲜食葡萄果实有机酸在花后20～47 d便开始快速分解，酿酒葡萄有机酸则在花后47～60 d开始快速分解。生长发育期较长的品种，有机酸进入快速分解阶段也越慢。

4 结 论

4.1供试葡萄品种果实成熟时总糖平均含量为182.74 mg/g FW，葡萄糖和果糖为主要的可溶性糖，二者含量动态变化一致，均随果实的发育持续增加；总酸平均含量为7.64 mg/g FW，酒石酸、苹果酸和柠檬酸总体上随葡萄果实的发育呈现先增长后逐渐降低的趋势。欧美杂交种葡萄藤稔、高妻成熟果实中有机酸主要是苹果酸，其余葡萄成熟果实有机酸则以酒石酸为主，存在明显区别。在葡萄果实生长发育过程中，有机酸逐渐积累，自转色期开始有机酸开始分解。

4.2各品种果实进入糖分快速积累、有机酸迅速分解阶段的先后与其生育期的长短存在对应关系，而糖分快速积累及有机酸快速分解所需时间长短与各品种生长发育周期的长短并无对应正比例关系。