采收前软枣猕猴桃“魁绿”果实理化性质变化研究

刘春宏,邱国良,刘志斌,杨 毅,王丽华,李明章,张 茜

(1.四川大学 生命科学学院 生物资源与生态环境教育部重点实验室,四川 成都 610065; 2.四川省自然资源科学研究院,四川 成都610041)

1 引言

猕猴桃原产于中国,果肉中含有大量对人体健康重要的生物活性物质,是一种功能性很强的水果。经常食用猕猴桃不仅能改善人体营养状况,还能促进人体消化，增强免疫和代谢吸收[1]。经过多年训化和培育,目前全世界猕猴桃有76个品种、125个变种[2,3,4],但大部分为中华猕猴桃(A.chinensis)和美味猕猴桃(A.deliciosa)。我国是猕猴桃驯化品种的起源地和野生猕猴桃多样性的中心,目前已成功培育出众多具有优良商品性的猕猴桃品种[5]。如中华系(“红阳、红什1号、武植3号、黄金果”等)、美味系(“和平1号、贵长、秦美、徐香、翠香”等)、软枣系(“魁绿、恒优1号、天源红、宝贝星”等)和毛花系(“华特、赣猕6号”等)。随着市场需求量扩大,猕猴桃的种植面积也日益增加,地区之间采粉、果实销售等活动频繁发生,加速了猕猴桃细菌性溃疡病在不同种植区的肆虐,发病率逐年上升，特别是四川省的主栽品种“红阳”猕猴桃感病率特别高[6]。猕猴桃溃疡病的泛滥,使四川地区现有猕猴桃商品种的种植面临着前所未有的挑战。为了抵御猕猴桃病害的进一步侵袭,应优化区域品种比例,栽种具有优良抗病性及商品性的品种,并加强抗病性红肉猕猴桃品种的选育。

野生软枣猕猴桃分布广,主要分布在西伯利亚东部、韩国、日本和我国长江以北的黑龙江和吉林等地区[7]，其果树抗性强、感病率低、种植范围小。在我国,商业性软枣猕猴桃品种主要种植在我国东北、华北、西北和长江流域[8],具有良好的耐寒特性;在国外,美国东部、德国、中欧和俄罗斯是软枣猕猴桃主要的种植区,且在冬季气温降至-30℃条件下,软枣猕猴桃每年仍能正常地收获果实[9]。同时，软枣猕猴桃的果皮易于食用,不必剥皮,果肉味道优于成熟的草莓、香蕉、菠萝、欧洲醋栗[10]。

软枣猕猴桃“魁绿”是中国农业科学院特产研究所成功选育出的新品种,具有上述优良园艺性状和商业价值。同时,在绝对低温-38℃地区栽培,多年均无冻害和严重病虫害发生，在凡无霜期120天以上、10℃以上有效积温达到2500℃的地方均可栽培[11]。四川地区是我国猕猴桃产业的优势产区,种植面积和产量居全国第二位。但近几年四川省的主要栽培品种“红阳”猕猴桃(60%种植面积)受病害侵袭严重,时有毁园现象发生,严重阻碍了猕猴桃产业的发展,造成了巨大的经济损失。本研究中的软枣猕猴桃“魁绿”属于四川猕猴桃种植区新引进品种,对优化四川省猕猴桃品种比例具有重要意义，掌握“魁绿”果实的生长和营养成分变化规律意义重大,可为其果树栽培管理提供有关数据依据。

猕猴桃果实风味受到几种成分的影响,包括糖分(葡萄糖、果糖和蔗糖)、有机酸(柠檬酸、奎尼酸、苹果酸和抗坏血酸)和挥发性芳香化合物,口感高度依赖于可溶性糖和非挥发性有机酸之间的平衡[12,13]。其他几个商业猕猴桃种果实发育过程中糖和有机酸的变化规律在国内外已有报道,如“Hayward、Hort16A、红阳”等[14-16],而“魁绿”猕猴桃只有软熟可食阶段和风味相关的数据,果实生长发育过程中理化性质的变化鲜有报道。鉴于上述原因,我们以软枣猕猴桃“魁绿”植株为样本,定期(每15天)测定果实从盛花期(DAA)到生理成熟过程中糖分、有机酸和维生素C变化。

2 材料与方法

2.1 实验材料

本实验所采用的猕猴桃品种为“魁绿”,实验在四川省自然资源科学研究院的红白猕猴桃进行(104°16′N、31°13′E)。首先，选择4株猕猴桃树体生长状况良好、树龄一致、树势、朝向与结果水平相当的猕猴桃果树;15DAA后开始从每棵猕猴桃树树冠的不同部位、不同方向随机选取15—20个生长发育较为一致、无病虫害、无损伤的果实进行定果和贴标签处理,用于定期(15天)测量果实纵横经变化,直至果实达到采收期(120DAA)。用于理化性质测量的猕猴桃果实也一样,从30DAA开始采样测定,每隔15天采样一次,每次一个重复组取10颗果实,并做好标记,放入袋子,带回实验室后去除果皮,在低温环境下(为减少不必要的化学反应)用榨汁机榨成果浆,用部分果浆进行实验测定,剩余部分液氮快速冷冻,-70℃超低温冰箱保存,以做进一步分析。

2.2 仪器设备

实验用仪器设备主要包括：PL 4002-1C电子天平(METTLER TOLEDO)、JYL—C50T榨汁机(九阳股份有限公司)、PAL-1便携式数显折射计(ATAGO)、游标卡尺(中国)、SORVALL ST16R centrifuge冰冻高速离心机(Thermo Fisher)、电热恒温水浴锅(上海精宏)、TU-1901紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)、高效液相色谱仪(HPLC,CBM20A,Shimadzu,Tokyo,Japan)、超高液相色谱仪(UPLC,ACQ-ELSD)。

2.3 试剂

实验用试剂包括：磷酸、磷酸二氢铵、蒽酮、氢氧化钠等(均为国产分析纯)，乙腈和甲醇(色谱级,Sangon Biotech)，糖(葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖，Sangon Biotech)和有机酸(奎尼酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、莽草酸、琥珀酸、马来酸、乳酸,BBI Life Science)。

2.4 方法

实验采用电子天平称量果实重量(g),游标卡尺用于测量果实纵横经,PAL-1便携式数显折射计测定总可溶性固形物含量(%或Brix);可溶性糖、淀粉含量的测定参照Jin Gook Kim的方法[17];维生素C采用国标[18](GBT 5009.86-2003)的2,4-二硝基苯肼法;可滴定酸含量的测定参照曹建康的方法[19];糖分和有机酸的提取方法参照Maja和Mikulic的方法[20,21]。

糖测定条件:色谱柱(ACQUITY UPLC BEHTMAmide 2.1mm×100mm,1.7μm),仪器为超高液相色谱仪(Water ACQUITY UPLC),检测器(ACQUITY-ELSD)。进样量1μL,流动相0.2%乙腈:水。条件:前6min,初始浓度为100% MILLIPORE超纯水以流速为0.26mL/min线性梯度洗脱至70%MILLIPORE超纯水;6—16min,用100%ddh2O进行洗脱,柱温40℃。

有机酸测定条件:岛津LC-20A液相色谱仪,二极管阵列检测器(CBM20A, Shimadzu,Tokyo,Japan);C18 柱(250×4.5nm),波长210nm,进样量10μL,柱温25℃;流动相为50Mmol/L磷酸二氢铵水溶液(pH2.5),流速0.3mL/min进行等度洗脱。

3 结果与分析

3.1 果实重量和纵横经的变化

根据相关研究,软枣猕猴桃果实总可溶性固形物(TSS)含量达到8%为最适采收期[22]。软枣猕猴桃果实从盛花期(DAA)到软熟的时间约为120天,成熟时果重约为14.08g(图1A)。软枣猕猴桃“魁绿”果重的变化规律呈双“S”曲线，在30DAA之前呈指数式增加,且在30DAA增加到6.7g,为最终果重的47.58%;30—90DAA之间,软枣猕猴桃“魅绿”果重增长速率逐渐减缓,从6.7g增加到12.26g;在90—105DAA之间有第二次快速增加,达到14.58g;采收时(120DAA)软枣猕猴桃“魅绿”的果重有轻微的降低。

注：误差线代表标准差(n=10)。

图1软枣猕猴桃“魁绿”果实重量(A)，纵径、大横径和小横径(B)从盛花期到果实成熟的生长规律

软枣猕猴桃“魅绿”的果实的纵径、大横径、小横径的增长模式为单“S”型曲线(图1B)。软枣猕猴桃“魅绿”的纵径在0—30DAA之间快速增加,增长到25.45mm,每天增长量为0.526mm，后缓慢增加至25.45—36.75mm。软枣猕猴桃“魅绿”的大横径和小横径也有类似的趋势,在0—30DAA间呈指数式增加,后逐渐趋于平缓,各自的范围为6.73—27.87mm、6.24—24.95 mm。果形指数是商品果实的质量指标之一,商品果要求果形指数不低于0.93。软枣猕猴桃“魁绿”果实的果形指数(纵径/横径)在0—60DAA呈逐渐降低的趋势,从1.44下降到1.29;后在60—120DAA之间,果形指数保持相对恒定(1.27—1.31)。因此,“魁绿”猕猴桃果实在整个发育过的果形指数>0.93,呈典型的长圆形,具有优质商品果的特性。

3.2 非结构性碳水化合物含量变化

从图2A实验结果可见,“魁绿”猕猴桃干物质(DM)积累方式较独特,呈线性关系:y=0.2005x+0.0975,R2=0.9887(y=干物质含量,x=取样时间)。在0—45DAA之间,软枣猕猴桃“魅绿”的DM含量急剧增加,平均每天增加0.224%;在45—120DAA间保持平稳上升状态,DM含量从9.84%上升到25.14%。软枣猕猴桃“魅绿”果实的总可溶性固形物(TSS)和DM的变化方式差异性较大。在30—75DAA之间，软枣猕猴桃“魅绿”的TSS维持稳定状态,含量范围是3.62%—4.60%(Brix);从75DAA开始,TSS含量呈曲线上升,特别是在采收前两周,即105—120DAA时间段内,TSS急剧上升,从9.47%增加到17.50%,平均每天增加0.535%。

注：误差线代表标准差(n=3)，图2—4同。

图2果实发育过程中干物质和总可溶性固形物(A)和总非结构性碳水化合物(B)的变化

从图2B可见,软枣猕猴桃“魅绿”的果实淀粉含量从60DAA后积累明显增加,在90DAA达到最大浓度9.75g/100gFW,后开始加速下降,且淀粉的水解进一步加速了可溶性总糖和蔗糖的积累速率，如可溶性糖在90DAA之前保持平稳上升;90—120DAA期间,随着软枣猕猴桃“魅绿”的淀粉水解,可溶性糖呈阶段性增长,采收时(120DAA)可溶性总糖含量达到最高值10.50%。葡萄糖、果糖、蔗糖是软枣猕猴桃“魁绿”果实发育过程中主要的可溶性糖组分。软枣猕猴桃“魅绿”的蔗糖在发育早期阶段有个短暂的平稳过程(30—60DAA),后呈上升趋势,最终达到5.34g/100gFW。软枣猕猴桃“魅绿”的果糖、葡糖糖在在整个发育过程中,浓度几乎相同,变化规律一致(呈线性增加),在75DAA后,蔗糖含量始终高于葡萄糖和果糖含量。在果实成熟时软枣猕猴桃“魅绿”有少量麦芽糖生成,含量为1.34 g/100gFW。

图3 果实发育过程中有机酸(奎宁酸、柠檬酸、苹果酸) 浓度(A)和平均每个果实酸积累量(B)的动态变化

3.3 有机酸含量变化

在果实发育前期阶段(90DAA之前),软枣猕猴桃“魅绿”果实中含有少量的草酸、琥珀酸和马来酸,后面随着果实重量增加,三种酸含量逐渐下降。软枣猕猴桃“魅绿”草酸浓度范围0.5—5mg/gFW,琥珀酸和马来酸浓度低于0.05mg/gFW。从图3A可知,软枣猕猴桃“魁绿”果实中的酸主要是奎宁酸、苹果酸和柠檬酸。在60DAA之前,软枣猕猴桃“魅绿”果实中酸的积累以奎宁酸为主,酸的浓度都呈下降趋势。在15—45DAA期间,软枣猕猴桃“魅绿”苹果酸和柠檬酸浓度保持相对稳定;在45—105DAA期间,柠檬酸浓度快速上升(4.08—10.68mg/gFW),采收时下降到9.09mg/gFW。从45DAA开始,软枣猕猴桃“魅绿”奎宁酸和苹果酸浓度变化趋势一样,呈逐渐减低的过程。如果考虑果实的重量(图3B)，在60DAA前,除了柠檬酸外,“魁绿”平均每个果实中奎尼酸和苹果酸的积累与浓度变化趋势具有差异性,如奎宁酸在15—60 DAA时含量保持相对稳定(75.11—82.93mg/fruit),苹果酸在45DAA时达到最大值,含量为54.92mg/fruit。60DAA到采收前,软枣猕猴桃“魅绿”果实平均含量与浓度变化趋势一致,总体上均呈下降的趋势,采收时平均每个果实中奎宁酸、苹果酸和柠檬酸的含量各为42.42mg/fruit、128.07mg/fruit、18.07mg/fruit。

3.4 抗坏血酸(VC)浓度的变化

软枣猕猴桃“魅绿”VC的浓度范围在112.79—235.87mg/100gFW之间(图4)。在30—45DAA期间,软枣猕猴桃“魅绿”VC变化与有机酸浓度变化趋势基本一致,从180.93mg/100gFW上升至235.87mg/100gFW;45—90DAA，剧烈下降到130.99mg/100gFW;90—120DAA,含量变化不大,呈缓慢降低的趋势。软枣猕猴桃“魅绿”果实成熟采收时浓度达到最低,为112.79mg/100gFW。

图4 软枣猕猴桃“魅绿”果实发育过程中VC含量的变化

4 讨论

软枣猕猴桃“魁绿”果实重量变化成双“S”曲线(图1A),最终平均果重为14.08±1.87g,增加速度表现为“快—慢—快—慢”的节奏；同时，从图2A可见，“魁绿”果实DM积累所表现出的规律与果实鲜重增加的规律相似,几乎为同步变化。这与朴一龙[23]、魏丽红[24]等在“长白山野生软枣”和软枣猕猴桃“恒优1号”上的研究成果相类似。另外，2012年Jin Gook Kim等[17]对日本地区的软枣猕猴桃“Mitsuko”研究表明,猕猴桃果重在盛花期(DAFB)50天之前迅速增加,然后增加速率逐渐变缓;在80—95DAFB之间第二次快速增加,呈典型的双“S”增长曲线。这些相似结果充分说明软枣猕猴桃“魁绿”适合引种并栽培在四川地区,可成为现有易感病商业猕猴桃种的替代种。然而,也有一些文献报道美味猕猴桃“海沃德”和中华猕猴桃“Hort16A、红阳”果实果重发育呈单“S”增长曲线[14-16]，这些差异性可能是由品种间差异性造成的。

从图1B可见,软枣猕猴桃“魅绿”果实的纵径、大横径和小横径变化规律呈简单的“S”型增长曲线,可划分为两个生长阶段:快速生长期(0—30DAA)和缓慢生长期(30—120 DAA)。在快速发育阶段,软枣猕猴桃“魅绿”果实的纵径、大横径和小横径在30DAA时分别达到25.45 mm、19.32mm、18.32mm,生长量分别为果实软熟时的69.25%、69.32%、67.97%,这一时期是果实生长高峰期;缓慢生长期,软枣猕猴桃“魅绿”的果实纵横径生长速率仅为0.126mm/d、0.092mm/d、0.089mm/d。“魁绿”果实的纵横径生长变化与Richardson[14]、金方伦[25]、Walton[26]等对中华猕猴桃“Hort16A、贵长、美味猕猴桃海沃德”的研究一致,都呈“S”型增长曲线。

可溶性糖和淀粉是猕猴桃果实DM的主要成分,含量约占DM含量的75%[27]。因此,DM可表示猕猴桃果实中潜在含糖量,是猕猴桃的另一个有用的风味指标[28]。从图2A可见,软枣猕猴桃“魅绿”的DM呈线性增加(y=0.2005x+0.0975,R2=0.9887),采收时含量为25.14%。猕猴桃果实的总可溶性固形物(TSS)是田间采收的重要指标,目前国内普遍认为猕猴桃果实总可溶性固形物含量最低采收标准不得低于6.5%,不得高于10%[29-31]。根据本研究结果,软枣猕猴桃“魅绿”的果实在90DAA时,TSS的含量为6.33%；在105DAA时，TSS含量为9.47%,最适采收期为95—105DAA。

猕猴桃果实中的糖分(图2B)主要是果糖、葡萄糖、蔗糖,有机酸(图3A)以奎宁酸、柠檬酸、苹果酸、VC为主。通过综合分析软枣猕猴桃“魅绿”的果实发育(果重和纵横径变化规律)和营养代谢规律(可溶性糖及有机酸的动态变化),可把果实的发育可分为三个阶段:果实快速生长期(0—60DAA)、淀粉积累(60—90DAA)和果实成熟期(90—120DAA)。这与Moscatello[32]、Richardson[14]等的研究结果相似。

软枣猕猴桃“魅绿”的果实快速生长期约60天,这一时期是果树挂果后果实快速膨大、纵径和横径(大横径和小横径)增长的关键期。此时期猕猴桃的有机酸含量较高,并以奎宁酸为主;VC含量在45DAA时达到最大值235.79mg/100gFW,苹果酸和柠檬酸在30—45DAA期间,浓度保持恒定,这时期的特征与Nardozza等[33]的研究一致。

软枣猕猴桃“魅绿”的淀粉积累期时间约为30天(60—90DAA)，这一时期以淀粉的快速积累为主,其淀粉含量从4.81g/100gFW增加到9.75g/100gFW。其他特点是:软枣猕猴桃“魅绿”的果实葡萄糖、果糖和蔗糖含量变化平缓,而总可溶性糖从3.24g/100gFW呈线性增加到4.74g/100gFW;苹果酸含量快速地从4.06mg/gFW下降到1.79mg/gFW;奎宁酸先从7.71mg/gFW急剧降到3.89mg/gFW后保持相对稳定;VC含量降低速率逐渐加快,在90DAA为130.99mg/100gFW;而柠檬酸含量逐渐加速上升,至90DAA含量达到9.01mggFW;总酸度在90DAA时达到最大值1.84%。软枣猕猴桃“魁绿”这一时期的可溶性糖和有机酸的变化趋势与“Hayward、Hort16A”相同[14,15],但有机酸含量在整个淀粉积累期低于其他商业种。

软枣猕猴桃“魅绿”的果实成熟期约为30天(90—120DAA),这一时期是果实品质形成的关键阶段，特点是:淀粉加速分解转变为蔗糖、果糖和葡萄糖积累量低,速率慢,采收时量各为5.34g/100gFW、2.45g/100gFW、2.73g/100gFW。软枣猕猴桃“魅绿”的总糖含量为11.25%,比种植在东北地区含量高2.45%,比“宝贝星”高2.4%,与软枣猕猴桃“佳绿、优系8401”含量几乎相同[34]。软枣猕猴桃“魅绿”的柠檬酸在105DAA达到最大值10.68mg/gFW,软枣猕猴桃“魅绿”采收时下降到9.09mg/gFW,而总酸度、奎宁酸、苹果酸及VC含量缓慢降低,采收时浓度分别为1.49%、3.08mg/gFW、1.28mg/gFW、112.79mg/100gFW。采收时果实营养品质与朴一龙[23]、魏丽红[24]等研究结果相似。因此,四川地区适合引种栽培软枣猕猴桃“魅绿”。

综上所述,软枣猕猴桃“魅绿”成熟时营养品质好,营养成分含量与其他商业品种类似,具有优良商品性,适合在四川地区引种栽培，可以优化区域品种比例。但在栽培过程中应注意以下几点:①软枣猕猴桃“魅绿”果树属于中等喜光性果树树种,喜散射光照射。应选择温暖湿润,阳光强度为40%—45%,土壤肥沃且偏中性或微酸性,不积水,耐干旱的向阳缓坡栽培。②软枣猕猴桃“魅绿”果实生长周期短,仅为120DAA。8月下旬是软枣猕猴桃“魅绿”果实成熟期,采果后9月上旬应及时施用基肥,如沤肥、饼肥、家禽粪便等。③及时追肥。软枣猕猴桃“魅绿”果树开花早,4月中旬为盛花期,应在4月初施用开花坐果肥;果实膨大期短,仅为30天,5月上旬及时施用果实膨大肥,以速效钾肥为主,加施氮肥;果实成熟前6—7周,即7月中旬施用果实增质肥。