观赏海棠果实营养品质指标及其相关性分析

袁秀云,许申平,王默霏,吉长献,张 燕,蒋素华,牛苏燕,崔 波*

(1郑州师范学院 生物工程研究中心, 河南 郑州450044；2巩义市天泽农林有限公司，河南 巩义 451200)

观赏海棠(Malusspp.)主要是指蔷薇科(Rosaceae)苹果属(Malus)果实直径较小的种类，其花、果和叶均具较高的观赏价值，因此观赏海棠集观花、观果和观叶于一身，又由于其抗逆性强，适应性广，被广泛应用于园林绿化[1]。近年来，观赏海棠栽培数量日益增多，种质日趋复杂化，人们对观赏海棠的研究也越来越多。

据报道，海棠果实根据品质差异可分别用于鲜食及加工、景观、生态等用途[2]，而可滴定酸、Vc、可溶性固形物、还原糖、果胶、单宁等成分在果实中的含量影响着海棠果实的品质[3-5]。一般而言，水果的内在品质包括风味品质和功能性品质。可溶性糖和有机酸含量决定着水果的风味品质[6-7]，而果实中的维生素、单宁、总酚和类黄酮等物质具有较强的抗氧化及抑菌功能，决定着水果的功能性品质[8]。研究表明，海棠果实中的总酚和黄酮类化合物具有抗氧化和抑菌活性[9-11]，其中的二氢查尔酮化合物可以作为潜在的治疗癌症的药物利用[12-13]。随着人们对海棠叶和果实功能性成分的研究，观赏海棠不但可应用于医药和天然化妆品行业，同时也可以减少资源的浪费和果实加工过程中废物的产生[14-16]。观赏海棠为苹果属广泛栽培应用的树种，每年的果实产量非常可观，深入研究观赏海棠果实营养品质及影响因素，对海棠果实资源开发与利用有着重要的意义，同时对苹果属植物的品种改良提供数据参考。目前已有少数海棠果实品质的相关研究[3-5]，然而，有关海棠果实的风味物质、功能性物质、矿质元素含量等方面还缺乏系统的相关性分析研究。本研究以8种观赏海棠果实为试验材料，分析了它们的有机酸组分、可溶性糖组分等风味物质指标，氨基酸、Vc、粗纤维、单宁、总酚、类黄酮等功能性物质指标，以及它们之间的相关性，同时对海棠果实中的矿质元素含量与果实品质的相关性进行了分析，旨在进一步探讨观赏海棠果实的内在品质及其影响因素，为其进一步合理开发及种质资源利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

西府海棠(Malusmicromalus)、垂丝海棠(Malushalliana)、‘沂蒙甜茶’(Malus‘Sweet tea’)、‘凯尔斯’(Malus‘Kelsy’)、‘冬红’(Malus‘Winter red’)、‘绚丽’(Malus‘Radiant’) ‘红丽’(Malus‘Red splendor’)和‘世标1号’(Malus‘Shibiao No.1’)等试验材料来自巩义市大峪沟镇海棠基地7年生植株，于2019年9月～10月上旬成熟时选择长势一致的植株，分别取3株于其中部外围枝条随机取样，果实样品着色均匀、成熟度一致、无机械损伤和病虫害。每个品种每株采集2 kg～4 kg，取样后对果实进行清洁，去核，将带皮果肉一起用液氮速冻，放于-80℃冰箱备用。

1.2 试验方法

1.2.1 有机酸含量测定

称取0.5 g样本加1 mL纯水冰浴匀浆，75℃超声提取30 min。12 000 g离心15 min，取上清，定容至1 mL，过针头式过滤器后上机测试；HPLC液相条件：Athena C18-WP反相色谱柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm)，流动相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(5:95)，用H2PO4调pH至2.75，流速 0.8 mL/min；柱温25℃；检测波长210 nm；进样量10 μL，走样时间为25 min，分离苹果酸、草酸、柠檬酸、琥珀酸、酒石酸、乳酸和丙酮酸；流动相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(7:93)，流速 0.5 mL/min，其它条件相同，分离丙二酸；莽草酸分离的流动相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(0:100)，流速为0.8 mL/min。有机酸标准品均为色谱纯，9种有机酸均能在12 min内被完全分离，根据样品的保留时间确定有机酸组分(标准品的液相图谱见图1)，各有机酸标准曲线回归方程的R2为0.999 1～0.999 9，线性关系良好。根据标准曲线计算样品的有机酸含量，每个样品3个重复。总酸含量为各有机酸含量之和。

1.2.2 营养成分含量的测定

蔗糖、葡萄糖和果糖含量采用参考帅良等方法[17]。总糖含量是蔗糖、葡萄糖和果糖之和。总糖(mg/g)与总酸(μg/g)含量的比值为糖酸比。甜度值计算公式：甜度值=蔗糖含量×1.00+果糖含量×1.75+葡萄糖含量×0.70；由甜度值与总酸含量的比值计算甜酸比；氨基酸含量参考Chen等的方法[18]，Vc含量按照碘量法测定[19]；单宁、总酚、类黄酮含量测定分别参考李茂等[20]、李静等[21]和Jia等[22]的方法；粗纤维含量按照GB/T 5009.10-2003方法测定；矿质元素含量按照GB 5009.268-2016进行测定。

1.2.3 数据分析

运用 Excel 2010和 SPSS 20. 0软件整理数据并进行处理和相关性分析。

图1 9种有机酸标准品的HPLC色谱图Fig.1 HPLC chromatogram of standard samples of nine organic acids注：A：草酸、酒石酸、丙酮酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸混合标准品；B：丙二酸标准品；C：莽草酸标准品

2 结果与分析

2.1 有机酸组分分析

有机酸含量测定结果显示(表1)，在8种海棠果实中，琥珀酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、柠檬酸和草酸含量较高，丙酮酸、丙二酸和莽草酸含量较低；其中垂丝海棠果实的有机酸含量依大到小为琥珀酸>乳酸>酒石酸>苹果酸>柠檬酸>草酸>丙二酸>丙酮酸>莽草酸，‘沂蒙甜茶’果实的为酒石酸>苹果酸>乳酸>柠檬酸>琥珀酸>草酸>丙二酮>丙酮酸>莽草酸，而西府海棠、‘世标1号’、‘红丽’、‘绚丽’、‘冬红’、‘凯尔斯’等品种果实的有机酸含量依大到小为琥珀酸>苹果酸>酒石酸>乳酸>柠檬酸>草酸>丙二酸>丙酮酸>莽草酸；9种有机酸在不同海棠品种中的平均含量差异较大，变异系数在14.82%～44.37%之间，其中乳酸的变异系数最大，莽草酸的变异系数最小。

2.2 可溶性糖组分分析

对8个海棠品种果实的可溶性糖进行测定，结果表明，不同果实的葡萄糖、果糖和蔗糖含量均有显著差异，变异系数分别为48.42%、52.67%和24.37%，蔗糖平均含量最高，葡萄糖平均含量最低；8个品种总糖含量在105.78～240.43 mg/g之间，从高到低次序为‘冬红’>‘世标1号’>‘红丽’>‘凯尔斯’>‘绚丽’>西府海棠>垂丝海棠>‘沂蒙甜茶’。甜度值大小依次为‘冬红’>‘凯尔斯’>‘红丽’>‘世标1号’>‘绚丽’>垂丝海棠>西府海棠>‘沂蒙甜茶’(表2)。

表1 海棠果实有机酸含量(μg/g ，鲜重)Table 1 The content of organic acid of the fruits from crabapple (μg/g， FW)

表2 海棠果实糖组分含量(mg/g，鲜重)Table 2 The content of soluble sugar of the fruits from crabapple (mg/g，FW)

2.3 果实品质的比较分析

综合海棠果实氨基酸、Vc、粗纤维、单宁、总酚和类黄酮等含量及糖酸比、甜酸比等对8个海棠品种果实的风味品质和功能性品质进行比较分析。结果表明(表3)，在不同品种中，这些指标均有不同程度的差异，而变异系数最大的是氨基酸含量，变异系数达85.61%，其中‘凯尔斯’果实中氨基酸含量最多，是其它品种的2～10倍；类黄酮含量的变异系数次之，为54.22%，其中‘沂蒙甜茶’果实的类黄酮含量最高，‘冬红’果实的类黄酮含量最低；粗纤维、总酚和Vc含量的变异系数分别为33.07%、30.98%和26.37%，其中粗纤维在垂丝海棠果实中含量最高，在‘世标1号’果实中含量最低；总酚在‘沂蒙甜茶’果实中为最高，在‘冬红’果实含量最低；Vc含量在‘冬红’果实中最高，而在垂丝海棠果实中最低；糖酸比和甜酸比的变异系数差异不大，分别为20.89%和20.32%，而单宁在不同果实中的含量差异最小，变异系数仅为7.63%。

表3 海棠果实营养品质指标分析Table 3 Analysis of nutritional quality indexes of the fruits from crabapple

2.4 观赏海棠果实品质性状的相关性分析

从表4可以看出，在海棠果实风味品质和功能性品质的8个指标中，糖酸比和甜酸比存在极显著的正相关关系(P<0.01)，相关系数达0.92，总酚含量和类黄酮含量也存在极显著的正相关关系(P<0.01)，相关系数为0.99，Vc含量和氨基酸含量之间存在显著的负相关关系(P<0.05)，相关系数为-0.74，其余指标的相关性均不显著。

为进一步了解影响海棠果实内在品质的主要因素，对8个海棠品种进行品质指标主成分分析，结果表明(表5)，8个指标中主成分特征值大于 1 的有3个主要成分，方差贡献率分别为48.29%、23.43%和13.04%，累积方差贡献率达 84.76%，代表了内在品质的绝大部分信息。根据海棠果实品质指标3个主成分中因子载荷量大小可以看出，主成分1有糖酸比和甜酸比，它们共同影响着海棠果实的风味品质，二者与果实品质均呈正相关；主成分2有Vc、总酚和类黄酮，三者与果实品质呈正相关，影响果实的功能性营养品质；主成分3主要有氨基酸、粗纤维和单宁含量，其中粗纤维含量与品质为负相关，Vc、氨基酸和单宁含量与果实品质为正相关，影响着果实的风味品质和功能性营养品质。

表4 海棠果实营养品质指标的相关性Table 4 The correlation of nutritional quality indexes of the fruits from crabapple

表5 海棠果实品质指标的主成分分析Table 5 Principal componentof the qualityindexes of the fruits from crabapple

根据以上分析，8种海棠果实品质的主成分得分见表6，‘冬红’果实的综合品质及风味品质最高，垂丝海棠果实的综合品质最低，‘沂蒙甜茶’果实的功能性品质最高(表6)。

表6 海棠果实品质主成分得分Table 6 Principal component score of the qualityindexesof the fruits from crabapple

2.5 观赏海棠果实中矿质元素含量分析

对8个海棠品种果实中的镁(Mg)、钾(K)、钙(Ca)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)和铜(Cu)进行检测，发现海棠果实中K含量最高，其次是Ca和Mg，Fe、Mn、Zn和Cu含量很少，符合Mg、K和Ca大量元素及Fe、Mn、Zn、Cu微量元素的分布规律；Mg、K、Fe、Mn、Zn和Cu含量最高的品种是垂丝海棠和‘沂蒙甜茶’海棠，而Mg、K和Ca含量在西府、‘冬红’和‘世标1号’海棠果实中含量最低；在7种元素中，Mg和Fe的变异系数最大，约74%，而K、Cu、Zn和Ca的变异系数较小。这些结果表明，观赏海棠果实富含K元素，一些小果类如‘沂蒙甜茶’和垂丝海棠等果实的矿质元素较高，而中果和大果类海棠如‘绚丽’、‘红丽’、西府海棠、‘冬红’、‘世标1号’和‘凯尔斯’果实中的含量较低(表7)。

表7 海棠果实中矿质元素含量分析(mg/kg，鲜重)Table 7 Analysis of the mineral element content of the fruits from crabapple (mg/kg， FW)

2.6 观赏海棠果实营养品质指标与矿质元素含量的相关分析

从表8可以看出， K与Mg、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等元素含量之间的含量存在显著或极显著相关性，相关系数分别为0.92、0.79、0.90、0.79、0.91和0.95，Mg与K、Ca、Fe、Mn、Zn和Cu元素之间的含量呈显著或极显著相关性，相关系数分别为0.92、0.72、0.80、0.86、0.79和0.90，Ca与Mg、K、Mn元素之间的含量呈显著性相关，相关系数为0.72～0.81，Fe与Mg、K、Zn和Cu元素之间的含量呈显著性相关，相关系数为0.80～0.98，Mn与Mg、K、Fe和Cu含量的显著性相关系数在0.74～0.86之间，Zn与Mg、K、Fe和Cu含量的显著性相关系数为0.79～0.98，Cu与Mg、K、Fe、Mn和Zn含量的显著性相关系数为0.74～0.95之间，这些相关性均为正相关。

表8 海棠果实矿质元素的相关性

果实内在品质指标与矿质元素含量之间的相关性分析显示，海棠果实中的7种矿质元素含量与Vc含量呈极显著负相关，相关系数为0.81～0.93(P<0.01)，与粗纤维含量呈不同程度的正相关，相关系数为0.72～0.94，Fe和Zn的含量与总酚和类黄酮含量呈显著或极显著正相关，Mg和Mn含量与糖酸比呈显著负相关，相关系数分别为0.72和0.82(P<0.05)(表9)。

表9 海棠果实品质指标与矿质元素含量的相关性Table 9 The correlation of the quality indexes and the mineral elements content of the fruits from crabapple

3 讨论与结论

不同水果中的可溶性糖和有机酸组分和含量不同。本研究结果表明，观赏海棠果实中琥珀酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、柠檬酸和草酸含量较高，丙酮酸、丙二酸和莽草酸含量较低，其中琥珀酸含量最高，莽草酸含量最低。可溶性糖组分中蔗糖含量最高，葡萄糖含量最低。据研究，山东产苹果中的有机酸主要为苹果酸，约占总酸的84%，其余有草酸、琥珀酸、乙酸、酒石酸和柠檬酸等，可溶性糖主要为果糖[6]，本研究中海棠果实琥珀酸和蔗糖含量最高，说明了观赏海棠和栽培苹果果实有机酸和可溶性糖含量具有种的特异性，而不同海棠品种果实有机酸组分和可溶性糖组分的差异也决定了其品种的特异性。

观赏海棠具有丰富的品种多样性和遗传多样性，又具有较强的抗逆性和适应性，不仅广泛应用于园林绿化，同时果实品质优良的海棠品种也作为苹果属植物的砧木或杂交亲本材料[23]。海棠果实单宁和Vc含量均显著高于苹果，可作为苹果杂交育种的亲本，以改善苹果的品质，提高苹果的经济价值[24]。本研究通过对海棠果实内在品质与糖酸比、甜酸比、氨基酸、Vc、粗纤维、单宁、总酚、类黄酮及矿质元素及其相关性分析表明，糖酸比与甜酸比、总酚与类黄酮含量呈显著正相关，氨基酸与Vc含量呈显著负相关，这些指标不同程度地影响着海棠果实的内在品质。通过主成分分析将海棠果实内在品质指标综合为 3 个主成分，糖酸比和甜酸比为第 1 主成分，它们可影响着海棠果实的风味品质，这一结果与前人研究结果一致[25]。Vc、总酚和类黄酮含量为第2主成分，影响着海棠果实的功能性品质，而氨基酸、粗纤维、单宁为第3主成分，同时影响海棠果实的口感及功能性品质。在8个观赏海棠品种中，‘冬红’果实的风味品质和功能性品质均评价较好，具有较高的食用开发利用潜力，而‘沂蒙甜茶’果实具有较高的氨基酸、总酚和类黄酮，具有功能性开发价值。

矿质元素与果实的品质密切相关。已有研究表明，K能增加苹果可滴定酸含而影响苹果的品质[26]，Ca可增强苹果的硬度和抗病性[27]，Mn可降低甜橙的糖含量[28]。本研究中所测的7种矿质元素中，包含常量元素K、Ca和Mg，微量元素Fe、Mn、Zn和Cu，其中海棠果实的K含量最高，Mg和Ca次之。相关性分析显示，对于海棠果实的内在品质指标，所有矿质元素与Vc含量具有显著负相关，与粗纤维含量呈正相关，Fe元素与总酚和类黄酮含量呈正相关，Mn与糖酸比呈负相关。这些结果对于通过改善观赏海棠果实的矿质元素以提高果实品质有一定理论意义。

综上所述，观赏海棠果实中的有机酸组分、可溶性糖组分、氨基酸、Vc、粗纤维、单宁、总酚、类黄酮及矿质元素等的含量随不同品种存在较大差异；在海棠果实内在品质影响因素中，糖酸比和甜酸是第1主成分，Vc、总酚和类黄酮是第2主成分，氨基酸、粗纤维、单宁为第3主成分；海棠果实中Mn元素含量的降低和Fe元素的含量提高，有利于改善其风味品质和功能性品质。