袁秀云,許申平,王默霏,吉長獻,張 燕,蔣素華,牛蘇燕,崔 波*

(1鄭州師范學院 生物工程研究中心, 河南 鄭州450044；2鞏義市天澤農(nóng)林有限公司，河南 鞏義 451200)

觀賞海棠(Malusspp.)主要是指薔薇科(Rosaceae)蘋果屬(Malus)果實直徑較小的種類，其花、果和葉均具較高的觀賞價值，因此觀賞海棠集觀花、觀果和觀葉于一身，又由于其抗逆性強，適應性廣，被廣泛應用于園林綠化[1]。近年來，觀賞海棠栽培數(shù)量日益增多，種質(zhì)日趨復雜化，人們對觀賞海棠的研究也越來越多。

據(jù)報道，海棠果實根據(jù)品質(zhì)差異可分別用于鮮食及加工、景觀、生態(tài)等用途[2]，而可滴定酸、Vc、可溶性固形物、還原糖、果膠、單寧等成分在果實中的含量影響著海棠果實的品質(zhì)[3-5]。一般而言，水果的內(nèi)在品質(zhì)包括風味品質(zhì)和功能性品質(zhì)?？扇苄蕴呛陀袡C酸含量決定著水果的風味品質(zhì)[6-7]，而果實中的維生素、單寧、總酚和類黃酮等物質(zhì)具有較強的抗氧化及抑菌功能，決定著水果的功能性品質(zhì)[8]。研究表明，海棠果實中的總酚和黃酮類化合物具有抗氧化和抑菌活性[9-11]，其中的二氫查爾酮化合物可以作為潛在的治療癌癥的藥物利用[12-13]。隨著人們對海棠葉和果實功能性成分的研究，觀賞海棠不但可應用于醫(yī)藥和天然化妝品行業(yè)，同時也可以減少資源的浪費和果實加工過程中廢物的產(chǎn)生[14-16]。觀賞海棠為蘋果屬廣泛栽培應用的樹種，每年的果實產(chǎn)量非?？捎^，深入研究觀賞海棠果實營養(yǎng)品質(zhì)及影響因素，對海棠果實資源開發(fā)與利用有著重要的意義，同時對蘋果屬植物的品種改良提供數(shù)據(jù)參考。目前已有少數(shù)海棠果實品質(zhì)的相關(guān)研究[3-5]，然而，有關(guān)海棠果實的風味物質(zhì)、功能性物質(zhì)、礦質(zhì)元素含量等方面還缺乏系統(tǒng)的相關(guān)性分析研究。本研究以8種觀賞海棠果實為試驗材料，分析了它們的有機酸組分、可溶性糖組分等風味物質(zhì)指標，氨基酸、Vc、粗纖維、單寧、總酚、類黃酮等功能性物質(zhì)指標，以及它們之間的相關(guān)性，同時對海棠果實中的礦質(zhì)元素含量與果實品質(zhì)的相關(guān)性進行了分析，旨在進一步探討觀賞海棠果實的內(nèi)在品質(zhì)及其影響因素，為其進一步合理開發(fā)及種質(zhì)資源利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

西府海棠(Malusmicromalus)、垂絲海棠(Malushalliana)、‘沂蒙甜茶’(Malus‘Sweet tea’)、‘凱爾斯’(Malus‘Kelsy’)、‘冬紅’(Malus‘Winter red’)、‘絢麗’(Malus‘Radiant’) ‘紅麗’(Malus‘Red splendor’)和‘世標1號’(Malus‘Shibiao No.1’)等試驗材料來自鞏義市大峪溝鎮(zhèn)海棠基地7年生植株，于2019年9月～10月上旬成熟時選擇長勢一致的植株，分別取3株于其中部外圍枝條隨機取樣，果實樣品著色均勻、成熟度一致、無機械損傷和病蟲害。每個品種每株采集2 kg～4 kg，取樣后對果實進行清潔，去核，將帶皮果肉一起用液氮速凍，放于-80℃冰箱備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 有機酸含量測定

稱取0.5 g樣本加1 mL純水冰浴勻漿，75℃超聲提取30 min。12 000 g離心15 min，取上清，定容至1 mL，過針頭式過濾器后上機測試；HPLC液相條件：Athena C18-WP反相色譜柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm)，流動相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(5:95)，用H2PO4調(diào)pH至2.75，流速 0.8 mL/min；柱溫25℃；檢測波長210 nm；進樣量10 μL，走樣時間為25 min，分離蘋果酸、草酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸、乳酸和丙酮酸；流動相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(7:93)，流速 0.5 mL/min，其它條件相同，分離丙二酸；莽草酸分離的流動相用甲醇和0.05 mol/L NaH2PO4(0:100)，流速為0.8 mL/min。有機酸標準品均為色譜純，9種有機酸均能在12 min內(nèi)被完全分離，根據(jù)樣品的保留時間確定有機酸組分(標準品的液相圖譜見圖1)，各有機酸標準曲線回歸方程的R2為0.999 1～0.999 9，線性關(guān)系良好。根據(jù)標準曲線計算樣品的有機酸含量，每個樣品3個重復。總酸含量為各有機酸含量之和。

1.2.2 營養(yǎng)成分含量的測定

蔗糖、葡萄糖和果糖含量采用參考帥良等方法[17]?？偺呛渴钦崽恰⑵咸烟呛凸侵??？偺?mg/g)與總酸(μg/g)含量的比值為糖酸比。甜度值計算公式：甜度值=蔗糖含量×1.00+果糖含量×1.75+葡萄糖含量×0.70；由甜度值與總酸含量的比值計算甜酸比；氨基酸含量參考Chen等的方法[18]，Vc含量按照碘量法測定[19]；單寧、總酚、類黃酮含量測定分別參考李茂等[20]、李靜等[21]和Jia等[22]的方法；粗纖維含量按照GB/T 5009.10-2003方法測定；礦質(zhì)元素含量按照GB 5009.268-2016進行測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

運用 Excel 2010和 SPSS 20. 0軟件整理數(shù)據(jù)并進行處理和相關(guān)性分析。

圖1 9種有機酸標準品的HPLC色譜圖Fig.1 HPLC chromatogram of standard samples of nine organic acids注：A：草酸、酒石酸、丙酮酸、蘋果酸、乳酸、檸檬酸、琥珀酸混合標準品；B：丙二酸標準品；C：莽草酸標準品

2 結(jié)果與分析

2.1 有機酸組分分析

有機酸含量測定結(jié)果顯示(表1)，在8種海棠果實中，琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、檸檬酸和草酸含量較高，丙酮酸、丙二酸和莽草酸含量較低；其中垂絲海棠果實的有機酸含量依大到小為琥珀酸>乳酸>酒石酸>蘋果酸>檸檬酸>草酸>丙二酸>丙酮酸>莽草酸，‘沂蒙甜茶’果實的為酒石酸>蘋果酸>乳酸>檸檬酸>琥珀酸>草酸>丙二酮>丙酮酸>莽草酸，而西府海棠、‘世標1號’、‘紅麗’、‘絢麗’、‘冬紅’、‘凱爾斯’等品種果實的有機酸含量依大到小為琥珀酸>蘋果酸>酒石酸>乳酸>檸檬酸>草酸>丙二酸>丙酮酸>莽草酸；9種有機酸在不同海棠品種中的平均含量差異較大，變異系數(shù)在14.82%～44.37%之間，其中乳酸的變異系數(shù)最大，莽草酸的變異系數(shù)最小。

2.2 可溶性糖組分分析

對8個海棠品種果實的可溶性糖進行測定，結(jié)果表明，不同果實的葡萄糖、果糖和蔗糖含量均有顯著差異，變異系數(shù)分別為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個品種總糖含量在105.78～240.43 mg/g之間，從高到低次序為‘冬紅’>‘世標1號’>‘紅麗’>‘凱爾斯’>‘絢麗’>西府海棠>垂絲海棠>‘沂蒙甜茶’。甜度值大小依次為‘冬紅’>‘凱爾斯’>‘紅麗’>‘世標1號’>‘絢麗’>垂絲海棠>西府海棠>‘沂蒙甜茶’(表2)。

表1 海棠果實有機酸含量(μg/g ，鮮重)Table 1 The content of organic acid of the fruits from crabapple (μg/g， FW)

表2 海棠果實糖組分含量(mg/g，鮮重)Table 2 The content of soluble sugar of the fruits from crabapple (mg/g，F(xiàn)W)

2.3 果實品質(zhì)的比較分析

綜合海棠果實氨基酸、Vc、粗纖維、單寧、總酚和類黃酮等含量及糖酸比、甜酸比等對8個海棠品種果實的風味品質(zhì)和功能性品質(zhì)進行比較分析。結(jié)果表明(表3)，在不同品種中，這些指標均有不同程度的差異，而變異系數(shù)最大的是氨基酸含量，變異系數(shù)達85.61%，其中‘凱爾斯’果實中氨基酸含量最多，是其它品種的2～10倍；類黃酮含量的變異系數(shù)次之，為54.22%，其中‘沂蒙甜茶’果實的類黃酮含量最高，‘冬紅’果實的類黃酮含量最低；粗纖維、總酚和Vc含量的變異系數(shù)分別為33.07%、30.98%和26.37%，其中粗纖維在垂絲海棠果實中含量最高，在‘世標1號’果實中含量最低；總酚在‘沂蒙甜茶’果實中為最高，在‘冬紅’果實含量最低；Vc含量在‘冬紅’果實中最高，而在垂絲海棠果實中最低；糖酸比和甜酸比的變異系數(shù)差異不大，分別為20.89%和20.32%，而單寧在不同果實中的含量差異最小，變異系數(shù)僅為7.63%。

表3 海棠果實營養(yǎng)品質(zhì)指標分析Table 3 Analysis of nutritional quality indexes of the fruits from crabapple

2.4 觀賞海棠果實品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

從表4可以看出，在海棠果實風味品質(zhì)和功能性品質(zhì)的8個指標中，糖酸比和甜酸比存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)達0.92，總酚含量和類黃酮含量也存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.99，Vc含量和氨基酸含量之間存在顯著的負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.74，其余指標的相關(guān)性均不顯著。

為進一步了解影響海棠果實內(nèi)在品質(zhì)的主要因素，對8個海棠品種進行品質(zhì)指標主成分分析，結(jié)果表明(表5)，8個指標中主成分特征值大于 1 的有3個主要成分，方差貢獻率分別為48.29%、23.43%和13.04%，累積方差貢獻率達 84.76%，代表了內(nèi)在品質(zhì)的絕大部分信息。根據(jù)海棠果實品質(zhì)指標3個主成分中因子載荷量大小可以看出，主成分1有糖酸比和甜酸比，它們共同影響著海棠果實的風味品質(zhì)，二者與果實品質(zhì)均呈正相關(guān)；主成分2有Vc、總酚和類黃酮，三者與果實品質(zhì)呈正相關(guān)，影響果實的功能性營養(yǎng)品質(zhì)；主成分3主要有氨基酸、粗纖維和單寧含量，其中粗纖維含量與品質(zhì)為負相關(guān)，Vc、氨基酸和單寧含量與果實品質(zhì)為正相關(guān)，影響著果實的風味品質(zhì)和功能性營養(yǎng)品質(zhì)。

表4 海棠果實營養(yǎng)品質(zhì)指標的相關(guān)性Table 4 The correlation of nutritional quality indexes of the fruits from crabapple

表5 海棠果實品質(zhì)指標的主成分分析Table 5 Principal componentof the qualityindexes of the fruits from crabapple

根據(jù)以上分析，8種海棠果實品質(zhì)的主成分得分見表6，‘冬紅’果實的綜合品質(zhì)及風味品質(zhì)最高，垂絲海棠果實的綜合品質(zhì)最低，‘沂蒙甜茶’果實的功能性品質(zhì)最高(表6)。

表6 海棠果實品質(zhì)主成分得分Table 6 Principal component score of the qualityindexesof the fruits from crabapple

2.5 觀賞海棠果實中礦質(zhì)元素含量分析

對8個海棠品種果實中的鎂(Mg)、鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)和銅(Cu)進行檢測，發(fā)現(xiàn)海棠果實中K含量最高，其次是Ca和Mg，F(xiàn)e、Mn、Zn和Cu含量很少，符合Mg、K和Ca大量元素及Fe、Mn、Zn、Cu微量元素的分布規(guī)律；Mg、K、Fe、Mn、Zn和Cu含量最高的品種是垂絲海棠和‘沂蒙甜茶’海棠，而Mg、K和Ca含量在西府、‘冬紅’和‘世標1號’海棠果實中含量最低；在7種元素中，Mg和Fe的變異系數(shù)最大，約74%，而K、Cu、Zn和Ca的變異系數(shù)較小。這些結(jié)果表明，觀賞海棠果實富含K元素，一些小果類如‘沂蒙甜茶’和垂絲海棠等果實的礦質(zhì)元素較高，而中果和大果類海棠如‘絢麗’、‘紅麗’、西府海棠、‘冬紅’、‘世標1號’和‘凱爾斯’果實中的含量較低(表7)。

表7 海棠果實中礦質(zhì)元素含量分析(mg/kg，鮮重)Table 7 Analysis of the mineral element content of the fruits from crabapple (mg/kg， FW)

2.6 觀賞海棠果實營養(yǎng)品質(zhì)指標與礦質(zhì)元素含量的相關(guān)分析

從表8可以看出， K與Mg、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu等元素含量之間的含量存在顯著或極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.79、0.90、0.79、0.91和0.95，Mg與K、Ca、Fe、Mn、Zn和Cu元素之間的含量呈顯著或極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.92、0.72、0.80、0.86、0.79和0.90，Ca與Mg、K、Mn元素之間的含量呈顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72～0.81，F(xiàn)e與Mg、K、Zn和Cu元素之間的含量呈顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.80～0.98，Mn與Mg、K、Fe和Cu含量的顯著性相關(guān)系數(shù)在0.74～0.86之間，Zn與Mg、K、Fe和Cu含量的顯著性相關(guān)系數(shù)為0.79～0.98，Cu與Mg、K、Fe、Mn和Zn含量的顯著性相關(guān)系數(shù)為0.74～0.95之間，這些相關(guān)性均為正相關(guān)。

表8 海棠果實礦質(zhì)元素的相關(guān)性

果實內(nèi)在品質(zhì)指標與礦質(zhì)元素含量之間的相關(guān)性分析顯示，海棠果實中的7種礦質(zhì)元素含量與Vc含量呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.81～0.93(P<0.01)，與粗纖維含量呈不同程度的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72～0.94，F(xiàn)e和Zn的含量與總酚和類黃酮含量呈顯著或極顯著正相關(guān)，Mg和Mn含量與糖酸比呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.72和0.82(P<0.05)(表9)。

表9 海棠果實品質(zhì)指標與礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性Table 9 The correlation of the quality indexes and the mineral elements content of the fruits from crabapple

3 討論與結(jié)論

不同水果中的可溶性糖和有機酸組分和含量不同。本研究結(jié)果表明，觀賞海棠果實中琥珀酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、檸檬酸和草酸含量較高，丙酮酸、丙二酸和莽草酸含量較低，其中琥珀酸含量最高，莽草酸含量最低?？扇苄蕴墙M分中蔗糖含量最高，葡萄糖含量最低。據(jù)研究，山東產(chǎn)蘋果中的有機酸主要為蘋果酸，約占總酸的84%，其余有草酸、琥珀酸、乙酸、酒石酸和檸檬酸等，可溶性糖主要為果糖[6]，本研究中海棠果實琥珀酸和蔗糖含量最高，說明了觀賞海棠和栽培蘋果果實有機酸和可溶性糖含量具有種的特異性，而不同海棠品種果實有機酸組分和可溶性糖組分的差異也決定了其品種的特異性。

觀賞海棠具有豐富的品種多樣性和遺傳多樣性，又具有較強的抗逆性和適應性，不僅廣泛應用于園林綠化，同時果實品質(zhì)優(yōu)良的海棠品種也作為蘋果屬植物的砧木或雜交親本材料[23]。海棠果實單寧和Vc含量均顯著高于蘋果，可作為蘋果雜交育種的親本，以改善蘋果的品質(zhì)，提高蘋果的經(jīng)濟價值[24]。本研究通過對海棠果實內(nèi)在品質(zhì)與糖酸比、甜酸比、氨基酸、Vc、粗纖維、單寧、總酚、類黃酮及礦質(zhì)元素及其相關(guān)性分析表明，糖酸比與甜酸比、總酚與類黃酮含量呈顯著正相關(guān)，氨基酸與Vc含量呈顯著負相關(guān)，這些指標不同程度地影響著海棠果實的內(nèi)在品質(zhì)。通過主成分分析將海棠果實內(nèi)在品質(zhì)指標綜合為 3 個主成分，糖酸比和甜酸比為第 1 主成分，它們可影響著海棠果實的風味品質(zhì)，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致[25]。Vc、總酚和類黃酮含量為第2主成分，影響著海棠果實的功能性品質(zhì)，而氨基酸、粗纖維、單寧為第3主成分，同時影響海棠果實的口感及功能性品質(zhì)。在8個觀賞海棠品種中，‘冬紅’果實的風味品質(zhì)和功能性品質(zhì)均評價較好，具有較高的食用開發(fā)利用潛力，而‘沂蒙甜茶’果實具有較高的氨基酸、總酚和類黃酮，具有功能性開發(fā)價值。

礦質(zhì)元素與果實的品質(zhì)密切相關(guān)。已有研究表明，K能增加蘋果可滴定酸含而影響蘋果的品質(zhì)[26]，Ca可增強蘋果的硬度和抗病性[27]，Mn可降低甜橙的糖含量[28]。本研究中所測的7種礦質(zhì)元素中，包含常量元素K、Ca和Mg，微量元素Fe、Mn、Zn和Cu，其中海棠果實的K含量最高，Mg和Ca次之。相關(guān)性分析顯示，對于海棠果實的內(nèi)在品質(zhì)指標，所有礦質(zhì)元素與Vc含量具有顯著負相關(guān)，與粗纖維含量呈正相關(guān)，F(xiàn)e元素與總酚和類黃酮含量呈正相關(guān)，Mn與糖酸比呈負相關(guān)。這些結(jié)果對于通過改善觀賞海棠果實的礦質(zhì)元素以提高果實品質(zhì)有一定理論意義。

綜上所述，觀賞海棠果實中的有機酸組分、可溶性糖組分、氨基酸、Vc、粗纖維、單寧、總酚、類黃酮及礦質(zhì)元素等的含量隨不同品種存在較大差異；在海棠果實內(nèi)在品質(zhì)影響因素中，糖酸比和甜酸是第1主成分，Vc、總酚和類黃酮是第2主成分，氨基酸、粗纖維、單寧為第3主成分；海棠果實中Mn元素含量的降低和Fe元素的含量提高，有利于改善其風味品質(zhì)和功能性品質(zhì)。