采收前軟棗獼猴桃“魁綠”果實理化性質變化研究

劉春宏,邱國良,劉志斌,楊 毅,王麗華,李明章,張 茜

(1.四川大學 生命科學學院 生物資源與生態環境教育部重點實驗室,四川 成都 610065; 2.四川省自然資源科學研究院,四川 成都610041)

1 引言

獼猴桃原產于中國,果肉中含有大量對人體健康重要的生物活性物質,是一種功能性很強的水果。經常食用獼猴桃不僅能改善人體營養狀況,還能促進人體消化，增強免疫和代謝吸收[1]。經過多年訓化和培育,目前全世界獼猴桃有76個品種、125個變種[2,3,4],但大部分為中華獼猴桃(A.chinensis)和美味獼猴桃(A.deliciosa)。我國是獼猴桃馴化品種的起源地和野生獼猴桃多樣性的中心,目前已成功培育出眾多具有優良商品性的獼猴桃品種[5]。如中華系(“紅陽、紅什1號、武植3號、黃金果”等)、美味系(“和平1號、貴長、秦美、徐香、翠香”等)、軟棗系(“魁綠、恒優1號、天源紅、寶貝星”等)和毛花系(“華特、贛獼6號”等)。隨著市場需求量擴大,獼猴桃的種植面積也日益增加,地區之間采粉、果實銷售等活動頻繁發生,加速了獼猴桃細菌性潰瘍病在不同種植區的肆虐,發病率逐年上升，特別是四川省的主栽品種“紅陽”獼猴桃感病率特別高[6]。獼猴桃潰瘍病的泛濫,使四川地區現有獼猴桃商品種的種植面臨著前所未有的挑戰。為了抵御獼猴桃病害的進一步侵襲,應優化區域品種比例,栽種具有優良抗病性及商品性的品種,并加強抗病性紅肉獼猴桃品種的選育。

野生軟棗獼猴桃分布廣,主要分布在西伯利亞東部、韓國、日本和我國長江以北的黑龍江和吉林等地區[7]，其果樹抗性強、感病率低、種植范圍小。在我國,商業性軟棗獼猴桃品種主要種植在我國東北、華北、西北和長江流域[8],具有良好的耐寒特性;在國外,美國東部、德國、中歐和俄羅斯是軟棗獼猴桃主要的種植區,且在冬季氣溫降至-30℃條件下,軟棗獼猴桃每年仍能正常地收獲果實[9]。同時，軟棗獼猴桃的果皮易于食用,不必剝皮,果肉味道優于成熟的草莓、香蕉、菠蘿、歐洲醋栗[10]。

軟棗獼猴桃“魁綠”是中國農業科學院特產研究所成功選育出的新品種,具有上述優良園藝性狀和商業價值。同時,在絕對低溫-38℃地區栽培,多年均無凍害和嚴重病蟲害發生，在凡無霜期120天以上、10℃以上有效積溫達到2500℃的地方均可栽培[11]。四川地區是我國獼猴桃產業的優勢產區,種植面積和產量居全國第二位。但近幾年四川省的主要栽培品種“紅陽”獼猴桃(60%種植面積)受病害侵襲嚴重,時有毀園現象發生,嚴重阻礙了獼猴桃產業的發展,造成了巨大的經濟損失。本研究中的軟棗獼猴桃“魁綠”屬于四川獼猴桃種植區新引進品種,對優化四川省獼猴桃品種比例具有重要意義，掌握“魁綠”果實的生長和營養成分變化規律意義重大,可為其果樹栽培管理提供有關數據依據。

獼猴桃果實風味受到幾種成分的影響,包括糖分(葡萄糖、果糖和蔗糖)、有機酸(檸檬酸、奎尼酸、蘋果酸和抗壞血酸)和揮發性芳香化合物,口感高度依賴于可溶性糖和非揮發性有機酸之間的平衡[12,13]。其他幾個商業獼猴桃種果實發育過程中糖和有機酸的變化規律在國內外已有報道,如“Hayward、Hort16A、紅陽”等[14-16],而“魁綠”獼猴桃只有軟熟可食階段和風味相關的數據,果實生長發育過程中理化性質的變化鮮有報道。鑒于上述原因,我們以軟棗獼猴桃“魁綠”植株為樣本,定期(每15天)測定果實從盛花期(DAA)到生理成熟過程中糖分、有機酸和維生素C變化。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

本實驗所采用的獼猴桃品種為“魁綠”,實驗在四川省自然資源科學研究院的紅白獼猴桃進行(104°16′N、31°13′E)。首先，選擇4株獼猴桃樹體生長狀況良好、樹齡一致、樹勢、朝向與結果水平相當的獼猴桃果樹;15DAA后開始從每棵獼猴桃樹樹冠的不同部位、不同方向隨機選取15—20個生長發育較為一致、無病蟲害、無損傷的果實進行定果和貼標簽處理,用于定期(15天)測量果實縱橫經變化,直至果實達到采收期(120DAA)。用于理化性質測量的獼猴桃果實也一樣,從30DAA開始采樣測定,每隔15天采樣一次,每次一個重復組取10顆果實,并做好標記,放入袋子,帶回實驗室后去除果皮,在低溫環境下(為減少不必要的化學反應)用榨汁機榨成果漿,用部分果漿進行實驗測定,剩余部分液氮快速冷凍,-70℃超低溫冰箱保存,以做進一步分析。

2.2 儀器設備

實驗用儀器設備主要包括：PL 4002-1C電子天平(METTLER TOLEDO)、JYL—C50T榨汁機(九陽股份有限公司)、PAL-1便攜式數顯折射計(ATAGO)、游標卡尺(中國)、SORVALL ST16R centrifuge冰凍高速離心機(Thermo Fisher)、電熱恒溫水浴鍋(上海精宏)、TU-1901紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)、高效液相色譜儀(HPLC,CBM20A,Shimadzu,Tokyo,Japan)、超高液相色譜儀(UPLC,ACQ-ELSD)。

2.3 試劑

實驗用試劑包括：磷酸、磷酸二氫銨、蒽酮、氫氧化鈉等(均為國產分析純)，乙腈和甲醇(色譜級,Sangon Biotech)，糖(葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖，Sangon Biotech)和有機酸(奎尼酸、蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、草酸、莽草酸、琥珀酸、馬來酸、乳酸,BBI Life Science)。

2.4 方法

實驗采用電子天平稱量果實重量(g),游標卡尺用于測量果實縱橫經,PAL-1便攜式數顯折射計測定總可溶性固形物含量(%或Brix);可溶性糖、淀粉含量的測定參照Jin Gook Kim的方法[17];維生素C采用國標[18](GBT 5009.86-2003)的2,4-二硝基苯肼法;可滴定酸含量的測定參照曹建康的方法[19];糖分和有機酸的提取方法參照Maja和Mikulic的方法[20,21]。

糖測定條件:色譜柱(ACQUITY UPLC BEHTMAmide 2.1mm×100mm,1.7μm),儀器為超高液相色譜儀(Water ACQUITY UPLC),檢測器(ACQUITY-ELSD)。進樣量1μL,流動相0.2%乙腈:水。條件:前6min,初始濃度為100% MILLIPORE超純水以流速為0.26mL/min線性梯度洗脫至70%MILLIPORE超純水;6—16min,用100%ddh2O進行洗脫,柱溫40℃。

有機酸測定條件:島津LC-20A液相色譜儀,二極管陣列檢測器(CBM20A, Shimadzu,Tokyo,Japan);C18 柱(250×4.5nm),波長210nm,進樣量10μL,柱溫25℃;流動相為50Mmol/L磷酸二氫銨水溶液(pH2.5),流速0.3mL/min進行等度洗脫。

3 結果與分析

3.1 果實重量和縱橫經的變化

根據相關研究,軟棗獼猴桃果實總可溶性固形物(TSS)含量達到8%為最適采收期[22]。軟棗獼猴桃果實從盛花期(DAA)到軟熟的時間約為120天,成熟時果重約為14.08g(圖1A)。軟棗獼猴桃“魁綠”果重的變化規律呈雙“S”曲線，在30DAA之前呈指數式增加,且在30DAA增加到6.7g,為最終果重的47.58%;30—90DAA之間,軟棗獼猴桃“魅綠”果重增長速率逐漸減緩,從6.7g增加到12.26g;在90—105DAA之間有第二次快速增加,達到14.58g;采收時(120DAA)軟棗獼猴桃“魅綠”的果重有輕微的降低。

注：誤差線代表標準差(n=10)。

圖1軟棗獼猴桃“魁綠”果實重量(A)，縱徑、大橫徑和小橫徑(B)從盛花期到果實成熟的生長規律

軟棗獼猴桃“魅綠”的果實的縱徑、大橫徑、小橫徑的增長模式為單“S”型曲線(圖1B)。軟棗獼猴桃“魅綠”的縱徑在0—30DAA之間快速增加,增長到25.45mm,每天增長量為0.526mm，后緩慢增加至25.45—36.75mm。軟棗獼猴桃“魅綠”的大橫徑和小橫徑也有類似的趨勢,在0—30DAA間呈指數式增加,后逐漸趨于平緩,各自的范圍為6.73—27.87mm、6.24—24.95 mm。果形指數是商品果實的質量指標之一,商品果要求果形指數不低于0.93。軟棗獼猴桃“魁綠”果實的果形指數(縱徑/橫徑)在0—60DAA呈逐漸降低的趨勢,從1.44下降到1.29;后在60—120DAA之間,果形指數保持相對恒定(1.27—1.31)。因此,“魁綠”獼猴桃果實在整個發育過的果形指數>0.93,呈典型的長圓形,具有優質商品果的特性。

3.2 非結構性碳水化合物含量變化

從圖2A實驗結果可見,“魁綠”獼猴桃干物質(DM)積累方式較獨特,呈線性關系:y=0.2005x+0.0975,R2=0.9887(y=干物質含量,x=取樣時間)。在0—45DAA之間,軟棗獼猴桃“魅綠”的DM含量急劇增加,平均每天增加0.224%;在45—120DAA間保持平穩上升狀態,DM含量從9.84%上升到25.14%。軟棗獼猴桃“魅綠”果實的總可溶性固形物(TSS)和DM的變化方式差異性較大。在30—75DAA之間，軟棗獼猴桃“魅綠”的TSS維持穩定狀態,含量范圍是3.62%—4.60%(Brix);從75DAA開始,TSS含量呈曲線上升,特別是在采收前兩周,即105—120DAA時間段內,TSS急劇上升,從9.47%增加到17.50%,平均每天增加0.535%。

注：誤差線代表標準差(n=3)，圖2—4同。

圖2果實發育過程中干物質和總可溶性固形物(A)和總非結構性碳水化合物(B)的變化

從圖2B可見,軟棗獼猴桃“魅綠”的果實淀粉含量從60DAA后積累明顯增加,在90DAA達到最大濃度9.75g/100gFW,后開始加速下降,且淀粉的水解進一步加速了可溶性總糖和蔗糖的積累速率，如可溶性糖在90DAA之前保持平穩上升;90—120DAA期間,隨著軟棗獼猴桃“魅綠”的淀粉水解,可溶性糖呈階段性增長,采收時(120DAA)可溶性總糖含量達到最高值10.50%。葡萄糖、果糖、蔗糖是軟棗獼猴桃“魁綠”果實發育過程中主要的可溶性糖組分。軟棗獼猴桃“魅綠”的蔗糖在發育早期階段有個短暫的平穩過程(30—60DAA),后呈上升趨勢,最終達到5.34g/100gFW。軟棗獼猴桃“魅綠”的果糖、葡糖糖在在整個發育過程中,濃度幾乎相同,變化規律一致(呈線性增加),在75DAA后,蔗糖含量始終高于葡萄糖和果糖含量。在果實成熟時軟棗獼猴桃“魅綠”有少量麥芽糖生成,含量為1.34 g/100gFW。

圖3 果實發育過程中有機酸(奎寧酸、檸檬酸、蘋果酸) 濃度(A)和平均每個果實酸積累量(B)的動態變化

3.3 有機酸含量變化

在果實發育前期階段(90DAA之前),軟棗獼猴桃“魅綠”果實中含有少量的草酸、琥珀酸和馬來酸,后面隨著果實重量增加,三種酸含量逐漸下降。軟棗獼猴桃“魅綠”草酸濃度范圍0.5—5mg/gFW,琥珀酸和馬來酸濃度低于0.05mg/gFW。從圖3A可知,軟棗獼猴桃“魁綠”果實中的酸主要是奎寧酸、蘋果酸和檸檬酸。在60DAA之前,軟棗獼猴桃“魅綠”果實中酸的積累以奎寧酸為主,酸的濃度都呈下降趨勢。在15—45DAA期間,軟棗獼猴桃“魅綠”蘋果酸和檸檬酸濃度保持相對穩定;在45—105DAA期間,檸檬酸濃度快速上升(4.08—10.68mg/gFW),采收時下降到9.09mg/gFW。從45DAA開始,軟棗獼猴桃“魅綠”奎寧酸和蘋果酸濃度變化趨勢一樣,呈逐漸減低的過程。如果考慮果實的重量(圖3B)，在60DAA前,除了檸檬酸外,“魁綠”平均每個果實中奎尼酸和蘋果酸的積累與濃度變化趨勢具有差異性,如奎寧酸在15—60 DAA時含量保持相對穩定(75.11—82.93mg/fruit),蘋果酸在45DAA時達到最大值,含量為54.92mg/fruit。60DAA到采收前,軟棗獼猴桃“魅綠”果實平均含量與濃度變化趨勢一致,總體上均呈下降的趨勢,采收時平均每個果實中奎寧酸、蘋果酸和檸檬酸的含量各為42.42mg/fruit、128.07mg/fruit、18.07mg/fruit。

3.4 抗壞血酸(VC)濃度的變化

軟棗獼猴桃“魅綠”VC的濃度范圍在112.79—235.87mg/100gFW之間(圖4)。在30—45DAA期間,軟棗獼猴桃“魅綠”VC變化與有機酸濃度變化趨勢基本一致,從180.93mg/100gFW上升至235.87mg/100gFW;45—90DAA，劇烈下降到130.99mg/100gFW;90—120DAA,含量變化不大,呈緩慢降低的趨勢。軟棗獼猴桃“魅綠”果實成熟采收時濃度達到最低,為112.79mg/100gFW。

圖4 軟棗獼猴桃“魅綠”果實發育過程中VC含量的變化

4 討論

軟棗獼猴桃“魁綠”果實重量變化成雙“S”曲線(圖1A),最終平均果重為14.08±1.87g,增加速度表現為“快—慢—快—慢”的節奏；同時，從圖2A可見，“魁綠”果實DM積累所表現出的規律與果實鮮重增加的規律相似,幾乎為同步變化。這與樸一龍[23]、魏麗紅[24]等在“長白山野生軟棗”和軟棗獼猴桃“恒優1號”上的研究成果相類似。另外，2012年Jin Gook Kim等[17]對日本地區的軟棗獼猴桃“Mitsuko”研究表明,獼猴桃果重在盛花期(DAFB)50天之前迅速增加,然后增加速率逐漸變緩;在80—95DAFB之間第二次快速增加,呈典型的雙“S”增長曲線。這些相似結果充分說明軟棗獼猴桃“魁綠”適合引種并栽培在四川地區,可成為現有易感病商業獼猴桃種的替代種。然而,也有一些文獻報道美味獼猴桃“海沃德”和中華獼猴桃“Hort16A、紅陽”果實果重發育呈單“S”增長曲線[14-16]，這些差異性可能是由品種間差異性造成的。

從圖1B可見,軟棗獼猴桃“魅綠”果實的縱徑、大橫徑和小橫徑變化規律呈簡單的“S”型增長曲線,可劃分為兩個生長階段:快速生長期(0—30DAA)和緩慢生長期(30—120 DAA)。在快速發育階段,軟棗獼猴桃“魅綠”果實的縱徑、大橫徑和小橫徑在30DAA時分別達到25.45 mm、19.32mm、18.32mm,生長量分別為果實軟熟時的69.25%、69.32%、67.97%,這一時期是果實生長高峰期;緩慢生長期,軟棗獼猴桃“魅綠”的果實縱橫徑生長速率僅為0.126mm/d、0.092mm/d、0.089mm/d。“魁綠”果實的縱橫徑生長變化與Richardson[14]、金方倫[25]、Walton[26]等對中華獼猴桃“Hort16A、貴長、美味獼猴桃海沃德”的研究一致,都呈“S”型增長曲線。

可溶性糖和淀粉是獼猴桃果實DM的主要成分,含量約占DM含量的75%[27]。因此,DM可表示獼猴桃果實中潛在含糖量,是獼猴桃的另一個有用的風味指標[28]。從圖2A可見,軟棗獼猴桃“魅綠”的DM呈線性增加(y=0.2005x+0.0975,R2=0.9887),采收時含量為25.14%。獼猴桃果實的總可溶性固形物(TSS)是田間采收的重要指標,目前國內普遍認為獼猴桃果實總可溶性固形物含量最低采收標準不得低于6.5%,不得高于10%[29-31]。根據本研究結果,軟棗獼猴桃“魅綠”的果實在90DAA時,TSS的含量為6.33%；在105DAA時，TSS含量為9.47%,最適采收期為95—105DAA。

獼猴桃果實中的糖分(圖2B)主要是果糖、葡萄糖、蔗糖,有機酸(圖3A)以奎寧酸、檸檬酸、蘋果酸、VC為主。通過綜合分析軟棗獼猴桃“魅綠”的果實發育(果重和縱橫徑變化規律)和營養代謝規律(可溶性糖及有機酸的動態變化),可把果實的發育可分為三個階段:果實快速生長期(0—60DAA)、淀粉積累(60—90DAA)和果實成熟期(90—120DAA)。這與Moscatello[32]、Richardson[14]等的研究結果相似。

軟棗獼猴桃“魅綠”的果實快速生長期約60天,這一時期是果樹掛果后果實快速膨大、縱徑和橫徑(大橫徑和小橫徑)增長的關鍵期。此時期獼猴桃的有機酸含量較高,并以奎寧酸為主;VC含量在45DAA時達到最大值235.79mg/100gFW,蘋果酸和檸檬酸在30—45DAA期間,濃度保持恒定,這時期的特征與Nardozza等[33]的研究一致。

軟棗獼猴桃“魅綠”的淀粉積累期時間約為30天(60—90DAA)，這一時期以淀粉的快速積累為主,其淀粉含量從4.81g/100gFW增加到9.75g/100gFW。其他特點是:軟棗獼猴桃“魅綠”的果實葡萄糖、果糖和蔗糖含量變化平緩,而總可溶性糖從3.24g/100gFW呈線性增加到4.74g/100gFW;蘋果酸含量快速地從4.06mg/gFW下降到1.79mg/gFW;奎寧酸先從7.71mg/gFW急劇降到3.89mg/gFW后保持相對穩定;VC含量降低速率逐漸加快,在90DAA為130.99mg/100gFW;而檸檬酸含量逐漸加速上升,至90DAA含量達到9.01mggFW;總酸度在90DAA時達到最大值1.84%。軟棗獼猴桃“魁綠”這一時期的可溶性糖和有機酸的變化趨勢與“Hayward、Hort16A”相同[14,15],但有機酸含量在整個淀粉積累期低于其他商業種。

軟棗獼猴桃“魅綠”的果實成熟期約為30天(90—120DAA),這一時期是果實品質形成的關鍵階段，特點是:淀粉加速分解轉變為蔗糖、果糖和葡萄糖積累量低,速率慢,采收時量各為5.34g/100gFW、2.45g/100gFW、2.73g/100gFW。軟棗獼猴桃“魅綠”的總糖含量為11.25%,比種植在東北地區含量高2.45%,比“寶貝星”高2.4%,與軟棗獼猴桃“佳綠、優系8401”含量幾乎相同[34]。軟棗獼猴桃“魅綠”的檸檬酸在105DAA達到最大值10.68mg/gFW,軟棗獼猴桃“魅綠”采收時下降到9.09mg/gFW,而總酸度、奎寧酸、蘋果酸及VC含量緩慢降低,采收時濃度分別為1.49%、3.08mg/gFW、1.28mg/gFW、112.79mg/100gFW。采收時果實營養品質與樸一龍[23]、魏麗紅[24]等研究結果相似。因此,四川地區適合引種栽培軟棗獼猴桃“魅綠”。

綜上所述,軟棗獼猴桃“魅綠”成熟時營養品質好,營養成分含量與其他商業品種類似,具有優良商品性,適合在四川地區引種栽培，可以優化區域品種比例。但在栽培過程中應注意以下幾點:①軟棗獼猴桃“魅綠”果樹屬于中等喜光性果樹樹種,喜散射光照射。應選擇溫暖濕潤,陽光強度為40%—45%,土壤肥沃且偏中性或微酸性,不積水,耐干旱的向陽緩坡栽培。②軟棗獼猴桃“魅綠”果實生長周期短,僅為120DAA。8月下旬是軟棗獼猴桃“魅綠”果實成熟期,采果后9月上旬應及時施用基肥,如漚肥、餅肥、家禽糞便等。③及時追肥。軟棗獼猴桃“魅綠”果樹開花早,4月中旬為盛花期,應在4月初施用開花坐果肥;果實膨大期短,僅為30天,5月上旬及時施用果實膨大肥,以速效鉀肥為主,加施氮肥;果實成熟前6—7周,即7月中旬施用果實增質肥。