超聲波協(xié)同鈣浸漬對冬棗品質(zhì)特性的影響

孟曉美，張麗芬，陳復(fù)生，*，賴少娟，張龍鳳

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州450001；2.嘉里糧油（天津）有限公司，天津300000）

冬棗，產(chǎn)于中國，含有豐富的礦質(zhì)元素和多種維生素，可溶性固形物含量約為34%～37%，維生素C的含量高達380 mg/100 g～600 mg/100 g，且富含環(huán)磷酸鳥苷和環(huán)磷酸腺苷，素有“百果之王”和“活維生素丸”之美稱[1-2]。近年來，我國冬棗的產(chǎn)量逐步增加，2017年，我國冬棗年產(chǎn)量約為180萬噸[3]。然而，由于冬棗本身固有的生理學(xué)和生物學(xué)生理變化復(fù)雜，組織結(jié)構(gòu)特殊，貯藏期間好果率低，易出現(xiàn)發(fā)霉、酒軟、失水和腐爛現(xiàn)象，且易受機械損傷和微生物的侵害，對果實的營養(yǎng)價值和商品化程度有很大的影響[4]。

研究者對冬棗的采后生理生化和貯藏保鮮技術(shù)做了大量研究，其中保鮮技術(shù)主要分為物理保鮮（冷藏、氣調(diào)、輻射等）和化學(xué)保鮮（涂膜、浸泡等）兩大類，但目前任一種單一的保鮮方法都有自身的缺點，效果不是很理想，不能很好的解決果蔬貯藏中存在的問題[5]。因此，一些結(jié)合保鮮技術(shù)不斷出現(xiàn)，其中包括化學(xué)物質(zhì)處理結(jié)合低溫貯藏、臭氧處理結(jié)合濕冷庫貯藏及浸鈣處理等。

超聲波作為一項新型而且很有發(fā)展前景的果蔬保鮮技術(shù)，能很好地保持產(chǎn)品的風味、感官品質(zhì)、質(zhì)量、色澤以及營養(yǎng)成分，并能有效地延長貨架期，已廣泛地應(yīng)用到蘋果、草莓、胡蘿卜等果蔬的貯藏保鮮中[6]，同時，對環(huán)境友好，無毒，安全性高，成本低，操作簡單，從技術(shù)性和經(jīng)濟性兩個方面來說都是非常適合我國國情的保鮮技術(shù)[7]。本研究以冬棗為原料，通過超聲波協(xié)同鈣浸漬技術(shù)處理，研究采后冬棗貯藏過程中品質(zhì)特性及果膠含量的變化，同時通過對果膠酶活性分析，揭示果膠變化原因，建立冬棗經(jīng)濟有效的保鮮方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗材料

供試原料為冬棗，市售，產(chǎn)于鄭州郊區(qū)。七成熟時采收，挑選果實大小均一，成熟度基本一致，無病蟲害，無機械損傷帶果柄的冬棗為試材。

1.1.2 試劑

所有試劑均為分析純，具體試劑見表1。

表1 試驗試劑Table 1 Experimental reagents

續(xù)表1 試驗試劑Continue table 1 Experimental reagents

1.2 儀器與設(shè)備

試驗所需儀器見表2。

表2 試驗儀器Table 2 Experimental instruments

1.3 試驗方法

采后冬棗2 h內(nèi)運至實驗室，試驗共分為4組，對照組、超聲波組、2%乳酸鈣處理組、超聲波協(xié)同2%乳酸鈣處理組。超聲條件：溫度為20°C，時間為20 min，功率為0.032 W/cm3。每組120個果實，放于透明水果塑料盒中，置于0℃儲藏。每隔7d進行取樣測定指標。

1.3.1 指標測定

1）硬度：冬棗硬度測定采用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀進行質(zhì)構(gòu)（texture profile analysis，TPA）分析，樣品壓縮形變30%，果實的硬度以最大峰值表示，每份樣品隨機取20個果實。

式中：m0貯藏前果實質(zhì)量，g；mt貯藏t時間后果實質(zhì)量，g。

3）可溶性固形物（soluble solids content，SSC）：用愛拓自動數(shù)顯折射儀測定[10]。

4）可滴定酸（titratable acid，TA）：用氫氧化鈉滴定法測定[11]。

1.3.2 果膠酶活性測定

1.3.2.1 多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonic acid，PG）活性測定

PG活性測定參考曹健康等的比色法[12]。

1）PG酶液提取

稱取10.0 g果肉樣品，加入20 mL經(jīng)預(yù)冷的95%乙醇，在冰浴條件下研磨勻漿后，低溫放置10 min，然后于4℃、12 000 r/min離心20 min。傾去上清液，向沉淀物中加入10 mL經(jīng)預(yù)冷的80%的乙醇，低溫放置10 min，相同條件下離心，再傾去上清液，向沉淀物中加入5 mL經(jīng)預(yù)冷的提取緩沖液，于4℃放置20 min，離心后收集上清液即為酶提取液。

2）PG酶活性測定

制作標準曲線：分別取濃度為 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L葡萄糖標準液2 mL于試管中，各加入1.5mL 3，5-二硝基水楊酸試劑。將試管搖勻，在沸水浴中加熱5 min，冷卻至室溫，蒸餾水定容至25 mL。在540 nm處測定吸光度值，繪制標準曲線。

酶活性測定：以1.0 mL 50 mmol/L、pH 5.5乙酸-乙酸鈉緩沖液和0.5 mL 10 g/L多聚半乳糖醛酸溶液為底物。分別加入0.5 mL酶提取液和0.5 mL經(jīng)煮沸5 min的酶提取液，37℃水浴中保溫1 h，加入1.5 mL 3，5-二硝基水楊酸試劑，沸水浴5 min。冷卻并稀釋至25 mL。在540 nm處測定吸光度值，重復(fù)3次。PG活性以每小時每克樣品（鮮重）在37℃催化多聚半乳糖醛酸水解生成半乳糖醛酸的質(zhì)量表示，即μg/（h·g）。

1.3.2.2 果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）活性測定

PME活性測定參考程杰山的連續(xù)分光光度法[13]。

1）酶液提取

取果肉10 g，加入20 mL用Ph 8.0Tris-HCl配置的5%NaCl溶液中，置于冰槽中勻漿，4℃下10 000 r/min離心15 min，取上清液提取得PME酶液。

2）PME酶活性測定

試管中加入2 mL 0.5%果膠溶液，0.15 mL0.01%溴麝香草酚藍，加水至3 mL，最后加入400 μL酶液，分別在0 min和3 min時測定其在620 nm處吸光度。以每克樣品（鮮重）每分鐘吸光度變化值增加為1個活性單位，單位為ΔA620/（min·g）。

1.4 果膠的提取與測定

1.4.1 果膠的提取

參照Chen等[14]方法，提取過程如圖1所示。

圖1 細胞壁多糖提取過程Fig.1 Cell wall polysaccharide extraction process

1.4.2 果膠含量的測定

采用咔唑比色法測定果膠[15]。

標準曲線的繪制：分別取各濃度梯度的半乳糖醛酸標準液于12 mL冷的濃硫酸中，在沸水浴中加熱10min，加0.15g/L咔唑溶液1mL，在室溫下靜置30min，在530 nm波長下測定吸光度值A(chǔ)。以標準半乳糖醛酸濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，作半乳糖醛酸標準曲線。

果膠含量的測定：按照繪制標準曲線的方法在530 nm波長處測定吸光度值A(chǔ)，以2 mL水作為空白調(diào)零，由標準曲線查出果膠稀釋液中半乳糖醛酸的濃度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本試驗采用Origin 8.5和SPSS軟件計算、分析和繪圖，所有指標的測定均重復(fù)3次，計算平均值和標準偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗品質(zhì)特性的影響研究

2.1.1 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗硬度的影響研究

硬度代表了果蔬的最主要質(zhì)地特性，圖2是不同處理對冬棗貯藏過程中硬度的影響。

圖2 不同處理對冬棗貯藏過程中硬度的影響Fig.2 Effect of ultrasound combined with calcium impregnation treatment on the hardness of winter jujube

從圖2可以看出，隨著冷藏時間的延長，各處理組果實的硬度均呈現(xiàn)下降趨勢。在冷藏的第28天～第56天，超聲波協(xié)同鈣處理組的冬棗果實硬度顯著高于超聲組、鈣處理組和對照組（P＜0.05），這主要是由于超聲的空化效應(yīng)能夠顯著加快物質(zhì)的轉(zhuǎn)移速率，導(dǎo)致更多的Ca2+浸漬到果實組織內(nèi)部，與細胞壁中果膠發(fā)生交聯(lián)，強化果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，維持果實的硬度[20]。由此可見，超聲波協(xié)同鈣浸漬處理可維持冬棗果實的硬度。

2.1.2 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗失重率的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中失重率的影響見圖3。

圖3 不同處理對冬棗貯藏過程中失重率的影響Fig.3 Effect of different treatments on the weight loss rate of winter jujube during storage

果實的失重率是直接影響水果感官品質(zhì)的重要指標。冬棗在貯藏過程中極易失水，造成果實質(zhì)量下降，口感變差。從圖3可以看出，隨著貯藏時間的延長，由于果實的蒸騰作用和呼吸作用，各處理組果實的失重率逐漸上升。其中，對照組的失重率上升最快，從第28天開始顯著高于超聲波組、鈣處理組及超聲波協(xié)同鈣處理組果實的失重率（P<0.05），同時，在貯藏末期（第56天），超聲波協(xié)同鈣處理組果實的失重率（12.68%）顯著低于對照組（15.26%）、鈣處理組（13.98%）和超聲波組（13.25%）。這說明超聲波協(xié)同鈣處理組能夠減少果實的蒸騰作用，抑制冬棗失重率的下降。

2.1.3 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗可溶性固形物的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中可溶性固形物的影響見圖4。

圖4 不同處理對冬棗貯藏過程中可溶性固形物的影響Fig.4 Effect of different treatments on soluble solids in storage of winter jujube

固形物含量是水果品質(zhì)的一個重要指標，它能夠反映出果實內(nèi)部的成熟度及生理生化進行程度[18]。從圖4可知，鈣處理組和超聲波協(xié)同鈣處理的SSC的含量隨著冷藏時間的延長，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而對照組和超聲波組呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。這主要是由于在貯藏前期的冬棗果肉中的淀粉類物質(zhì)會轉(zhuǎn)化生成可溶性糖；隨著果實成熟過程中自身新陳代謝活動的進行，可溶性糖作為代謝底物逐漸被利用分解，營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，從而使冬棗貯藏后期的SSC含量下降。在貯藏末期（第56天），超聲波協(xié)同鈣處理組的SSC含量（16%）最高，說明超聲波協(xié)同鈣處理能夠更好地抑制冬棗貯藏后期SSC含量的下降，減少果肉中營養(yǎng)成分損失，延緩果實的衰老。

2.1.4 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗可滴定酸的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中可滴定酸的影響見圖5。

圖5 不同處理對冬棗貯藏過程中可滴定酸的影響Fig.5 Effect of different treatments on titratable acid in storage of winter jujube

從圖5可以看出，隨著冷藏時間延長，各處理組的TA含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。果實在貯藏前期的無氧呼吸作用，產(chǎn)生少量乳酸，使酸含量逐漸增加。在貯藏后期，TA作為呼吸代謝底物被不斷消耗而逐漸降低[11]。在貯藏末期（第56天），超聲波協(xié)同鈣處理組的可滴定酸含量顯著的高于超聲波組、鈣處理組和對照組（P＜0.05）；與新鮮樣品相比，對照組的TA含量下降了13.0%，而超聲波協(xié)同鈣處理組升高7.8%，表明超聲波協(xié)同鈣處理能夠延緩冬棗貯藏過程中TA含量的下降速率，維持冬棗良好品質(zhì)。

2.2 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗果實果膠酶活性的影響研究

2.2.1 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗多聚半乳糖醛酸酶活性的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中多聚半乳糖醛酸酶活性的影響見圖6。

圖6 不同處理對冬棗貯藏過程中多聚半乳糖醛酸酶活性的影響Fig.6 Effect of different treatments on polygalacturonase activity during storage of winter jujube

PG是細胞壁降解過程中重要的酶類之一，也是導(dǎo)致果實硬度下降的關(guān)鍵酶[19]。從圖6可以看出，隨著貯藏時間的延長，各處理組的PG活性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。與其它3組相比，超聲波協(xié)同鈣處理組能夠顯著抑制PG在第14天和第21天活性的上升，在貯藏后期（第35天～第56天），超聲波協(xié)同鈣處理組顯著低于對照組、超聲波組和鈣處理組（P＜0.05），說明超聲波協(xié)同鈣處理能夠降低PG活性，延緩PG活性高峰的出現(xiàn)和果膠的降解，減少果實硬度的下降，延長果實的貨架期。

2.2.2 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗果膠甲酯酶活性的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中果膠甲酯酶活性的影響見圖7。

圖7 不同處理對冬棗貯藏過程中果膠甲酯酶活性的影響Fig.7 Effect of ultrasound combined with calcium impregnation treatment on methylesterase activity of winter jujube

PME的主要作用是使果膠去甲酯化，催化酯酸轉(zhuǎn)化為果膠酸，破壞多聚糖醛酸鏈間鈣的橫向聯(lián)接，從而使細胞分離[20]。從圖7可以看出，隨著貯藏時間的延長，各處理組的PME活性逐漸降低，這可能是由于超聲波的空化效應(yīng)和機械效應(yīng)能夠鈍化果實中PME活性，使其活性下降。在貯藏末期（第56天），各處理組之間存在顯著性差異（P＜0.05），超聲波協(xié)同鈣處理組顯著低于其它各處理組，說明超聲波協(xié)同鈣處理能夠抑制PME活性，抑制果膠的降解，延緩果實的進一步軟化。

2.3 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗果實果膠含量的影響研究

2.3.1 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗水溶性果膠含量的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中水溶性果膠含量的影響見圖8。

圖8 不同處理對冬棗貯藏過程中水溶性果膠含量的影響Fig.8 Effect of different treatments on the content of water-soluble pectin in storage of winter jujube

從圖8可以看出，各處理組冬棗的WSP含量在貯藏過程中呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在貯藏初期，隨著果實的成熟，果實中的不溶性原果膠在PME的作用下降解為可溶性果膠，從而導(dǎo)致WSP含量逐漸升高；此外，貯藏過程中果膠-纖維素-半纖維素（pectin-cellulose-hemicellulose，PCH）的結(jié)構(gòu)降解和水分損失也會使WSP含量增加[21]。隨著果實的成熟，細胞壁中的WSP在PG的作用下發(fā)生降解，從而使WSP含量降低。從圖中可以看出，在貯藏的第35天～第56天，鈣處理組和超聲波協(xié)同鈣處理組的WSP含量顯著高于對照組和超聲波組（P＜0.05），這主要是由于Ca2+與果膠酸交聯(lián)形成果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低細胞壁通透性[22]，阻止果膠酶的通過，延緩果膠的進一步降解。

2.3.2 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗螯合性果膠含量的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中螯合性果膠含量的影響見圖9。

圖9 不同處理對冬棗貯藏過程中螯合性果膠含量的影響Fig.9 Effect of different treatments on the content of chelating pectin during storage of winter jujube

從圖9可以看出，各處理組冬棗的CSP含量在貯藏過程中呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。貯藏初期CSP含量的上升是由于WSP和SSP在PME作用下發(fā)生脫甲酯化，促進果膠鏈與Ca2+交聯(lián)形成CSP，使其含量增加[23]。隨著貯藏時間的延長，細胞壁降解酶活性增加，促使CSP發(fā)生水解，從而使CSP含量降低。從圖中可以看出，在貯藏的第49天～第56天，鈣處理組和超聲波協(xié)同鈣處理組的CSP含量要顯著高于對照組和超聲波組（P＜0.05），這說明鈣處理的冬棗能夠維持較高的CSP含量，其一方面是由于果膠鏈與更多的Ca2+交聯(lián)，增加了果實中CSP含量；另一方面是由于鈣離子的結(jié)構(gòu)效應(yīng)降低細胞壁的通透性，抑制細胞壁降解酶活性，減緩CSP降解[23]，而超聲波協(xié)同鈣處理組能夠?qū)⒏嗟拟}離子滲入到果實組織內(nèi)部，延緩果膠的進一步降解。

2.3.3 超聲波協(xié)同鈣浸漬處理對冬棗堿溶性果膠含量的影響研究

不同處理對冬棗貯藏過程中堿溶性果膠含量的影響見圖10。

圖10 不同處理對冬棗貯藏過程中堿溶性果膠含量的影響Fig.10 Effect of different treatments on the content of alkali-soluble pectin in storage of winter jujube

從圖10可以看出，各處理組冬棗的堿溶性果膠（SSP）含量在貯藏過程中呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。一方面是由于在貯藏初期，隨著果實的成熟，部分原果膠在PME作用下降解為可溶性果膠；另一方面是由于水分的損失和果膠酯化度的上升。在貯藏后期，SSP在細胞壁降解酶作用下水解為WSP和果膠酸，導(dǎo)致SSP含量降低[24]。在貯藏后期（第49天～第56天），各處理組之間顯著性明顯（P＜0.05），其中，超聲波協(xié)同鈣處理組有著最高的SSP含量，鈣處理組的SSP含量次之，這說明超聲處理使更多的鈣離子進入果實內(nèi)部，增加果膠酸鈣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抑制果膠酶的活性，減緩SSP進一步水解。

3 結(jié)論

研究不同處理條件下冬棗果實貯藏過程中品質(zhì)特性的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，超聲波協(xié)同鈣浸漬處理可顯著抑制冬棗果實冷藏過程中硬度、SSC和TA含量的降低，和抑制PG和PME的活性，在貯藏末期，超聲波協(xié)同鈣處理組果實的失重率（12.68%）顯著低于對照組（15.26%），硬度（12.43 N）、SSC（16%）和 TA（0.19%）顯著高于對照組，PG和PME活性顯著低于對照組、超聲波組和鈣處理組。同時，超聲波協(xié)同鈣浸漬處理組能夠有效地延緩冬棗果實貯藏末期WSP、CSP和SSP含量的下降說明超聲處理可以有效地將鈣離子引入果實組織內(nèi)部，增加果實中鈣含量，維持細胞壁結(jié)構(gòu)的完整性，延長冬棗儲藏期間貨架期，是采后冬棗保鮮的有效手段。