不同貯藏溫度對西州密25號哈密瓜果實(shí)軟化的影響

徐 斌，阿塔吾拉·鐵木爾，張 婷，潘 儼，張連文，謝曉定

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091；2. 天津商業(yè)大學(xué)，天津 300134；3. 新疆工程學(xué)院，烏魯木齊 830023)

0 引 言

【研究意義】西州密25號哈密瓜口感優(yōu)良、風(fēng)味獨(dú)特[1]。西州密25號哈密瓜屬于典型的呼吸躍變型果實(shí)，采后在不適宜的溫度條件下貯藏極易引起果實(shí)組織軟化，口感變差，抗病性降低，容易腐爛變質(zhì)，影響商品價值[2]，研究貯藏溫度對西州密25號哈密瓜軟化的影響，對新疆脆肉型厚皮甜瓜貯藏保鮮有重要意義。【前人研究進(jìn)展】軟化是果實(shí)在成熟及衰老過程中的典型特征，伴隨一系列的生理變化，包括呼吸強(qiáng)度增加，細(xì)胞壁降解酶活性升高，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)物質(zhì)的降解等[3,4]。研究表明，果實(shí)在采后貯藏期間硬度的變化與細(xì)胞壁多糖的溶解度和解聚密切相關(guān)，是由多種細(xì)胞壁降解酶促使細(xì)胞壁多糖發(fā)生降解而引起細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所致，已在梨、杏子等果實(shí)中得到驗(yàn)證[5-8]。目前，關(guān)于哈密瓜果實(shí)采后軟化的研究多集中在86-1、新密3號等品種[9-11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】西州密25號哈密瓜作為近年來西部地區(qū)外銷量較大的品種，鮮見關(guān)于貯藏溫度對其果實(shí)采后軟化影響的相關(guān)報道。需研究不同貯藏溫度環(huán)境下西州密25號哈密瓜果實(shí)硬度與果肉細(xì)胞壁降解酶活性變化規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以哈密瓜西州密25號為試材，采后貯藏在不同溫度(0、5、10和15℃)環(huán)境條件下，定期測定果實(shí)硬度、呼吸強(qiáng)度及細(xì)胞壁降解酶(β-Gal、PG、PE、Cx)的活性，分析溫度對哈密瓜果實(shí)采后軟化的影響，以及果實(shí)呼吸強(qiáng)度與軟化之間的關(guān)系，為西州密25號哈密瓜貯藏溫度的選擇及果實(shí)軟化調(diào)控提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 哈密瓜

用西州密25號哈密瓜采自吐魯番鄯善地區(qū)，露地直播。于雌花開后38～42 d(商品成熟期)采摘，單果平均質(zhì)量2.0 kg，中心可溶性固形物含量16%～18%。采摘時留T型果柄，剔除病果、傷果、畸形果，挑選果形大小、色澤一致的新鮮果實(shí)，在瓜地陰涼處放置2 h去除田間熱后運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室備用。

1.1.2 主要試驗(yàn)儀器

TMS-Pro物性測試儀(美國FTC公司)，分析軟件為Texture Exponent 32。酶標(biāo)分析儀(Rayto RT-6100)，檢測試劑盒由烏魯木齊瑞康達(dá)醫(yī)療器械有限公司提供。

1.2 方 法

1.2.1 樣品取樣

在瓜體赤道部位橫向切取厚度約50 mm環(huán)形瓜塊，采用直徑15 mm打孔器在瓜塊上取圓柱形樣品，平行截取20 mm長度用于TPA硬度測定，其余部分隨機(jī)稱取50 g果肉切成約10 mm正方體小塊，用液氮速凍后置于-80℃冰箱保存用于檢測酶的活性。取樣時間分別是采樣當(dāng)天(0 d，取6個樣本量的平均值作為初始值)，每隔5 d取樣測定1次指標(biāo)，取樣7次。圖1

1.2.2 指標(biāo)測定1.2.2.1 硬度

采用TMS-Pro物性測定儀，測定為TPA模式，用P/75探頭下壓測試。方法參照劉翔等[12]：預(yù)壓速度2 mm/s，壓縮速度1 mm/s，壓后回升速度2 mm/s，回升距離8 cm，觸發(fā)力0.1 N，試樣受壓變形量為30%。每個處理每次測定3個果實(shí)，每個果實(shí)重復(fù)3次。

1.2.2.2 呼吸強(qiáng)度

方法參照LI等[13]，采用JFQ-315OH果蔬呼吸測定儀。氣體流速為0.9 L/min。呼吸強(qiáng)度采用以下公式計(jì)算，每處理用果實(shí)6個，重復(fù)3次，為mg CO2/(kg·h)。

1.2.2.3 細(xì)胞壁降解酶活性

多聚半乳糖醛酸酶(簡稱PG)和果膠酶(簡稱PE)活力測定參照張鵬龍等[14]方法，采用3,5-二硝基水楊酸法在540 nm波長處測定反應(yīng)混合液釋放還原糖的量。PG、PE分別以每克組織1 min催化多聚半乳糖醛酸和果膠產(chǎn)生1 μg底物為1個酶活力單位(U)。纖維素酶(簡稱Cx)活性測定參照何俊瑜等[15]方法測定。β-半乳糖苷酶(簡稱β-Gal)活性測定參照HOU Yuan-yuan等[16]方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2007軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值及標(biāo)準(zhǔn)差；用Sigmaplot12.0軟件繪制折線圖；數(shù)據(jù)之間的差異性通過SPSS21.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，利用Duncan兩兩比較進(jìn)行差異顯著性分析；各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性通過SPSS21.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)、雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)法檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏溫度對果肉硬度的影響

研究表明，西州密25號哈密瓜果肉硬度隨著貯藏時間延長呈逐漸下降趨勢。貯藏前5 d，各溫度條件下果肉硬度下降不明顯，且相互間差異不顯著。貯藏第10 d，各溫度條件下果肉硬度差異極顯著(P<0.01),0℃條件下果肉硬度下降至35.1 N，是初始值的88% ，15℃條件下果肉硬度下降至22.0 N，是初始值的55%。各取樣點(diǎn)測得果肉硬度均存在極顯著差(P<0.01)。貯藏第25 d，0℃條件下果肉硬度表現(xiàn)出較低水平，顯著低于5和10℃條件下果肉硬度。貯藏第30 d，0℃條件下果肉硬度下降至7.4 N，是初始值的19%，5、10℃條件下果肉硬度分別下降至12.6、9.6 N，是初始值的31%、24%，15℃條件下果肉硬度下降至4.7 N，是初始值的12%。不同溫度對果肉硬度影響具有顯著性差異，溫度越低果肉硬度下降速率越慢。貯藏20 d后，0℃條件下果肉硬度下降速率明顯高于5和10℃，這與果實(shí)出現(xiàn)冷害有關(guān)，貯藏第25 d，果實(shí)表面出現(xiàn)褐色凹陷斑點(diǎn)，移至室溫后果肉出現(xiàn)水浸狀，是哈密瓜冷害癥狀。圖2

注：不同大寫字母表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間具有顯著性差異(P<0.05)，不同小寫字母表示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間具有極顯著性差異(P<0.01)，下同

2.2 不同貯藏溫度對果實(shí)呼吸強(qiáng)度的影響

研究表明，在30 d貯藏期內(nèi)，果實(shí)呼吸強(qiáng)度總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，即出現(xiàn)了明顯的呼吸高峰。0、5和10℃條件下果實(shí)呼吸高峰均出現(xiàn)在貯藏第20 d，15℃條件下果實(shí)呼吸高峰出現(xiàn)在貯藏第15 d，相對低溫可以延緩果實(shí)呼吸強(qiáng)度峰值的出現(xiàn)。不同溫度對西州密25號哈密瓜果實(shí)采后呼吸強(qiáng)度影響具有顯著性差異，0℃條件下果實(shí)呼吸強(qiáng)度峰值為30.53 mg CO2/(kg·h)，顯著低于其他3個溫度，并且在整個貯藏期內(nèi)呼吸強(qiáng)度平均值最低。15℃條件下果實(shí)呼吸強(qiáng)度峰值為36.45 mg CO2/(kg·h)，是0℃條件下的1.2倍，在整個貯藏期內(nèi)呼吸強(qiáng)度平均值最高。5和10℃條件下果實(shí)呼吸強(qiáng)度峰值分別為35.64 mg、35.44 mg CO2/(kg·h)，兩者差異不顯著，且在整個貯藏期內(nèi)變化趨勢相似，平均值相近。圖3

圖3 不同溫度下果實(shí)呼吸強(qiáng)度變化Fig.3 The effect of different temperature on fruit respiration intensity

2.3 不同貯藏溫度對果肉β- Gal活性的影響

研究表明，在整個貯藏期內(nèi)，不同溫度條件下β- Gal活性總體呈升高趨勢，其中15℃條件下果肉β- Gal活性出現(xiàn)先升高后降低的變化，峰值出現(xiàn)在第15 d，活性值為0.96 U，是初始值的1.5倍。與初始值相比，5和10℃條件下果肉β- Gal活性在貯藏前5 d變化不明顯，貯藏第10 d開始逐漸升高，貯藏至30 d，分別升高至0.87、0.80 U，是初始值的1.36倍和1.25倍。0℃條件下果肉β- Gal活性在貯藏第10 d下降至0.60 U，貯藏第15 d迅速升高至0.75 U，之后呈緩慢上升趨勢，貯藏第30 d升高至0.86 U，是初始值的1.3倍。貯藏前5 d，0℃條件下果肉β- Gal活性與其他3個溫度條件下果肉β-Gal活性存在顯著性差異。貯藏第5至25 d，15℃條件下果肉β- Gal活性與其他3個溫度條件下果肉β-Gal活性存在顯著性差異。貯藏第10～30 d，0℃條件下果肉β- Gal活性與5℃條件下果肉β- Gal活性差異不顯著。貯藏第30 d，0和5℃條件下果肉β- Gal活性值略高于10和15℃條件下果肉β- Gal活性值。圖4

圖4 不同溫度下果肉β- Gal活性變化Fig.4 The effect of different temperature on pulp β-Gal activity

2.4 不同貯藏溫度對果肉PG活性的影響

研究表明，在整個貯藏期內(nèi)，0℃條件下果肉PG活性呈先降低后逐漸升高趨勢，在貯藏第5 d出現(xiàn)最低值0.315 U，且始終與其他3個溫度條件下果肉PG活性存在極顯著差異，表現(xiàn)為貯藏25 d時間內(nèi)，果肉PG活性極顯著低于其他3個溫度條件下果肉PG活性。5、10和15℃條件下果肉PG活性在貯藏第5 d變化不大，基本保持初始值的水平，在整個貯藏期內(nèi)均呈先升高后降低趨勢，5℃條件下果肉PG活性峰值出現(xiàn)在第15 d，活性值為0.564 U，10℃條件下果肉PG活性峰值出現(xiàn)在第25 d，活性值為0.653 U，15℃條件下果肉PG活性峰值出現(xiàn)在第15 d，活性值為0.736 U，極顯著高于其他3個溫度條件下果肉PG活性。在貯藏10 d內(nèi)，5、10和15℃條件下果肉PG活性之間不存在顯著性差異，貯藏第10 d至30 d，5℃條件下果肉PG活性極顯著低于10和15℃條件下果肉PG活性。貯藏25 d時間內(nèi)，溫度越高果肉PG活性越強(qiáng)，且0℃條件下果肉PG活性始終低于初始值，貯藏25 d后，0℃條件下果肉PG活性出現(xiàn)升高趨勢，貯藏第30 d升高至0.509 U，顯著高于5℃條件下果肉PG活性，果實(shí)貯藏前期0℃可有效抑制果肉PG活性升高。圖5

圖5 不同溫度下果肉PG活性變化Fig.5 The effect of different temperature on pulp PG activity

2.5 不同貯藏溫度對果肉PE活性的影響

研究表明，在整個貯藏期內(nèi)，4個溫度條件下果肉PE活性隨時間變化比較復(fù)雜，有升有降，但總體呈上升趨勢。0和5℃條件果肉PE活性在貯藏第5 d分別下降至306.85 、300.58 U，比初始值分別下降了23.93、30.20個活力單位，之后開始逐漸升高，0℃條件下果肉PE活性在貯藏第25 d出現(xiàn)峰值為567.33 U。貯藏第30 d，0℃條件果肉PE活性值為490.64 U，是初始值的1.5倍，5℃條件果肉PE活性值為553.99 U，是初始值的1.7倍。10℃條件下果肉PE活性呈先升高后下降再逐漸升高的變化趨勢，貯藏第15 d至25 d，10℃條件下果肉PE活性高于其他3個溫度條件下果肉PE活性，并且在貯藏第25 d達(dá)到峰值648.26 U，是初始值的1.9倍。15℃條件下果肉PE活性在貯藏第5 d為576.08 U，顯著高于相同貯藏時間其他3個溫度條件下果肉PE活性，之后呈逐漸下降趨勢，在貯藏第25～30 d再次出現(xiàn)升高，第30 d升高至572.86 U，是初始值的1.7倍。溫度越高果肉PE活性平均值越大。圖6

圖6 不同溫度下果肉PE活性變化Fig.6 The effect of different temperature on pulp PE activity

2.6 不同貯藏溫度對果肉Cx活性的影響

研究表明，在整個貯藏期內(nèi)，4個溫度條件下果肉Cx活性均呈先升高后下降的變化趨勢，出現(xiàn)明顯的活性峰值。其中，0℃條件下果肉Cx活性峰值出現(xiàn)在第20 d，為2 899.49 U，是初始值的1.27倍；5℃條件下果肉Cx活性峰值出現(xiàn)在第25 d，為2 946.96 U，是初始值的1.30倍；10℃條件下果肉Cx活性峰值出現(xiàn)在第25 d，為3 126.01 U，是初始值的1.37倍；15℃條件下果肉Cx活性峰值出現(xiàn)在第15 d，為3 182.65 U，是初始值的1.40倍。表明溫度越高果肉Cx活性峰值越大。貯藏5 d，4個溫度條件下果肉Cx活性沒有顯著差異。貯藏10 d，15℃條件下果肉Cx活性顯著高于其他3個溫度條件下果肉Cx活性。貯藏第20 d，0和5℃條件下果肉Cx活性沒有顯著差異，10和15℃條件下果肉Cx活性沒有顯著差異。貯藏第25 d，10℃條件下果肉Cx活性顯著高于其他3個溫度條件下果肉Cx活性。貯藏第30 d，5和10℃、15℃條件下果肉Cx活性之間沒有顯著差異，0℃條件下果肉Cx活性極顯著低于其他3個溫度條件下果肉Cx活性，且與初始值相近。相對低溫可抑制果肉Cx的活性。圖7

圖7 不同溫度下果肉Cx活性變化Fig.7 The effect of different temperature on pulp Cx activity

2.7 果實(shí)硬度與呼吸強(qiáng)度、細(xì)胞壁降解酶活性間相關(guān)性

研究表明，果肉硬度與呼吸強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，與果膠酶、纖維素酶、β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；呼吸強(qiáng)度與果膠酶活性呈正相關(guān)，與β-半乳糖苷酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與纖維素酶、多聚半乳糖醛酸酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；果肉果膠酶與纖維素酶、β-半乳糖苷酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與多聚半乳糖醛酸酶活性呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；果肉纖維素酶與β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；果肉β-半乳糖苷酶與多聚半乳糖醛酸酶活性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。西州密25號哈密瓜采后果實(shí)硬度的下降與果膠酶、纖維素酶、β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶活性的升高具有極顯著正相關(guān)關(guān)系。呼吸強(qiáng)度的變化與果肉4種細(xì)胞壁降解酶活性變化存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。果肉果膠酶、纖維素酶、β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶活性相互間具有顯著正相關(guān)關(guān)系。表1

表1 果肉硬度與呼吸強(qiáng)度、細(xì)胞壁降解酶活性相關(guān)性(R)矩陣Table 1 Correlation(R) matrix between fruit firmness and respiration intensity, enzymes activities of cell wall

3 討 論

采后呼吸強(qiáng)度及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的改變是引起果實(shí)硬度變化的主要原因[17-19]。研究發(fā)現(xiàn)，西州密25號哈密瓜果實(shí)存在明顯的呼吸高峰，與15℃相比，0、5、10℃能延遲呼吸高峰的出現(xiàn)，并且0℃條件下果實(shí)呼吸強(qiáng)度平均值及峰值顯著低于其他3個溫度，說明低溫能有效抑制果實(shí)的呼吸強(qiáng)度。然而，0℃條件下貯藏20 d后，果實(shí)硬度迅速下降，并且出現(xiàn)冷害癥狀，因此，0℃并不適宜西州密25號哈密瓜貯藏。果實(shí)細(xì)胞壁的主要成分由果膠物質(zhì)、纖維素和半纖維素組成，在貯藏過程中，果膠物質(zhì)及纖維素的降解導(dǎo)致胞間層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)解體，從而引起果實(shí)的軟化[20]。蘋果在貯藏過程中果實(shí)硬度下降、質(zhì)地變軟，伴隨著細(xì)胞壁降解酶活性升高，原果膠含量下降及可溶性果膠含量上升[21]。細(xì)胞壁降解酶主要有果膠酶、β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶，這些降解酶在果實(shí)軟化過程中具有不同的作用，例如果膠酶可去除果膠分子鏈上半乳糖醛酸羧基上的酯化基團(tuán)，增加果膠在水中的溶解度；β-半乳糖苷酶可通過降解具有支鏈的多聚醛酸使細(xì)胞壁組分變得不穩(wěn)定，促使果膠降解或溶解；多聚半乳糖醛酸酶能夠水解細(xì)胞壁果膠中多聚半乳糖醛酸多糖主鏈的α-1,4-糖苷鍵，生成半乳糖醛酸和低聚半乳糖醛酸，導(dǎo)致細(xì)胞壁成分和結(jié)構(gòu)的變化；纖維素酶能促進(jìn)纖維素的降解，導(dǎo)致細(xì)胞壁“經(jīng)緯結(jié)構(gòu)”松散[22-30]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時間的延長，不同溫度條件下果肉細(xì)胞壁降解酶的活性存在顯著差異，表現(xiàn)為15℃條件下，果肉β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性峰值及平均值均高于其他3個溫度條件下的活性峰值和平均值，且溫度越高，酶的活性越強(qiáng)，溫度能夠調(diào)控這3種酶的活性。在貯藏前期，0℃能夠有效抑制β-半乳糖苷酶、多聚半乳糖醛酸酶活性，貯藏后期，0℃條件下2種酶活性出現(xiàn)升高趨勢，可能與果實(shí)出現(xiàn)冷害有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。不同溫度對果膠酶的影響比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)分析顯示，隨著貯藏時間的延長，果膠酶總體呈逐漸上升的變化，但這種變化受溫度影響沒有表現(xiàn)出規(guī)律性，果膠酶是由多種酶組成的復(fù)合酶，其中每一種酶的結(jié)構(gòu)及受環(huán)境因素的影響均不相同，溫度對果膠酶的調(diào)控機(jī)理也有待進(jìn)一步研究。相關(guān)性分析可知，果肉硬度與4種酶的活性呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，4種酶活性的升高與果肉硬度的下降具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系。溫度可通過調(diào)控西州密25號哈密瓜果實(shí)呼吸強(qiáng)度及細(xì)胞壁降解酶的活性來影響果實(shí)的后熟及軟化，但果實(shí)軟化是一個復(fù)雜的過程，仍需結(jié)合細(xì)胞壁成分變化、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等來進(jìn)一步闡明。

4 結(jié) 論

5℃適合西州密25號哈密瓜果實(shí)貯藏。西州密25號哈密瓜果實(shí)硬度與呼吸強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)、與β-Gal、PG、PE和Cx活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。呼吸強(qiáng)度與纖維素酶、多聚半乳糖醛酸酶呈極顯著負(fù)相關(guān)，與β-半乳糖苷酶呈顯著負(fù)相關(guān)。