秋子梨果膠含量與果肉硬度的相關(guān)性研究

霍宏亮，曹玉芬，徐家玉，田路明，董星光，張 瑩，齊 丹，劉 超

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹(shù)研究所，遼寧 興城 125100）

秋子梨Pyrus ussuriensisMaxix 是我國(guó)梨的主要栽培種之一，主要分布黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古等地，其果實(shí)是典型的具有特異品質(zhì)的梨屬果實(shí)。很多優(yōu)良的秋子梨品種，如‘京白’和‘南果梨’等，果實(shí)采后需經(jīng)歷后熟軟化過(guò)程，其食用品質(zhì)才可達(dá)到最佳。細(xì)胞壁降解，尤其是果膠含量和性質(zhì)的變化是果實(shí)軟化的關(guān)鍵因素[1]。果膠是一種由D-半乳糖醛酸經(jīng)α-1,4 糖苷鍵聯(lián)結(jié)并與其他中性糖和非糖物質(zhì)組成的多糖聚合物，是植物細(xì)胞壁中膠層和初生壁的主要成分[2-3]。果膠還是天然綠色的食品添加劑，不僅能夠改善食品的品質(zhì)和口感，同時(shí)具有抗癌、解毒、降血糖、降血脂多種醫(yī)療保健作用[4-6]。果膠提取過(guò)程中，通過(guò)選擇不同的溶劑，可抽提分離得到共價(jià)結(jié)合態(tài)果膠（CSP）、水溶性果膠（WSP）和離子結(jié)合果膠（ISP）[7]。不同形式的果膠對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響也有差異。果膠的存在形式、含量、性質(zhì)及變化，對(duì)果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)都有極其重要的影響。本試驗(yàn)對(duì)8 個(gè)秋子梨品種軟化前后的果膠含量和硬度變化進(jìn)行了研究，探討了不同品種及同一品種果實(shí)軟化前后果膠含量的差異，以期為進(jìn)一步解析秋子軟化過(guò)程中果膠的代謝規(guī)律及其與硬度的關(guān)系提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

試驗(yàn)所用‘南果梨’‘ 京白梨’‘小香水’‘軟兒’‘矮香’‘ 直把子’‘ 尖把’‘ 八里香’此8個(gè)品種的果實(shí)均采自國(guó)家果樹(shù)種質(zhì)資源興城梨圃。

95%乙醇、無(wú)水乙醇（分析純），均由天津市天力化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；CDTA，由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；NaOH、Na2CO3、甲醇、氯仿、濃硫酸（優(yōu)純級(jí)），均由天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；咔唑，由TCI（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)；D-半乳糖醛酸，由美國(guó)Sigma 公司生產(chǎn)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

GY-4 型數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì)，MP5002 型電子天平，賽默飛VT6060M 真空干燥箱，8010EG 型高速粉碎機(jī)，SW22 型恒溫水浴震蕩器，3H24RI 型智能高速冷凍離心機(jī)，GL-3250B 型磁力攪拌器，Genesys 10S 型紫外光分光光度計(jì)。

1.2 方 法

1.2.1 處理方法

梨果實(shí)成熟期后，每個(gè)品種隨機(jī)采摘60 個(gè)一致性較好、無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷的果實(shí)，分為3 組，每組20 個(gè)，測(cè)定果實(shí)軟化前的果肉硬度和經(jīng)室溫（25±1）℃條件下軟化14 d 后的果肉硬度，然后將果實(shí)去皮去核，準(zhǔn)確稱量果肉，每組100 g，每個(gè)品種3 份，液氮凍存，置于-80 ℃的冰柜中保存以備用。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 果肉硬度的測(cè)定

于梨果實(shí)最大橫徑處去除果皮，用果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定果肉硬度。

1.2.2.2 果膠分離及含量測(cè)定

果膠提取方法參照Brummell[8]和Fishman[9]等人的方法并略作改進(jìn)，取冷凍研磨好的果肉5 g，至離心管中，加入80% 乙醇溶液15 mL，于95 ℃的條件下水浴加熱30 min，待溶液冷卻后以10 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心10 min，去除上清液后得到粗提物質(zhì)。以甲醇∶氯仿為1 ∶1 的混合物將粗提物質(zhì)潤(rùn)洗3 次去除雜質(zhì)，真空干燥后獲得干物質(zhì)以備用。

稱取干物質(zhì)0.03 g，加入5 mL 的去離子水，沸水浴提取20 min，采用3H24RI 型智能高速冷凍離心機(jī)，在4 ℃條件下以10 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心10 min，獲得水溶性果膠（WSP）；在不溶物中加入5 mL 的50 mmol·L-1CDTA 和乙酸鈉（pH 值為6.5），采用3H24RI 型智能高速冷凍離心機(jī)，于4 ℃下以10 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心10 min，獲得離子結(jié)合果膠（ISP）；再在不溶物中加入50 mmol·L-1的Na2CO35 mL，于25 ℃的溫水浴中振蕩浸提12 h，在相同條件下離心，獲得共價(jià)結(jié)合態(tài)果膠（CSP）。果膠的含量以咔唑硫酸顯色法[10]測(cè)定。

1.2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用咔唑硫酸顯色法測(cè)定果膠含量，以D-半乳糖醛酸為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，操作方法為：取100 mg 的D-半乳糖醛酸，注入容量瓶中，定容到1 000 mL，再按比例稀釋，獲得濃度分別為0、10、20、30、40、50、60 mg·L-1的D-半乳糖醛酸溶液。取12 mL 濃硫酸于比色管中冰浴冷卻至3 ℃，緩慢加入2 mL 的不同濃度的D-半乳糖醛酸溶液，混合后沸水浴加熱10 min，冷卻后加入0.15%的咔唑試劑1 mL，充分混合，置于室溫下放置30 min，用蒸餾水作空白試驗(yàn)，測(cè)定530 nm波長(zhǎng)處的吸光度。繪制半乳糖醛酸濃度-吸光值（A）標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程如下：

Y＝0.005 9x－0.057 1，R2＝0.997 9。

繪制的半乳糖醛酸含量標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得半乳糖醛酸濃度（C），并用如下公式計(jì)算果膠含量（X）：

X＝(C＋0.057 1) / (0.005 9×0.03)×100。式中，C為吸光值。

圖1 半乳糖醛酸含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of galacturonic acid content

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 9.1 和Excel 2013 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖，采用Duncan 新復(fù)極差法對(duì)變量的差異進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋子梨果實(shí)硬度的變化情況

果肉硬度的降低幅度反映了果實(shí)軟化的程度。研究中發(fā)現(xiàn)，果實(shí)軟化時(shí)間相同，因此硬度降低幅度大的品種，其軟化速度也較快。不同品種果實(shí)軟化前后果肉硬度的變化情況如圖2所示。由圖2可知，果肉硬度變化最大的是‘八里香’，其由10.94 kg·cm-2變?yōu)?.74 kg·cm-2，表明其軟化程度最大，軟化速度最快；其次為‘尖把’，其由9.13 kg·cm-2變?yōu)?.17 kg·cm-2；果肉硬度變化最小的為‘小香水’，其由4.18 kg·cm-2降低至2.35 kg·cm-2。其他幾個(gè)品種果實(shí)軟化后果肉硬度都有不同程度的降低。

圖2 不同品種果實(shí)軟化前后果肉硬度的變化情況Fig.2 Changes of flesh firmness of different cultivars before and after fruit softening

2.2 秋子梨果膠含量的變化情況

各品種秋子梨果實(shí)軟化前后果肉中的水溶性果膠（WSP）、離子結(jié)合果膠（ISP）和共價(jià)結(jié)合態(tài)果膠（CSP）的含量、3 種果膠的總量及各種果膠占3 種果膠總量的比例見(jiàn)表1。由表1可知，‘矮香’‘尖把’‘南果梨’此3 個(gè)品種果實(shí)軟化后的果膠總量均升高，‘軟兒’‘直把子’‘京白’此3 個(gè)品種軟化后的果膠總量均降低，‘八里香’和‘小香水’的果膠總量變化均較小。所有參試秋子梨品種果實(shí)軟化前后其WSP 和CSP 的含量都普遍高于ISP。果實(shí)軟化后，除‘軟兒梨’外其余品種的WSP 的含量均顯著升高，所有品種的WSP含量占其3 種果膠總量的比例均升高；而所有品種的CSP 含量及其占3 種果膠總量的比例都顯著下降；其ISP 含量均小幅升高，所占3 種果膠總量比例的變化幅度均較小。

2.3 秋子梨果膠含量與果肉硬度間的差異性比較和相關(guān)性分析

不同軟化時(shí)期果膠含量及果肉硬度間差異性的比較結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，參試的8 個(gè)品種間和不同軟化時(shí)期的果膠含量的差異均達(dá)到了顯著水平（p＜0.05），即秋子梨不同品種及同一品種果實(shí)軟化前后其果膠含量具有顯著的差異性和多樣性。水溶性果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，軟化后的‘南果梨’‘矮香梨’和‘尖把梨’其水溶性果膠含量均較豐富；離子結(jié)合果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，品種間的差異和軟化前后的變化幅度均較?。还矁r(jià)結(jié)合果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，軟化前‘八里香’‘直把子’和‘小香水’的含量均較高；種間差異最大的是共價(jià)結(jié)合果膠，F(xiàn)值為8.95，差異最小的是水溶性果膠，F(xiàn)值為4.08。果肉硬度，品種間的F值為14.55，不同軟化時(shí)期的F值為519.42，品種間和同一品種不同軟化時(shí)期的硬度差異在0.05 水平上顯著。

秋子梨果實(shí)軟化前后3 種果膠的含量與果肉硬度間的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表3。表3數(shù)據(jù)顯示，果肉硬度與水溶性果膠、離子結(jié)合果膠間均呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.55 和-0.54，而與共價(jià)態(tài)果膠間呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），其相關(guān)系數(shù)為0.78。離子結(jié)合果膠含量與水溶性果膠含量間呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），而與共價(jià)態(tài)果膠間呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.05）；水溶性果膠與共價(jià)態(tài)果膠含量間呈負(fù)相關(guān)。

表1 不同品種果實(shí)軟化前后果肉中3種果膠的含量及其占果膠總量的比例Table 1 Contents of three kinds of pectin and their proportions accounting total pectin content in different cultivars of flesh before and after fruit softening

表2 不同軟化時(shí)期果膠含量及果肉硬度間差異性的比較結(jié)果?Table 2 Difference comparison of pectin content and sarcocarp firmness at different softing periods

表3 果膠含量與果肉硬度間的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 3 Correlation analysis between pectin content and flesh firmness

3 討論與結(jié)論

秋子梨品種繁多，其抗寒性強(qiáng)、風(fēng)味濃郁、糖酸含量高。很多優(yōu)異品種的秋子梨果實(shí)采收后都有后熟軟化的過(guò)程[11]。果實(shí)硬度是果實(shí)品質(zhì)構(gòu)成要素之一，不僅影響食用品質(zhì)，與采后貯藏運(yùn)輸特性都密切相關(guān)[12-13]。馬之勝等[14]在研究桃果實(shí)果膠與果實(shí)硬度的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，桃果實(shí)原果膠含量與果實(shí)帶皮硬度之間存在顯著的正相關(guān)性，果實(shí)可溶性果膠含量與果實(shí)帶皮硬度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。對(duì)番茄的研究結(jié)果也表明，果肉硬度與不溶性果膠間呈極顯著正相關(guān)，而與可溶性果膠間呈極顯著負(fù)相關(guān)[15]。岳英等[16]以‘鴨梨’和‘碭山酥梨’等11 個(gè)品種（品系）為試材，對(duì)梨果硬度與果膠含量的相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，供試的8個(gè)品種和3個(gè)品系梨果實(shí)的果膠總量與果實(shí)去皮硬度間呈顯著正相關(guān)，但是，該研究并未就不同溶解性果膠對(duì)果肉硬度的影響情況進(jìn)行深入的探索。

果膠是細(xì)胞骨架細(xì)胞壁的重要成分，也是細(xì)胞的粘合劑，在秋子梨后熟過(guò)程中扮演著重要角色。硬度的變化受果膠多糖鏈解聚、溶解性、支鏈結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的影響[17]。本研究對(duì)不同溶解性果膠和果肉硬度的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)WSP 和ISP 含量均上升而CSP 含量下降時(shí)，果肉硬度下降；當(dāng)WSP 和ISP 含量均較低而CSP 含量較高時(shí)，果肉硬度也相對(duì)較高。難溶的CSP 以共價(jià)鍵的形式交聯(lián)在細(xì)胞壁上[6]，并具有較為豐富的支鏈結(jié)構(gòu)，有關(guān)研究結(jié)果表明，支鏈的豐富程度與硬度間呈正相關(guān)[18]。因此，在秋子梨軟化之前，CSP 的含量較高，軟化后共價(jià)鍵斷裂，CSP 含量則降低。而前人在對(duì)蘋(píng)果[19]、桃[20]、草莓[21]等的研究中已經(jīng)證實(shí)，果肉硬度降低后可溶性果膠含量顯著升高，本研究中得到了一致的結(jié)果，果肉硬度與WSP 和ISP 這兩種可溶性果膠含量間均呈顯著負(fù)相關(guān)。齊秀東等[22]在對(duì)采后梨果膠含量變化的研究中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)發(fā)育軟化期間，具有軟化特性的‘京白梨’果實(shí)其WSP 含量始終高于不軟化的‘鴨梨’，可見(jiàn)，WSP 在梨的軟化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。ISP 則是通過(guò)與Ca2+形成“鈣橋”，以離子鍵結(jié)合在細(xì)胞壁上[23]。當(dāng)共價(jià)鍵斷裂后，需要靠離子交聯(lián)的作用來(lái)維持細(xì)胞壁的完整性，所以，秋子梨軟化后其ISP 含量有所上升。

當(dāng)然，果實(shí)軟化是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，在果實(shí)硬度的變化過(guò)程中，還會(huì)伴隨著果膠的酯化度、分子量、果膠酶活性等性質(zhì)發(fā)生變化[24]。同時(shí)，受到貯藏保鮮條件和細(xì)胞壁組分（如纖維素、半纖維素等）及果實(shí)中的鈣離子和石細(xì)胞多種成分的影響[25-27]。至于上述各因素與秋子梨果實(shí)硬度變化的關(guān)系，本研究中并未對(duì)此進(jìn)行探討，這有待于今后進(jìn)一步研究。