不同等級道路的運輸振動對哈密瓜貯藏過程中抗氧化系統(tǒng)的影響

周 然，曾媛媛

哈密瓜（Cucumis melo var. Saccharinus）作為新疆的特色農(nóng)產(chǎn)品，因其美味營養(yǎng)而廣受人們的喜愛，不僅在新疆產(chǎn)地進行銷售，也在北京、上海等地大量銷售[1]，為獲取經(jīng)濟利益，須將哈密瓜長途運輸至北京、上海等地。而在商業(yè)運輸時，易腐品多用卡車進行公路運輸[2]。長時間的運輸過程中哈密瓜不可避免地會因為振動脅迫逆境而產(chǎn)生損傷，果實在逆境下會通過呼吸作用來抵抗逆境，加速果實成熟衰老，進而導(dǎo)致哈密瓜腐爛速率加快，造成經(jīng)濟損失。因而有必要通過模擬運輸振動，研究運輸振動對哈密瓜貯藏過程中抗氧化保護系統(tǒng)的影響，為尋找針對性降低振動對哈密瓜品質(zhì)損傷的方法提供理論基礎(chǔ)。

隨著衰老自由學(xué)說研究的不斷深入，越來越多的研究表明活性氧自由基在果實成熟衰老的過程中扮演著十分重要的角色[3-4]，成熟過程中不斷產(chǎn)生的活性氧成分需要被不斷清除，而抗氧化保護系統(tǒng)能夠通過清除或轉(zhuǎn)移自由基以及代謝中間產(chǎn)物等來調(diào)控果實在成熟過程中的代謝平衡，從而延緩果實的成熟衰老。因此，很有必要研究運輸振動對哈密瓜中抗氧化保護系統(tǒng)的影響，從而為調(diào)控運輸振動促進衰老和貯藏保鮮提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮的哈密瓜來源于上海浦東水果園。采購成熟且顏色大小一致、無機械損傷與病蟲害感染的哈密瓜用作實驗材料。

抗壞血酸、福林-酚試劑、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 美國Sigma公司；Fe3+還原能力試劑盒 碧云天生物技術(shù)有限公司；磷酸、磷酸鈉、酚酞、丙酮、鹽酸、氫氧化鈉、無水碳酸鈉、氯化鉀、無水乙醇（均為分析純） 國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MPA408/LS444M振動臺試驗系統(tǒng) 北京航天希爾測試技術(shù)有限公司；UV2100可見-紫外分光光度計上海尤尼柯儀器有限公司；CNOT-201C型氣體分析儀天津森羅公司；JY30001型電子天平 上海方瑞儀器有限公司。

本實驗采用模擬振動裝置對不同等級道路的運輸振動進行模擬，其運輸振動數(shù)據(jù)采集情況如下：使用華駿半掛車（額定載質(zhì)量20 t，測試時的裝載質(zhì)量為12.7 t），運輸距離800 km，測定運輸振動情況。首先，在運輸?shù)倪^程中，于半掛車車廂的后部安裝加速度傳感器，其與車廂后板最后端的距離為1 m。運輸時加速度傳感器每3 min采集一次振動數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)時長2 s）。到達目的站后移除測試裝備并將結(jié)果輸入到電腦，經(jīng)處理后得加速度頻譜圖。

公路被分為：一級公路、二級公路、三級公路以及高速公路4 種等級，利用上述方法得到卡車在4種公路在61～90 km/h速度下的功率譜密度圖（圖1），并將振動頻譜圖輸入到振動臺實驗系統(tǒng)，利用振動臺模擬振動。

圖1 在高速公路（a）、一級公路（b）、二級公路（c）、三級公路（d）4 種等級公路上卡車以61～90 km/h行駛15 h的功率譜密度Fig. 1 Power special density levels of normal load truck during transport running at a speed of 61–90 km/h for 15 h on highway (a),AR (b), SR (c) and TR (d)

1.3 方法

1.3.1 實驗設(shè)計

采購的哈密瓜在運輸時，根據(jù)實際運輸包裝，用塑料網(wǎng)托包裝好裝進紙箱，紙箱規(guī)格為420 mm×270 mm×180 mm，每箱裝入4 個哈密瓜，且哈密瓜之間用瓦楞紙分隔開，每箱質(zhì)量約為10 kg。對實驗用哈密瓜進行分組，包括對照組（不作任何處理）和振動處理組，振動處理組將哈密瓜放置于振動臺，在高速公路、一級公路、二級公路、三級公路4 種等級公路條件下振動15 h，振動結(jié)束后將哈密瓜放置于23 ℃條件下貯藏28 d，每7 d測定一次指標(biāo)。

1.3.2 指標(biāo)的測定

1.3.2.1 呼吸速率和腐爛指數(shù)的測定

呼吸速率的測定參考周然等[1]的方法。

腐爛指數(shù)的測定參考楊軍等[5]的方法，哈密瓜腐爛指數(shù)根據(jù)表面腐爛面積，劃分為4 個等級：0級（哈密瓜果實完好且沒有任何腐爛）、1級（哈密瓜果實腐爛面積在0%～5%之間，基本可食用）、2級（哈密瓜腐爛面積在6%～15%之間，大部分仍可食用）、3級（哈密瓜腐爛面積在6%～15%之間），腐爛指數(shù)根據(jù)下式進行計算。

1.3.2.2 總酚含量和VC含量的測定

總酚含量的測定參考何志勇[6]的方法；VC含量的測定參考曹建康等[7]的方法。結(jié)果均以鮮質(zhì)量計。

1.3.2.3 抗氧化酶活力的測定

抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活力的測定參考曹建康等[7]的方法；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力的測定參考張中林等[8]的方法；過氧化物酶（peroxidase，POD）活力的測定參考Zhou Ran等[9]的方法；過氧化氫酶（catalase，CAT）活力的測定參考Hong Keqian等[10]的方法。結(jié)果均以鮮質(zhì)量計。

1.3.2.4 抗氧化活性的測定

Fe3+還原能力的測定參考de la Torre等[11]的方法，DPPH自由基清除能力的測定參考Mare?ek等[12]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗過程中，指標(biāo)測定3 次平行。使用SPSS 20.0軟件的Duncan法進行方差分析和多重比較差異性分析，使用Origin Pro V8.6軟件繪制曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 振動處理對哈密瓜呼吸速率的影響

圖2 振動處理對哈密瓜呼吸速率的影響Fig. 2 Effect of vibration treatment on respiration rate of Hami melon

如圖2所示，哈密瓜的呼吸速率逐漸增高，說明哈密瓜的呼吸作用隨著貯藏時間的延長而增強。而振動處理組哈密瓜具有相對較高的呼吸速率，在貯藏28 d后，高速公路、一級公路、二級公路、三級公路振動處理組哈密瓜的呼吸速率分別是對照組的1.31、1.61、2.03、2.21 倍（P＜0.05）。這說明運輸振動促進哈密瓜在貯藏過程中呼吸作用，其中二級公路和三級公路的運輸振動相較于高速公路和一級公路的促進作用更為顯著（P＜0.05），這主要是由于果蔬通過增加呼吸作用來防御逆境[13]。但呼吸速率過高會促進活性氧自由基生成，從而促進細胞膜氧化，破壞細胞完整性，加速果實衰老[14]。

2.2 振動處理對哈密瓜腐爛指數(shù)的影響

圖3 振動處理對哈密瓜腐爛指數(shù)的影響Fig. 3 Effect of vibration treatment on decay index of Hami melon

由圖3可知，哈密瓜在貯藏的過程中腐爛指數(shù)逐漸增加，且到貯藏后期腐爛指數(shù)的上升幅度有所增加，這是由于哈密瓜隨著貯藏時間的延長，成熟度逐漸增加，果實處于衰老狀態(tài)，此時果實抵抗病原菌的能力減弱，導(dǎo)致腐爛指數(shù)增加[15]。結(jié)果顯示，運輸振動會加速哈密瓜果實的腐爛，而高速公路、一級公路、二級公路、三級公路振動處理對哈密瓜腐爛指數(shù)的影響依次增加，其中在貯藏28 d后，經(jīng)二級公路和三級公路運輸振動處理的果實基本達到3級腐爛；說明運輸振動會對哈密瓜造成不可見的機械損傷，促進哈密瓜的腐爛，縮短哈密瓜的貨架期，從而造成經(jīng)濟損失。

2.3 振動處理對哈密瓜總酚含量的影響

圖4 振動處理對哈密瓜總酚含量的影響Fig. 4 Effect of vibration treatment on total phenol content of Hami melon

酚類物質(zhì)是重要的次生代謝產(chǎn)物[16]，其含量和VC含量均與植物抗氧化能力相關(guān)[17]，對于植物抗逆反應(yīng)起著十分重要的作用。植物在逆境下，酚類物質(zhì)含量的增加會加強植物細胞的抗逆性[18]。由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，哈密瓜的總酚含量呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢，這說明在貯藏過程中，哈密瓜細胞的抗氧化能力及抗逆性先增強后下降?？偡雍肯陆颠^程中，哈密瓜的品質(zhì)也快速下降。而振動能降低總酚含量，經(jīng)振動處理后的哈密瓜細胞抗氧化能力及抗逆性均下降，在21 d后均顯著低于對照組（P＜0.05），且二級公路及三級公路振動處理組的總酚含量顯著低于高速公路和一級公路（P＜0.05）。這說明二級公路及三級公路振動處理更能降低哈密瓜總酚含量，不利于哈密瓜在貯藏過程中的抗氧化作用和抗逆性。酚類物質(zhì)一般存在于液泡中，這說明在貯藏后期，隨著膜脂的氧化，會發(fā)生液泡破裂現(xiàn)象，導(dǎo)致酚與酶接觸并反應(yīng)，使細胞中酚類物質(zhì)損失，抗氧化能力減弱，營養(yǎng)物質(zhì)損耗嚴重。

2.4 振動處理對哈密瓜VC含量的影響

VC又稱抗壞血酸，是果實中主要的營養(yǎng)物質(zhì)之一，其通過逐級失去電子，轉(zhuǎn)變成半脫氫抗壞血酸以及脫氫抗壞血酸，在這個轉(zhuǎn)化的過程中，可達到清除自由基的作用[19]。從圖5可看出，哈密瓜中的VC含量整體呈現(xiàn)下降趨勢，說明在貯藏的過程中，哈密瓜的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸流失。而在貯藏前期，哈密瓜的VC含量下降速率較緩慢，后逐漸加快，這說明貯藏后期VC損失速率加快，營養(yǎng)物質(zhì)流失加快，同時抗氧化能力也逐漸減弱。而運輸振動會顯著降低哈密瓜中VC的含量（P＜0.05）。在貯藏28 d時，經(jīng)高速公路、一級公路、二級公路以及三級公路運輸振動處理后的哈密瓜VC含量較對照組分別降低8.20%、12.23%、24.05%、39.62%，這說明高速公路和一級公路對哈密瓜VC含量的影響相對于二級公路和三級公路較?。灰虼藦谋３止芄蠣I養(yǎng)價值以及提高哈密瓜抗氧化活性的角度來看，在實際運輸?shù)倪^程中應(yīng)盡量避免二級公路和三級公路的長途運輸，而多采用高速公路運輸。

2.5 振動處理對哈密瓜抗氧化酶活力的影響

圖6 振動處理對哈密瓜APX、SOD、POD、CAT活力的影響Fig. 6 Effect of vibration treatment on APX , SOD, POD and CAT activity of Hami melon

APX是植物體內(nèi)的一種血紅素過氧化物酶[20-21]。而葉綠體是植物體細胞內(nèi)的一個十分重要的細胞器，一旦其發(fā)生破壞，植物體將很快死亡[22]，因而APX在植物體細胞中的解毒作用顯得尤為重要。APX可以通過催化發(fā)生抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)反應(yīng)來消除H2O2[23]。從圖6a中可以看出，哈密瓜中APX活力隨著貯藏時間的延長先急速上升后下降。二級公路振動組和三級公路振動組的APX活力峰值出現(xiàn)在第7天；而對照組和高速公路振動組、一級公路振動組的峰值出現(xiàn)在第14天。這表明了APX的活力隨著H2O2含量的增加而增強。在哈密瓜貯藏初期，由運輸振動造成的機械損傷導(dǎo)致二、三級公路運輸振動組的哈密瓜在前期產(chǎn)生大量的H2O2，因此APX活力的峰值出現(xiàn)較早。而貯藏到第28天時，二級公路、三級公路運輸振動處理組哈密瓜的APX活力仍顯著低于對照組（P＜0.05），這說明在貯藏過程中，二級公路、三級公路運輸振動處理對哈密瓜APX活力的影響更為顯著。

SOD在植物體內(nèi)起著十分重要的抗氧化作用，它廣泛分布在各種植物體內(nèi)[24]。SOD因其獨特的生理活性在植物體內(nèi)起著清除活性氧的重要作用。在植物體中，SOD水平與植物的衰老與死亡密切相關(guān)[25]。如圖6b所示，哈密瓜中SOD活力隨貯藏時間的變化趨勢是先升高后下降。從第0天開始哈密瓜SOD活力急劇升高，貯存第14天時達到峰值，后又開始下降。對照組哈密瓜的SOD活力明顯高于同時期振動處理組（P＜0.05），經(jīng)過一級公路振動和高速公路振動處理的哈密瓜中SOD活力差異不大，但都比二級公路和三級公路振動組高。表明路面不平整導(dǎo)致的低頻振動頻率越大，哈密瓜中的SOD活力越低。在哈密瓜貯藏期間，運輸振動造成的機械損傷抑制了哈密瓜中SOD活力，對哈密瓜貯藏期間的抗氧化非常不利。

POD能夠?qū)χ参锂a(chǎn)生保護作用，是當(dāng)植物受到外界刺激時產(chǎn)生的。它作為一種過氧化物的清除劑，可以防止植物細胞的過氧化作用，因此可以保證植物細胞膜的完整性[26]。由圖6c可以看出，POD活力的整體變化趨勢是逐漸下降的。從第0天到第7天，POD活力急劇下降，第7天之后下降的速率開始減緩。4 組經(jīng)過振動處理的哈密瓜中POD的活力均顯著低于對照組（P＜0.05）；這說明哈密瓜在貯藏過程中，POD活力會越來越低，而運輸振動同樣會影響哈密瓜中POD的活力，從而降低POD的抗氧化保護作用。

CAT作為一種抗氧化劑，是過氧化物酶的標(biāo)志。存在于植物細胞內(nèi)及某些組織內(nèi)的過氧化物體中，CAT是一種酶類清除劑，可以與植物體內(nèi)產(chǎn)生的H2O2反應(yīng)生成對植物體無害的氧和水，從而清除植物體內(nèi)的H2O2，避免植物細胞受到H2O2造成的傷害，是植物防御體系的關(guān)鍵酶之一[27]。如圖6d所示，對照組和振動處理組哈密瓜的SOD活力變化趨勢基本一致，都是先增高后降低，即從第0天開始上升，到第7天升到最大值，然后開始慢慢下降。同一貯藏時間，對照組和高速公路運輸振動處理組的哈密瓜CAT活力最高，在7～28 d時均顯著高于其他振動處理組（P＜0.05）。結(jié)果表明，哈密瓜中CAT活力對運輸振動很敏感，并且隨著道路等級的升高而活力降低。

2.6 振動處理對哈密瓜抗氧化能力的影響

圖7 振動處理對哈密瓜對Fe3＋還原能力（a）和DPPH自由基清除能力（b）的影響Fig. 7 Effect of vibration treatment on ferric reducing antioxidant power (a) and DPPH radical scavenging capacity (b) of Hami melon

從圖7a可看出，貯藏期間，經(jīng)過三級公路運輸振動處理的樣品組的Fe3+還原能力相對較小，隨后按照二級公路、一級公路、高速公路和不經(jīng)任何振動處理的對照組遞增。說明在三級公路的振動強度下哈密瓜的Fe3+還原能力下降最快。

從圖7b可以看出，4 種運輸振動強度處理對于哈密瓜果實的DPPH自由基清除能力產(chǎn)生不同程度的影響。在貯藏期間，經(jīng)過三級公路運輸振動處理的樣品DPPH自由基的清除能力最小，其次按照二級公路運輸振動強度、一級公路運輸振動強度、高速公路運輸振動強度和對照組逐漸遞增。

哈密瓜果實在貯藏過程中，不同貯藏天數(shù)所對應(yīng)的抗氧化能力也不同。其中，不經(jīng)振動處理的對照組、經(jīng)過高速公路運輸振動強度及一級公路運輸振動強度的3 組哈密瓜樣品，其DPPH清除能力都在7～14 d時達到峰值，之后慢慢減弱；而這3 組的Fe3+還原能力均較二級公路和三級公路振動處理組高。由此可分析得出，三級公路和二級公路的運輸振動能夠?qū)е鹿芄蠈e3+還原能力和清除DPPH自由基能力減弱，其次是一級公路，高速公路的運輸振動對其影響最小。

3 結(jié) 論

本實驗以滬產(chǎn)的新疆哈密瓜作為材料，將未作任何處理的哈密瓜和經(jīng)過4 種不同模擬振動處理過的哈密瓜進行對比實驗，研究了運輸振動對哈密瓜抗氧化保護系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明：與對照組的哈密瓜相比，振動處理會增加細胞的呼吸速率，而在VC含量、抗氧化酶活力等方面起著抑制的作用，使得總還原能力減弱，哈密瓜的各項生理性狀受到傷害，加快了哈密瓜的后熟與衰老、腐爛速率，縮短了哈密瓜貨架期，從而造成經(jīng)濟損失。其中，又以二級公路和三級公路的運輸振動對其影響最為顯著，因此運輸過程中應(yīng)盡量減少在二級公路和三級公路上的運輸。本研究結(jié)果有利于找到合適的保護方式，來減少哈密瓜在運輸過程因運輸振動受到的損害。

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