獼猴桃果實對模擬運輸振動的生理和品質(zhì)響應

謝丹丹，茅林春，盧文靜，韓雪源，魏肖鵬

（浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州310012）

獼猴桃果實風味獨特，維生素C含量高，含有豐富的礦物質(zhì)和多種人體必需的氨基酸，具有良好的營養(yǎng)和經(jīng)濟價值[1]，受到國內(nèi)外市場的普遍歡迎。獼猴桃屬呼吸躍變型果實，采后硬度下降快，成熟和衰老過程十分迅速[2]。運輸過程的振動是造成采后果蔬機械損傷的重要原因[3]。目前已有的果蔬振動研究主要是果實與果實之間、果實與包裝材料之間的摩擦、碰撞和擠壓導致的果實碰傷、壓傷、擦傷、刺傷等傷害，受傷后一般表現(xiàn)為果實軟化、營養(yǎng)成分及品質(zhì)變化[4-6]。振動造成的碰撞、擠壓等機械損傷加速了草莓的腐敗[7]。振動使蘋果在運輸過程中擦傷、碰傷等損傷加劇，且不同包裝不同層數(shù)的蘋果損傷情況不一[8]。嚴格意義上講，這些研究的果實損傷和品質(zhì)變化并不是振動本身造成的，而是由振動過程中的次級效應引起的后果。振動本身對果蔬生理和品質(zhì)影響的研究很少，在獼猴桃果實上還未有報道。

徐斌等[9]研究了振動14 d內(nèi)不同堆高對哈密瓜硬度、內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性、彈性模量等質(zhì)地品質(zhì)的影響。陳豫等[10]研究發(fā)現(xiàn)搖床振動處理茵紅李20 h內(nèi)果實的呼吸強度、可溶性固形物、可滴定酸及多酚氧化酶活性等生理生化指標有所變化。本課題主要探究在獼猴桃不受摩擦、碰撞、擠壓等機械損傷的條件下，比較不同振動強度對獼猴桃果實硬度、細胞膜透性、可溶性固形物、呼吸強度、乙烯生成量和超微結(jié)構(gòu)的作用，研究振動引起的生理和品質(zhì)響應，分析振動對果實貨架期品質(zhì)和生理的影響，為果實振動生理研究和物流保鮮技術(shù)開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

獼猴桃品種為徐香（Actinidia deliciosa cv.Xuxiang），于2016年10月29日采自浙江省富陽市，選擇果色均勻、大小和成熟度相近（80%成熟度）并且沒有破傷的果實作為試驗樣品。將果實分為3組，每組5 kg，約100個果實，分別以5、10、20 Hz 3種頻率進行振動處理，以沒有振動處理的果實作為對照，室溫貯藏。戊二醛、緩沖液、乙醇、丙酮、檸檬酸鉛、亞甲基藍：國藥集團化學試劑公司；鋨酸、Spurr包埋劑、醋酸雙氧鈾：SPI-CHEM公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電動振動試驗系統(tǒng)（D-200-3）：江蘇蘇試試驗儀器股份有限公司；電子天平（TB1001D型）：金諾天平儀器有限公司；質(zhì)構(gòu)儀（TA-XT2i）：英國SMS公司；手持袖珍折射儀（PAL-1型）：愛拓ATAGO公司；電導率儀（Seven Easy S30型）：梅特勒-托利多儀器上海有限公司；O2、CO2測定儀（Check Mate 3）：丹麥丹圣有限公司；氣相色譜儀（島津GC-2014C型）：日本島津；透射電鏡（Hitachi H-7650型）：日本日立高新技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 振動處理

模擬運輸振動試驗系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

圖1 D-200-3電動振動試驗系統(tǒng)Fig.1 Schematic layout of the D-200-3 system used for the vibration analysis

為了避免在模擬運輸過程中產(chǎn)生摩擦、碰撞、擠壓等振動引起的次級效應，采用高密度特制海綿材料對獼猴桃果實進行固定。將獼猴桃果實放在兩塊30 mm厚的高密度特制海綿墊之間，每塊海綿墊有16個淺凹槽，獼猴桃果實置于凹槽中，海綿墊固定在振動平臺上。根據(jù)車輛的實際振動情況[11-12]，參考GB 4857.23-2012《包裝運輸包裝件基本試驗第23部分：隨機振動試驗方法》[13]對振動頻率加強倍，加強后的振動頻率為5、10、20 Hz 3種頻率，分別對應瀝青路面、水泥混凝土路面、無鋪路面的實際運輸振動情況[14]。振動時間設(shè)置為8 h，相當于實際公路運輸時長約40 h[15]，期間每隔2小時取樣一次。果實振動處理以后，在25℃常溫環(huán)境中貯藏48 h，以未振動處理的果實作為對照（CK）。

1.3.2 失重率

用電子天平稱量，每次取6個果實稱重，利用差重法計算失重率。

1.3.3 硬度

采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀測定獼猴桃赤道部位硬度，每次取3個獼猴桃去皮測定，每個果實重復4次，取最大值，最后取3個果實平均值作為試驗結(jié)果。測定探頭直徑為5 mm，測試深度為15 mm，貫入速度為1 mm/s。

1.3.4 可溶性固形物

采用手持袖珍折射儀測定，每組3個果實，打碎后迅速過濾取果漿進行測定。

1.3.5 相對電導率

參照曹健康等[16]的方法測定，用打孔器和切片機將獼猴桃赤道部位果肉切成大小、形狀一致的圓片，取4 g放入盛有20 mL去離子水燒杯中，抽真空10min（壓力為0.5 MPa）后，立即用電導儀測定浸提液電導率，再將浸提液加熱煮沸10min，冷卻后再次測定其電導率。以浸提液加熱前后電導率比值即相對電導率表示其細胞通透性。

1.3.6 呼吸強度

采用O2、CO2測定儀測定呼吸強度。

1.3.7 乙烯生成量

參照千春錄等[17]的方法測定，每組取約180 g果實置于密閉容器中，放置在20℃下黑暗環(huán)境中，2小時后取2 mL氣樣，用氣相色譜儀測定乙烯釋放率，以標準乙烯氣體（10.0 μL/L）作為標氣對照。

1.3.8 超微結(jié)構(gòu)

參照程曦等[18]的方法測定，取振動處理前及振動8 h的樣品，選擇果實赤道部位外果皮部位切片，在2.5%的戊二醛溶液中4℃固定過夜，然后按下列步驟處理樣品：用 0.1 mol/L，pH7.0 的磷酸緩沖液漂洗樣品3次，每次15min；用1%的鋨酸溶液固定樣品2 h；用0.1 mol/L，pH7.0 的磷酸緩沖液漂洗樣品 3 次，每次15min；用梯度濃度（包括30%，50%，70%，80%，90%和95%6種濃度）的乙醇溶液對樣品進行脫水處理，每種濃度處理15min，再用100%的乙醇處理兩次，每次20min。用乙醇與醋酸異戊酯的混合液（體積比=1∶1）處理樣品30min，再用純醋酸異戊酯處理樣品放置過夜。臨界點干燥、鍍膜后的樣品在透射電鏡中觀察

1.3.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

采用Excel 2013軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析，對差異顯著性（p=0.05）進行分析比較，p＜0.05認為具有顯著差異性；并用Origin 8.0軟件繪制作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實品質(zhì)變化

2.1.1 失重率

采后獼猴桃失重主要是由于蒸騰失水和呼吸消耗，其中主要是水分的散失[19]。當獼猴桃失重率達到4%～5%時會有皺縮現(xiàn)象，并且可能改變代謝方式、加速果實成熟甚至導致產(chǎn)品品質(zhì)下降[20－22]。不同振動頻率的獼猴桃失重率見圖2。

如圖2可知，獼猴桃在振動過程中失重率呈上升趨勢，振動8 h后，對照和5、10、20 Hz振動的獼猴桃失重率分別 0.50%、0.90%、1.50%和 3.10%（p＜0.05）。由此可以看出振動頻率越大，失重率越大，說明水分散失越快，加速果實皺縮現(xiàn)象。

2.1.2 硬度

不同振動頻率的獼猴桃硬度見圖3。

圖2 不同振動頻率的獼猴桃失重率Fig.2 Weight loss rate of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

圖3 不同振動頻率的獼猴桃硬度Fig.3 Firmness of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

由圖3可知，獼猴桃在振動過程中硬度呈下降趨勢，振動8 h后與初始值相比，對照和5、10、20 Hz振動的獼猴桃硬度分別下降了 1.50、2.60、3.30 和4.50 kg/cm2（p＜0.05）。其中 20 Hz振動的硬度下降了60%，是對照組的3倍，說明振動會加速獼猴桃果實硬度下降，加速其軟化速度。這與李正國等[23]、Massantini等[24]得出的振動強度越大，果實軟化越快的研究結(jié)果一致。振動加速獼猴桃硬度降低，可能是由于振動引起有關(guān)降解細胞壁酶活性的增加，導致細胞壁的降解[25]，同時刺激了呼吸強度及乙烯生成增加，從而引起軟化加速[26－27]。

2.1.3 可溶性固形物含量

可溶性固形物指果實汁液中溶質(zhì)的百分含量，主要由可溶性糖和有機酸等營養(yǎng)成分組成，是衡量水果品質(zhì)的一個重要指標[28]。不同振動頻率的獼猴桃可溶性固形物見圖4。

由圖4可知，獼猴桃在振動過程中可溶性固形物含量呈上升趨勢，振動8 h后與初始值相比，對照和經(jīng)5、10、20 Hz振動的獼猴桃可溶性固形物含量分別上升了 1.20%、1.90%、2.60%和 2.80%（p＜0.05）。振動頻率越大，可溶性固形物含量越高。但是，張哲等[29]的研究認為，20 Hz振動的果實硬度較高、可溶性固形物含量較低，其原因可能是低頻振動能量集中，果實相互間以及果實與包裝間碰撞擠壓嚴重。本試驗則不存在果實相互間以及果實與包裝間碰撞、擠壓與摩擦。此外，20 Hz振動的果實可溶性固形物含量在6 h時上升至17.50%，隨后下降了0.9%，原因可能是高強度振動加速細胞代謝速度，大量消耗內(nèi)部糖酸等營養(yǎng)物質(zhì)[30]。

圖4 不同振動頻率的獼猴桃可溶性固形物Fig.4 Soluble solid content of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

2.2 果實生理響應

2.2.1 細胞膜透性

細胞膜的損傷表現(xiàn)為失去選擇透性，電解質(zhì)漏泄增大，細胞膜透性可以用相對電導率大小來衡量[31]。不同振動頻率的獼猴桃細胞膜透性見圖5。

圖5 不同振動頻率的獼猴桃細胞膜透性Fig.5 Cell membrane permeability of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

如圖5所示，獼猴桃在振動過程中相對電導率呈上升趨勢，振動8 h后與初始值相比，對照和經(jīng)5、10、20 Hz振動的獼猴桃可溶性固形物含量分別上升了1.98%、5.36%、8.18%和 14.9%（p＜0.05）。振動 8 h 后，20 Hz振動頻率的獼猴桃相對電導率是對照組的1.63倍。由此可以看出，振動頻率越大，相對電導率越高，說明振動破壞了細胞膜結(jié)構(gòu)，細胞液外滲，導致相對電導率迅速上升。程曦[18]和茅林春等[32]在杏和無花果果實的研究也報道了相似的結(jié)果。

2.2.2 呼吸強度

獼猴桃是典型的呼吸躍變型果實，呼吸作用是其采收后進行的重要生理活動，呼吸強度作為果實新陳代謝強弱的一個重要指標，也是影響貯藏效果的重要因素。不同振動頻率的獼猴桃呼吸強度見圖6。

圖6 不同振動頻率的獼猴桃呼吸強度Fig.6 Respiratory rate of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

獼猴桃在振動過程中呼吸速率呈上升趨勢（圖6），振動8 h后與初始值相比，未受振和經(jīng)5、10、20 Hz振動的獼猴桃呼吸強度分別上升了 49.12、147.36、202.77、294.71CO2mg/（kg·h）（p＜0.05）。經(jīng)5、10、20 Hz振動的獼猴桃呼吸強度是對照的 3.0、4.1 倍和 6.0 倍。這一現(xiàn)象與李正國[23]和應鐵進等[33]的研究報道基本一致。此外，20 Hz振動頻率的呼吸強度在6 h時上升至589.42 CO2mg/（kg·h），隨后開始下降，說明高振動強度促使呼吸躍變提前。呼吸強度的應激增強是對抗逆境的一種自我保護機制[34]。

2.2.3 乙烯釋放量

乙烯是一種氣體植物激素，在植物生長發(fā)育及應對脅迫的防御反應中起重要調(diào)控作用，可以作為判斷果實成熟度及生理狀態(tài)的重要指標[35]。獼猴桃是乙烯敏感性植物，乙烯釋放量增大會引起獼猴桃果實的呼吸增強[36]。不同振動頻率的獼猴桃乙烯生成量見圖7。

由圖7可知，獼猴桃在振動過程中乙烯釋放量呈上升趨勢，振動8 h后與初始值相比，對照組和5、10、20 Hz振動的獼猴桃乙烯生成量分別上升了2.54、18.32、48.02、106.97 μL/（kg·h）（p＜0.05）。試驗結(jié)果與曹森等[37]對獼猴桃模擬運輸時乙烯變化情況一致。

2.2.4 細胞壁超微結(jié)構(gòu)

細胞壁超微結(jié)構(gòu)的變化會導致組織細胞功能衰弱甚至喪失等一系列變化，引起果實質(zhì)地變化，從而進一步加速細胞衰老解體[38－41]。用透射電鏡觀察到猴猴桃果肉細胞壁只有初生壁，沒有次生壁。相鄰兩細胞的細胞壁由胞間層連接。因此，相鄰兩細胞所共有的壁為3層，即中間的胞間層與兩側(cè)的初生壁[42]。不同振動頻率的獼猴桃細胞壁超微結(jié)構(gòu)見圖8。

圖7 不同振動頻率的獼猴桃乙烯生成量Fig.7 Ethylene production of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

圖8 不同振動頻率的獼猴桃細胞壁超微結(jié)構(gòu)Fig.8 Ultrastructure of cell wall of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

從圖8可以看出，對照果實的果肉細胞壁結(jié)構(gòu)均勻且完整，初生壁和中膠層緊密結(jié)合，胞間層為一薄的高電子密度的暗層，均勻而連續(xù)，細胞壁呈明－暗－明區(qū)域結(jié)構(gòu)；細胞質(zhì)與其內(nèi)含物緊貼細胞壁，囊泡、線粒體等細胞器結(jié)構(gòu)完整形態(tài)飽滿（圖8A）。5 Hz振動8 h的獼猴桃細胞壁結(jié)構(gòu)均勻且完整，胞間層較明顯，但致密度降低，開始出現(xiàn)降解；細胞質(zhì)與其內(nèi)含物緊貼細胞壁，囊泡、線粒體等細胞器結(jié)構(gòu)完整形態(tài)飽滿（圖8B）。10 Hz振動8 h的獼猴桃細胞壁開始發(fā)生變形但未發(fā)現(xiàn)降解，胞間層較清晰，細胞壁呈明－暗－明區(qū)域結(jié)構(gòu)；果肉細胞開始液泡化，細胞質(zhì)與其內(nèi)含物開始減少，呈稠密狀態(tài)，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，此外液泡膜開始出現(xiàn)破損（圖8C）。20 Hz振動8 h的獼猴桃細胞壁彎曲變形，部分細胞壁模糊，胞間層已分解，明暗分區(qū)不明顯，說明膠質(zhì)液化，細胞壁形成絮狀空隙，細胞間的粘合力喪失；細胞質(zhì)與其內(nèi)含物大量消失，呈稠密狀態(tài)，出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細胞內(nèi)明顯液泡化（圖8D）。細胞壁超微結(jié)構(gòu)圖說明振動脅迫能夠加速細胞壁降解與變形，產(chǎn)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，這加速了果實軟化，與果實硬度變化的規(guī)律（圖3）基本一致。

振動降低獼猴桃硬度的主要原因在于振動脅迫破壞了果實細胞結(jié)構(gòu)，細胞壁中果膠質(zhì)、纖維素等多糖類物質(zhì)在細胞壁水解酶的作用下大量水解，導致細胞壁網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)解體，從而促進了果實的軟化。振動也破壞了細胞膜結(jié)構(gòu)，增加了細胞膜透性，因此，在果實硬度下降的同時，可溶性固形物含量也相應增加。

2.3 果實貨架期品質(zhì)和生理

獼猴桃經(jīng)過8 h振動處理以后再貯藏48 h后的失重率、硬度、細胞膜透性、可溶性固形物含量、呼吸強度及乙烯生成量見圖9。

由圖9可知，貨架貯藏48 h后，5 Hz和10 Hz振動處理的果實與對照組在重量變化、硬度、細胞膜透性、可溶性固形物含量、呼吸強度及乙烯生成量等指標沒有顯著性差異（p＞0.05）。而20 Hz振動處理后的果實失重率達3.57%，明顯高于對照及5 Hz和10 Hz振動處理組（圖9A），硬度顯著低于其它果實（p＞0.05）（圖9B），細胞膜透性不斷增大（圖9C），可溶性固形物含量下降至14.7%（圖9D），在呼吸躍變后呼吸強度持續(xù)下降（圖9E），乙烯生成量上升至109.12 μL/（kg·h）（圖9F）。

獼猴桃對不同強度的振動會產(chǎn)生不同程度應激反應，低強度振動結(jié)束后，獼猴桃應激反應也相應停止，貨架期間逐漸恢復正常水平，但高強度振動嚴重破壞獼猴桃細胞結(jié)構(gòu)且在振動結(jié)束后也無法修復，因而導致貨架品質(zhì)劣變加速。貨架貯藏48 h后，對照組與5、10 Hz振動8 h的獼猴桃在品質(zhì)和生理變化上沒有顯著性差異，但20 Hz振動處理的果實品質(zhì)變化明顯。經(jīng)過貯藏48 h后，經(jīng)5、10 Hz振動處理的獼猴桃經(jīng)過一系列生理生化變化后恢復正常狀態(tài)，而20 Hz振動處理對獼猴桃產(chǎn)生不可逆影響，加速其品質(zhì)變化?？稻S民等[43]則報道，振動頻率越小，梨越容易產(chǎn)生損傷，其原因在于果實與果實、果實與塑料箱的接觸部位發(fā)生了較為嚴重的損傷。Yang等[44]研究發(fā)現(xiàn)，低頻率機械振動后會刺激果蔬的生理反應，并對獼猴桃愈傷組織的生長和細胞壁、細胞膜的流動性起促進作用，從而使果實細胞快速增長和分化。但是，當振動頻率超出一定范圍時，獼猴桃細胞產(chǎn)生不可修復的破壞，會加速貯藏期間獼猴桃生理變化，使果實貨架品質(zhì)快速劣變。周然等[11]研究發(fā)現(xiàn)，過高強度的運輸振動造成黃花梨硬度、水解酶活性、果膠含量明顯變化，最終導致黃花梨快速軟化。

圖9 不同振動頻率的獼猴桃貨架期品質(zhì)和生理Fig.9 Shelf qualitiy and physiology of kiwifruits vibrated at different frequencies of vibration

3 結(jié)論

果實貯藏性能及保鮮效果的重要評判依據(jù)通常為果實采后品質(zhì)及生理變化。本試驗在沒有摩擦、碰撞、擠壓等機械損傷的條件下，以未振動處理的獼猴桃果實為對照，采用5、10 Hz和20 Hz 3種振動頻率模擬瀝青路面、水泥混凝土路面和無鋪路面的運輸振動，測定獼猴桃在振動過程中生理及品質(zhì)變化，并研究不同振動強度對獼猴桃貨架期品質(zhì)的影響。試驗結(jié)果表明，振動刺激了獼猴桃生理及品質(zhì)響應，表現(xiàn)為失重率、可溶性固形物含量、細胞膜透性、呼吸強度和乙烯生成量的升高，獼猴桃硬度的降低，細胞壁降解與變形，細胞液泡化和質(zhì)壁分離現(xiàn)象。振動強度越大，各項生理及品質(zhì)響應變化越明顯，20 Hz振動頻率下還會造成果實呼吸躍變提前，細胞結(jié)構(gòu)嚴重受損。與對照果實相比，低頻率振動（5 Hz～10 Hz）的獼猴桃貨架期品質(zhì)和生理變化上沒有顯著性差異，但高頻率振動（20 Hz）的果實品質(zhì)明顯變化。因此在實際運輸過程中應避免高頻率振動強度造成的果實損傷，以減少獼猴桃果實運輸過程的損耗。

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