庫(kù)爾勒香梨表皮蠟質(zhì)組分的 變化與其生理變化的關(guān)系

宿勝男趙文啟陳國(guó)剛王陳強(qiáng)江 英*

(1.石河子大學(xué)食品學(xué)院,新疆石河子 832003;2.新疆冠農(nóng)果茸集團(tuán)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心,新疆庫(kù)爾勒 841000)

庫(kù)爾勒香梨屬于新疆梨種。新疆日照充足、高溫干燥的氣候環(huán)境條件賦予了庫(kù)爾勒香梨清甜可口的品質(zhì),其含水量達(dá)80%以上,含糖量達(dá)10%以上。庫(kù)爾勒香梨耐貯性較強(qiáng),普通冷藏可達(dá)10個(gè)月,氣調(diào)貯藏可達(dá)12個(gè)月,可全年供應(yīng)并出口國(guó)外[1]。庫(kù)爾勒香梨的耐貯性離不開(kāi)其表皮蠟質(zhì)的存在。蠟質(zhì)的主要功能是限制非氣孔性水分流失,從而保護(hù)植物免受干旱脅迫[2]。此外,植物蠟質(zhì)也能起到減少灰塵、花粉和孢子粘附的作用,保護(hù)組織免受紫外線輻射、介導(dǎo),防止植物被微生物及昆蟲(chóng)侵害,防止不同植物器官之間的有害融合[3-8]。蠟質(zhì)是由不溶性聚合物基質(zhì)和可溶于有機(jī)溶劑的蠟質(zhì)組成的非雙層復(fù)合膜。聚合物基質(zhì)主要由羥基脂肪酸聚酯角質(zhì)組成[9]。而表皮蠟質(zhì)是復(fù)雜的混合物,是由極長(zhǎng)鏈脂肪酸(≥C20)衍生而成的脂肪族化合物[10]。兩層間最明顯的不同是三萜類化合物,其主要存在于聚合物基質(zhì)中[11]。

植物表皮蠟質(zhì)存在不穩(wěn)定性,在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段以及不同的貯藏條件下,其表皮蠟質(zhì)的結(jié)構(gòu)、含量及化學(xué)組分會(huì)出現(xiàn)一定差異,且以貯藏期間的變化最為明顯[12]。宋百成等[13]研究發(fā)現(xiàn),在整個(gè)貯藏期內(nèi),紅星和嘎啦蘋(píng)果的蠟質(zhì)中,酯類含量的趨勢(shì)為逐漸上升,珊夏和藤牧1號(hào)中的醇類含量逐漸增加。此外,蠟質(zhì)組分的變化與果實(shí)的生理變化也有一定關(guān)系。Postbeittenmiller等[14]研究發(fā)現(xiàn),植物表皮蠟質(zhì)中含有少量的甾醇類和環(huán)狀化合物,其對(duì)植物具有抗病和抗菌功能。尹燕[15]在研究蘋(píng)果梨時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)其表皮蠟質(zhì)中的α-法尼烯及其氧化產(chǎn)物共軛三烯類物質(zhì)的含量增加時(shí)可以加速果實(shí)衰老進(jìn)程和提高虎皮病的誘發(fā)機(jī)率。

目前,有關(guān)庫(kù)爾勒香梨表皮蠟質(zhì)成分與果實(shí)相關(guān)生理指標(biāo)變化的關(guān)系報(bào)道較少。本研究通過(guò)在常溫與冷藏條件下,測(cè)定蠟質(zhì)主要成分的變化,結(jié)合香梨相關(guān)生理指標(biāo)的變化進(jìn)行相關(guān)性分析,以揭示香梨采后貯藏中蠟質(zhì)的變化與果實(shí)耐貯性的關(guān)系,為香梨貯藏保鮮技術(shù)提供理論依據(jù)具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

庫(kù)爾勒香梨 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師二十八團(tuán);三氯甲烷、二氯甲烷、14%三氟化硼-甲醇、正庚烷 均為色譜純,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;氯化鈉、無(wú)水硫酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇、草酸、濃硫酸、咔唑等 均為分析純,上海巖新材料有限公司。

Trace-DSQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫公司;DDB-303A型便攜式電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠;722型分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 庫(kù)爾勒香梨采收后立即進(jìn)行單果包裝(用拷白紙包果,外套網(wǎng)袋)、裝箱并運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,將果實(shí)分為兩組,分別進(jìn)行常溫(25 ℃)和冷庫(kù)貯藏(0±1) ℃。選擇表皮完整且無(wú)病害的香梨,以常溫貯藏的果實(shí)作為對(duì)照(常溫組),每隔15 d對(duì)兩組香梨進(jìn)行蠟質(zhì)化學(xué)成分,細(xì)胞膜透性,呼吸強(qiáng)度,可溶性果膠含量,纖維素含量,多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性的測(cè)定,每個(gè)指標(biāo)測(cè)定重復(fù)三次。

1.2.2 蠟質(zhì)提取及含量測(cè)定 參照李珍慈[16]的方法。提取溶劑為三氯甲烷與二氯甲烷,體積比為2∶1,料液比為1∶2.5 (g/mL),提取溫度為25 ℃,提取時(shí)間為75 s。蠟質(zhì)提取量(mg/100 g)=(蠟質(zhì)及空燒杯質(zhì)量-空燒杯質(zhì)量)×103/庫(kù)爾勒香梨質(zhì)量。

1.2.3 蠟質(zhì)成分檢測(cè) 參照李珍慈[16]方法。氣相色譜條件:采用石英毛細(xì)管色譜柱HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣:He;載氣流速1.1 mL/min,線速度40 cm/s;進(jìn)樣量:1.0 μL,不分流;進(jìn)樣口溫度:250 ℃;檢測(cè)室溫度:300 ℃程序升溫:初始溫度80 ℃,以4 ℃/min升溫至290 ℃,恒溫20 min。

質(zhì)譜條件:電離方式為電子電離(electronic ionization,EI)源,離子源溫度:230 ℃;傳輸線溫度220 ℃;四級(jí)桿溫度150 ℃;電子轟擊能量:70 eV;質(zhì)量掃描范圍35～600 m/z。

1.2.4 細(xì)胞滲透性的測(cè)定 參照鄭炳松[17]的方法使用電導(dǎo)率儀測(cè)定。

1.2.5 呼吸強(qiáng)度的測(cè)定 參照趙晨震[18]的方法采用靜置法測(cè)定。

1.2.6 可溶性果膠含量的測(cè)定 參照曹建康等[19]的方法,采用咔唑比色法測(cè)定。

1.2.7 纖維素含量的測(cè)定 參照曹建康等[19]的方法采用稱量法測(cè)定。

1.2.8 多聚半乳糖醛酸酶(PG酶)活性的測(cè)定 參照曹建康等[19]的方法。

1.2.9 纖維素酶(CX酶)活性的測(cè)定 參照曹建康等[19]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)指標(biāo)每個(gè)周期重復(fù)測(cè)定三次,使用SPSS 19.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,數(shù)據(jù)以平均值加減標(biāo)準(zhǔn)誤差表示,Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質(zhì)含量及成分的變化

2.1.1 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質(zhì)含量的變化 如圖1所示,對(duì)于常溫組而言,在貯藏前期(0～30 d)內(nèi),蠟質(zhì)含量升高,30 d后,蠟質(zhì)含量逐漸下降;對(duì)于冷藏組而言,在貯藏期間(0～105 d)蠟質(zhì)含量變化不顯著。在貯藏前期(0～45 d),常溫組蠟質(zhì)含量顯著高于冷藏組(p<0.05),并在30 d時(shí)到達(dá)峰值2.7865 mg/g,是同時(shí)期冷藏組含量的1.51倍,在貯藏結(jié)束(105 d)時(shí),常溫組和冷藏組蠟質(zhì)含量分別為0.7903和1.5003 mg/g,冷藏組含量比對(duì)照組高89.84%,且常溫組末期含量是貯藏前測(cè)得的45.72%,而冷藏組末期含量是貯藏前測(cè)得的86.79%,二者差異顯著(p<0.05),說(shuō)明低溫貯藏可有效的抑制蠟質(zhì)含量的降低,這與王曉飛等[20]和董曉慶等[21]在蘋(píng)果上的研究結(jié)果相似。

圖1 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質(zhì)含量的變化Fig.1 Changes of epicuticular wax content in Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

2.1.2 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質(zhì)成分的變化 植物表皮主要蠟質(zhì)成分的變化與貯藏期間的成熟過(guò)程有關(guān)[22]。由圖2可知,庫(kù)爾勒香梨表皮蠟質(zhì)成分比較復(fù)雜,主要為烷烴、脂肪酸、烯烴、醇、醛、酯類化合物。在貯藏期間,烷烴與脂肪酸相對(duì)含量較高。兩組烷烴相對(duì)含量均呈先上升后下降趨勢(shì),在45 d時(shí)含量達(dá)到最高,冷藏條件下烷烴含量始終低于常溫組,貯藏結(jié)束時(shí),冷藏組烷烴含量保持較好,比對(duì)照組高36.25%,二者差異顯著(p<0.05);脂肪酸與烯烴的含量逐漸增加,脂肪酸在90 d時(shí)對(duì)照組含量為37.61%,是同期冷藏組的1.25倍,顯著高于冷藏組(p<0.05);在貯藏末期(105 d)冷藏組烯烴含量比對(duì)照組低了19.4%,二者差異顯著(p<0.05);醇、醛和酯類物質(zhì)總體均呈下降趨勢(shì),冷藏組醛類含量顯著高于對(duì)照組,兩組末期(105 d)含量分別貯藏前的28.14%和51.81%,差異顯著(p<0.05);貯藏末期(105 d)兩組醇類含量分別降至2.26%和3.35%,是貯藏前(0 d)的11.24%和16.67%;酯類在貯藏中含量逐漸下降,貯藏末期(105 d)兩組中僅分別剩3.95%和0.68%,分別為貯藏前(0 d)的23.87%和20.56%,低溫貯藏有效抑制了醛類的降低,但對(duì)醇類和酯類抑制效果不明顯。

圖2 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質(zhì)組分的變化Fig.2 Changes in the main components of the epicuticular wax of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

可知,與常溫貯藏相比低溫貯藏能有效抑制蠟質(zhì)化學(xué)成分間的相互轉(zhuǎn)化,可以更好的維持蠟質(zhì)中烷烴等非極性成分的含量,低溫貯藏有效抑制了醛類的降低,但對(duì)醇類和酯類抑制效果不明顯。Curry[23]研究發(fā)現(xiàn),貯藏期間由于果實(shí)的后熟作用,‘Autumn Gold’和‘Royal Gala’蘋(píng)果蠟質(zhì)中的烷烴等非極性成分含量會(huì)顯著下降,這與本研究結(jié)果一致。

如圖3所示,與常溫組相比,不同貯藏期間冷藏組果實(shí)表皮蠟質(zhì)化學(xué)組分的相對(duì)含量上存在差異。如圖3A所示,烷烴中含量較高的是正二十六烷和正二十八烷。在貯藏45 d時(shí),兩組中正二十六烷含量達(dá)到最高,對(duì)照組是同期冷藏組的1.24倍,差異顯著(p<0.05),常溫組正二十八烷在貯藏60 d時(shí)達(dá)到最高,為8.08%,而冷藏組含量?jī)H占常溫組的61.51%,差異顯著(p<0.05)。

如圖3B所示,烯烴自貯藏15 d時(shí)被檢出后,含量持續(xù)增加,主要為α-法尼烯。105 d時(shí)兩組α-法尼烯含量達(dá)到最高,冷藏組比常溫組低了13.31%,二者差異顯著(p<0.05)。

如圖3所示,貯藏初期,脂肪酸中主要為棕櫚酸,兩組中棕櫚酸含量不斷下降,在貯藏105 d時(shí)分別降至貯藏前的11.51%和2.27%。油酸自15 d檢出后含量逐漸增加,貯藏105 d時(shí),兩組脂肪酸中主要成分為油酸。分別是檢出時(shí)的6.5倍和8.9倍,二者差異顯著(p<0.05)。

如圖3D所示,醛類中壬醛二甲縮醛和壬醛含量較高。冷藏組壬醛二甲縮醛是常溫組的7.5倍,常溫組壬醛在貯藏75 d時(shí)未檢測(cè)到,而冷藏組在貯藏結(jié)束時(shí)仍存余2.25%。

圖3 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質(zhì)各組分中主要成分的變化Fig.3 Changes in the main components of the epicuticular wax of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage注:A. 烷烴;B. α-法尼烯;C. 脂肪酸;D. 醛類;E. 月桂醇。

如圖3E所示,醇類主要成分月桂醇含量也大幅降低。月桂醇含量分別降至貯藏前的1.87%和11.69%,二者差異顯著(p<0.05)。

2.2 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質(zhì)成分變化與生理變化的關(guān)系

2.2.1 常溫和低溫貯藏期間果實(shí)生理指標(biāo)的變化 如圖4所示,貯藏過(guò)程中,常溫組香梨相對(duì)電導(dǎo)率始終高于冷藏組,到貯藏結(jié)束時(shí),兩組香梨的相對(duì)電導(dǎo)率分別為48.06%和44.33%,兩組之間差異顯著(p<0.05)。說(shuō)明低溫條件減緩了梨果的生理變化進(jìn)程,使細(xì)胞膜透性保持相對(duì)較低的水平,延長(zhǎng)了梨果的保鮮期。

圖4 常溫和冷藏期間香梨生理的變化Fig.4 Changes of the fruit physiological of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

香梨是呼吸躍變型果實(shí),常溫組在貯藏30 d時(shí)到達(dá)呼吸高峰,呼吸強(qiáng)度為36.37 CO2mg/(kg·h),之后呼吸強(qiáng)度逐漸下降,到貯藏結(jié)束(105 d)時(shí)僅為6.49 CO2mg/(kg·h);而冷藏組在貯藏60 d時(shí)到達(dá)呼吸高峰,呼吸強(qiáng)度為32.22 CO2mg/(kg·h),貯藏后期(60～105 d)呼吸強(qiáng)度逐漸下降,貯藏105 d時(shí),呼吸強(qiáng)度為19.78 CO2mg/(kg·h),是同期常溫組是3.05倍,兩組之間差異顯著(p<0.05)。

常溫組可溶性果膠含量在0～30 d時(shí)與冷藏組差異不明顯,但在45～105 d時(shí)顯著高于冷藏組(p<0.05)。貯藏前期(0～75 d),果實(shí)代謝比較緩慢,PG酶活性較低,常溫組可溶性果膠含量的增加也比較緩慢,而從75 d開(kāi)始,可溶性果膠含量迅速上升,到貯藏結(jié)束(105 d)時(shí),含量為1.638%;而冷藏組在整個(gè)貯藏期可溶性果膠含量的變化相對(duì)較小,到貯藏結(jié)束時(shí)(105 d)僅為0.9754%,比同期常溫組低了40.45%,兩組之間差異顯著(p<0.05),說(shuō)明低溫貯藏能有效的抑制香梨中可溶性果膠的生成,延緩果實(shí)的軟化。

在貯藏過(guò)程中,兩組香梨的纖維素含量均不斷下降,0～15 d時(shí),常溫組的纖維素含量與冷藏組差異不顯著,但從30 d起,常溫組中的纖維素含量始終較冷藏組低(p<0.05),貯藏結(jié)束(105 d)時(shí),對(duì)照組的纖維素含量為0.32%,比初始測(cè)定值下降了86.61%,冷藏組的纖維素含量為0.59%,比初始測(cè)定值下降了75.31%,兩組變化之間差異顯著(p<0.05),說(shuō)明低溫條件能抑制纖維素的分解。

表1 常溫貯藏中香梨表皮蠟質(zhì)主要成分變化與生理變化的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between variation of epicuticular wax main components and Physiological indicators of Korla fragrant pear in normal Temperature Storage

在貯藏期間,PG酶活性呈現(xiàn)先緩慢后快速上升的趨勢(shì),這與可溶性果膠含量的變化趨勢(shì)相似。在貯藏結(jié)束(105 d)時(shí),兩組香梨的PG酶活性分別為651.66和533.52 μg/(g·h),常溫組的PG酶活性比冷藏組的PG酶活性高了22.14%,差異顯著(p<0.05),說(shuō)明低溫貯藏能抑制PG酶的活性,減緩果實(shí)的軟化過(guò)程。

在貯藏期間,兩組香梨的CX酶活性整體呈上升趨勢(shì)。在貯藏結(jié)束時(shí),常溫組和冷藏組的CX酶活性分別為307.47和246.03 μg/(g·h),兩組之間差異顯著(p<0.05),說(shuō)明低溫貯藏可以抑制CX酶活性,進(jìn)而減緩其對(duì)纖維素的分解作用。

表2 冷藏過(guò)程中香梨表皮蠟質(zhì)主要成分變化與生理變化的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between variation of epicuticular wax main components and Physiological indicators of Korla fragrant pear in refrigeration

2.2.2 香梨表皮蠟質(zhì)成分變化與生理變化的相關(guān)性分析 研究表明蠟質(zhì)總量和其非極性成分的變化與果實(shí)的生理變化有著重要的聯(lián)系[24]。對(duì)常溫和冷藏條件下不同貯藏時(shí)間的香梨表皮蠟質(zhì)含量、蠟質(zhì)主要成分與香梨的生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),常溫組中烯烴、醇類、醛類、脂肪酸和蠟質(zhì)含量均與細(xì)胞滲透性、可溶性果膠、纖維素、PG酶活性和CX酶活性顯著相關(guān)(p<0.05),其中烯烴的變化對(duì)其影響最為顯著,相關(guān)系數(shù)(n=7)分別為0.993、-0.895、-0.992、0.866和0.967,均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。烷烴、脂肪酸和蠟質(zhì)含量對(duì)呼吸強(qiáng)度影響顯著,相關(guān)系數(shù)(n=7)分別為0.857、-0.852和0.970,均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。

冷藏組與常溫組的分析結(jié)果相近,除烷烴外,蠟質(zhì)主要成分和蠟質(zhì)含量均與細(xì)胞滲透性、可溶性果膠、纖維素、PG酶活性和CX酶活性顯著相關(guān),仍以烯烴物質(zhì)的變化對(duì)以上指標(biāo)影響最顯著,相關(guān)系數(shù)(n=7)分別為-0.944、0.912、-0.983、0.884和0.943,均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)。不同于常溫組,冷藏組中蠟質(zhì)主要成分和蠟質(zhì)含量與果實(shí)呼吸強(qiáng)度均無(wú)相關(guān)性,這可能是由于冷藏組貯藏前后蠟質(zhì)含量變化不顯著,且呼吸高峰的到來(lái)導(dǎo)致蠟質(zhì)含量、蠟質(zhì)主要成分均與呼吸強(qiáng)度變化趨勢(shì)大不相同,進(jìn)而相關(guān)性分析顯示其之間無(wú)相關(guān)性。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明,與常溫貯藏相比,冷藏條件可以抑制香梨采后表皮蠟質(zhì)含量的降低。果實(shí)采后眾多蠟質(zhì)化學(xué)成分間的相互轉(zhuǎn)化是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。兩組香梨表皮蠟質(zhì)中,烷烴相對(duì)含量呈下降趨勢(shì),烯烴含量逐漸增加,飽和脂肪酸含量不斷減少,而不飽和脂肪酸含量逐漸增加,但脂肪酸含量整體呈上升趨勢(shì),醇、酯和醛類物質(zhì)含量不斷下降。

果實(shí)呼吸強(qiáng)度與蠟質(zhì)含量的變化有關(guān),蠟質(zhì)中非極性成分減少,極性成分增加,加速了果實(shí)的衰老進(jìn)程,果實(shí)細(xì)胞膜逐漸受損,細(xì)胞膜透性隨之升高,蠟質(zhì)主要成分的變化影響了果實(shí)PG酶和CX酶的活性,進(jìn)而影響了可溶性果膠和纖維素的含量,說(shuō)明蠟質(zhì)成分的變化與果實(shí)的生理變化有相關(guān)性。

綜上所述,冷藏條件可以顯著抑制庫(kù)爾勒香梨果實(shí)表皮蠟質(zhì)含量的減少和影響蠟質(zhì)主要組分的變化,進(jìn)而減緩梨果的生理變化,延緩梨果的軟化、衰老。