1-甲基環(huán)丙烯對(duì)采后南果梨果實(shí)軟化的影響

張夢(mèng)媛，白 琳，呂靜祎,*，葛永紅，王文輝，張俊虎，李燦嬰，孟 坤，勵(lì)建榮,*

（1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工與安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所，遼寧 興城 125100）

南果梨是秋子梨系（Pyrus ussriensis Maxim）中的一種優(yōu)良品種，屬遼寧省特色水果，果實(shí)采收時(shí)色綠、肉脆質(zhì)硬、汁少味甜、無(wú)香氣。采后適當(dāng)后熟，果色金黃艷麗、帶紅暈，香氣誘人，肉質(zhì)細(xì)膩，汁液豐富，酸甜適口，品質(zhì)極佳，深受消費(fèi)者青睞[1]。然而，南果梨采后常溫貯藏過(guò)程中軟化快，貯藏時(shí)間短，對(duì)果實(shí)的長(zhǎng)期貯藏和遠(yuǎn)運(yùn)銷(xiāo)售造成了困擾。

南果梨屬于呼吸躍變型水果，具有明顯的呼吸和乙烯釋放高峰，果實(shí)完熟后即逐漸衰老腐爛[2]。乙烯是一種成熟激素，其與躍變型果實(shí)成熟衰老息息相關(guān)[3]。研究表明，呼吸躍變型果實(shí)在成熟軟化階段，內(nèi)源乙烯大量積累[4]。對(duì)蘋(píng)果[5]、番木瓜[7]及獼猴桃[8]的研究顯示，外源乙烯處理能夠加速采后果實(shí)的成熟軟化進(jìn)程。可見(jiàn)，乙烯與果實(shí)的成熟軟化密切相關(guān)。1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）是乙烯作用抑制劑，能有效延長(zhǎng)躍變型果實(shí)的貯藏時(shí)間，抑制軟化與成熟[6-7]。據(jù)報(bào)道，1-MCP處理能夠有效延緩油桃[9]、軟棗獼猴桃[10]及番木瓜[11]等果實(shí)采后軟化速度，延緩纖維素、果膠等細(xì)胞壁物質(zhì)降解，抑制淀粉酶（amylase，AM）、纖維素酶（cellulase，Cx）、果膠甲酯酶（pectinmethylesterase，PME）及多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）等軟化相關(guān)酶活力，提高貯藏品質(zhì)，從而延長(zhǎng)保鮮期。對(duì)南果梨的研究表明，1-MCP處理能夠抑制果實(shí)后熟，延長(zhǎng)貯藏期[12]，但目前關(guān)于1-MCP如何調(diào)控南果梨果實(shí)采后軟化的研究極少。本實(shí)驗(yàn)以采后南果梨果實(shí)為材料，研究1-MCP處理對(duì)其常溫貯藏過(guò)程中軟化的影響，為研究南果梨果實(shí)的軟化機(jī)理提供依據(jù)，也為進(jìn)一步從分子水平研究其軟化規(guī)律提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料南果梨于商業(yè)采收期（2016年9月4日）采自遼寧省錦州市廉政文化景區(qū)一商業(yè)果園。隨機(jī)從100 棵南果梨樹(shù)上選取位置、大小、成熟度一致，無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的果實(shí)，紙箱包裝當(dāng)天運(yùn)回遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

1-MCP購(gòu)自陜西咸陽(yáng)西秦生物科技有限公司，有效質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.018%。

1.2 儀器與設(shè)備

BCD-102D型冰箱 廣州萬(wàn)寶集團(tuán)冰箱有限公司；JA5003電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HH-4A單列單控四孔水浴鍋 常州國(guó)宇儀器制造有限公司；ZBS-20商用制冰機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；722N可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；UV-2550紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司；GY-3指針式水果硬度計(jì) 浙江托普儀器有限公司；Legend Micro21R冷凍離心機(jī) 美國(guó)Thermo公司；SP-9890氣相色譜儀 山東魯南瑞虹儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 1-MCP處理

將南果梨果實(shí)分為兩組，進(jìn)行如下處理：第一組用1 μL/L 1-MCP密閉熏蒸24 h；第二組作為對(duì)照，不進(jìn)行任何處理，密閉24 h。每個(gè)處理均重復(fù)3 次，每重復(fù)90 個(gè)果實(shí)。處理后的南果梨果實(shí)放進(jìn)紙箱常溫（23±1）℃貯藏，每4 d隨機(jī)取12 個(gè)果實(shí)，進(jìn)行果實(shí)硬度和乙烯釋放量的測(cè)定，另取10 個(gè)果實(shí)用液氮速凍，貯存于—80 ℃用于其他指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 指標(biāo)的測(cè)定

1.3.2.1 硬度的測(cè)定

采用GY-3型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定，探頭直徑為5 mm。在每個(gè)果實(shí)的赤道部位去皮后，呈120°角取3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，取平均值，單位為kg/cm2。

1.3.2.2 乙烯釋放量的測(cè)定

每組隨機(jī)挑選4 個(gè)果實(shí)，放到1 000 mL的密閉容器內(nèi)，常溫密閉1 h后，抽取1 mL氣體，使用SP-9890氣相色譜儀測(cè)定。色譜條件為：氫離子火焰檢測(cè)器，溫度140 ℃；轉(zhuǎn)化爐溫度350 ℃；不銹鋼填充柱，柱溫120 ℃；載氣為高純N2，流速55～58 mL/min，燃?xì)鉃楦呒僅20.05 MPa，空氣泵0.1 MPa。乙烯釋放量以μL/（kg·h）表示[13]。

1.3.2.3 MDA含量的測(cè)定

丙二醛（malondialdehyde，MDA）的含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[14]，單位以nmol/g表示。

1.3.2.4 纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Cx活力的測(cè)定

纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)參照許穎等[15]的酸性洗滌法測(cè)定，以每克果實(shí)組織（鮮質(zhì)量）所含纖維素的質(zhì)量表示。Cx活力以每小時(shí)每克果實(shí)組織樣品（鮮質(zhì)量）在37 ℃催化羧甲基纖維素水解形成還原糖的質(zhì)量表示，即mg/（h·g）。

1.3.2.5 果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PG及PME活力的測(cè)定

咔唑比色法測(cè)定南果梨果實(shí)中果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)[14]。果蔬中果膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以每克果實(shí)（鮮質(zhì)量）生成半乳糖醛酸的質(zhì)量表示。采用比色法進(jìn)行測(cè)定PG活力[14]，以每小時(shí)每克果實(shí)組織樣品（鮮質(zhì)量）在37 ℃催化多聚半乳糖醛酸水解生成半乳糖醛酸的質(zhì)量表示，即mg/（h?g）。PME活力參照Vicente等[16]的方法并作改進(jìn)，測(cè)定其在620 nm波長(zhǎng)處1 min內(nèi)的變化，以每分鐘每克果實(shí)組織樣品吸光度變化0.01為1 個(gè)活力單位，單位為U/g，結(jié)果以鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.2.6 淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與AM活力的測(cè)定

根據(jù)曹建康等[14]的方法測(cè)定。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，再根據(jù)測(cè)得的吸光度，查出相應(yīng)的葡萄糖質(zhì)量，計(jì)算南果梨果實(shí)組織中淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。AM活力以每分鐘每克果實(shí)（鮮質(zhì)量）中酶催化作用下產(chǎn)生的麥芽糖的質(zhì)量表示，即mg/（min?g）。

上述各項(xiàng)指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與作圖，并用SAS 8.0軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）和相關(guān)性分析。P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)貯藏過(guò)程中硬度的影響

圖1 1-MCP對(duì)南果梨果實(shí)硬度的影響Fig. 1 Effect of 1-MCP treatment on firmness of Nanguo pear fruits

硬度是反映果實(shí)軟化程度的重要指標(biāo)，呼吸躍變型果實(shí)成熟期間硬度變化顯著[17]。由圖1可知，在貯藏過(guò)程中南果梨的硬度隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)不斷降低。1-MCP處理后果實(shí)的硬度下降速率緩慢，硬度整體高于對(duì)照組果實(shí)。在第16天，對(duì)照組果實(shí)的硬度為3.57 kg/cm2，商業(yè)價(jià)值較低。在第20天，對(duì)照組果實(shí)極軟，硬度已檢測(cè)不到；而1-MCP處理組果實(shí)此時(shí)硬度為13.25 kg/cm2，相對(duì)于采樣當(dāng)天下降了29.1%（P＜0.05）。在第32天，1-MCP處理組南果梨的硬度為6.05 kg/cm2，正適合食用[18]。整體來(lái)看，1-MCP處理組果實(shí)硬度在貯藏第12～20天內(nèi)極顯著高于對(duì)照組（P＜0.01）。由此可見(jiàn)，1-MCP處理明顯延緩了南果梨果實(shí)的軟化，較好地保持了果實(shí)的硬度。

2.2 1-MCP處理對(duì)果實(shí)貯藏過(guò)程中乙烯釋放量的影響

圖2 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)乙烯釋放量的影響Fig. 2 Effect of 1-MCP treatment on ethylene production of Nanguo pear fruits

由圖2可知，南果梨貯藏期間，對(duì)照組果實(shí)和1-MCP處理組果實(shí)乙烯釋放量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在第12天，對(duì)照組果實(shí)的乙烯釋放量達(dá)到最高，峰值為74.36 μL/（kg·h），而1-MCP處理組南果梨果實(shí)則檢測(cè)不到乙烯。在第32天，1-MCP處理組南果梨乙烯釋放量達(dá)到了高峰，比對(duì)照組果實(shí)推遲了20 d。由此可見(jiàn)，1-MCP處理推遲乙烯釋放高峰出現(xiàn)的時(shí)間，并在貯藏前20 d內(nèi)抑制乙烯的生成。

2.3 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)貯藏過(guò)程中MDA含量的影響

圖3 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)MDA含量的影響Fig. 3 Effect of 1-MCP treatment on MDA content of Nanguo pear fruits

MDA含量反映了果實(shí)組織的膜脂氧化程度[19]。對(duì)照組和1-MCP處理組的南果梨果實(shí)MDA含量均隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，其中1-MCP處理組果實(shí)的MDA含量整體低于對(duì)照組（圖3）。在第24天，1-MCP處理組果實(shí)的MDA含量比對(duì)照組低57.8%（P＜0.05），與采樣當(dāng)天相比，1-MCP處理組果實(shí)MDA含量升高了1.32 倍（P＜0.01），而對(duì)照組果實(shí)MDA含量升高了4.48 倍（P＜0.01）?？芍?-MCP處理組果實(shí)MDA含量增加緩慢，表明1-MCP處理抑制了果實(shí)MDA含量的積累，保持了細(xì)胞膜的完整性。

2.4 1-MCP處理對(duì)果實(shí)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和Cx活力的影響

圖4 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）和Cx活力（B）的影響Fig. 4 Effect of 1-MCP treatment on cellulose content (A) and Cx activity (B) of Nanguo pear fruits

由圖4A可知，在南果梨成熟軟化過(guò)程中，對(duì)照組和1-MCP處理組果實(shí)的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。貯藏第4～24天內(nèi)，1-MCP處理組果實(shí)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于對(duì)照組。在第24天，1-MCP處理組果實(shí)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.0%，是對(duì)照組（12.9%）的2.48 倍?？梢?jiàn)，1-MCP處理可抑制南果梨果實(shí)采后貯藏過(guò)程中纖維素的降解。

Cx可以促進(jìn)纖維素分解，纖維素降解則意味著果實(shí)細(xì)胞壁解體，最終會(huì)導(dǎo)致果實(shí)軟化[20]。如圖4B可知，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，Cx活力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。對(duì)照組果實(shí)的酶活力高峰出現(xiàn)在第16天，而1-MCP處理組果實(shí)酶活力高峰則出現(xiàn)在第32天，比對(duì)照組果實(shí)推遲了16 d。在第16天，對(duì)照組果實(shí)的Cx活力達(dá)到最高值，為1.073 mg/（h·g），而1-MCP處理組果實(shí)Cx活力只有0.172 mg/（h·g），僅為對(duì)照組果實(shí)的16.0%（P＜0.01）。由此可知，1-MCP處理可推遲南果梨Cx活力高峰的出現(xiàn)，并在貯藏前20 d內(nèi)抑制其活力。

2.5 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)貯藏過(guò)程中果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖5 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)原果膠（A）和可溶性果膠（B）質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig. 5 Effect of 1-MCP treatment on protopectin (A) and soluble pectin (B) contents of Nanguo pear fruits

果膠是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，果實(shí)采后貯藏過(guò)程中果膠的降解能夠反映果實(shí)的軟化進(jìn)程[21]。如圖5A、B所示，在整個(gè)貯藏期間，1-MCP處理組果實(shí)和對(duì)照組果實(shí)的原果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸下降，可溶性果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)上升。由圖5A可知，在貯藏第8～24天內(nèi)，1-MCP處理極顯著抑制了原果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降（P＜0.01）；由圖5B可知，在整個(gè)貯藏期間，1-MCP處理極顯著抑制了可溶性果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高（P＜0.01）?？梢?jiàn)，1-MCP處理能有效抑制南果梨果實(shí)中原果膠的降解，延緩可溶性果膠的生成，這與楊艷萍等[22]研究庫(kù)爾勒香梨的結(jié)果一致。

2.6 1-MCP處理對(duì)果實(shí)果膠酶活力的影響

圖6 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)PG（A）和PME（B）活力的影響Fig. 6 Effect of 1-MCP treatment on PG (A) and PME (B) activity of Nanguo pear fruits

PG將果實(shí)細(xì)胞壁多糖中多聚半乳糖酸降解為半乳糖醛酸，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)解體，導(dǎo)致果實(shí)軟化[20]。如圖6A所示，對(duì)照組和1-MCP處理組果實(shí)在采后后熟軟化的過(guò)程中，PG活力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在貯藏第12～16天內(nèi)，1-MCP處理組南果梨果實(shí)PG活力顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。在第16天，對(duì)照組果實(shí)的PG活力達(dá)到最高，為1.415 mg/（h·g），1-MCP處理組果實(shí)PG活力則在第32天達(dá)到最高，為1.345 mg/（h·g），比對(duì)照組推遲了16 d。由此可知，1-MCP處理推遲了南果梨果實(shí)PG活力高峰的出現(xiàn)，降低了其峰值，但峰值差異不顯著。

PME能夠作用于果膠半乳糖醛酸殘基，使果膠部分脫去甲氧基，催化果膠酯酸轉(zhuǎn)化為果膠酸，生成適合PG作用的底物[23]。南果梨果實(shí)PME活力隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)（圖6B）。在貯藏第4～12天內(nèi)，1-MCP處理組果實(shí)的PME活力顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）。第12天，對(duì)照組果實(shí)的PME活力達(dá)到最高，即0.77 U/g，而1-MCP處理組果實(shí)的PME活力在16 d時(shí)達(dá)到最高，即0.71 U/g，比對(duì)照組推遲了4 d。由此可知，1-MCP處理可抑制南果梨果實(shí)貯藏早期的PME活力，推遲PME活力高峰的出現(xiàn)，并降低其峰值。

2.7 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)貯藏過(guò)程中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和AM活力的影響

淀粉在細(xì)胞中以淀粉粒狀態(tài)存在，對(duì)細(xì)胞起著支撐作用，當(dāng)?shù)矸郾籄M水解為可溶性糖后，淀粉對(duì)細(xì)胞的支撐作用下降，導(dǎo)致果實(shí)軟化[24]。由圖7A可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組和1-MCP處理組果實(shí)的淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)基本一致，1-MCP處理組果實(shí)淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體高于對(duì)照組。在貯藏第16天后，對(duì)照組果實(shí)淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降迅速，而1-MCP處理組果實(shí)在貯藏28 d后迅速下降。表明1-MCP處理可以在一定程度抑制南果梨果實(shí)中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降解。

圖7 1-MCP處理對(duì)南果梨果實(shí)淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）和AM活力（B）的影響Fig. 7 Effect of 1-MCP treatment on starch content (A) and AM activity (B) of Nanguo pear fruits

隨著南果梨果實(shí)的軟化與后熟，AM活力逐漸增強(qiáng)，與淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和硬度均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。如圖7B所示，對(duì)照組與1-MCP處理組果實(shí)的AM活力均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，1-MCP處理組果實(shí)AM活力總體低于對(duì)照組。在貯藏期第16～24天內(nèi)，1-MCP處理組果實(shí)AM活力顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）；由此可知，1-MCP處理在貯藏后期抑制了AM活力，從而抑制淀粉降解。

3 討 論

1-MCP是一種無(wú)毒、高效的新型乙烯抑制劑[25]，可與細(xì)胞膜上乙烯受體結(jié)合阻斷乙烯信號(hào)傳導(dǎo)，延緩果實(shí)的軟化[26]。對(duì)‘早魁’梨[27]、鴨梨[28-29]、京白梨[29]、庫(kù)爾勒香梨[30]及豐水梨[31]等梨果實(shí)的研究表明，1-MCP能推遲乙烯高峰出現(xiàn)。本研究顯示，1-MCP處理能夠有效延緩南果梨果實(shí)乙烯高峰的出現(xiàn)，并降低其峰值，與上述研究結(jié)果一致。1-MCP處理能夠延緩南果梨果實(shí)的硬度的下降、MDA含量的上升，這與李江闊等[32]的研究結(jié)果一致。

果實(shí)軟化與細(xì)胞壁降解酶催化細(xì)胞壁物質(zhì)降解有關(guān)[33]。本研究表明，南果梨采后貯藏過(guò)程中，原果膠、纖維素和淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，并且均與硬度呈顯著正相關(guān)（r＞0.873，P＜0.05）。在第8～16天內(nèi)，對(duì)照組果實(shí)硬度迅速下降，同時(shí)Cx、PG、PME及AM的活力迅速上升，且均與硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)（r＞0.852，P＜0.01）。由此可見(jiàn)，南果梨果實(shí)的軟化與原果膠、纖維素、淀粉等細(xì)胞壁物質(zhì)的降解及降解酶活力密切相關(guān)。對(duì)柿子[34]、李子[35]、番木瓜[36]等果實(shí)的研究表明，1-MCP處理能夠抑制細(xì)胞壁降解酶（PG、PME、Cx）的活力，減緩細(xì)胞壁物質(zhì)（原果膠、纖維素）的降解，從而使硬度下降緩慢，延緩果實(shí)的軟化衰老，延長(zhǎng)果實(shí)的貯藏時(shí)間。對(duì)京白梨的研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理抑制了AM活力的升高[37]。本研究表明，在對(duì)照組果實(shí)貯藏24d內(nèi)，與對(duì)照組相比，1-MCP處理能夠在整個(gè)期間抑制PG、Cx活力的升高，延緩纖維素的降解；在早期抑制PME活力的升高，有效抑制原果膠的降解及可溶性果膠的生成；而在后期抑制AM活力的增加及淀粉的降解，減慢了果實(shí)的軟化速率。

綜上所述，1-MCP處理能夠有效抑制采后南果梨果實(shí)Cx、PG、PME和AM等細(xì)胞壁降解酶的活力，減緩纖維素、果膠、淀粉等的降解，保持細(xì)胞壁的完整結(jié)構(gòu)，從而可控制果實(shí)軟化。