桃品種間質地、水分及細胞壁組分的比較

彭 勇 ,陳義倫,王慶國,石晶盈,彭福田,冀成法,張小燕

(1.山東農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，山東泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；3.山東新時代藥業(yè)有限公司，山東臨沂 273400)

桃子栽培面積廣、營養(yǎng)豐富，是深受人們喜愛的水果之一。然而，桃果實在成熟過程中，果肉質地發(fā)生變化，硬度下降，貯藏期變短，是制約桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。根據(jù)桃果肉質地的不同，桃通?？煞譃檐浫苜|、硬溶質、肉不溶質三大類，軟溶質桃成熟過程中迅速軟化，硬溶質桃成熟過程中能保持較高硬度，但成熟后也易于變軟，肉不溶質桃在成熟時硬度不發(fā)生變化，且果肉具有韌性[1-2]。在北方晚熟桃品種中，‘肥城桃’采后容易變軟，貯藏期短，屬于軟溶質桃，而‘中華壽桃’‘青州蜜桃’‘蟠桃’(‘瑞蟠21’)采后軟化進程慢，屬于硬溶質桃。從桃貯藏保鮮的角度來講，系統(tǒng)研究桃品種間質地差異有著重要的現(xiàn)實意義。

桃果肉質地變化與細胞壁組分的降解和相關代謝酶的活性密切相關[3-5]，研究表明‘雙久紅’和‘川中島白桃’果肉貯藏期間硬度變化與原果膠、纖維素質量分數(shù)呈極顯著正相關，而與可溶性果膠、多聚半乳糖醛酸酶活性、纖維素酶活性呈極顯著負相關[6]。闞娟等[3]研究表明，不同溶質桃果實硬度差異較大，隨著果實硬度的下降，軟溶質的‘雨花3號’桃果實乙烯釋放量明顯增加，而硬溶質的‘加納巖’桃果實乙烯釋放量很低，且一直保持較高的硬度。進一步的研究發(fā)現(xiàn)桃果實軟化與乙烯生物合成相關酶、多聚半乳糖醛酸酶等的基因編碼密切相關[4,7]。羅川等[8]研究表明，α-甘露糖酶活性高低可能影響桃果實的耐貯性。然而，這些研究多集中于果實軟化過程中細胞壁組分、相關代謝酶活性、乙烯等激素的變化，對于果實軟化過程中果實內(nèi)部水分膨壓的變化以及水分的存在狀態(tài)研究較少。

低場核磁共振是一種有效的無損檢測技術，可從微觀角度闡釋樣品內(nèi)部水分的變化規(guī)律，許多學者研究其在玉米、胡蘿卜、藍莓和蘋果上的應用效果，發(fā)現(xiàn)低場核磁共振技術可以衡量果蔬干燥或貯藏階段果實內(nèi)部水分狀態(tài)和分布的變化規(guī)律[9-12]，然而，低場核磁共振用于檢測桃果實貯藏期間品質變化的報道較少[13]。并且，對于桃果肉采后質地、細胞壁組分與果實內(nèi)部水分之間的相互關系還未見報道。從桃貯藏保鮮的角度來講，系統(tǒng)研究桃品種間質地差異有著重要的現(xiàn)實意義。為此，本研究擬從桃果實品種間的質地差異入手，利用生物力學、核磁共振影像、理化分析等手段結合皮爾森相關性分析，探索不同桃品種果實質地力學、水分狀態(tài)、細胞壁組分等之間的差異和相互關系，明確桃貯藏期間力學、水分和細胞壁組分等的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用不同品種桃均按照各自的生理成熟期進行采樣，選取果實九成熟時采摘，為生產(chǎn)上的最佳采收時間?！食翘摇?‘紅里桃’)于2017年9月1日采自肥城市桃園鎮(zhèn)管理標準的桃園基地；‘蟠桃’(‘瑞蟠21’)和‘中華壽桃’于9月20日采自山東農(nóng)業(yè)大學果樹試驗站，‘青州蜜桃’于2017年10月20日采自青州市。各品種桃果實均符合商業(yè)采收標準，采收后快速運輸至山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院貯藏保鮮冷庫，選取大小一致、無病蟲害的果實立即進行各指標的測定。測定時隨機分成2組，一組用于果實質地和水分的測定，一組液氮速凍，-40 ℃保存，測定細胞壁組分，保證用于細胞壁組分測定的果實取樣部位和質地取樣部位一致。

‘肥城桃’貯藏試驗：將2017年9月1日采收的‘肥城桃’置于20 ℃條件下貯藏，分別于第0、5、10天時取樣測定。

1.2 儀器與設備

TA-XT2物性測試儀，英國SMS公司；NMI20-Analyst核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；-80 ℃超低溫冰箱，中科美菱低溫科技有限責任公司；TU-1810紫外分光光度計，上海普析通用儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 果實質地分析 參考Hu等[9]和楊玲等[14]的方法，每個品種每次測定取20個桃果實，在赤道面的部位進行打孔處理，制備成直徑8 mm，高度10 mm的圓柱體作為試驗對象，每個桃子赤道對立面取2個圓柱體，采用物性分析儀(TA-XT2)P/75探頭(直徑為75 mm)進行TPA試驗。測試參數(shù)如下：測前速度5 mm·s-1，測試速度1 mm·s-1，測后上行速度5 mm·s-1，果實受壓變形為50 %，2次壓縮停頓時間為5 s，觸發(fā)力為5.0 g。由質地特征曲線得到桃果實脆度、硬度、粘附性、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性和回復性等質地參數(shù)。

1.3.2 果實水分測試 參考邵小龍等[10]的方法，將桃果實用手術刀切成10 mm長、10 mm寬、5 mm厚的薄片放入樣品管中，為保證測試數(shù)據(jù)的可靠性，每次測定20個桃子，每個桃子取赤道部位對立面測定2次。利用核磁共振成像儀軟件中的多脈沖回波序列CPMG(Carr purcell meiboo m-gill)測定樣品中的橫向弛豫時間(T2)，參數(shù)設定為頻率21.0 MHz，90°脈寬12.0 μs，180°脈寬22.0 μs，半回波時間305 μs，累加采樣次數(shù)8次。測定完后，反演得到T2反演譜，分析各組分T2弛豫時間，并計算弛豫強度和各組分的比例(M2)。

1.3.3 果實細胞壁組分的提取、分離與測定 細胞壁物質的提取和分離參考Brummell等[15]和茅林春等[16]的方法略有改進，準確稱取一定量的樣品，加10 mLφ=80%乙醇水浴20 min，冷卻后 8 000 r·min-1離心10 min，棄上清，再用20 mLφ=80%乙醇和丙酮各清洗2次，得到粗細胞壁，然后用15 mLφ=90%的二甲亞礬浸泡15 h，離心去上清，然后在45 ℃干燥至恒量，稱量即得細胞壁物質，試驗作3組平行。

稱取烘干的細胞壁物質50 mg，按以下步驟依次提取不同成分：用10 mL濃度為50 mmo1·L-1乙酸鈉(pH 6.5)提取得到水溶性果膠(WSP)；用10 mL濃度為50 mmo1·L-1CDTA和乙酸鈉(pH 6.5)提取離心得到離子結合型果膠(ISP)；用10 mL濃度為50 mmol·L-1的Na2CO3(含濃度為2 mmo1·L-1的CDTA)提取得到共價結合型果膠(CSP)；以濃度為 4 mol·L-1的KOH(含ρ=10 g·L-1NaBH4)振蕩提取5 h，得到半纖維素，最后離心所剩沉淀為纖維素。

參照韓雅珊[17]的方法，果膠質量分數(shù)用咔唑比色法，在波長530 nm下測定吸光度。半纖維素和纖維素質量分數(shù)用蒽酮比色法測定620 nm波長下的吸光度，以每克樣品中還原糖的質量表示半纖維素和纖維素質量分數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行計算和作圖，結果以“平均值±標準差”來表示，使用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行皮爾森相關性分析，用Duncan’s 多重比較法進行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種桃果肉的質地、水分和細胞壁組分

2.1.1 質地特性 由表1可以看出，桃品種間質地性狀差異很大，從脆度和硬度來看，以‘蟠桃’脆度和硬度最大，分別為37.82 N和43.48 N，其次為‘青州蜜桃’和‘中華壽桃’，‘肥城桃’的脆度和硬度最低，僅為17.53 N和25.30 N，這可能與不同品種桃的肉質特性有關，軟溶質的桃通常有著較低的硬度[1]。彈性為樣品經(jīng)過第1次壓縮后能夠再恢復的程度[14,18]，從彈性來看，‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’均有較高的彈性，顯著(P<0.05)高于‘蟠桃’和‘肥城桃’。粘附性為克服果肉表面同探頭表面接觸之間的吸引力所需要的能量，粘附性以‘蟠桃’較高，依次為‘肥城桃’‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’。內(nèi)聚性是咀嚼時果肉表現(xiàn)出來的內(nèi)部收縮力，具有使果肉保持完整性的能力，從4個桃品種比較來看，‘肥城桃’的內(nèi)聚性最高，表明‘肥城桃’細胞間結合力最強。咀嚼性為硬度、彈性和內(nèi)聚性的乘積，反映牙齒咀嚼果肉至穩(wěn)定狀態(tài)時所需要的能量[14]，咀嚼性以‘蟠桃’最高，顯著(P<0.05)高于‘肥城桃’‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’，而‘肥城桃’‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’間差異不顯著?；貜托苑从彻馐艿酵饨鐢D壓后迅速恢復的能力，回復性以‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’兩者較高，顯著高于‘肥城桃’和‘蟠桃’。

表1 不同品種桃果肉的質地參數(shù)Table 1 Textural parameters of flesh in different peach cultivars

注：同一欄不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: The different lowercase letters in the same column mean significant difference (P<0.05). The same below.

2.1.2 水分特性 從表2可以看出，‘蟠桃’的T20和T21弛豫時間較短，其中T20顯著低于其他3種桃，表明‘蟠桃’內(nèi)部結合水與細胞壁結合最緊密，而‘蟠桃’的T23弛豫時間最長，表明其細胞內(nèi)自由水流動性最強，這和‘蟠桃’質地硬度和脆度均較大相一致。而‘肥城桃’T22和T23弛豫時間均較短，反映出‘肥城桃’內(nèi)部水分流動性差。

表3反映了不同品種桃果肉內(nèi)部各弛豫組分所占的比例，可以看出，各弛豫組分所占比例不同，以‘肥城桃’果肉M21所占比例最低、M23所占比例最高，表明‘肥城桃’內(nèi)部結合水較少，而自由水較多。對于其他3種桃子，‘蟠桃’果肉M21所占比例最高、M23所占比例最低，‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’的M20所占比例較高，表明‘蟠桃’‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’中結合水較多。

綜合T2和M2兩個指標來看，‘蟠桃’內(nèi)部結合水較少，且與果肉結合最緊密(T20和M20)，而自由水流動性強(T23和M23)。‘肥城桃’內(nèi)部水分與果肉結合較緊密，自由水多但流動性差。‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’內(nèi)部結合水多，與果肉結合力較弱，而自由水的多少及流動性介于‘肥城桃’和‘蟠桃’之間。

表2 不同品種桃果肉的T2弛豫時間Table 2 T2 relaxation time of flesh in different peach cultivars ms

2.1.3 細胞壁組分 桃果實質地與細胞壁組分的質量分數(shù)密切相關，表4顯示不同品種桃果肉細胞壁組分的質量分數(shù)。結果顯示：‘蟠桃’果實中可溶性果膠質量分數(shù)最高，顯著(P<0.05)高于其他品種桃果實，而‘肥城桃’果實可溶性果膠質量分數(shù)最低，顯著低于其他3種桃。離子結合型果膠和共價結合型果膠可通過離子鍵結合于細胞壁[15]，從表4可以看出，離子結合型果膠以‘青州蜜桃’質量分數(shù)最高，‘肥城桃’質量分數(shù)最低，而共價結合型果膠以‘蟠桃’質量分數(shù)最高，‘肥城桃’質量分數(shù)最低。從半纖維素和纖維素質量分數(shù)來看，‘肥城桃’果實中半纖維素和纖維素質量分數(shù)顯著低于其他3種桃果實，以‘青州蜜桃’半纖維素和纖維素質量分數(shù)最高，這可能與桃品種間細胞壁結構的差異性和果實成熟過程中細胞壁多糖降解的時序性有關，因為細胞壁多糖降解相關酶在不同桃品種間發(fā)揮作用的時間存在差異[19]。

表3 不同品種桃果肉中各弛豫組分所占比例Table 3 Rate of relaxation component in flesh of different peach cultivars %

表4 不同品種桃果肉的細胞壁組分Table 4 Cell wall component in flesh of different peach cultivars

2.1.4 相關性分析 由表5可以看出，桃果肉質地參數(shù)與水分狀態(tài)和細胞壁組分都有一定的相關性。從質地參數(shù)來看，桃果肉硬度與脆度、粘附性和咀嚼性呈顯著正相關，R值分別為0.890、 0.443和0.695，而彈性與回復性呈顯著正相關，與粘附性和內(nèi)聚性呈負相關。粘附性與內(nèi)聚性、咀嚼性呈正相關，與回復性呈負相關。袁成龍等[20]對‘雙久紅’和‘川中島白桃’兩個品種桃果實質地分析后發(fā)現(xiàn)，桃果實硬度與黏性和咀嚼性存在極顯著正相關，這與本研究的結果是相似的，但是果實彈性與內(nèi)聚性沒有相關性，與本研究結果不一致。水果種類和品種顯著影響果實質地性能[21]，本研究相關性分析綜合4種桃果實的質地參數(shù)，這可能是導致相關性出現(xiàn)差異的主要原因。從弛豫時間來看，T22與 T21呈顯著正相關(R值0.601)、T20和T23呈正相關，但T23與T20和T21沒有相關性，表明水分狀態(tài)之間的相互轉變主要是通過結合水、半結合水和自由水逐步進行的，其中半結合水起紐帶作用。從細胞壁組分的相關性來看，水溶性果膠與其他細胞壁組分均有顯著相關性，半纖維素和纖維素呈極顯著正相關。

2.2 ‘肥城桃’貯藏期間質地、水分和細胞壁組分的變化

2.2.1 質地 從不同貯藏期的‘肥城桃’果實來看，除回復性指標外，其他各指標均隨時間的延長，呈現(xiàn)下降趨勢(表6)。常溫貯藏第5天時，‘肥城桃’果實已經(jīng)完全軟化，硬度僅為3.75 N，是第0天剛采收時的14.82%，而第10天時，果實硬度為4.06 N，但與第5天時差異不顯著(P>0.05)，表明貯藏5 d時果實已完全成熟，這與闞娟等[3]和胡留申等[6]的研究結果相一致，溶質型‘肥城桃’在貯藏過程中硬度會快速下降，而硬度變化的主要原因是細胞壁成分及其降解酶活性的變化所導致的[22]。

2.2.2 水分 貯藏期間桃的軟化影響其內(nèi)部水分的分布和存在狀態(tài)，從表7和表8可以看出，隨著貯藏時間的延長，‘肥城桃’的T20和T21弛豫時間逐漸變短，并且第10天檢測不到T20這部分水分，而T23在第10天顯著增加。并且隨著貯藏時間的延長，M20所占比例逐漸減少，M23所占比例顯著增加，表明‘肥城桃’軟化后，果肉組分內(nèi)結合水減少，果肉結合水分的能力顯著下降，而自由水逐漸增多、流動性強。

表5 不同品種桃果肉質地、水分和細胞壁組分之間的相關性Table 5 Correlation among textural parameters, water and cell wall components in flesh of different peach cultivars

注：**代表0.01水平的差異顯著性，*代表0.05水平的差異顯著性。

Note: ** represents significant difference at 0.01 level and * represents significant difference at 0.05 level.

表6 貯藏期間‘肥城桃’果實的質地性狀變化Table 6 Textural changes of flesh in ‘Feicheng peach’ during storage

表7 貯藏期間‘肥城桃’果實T2弛豫時間變化Table 7 T2 relaxation time of flesh in ‘Feicheng peach’ during storage ms

表8 貯藏期間‘肥城桃’各弛豫組分比例的變化Table 8 Rate of relaxation component in ‘Feicheng peach’ during storage %

2.2.3 細胞壁組分 從表9可以看出，隨著貯藏時間的延長，桃果實中水溶性果膠質量分數(shù)逐漸增加，貯藏10 d后，‘肥城桃’果實的水溶性果膠質量分數(shù)比0 d時增加30.21%，而離子結合型果膠和共價結合型果膠均呈現(xiàn)下降趨勢，常溫貯藏10 d后，離子結合型果膠和共價結合型果膠分別下降34.88%和29.57%。半纖維素和纖維素質量分數(shù)在貯藏期間均逐漸下降，尤其是纖維素質量分數(shù)貯藏10 d后下降26.72%。

表9 貯藏期間‘肥城桃’細胞壁組分的變化Table 9 Canges of cell wall component in ‘Feicheng peach’ during storage

3 討 論

水分維持著果實組織的細胞膨壓，使果肉具備一定的硬度和機械強度[23]。低場共振核磁是一種快速有效檢測果實水分狀態(tài)的方法，利用低場核磁多脈沖回波序列測得的T2弛豫時間可反映水分在果蔬內(nèi)部的存在狀態(tài)和分布，而M2反映各弛豫組分所占的相對比例[10-11]。本研究中，桃子中存在4個組分的弛豫時間，代表3種狀態(tài)的水，其值范圍分別為T20(0～1 ms)、T21(1～10 ms)、T22(10～100 ms)和T23(100～1 000 ms)，其中T20和T21反映桃果肉內(nèi)部與細胞壁組分結合最緊密的結合水，通常被看作一個部分；而T22為僅次于結合水的半結合水，T23弛豫時間最長，這部分水為能流動的自由水，主要是在液泡、原生質和細胞間隙中的水分[11,24]。不同品種桃果實的水分存在狀態(tài)不同，‘肥城桃’細胞內(nèi)自由水所占比例最高，水分流動性弱；‘蟠桃’細胞內(nèi)結合水最多，自由水少但流動性最強。這種差異可能與不同品種間細胞壁組分以及果膠多糖存在狀態(tài)有關。 Lahaye等[25]在蘋果上的研究表明，不同品種果實組織特性和化學成分導致品種間果實內(nèi)部水分流動性差異，本研究結果與之相似。從質地結果看，不同品種桃質地性狀差異大，‘肥城桃’的內(nèi)聚性最高、脆度和硬度最低，‘蟠桃’脆度和硬度最大，‘中華壽桃’和‘青州蜜桃’彈性較大。桃品種間質地特征的差異是胞內(nèi)水分、細胞壁組分等共同起作用的結果。

果實內(nèi)部水分與細胞壁組分、果實品質密切相關[26]。本研究表明，果肉硬度和脆度與自由水呈顯著正相關，回復性與結合水呈顯著正相關，而其他質地參數(shù)與水分之間無顯著相關性，表明果肉內(nèi)部自由水主要影響果實的硬度。有研究[27]表明‘Roma’番茄果實硬度和T2弛豫時間呈正相關，但其他品種的番茄兩者無相關性，品種、成熟度和測定方法都可能影響兩者間的相關性。Barreiro等[28]在蘋果上的研究表明硬度、可溶性固形物都與T2弛豫時間有關、尤其是與自由水多少呈顯著正相關，與本研究結果一致。從質地特性與細胞壁組分的相關性來看，Winisdorffer等[12]研究表明，半纖維素影響蘋果果肉的粘度，細胞壁多糖組分在維持蘋果質地特性方面起著重要作用。并且梨果實硬度與共價結合型果膠呈顯著正相關，硬度和果膠間的相關性依品種不同而存在差異[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，桃果實硬度和脆度與可溶性果膠、共價結合型果膠和半纖維素呈顯著正相關，粘附性與離子結合型果膠、半纖維素和纖維素呈顯著負相關，而內(nèi)聚性與可溶性果膠、離子結合型果膠、半纖維素和纖維素均呈顯著負相關。對于水分與細胞壁組分的相關性，果實軟化過程中，β-多聚半乳糖醛酸酶等相關代謝酶通過降解果膠多聚醛酸側鏈的半乳糖殘基，改變分子鏈的結構，使得細胞壁膨脹，結合水減少，導致T2弛豫時間的變化[12]。本研究發(fā)現(xiàn)，半結合水與可溶性果膠和半纖維素顯著正相關，自由水與可溶性果膠、共價結合型果膠和半纖維素均顯著正相關。而不同桃品種間，T2弛豫時間的差異可能與品種間細胞壁多糖組分的質量分數(shù)和差異有關。因此，桃果實水分與細胞壁等之間的相關性因品種而異，但不同水分的存在狀態(tài)與果實質地和細胞壁組分有關。

‘肥城桃’果實貯藏期間，果實質地、水分狀態(tài)和細胞壁組分變化明顯，表現(xiàn)為自由水增多，流動性變大，與此同時細胞壁組分離子結合型果膠、共價結合型果膠、半纖維素和纖維素質量分數(shù)逐漸下降，這與茅林春等[16]和薛炳燁等[30]的研究結果相一致，表明隨著‘肥城桃’果實的后熟，細胞壁代謝相關酶的活性逐漸增強，從而導致纖維素和半纖維素的降解，以及離子型和共價結合型果膠向水溶性果膠轉化[31-32]。

4 結 論

本研究結果表明，桃果實不同品種間水分狀態(tài)和分布存在差異，果實水分狀態(tài)與質地力學特征、細胞壁組分之間存在相關性。桃果實半結合水與可溶性果膠和半纖維素顯著正相關，自由水與可溶性果膠、共價結合型果膠和半纖維素均呈顯著正相關，并且桃果實貯藏期間，果實硬度的下降與水分狀態(tài)和細胞壁組分的變化是同步進行的，隨著果實硬度快速下降、細胞壁降解，果實內(nèi)部結合水逐漸轉變?yōu)樽杂伤?。低場核磁共振技術可實現(xiàn)果實水分的快速檢測，其結果可用于預測桃果實質地的變化。