天水花牛蘋果淀粉染色圖譜的建立

尹健，頡敏華,2，吳小華，王學(xué)喜，陳柏，王彥淳，王強強，張雯雯

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省果蔬貯藏加工技術(shù)創(chuàng)新中心，甘肅 蘭州 730070)

花牛蘋果，甘肅省天水市特產(chǎn)，系指產(chǎn)于該市大部分區(qū)域的元帥系優(yōu)良品種蘋果.隨著花牛蘋果種植規(guī)模的日益擴大，采收時產(chǎn)品成熟度不一致的問題嚴重影響花牛蘋果的產(chǎn)品品質(zhì)和商品流通.采收成熟度高低或采收期早晚是影響果實商品品質(zhì)和貯藏效果的關(guān)鍵要素.因此，確定適宜采收期對于花牛蘋果的商品銷售尤為重要[1].

大量研究表明，淀粉-碘染色法是一種簡便易行的判斷蘋果成熟度的有效方法.蘋果等園藝產(chǎn)品果實，成熟度較低時含有大量淀粉，隨著成熟度上升，果實體內(nèi)的淀粉逐步水解為可溶性糖類物質(zhì).碘能與淀粉發(fā)生反應(yīng)生成深藍至藍黑色化合物，與糖則無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，據(jù)此特性，研究人員對成熟度不一的蘋果果實橫切面逐個進行染色，建立淀粉-碘染色圖譜，以此作為確定蘋果成熟度的標準[2].使用淀粉-碘染色法作為判定不同品種蘋果成熟度的研究由來已久.1936年，Davis[3]的研究表明，利用未成熟的蘋果果實中含有大量未水解的淀粉能與碘發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成藍黑色化合物的特性，將不同成熟度蘋果果實橫切面的染色圖像分為9個級別建立淀粉-碘染色圖譜，從低到高依次指示蘋果果實成熟度，可以客觀指示蘋果成熟度.此后，有關(guān)淀粉-碘染色圖譜的研究不斷深入.Lau[4]發(fā)現(xiàn)，基于淀粉-碘染色圖譜得到的淀粉指數(shù)(SI)與蘋果果實淀粉含量呈負相關(guān)，與內(nèi)源乙烯含量呈正相關(guān).Smith[5]的研究顯示，低溫環(huán)境會加快蘋果果實淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，使得淀粉指數(shù)升高；提高試驗容量能使淀粉-碘染色圖譜更加準確的反映蘋果成熟度.目前國內(nèi)也已建立了多個品種的蘋果淀粉-碘染色圖譜，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域[7-15]，但是花牛蘋果生產(chǎn)上還缺乏簡單可靠的成熟度測定方法.為此,本試驗擬以天水地區(qū)主栽的俄矮2號和首紅蘋果為試驗材料,制作判斷其成熟度和采收期的淀粉-碘染色圖譜，以期對花牛蘋果的適時采收提供一定的理論參考.

1 材料與方法

1.1 材料與處理

在花牛蘋果果實采收前期對不同果園栽培管理和果實成熟度調(diào)研的基礎(chǔ)上，于2020年8～9月期間選定天水市麥積區(qū)中灘鎮(zhèn)九龍山潔通公司一管理水平中上等的果園開展試驗蘋果采摘.天水花牛蘋果成熟期一般為其盛花期后140～145 d，根據(jù)前期調(diào)研和果實生長發(fā)育期，在其成熟期前50 d左右，即從盛花期90 d后，每7～15 d進行一次采摘，每個采收期均從做好標記的固定10株有代表性的蘋果樹，隨機采摘大小均勻、顏色基本一致、無病蟲害、無機械傷的果實20 個.果實按要求采收后，當(dāng)天運回甘肅農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所實驗室，(20±1)℃恒溫2 h后，隨機取9 個果實測定基礎(chǔ)值采收直至蘋果淀粉基本水解完為止，試驗共分6 個采收期.

1.2 試劑儀器與指標測定

1.2.1 果實品質(zhì)指標測定 果實硬度測定：FT-327型手持硬度計測定，取果實赤道部位4個點去皮硬度的平均值.

可溶性固形物含量測定：使用PAL-1型數(shù)顯糖度儀測定.

可滴定酸含量的測定：使用GMK-855F 型酸度計測定.

抗壞血酸含量測定：參照曹建康[17]的方法，采用2,6-二氯酚靛酚法測定.

1.2.2 果實成熟衰老指標測定 呼吸速率測定：CA-10 型呼吸代謝測量系統(tǒng)測定，氣流法，氣體流速600 mL/min.

乙烯釋放速率測定：SP-3420 型氣相色譜儀測定，色譜條件：氫火焰檢測器；GDX-502型色譜柱，柱溫50 ℃；FID檢測室溫度240 ℃；載氣為N2，流速30 mL/min，外標法定量.

MDA含量測定：參照曹建康[17]的方法，采用硫代巴比妥酸法測定.

1.2.3 染色方法及淀粉指數(shù)計算 淀粉指數(shù)測定方法：(1)染色液制備.量取50 mL熱蒸餾水，加入8.8 g碘化鉀,攪拌至溶解后,加入2.2 g結(jié)晶碘,完全溶解后用蒸餾水稀釋至1 000 mL,均勻混合裝入棕色瓶內(nèi)，避光保存?zhèn)溆?(2)測試方法.將配置好的染色液倒入直徑12 cm玻璃培養(yǎng)皿中，染色液深5 mm左右.通過果心中部橫切果實,將帶果柄的一半的果實切面緩慢浸入染色液中，染色1 min后取出果實，然后重復(fù)下一個果實.染色結(jié)束后，將染色切面與Blanpied等的標準染色圖譜進行對照，按染色深度及圖形分別評定等級，按下式計算淀粉指數(shù) (SI).

SI=Σ(淀粉染色級數(shù)×該級果實數(shù)) /果實總數(shù)

淀粉染色圖譜制作方法：染色結(jié)束后，將染色樣品橫切面拍照并與Blanpied等制作的標準染色圖譜進行對照，觀察果實橫切面染色程度，進行淀粉指數(shù)計算.從得到的染色圖像中選取8個有代表性的果實染色切面分成0～7共8個等級，按染色程度由深至淺、染色面積由大到小的順序制作淀粉染色圖譜.

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與圖像處理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.使用Photoshop軟件進行蘋果淀粉染色圖譜制作.

2 結(jié)果與分析

2.1 花牛蘋果成熟過程中品質(zhì)指標變化

如圖1所示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的果實硬度、可滴定酸含量和抗壞血酸含量均呈整體下降趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的果實硬度分別為5.56 kg/cm2和6.01 kg/cm2，較第一次采收時下降26.94%和24.21%，可滴定酸含量分別為28.33%和30.67%，較第一次采收時下降28.59%和17.11%，抗壞血酸含量分別為6.67 mg/100g和6.14 mg/100g，較第一次采收時下降29.57%和31.17%.可溶性固形物含量呈整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的可溶性固形物含量分別為13.63%和14.07%，較第一次采收上升40.52%和45.50%.

圖1 花牛蘋果成熟過程中硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和抗壞血酸含量變化情況Figure 1 Changes of firmness,soluble solid content，titratable acid content and ascorbic acid content during ripening of Huaniu apple

2.2 花牛蘋果成熟過程中成熟衰老指標變化

采收初期俄矮2號和首紅的呼吸速率較低，隨著采收日期的推移，2個品種蘋果的呼吸速率整體均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(圖2).第3次采收時(即盛花期后113 d)，俄矮2號和首紅的呼吸速率分別上升至7.68 mg/(kg·h)和7.21 mg/(kg·h).至采收末期，2個品種蘋果的呼吸速率分別下降至4.81 mg/(kg·h)和3.76 mg/(kg·h)，下降幅度為37.37%和47.85%.花牛蘋果成熟過程中，乙烯釋放速率始終維持較低水平.在俄矮2號第4次采收(即盛花期后132 d)和首紅第五次采收(即盛花期后147 d)前，2個品種蘋果均未出現(xiàn)乙烯釋放，隨著采收日期的推移，2個品種蘋果的乙烯釋放速率呈現(xiàn)整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的乙烯釋放速率分別為1.32 μL/(kg·h)和2.06 μL/(kg·h).丙二醛含量呈整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的丙二醛含量分別為0.22 μmol/g和0.26 μmol/g，較第一次采收上升115.94%和152.91%.

2.3 花牛蘋果成熟過程中淀粉指數(shù)變化及其與各指標的相關(guān)性分析

如圖3所示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的淀粉指數(shù)均呈整體上升趨勢.采收前期，2個品種蘋果的淀粉指數(shù)上升較慢，淀粉指數(shù)也較低，至第4次采收(即盛花期后132 d)時，淀粉指數(shù)快速上升.第6次采收(即盛花期后155 d)時，俄矮2號和首紅的淀粉指數(shù)達到最高，分別為5.83和5.56.

圖2 花牛蘋果成熟過程中呼吸速率、乙烯釋放速率和丙二醛含量變化情況Figure 2 Changes of respiration rate，ethylene release rate and malondialdehyde content during ripening of Huaniu apple

表1 花牛蘋果成熟過程中品質(zhì)指標的變化及其與淀粉指數(shù)的相關(guān)性

表2 花牛蘋果成熟過程中成熟衰老指標的變化及其與淀粉指數(shù)的相關(guān)性

根據(jù)表1～2淀粉指數(shù)相關(guān)性分析顯示，2個品種蘋果成熟過程中淀粉指數(shù)與其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗壞血酸含量、乙烯釋放速率和丙二醛含量均呈顯著或極顯著相關(guān)，兩個品種蘋果的淀粉指數(shù)與其呼吸速率無顯著相關(guān)性.

圖3 花牛蘋果成熟過程中淀粉指數(shù)變化情況Figure 3 Changes of SI of Huaniu apple

2.4 俄矮2號和首紅的淀粉染色圖譜

經(jīng)碘-碘化鉀染色液浸染的果實切面，黑色區(qū)域表示仍有淀粉存在，白色區(qū)域表示淀粉已經(jīng)水解為糖.染色液中的碘可與果實切面中的淀粉發(fā)生反應(yīng)生成藍黑色化合物，而淀粉水解生成的可溶性糖類物質(zhì)不與碘發(fā)生反應(yīng).據(jù)此特性，結(jié)合前人研究，從得到的染色圖像中選取8個有代表性的果實染色切面分成0～7共8個等級，按染色程度由深至淺、染色面積由大到小的順序制作淀粉染色圖譜.其中0～2級為果肉區(qū)域全部染色，果心區(qū)域100%，50%和0%面積染色，3～7級為果肉區(qū)域20%，40%，60%，80%，100%面積染色.如圖4所示，俄矮2號和首紅的淀粉染色圖譜，雖有細微差別，但染色變化趨勢基本一致.結(jié)合圖譜與品質(zhì)指標分析可知，天水地區(qū)花牛蘋果，俄矮2號和首紅品種應(yīng)在淀粉染色等級為3.5(即9月27日，盛花后 147 d)采收.

A： 俄矮2號；B：首紅.A：Oregon Spur 2;B：Red Chief Delicious.圖4 花牛蘋果果實切面淀粉染色圖譜Figure 4 Starch atlas of Huaniu apple fruit section

3 討論

果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸是蘋果的重要感官品質(zhì)指標，與其商品價值有密切關(guān)系.有研究表明，蘋果在其成熟過程中，多聚半乳糖醛酸酶(PG)和和纖維素酶(CX)會將果實體內(nèi)的多聚半乳糖酸和纖維素降解，促使細胞壁解體，進而導(dǎo)致果實軟化[17-18].本研究結(jié)果表明，俄矮2號和首紅蘋果在其成熟過程中，果實硬度整體呈下降趨勢，這與前人研究相一致.秦靜遠[19]的研究表明，在果實成熟過程中，果實的可溶性糖含量隨著淀粉的水解而升高，呼吸作用的增強使有機酸分解.本研究結(jié)果表明，俄矮2號和首紅蘋果在其成熟過程中，可溶性固形物含量明顯升高，可滴定酸含量則呈下降趨勢，這與前人研究相一致，說明過早采收的花牛蘋果果實品質(zhì)較差，不利于產(chǎn)品銷售.張坤[20]的研究顯示，果實成熟度較低水平下不同采收期瓦里短枝蘋果，可滴定酸含量變化不顯著.本研究結(jié)果顯示，不同采收期的俄矮2號和首紅蘋果，抗壞血酸含量差異均顯著，這可能與不同采收期之間間隔時間長短有關(guān)[6].

呼吸作用與乙烯釋放是果蔬產(chǎn)品發(fā)育成熟期重要的生理代謝活動，也是衡量果蔬產(chǎn)品成熟度的重要指標.王志華[16]的研究表明，呼吸代謝高峰時間隨著采收期的推遲而提前，加速細胞壁水解和膜脂過氧化作用產(chǎn)物的生成.本研究顯示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的乙烯釋放速率和丙二醛含量呈整體上升趨勢，這與前人的研究相一致，說明過晚采收會加快花牛蘋果生理衰老進程，提前果實品質(zhì)劣變的時間.此外，以不同方式貯藏的花牛蘋果，適宜采收期也有不同.因此在生產(chǎn)實踐中應(yīng)對不同貯藏方式確定不同的淀粉指數(shù)用以確定最佳采收期.

4 結(jié)論

結(jié)果表明，隨著果實成熟度的增加，俄矮2號和首紅的淀粉指數(shù)均呈整體上升趨勢.2個品種蘋果成熟過程中淀粉指數(shù)與其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗壞血酸含量、乙烯釋放速率和丙二醛含量均呈顯著或極顯著相關(guān)，淀粉指數(shù)可以客觀反映蘋果成熟度.根據(jù)上述結(jié)論，本研究制作了花牛蘋果淀粉染色圖譜.依據(jù)染色圖譜，用于長期貯藏的天水地區(qū)花牛蘋果應(yīng)于平均淀粉指數(shù)3.5左右采收.