物流運輸振動對采后哈密瓜貯藏期軟化和細胞壁降解酶的影響

徐 斌，張 婷，潘 儼，王梓名，張連文，謝曉定

（1.新疆農業(yè)科學院農產品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091；2.天津商業(yè)大學，天津 300134；3.新疆工程學院，烏魯木齊 830023）

0 引言

【研究意義】新疆哈密瓜種植面積超過6.82×104hm2，年產量超過246.42×104t，其中外銷型哈密瓜約180×104t，占總量的72%[1]。目前哈密瓜外銷主要運輸方式還是以公路運輸為主，長距離的運輸及振動脅迫會促進哈密瓜的呼吸作用，加速果實衰老、腐爛?！厩叭搜芯窟M展】曾媛媛等[2]研究了長途運輸對哈密瓜貯藏品質的影響，發(fā)現(xiàn)運輸振動能夠加速哈密瓜的生理生化反應進而加快哈密瓜成熟衰老。周然等[3]研究了模擬不同等級道路運輸振動對哈密瓜軟化和果膠降解的影響，發(fā)現(xiàn)振動會加快哈密瓜貯藏期間果膠的降解，加速哈密瓜的生理軟化。徐斌等[4]研究了模擬運輸振動對不同堆高哈密瓜果實質地品質的影響，發(fā)現(xiàn)連續(xù)低頻振動4 d后哈密瓜果肉硬度下降較快，振動對頂層堆高哈密瓜果實硬度影響較大。潘儼[5]等研究發(fā)現(xiàn)底層堆裝果實運輸途中溫度高、發(fā)病率高，貨架期8 d后商品率明顯降低?！颈狙芯壳腥朦c】有關采后物流運輸振動對哈密瓜貯期果肉軟化和細胞壁降解酶的影響研究文獻較少。需研究采后振動對哈密瓜貯藏期軟化的影響?！緮M解決的關鍵問題】采用7 Hz低頻振動24 h，比較分析經過振動脅迫和沒有振動脅迫的哈密瓜，在貯藏期間整果達到破裂所需最大靜壓力及果肉硬度和細胞壁降解酶變化規(guī)律，分析低頻振動對哈密瓜果實貯藏過程中細胞壁降解酶的影響，為研究降低振動對哈密瓜品質損傷的方法提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選用哈密瓜于2020年8月25日采摘自五家渠市103團，品種為西州密17號。于開花后（55±2）d采摘，剔除病果、傷果、等外果，挑選果形大小相似，單果質量2.5～3.0 kg，可溶性固形物含量范圍在15.0%～18.0%，單果套發(fā)泡網(wǎng)裝入瓦楞紙箱內，3～4個瓜/箱，待測。

TBS-630型低頻振動試驗臺（蘇州蘇試試驗集團公司，規(guī)格：630×630×45 mm）；CMT6000系列電子萬能試驗機（深圳美特斯公司）；TMS-Pro多功能質構儀（美國FTC公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

果實采摘裝車后當天運往新疆農業(yè)科學院加工所，將挑選出來的果實分2組：振動處理組（ZD）；靜置對照組（CK）。將ZD組固定在振動平臺上，單層放置4箱，碼放3層共12箱。將振動平臺振動頻率調為7 Hz，連續(xù)振動24 h后置于室溫貯藏。CK組不經過振動直接在室溫貯藏。每隔5 d取樣測試，測試指標包括：整果破裂時承載最大壓力、果肉硬度、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-GAL）活性、纖維素酶（Cellulase，CEL）活性、果膠酯酶（Pectinesterase，PE）活性、多聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，PG）活性。

1.2.2 測定指標

（1）低頻振動。將振動組哈密瓜固定在振動平臺上，開機將振動平臺頻率調至7 Hz，連續(xù)振動24 h后關機，取下哈密瓜放置室溫貯藏。

（2）靜態(tài)壓縮。將待測瓜體水平放置壓縮試驗平臺，手動調整下壓探頭高度略高于瓜體表面，設定下壓速度2 mm/min，觀察位移/受力曲線，待果實裂開停止試驗，記錄壓裂時的最大承載力，每組試驗3次重復。

（3）硬度。將哈密瓜去皮，用Ф20 mm打孔器在瓜體赤道部位取圓柱形瓜樣。使用TMS-Pro質構儀，采用Ф75 mm的圓柱形探頭P/75測試瓜樣。測試參數(shù)：測前速度200 mm/min，測試速度60 mm/min，測后上行速度200 mm/min，果肉受壓形變百分量40%，兩次壓縮停頓時間為10 s，起始力為0.1 N。每組試驗做3次重復，由質地特征曲線得到評價哈密瓜果肉硬度。

（4）細胞壁降解酶活性。多聚半乳糖醛酸酶（PG）和纖維素酶（CEL）活性的測定方法參考Wei et al.[6]測540 nm吸光值，使用煮沸滅活后的粗酶液反應作為對照。PG酶活單位定義為每小時在37℃條件下催化多聚半乳糖醛酸產生1μg半乳糖醛酸所需的酶量。CEL酶活單位定義為每小時在37℃條件下催化羧甲基纖維素產生1 mg葡萄糖所需的酶量。使用考馬斯亮藍法測定樣品蛋白濃度，以牛血清蛋白制作標準曲線。果膠酯酶（PE）活性的測定參考Zhang et al.[7]的方法。取3 g果肉于研缽中，加入6 mL緩沖液（12%聚乙二醇，0.2%硫酸氫鈉）在冰上研磨。將勻漿倒入離心管中離心（12 000 g，15 min，4℃）。棄上清，離心管中加入6 mL0.2%的硫酸氫鈉水溶液?；靹蚝箅x心（12 000 g，10 min，4℃）。棄上清，沉淀用8 mL的提取液（7.5%氯化鈉，1%PVP）重懸，然后放置在4℃條件下4 h，期間不斷混勻。12 000 g離心20 min收集上清液用于酶活性的測定。反應液包含10 mL果膠溶液（1%），2 mL粗酶液。反應前用NaOH溶液將pH調至7.4。在37℃水浴鍋中反應1 h，期間不斷加入NaOH溶液使溶液pH維持在7.4。PE酶活單位定義為每小時在37℃條件下消耗1mmol NaOH所需的酶量。β-半乳糖苷酶（β-GAL）活性的測定參考張賢聰[8]方法，將0.5 mL 50 mmol/L乙酸緩沖液（pH=5.0）與底物0.18 mL16 mmol/L對硝基苯β-D-半乳糖苷混合，加入0.12 mL酶液后37℃震蕩90 min，結束后立即加入0.2 mL Na2CO3終止反應，與400 nm波長測量吸光度。制作一系列已知濃度的對硝基苯酚標準曲線，酶活單位定義為每克果肉鮮重每分鐘催化反應的產物毫摩爾數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2007軟件統(tǒng)計初始數(shù)據(jù)，以平均值±標準誤表示。顯著性使用SPSS20.0分析。雙樣本比較使用獨立樣本T檢驗，多樣本比較使用LSD-T檢驗分析，P＜0.05；用Sigmaplot12.0軟件進行整理繪圖。

2 結果與分析

2.1 受迫振動對哈密瓜果實最大壓力的影響

研究表明，西州密17號哈密瓜果實承受的最大壓力隨貯藏時間的延長而降低，在整個貯期內對照組和振動處理組果實承受的最大壓力均表現(xiàn)出先快速下降后緩慢下降的變化趨勢。果實承受的最大壓力無論是前期快速下降還是后期緩慢下降，振動處理組下降幅度更加明顯，在25 d時，對照組承受的最大壓力是振動組的1.75倍（P＜0.01），振動脅迫能夠顯著降低果實承受的最大壓力，加速果實軟化程度。圖1

圖1 哈密瓜果實最大壓力變化Fig.1 The change of Hami melon maximum pressure

2.2 受迫振動對哈密瓜果肉硬度的影響

研究表明，西州密17號哈密瓜果肉硬度隨貯藏時間延長呈下降趨勢，與果實承受最大壓力的變化趨勢相同。CK組與ZD組呈現(xiàn)較明顯的差異，CK組在貯藏前15 d果肉硬度下降緩慢，之后呈快速下降趨勢。振動處理組在貯藏前10 d，果肉硬度下降較快，之后5 d變化不明顯，貯藏15 d后出現(xiàn)快速下降的變化。在25 d時，對照組果肉硬度是振動處理組的5倍，振動處理對哈密瓜果肉硬度影響較大，加速了果肉硬度下降。圖2

圖2 哈密瓜果肉硬度變化Fig.2 The change of Hami melon pulp’s hardness

2.3 受迫振動對哈密瓜果肉PG活性的影響

研究表明，西州密17號哈密瓜在貯藏期果肉PG活性呈先升高后降低的趨勢，在第15 d出現(xiàn)了峰值，ZD組PG活性峰值顯著高于CK（P＜0.05），比CK高出0.1個酶活單位。貯藏15 d后，兩組果肉PG活均呈下降趨勢，ZD組下降緩慢且始終高于CK，振動脅迫可顯著提高果肉PG活性表達水平，加速果膠物質降解。圖3

圖3 哈密瓜果肉PG活性變化Fig.3 The change of Hami melon pulp’s PGactivity

2.4 受迫振動對哈密瓜果肉CEL活性的影響

研究表明，西州密17號哈密瓜果肉CEL活性在25 d貯藏期內呈先升高后降低的變化趨勢，與PG變化趨勢相似，ZD組果肉CEL活性在貯期內始終顯著高于CK組（P＜0.05）。在貯藏第15 d，兩組果肉CEL活性均達到峰值，ZD組是CK的1.3倍。貯藏15 d后，2組CEL活性開始下降，在第25 d，ZD組是CK的1.1倍。振動脅迫可顯著提升哈密瓜果肉CEL活性的表達。圖4

圖4 哈密瓜果肉CEL活性變化Fig.4 The change of Hami melon pulp’s CEL activity

2.5 受迫振動對哈密瓜果肉PE活性的影響

研究表明，果肉PE活性在貯期內呈先升高后降低的變化趨勢。貯藏前期兩組果肉PE活性存在顯著差異（P＜0.01），在第5 d、第10 d，ZD組果肉PE活性分別是CK組的1.5倍和1.2倍，從第15 d開始至貯期結束，2組果肉PE活性接近，差異不顯著。在貯藏前期，振動脅迫可顯著提升哈密瓜果肉PE活性，但貯藏后期，果肉PE活性的表達水平與振動脅迫的影響不大。圖5

圖5 哈密瓜果肉PE活性的變化Fig.5 The change of Hami melon pulp’s PE activity

2.6 受迫振動對哈密瓜果肉β-GAL活性的影響

研究表明，西州密17號哈密瓜在貯藏期內果肉β-GAL活性呈逐漸上升的變化趨勢，在貯藏前期，兩組果肉β-GAL活性存在差異但不顯著，貯藏后期，兩組果肉β-GAL活性沒有明顯差異。第10 d，ZD組果肉β-GAL活性是CK組的1.1倍，從第10d開始至貯期結束，2組果肉β-GAL活性表達水平相近，幾乎沒有差異，振動脅迫對哈密瓜貯藏期內果肉β-GAL活性影響不明顯。圖6

圖6 哈密瓜果肉β-GAL活性的變化Fig.6 The change of Hami melon pulp’sβ-GAL activity

3 討論

PG是一種果膠降解酶，是參與細胞壁降解的重要酶之一，可通過水解反應裂解連接兩個半乳糖醛酸的糖苷鍵[4]。PE可以催化果膠甲酯基的水解，導致果膠去甲酯化，使果膠更容易被PG降解[5]從而參與細胞壁的降解。β-GAL是一種可以降解β-D-半乳糖殘基的糖苷酶，在果實軟化過程中，β-GAL的底物主要為RG-I果膠半乳糖側鏈和有半乳糖殘基的木葡聚糖，β-GAL可通過降解具有支鏈的多聚醛酸使細胞壁組分變得不穩(wěn)定，從而促使細胞壁降解[6]。果實軟化的主要機制是果肉細胞胞間果膠質降解，細胞相互分離。在果實成熟過程中，原果膠不斷降解為可溶性果膠，細胞結構也隨之受損，胞間層電子密度降低，并且隨著微纖維絲間果膠和纖維素物質的溶解，微纖維絲結構變得松弛而軟化，細胞壁變薄，大量細胞壁結構消失，細胞變圓且趨于分散，果肉硬度隨之下降[5]。試驗發(fā)現(xiàn)，哈密瓜在貯藏過程中，果實所能承受最大壓力和果肉硬度隨著時間延長逐漸下降，而振動脅迫會顯著加快這種下降速率（P＜0.05），尤其在貯藏15 d后，振動脅迫對果實軟化的影響更加明顯。研究發(fā)現(xiàn)，在貯藏期間，PG和CEL活性變化趨勢相似，與對照組相比，振動脅迫顯著提升了果肉PG和CEL活性表達水平，PG是一種果膠降解酶，CEL是纖維素酶，西州密17號哈密瓜果實軟化速度與PG、CEL活性表達水平有關，PG、CEL活性水平高會加速果實細胞壁中的果膠、纖維素等多糖類物質降解，從而加快果肉軟化速度。振動脅迫對哈密瓜果肉PE活性的影響表現(xiàn)為，貯藏前期有顯著影響，貯藏后期尤其是15 d以后，無顯著影響。與對照組相比振動脅迫對哈密瓜果實貯藏期內β-GAL活性表達水平沒有顯著影響。

果實采后軟化是一種高度協(xié)同的不可逆轉的現(xiàn)象，涉及一系列生理、生化和感官品質的變化，這在呼吸躍變型果實中更加明顯，哈密瓜是典型的呼吸躍變型果實，采后后熟軟化現(xiàn)象嚴重，試驗設置了振動處理組和非振動處理組，測定了4種主要參與細胞壁降解的酶的活性，對比分析了振動脅迫對哈密瓜采后果實軟化的影響，振動脅迫是如何調控果實軟化作用機制尚需要進一步研究。

4 結論

西州密17號哈密瓜采后常溫貯藏期內，果實承受最大壓力和果肉硬度呈逐漸下降的變化趨勢，PG活性、CEL活性、PE活性均呈先升高后降低的變化趨勢，β-GAL活性呈逐漸升高的變化趨勢。振動脅迫可顯著降低果實的最大壓力和果肉硬度。振動脅迫可顯著提高果肉CEL活性表達水平，在貯藏前15 d，振動脅迫可顯著提高果肉PE活性表達水平，對貯藏后期的影響不明顯，振動脅迫可顯著提高貯藏后期果肉PG活性表達水平，振動脅迫對貯期果肉β-GAL活性影響不明顯。