運(yùn)輸過程中振動(dòng)對(duì)哈密瓜的機(jī)械損傷和貯藏品質(zhì)的影響

紀(jì) 鋒，李志元，尚志勇，張連文

(1.新疆工程學(xué)院數(shù)理學(xué)院，烏魯木齊 830023; 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】運(yùn)輸過程中的振動(dòng)是造成果蔬機(jī)械損傷的重要因素[1]。果蔬在實(shí)際的運(yùn)輸中會(huì)因?yàn)檠b卸、搬運(yùn)、以及不良運(yùn)輸?shù)缆范a(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。運(yùn)輸振動(dòng)不僅會(huì)造成果實(shí)的機(jī)械損傷，使得水果的外觀遭受破壞，而且還會(huì)進(jìn)一步加速果實(shí)內(nèi)部的腐敗速度。通過模擬運(yùn)輸振動(dòng)條件，研究振動(dòng)對(duì)哈密瓜貯藏品質(zhì)的影響顯得十分必要。【前人研究進(jìn)展】不同于香蕉、杏子等水果，哈密瓜在采收時(shí)要求的成熟度往往達(dá)八成以上，運(yùn)輸過程的振動(dòng)會(huì)使哈密瓜的表皮遭受撞擊，在貯運(yùn)環(huán)節(jié)會(huì)伴隨著商品腐爛率高、品質(zhì)下降等問題[2]。振動(dòng)會(huì)加快哈密瓜的呼吸速率，增加它的后熟作用，破壞細(xì)胞膜完整性，加快哈密瓜的衰老[3]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】振動(dòng)同樣會(huì)影響果實(shí)貯藏期間的水解酶活性，加快細(xì)胞壁組織的解體和果實(shí)硬度的下降，導(dǎo)致水果在儲(chǔ)藏過程中水分的散失和組織的潰爛[4-6]。目前，關(guān)于運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜細(xì)胞壁降解從而影響果實(shí)硬度的研究鮮見報(bào)道。有必要研究減輕哈密瓜機(jī)械損傷、改善貯藏品質(zhì)的方法。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗(yàn)設(shè)計(jì)6種振動(dòng)處理方式，分析哈密瓜在振動(dòng)條件下細(xì)胞壁內(nèi)降解酶活性、細(xì)胞壁主要成分果膠與果實(shí)腐敗的關(guān)系，為尋找減輕運(yùn)輸振動(dòng)逆境對(duì)哈密瓜貯藏品質(zhì)影響的方法提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 哈密瓜

供試哈密瓜品種為西州密25號(hào)，購于新疆烏魯木齊市北園春市場。單果質(zhì)量約為2 kg。選取大小均勻、成熟度相近的哈密瓜供試驗(yàn)使用。

1.1.2 試劑與儀器設(shè)備

PE保鮮袋是由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所提供(規(guī)格：26.5 cm×23.5 cm×25 μm)。草酸、淀粉、純碘(分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)。

供試儀器設(shè)備：T3000Y電子天平(美國雙杰兄弟集團(tuán)有限公司)；FYL-YS-281L型智能寬溫恒溫設(shè)備(北京福意聯(lián)醫(yī)療設(shè)備有限公司)；德克SDW-1431溫濕度記錄儀(溫州艾佰測控科技有限公司)；Galileo雙室真空包裝機(jī)(上海工洲閥門有限公司)。冷藏運(yùn)輸模擬試驗(yàn)臺(tái)(新疆農(nóng)科院)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年6月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。將購買的哈密瓜用PE保鮮膜分裝后隨即分為7組進(jìn)行接下來的試驗(yàn)，一組不做任何處理，記為CK，一組進(jìn)行振動(dòng)處理。將哈密瓜放入振動(dòng)臺(tái)，分別裝入筐中進(jìn)行不同裝筐量處理。處理1、處理2、處理3分別為裝半筐條件下振動(dòng)2、4、6 h，記為T1、T2、T3。處理4、處理5、處理6分別為裝全筐條件下振動(dòng)2、4、6 h，記T4、T5、T6。振動(dòng)結(jié)束后將哈密瓜于15℃條件下貯藏，每天測定相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)處理重復(fù)3次。設(shè)置振動(dòng)參數(shù)頻率50 次/min，上下方向加速度為4.9 m/s2，左右方向加速度為1.96 m/s2，前后方向加速度為1.96 m/s2。振幅為3.5 cm[7]。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 腐爛率及商品率

以楊軍等[2]方法測定腐爛率。根據(jù)哈密瓜表面腐爛面積的大小，將哈密瓜的腐爛程度劃分為4級(jí)。0級(jí)：果實(shí)表面光澤，無腐爛跡象，可正常銷售；1級(jí)：腐爛面積<5%，表面輕微腐敗，不影響銷售；2級(jí)：腐爛面積達(dá)6%～15%；3級(jí)，腐爛面積達(dá)16%～25%，有明顯酸臭味，腐敗嚴(yán)重。

果實(shí)腐爛指數(shù)=∑(果實(shí)腐爛級(jí)別個(gè)數(shù))/調(diào)查果數(shù)總數(shù)。

果實(shí)商品率(%)=(0級(jí)+1級(jí))果實(shí)數(shù)量/調(diào)查果總數(shù)100%。

1.2.2.2 失重率

參照王士奎等[8]和寇興凱等[9]方法統(tǒng)計(jì)失重率。采用稱重法，取出貯藏后的哈密瓜，將其質(zhì)量記為M1，再與初始質(zhì)量M0作差即得失重率。

失重率=(M0-M1)/M0×100%.

1.2.2.3 可溶性固形物

采用折射儀法測定(%)。

1.2.2.4 硬度

使用GY-3硬度計(jì)進(jìn)行果實(shí)硬度測定(kg/cm2)。

1.2.2.5 機(jī)械損傷

將哈密瓜置于25℃環(huán)境下保存，從各個(gè)處理中各隨機(jī)選取10個(gè)果實(shí)。將照片傳入電腦，用Leica QWin軟件(英國Leica微觀成像公司)計(jì)算哈密瓜的損傷面積百分率。同時(shí)，對(duì)各組試驗(yàn)中哈密瓜表面的損傷數(shù)計(jì)數(shù),每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2.2.6 果膠甲酯酶(PE)活性、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、原果膠含量、總果膠含量

采用Nagel等[10]方法測定PE酶活性，采用Deng等[11]的方法測定PG酶活性。在1 min釋放出1 μmol的CH3O-作為PE的1個(gè)酶單位。以1 h水解1 μmol半乳糖醛酸為PG的1個(gè)酶單位。比活力單位為每克果肉所含酶活力單位(U/g)。原果膠和總果膠的含量根據(jù)方建雄等[12]方法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析，運(yùn)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 振動(dòng)對(duì)哈密瓜腐爛指數(shù)和商品率的影響

研究表明，隨著采收后天數(shù)的增加，不同處理下的腐爛指數(shù)整體呈逐漸上升的趨勢(shì)，而商品率卻處于一直下降的態(tài)勢(shì)。與對(duì)照相比，所有半筐或是全筐振動(dòng)處理均可顯著增加哈密瓜在運(yùn)輸后的腐爛指數(shù)(P<0.05)，并以此降低了哈密瓜的商品率，直到采收后12 d，半筐處理6 h后的商品率下降到最低，為70.00%。在采收后的9 d內(nèi)，3個(gè)半筐振動(dòng)處理下的腐爛指數(shù)均顯著高于全筐處理(P<0.05)，且商品率較低。圖1，圖2

圖2 不同振動(dòng)處理下哈密瓜商品率變化Fig 2 The effect of vibration on the commodity rate of Hami melon

2.2 振動(dòng)對(duì)哈密瓜失重率、可溶性固形物和硬度的影響

研究表明，果實(shí)失重率隨著采后處理天數(shù)的增加而呈逐漸增加的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，全筐振動(dòng)處理和半筐振動(dòng)處理均會(huì)顯著增加采后果實(shí)的失重率(P<0.05)，且與全筐的包裝方式相比，半筐的包裝方式在振動(dòng)處理下的失重效果更顯著(P<0.05)。圖3

在采后12 d內(nèi)，各個(gè)處理的哈密瓜的可溶性固形物含量在13.91%～16.52%，總體變化趨勢(shì)并不明顯。然而，隨著采后時(shí)間的推移，哈密瓜的可溶性固形物含量受到半筐振動(dòng)處理的影響，從采后的第3 d開始，始終顯著低于對(duì)照處理(P<0.05)。全筐振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜采后的可溶性固形物含量影響并不顯著(P>0.05)。圖4

圖3 不同振動(dòng)處理下哈密瓜失重率變化Fig 3 The effect of vibration on the weight loss rate of Hami melon

圖4 不同振動(dòng)處理下哈密瓜可溶性固形物變化Fig 4 The effect of vibration on the soluble solids of Hami melon

隨著時(shí)間的推移，各處理的哈密瓜硬度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。采收后3 d后，6個(gè)振動(dòng)處理均顯著降低了哈密瓜的硬度(P<0.05)。同樣，哈密瓜在半筐包裝方式持續(xù)振動(dòng)6 h，且在采收12 d時(shí)的硬度降到最低點(diǎn)，相比對(duì)照降低了12.64%。在采后3～12 d，半筐處理的包裝方式均顯著低于全筐處理的硬度(P<0.05)。圖5

圖5 不同振動(dòng)處理下哈密瓜硬度變化Fig 5 The effect of vibration on the hardness of Hami melon

2.3 振動(dòng)對(duì)哈密瓜表面機(jī)械損傷的影響

研究表明，振動(dòng)處理顯著的增加每個(gè)哈密瓜的平均機(jī)械損傷數(shù)量和損傷面積(P<0.05)，單果平均損傷數(shù)最高可達(dá)4.65 g/個(gè)，損傷面積最高為4.34%。哈密瓜的機(jī)械損傷數(shù)和損傷面積與振動(dòng)處理時(shí)間呈正相關(guān)，且半筐振動(dòng)處理方式較全筐振動(dòng)方式使哈密瓜的機(jī)械損傷更為嚴(yán)重。降低振動(dòng)時(shí)間并制定合理的包裝方式可能是改善哈密瓜貯運(yùn)的有效手段。表1

表1 不同振動(dòng)處理下哈密瓜機(jī)械損傷變化Table 1 The effect of vibration on the mechanical damage of Hami melon.

2.4 振動(dòng)對(duì)哈密瓜原果膠和總果膠含量的影響

研究表明，隨著采收時(shí)間的增加，哈密瓜的果膠含量呈逐漸下降的趨勢(shì)。與對(duì)照相比，哈密瓜中原果膠含量在不同振動(dòng)處理后顯著下降(P<0.05)。采后12 d后，各個(gè)處理的哈密瓜的原果膠含量變化范圍在0.62～2.13 mg/g。此外，相對(duì)于振動(dòng)2 h、4 h處理，振動(dòng)處理時(shí)間在6 h時(shí)的原果膠含量大幅下降(P<0.05)，振動(dòng)時(shí)間過長會(huì)進(jìn)一步加重哈密瓜原果膠含量的流失。

不同振動(dòng)處理下的哈密瓜總果膠含量。隨著采收時(shí)間的增加，哈密瓜的總果膠含量逐漸下降。與原果膠相似，振動(dòng)處理后的哈密瓜總果膠同樣顯著下降(P<0.05)。哈密瓜原果膠的變化趨勢(shì)是反映總果膠含量變化的重要指標(biāo)，在哈密瓜的貯運(yùn)中，把握好振動(dòng)時(shí)長是保護(hù)哈密瓜品質(zhì)的重要舉措。在采后6 d內(nèi)，2 h的振動(dòng)處理對(duì)果膠含量的抑制率低于其他處理，但隨著時(shí)間的推移，總果膠含量仍會(huì)持續(xù)降低。圖6，圖7

圖6 不同振動(dòng)處理下哈密瓜原果膠含量變化Fig 6 The effect of vibration on the raw pectin content of Hami melon

圖7 不同振動(dòng)處理下哈密瓜總果膠含量變化Fig 7 The effect of vibration on the total pectin content of Hami melon

2.5 振動(dòng)對(duì)哈密瓜PE酶和PG酶含量的影響

研究表明，在采后0～9 d內(nèi)，哈密瓜的PE酶含量逐漸增加，并在采后9 d時(shí)達(dá)到峰值。在采后9 d后，哈密瓜的PE酶含量又開始降低。6個(gè)振動(dòng)處理在采收后3～12 d內(nèi)會(huì)顯著的增大哈密瓜的PE酶(P<0.05)。此外，在采后12 d內(nèi)，各個(gè)處理的哈密瓜PE酶變化范圍在2.45～13.05 mg/g。果實(shí)在采后6～9 d內(nèi)，哈密瓜的PE酶含量快速上升。在采后9 d后，2、4、6 h的3個(gè)半筐振動(dòng)處理會(huì)顯著高于其它3個(gè)全筐振動(dòng)處理(P<0.05)，半筐振動(dòng)處理會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)PE酶的積累，加速果實(shí)的損傷。圖8

哈密瓜在不同振動(dòng)處理下的PG酶的變化情況。在哈密瓜采后12 d內(nèi)，各個(gè)處理的哈密瓜的PG酶含量變化范圍在0.13～1.43 mg/g。而6個(gè)振動(dòng)處理在采收后3～12 d內(nèi)均會(huì)顯著的促進(jìn)哈密瓜的PG酶的積累(P<0.05)。與果膠脂酶相似，在采后0～9 d內(nèi)，哈密瓜的PG酶含量逐漸增加，并在采收后9 d達(dá)到峰值，隨后開始快速下降。相對(duì)于同等時(shí)長的振動(dòng)處理，半筐處理較全筐處理的PG酶的含量積累量更大。隨著哈密瓜的振動(dòng)處理時(shí)間增加，PG酶的積累也隨之增加。圖9

圖8 不同振動(dòng)處理下哈密瓜果膠脂酶變化Fig 8 The effect of vibration on Hami melon pectin lipase

圖9 不同振動(dòng)處理下哈密瓜PG酶變化Fig 9 The effect of vibration on Hami melon polygalacturonase

3 討 論

果實(shí)在運(yùn)輸過程中的振動(dòng)強(qiáng)度及振動(dòng)時(shí)間是誘發(fā)果實(shí)發(fā)生腐爛的重要外因，該類研究已經(jīng)在梨[13]、蘋果[14]、藍(lán)莓[15]等水果中得到證實(shí)。研究認(rèn)為，運(yùn)輸過程中振動(dòng)加速度是造成果實(shí)機(jī)械損傷的重要形成因素[16]。研究中半筐與全筐的振動(dòng)處理的形成的加速度是不同的，哈密瓜的包裝方式為半筐時(shí)會(huì)增加果實(shí)振動(dòng)上下的波動(dòng)強(qiáng)度，使加速度增大，果實(shí)間的作用力增大[17]。與此同時(shí)，果實(shí)在采后無法從外界獲取更多營養(yǎng)物質(zhì)，因此，采后果實(shí)任何程度的呼吸作用必然會(huì)加速果實(shí)機(jī)體的營養(yǎng)物質(zhì)損耗，最終加速貯藏過程中果實(shí)的成熟和衰老，且伴隨著微生物的入侵加劇了哈密瓜的腐爛指數(shù)和商品率不斷下降[18]。振動(dòng)因素對(duì)哈密瓜品質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在降低果實(shí)硬度，失重率增加，可溶性固形物下降，果膠含量下降等。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，哈密瓜在貯藏的過程中成熟度會(huì)不斷增加，而在運(yùn)輸過程中的振動(dòng)會(huì)進(jìn)一步的促進(jìn)哈密瓜的生理軟化。其中在半筐包裝條件下振動(dòng)6 h處理對(duì)哈密瓜的促進(jìn)效果更為顯著，且隨著時(shí)間的推移這種軟化作用逐漸增強(qiáng)，這是因?yàn)殡S著果實(shí)的成熟度增加，總果膠和原果膠含量的積累量開始下降。振動(dòng)造成的損傷越嚴(yán)重，果膠物質(zhì)損失的速度越快，進(jìn)而使果實(shí)內(nèi)部質(zhì)構(gòu)發(fā)生變化[19]。

果實(shí)軟化伴隨的便是果肉細(xì)胞胞間果膠質(zhì)的分離。此時(shí)初生壁發(fā)生解體，細(xì)胞黏合力降低，細(xì)胞開始分區(qū)而導(dǎo)致膨壓逐漸消失，造成果實(shí)硬度下降，進(jìn)一步促進(jìn)果實(shí)軟化，加劇腐爛速度，降低果實(shí)的商品率[20]。果實(shí)硬度的降低與果膠的降解關(guān)系密切。此外，細(xì)胞壁的降解是反映果實(shí)硬度降低和品質(zhì)發(fā)生改變的重要表現(xiàn)。研究證明，細(xì)胞壁的降解與細(xì)胞壁降解相關(guān)酶活性的變化密切相關(guān)[21]。其中PE酶和PG酶參與果實(shí)細(xì)胞壁成分果膠的分解。首先，在PE酶的作用下果膠的甲氧基基團(tuán)被脫去，而PG酶則繼續(xù)以PE酶發(fā)生作用后的產(chǎn)物為底物，多聚半乳糖醛酸中的α-1, 4-D-半乳糖苷鍵以及果膠分子被分解為小分子物質(zhì)[22-24]。PG酶降解甲氧基果膠的活性比降解脫甲氧基果膠活性小[25]，因而PE酶會(huì)影響PG酶對(duì)細(xì)胞壁果膠物質(zhì)的敏感度。在采后的12 d里，哈密瓜的PG酶的變化趨勢(shì)與上述研究的變化趨勢(shì)是一致的。這說明與細(xì)胞壁降解相關(guān)的酶活性會(huì)隨時(shí)間的累計(jì)而不斷增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)的生理變化過程不斷加快，進(jìn)一步導(dǎo)致哈密瓜中的不溶性果膠可能逐漸分別為水溶性果膠，因而細(xì)胞壁變薄、原生質(zhì)層、細(xì)胞質(zhì)粘稠度逐漸消失，果實(shí)細(xì)胞開始進(jìn)一步成熟和軟化。

運(yùn)輸過程中，哈密瓜往往伴隨著擠壓、摩擦、碰撞、沖擊等外界壓力條件，當(dāng)果實(shí)本身反復(fù)的遭受外界的損害時(shí)，細(xì)胞間的連接力與細(xì)胞間的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈變化，這會(huì)加劇果實(shí)的脆性和塑性損傷，加速果實(shí)內(nèi)部的腐敗[26]。哈密瓜經(jīng)過6 h的半筐振動(dòng)處理后，果實(shí)硬度的下降速度顯著加快。對(duì)哈密瓜進(jìn)行貯藏后，受損的哈密瓜細(xì)胞壁中的果膠從不溶性果膠降解為可溶性果膠的速度也隨之加強(qiáng)。振動(dòng)運(yùn)輸加速了哈密瓜的生理生化反應(yīng)，酶活性進(jìn)一步加強(qiáng)，原果膠降解效率增強(qiáng)，促進(jìn)了果實(shí)成熟軟化。

4 結(jié) 論

4.1運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜造成的機(jī)械損傷不但影響了哈密瓜的外觀品質(zhì)，而且使哈密瓜在貯藏第9 d時(shí)PE酶活性和PG酶活性分別增加4.04和2.76倍，造成細(xì)胞壁主要成分果膠的流失，導(dǎo)致哈密瓜的快速軟化。

4.2各振動(dòng)處理水平均降低了運(yùn)輸后哈密瓜的商品率，且振動(dòng)時(shí)間在6 h時(shí)，哈密瓜的商品率最低。半筐振動(dòng)處理與全筐振動(dòng)處理給哈密瓜帶來的機(jī)械損傷是不同的。半筐振動(dòng)處理?xiàng)l件對(duì)哈密瓜造成的機(jī)械損傷顯著高于全筐振動(dòng)處理(P<0.05)，可溶性固形物下降，果皮損傷面積較大，失重率增加，硬度較小，商品率更低。全筐的包裝方式更利于增加哈密瓜的商業(yè)價(jià)值。