不同厚度PE 袋對(duì)冷鏈物流過程中荔枝褐變的影響

王淋靚，劉帥民，馮春梅, ，朱 毅，黎新榮，檀業(yè)維，陳蕊蕊

（1.廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所，廣西南寧 530001；2.海南大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，海南?？?570228）

荔枝（Litchi chinensisSonn）是屬于無患子科荔枝屬的亞熱帶常綠果樹，因其果實(shí)誘人的紅色外觀、鮮美的風(fēng)味和宜人的香氣在國內(nèi)外市場(chǎng)頗受歡迎[1?2]。中國大陸是全球最大規(guī)模的荔枝生產(chǎn)區(qū)域，產(chǎn)量約占全球荔枝產(chǎn)量的61.34%[3]。然而采后荔枝由于旺盛的呼吸速率，在環(huán)境溫度下放置2～3 d，就會(huì)導(dǎo)致果皮出現(xiàn)褐變和腐爛等現(xiàn)象，對(duì)其外觀品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響，并最終降低其商業(yè)價(jià)值[2?5]。失水/干燥被認(rèn)為是導(dǎo)致荔枝果皮褐變的主要原因之一，果皮組織干燥最終可以導(dǎo)致果皮酚類物質(zhì)與多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）和過氧化物酶（Peroxidase，POD）直接接觸氧化，最終導(dǎo)致果皮褐變[2,5]。目前，已經(jīng)研究了多種方法用于控制荔枝果實(shí)的褐變和衰老，包括增強(qiáng)苯丙氨酸解氨途徑、抑制能量代謝[2]；降低呼吸速率、延緩膜損傷[5]等。然而隨著電子商務(wù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深入，受價(jià)格和利潤的驅(qū)使，為提高適銷果比率“土法”冷鏈物流模式（常溫運(yùn)輸車+泡沫箱+冰塊）在電商渠道規(guī)模逐漸擴(kuò)大[6]。但由于相關(guān)的冷鏈體系不完善，包裝技術(shù)不成熟，80%以上的荔枝還是只能集中在產(chǎn)地及周邊市場(chǎng)銷售[1,7]。

聚乙烯（Polyethene，簡稱PE）袋是目前包裝袋中使用量最大的一種保鮮膜，主要優(yōu)點(diǎn)在于其加工成型方便，韌性強(qiáng)、防潮性和熱封性能良好，透氣性大等，并能通過調(diào)節(jié)果實(shí)微環(huán)境氣體條件實(shí)現(xiàn)自發(fā)氣調(diào)包裝（Modified atmosphere package，MAP）以增強(qiáng)保鮮效果[8?9]。因其操作簡單、價(jià)格低廉、易于推廣等優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)外在龍眼[10]、水蘿卜[11]、平菇[12]、核桃[9]等水果或蔬菜中得到廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際冷鏈物流中應(yīng)用PE 膜對(duì)采后荔枝果皮褐變和脂膜氧化機(jī)制的評(píng)價(jià)相對(duì)缺乏。

本研究探索應(yīng)用PE10（10 μm）、PE20（20 μm）及PE30（30 μm）3 種不同厚度PE 袋包裝‘雞嘴荔’果實(shí)，結(jié)合冰袋模擬物流包裝，研究不同PE 袋對(duì)采后荔枝在當(dāng)前冷鏈物流體系不完善情況下的保鮮效果。具體分析側(cè)重于果實(shí)褐變，膜脂過氧化等，以期獲得適宜當(dāng)前冷鏈物流情況的PE 包裝厚度，為生產(chǎn)上探尋簡易、高效的荔枝保鮮物流技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試‘雞嘴荔’荔枝 采摘自欽州市浦北縣荔枝園，采摘后于當(dāng)天立即運(yùn)回果蔬保鮮實(shí)驗(yàn)室，挑選大小和成熟度（八成熟）一致，且無病蟲害及機(jī)械傷的果實(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；施保功 美國富美實(shí)公司；L-苯丙氨酸、肉桂酸酯、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚 北京索萊寶科技有限公司；其他所用試劑皆為分析純。

PE10:0.01 mm PE 袋、PE20:0.02 mm PE 袋、PE30:0.03 mm PE袋廣西方彩新材料有限公司公司；3 kg 的泡沫箱、冰袋 南寧廣順包裝有限公司；MinoltaCR 400 色差儀 柯尼卡美能達(dá)傳感公司；FJ200-S 數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī) 上海標(biāo)本模型廠；TG16-W 微量高速離心機(jī) 美國Agilent 科技有限公司；SpectraMax 190 全波長酶標(biāo)儀 美國MD 分子儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 荔枝包裝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 將供試?yán)笾τ?00 mg/L的施保功浸泡2 min 進(jìn)行滅菌處理，隨機(jī)分組后用不同厚度PE 袋封裝：PE10，PE20，PE30，每袋0.5 kg進(jìn)行分裝（預(yù)實(shí)驗(yàn)分為不加包裝、30 μm PE、60 μm PE 和90 μm PE 袋包裝，通過觀察褐變跟腐爛率不加包裝跟30 μm 效果較好）。模擬電商儲(chǔ)運(yùn)條件，用泡沫箱加上冰塊常溫25 ℃貯藏。為了減少開箱取樣造成的影響，每一組處理分裝成5 箱，每箱2.5 kg，每隔2 d 分別對(duì)處理組和對(duì)照組的果實(shí)褐變指數(shù)、適銷果比率、色澤和相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定，褐變指數(shù)、適銷果比率每個(gè)生物學(xué)重復(fù)為45 個(gè)果實(shí)，色澤和相對(duì)電導(dǎo)率每個(gè)生物學(xué)重復(fù)15 個(gè)果實(shí)，所有實(shí)驗(yàn)平行3 次。與此同時(shí)，每個(gè)處理組果實(shí)進(jìn)行果皮取樣，用液氮速凍并搗碎，貯存于?80 ℃冰箱中以供后續(xù)生化指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2 褐變指數(shù)和適銷果比率分析 褐變指數(shù)和適銷果比率評(píng)定參照J(rèn)iang 等[4]的方法，荔枝果皮褐變通過目測(cè)評(píng)價(jià)每個(gè)果實(shí)表面褐變面積占總面積的比例，并將其分為五個(gè)等級(jí)：0=無褐變；1=輕微褐變（<5%）；2=<1/4 褐變；3=1/4 至1/2 褐變；4=>1/2 褐變。褐變指數(shù)計(jì)算為=∑（每類對(duì)應(yīng)果實(shí)褐變等級(jí)×對(duì)應(yīng)果實(shí)個(gè)數(shù)）/（4×果實(shí)總數(shù)）。通過計(jì)算未褐變的果實(shí)（褐變比例=0）相對(duì)于總果實(shí)數(shù)的比例來確定適銷果比率。

1.2.3 果實(shí)色澤分析 果實(shí)色澤使用色差儀測(cè)定，根據(jù)CIE 系統(tǒng)提供L*、a*和b*值。L*值代表亮度。a*正值表示紅色，負(fù)值表示綠色。b*正值表示黃色，b*負(fù)值表示藍(lán)色。在赤道軸上的2 個(gè)等距點(diǎn)進(jìn)行了兩次測(cè)量。每個(gè)處理進(jìn)行3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)包含15 個(gè)果實(shí)。

1.2.4 花青素含量和苯丙氨酸氨裂解酶（Phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性分析 果皮中總花青素含量參照Zhang 等[13]所述的pH 差值法測(cè)定。取5 g 冷凍果皮組織加入45 mL HCl（0.1 mol/L）于25 ℃水浴中震蕩提取24 h。之后分別加入2.5 mL HCl 緩沖溶液（0.4 mol/L，pH1.0）和2.5 mL Na2HPO4緩沖溶液（0.4 mol/L，pH5.0）來稀釋0.5 mL 提取物的等分試樣。在510 nm 處測(cè)量每種混合物的吸光度，并計(jì)算混合物在pH1.0 和5.0 下的吸光度之間的差異?；ㄇ嗨睾客ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)品繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算，單位以mg/g 鮮重（FW）表示。

PAL 活性測(cè)定參照Assis 等[14]的方法，解凍后果皮樣品（2.0 g）加入20 mL 預(yù)冷的硼酸-硼砂提取緩沖液（pH8.8），均質(zhì)勻漿后，于4 ℃、17000×g 離心30 min，收集上清液即為粗酶提取液，試管中加入3 mL 硼酸-硼砂緩沖液（50 mmol/L，pH8.8）和0.5 mL L-苯丙氨酸溶液（20 mmol/L），在37 ℃預(yù)保溫10 min，再加入0.1 mL 酶液，混合后，以蒸餾水作為空白，滅活的酶液為對(duì)照，在290 nm 處測(cè)定吸光度，60 min 后用0.1 mL HCl（6 mol/L）終止反應(yīng)。PAL活性通過在37 ℃下連續(xù)振蕩60 min 產(chǎn)生的肉桂酸酯來確定，酶活性定義為nmol 肉桂酸/（min·g）FW。

1.2.5 果皮膜透性分析 細(xì)胞膜通透性根據(jù)果皮組織的相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行評(píng)估[15]，取來自4 個(gè)果實(shí)的12 片果皮組織，用蒸餾水漂洗干凈。隨后將其轉(zhuǎn)移至含30 mL 蒸餾水的錐形瓶中，25 ℃靜置20 min后，用電導(dǎo)率儀測(cè)量初始電導(dǎo)率（P0）。然后將果皮樣品溶液煮沸20 min，然后迅速冷卻至25 ℃并測(cè)定果皮樣品溶液最終電導(dǎo)率（P1）。相對(duì)電導(dǎo)率（%）的計(jì)算公式為：相對(duì)電導(dǎo)率（%）=P0/P1×100。

1.2.6 褐變相關(guān)酶類分析 多酚氧化酶（PPO）和過氧化物酶（POD）粗酶提取參照Zhang 等[16]的方法，取5 g 果肉組織于40 mL 50 mmol/L 的磷酸鹽緩沖液（含5%聚乙烯吡咯烷酮，pH7.0）中勻漿得到酶提取液。PPO 和POD 測(cè)定參照先前實(shí)驗(yàn)室確定的方法[17]，以1 mL 0.5 mol/L 鄰苯二酚和1 mL 0.5 mol/L愈創(chuàng)木酚為底物，加入0.5 mL 酶提取液啟動(dòng)反應(yīng)后分別在420、470 nm 波長處測(cè)定吸光度。以每mL 酶液每分鐘吸光度變化0.01 為1 個(gè)酶活力單位（U），PPO 和POD 活力均表示為U/g FW。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 26.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，采用Pearson 積差相關(guān)法分析參數(shù)間的相關(guān)性，用Origin 2018 軟件進(jìn)行圖表繪制。同一貯藏時(shí)間，不同厚度誤差線上所標(biāo)字母不同表示差異顯著（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同厚度PE 袋對(duì)果皮褐變指數(shù)、適銷果比率的影響

果皮褐變是果蔬衰老的重要標(biāo)志，嚴(yán)重影響果蔬品質(zhì)和貨架期[18?19]。隨著貯藏時(shí)間延長，三組PE 袋包裝的果實(shí)褐變指數(shù)均呈上升趨勢(shì)（圖1A）。在貯藏的最初4 d 內(nèi)，三組果實(shí)的褐變指數(shù)沒有顯著性差異（P>0.05），然而在第4 d 后，PE10 和PE30包裝的果實(shí)出現(xiàn)了顯著上升（P<0.05），PE20 仍處于較平緩上升趨勢(shì)，在6 至8 d 的褐變指數(shù)顯著低于其它兩組（P<0.05）。呼吸代謝會(huì)消耗大量營養(yǎng)物質(zhì)，造成能量虧損加速果實(shí)褐變[20]，可能是由于PE20 對(duì)氣體交換的控制作用更明顯導(dǎo)致能量消耗相較于其它兩組一直處于較低水平進(jìn)而延緩了果實(shí)褐變。在貯藏2 d 起，伴隨著果實(shí)褐變的發(fā)生，三組果實(shí)的適銷果比率均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，已達(dá)到商業(yè)價(jià)值損失的條件。相比之下，PE20 包裝的果實(shí)在貯藏4 d 后的外觀仍然處于可接受程度，其中75%的水果仍然可供銷售（圖1B）。即使在第8 d，PE20 包裝的果實(shí)褐變指數(shù)急劇增加（圖1A），仍有50%以上果實(shí)仍然保持可接受的外部顏色，這與不同PE 袋包裝杏鮑菇[21]和藍(lán)莓[22]在保持商業(yè)價(jià)值方面取得的結(jié)果一致。

圖1 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮褐變指數(shù)和適銷果比率的影響Fig.1 Effect of different thickness PE bags on browning index in pericarp and commercially acceptable rate of litchi fruit

2.2 不同厚度PE 袋對(duì)果皮色澤變化的影響

采后果實(shí)色澤的變化，是反映荔枝果實(shí)商品價(jià)值的一個(gè)很重要參數(shù)[23]。隨著貯藏時(shí)間的延長，不同厚度PE 袋對(duì)保持果皮紅色都有很強(qiáng)的影響，根據(jù)色差系統(tǒng)L*、a*和b*對(duì)果皮顏色的客觀分析表明PE20袋包裝對(duì)荔枝紅色的保持效果較為顯著（P<0.05）。在以往報(bào)道中，荔枝的色差L*、a*和b*值在整個(gè)采后貯藏過程中伴隨果皮褐變加劇都呈下降趨勢(shì)[4?5,13,16]。使用PE20 膜包裝的果實(shí)在大部分貯藏期內(nèi)，色度a*和b*值下降受到強(qiáng)烈抑制，其次是PE10，表明荔枝果皮的紅色可以通過PE 膜包裝很好地保留（表1）。L*值的差異在所有的包裝系統(tǒng)中僅出現(xiàn)在貯藏期的4～6 d。L*值可直觀地反映果實(shí)在貯藏過程中果皮由于色素聚集或是酶促褐變所引起的果皮變暗程度[24?25]。荔枝果皮褐變主要分為酶促和非酶促褐變反應(yīng)，酶促褐變主要發(fā)生在貯藏后期，是荔枝褐變的主要原因[26]。本研究中三組不同厚度PE 袋對(duì)應(yīng)的L*、a*和b*值在前2 d 相差不明顯的原因可能是3 種PE 袋包裝的果實(shí)在貯藏前期發(fā)生的酶促褐變較輕微（圖1A）。另外Chen 等[27]也指出在采后貯藏“妃子笑”荔枝期間，后期果皮中隨著氨基酸的含量升高酶促褐變?cè)鰪?qiáng)，加劇果皮變暗。

表1 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮色差指數(shù)的影響Table 1 Effect of different thickness PE bags on color index in pericarp of litchi fruit

2.3 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮花青素含量和PAL活性的影響

豐富的花青素含量被認(rèn)為有助于荔枝果皮呈鮮紅色，花青素的酶促或非酶促降解是導(dǎo)致采后褐變的主要因素之一[19]。PE 袋包裝荔枝果實(shí)可以自發(fā)形成MAP 環(huán)境，三種PE 袋包裝的荔枝果皮總花青素含量在整個(gè)貯藏過程中下降均比較顯著（P<0.05）（圖2A），這與殼聚糖涂膜處理‘烏葉’荔枝形成MAP的報(bào)道結(jié)果相似[4]。從貯藏的第2 d 起，PE10、PE30袋包裝的荔枝果皮總花青素含量總體呈下降趨勢(shì)，PE10 尤為明顯，PE20 直至貯藏結(jié)束仍能保持較高水平，其果皮花青素含量在2～6 d 平均比PE10、PE30果皮含量高12.81%、14.17%。此外，本研究數(shù)據(jù)顯示PAL 活性在整個(gè)貯藏期間呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)，在貯藏的前4 d，PE20 袋有效抑制了PAL 活性增加，此后活性增加但仍顯著低于其他兩組果皮（圖2B）。PAL 是苯丙氨酸途徑中花青素生物合成的關(guān)鍵酶，隨著活性增強(qiáng)在貯藏前期有助于提高花青素合成量保持果皮色澤。后期伴隨褐變發(fā)生PAL 活性增強(qiáng)會(huì)為PPO、POD 催化的酶促褐變提供花青素底物加速褐變[28]。迄今為止，已對(duì)荔枝保持花青素水平和防止褐變的各種物理、化學(xué)和生物方法進(jìn)行了研究[2,4,13,28]。當(dāng)前結(jié)果表明，PE20 袋包裝‘雞嘴荔’荔枝在減少褐變和保持果實(shí)紅色方面可能也與延遲花青素?fù)p失有關(guān)。

圖2 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮花青素含量和PAL 活性的影響Fig.2 Effect of different thickness PE bags on anthocyanin content and PAL activity in pericarp of litchi fruit

2.4 不同厚度PE 袋對(duì)膜脂過氧化的影響

細(xì)胞膜相對(duì)滲漏率的增加意味著荔枝果皮細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性逐步喪失[5,23]。在整個(gè)貯藏過程中，所有PE 袋包裝的荔枝果皮細(xì)胞膜的相對(duì)滲漏率迅速增加，相比之下，PE20 包裝的果實(shí)相對(duì)滲漏率在前2 d 適度增加，隨后從貯藏的第2 d 到第6 d 增加稍微加速，但仍低于其他兩組，直至貯藏結(jié)束（圖3）。細(xì)胞膜完整性的喪失會(huì)導(dǎo)致酶和底物去區(qū)室化接觸，導(dǎo)致荔枝果皮褐變[13]。細(xì)胞膜的透過性增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)滲透進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，也會(huì)引起組織花色苷（花色素與糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類化合物）的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，正常代謝受到影響，加速果皮褐變[29]，這與之前觀察到的果實(shí)褐變與花青素變化結(jié)論相一致。

圖3 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮質(zhì)膜過氧化的影響Fig.3 Effect of different thickness PE bags on membrane lipid peroxidation in pericarp of litchi fruit

2.5 不同厚度PE 袋對(duì)POD 和PPO 活性的影響

POD 和PPO 是參與酚類化合物氧化的關(guān)鍵酶類，通過與酚類物質(zhì)充分接觸而發(fā)生酶促褐變[19,30]。在荔枝果實(shí)中，花青素酶降解花青素產(chǎn)生的酚類物質(zhì)和花青素共同組成氧化底物被POD 和PPO 氧化成鄰醌和其他化合物，導(dǎo)致果皮發(fā)生褐變[19]。如圖4A和B 所示，三組PE 袋包裝的果實(shí)POD 和PPO 活性在貯藏的前6 d 都呈穩(wěn)定增加趨勢(shì)，之后開始出現(xiàn)下降，尤其是PE10 和PE30 組中的PPO 活性下降更快。除第8 d 外，經(jīng)PE20包裝的荔枝果實(shí)在貯藏期間的兩種酶活性均顯著低于其他兩組果實(shí)（P<0.05）。PE 袋包裝對(duì)POD 和PPO 活性的普遍抑制可能會(huì)導(dǎo)致酶和底物之間的接觸減少。同樣，其他能被用于抑制荔枝果實(shí)中的POD 和PPO 活性延緩褐變的技術(shù)包括褪黑素[2,16]、蘋果多酚[13]、殼聚糖涂膜[4]、氣調(diào)包裝[5]等都起到了一定效果。

圖4 不同厚度PE 袋對(duì)荔枝果皮POD 活性和PPO 活性的影響Fig.4 Effect of different thickness PE bags on POD activities and PPO activities in pericarp of litchi fruit

2.6 Pearson 相關(guān)性矩陣

Pearson 相關(guān)性矩陣見表2，由表2 可知色差L*與相對(duì)電導(dǎo)率、PAL、PPO、POD 活性呈明顯負(fù)相關(guān)（P<0.05），色差分量a*與褐變指數(shù)（P<0.01）呈高度負(fù)相關(guān)、與適銷果比率（P<0.05）、花青素含量（P<0.01）呈正相關(guān)，色差分量b*與褐變指數(shù)高度負(fù)相關(guān)（P<0.01），褐變指數(shù)與適銷果比率呈高度負(fù)相關(guān)（P<0.01），與相對(duì)電導(dǎo)率呈明顯正相關(guān)（P<0.05），這表明PE 袋包裝的荔枝果實(shí)在貯藏過程中的果皮變暗褐變主要是由色素聚集或酶促褐變?cè)斐傻?，這與Zhang 等[13]和Chen 等[27]先前研究的荔枝褐變?cè)斐傻纳钭兓Y(jié)果一致。適銷果比率與相對(duì)電導(dǎo)率和PAL 活性呈明顯負(fù)相關(guān)（P<0.05），相對(duì)電導(dǎo)率與PAL 活性呈明顯正相關(guān)（P<0.05），褐變的啟動(dòng)主要由膜完整性的喪失[5]及花青素降解[19]造成，嚴(yán)重影響了適銷果比率造成貨架期消失[18?19]?；ㄇ嗨睾颗c其它酶活性之間相關(guān)性不大。這些結(jié)果表明，不同PE 袋包裝處理降低果實(shí)褐變指數(shù)、提高適銷果比率、保持較好的果實(shí)品質(zhì)主要通過抑制荔枝表皮苯丙氨酸途徑中花青素生物合成的關(guān)鍵酶PAL 來實(shí)現(xiàn)，酚類化合物氧化關(guān)鍵酶PPO 和POD 活性和膜透性也與其有關(guān)。

表2 各指標(biāo)皮爾森相關(guān)性矩陣Table 2 Pearson correlation matrix of each indicator

3 結(jié)論

適宜厚度PE 袋包裝荔枝果實(shí)可顯著降低果皮褐變，提高適銷果比率，延緩荔枝果皮細(xì)胞膜通透性的增加，抑制荔枝果皮中花青素物質(zhì)降解，延緩荔枝果皮褐變，其中PE20 保鮮效果最佳。PE20 袋包裝荔枝與其它兩種厚度相比，抑制褐變主要通過抑制膜透性上升延緩細(xì)胞膜去區(qū)室化進(jìn)程，阻止酚類物質(zhì)與PPO，POD 接觸減緩酶促褐變實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)花青素在果皮紅色的保持方面作用明顯，PE20 袋包裝可有效延緩花青素流失，提高適銷果比率，這都與苯丙氨酸途徑中花青素生物合成的關(guān)鍵酶PAL 活性有關(guān)。綜上所述，PE20 包裝荔枝在抑制褐變，提高果實(shí)適銷果比率效果較好，可作為物流運(yùn)輸中操作簡單、高效和實(shí)用的技術(shù)參考。