熱處理技術(shù)在甜瓜采后保鮮中的應(yīng)用

殷貝貝，梁佳睿，路帆，田全明，劉雪艷，魏佳，吳斌*，王英*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052）（2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，新疆農(nóng)產(chǎn)品加工與保鮮重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091）

甜瓜（Cucumis melo var.Saccharinus），因其果實甘甜如蜜、香氣怡人，備受消費者青睞[1]，是新疆地區(qū)主要栽培的經(jīng)濟(jì)作物之一，在帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有重要的支撐作用。甜瓜屬于典型的呼吸躍變型果實，其含糖量高，水分含量大，采后生理代謝旺盛，易出現(xiàn)失水、皺縮、腐爛等問題，嚴(yán)重影響果實商品價值[2]?；瘜W(xué)保鮮方法（如嘧菌酯、草酸、咪鮮胺、二氧化氯等）能有效殺滅病原微生物，但存在化學(xué)殘留問題。微生物保鮮手段具有綠色安全的特點，但保鮮效果易受環(huán)境因素影響。氣調(diào)庫貯藏對設(shè)備要求高，經(jīng)濟(jì)投入高，氣調(diào)包裝保鮮、輻照保鮮、涂膜保鮮對劑量或濃度要求嚴(yán)格，過高、過低都不利于果蔬貯藏，甚至加速果蔬腐敗變質(zhì)[3]，在單果比較大的果品中不易于規(guī)?；瘧?yīng)用。熱處理是一種可行的非化學(xué)和環(huán)境友好型技術(shù)，具有操作簡單、無污染、保鮮效果明顯等優(yōu)點，在生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用。

熱處理技術(shù)能有效減少病原菌對果實采后的侵染，提高果實耐冷性，維持其貯藏品質(zhì)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者將熱處理應(yīng)用到果蔬貯藏保鮮的研究越來越多[4]?！坝窠鹣恪碧鸸辖?jīng)53 ℃熱水浸泡3 min 后，增強了甜瓜果實抗病相關(guān)酶活性，顯著降低自然發(fā)病率和病斑直徑[5]。貯藏前經(jīng)55 ℃熱水中浸泡3 min 降低了“西州密25 號”哈密瓜果實膜損傷程度，增強了果實的抗冷性[6]。“金皇后”甜瓜采用50 ℃水溫浸漬3 min 可有效減緩甜瓜果實細(xì)胞壁的降解，延長其貨架期[7]。以上研究表明甜瓜經(jīng)熱處理后可以顯著提高果實的貯藏品質(zhì)，但由于不同的品種及不同采收期所需的熱處理工藝條件不同，溫度過高、處理時間過長均會對果蔬造成熱損傷，如何將熱處理技術(shù)運用到甜瓜貯藏保鮮中是當(dāng)前亟需解決的問題。

目前，在甜瓜貯藏保鮮中，熱處理的研究主要集中在果實耐冷性和抗病等方面，多集中于某單一品種，缺乏關(guān)于熱處理對不同品種甜瓜的工藝參數(shù)比較的研究。因此，本文選取早熟“西州密25 號”、中熟“金密3 號”和晚熟“伽師瓜”為研究試材，探究常溫貯藏條件下不同熱處理工藝對甜瓜貯藏品質(zhì)的影響，通過不同品種甜瓜耐熱性的比較，篩選出適合不同品種甜瓜果實的熱處理條件，以期為甜瓜采后貯藏及熱處理商業(yè)化提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試“西州密25 號”于6月10日采自新疆吐魯番市鄯善縣甜瓜生產(chǎn)基地（經(jīng)度：90.214 0°；緯度：42.863 5°），“金密3 號”于7月19日采自新疆吐魯番市淖毛湖甜瓜生產(chǎn)基地（經(jīng)度：94.974 9°；緯度：43.762 0°），“伽師瓜”于8月23日采自新疆阿勒泰北屯市188 團(tuán)9 連（經(jīng)度：88.141 2°；緯度：47.844 9°）。選擇成熟度基本一致、大小均一、網(wǎng)紋細(xì)密，帶T 型蔓果柄、無損傷、無病害的果實，用發(fā)泡網(wǎng)包裝，放入標(biāo)準(zhǔn)瓜箱中，防止在運輸過程中甜瓜受到碰撞損傷，于當(dāng)天運回新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工研究所實驗室，放置常溫條件下（23±2）℃，RH 65%～75%；24 h 后隨機分組進(jìn)行后續(xù)試驗。

1.2 儀器與設(shè)備

GY-4 型硬度計，艾德堡儀器有限公司；pAL-1 手持?jǐn)?shù)顯折糖儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；DDS-11A臺式電導(dǎo)率儀，上海佑科儀器儀表有限公司。

1.3 實驗方法

熱水處理方式：將甜瓜隨機分為10 組，處理組T1～T9（表1），同時設(shè)置對照組（三種瓜的對照組均無任何處理CK）。在處理過程中，果實完全浸泡水中。浸漬后自然風(fēng)干表面水分，分裝在大小為0.6 m×0.4 m×0.24 m 的塑料筐中。將其貯藏于常溫（23±2）℃，RH 65%～75%條件下，入庫當(dāng)天及此后每隔3 天測定每組的相關(guān)指標(biāo)，每3 個瓜為一個平行，每組有3 個平行。

表1 甜瓜熱處理技術(shù)方案Table 1 Technical scheme for heat treatment of melon

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 硬度

每組隨機取9個甜瓜，沿甜瓜果實橫徑最大部位切開，采用GY-4型數(shù)顯式果實硬度計在切面上選取軸對稱6個點，距果皮5 mm處用硬度計測定，取平均值為果實硬度，單位用N表示。

1.4.2 可溶性固形物（Total Soluble Solids，TSS）

使用手持?jǐn)?shù)顯折糖儀pAL-1 測定。

1.4.3 細(xì)胞膜透性

細(xì)胞膜透性[8]用電導(dǎo)率儀法測定，用直徑10 mm打孔器打取柱形果肉，切成厚度為2 mm 圓片，每個燒杯20 個圓片，加入去離子水至50 mL，測定電導(dǎo)率C0。靜置30 min 后，測定電導(dǎo)率C1。煮沸15 min，冷卻后定容至50 mL，測定電導(dǎo)率C2。按式（1）計算相對電導(dǎo)率（A，%）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 20.0（SAS Institute Inc.USA）進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，使用Heml 1.0 軟件繪制熱圖（幾乎所有與數(shù)值有關(guān)的領(lǐng)域都能用上的一個數(shù)據(jù)可視化實現(xiàn)。使用熱圖可以直觀通過顏色的深淺和差異判斷樣本或組別之間的差異，直觀的展示研究對象的數(shù)據(jù)差異變化情況）。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱處理工藝對甜瓜果實表型的影響

“西州密25 號”在貯藏18 d 內(nèi)沒有出現(xiàn)腐爛的現(xiàn)象。因此，將表型觀察期延長至30 d。CK 組貯藏至24 d時果實表面出現(xiàn)明顯的病斑。熱處理溫度54 ℃（T1～T3組）、56 ℃（T4～T6 組）分別在第30 天時出現(xiàn)病斑。而62 ℃（T7～T9）處理組在整個貯藏期并未出現(xiàn)腐爛變質(zhì)現(xiàn)象。結(jié)果表明，“西州密25 號”熱處理溫度在62 ℃時，貯藏效果最好。

表2 熱處理對“西州密25 號”甜瓜果實硬度的影響（N）Table 2 Effects of heat treatment on fruit hardness of ‘Xizhoumi No.25’ melon (N)

表3 熱處理對“金密3 號”甜瓜果實硬度的影響（N）Table 3 Effects of heat treatment on fruit hardness of ‘Jinmi No.3’ melon (N)

甜瓜果實表皮層結(jié)構(gòu)與耐熱性密切相關(guān)，“金密3號”對照組在第12 天出現(xiàn)大面積腐爛，且各熱處理組之間差異顯著。處理溫度為58 ℃時能較好的保持甜瓜的表觀特征和采后品質(zhì)。甜瓜在62 ℃（T7～T9）時因超過其耐熱閾值，熱處理后第3 天時表皮出現(xiàn)褐色斑點，且漂燙時間與斑點數(shù)成正比（如圖2）。這可能是由于“金密3 號”甜瓜果實結(jié)構(gòu)層比較薄，熱損傷致使蛋白質(zhì)變性和膜完整性喪失，溫度升高過程中會導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成中斷且酶會催化酚類物質(zhì)氧化為醌類物質(zhì)進(jìn)而聚合產(chǎn)生黑褐色斑點，從而導(dǎo)致果實褐變[9]，嚴(yán)重影響甜瓜的商品價值和食用價值。

圖2 熱處理對“金密3 號”甜瓜果實表型的影響Fig.2 Effect of heat treatment on fruit phenotype of ‘Jinmi No.3’ melon

表4 熱處理對“伽師瓜”甜瓜果實硬度的影響（N）Table 4 Effects of heat treatment on the fruit hardness of ‘Jiashi’melon (N)

“伽師瓜”CK 組在12 d 時開始出現(xiàn)腐爛，隨貯藏時間的增長不斷向其他部位擴展。54 ℃（T1～T3）和56 ℃（T4～T6）處理組在貯藏至18 d 時已出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，而T8 處理組在整個貯藏期間未出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，說明“伽師瓜”的最適處理溫度為62 ℃，且熱處理浸泡時間為15 s。

由表型特征觀察可知，“金密3 號”甜瓜對照組最先出現(xiàn)腐爛，“伽師瓜”次之，“西州密25 號”于24 d出現(xiàn)腐爛。與其它兩個品種相比，“西州密25 號”更耐貯藏。熱處理能直接清除果實表面或殺死表皮下兩到三層細(xì)胞層內(nèi)的病原體，也可以通過間接誘導(dǎo)果蔬抗病相關(guān)物質(zhì)和熱激蛋白的合成，從而提高果實抗病能力[10]，延緩熱處理組甜瓜果實發(fā)病時間（圖1～圖3）。而“西州密25 號”T8 組、“金密3 號”T5 組、“伽師瓜”T8 組在整個貯藏期無腐爛變質(zhì)現(xiàn)象，這說明果實腐爛發(fā)病與熱處理溫度效應(yīng)密切相關(guān)，采用合適的熱處理方式能有效的延緩甜瓜的腐爛，較好的保持果實的品質(zhì)，延長其貨架期。

圖1 熱處理對“西州密25 號”甜瓜果實表型的影響Fig.1 Effect of heat treatment on the melon fruit phenotype of ‘Xizhoumi No.25’ melon

圖3 熱處理對“伽師瓜”甜瓜果實表型的影響Fig.3 Effect of heat treatment on fruit phenotype of ‘Jiashi’ melon

2.2 熱處理對甜瓜果實硬度的影響

熱處理對果實硬度的影響與果皮中所含的果膠含量及細(xì)胞壁水解酶活性密切相關(guān)[12]。熱處理在不同程度上延緩了甜瓜果實硬度下降速度，貯藏至18 d 時，與對照組相比果實的硬度下降率分別降低了20.01%、10.45%、8.28%，表明適宜的熱處理溫度與時間可以鈍化果實細(xì)胞壁水解酶活性，抑制細(xì)胞壁物質(zhì)的降解，同時可產(chǎn)生熱激蛋白，提高果蔬的耐熱性，維持細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的完整性達(dá)到延緩果實質(zhì)地的軟化[13]，從而維持了甜瓜的硬度。然而，在熱處理過程中，溫度過高或處理時間過長均會對果蔬造成過激的熱損傷，如變色、皺縮失水、產(chǎn)生異味等[14,15]。本試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱處理溫度為62 ℃時，“金密3 號”甜瓜表皮出現(xiàn)熱損傷，降低了表皮自身的防御能力，易受到病原菌的侵染，促進(jìn)果實的腐爛。這與Maxin 等[16]在蘋果熱處理方面的研究結(jié)果一致，而“西州密25 號”與“伽師瓜”則未出現(xiàn)熱損傷現(xiàn)象，可見“金密3 號”的耐熱性低于“伽師瓜”和“西州密25 號”的耐熱性。

果實的硬度與其商品性密切相關(guān)。由圖4可知，在整個貯藏期甜瓜果實硬度總體呈下降的趨勢，且處理組的硬度明顯高于對照組。與范林林等[17]熱激處理青椒保鮮的的研究結(jié)果一致。在圖5a 中，“西州密25號”對照組的硬度在整個貯藏期間與各熱處理組硬度差異性顯著（p＜0.05），而同溫度處理組內(nèi)差異性不顯著（p＞0.05），貯藏至18 d 時，62 ℃（T7～T9）處理組的硬度分別高于對照組35.04%、48.62%、31.93%。與54 ℃（T1～T3）和58 ℃（T4～T6）果實硬度相比較，62 ℃（T7～T9）能較好的保持甜瓜的硬度。

T5 處理組能較好的維持“金密3 號”果實硬度。當(dāng)溫度超過58 ℃，熱激反應(yīng)嚴(yán)重破壞了質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能，“金密3 號”甜瓜表皮中不僅出現(xiàn)褐色斑點，而且在貯藏第9 d 時，各處理組（T7～T9）的硬度下降速率均高于CK 組。貯藏至18 d 時，與對照組相比T9處理組硬度下降了5.17%。不同種類果實都有一定的熱耐受閾值，當(dāng)熱處理條件超過其閾值時，細(xì)胞質(zhì)膜會遭到破壞，不可逆熱損傷現(xiàn)象的出現(xiàn)促進(jìn)甜瓜腐爛加速導(dǎo)致果實質(zhì)地的軟化[18,19]。因此，“金密3 號”甜瓜果實的熱耐受閾值為58 ℃，溫度超過58 ℃時果實腐爛加劇，嚴(yán)重影響其貯藏品質(zhì)。

在整個貯藏過程中，62 ℃（T7～T9）處理組“伽師瓜”果實的硬度均高于54 ℃（T1～T3）和56 ℃（T4～T6）處理組（p＜0.05）（圖4c），且各溫度組之間的硬度差異性不顯著（p＞0.05）。貯藏至18 d 時，T8 處理組分別比CK、T7、T9 處理組的硬度提高13.40%、17.03%和19.02%。熱處理在一定程度上能延緩果實硬度的下降，且T8 處理組效果較好。

圖4 熱處理對甜瓜果實硬度的影響Fig.4 Effects of heat treatment on fruit hardness of melon

表5 熱處理對“西州密25 號”甜瓜果實TSS 的影響（%）Table 5 Effects of heat treatment on TSS of ‘Xizhoumi No.25’ melon (%)

表6 熱處理對“金密3 號”甜瓜果實TSS 的影響（%）Table 6 Effects of heat treatment on the TSS of the ‘Jinmi No.3’ melon (%)

2.3 熱處理對甜瓜果實中TSS 含量的影響

可溶性固形物含量是決定果蔬風(fēng)味的重要指標(biāo)之一，當(dāng)受到外界高溫作用時，果蔬的營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)隨著處理條件不同呈現(xiàn)出顯著性差異[20]。果實中TSS 含量在貯藏期呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢（如圖5）。這可能是在貯藏初期，甜瓜中可溶性淀粉轉(zhuǎn)化成可溶性糖而增加了TSS 的含量，貯藏后期，呼吸作用及自身的生命活動對糖物質(zhì)的消耗，導(dǎo)致了可溶性糖含量降低[21]。貯藏前期3 種甜瓜的TSS 含量基本相同，在貯藏后期熱處理方式能有效的延緩“金密3 號”和“伽師瓜”果實中TSS 下降，可能是在貯期對照組呼吸強度增大，導(dǎo)致甜瓜的生命活動加強，加速了糖類物質(zhì)的消耗[22]。而熱處理方式對延緩“西州密25 號”的TSS含量影響不大，熱處理對果實的影響因果實種類的不同而有所差別。

由圖5a 可知，“西州密25 號”各處理組之間果實中TSS 含量無顯著差異（p＞0.05），但T8 處理組在貯藏至15 d 時可TSS 含量最高，比對照組高1.25 倍。熱處理對“西州密25 號”果實風(fēng)味的影響總體不大，但能較好的保持果實原有的口感和品質(zhì)。Juan 等[23]采用不同熱處理條件對柑橘、橙子及芒果的研究結(jié)果也表明了熱處理對TSS 含量的影響差異性不顯著，這與本研究結(jié)果相一致。由圖5b 可知，“金密3 號”T3、T5處理組在貯藏12 d 后與其它熱處理組差異顯著（p＜0.05），CK 組在貯藏第6 天時TSS 含量達(dá)到最大值（13.06%），而熱處理組第9 天達(dá)到高峰，說明熱處理可以延緩 “金密3 號”甜瓜果實TSS 含量高峰的出現(xiàn)，較好的維持甜瓜的風(fēng)味。

圖5 熱處理甜瓜TSS 含量的影響Fig.5 Effects of different heat treatments on TSS of different varieties of Hami melon

“伽師瓜”CK 組與各處理組差異性顯著（p＜0.05），且各處理溫度之間無顯著差異。T8 處理組在第9 天時達(dá)到最大值，TSS 含量是對照組的1.10 倍。貯藏結(jié)束時，CK 組TSS 含量最低，可能是果實在貯藏后期衰老、腐爛，減少了代謝物的合成與利用，導(dǎo)致TSS 含量降低，62 ℃（T7～T9）分別比CK 組高12.60%、13.80%、11.80%，T8 組的TSS 含量最高，這可能是由于淀粉和其他多糖不斷轉(zhuǎn)化為小的可溶性碳水化合物或一些不溶性果膠轉(zhuǎn)化為可溶性果膠的原因[24]。

表7 熱處理對“伽師瓜”甜瓜果實TSS 的影響（%）Table 7 Effects of heat treatment on TSS of ‘Jiashi’ melon (%)

2.4 熱處理對甜瓜果實電導(dǎo)率的影響

細(xì)胞膜透性在一定程度上反映了細(xì)胞受傷害和果實的衰老程度[25]。隨著貯藏時間的延長，各處理組果實的細(xì)胞膜透性呈逐漸上升的趨勢（圖6），果實在采摘后期的成熟進(jìn)程中，分子量較大的物質(zhì)逐步分解成分子量較小的物質(zhì)，使得分子間的空隙加大，使完好的細(xì)胞壁受到損傷[26]。不同溫度條件可誘導(dǎo)與激素合成、轉(zhuǎn)錄因子等相關(guān)的基因表達(dá)從而提高果蔬對環(huán)境的耐受性[27]，熱處理技術(shù)可快速去除甜瓜表面污染源并在貯藏過程前期保持相對較低的濕度，誘導(dǎo)了甜瓜的抗性，從而減少細(xì)胞膜氧化損傷，延緩果實細(xì)胞膜透性的升高。“金密3 號”甜瓜在整個貯藏期間的細(xì)胞膜透性上升率顯著大于“西州密25 號”和“伽師瓜”的細(xì)胞膜透性上升率，這可能與果實自身細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)有關(guān)。

熱處理對“西州密25 號”甜瓜電導(dǎo)率的影響如圖6a 所示，熱處理能有效的維持細(xì)胞膜的完整性，T8 處理組效果最好。在0～18 d，處理組與對照組差異性顯著（p＜0.05），對照組果實電導(dǎo)率含量從32.84%增加到73.78%，而T8 處理組僅增加到61.24%。貯藏結(jié)束時，電導(dǎo)率T8 組比CK 組低16.99%。熱處理能有效的保護(hù)果實細(xì)胞的膜成分，維持果實細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性。

“金密3 號”甜瓜在整個貯藏期間，電導(dǎo)率不斷上升，T7-T9 組在貯藏中后期（9 d）上升最快且與CK組無顯著差異（p＞0.05），這可能是高溫產(chǎn)生強烈的熱應(yīng)激反應(yīng)使得果實的生理代謝受到嚴(yán)重干擾。在貯藏過程中質(zhì)膜被認(rèn)為是損傷的主要部位，嚴(yán)重的熱激反應(yīng)破壞了質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致質(zhì)膜內(nèi)電解質(zhì)滲漏從而加速了果實的衰老和腐爛[28,29]。貯藏至18 d 時T5組電導(dǎo)率含量比T1、T2、T3、T4、T6 組的含量低。

由圖6c 可知，“伽師瓜”CK 組電導(dǎo)率與T1 組不顯著（p＞0.05），與其它處理組差異顯著（p＜0.05），T8 處理在延緩電導(dǎo)率上升的效果要優(yōu)于其它處理組。ROS 的積累是導(dǎo)致膜完整性喪失的機制之一，抗氧化酶可以降低膜完整性的喪失[30]。而適宜的熱處理溫度和時間能有效的控制果實的氧化應(yīng)激，維持氧化和抗氧化之間的平衡[31]。

圖6 熱處理對甜瓜果實電導(dǎo)率的影響Fig.6 Effects of different heat treatments on electrical conductivity of different varieties of Hami melon

表8 熱處理對“西州密25 號”甜瓜果實電導(dǎo)率的影響（%）Table 8 Effects of heat treatment on the fruit conductivity of ‘Xizhoumi No.25’ melon (%)

表9 熱處理對“金密3 號”甜瓜果實電導(dǎo)率的影響（%）Table 9 Effects of heat treatment on the fruit conductivity of ‘Jinmi 3’ melon (%)

3 結(jié)論

表10 熱處理對“伽師瓜”甜瓜果實電導(dǎo)率的影響（%）Table 10 Effects of heat treatment on the fruit conductivity of ‘Jiashimelon’ (%)

不同品種甜瓜果實采后熱處理工藝條件有所差異，“西州密25 號”與“伽師瓜”適宜的熱處理條件為62 ℃、15 s，“金密3 號”適宜的熱處理條件為58 ℃、15 s，即“金密3 號”甜瓜果實耐熱性小于其它品種果實的耐熱性，58 ℃為“金密3 號”哈密瓜果實的耐受熱閾值。通過比較分析熱處理溫度和時間對不同品種甜瓜果實貯期品質(zhì)的變化，適宜的熱處理條件能延緩甜瓜果實硬度和可溶性固形物的下降，減緩細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損傷。為熱處理技術(shù)在甜瓜采后商業(yè)化應(yīng)用的研究提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。