利用低場核磁共振分析藍(lán)莓貯藏過程中水分含量及遷移變化

陳 毅，顧 瑩，宋 平，楊 磊，杜明波，姜鳳利

利用低場核磁共振分析藍(lán)莓貯藏過程中水分含量及遷移變化

陳 毅，顧 瑩，宋 平，楊 磊，杜明波，姜鳳利※

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，沈陽 110866）

為了探究藍(lán)莓在不同貯藏溫度下，其內(nèi)部水分含量及遷移狀況隨貯藏時(shí)間的變化規(guī)律，利用低場核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）及其成像技術(shù)（Magnetic Resonance Imaging，MRI）采集0、8、23 ℃貯藏0、3、6、9、12 d的藍(lán)莓波譜信息以及質(zhì)子密度圖像信息，并分析其規(guī)律變化。試驗(yàn)結(jié)果表明：采后藍(lán)莓內(nèi)部水分極易受到貯藏溫度與貯藏時(shí)間的影響；同時(shí)，弛豫譜峰面積和弛豫時(shí)間可以有效判定藍(lán)莓貯藏過程中水分含量及遷移變化。隨著貯藏時(shí)間的延長，其液泡水含量23與總水分含量2呈現(xiàn)出整體顯著下降（<0.05）的趨勢；在藍(lán)莓貯藏至12 d過程中，弛豫時(shí)間隨貯藏時(shí)間的延長而不斷右移，細(xì)胞壁水含量21變化不明顯，細(xì)胞質(zhì)水含量22呈現(xiàn)小幅增加趨勢；但23 ℃貯藏至9 d后，藍(lán)莓發(fā)生腐爛，細(xì)胞壁水和細(xì)胞質(zhì)水迅速增加，貯藏至12 d時(shí)液泡水急劇減少，轉(zhuǎn)化為細(xì)胞質(zhì)水和細(xì)胞壁水，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)23 ℃貯藏的藍(lán)莓貨架期為1周左右；與前者相比，藍(lán)莓低溫貯藏至12 d時(shí)，液泡水含量仍占總水分含量的89%以上，說明藍(lán)莓在低溫貯藏下，其內(nèi)部水分遷移緩慢、流失量較少，其貯藏時(shí)間更長、保鮮效果更佳。研究結(jié)果為藍(lán)莓在不同溫度下貯藏保鮮提供了理論支撐和數(shù)據(jù)參考。

溫度；貯藏；水分；藍(lán)莓；低場核磁共振

0 引 言

藍(lán)莓（Blueberry）為杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（）植物莓種[1]。藍(lán)莓原產(chǎn)北美、蘇格蘭以及俄羅斯，在中國栽培歷史尚短，但發(fā)展迅速，截止2020年底，藍(lán)莓種植面積已達(dá)6.64×104hm2、產(chǎn)量已達(dá)3.47×105t[2]。其果皮呈深藍(lán)色，具有汁多皮薄、營養(yǎng)豐富、抗氧化能力強(qiáng)、藥用價(jià)值高等特點(diǎn)，有“漿果之王”之稱，同時(shí)也被國際糧農(nóng)組織列為人類五大健康食品之一[3]。

藍(lán)莓采收于高溫多雨季節(jié)，采后生理代謝旺盛，常溫下迅速軟化，并伴有嚴(yán)重的脫水、皺縮現(xiàn)象[4-6]。低溫貯藏是保障果實(shí)新鮮度、甜度、延緩其水分流失以及各類化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的有效方法之一。藍(lán)莓果實(shí)含有80%以上的水分，是保持品質(zhì)及感官良好的決定性物質(zhì)[7]；水分流失會(huì)導(dǎo)致藍(lán)莓硬度下降、內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，使其貯藏周期變短、各類感觀指標(biāo)下降[8]。不同貯藏溫度下水分分布及遷移規(guī)律有所不同，因此，在藍(lán)莓貯藏過程中，可以通過藍(lán)莓水分變化來判定其品質(zhì)。傳統(tǒng)的物理或者化學(xué)方法檢測藍(lán)莓水分具有破壞性和局限性[9-10]，因此，尋求一種快速、無損、高效的檢測方法具有重要意義。

低場核磁共振技術(shù)是一種能夠直觀檢測對(duì)象內(nèi)部水分含量的無損技術(shù)，具有快速、無污染、信息采集精準(zhǔn)以及非破壞性等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)樣本水分相態(tài)及其分布的可視化，已成功應(yīng)用于水果品質(zhì)無損檢測[11-12]。黃國中等[13]發(fā)現(xiàn)在4 ℃貯藏至60 d內(nèi)的冬棗內(nèi)部自由水逐步向果核方向滲透，并不斷轉(zhuǎn)化為不易流動(dòng)水和結(jié)合水；孫炳新等[14]發(fā)現(xiàn)常溫（25 ℃）貯藏下，鮮棗果實(shí)中不易流動(dòng)水含量增加，自由水含量減少，結(jié)合水含量沒有明顯變化，各相態(tài)水的流動(dòng)性均加快，且果實(shí)貨架期為12～14 d；但上述文獻(xiàn)只考慮了單一溫度條件下水果品質(zhì)變化。朱丹實(shí)等[15]發(fā)現(xiàn)秋紅李子采后分別在0、4、10、20 ℃下貯藏至 10 d過程中，溫度較低時(shí)，水分含量、液泡水含量降低較慢，且細(xì)胞壁水和細(xì)胞質(zhì)水會(huì)分別出現(xiàn)特殊的峰值和最低點(diǎn)；Zhu等[16]發(fā)現(xiàn)甜櫻桃在0和4 ℃采后貯藏至20 d的過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致水分從液泡遷移到細(xì)胞質(zhì)，最后遷移到環(huán)境中；上述文獻(xiàn)對(duì)不同貯藏溫度下水果品質(zhì)變化進(jìn)行了研究，但未實(shí)現(xiàn)貯藏過程中水果水分流動(dòng)與遷移的可視化。Yang等[17]發(fā)現(xiàn)4 ℃貯藏至14 d過程中的鮮切蘋果水分從液泡遷移到細(xì)胞質(zhì)并伴隨其總水分含量降低、果實(shí)發(fā)生褐變和軟化現(xiàn)象。同時(shí)，低場核磁共振技術(shù)可以根據(jù)其縱向弛豫時(shí)間和橫向弛豫時(shí)間來反映被測樣品的分子動(dòng)態(tài)信息[18-19]；用弛豫時(shí)間、峰面積、灰度圖像生成的灰度共生矩陣等參數(shù)可以探究藍(lán)莓室溫貯藏過程中的腐爛程度[20-21]。盡管低場核磁共振技術(shù)在水果品質(zhì)檢測方面已有諸多應(yīng)用，但利用低場核磁共振技術(shù)，解析藍(lán)莓不同貯藏溫度和時(shí)間下其外形特征、內(nèi)部生理狀態(tài)以及水分變化對(duì)其品質(zhì)影響的研究鮮有報(bào)道。

本文以“瑞卡”藍(lán)莓為試驗(yàn)樣本，利用低場核磁共振及其成像技術(shù)采集藍(lán)莓在3種不同貯藏溫度下貯藏至12 d的質(zhì)子密度圖以及橫向弛豫時(shí)間2弛豫信息。通過對(duì)采集的藍(lán)莓質(zhì)子密度圖像進(jìn)行偽彩處理后，動(dòng)態(tài)檢測不同溫度貯藏下其水分的分布以及變化規(guī)律；通過對(duì)2弛豫信息進(jìn)行反演后分析其內(nèi)部水分含量信號(hào)幅值，并對(duì)其水分相態(tài)進(jìn)行分析，以期為藍(lán)莓在不同溫度貯藏下的水分變化引起的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供有效的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

低場核磁共振成像分析儀（NMI20-015V-I，蘇州紐邁電子科技有限公司）。電子天平（BSA124S-CW，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司），稱量范圍：0.000 1～120 g。低溫恒溫培養(yǎng)箱（MIR-254-PC，日本Panasonic公司）。

1.2 試驗(yàn)處理

新鮮藍(lán)莓（“瑞卡”）采摘于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)藍(lán)莓種植園，挑選大小均一、成熟度相似且無明顯機(jī)械損傷的藍(lán)莓作為試驗(yàn)樣本。將藍(lán)莓置于4 ℃的冷藏庫中預(yù)冷4 h后，分成3組，每組稱取125 g左右的藍(lán)莓置于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（Polythylene Terephthalate，PET）多孔保鮮盒中（10.5 cm×10.5 cm×4 cm）；分別置于0、8、23 ℃恒溫培養(yǎng)箱（相對(duì)濕度：75%～85%RH）中貯藏12 d。

首先通過標(biāo)準(zhǔn)油樣進(jìn)行硬脈沖（Free Induction Decay，F(xiàn)ID）試驗(yàn)來尋找核磁共振的脈沖寬度、中心頻率[22-23]，以確定藍(lán)莓信號(hào)采集的最佳參數(shù)，采用硬脈沖回波序列（Carr-Purcell-Meiboom-Gill，CPMG）測定藍(lán)莓樣本橫向弛豫時(shí)間2，其參數(shù)設(shè)置為：采樣頻率SW=100 kHz，射頻信號(hào)頻率主值SF=21 MHz，90°脈沖脈寬P1=17s，180°脈沖脈寬P2=37.04s，采樣點(diǎn)數(shù)TD=200 028，重復(fù)采樣等待時(shí)間TW=2 000s，重復(fù)采樣次數(shù)NS=16，回波個(gè)數(shù)NECH=3 000。

在貯藏0（采摘當(dāng)天）、3、6、9、12 d時(shí)，分別從每組樣本中取出25顆藍(lán)莓（約為17 g），用吸水紙吸收其表面水分，測量每個(gè)藍(lán)莓樣本的質(zhì)量，然后將藍(lán)莓果柄朝下放入試管，再將試管放入低場核磁共振儀內(nèi)進(jìn)行波譜信息的測量，每個(gè)樣本3次重復(fù)測定取平均值，最后隨機(jī)選取其中5個(gè)藍(lán)莓采集其質(zhì)子密度圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)核磁共振反演得到的2弛豫譜數(shù)據(jù)和相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量歸一化處理，采用單位質(zhì)量總峰面積計(jì)算藍(lán)莓失水率。失水率計(jì)算式如下：

式中表示失水率，%；0表示藍(lán)莓貯藏前的單位質(zhì)量總水分含量，表示藍(lán)莓貯藏第天后的單位質(zhì)量總水分含量。

利用SPSS 26軟件對(duì)數(shù)據(jù)作方差分析，處理后的數(shù)據(jù)均用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，且均在顯著性<0.05下進(jìn)行；利用紐邁核磁共振圖像處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，采用Origin 2018軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓貯藏過程中質(zhì)子密度圖像分析

2.1.1 平均灰度值統(tǒng)計(jì)

將藍(lán)莓核磁共振質(zhì)子密度圖像進(jìn)行統(tǒng)一映射后獲得灰度圖，包括橫向和縱向兩部分，如圖1所示。新鮮藍(lán)莓灰度圖整體呈現(xiàn)又白又亮，表明其灰度值大、整體含水率高、活性極強(qiáng)；而在貯藏后（23 ℃貯藏6 d）藍(lán)莓灰度圖會(huì)變暗，外部會(huì)皺縮，內(nèi)部出現(xiàn)暗色區(qū)域，表明其灰度值減小、整體含水率降低、活性減弱[24]。暗色區(qū)域的形成主要是因?yàn)樗{(lán)莓采后貯藏期間受細(xì)胞活動(dòng)的影響而導(dǎo)致內(nèi)部組織遭到破壞，大量有機(jī)物與水分融為一體形成的水分遷移流失狀況，而后部分物質(zhì)隨水分蒸發(fā)引起藍(lán)莓內(nèi)部腐爛形成鏤空現(xiàn)象。

圖1 藍(lán)莓橫向（左）和縱向（右）灰度圖

藍(lán)莓貯藏至12 d過程中，貯藏溫度越高，藍(lán)莓灰度值越低，其橫向和縱向灰度圖的平均灰度值變化如圖2所示。兩者在其貯藏期間均隨時(shí)間的延長而不斷下降，且貯藏時(shí)間越長，下降越快；貯藏溫度越高，下降越快；貯藏至12 d時(shí)，0 ℃的平均灰度值下降了15.32%（橫向）、12.36%（縱向），8 ℃的平均灰度值下降了17.00%（橫向）、15.08%（縱向）；但23 ℃貯藏6 d之后，其平均灰度值會(huì)出現(xiàn)斷崖式下降，12 d時(shí)分別下降了38.20%（橫向）和39.09%（縱向）。由此發(fā)現(xiàn)：藍(lán)莓的灰度值在0和8 ℃下緩慢下降，直至12 d，下降損失值均在初始時(shí)的17.00%以內(nèi)，而在23 ℃下的第6天開始呈斷崖式下降。

圖2 藍(lán)莓橫向和縱向平均灰度值

2.1.2 偽彩圖像分析

經(jīng)過偽彩處理后的藍(lán)莓質(zhì)子密度圖像能夠清晰、直觀地看到藍(lán)莓內(nèi)部水分分布及遷移變化的規(guī)律，如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓隨著貯藏溫度和貯藏時(shí)間的改變而呈現(xiàn)出不同程度的外形變化以及水分遷移與流失現(xiàn)象。

注：偽彩圖中的紅色區(qū)域表示信號(hào)強(qiáng)（即氫質(zhì)子數(shù)量多）、藍(lán)色區(qū)域表示信號(hào)弱（即氫質(zhì)子數(shù)量少）[25]，亮暗區(qū)域的分布變化表明藍(lán)莓內(nèi)部水分的分布及遷移變化。

在貯藏過程中，從外形上看，0和8 ℃貯藏至12 d，23 ℃貯藏至6 d的藍(lán)莓外形均保持良好的完整性；23 ℃貯藏至9 d的藍(lán)莓發(fā)生了較嚴(yán)重的收縮變形，12 d時(shí)發(fā)生嚴(yán)重收縮變形、內(nèi)部甚至出現(xiàn)鏤空現(xiàn)象。從水分分布與遷移情況來看，0和8 ℃貯藏至12 d的藍(lán)莓水分分布較均勻；23 ℃貯藏至3 d后水分主要分布在靠近表皮區(qū)域，內(nèi)部流失了一定的水分，9 d后藍(lán)莓發(fā)生了腐爛，其水分分布無規(guī)律可循，且水分在0～9 d內(nèi)隨時(shí)間延長而緩慢地從果實(shí)中心向四周遷移?？傮w上說，藍(lán)莓在整個(gè)貯藏過程中，當(dāng)貯藏時(shí)間相同時(shí)，溫度越高，藍(lán)莓內(nèi)部亮暗區(qū)域變化越明顯，水分遷移程度越嚴(yán)重；同時(shí)，隨貯藏溫度的升高或貯藏時(shí)間的延長，藍(lán)莓外形發(fā)生變形、內(nèi)部水分遷移流失更嚴(yán)重。從藍(lán)莓貯藏貨架期看，至12 d時(shí)，0和8 ℃條件下的藍(lán)莓還可繼續(xù)貯藏，23 ℃條件下的藍(lán)莓貯藏周期為1周左右。

2.2 藍(lán)莓貯藏過程中的水分相態(tài)及波譜分析

2.2.1 水分相態(tài)劃分

偽彩圖能夠直觀展示藍(lán)莓貯藏期間水分的變化，為了進(jìn)一步定量分析藍(lán)莓貯藏過程水分分布以及遷移規(guī)律，利用2反演譜弛豫時(shí)間長短和信號(hào)幅值大小的差異來分析水分相態(tài)和流動(dòng)過程，如圖4所示。2弛豫反演譜的變化范圍在0.01～10 000 ms之間，依次記為21（0.01～10 ms）、22（10～100 ms）、23（100～1 072 ms），弛豫時(shí)間21最短，定義為細(xì)胞壁水，主要存在于細(xì)胞壁纖維結(jié)構(gòu)、多糖結(jié)構(gòu)以及篩管和導(dǎo)管小孔中[26]；弛豫時(shí)間22次之，定義為細(xì)胞質(zhì)水，主要以酶、水合半糖、中間代謝物以及大分子物質(zhì)等形式存在于細(xì)胞質(zhì)中；弛豫時(shí)間23最長，定義為液泡水，主要以游離的形式存在于液泡中。此外，核磁共振2弛豫譜峰面積與樣品中氫質(zhì)子的數(shù)量成正比[27]，因此，各相態(tài)水分的含量可以由2弛豫譜中各個(gè)對(duì)應(yīng)峰面積來反映，即細(xì)胞壁水分含量表示為21、細(xì)胞質(zhì)水分含量表示為22、液泡水分含量表示為23、總水分含量表示為2，則有2=21+22+23[28]。從圖4可以看出，液泡水起主導(dǎo)作用，且隨著貯藏時(shí)間的延長，液泡水形成的主峰幅值不斷下降且呈右移趨勢，但23 ℃貯藏至12 d時(shí)最大信號(hào)幅值峰面積由液泡水轉(zhuǎn)化為細(xì)胞質(zhì)水，這可能是由藍(lán)莓腐爛而引起其內(nèi)部水分的不規(guī)律變化。

2.2.2 貯藏溫度對(duì)藍(lán)莓各水分相態(tài)含量的影響

藍(lán)莓在貯藏過程中受自身生理代謝和外部環(huán)境的影響，導(dǎo)致其品質(zhì)下降、水分流失，表現(xiàn)為弛豫時(shí)間、峰面積均存在不同程度的變化。結(jié)合圖4和表1分析可知，藍(lán)莓貯藏前，其內(nèi)部細(xì)胞壁水21、細(xì)胞質(zhì)水22、液泡水23的含量分別為373.783±39.925、408.479±136.492、11 825.419±235.614，隨貯藏時(shí)間的延長而分別受到以下幾種不同程度的影響。

圖4 藍(lán)莓在不同溫度下貯藏至12 d過程中的T2反演譜（弛豫譜）

藍(lán)莓在整個(gè)貯藏過程中，液泡水的變化在藍(lán)莓品質(zhì)劣變期間起主導(dǎo)作用，其含量23與總水分含量2隨貯藏時(shí)間的延長呈現(xiàn)變化趨勢一致的現(xiàn)象，表現(xiàn)為整體顯著下降趨勢，0 ℃貯藏下降趨勢相對(duì)穩(wěn)定，8 ℃貯藏下降趨勢有所加劇，23 ℃貯藏下降趨勢最為迅速，但23 ℃貯藏9 d與貯藏6 d的液泡水含量相差不明顯，說明這個(gè)時(shí)間點(diǎn)為藍(lán)莓代謝、內(nèi)部大分子解聚爆發(fā)期，從而大量的氫信號(hào)被檢測到，導(dǎo)致其總含水量增加，甚至超越了第6天的總水分含量；但貯藏到12 d時(shí)，其液泡水含量相比初始時(shí)減少了92%；分析其原因可能是由藍(lán)莓腐爛引起的水分不規(guī)律變化。

在0 ℃和8 ℃貯藏下，藍(lán)莓細(xì)胞質(zhì)水含量22整體變化不明顯，但呈現(xiàn)出一種小幅度緩慢增加的變化趨勢，主要是藍(lán)莓在貯藏過程中，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)線粒體功能受低溫脅迫失衡、H+-ATP酶參與的代謝受到抑制[29]，仍有部分氫質(zhì)子隨藍(lán)莓生理活動(dòng)時(shí)的纖維素、多糖、有機(jī)酸等大分子物質(zhì)的解聚而不斷轉(zhuǎn)移變遷。在23 ℃貯藏下，藍(lán)莓細(xì)胞質(zhì)水含量22在前6 d基本保持不變，在第9天和第12天時(shí)，分別約為初始時(shí)的4倍和15倍，主要是室溫貯藏的藍(lán)莓生理代謝會(huì)持續(xù)進(jìn)行并不斷消耗各種能量，導(dǎo)致藍(lán)莓發(fā)生變質(zhì)而呈現(xiàn)出大量的細(xì)胞質(zhì)水。

在0和8 ℃貯藏至12 d過程中，藍(lán)莓細(xì)胞壁水含量21整體基本保持不變，但存在小幅度的減-增（0 ℃）和增-減（8 ℃）變化；但在23 ℃貯藏至12 d過程中，藍(lán)莓細(xì)胞壁水含量21在第9天出現(xiàn)上升，12 d時(shí)分別約為0和8 ℃的2倍，說明存在液泡水和細(xì)胞質(zhì)水向細(xì)胞壁水的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。主要原因是藍(lán)莓的細(xì)胞壁降解酶在低溫脅迫下受到抑制，減緩了果膠、糖類等物質(zhì)的解聚，室溫下，各種酶的活性可以有效使藍(lán)莓進(jìn)行快速的生理代謝[30]，從而使細(xì)胞壁水分含量增加。

綜上所述，通過藍(lán)莓在不同溫度下各相態(tài)水分含量的變化分析表明：盡管貯藏溫度不同，藍(lán)莓內(nèi)部液泡水隨著貯藏時(shí)間的延長而向外大量流失，但還有一小部分會(huì)轉(zhuǎn)化成細(xì)胞質(zhì)水或細(xì)胞壁水，同時(shí)存在細(xì)胞質(zhì)水和細(xì)胞壁水的相互轉(zhuǎn)化，這與Zhu等[16]對(duì)于水分在甜櫻桃內(nèi)部轉(zhuǎn)化以及Yang等[17]對(duì)于水分在鮮切蘋果內(nèi)部轉(zhuǎn)化的研究結(jié)論趨于一致。

表1 藍(lán)莓單位質(zhì)量峰面積A2統(tǒng)計(jì)表

注：同一指標(biāo)相同溫度標(biāo)注不同小寫字母表示在0.05水平下的差異性顯著，下同。

Note: The same index at the same temperature marked with different lowercase letters indicates that the significant at 0.05 level, the same below.

2.2.3 貯藏溫度對(duì)藍(lán)莓弛豫時(shí)間2的影響

結(jié)合圖4和表2分析可知，藍(lán)莓在不同溫度貯藏過程中，總水分含量的弛豫時(shí)間2整體呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，溫度越高其變化幅值越顯著。細(xì)胞壁水的弛豫時(shí)間21在0 ℃基本保持不變，8和23 ℃貯藏下21分別在第6天和第3天達(dá)到最大值，然后不斷減小，且波動(dòng)幅度隨著溫度升高而更為劇烈。細(xì)胞質(zhì)水的弛豫時(shí)間22在0和23 ℃貯藏下呈現(xiàn)不同程度的增加，23 ℃貯藏至12 d時(shí)，22增加至初始時(shí)的10倍以上。而在8 ℃貯藏下，22呈現(xiàn)小幅度震蕩式波動(dòng)；液泡水的弛豫時(shí)間23在0、8 ℃貯藏至12 d以及23 ℃貯藏至9 d前均在不斷增加，增加幅值也隨溫度升高而不斷增大，23 ℃貯藏到12 d時(shí)23急劇減小，為254.446 ms。結(jié)合圖3、圖4以及各相態(tài)水分含量2的變化，可以發(fā)現(xiàn)其變化時(shí)間與水分的流失轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，它們之間的變化趨于一致。

表2 藍(lán)莓弛豫時(shí)間T2統(tǒng)計(jì)表

2.2.4 藍(lán)莓內(nèi)部3種相態(tài)水比例

由圖5可以看出，藍(lán)莓貯藏未發(fā)生變質(zhì)前，各相態(tài)水分占比為23>22>21，且23占比高于80%。經(jīng)過12 d的貯藏，0 ℃處理組3種相態(tài)水分最終占比為23>22>21，細(xì)胞壁水占總體比例從3.21%緩慢降低到2.85%（6 d），隨后緩慢增加到3.24%（12 d），細(xì)胞質(zhì)水占比從5.04%增加到6.45%，液泡水占比從91.75%降低到90.30%；8 ℃處理組3種相態(tài)水分最終占比為23>22>21，細(xì)胞壁水占總體比例從3.21%增加到4.02%，細(xì)胞質(zhì)水占比從5.04%增加到6.85%，液泡水占比從91.75%下降到89.12%；23 ℃處理組3種相態(tài)水分最終占比為22>23>21，細(xì)胞壁水占總體比例從3.21%增加到5.07%，細(xì)胞質(zhì)水占比先從5.04%緩慢增加到5.87%（6 d），隨后快速增加到25.96%（9 d）、69.52%（12 d），液泡水占比先從91.75%緩慢降低到90.54%（6 d），隨后快速降低到69.78%（9 d）、25.41%（12 d）。

注：不同字母表示在相同時(shí)間下的差異顯著（P<0.05）.

3組試驗(yàn)結(jié)果顯示，0和8 ℃貯藏至12 d的藍(lán)莓液泡水含量占總水分含量的89%以上，藍(lán)莓尚未發(fā)生變質(zhì)，可繼續(xù)貯藏，23 ℃貯藏的藍(lán)莓有效貯藏期為1周左右，隨后會(huì)發(fā)生變質(zhì)。

2.3 藍(lán)莓貯藏過程中失水率分析

隨著貯藏時(shí)間的延長、貯藏溫度的升高，藍(lán)莓總水分的損失存在不同程度的增加，如圖6所示，0、8、23 ℃貯藏12 d時(shí)，藍(lán)莓的水分分別流失了23.68%、34.39%、36.74%，但23 ℃貯藏12 d過程中，水分流失呈“N”字型變化趨勢，第6天為拐點(diǎn)，第9天達(dá)到一個(gè)極小值點(diǎn)（24.61%）。觀察試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在23 ℃貯藏下，有1/3的藍(lán)莓果實(shí)在第9天時(shí)發(fā)生腐爛，導(dǎo)致外形嚴(yán)重皺縮、總水分含量增加，進(jìn)而導(dǎo)致極小值點(diǎn)的出現(xiàn)。這說明，藍(lán)莓在貯藏過程中，低溫條件下，藍(lán)莓的失水率呈現(xiàn)緩慢持續(xù)上升的趨勢，且至少能貯藏12 d，這與張偉龍等[31]所得到的藍(lán)莓在0 ℃可貯藏至70 d、在10 ℃可貯藏至14 d結(jié)論一致；在室溫條件下，藍(lán)莓水分流失非?？?、極易發(fā)生變質(zhì)，導(dǎo)致其有效貯藏周期為1周左右，與孟潔等[32]得到的以好果率下降到70%為標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)莓在常溫下可貯藏3～8 d的結(jié)論一致。

圖6 藍(lán)莓貯藏過程中失水率變化

3 結(jié) 論

1）通過對(duì)不同溫度貯藏下采集的藍(lán)莓質(zhì)子密度圖進(jìn)行灰度統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：貯藏溫度越高，藍(lán)莓灰度值越低，且隨貯藏時(shí)間的延長而不斷下降，同時(shí)溫度越高，下降越快。偽彩處理后發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)貯藏過程中，0和8 ℃貯藏至12 d的藍(lán)莓外形保持相對(duì)完整、內(nèi)部水分分布較均勻，且隨時(shí)間延長而不斷從中心向外遷移。試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，23 ℃貯藏至9 d后藍(lán)莓果實(shí)發(fā)生腐爛，從而存在藍(lán)莓內(nèi)部鏤空的現(xiàn)象。偽彩后的質(zhì)子密度圖像能直觀、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測藍(lán)莓在不同溫度下貯藏時(shí)內(nèi)部水分分布與遷移、外形特征變化。

2）藍(lán)莓貯藏過程的水分相態(tài)以及含水量2、弛豫時(shí)間2在不同貯藏溫度下呈現(xiàn)出不同程度的變化趨勢，但其弛豫譜均隨貯藏時(shí)間的延長而不斷右移。在0和8 ℃下貯藏至12 d過程中，藍(lán)莓細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的水分基本保持不變，液泡內(nèi)的水分以及總水分含量不斷下降；23 ℃貯藏至第6天時(shí)，藍(lán)莓各水分相態(tài)含量均不斷減??；貯藏至9 d之后，藍(lán)莓發(fā)生腐爛、內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞、內(nèi)部分子解聚更頻繁，導(dǎo)致水分含量、分布與遷移呈現(xiàn)無規(guī)律變化。藍(lán)莓貯藏過程弛豫時(shí)間增減幅度變化不明顯，溫度越高，相對(duì)變化幅值越大。同時(shí)，隨著貯藏時(shí)間的延長，藍(lán)莓內(nèi)部液泡水除了大量向外流失以外，還有一小部分會(huì)轉(zhuǎn)化成細(xì)胞質(zhì)水或細(xì)胞壁水，同時(shí)存在細(xì)胞壁水和細(xì)胞質(zhì)水的相互轉(zhuǎn)化。

3）分析藍(lán)莓貯藏過程中各水分相態(tài)比例與失水率發(fā)現(xiàn)，0和8 ℃貯藏至12 d的藍(lán)莓內(nèi)部水分流失呈緩慢上升的趨勢，液泡水含量仍占總水分含量的89%以上，藍(lán)莓尚未發(fā)生變質(zhì)，可繼續(xù)貯藏。

本研究利用低場核磁共振和及其成像技術(shù)解析了不同溫度貯藏過程中藍(lán)莓水分含量及遷移變化的規(guī)律，為進(jìn)一步探究藍(lán)莓水分含量與其貨架期的關(guān)系模型，進(jìn)而確定藍(lán)莓最佳貯藏時(shí)間并采取相應(yīng)保鮮技術(shù)延長藍(lán)莓貨架期、豐富藍(lán)莓保鮮機(jī)理提供了理論基礎(chǔ)。

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Analysis of the moisture content and migration changes of blueberries during storage by low-field nuclear magnetic resonance

Chen Yi, Gu Ying, Song Ping, Yang Lei, Du Mingbo, Jiang Fengli※

(110866)

Water content can directly dominate the edible quality of blueberries during the storage process. This study aims to explore the changes in water content and migration in the internal blueberry with the storage time at different temperatures. The Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (LF-NMR) and imaging technology were used to collect the relaxation spectrum and proton density image of blueberries stored at 0℃, 8℃, and 23℃ for 0, 3, 6, 9, and 12 days. Then, the changes and migration of water content in the blueberries were analyzed under different storage conditions. The experimental results showed that the relaxation time and the peak area of the relaxation spectrum were used to effectively estimate the moisture content and migration changes of blueberries during storage. Among them, the temperature was sensitive to the moisture content. Both the vacuolar water content (23) and the total water content (2) showed an overall downward trend, as the storage time increased. The relaxation time was shifted to the right with the increase of storage time during the storage of blueberries at 0℃ and 8℃ for 12 days. Specifically, there was no significant change in the water content of the cell wall (21), whereas, a slightly increasing trend was observed in the cytoplasmic water content (22). Once the blueberries were stored at 23 ℃ for 9 days, the cell wall and cytoplasmic waterincreased rapidly. Especially, the vacuolar water decreased sharply after being stored for 12 days, and then transformed into cytoplasmic and cell wall water. There was a slower migration of internal water in the low-temperature storage, where the loss was less, compared with the storage at 23 ℃. In addition to the moisture, an analysis was made on the variations in the gray value, pseudo-color value, shape, and water loss rate of blueberries during storage. It was found that the blueberries at low temperature were stored for at least 12 days, and the shelf life of blueberries was about one week at room temperature. The gray value of blueberries decreased slowly at 0 ℃ and 8 ℃ until 12 d. The decline loss values were all within 17.00% of the gray value at 0 d, and then dropped the cliff-like curve on the 6th day at 23 ℃. There was the relatively intact shape of blueberries stored at 0 ℃ and 8 ℃ for 12 days, indicating the relatively uniform water distribution. However, the blueberries rotted after 9 days of storage at 23 ℃, resulting in the deformation of shape and irregular distribution of water. The water loss rates of blueberries stored at different temperatures for 12 days were 23.68% (0℃), 34.39% (8℃), and 36.74% (23℃), respectively. Among them, the water loss rates at 0 ℃ and 8 ℃ were continued to rise during this period, whereas, there was a decrease at 23 ℃ on the 9th day, due to the rotted already. Consequently, the ‘Ruika’ blueberries can be stored for more than 12 days at low temperatures, but only about one week at room temperature. The findings can provide theoretical support and data reference for the storage and preservation of blueberries at different temperatures.

temperature; storage; moisture; blueberry; low-field nuclear magnetic resonance

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.035

S24

A

1002-6819(2022)-17-0321-08

陳毅，顧瑩，宋平，等. 利用低場核磁共振分析藍(lán)莓貯藏過程中水分含量及遷移變化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(17)：321-328.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.035 http://www.tcsae.org

Chen Yi, Gu Ying, Song Ping, et al. Analysis of the moisture content and migration changes of blueberries during storage by low-field nuclear magnetic resonance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(17): 321-328. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.17.035 http://www.tcsae.org

2022-06-10

2022-07-28

遼寧省科技廳揭榜掛帥科技攻關(guān)專項(xiàng)（2021JH1/10400035）；遼寧省教育廳項(xiàng)目（LSNJC201906）

陳毅，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品無損檢測與智能農(nóng)業(yè)裝備。Email：2095224149@qq.com

姜鳳利，博士，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品無損檢測與智能農(nóng)業(yè)裝備。Email：fengli0308@163.com