古麗丹·塔勒達(dá)吾,王雪,王新宇,畢瑩,李慧,馮雨蝶,吾孜木·馬那爾別克,王靜
(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)
新疆哈密瓜(CucumismeloL.)屬葫蘆科甜瓜屬,厚皮甜瓜類,哈密瓜作為新疆主產(chǎn)水果之一,營(yíng)養(yǎng)豐富、形態(tài)各異,具有增強(qiáng)身體免疫力、保護(hù)肝臟、延緩衰老等多種功效,近年來,備受消費(fèi)者青睞。隨著果實(shí)的成熟,其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生改變,使其貯藏期縮短,對(duì)哈密瓜果實(shí)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值造成很大影響。許多學(xué)者對(duì)哈密瓜果實(shí)的軟化問題進(jìn)行研究:陳新艷[1]研究表明,對(duì)哈密瓜進(jìn)行1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)處理,能夠抑制多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)、纖維素酶(cellulase,Cx)、果膠甲酯酶(pectin methylesterase,PME)、β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,β-Glu)等細(xì)胞壁代謝酶活性的升高和細(xì)胞壁物質(zhì)的降解,從而延緩并抑制采后哈密瓜果實(shí)的軟化;曾媛媛等[2]采用1.5%羧甲基殼聚糖和1.5%海藻酸鈉2 種復(fù)合涂膜處理哈密瓜能夠保持較高果實(shí)硬度,維持較低PG 和Cx 活性,降低脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)活性,抑制哈密瓜果實(shí)軟化;呂雙雙等[3]以“網(wǎng)紋甜瓜”為原料,采用采前噴鈣和采后浸鈣的方法使鈣離子抑制細(xì)胞壁的降解、提高果實(shí)硬度,能夠有效延緩果實(shí)軟化的速度;但是關(guān)于臭氧處理延緩“西州蜜25 號(hào)”哈密瓜軟化方面的研究較少,據(jù)研究表明,150 mg/m3臭氧處理哈密瓜并在6 ℃低溫下貯藏,發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比,處理組哈密瓜從貯藏3 d 時(shí)α-吡喃阿拉伯糖苷酶(α-LArabinofuranosidase,α-L-Af)、β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)、PG 酶活性出現(xiàn)降低,說明臭氧處理能夠延緩哈密瓜果實(shí)采后軟化[4]。
臭氧(O3)是一種由3 個(gè)氧原子組成的氣體,因其有難聞的青草味而被熟知,從1840年被命名為Ozone 到現(xiàn)在應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中已有180 多年的歷史。有研究表明,采用10 μL/L 臭氧處理番茄10 min 后發(fā)現(xiàn)處理組水溶性果膠較對(duì)照組減少20%,表明短期臭氧處理有助于減少果實(shí)軟化損傷[5];另有研究表明,以“河套蜜瓜”為原料,采用5 ℃低溫貯藏結(jié)合150 μL/L 臭氧處理1.5 h 能夠使PG 酶活性降至較低水平,由此說明臭氧對(duì)果實(shí)PG 酶活性有一定的抑制作用[6];但采用10 mg/m3臭氧處理對(duì)細(xì)胞壁代謝的影響研究較少。因此,本試驗(yàn)以“西州蜜25 號(hào)”哈密瓜為試材,探究經(jīng)臭氧處理哈密瓜果實(shí)軟化與細(xì)胞壁的關(guān)系,以期為臭氧在抑制哈密瓜果實(shí)采后軟化方面的應(yīng)用提供參考。
哈密瓜:“西州蜜25 號(hào)”,新疆維吾爾自治區(qū)五家渠市商品瓜基地。采用臭氧發(fā)生器,在常溫(22.0±0.5)℃、濕度為45%的條件下測(cè)定指標(biāo)。
3,5-二硝基水楊酸:上??品鍖?shí)業(yè)有限公司;結(jié)晶酚:天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;羧甲基纖維素鈉、碳酸鈉:天津市福晨化學(xué)試劑廠;亞硫酸鈉、一水合檸檬酸、二水合檸檬酸鈉:上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;水楊苷:上海素培生物科技中心;β-半乳糖苷、對(duì)硝基苯酚:北京索萊寶科技有限公司。以上所用試劑均為分析純。
電子天平(PTT-A+200 型):福州華志科學(xué)儀器有限公司;硬度計(jì)(GY-3 型):上海精密儀器儀表有限公司;紫外分光光度計(jì)(752N 型):上海儀電分析儀器有限公司;DW-25L92 低溫保存箱:海爾電器有限公司;電熱恒溫水浴鍋(DZKW-S-4 型)、電爐(FL-1 型):北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;高速分散器(XHF-DY型):寧波新芝生物科技股份有限公司;冷凍離心機(jī)(D3024R 型):上海珂淮儀器有限公司;玻璃儀器氣流烘干器(C 型):河南省予華儀器有限公司;臭氧發(fā)生器(HY-004S-4A):廣州佳環(huán)科技有限公司;手持式折光儀(WZ-108 Brix):上海亮研智能科技有限公司。
1.3.1 處理方法
以“西州蜜25 號(hào)”哈密瓜為試材,采摘2.0 kg 左右的果實(shí),經(jīng)手持式折光儀測(cè)得可溶性固形物含量為10%~12%。將每個(gè)果實(shí)套上泡沫網(wǎng)袋,每4 個(gè)果實(shí)裝入一個(gè)紙箱,及時(shí)運(yùn)至專用冷庫(kù)(4~6 ℃)進(jìn)行預(yù)冷12 h 后篩選出大小均一、無機(jī)械損傷、無病害、表面光澤的果實(shí)作為試驗(yàn)原料。
哈密瓜洗凈后自然晾干,將瓜分為2 組,一組未用臭氧處理作為對(duì)照組,另一組為10 mg/m3臭氧處理組。處理時(shí),將哈密瓜分批置于50 L 具有上通氣口的塑料桶中(塑料密封蓋用塑料膜和多層膠帶封口),開啟臭氧發(fā)生器,用濃度為10 mg/m3臭氧連續(xù)充氣4 h,一次放入10 個(gè)果實(shí),對(duì)照組和臭氧處理組分別處理15 次,每組分別為150 個(gè)果實(shí),每次處理間隔10 min。然后將2 組果實(shí)置于溫度為(22.0±0.5)℃、相對(duì)濕度為45%的常溫環(huán)境中。每3 d 取樣觀察并測(cè)定相關(guān)指標(biāo),每次取樣后不進(jìn)行臭氧處理。測(cè)定相關(guān)指標(biāo)時(shí),每次每組隨機(jī)取3 個(gè)瓜,每個(gè)瓜重復(fù)測(cè)定3 次,每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3 次,共取樣6 次。
瓜皮處理:分別從臭氧處理組和對(duì)照組的每組瓜果實(shí)中心圈圍削取約2 cm 的瓜皮組織,迅速剁碎后立即用液氮冷凍,并在-40 ℃冰箱中保存?zhèn)溆茫總€(gè)指標(biāo)重復(fù)3 次。
1.3.2 腐爛相關(guān)指標(biāo)測(cè)定
腐爛癥狀:從各組果實(shí)中分別隨機(jī)取10 個(gè)果實(shí)作為觀察果,觀察腐爛癥狀。
腐爛指數(shù):參照陳存坤等[7]的方法測(cè)定,計(jì)算公式如下。
式中:W為腐爛指數(shù);s為級(jí)數(shù);n為該級(jí)數(shù)果實(shí)個(gè)數(shù);T為總瓜數(shù);H為最高等級(jí)數(shù)。
腐爛率計(jì)算公式如下。
式中:W為腐爛率,%;n為腐爛個(gè)數(shù);T為總瓜數(shù)。
1.3.3 硬度
參照曹建康等[8]方法,用刀削去哈密瓜果皮后使用硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)定,單位kg/cm2。
1.3.4 原果膠含量的測(cè)定
采用曹建康等[8]的咔唑比色法。稱取1 g 的瓜皮組織于離心管中,加入95% 乙醇煮沸1 h,取出冷卻后,8 000×g離心15 min,倒掉上清液;含量測(cè)定按照半乳糖醛酸標(biāo)曲的方法進(jìn)行,得到半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y= 0.190 4x- 0.020 4(R2= 0.998 5),半乳糖醛酸含量計(jì)算公式如下。
式中:L為半乳糖醛酸含量,%;m′為從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的半乳糖醛酸質(zhì)量,μg;V為樣品提取液總體積,mL;VS為測(cè)定時(shí)所取樣品提取液體積,mL;m為樣品質(zhì)量,g。
W=w1-w2
式中:W為原果膠含量,%;w1為果膠含量,%;w2為可溶性果膠含量,%。
1.3.5 可溶性果膠含量的測(cè)定
向1.3.4 剩余沉淀中加入5 mL 蒸餾水,水浴鍋加熱1 h,冷卻放置室溫22 ℃,8 000×g離心15 min 后,留存上清液。測(cè)定含量步驟同1.3.4。
1.3.6 多聚半乳糖醛酸酶活力的測(cè)定
采用曹建康等[8]的比色法測(cè)定。
1.3.7 β-半乳糖苷酶活力的測(cè)定
采用曹建康等[8]的方法測(cè)定β-半乳糖苷酶(β-Gal)活力。
1.3.8 纖維素酶活力的測(cè)定
采用曹建康等[8]的方法,稱取10 g 果皮組織,加入預(yù)冷的95% 乙醇研磨均勻,于4 ℃、12 000×g離心20 min,靜置10 min;倒掉上清液,繼續(xù)加入80%乙醇,12 000×g離心20 min 后靜置10 min;倒掉上清液,加入5 mL 提取液,12 000×g離心20 min 后靜置20 min,保留上清液。測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)曲線為y= 2.266 1x+ 0.023 4(R2= 0.999 1)。
1.3.9 β-葡萄糖苷酶活力的測(cè)定
采用水楊苷水解法測(cè)定[8],酶液提取步驟同1.3.8。
采用WPS Office 2020 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),Origin 2019 進(jìn)行制圖,并使用SPSS 17 作顯著性分析。
臭氧處理對(duì)哈密瓜腐爛癥狀和腐爛指數(shù)、腐爛率的影響見圖1~圖3。
圖1 哈密瓜常溫貯藏6 d 和15 d 的腐爛癥狀Fig.1 Symptoms of rot in Hami melon after 6 days and 15 days at room storage
圖2 臭氧處理對(duì)哈密瓜的腐爛指數(shù)的影響Fig.2 Effect of ozone treatment on decay index in Hami melon fruit
圖3 臭氧處理對(duì)哈密瓜的腐爛率的影響Fig.3 Effect of ozone treatment on decay rate of Hami melon fruit
腐爛可以直接反映臭氧處理對(duì)哈密瓜的貯藏保鮮效果,也是影響其品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)[9]。從圖1a 可以看出,哈密瓜常溫貯藏6 d 時(shí),對(duì)照組的腐爛癥狀明顯比臭氧處理組嚴(yán)重;對(duì)照組果實(shí)的表皮出現(xiàn)小面積的腐爛,而臭氧處理組沒有出現(xiàn)腐爛;貯藏至15 d,對(duì)照組的腐爛情況加劇,果實(shí)表面出現(xiàn)皺縮、下陷等癥狀,而臭氧處理組果實(shí)腐爛情況較輕,只出現(xiàn)果實(shí)表皮皺縮的現(xiàn)象,未出現(xiàn)腐爛。
由圖2 可知,對(duì)照組果實(shí)的腐爛指數(shù)始終高于臭氧處理組;在貯藏第6 天,對(duì)照組果實(shí)開始出現(xiàn)腐爛,而臭氧處理組果實(shí)腐爛指數(shù)為0,未出現(xiàn)腐爛;貯藏第9 天對(duì)照組的腐爛指數(shù)逐漸上升,臭氧處理組也開始出現(xiàn)腐爛;貯藏9~18 d,對(duì)照組腐爛指數(shù)顯著高于臭氧處理組(P<0.05);結(jié)果表明,臭氧處理可顯著抑制哈密瓜腐爛指數(shù)上升。
由圖3 可知,臭氧處理組與對(duì)照組果實(shí)腐爛率逐漸上升,且貯藏過程中,對(duì)照組果實(shí)腐爛率始終高于臭氧處理組;臭氧處理組在貯藏第6 天腐爛率為0%,且從第6 天開始出現(xiàn)腐爛,隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),腐爛率上升幅度較小;對(duì)照組果實(shí)腐爛率呈上升趨勢(shì),貯藏第3 天出現(xiàn)腐爛,隨后不斷上升,果實(shí)貯藏至6、9、12、15、18 d時(shí),分別較臭氧處理組高30%、50%、60%、60%、90%,且存在顯著差異性(P<0.05);由此說明,臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)腐爛率具有抑制作用。
臭氧處理對(duì)哈密瓜硬度的影響見圖4。
圖4 臭氧處理對(duì)哈密瓜硬度的影響Fig.4 Effect of ozone treatment on hardness of Hami melon fruit
哈密瓜果實(shí)硬度是衡量哈密瓜成熟度和貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo),硬度下降主要是由水分的減少和細(xì)胞壁中果膠物質(zhì)的降解引起[10]。由圖4 可以看出,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),兩組哈密瓜在貯藏中期(6~9 d)、貯藏中后期(12~18 d)均呈快速下降的趨勢(shì)。在貯藏初期,哈密瓜果實(shí)的硬度為5.82 kg/cm2,貯藏結(jié)束時(shí),對(duì)照組和臭氧處理組果實(shí)的硬度分別為2.12 kg/cm2和2.83 kg/cm2,較貯藏初值分別下降了63.6%和51.3%,臭氧處理組的硬度極顯著高于對(duì)照組(P<0.01),表明臭氧處理可以有效延緩哈密瓜果實(shí)硬度的下降,減緩果實(shí)軟化速度。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮原果膠含量的影響見圖5。
圖5 臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮原果膠含量的影響Fig.5 Effect of ozone treatment on protopectin content of Hami melon fruit peel during storage
細(xì)胞壁物質(zhì)結(jié)構(gòu)是果實(shí)的重要組成部分,在果實(shí)成熟過程中能引起果實(shí)品質(zhì)特性的變化,在一定程度上決定了果實(shí)的質(zhì)地[11];果膠主要存在于細(xì)胞壁的初生壁和中膠層中,對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的完整與穩(wěn)定發(fā)揮至關(guān)重要的作用[12-13]。原果膠為非水溶性物質(zhì),含量越高,果實(shí)越堅(jiān)挺。由圖5 可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),兩組果實(shí)的原果膠含量均呈下降的趨勢(shì),且臭氧處理組始終高于對(duì)照組,在貯藏前中期(0~9 d)兩組果實(shí)原果膠含量均下降,且貯藏第9 天臭氧處理組極顯著高于對(duì)照組(P<0.01);貯藏中后期(9~18 d)兩組果實(shí)整體均呈緩慢上升的趨勢(shì),且貯藏12、15 d 臭氧處理組與對(duì)照組具有極顯著性差異(P<0.01);在貯藏初期果實(shí)的原果膠含量為1.17%,貯藏結(jié)束時(shí)臭氧處理組與對(duì)照組較初始分別下降38.24%和42.68%,且貯藏18 d 時(shí)臭氧處理組與對(duì)照組具有顯著性差異(P<0.05);由此說明,臭氧能夠有效抑制原果膠含量的降解,防止果實(shí)軟化。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮可溶性果膠含量的影響見圖6。
果實(shí)軟化最主要的原因是細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞,并隨著果實(shí)成熟,細(xì)胞壁的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷被瓦解,在細(xì)胞壁降解代謝過程中,果實(shí)中的原果膠含量逐漸減少,而可溶性果膠含量逐漸增加[14-15]。由圖6 可以看出,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),兩組果實(shí)的可溶性果膠含量呈波浪上升的趨勢(shì),且對(duì)照組的可溶性果膠含量始終高于臭氧處理組;兩組果實(shí)可溶性果膠含量在貯藏前中期(0~9 d)整體穩(wěn)步上升,至貯藏后期(12~15 d)出現(xiàn)小幅度下降,且貯藏12、15 d 的對(duì)照組果實(shí)可溶性果膠含量顯著高于臭氧處理組(P<0.05);該結(jié)果與硬度下降得到延緩的結(jié)果一致(圖4),并與王偉等[16]得出的臭氧處理杏果實(shí)能夠降低果實(shí)可溶性果膠含量,保持果實(shí)硬度的結(jié)果相似;由此說明,臭氧能夠抑制可溶性果膠含量的增加,延緩果實(shí)軟化。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮PG 活性的影響見圖7。
在果蔬成熟軟化過程中,果膠降解與細(xì)胞壁降解酶存在密切聯(lián)系。多聚半乳糖醛酸酶主要通過作用于1,4-2-D-半乳糖苷鍵,使細(xì)胞壁發(fā)生解體,這可能是果實(shí)軟化過程中果實(shí)品質(zhì)發(fā)生變化的重要原因[17]。由圖7 可知,兩組哈密瓜果實(shí)的PG 酶活性在貯藏前期(0~6 d)活性較低,且貯藏6~9 d 對(duì)照組出現(xiàn)小幅度下降,臭氧處理組出現(xiàn)小幅度上升;對(duì)照組果實(shí)PG 酶活性從貯藏第9 天開始明顯增強(qiáng),且在貯藏第12 天出現(xiàn)高峰,為2 228 μg/(h·g);貯藏末期(12~18 d),兩組果實(shí)PG 酶活性逐漸下降,貯藏第12 天和第15 天對(duì)照組PG 酶活性較臭氧處理組分別高21.8%和39.3%,且對(duì)照組果實(shí)PG 酶活性顯著高于臭氧處理組(P<0.05)。由此說明,臭氧能夠抑制果實(shí)PG 酶活性上升,延緩果膠分解速度,維持鮮果貯藏過程中的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮β-Gal活性的影響見圖8。
圖8 臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮β-Gal 活性的影響Fig.8 Effect of ozone treatment on β-Gal activity of Hami melon fruit peel during storage
在果實(shí)成熟過程中,β-半乳糖苷酶(β-Gal)的活性易受到抑制,使細(xì)胞壁降解酶的活性隨之升高,細(xì)胞壁降解酶與β-Gal 之間存在一定的相互作用關(guān)系[18]。由圖8 可知,在整個(gè)貯藏期間,對(duì)照組果實(shí)β-Gal 活性始終高于臭氧處理組。貯藏前期(0~6 d)對(duì)照組果實(shí)β-Gal 活性逐漸增強(qiáng),而臭氧處理組果實(shí)貯藏0~3 d 下降,隨后貯藏第3 天后活性開始增強(qiáng);隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),兩組果實(shí)β-Gal 活性在貯藏6~18 d 處于平緩趨勢(shì),對(duì)照組貯藏6、9、12、15 d 的β-Gal 活性較處理組分別高0.39%、1.14%、0.92%、1.53%,且對(duì)照組在貯藏9~15 d 與臭氧處理組具有極顯著差異(P<0.01);由此說明,臭氧能夠抑制β-Gal 活性增強(qiáng),達(dá)到延緩果實(shí)細(xì)胞壁分解速度的目的。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮Cx 活性的影響見圖9。
圖9 臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮Cx 活性的影響Fig.9 Effect of ozone treatment on Cx activity of Hami melon fruit peel during storage
纖維素是細(xì)胞壁的骨架物質(zhì),能催化纖維素分解為葡萄糖和半纖維素,加速細(xì)胞壁的解體過程,促使果實(shí)成熟軟化[19]。Cx 可降解細(xì)胞壁中的纖維素,使細(xì)胞壁成分發(fā)生改變,進(jìn)而影響果實(shí)的軟化。由圖9 可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),貯藏前期(0~6 d)對(duì)照組Cx 活性下降,臭氧處理組Cx 活性增強(qiáng);貯藏6~12 d 臭氧處理組Cx 活性逐漸減弱,隨后Cx 活性緩慢上升;而貯藏中后期(9~18 d)對(duì)照組Cx 活性整體升高,且貯藏9、12、15、18 d 較臭氧處理組分別高出19.1%、34.2%、22.9%、19.3%,具有極顯著差異(P<0.01);與張曉睛[20]所得出的采用2.4 mg/m3臭氧處理藍(lán)莓能夠抑制Cx 酶活性,延緩果實(shí)軟化的結(jié)果相似。由此說明,臭氧能夠降低Cx活性,并降低果實(shí)纖維素降解速度,維持細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。
臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮β-Glu活性的影響見圖10。
圖10 臭氧處理對(duì)哈密瓜果實(shí)采后貯藏期間果皮β-Glu 活性的影響Fig.10 Effect of ozone treatment on β-Glu activity of Hami melon fruit peel during storage
β-Glu 屬于纖維素酶類,對(duì)果實(shí)細(xì)胞壁的降解與穩(wěn)定產(chǎn)生重要影響[21]。由圖10 可知,整個(gè)貯藏期間,對(duì)照組β-Glu 活性始終高于臭氧處理組;對(duì)照組β-Glu活性整體呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì),而臭氧處理組β-Glu 活性變化波動(dòng)較大;貯藏前期(0~6 d)臭氧處理組β-Glu活性較低,在貯藏第9 天和第15 天出現(xiàn)高峰,貯藏第9 天對(duì)照組β-Glu 活性較處理組高9.3%,貯藏后期(15~18 d)對(duì)照組β-Glu 活性逐漸降低。對(duì)照組β-Glu活性在貯藏3~12 d 極顯著高于臭氧處理組(P<0.01),由此說明,臭氧可以抑制β-Glu 活性的上升,延緩纖維素降解速度,保持果實(shí)細(xì)胞壁堅(jiān)固,防止軟化,該結(jié)論能夠在果實(shí)硬度變化趨勢(shì)得到證明。
結(jié)果表明,臭氧能夠抑制哈密瓜PG、β-Gal、Cx、β-Glu 與果實(shí)軟化相關(guān)酶活性的上升,延緩原果膠的降解和果實(shí)硬度的下降,一定程度上抑制可溶性果膠含量的上升,從而抑制果實(shí)軟化。結(jié)果表明,臭氧能夠在一定程度上抑制細(xì)胞壁降解酶對(duì)果膠的降解,從而維持細(xì)胞壁堅(jiān)挺,達(dá)到延緩軟化的目的并延緩果實(shí)腐爛。