殼聚糖和納米SiOx處理對采后臍橙果實硬度的影響

吳雪瑩，屈立武，周雅涵，曾凱芳,2,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.西南大學食品科學與工程國家級實驗教學中心，重慶 400715）

殼聚糖和納米SiOx處理對采后臍橙果實硬度的影響

吳雪瑩1，屈立武1，周雅涵1，曾凱芳1,2,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.西南大學食品科學與工程國家級實驗教學中心，重慶 400715）

探討殼聚糖、納米SiOx及兩者復合處理對采后“Fengji”臍橙果實貯藏期間硬度的影響，同時，通過測定貯藏期間臍橙果皮中與細胞壁結構相關的物質含量及酶活性的變化，揭示殼聚糖、納米SiOx及兩者復合處理保持臍橙果實硬度的機制。結果表明，1.5%殼聚糖、0.08%納米SiOx及兩者復合處理能顯著抑制臍橙果實貯藏期間硬度的降低，復合處理的效果最佳。3 種處理均能延緩臍橙果皮中原果膠降解，抑制可溶性果膠含量的上升，刺激纖維素和木質素的生成，降低果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶的活性。說明殼聚糖、SiOx及兩者復合處理通過調控臍橙果皮細胞壁結構相關物質的合成與降解，抑制相關酶活性，強化了臍橙果皮細胞壁的強度，抑制了果實硬度的下降。

殼聚糖；SiOx；臍橙果實；硬度

臍橙果實表面光滑、色澤鮮艷、味道甘甜，是品質優良的柑橘品種，因其果頂部開裂成臍狀，附有發育不完全的次生小果，故名為臍橙[1]。臍橙營養豐富，果肉含大量的胡蘿卜素和維生素能有效抑制致癌物質的產生，減少心臟病的患病幾率[2]。我國是世界上臍橙種植面積最大的國家，主要品種有贛南臍橙、紐荷爾臍橙、林娜臍橙、朋娜臍橙、華盛頓臍橙等。但是由于采后貯藏、運輸和銷售過程中的處理不當，一方面果實容易受到病原微生物的侵害，發生侵染性病害，引起果實腐爛變質；另一方面極易造成果實發生生理失調，營養損失，品質劣變[3]。貯藏過程中臍橙果實硬度是評價其品質的重要指標之一，與臍橙采后貯藏特性關系密切。臍橙果實硬度下降往往伴隨著果肉軟化，口感松散，果皮塌陷等情況，導致果實品質劣變，且不利于臍橙的包裝和運輸。果實硬度下降的主要原因是細胞壁結構及相關降解酶活性的變化[4]。果膠和纖維素是構成細胞壁的主要成分。果膠物質是由原果膠、可溶性果膠和果膠酸組成，原果膠含量的降低和可溶性果膠的生成造成果實硬度下降[5]。果實中的果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）、多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）和纖維素酶是導致果實硬度下降主要的細胞壁降解酶[6-7]。

殼聚糖是由高等植物的細胞壁和藻類、菌類的細胞膜，以及蟹、蝦、昆蟲等的外殼通過脫乙酰化反應后得到的[8]，它是迄今為止發現的唯一的天然堿性氨基多糖，具有無毒性、生物降解性以及良好的生物相容性等特性[9]。殼聚糖涂膜處理不僅可以有效地控制棗果的青霉病[10]、葡萄的白腐病[11]等，還能抑制贛南臍橙[12]、草莓[13]、杏[14]等果蔬貯藏品質的降低，延長其貯藏期，提高商業價值。大量研究表明，殼聚糖涂膜處理可顯著抑制果蔬硬度的下降以及調節相關酶活性，賈小麗等[15]發現殼聚糖涂膜可明顯抑制冬棗的軟化，Gao Pisheng等[16]的實驗表明，殼聚糖處理明顯延緩了葡萄貯藏過程中硬度的下降速度，Hong Keqian等[17]在番石榴上、Arnon等[18]在柑橘上、Ma Zengxin等[19]在桃上都得到了相同的研究結果。Liu Kaidong等[20]發現殼聚糖涂膜處理李果實后，PME和PG活性都明顯小于對照組。Gol等[21]報道殼聚糖涂抹處理可抑制草莓貯藏過程中PME、PG和纖維素酶活性。但是由于殼聚糖本身的結構造成其溶解性不高，從而在使用過程中受到了一定的限制。

目前，越來越多的研究熱點集中在殼聚糖涂膜材料中加入納米材料，納米材料的引入不但能解決殼聚糖溶解性低的問題，還能強化殼聚糖的貯藏保鮮的效果[22-23]。納米SiOx是一種無味、無毒、無污染的白色粉末狀非金屬無機納米材料，對果蔬采后貯藏過程中硬度的保持有一定的效果，如納米SiOx處理可以顯著抑制靈武長棗和金絲棗貯藏期間果實硬度的下降[24-25]。相關研究[26]表明，SiOx對殼聚糖具有修飾作用，能降低其透水率，改善其涂膜力學性能。Jen-Taut等[27]研究發現，殼聚糖與SiOx復合處理不僅可以維持殼聚糖本身的保鮮效果，還可以彌補殼聚糖在成膜過程中和實際應用中出現的熱穩定性差、不易溶解等問題，可以有效地提高殼聚糖性能，擴大殼聚糖的應用范圍。SiOx復合殼聚糖處理采后果蔬，可以顯著提高獼猴桃[28]、龍眼[29]、草莓[30]、棗[31]等的貯藏品質。然而，有關殼聚糖復合SiOx處理對臍橙果實貯藏期硬度影響的研究尚未見報道。本實驗擬研究殼聚糖、納米SiOx單獨處理以及殼聚糖復合SiOx處理對采后臍橙果實硬度的影響，同時通過測定果皮相關結構物質及關鍵酶活性，探究殼聚糖和納米SiOx處理保持臍橙果實硬度的機制，從而為臍橙果實采后貯藏品質的保持提供可靠的理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

成熟的“Fengji”臍橙果實于2013年11月采摘自重慶市北碚區。選擇無機械傷、未染病、大小和成熟度等外觀品質基本一致的果實，用2%次氯酸鈉溶液浸泡1～2 min，自來水沖洗，并在室溫（20～25 ℃）條件下晾干后備用。

殼聚糖（脫乙酸度不小于95%，黏度為120 cps） 山東奧康生物有限公司；納米SiOx（平均粒徑20～50 nm）浙江舟山明日材料科技股份有限公司；3,5-二硝基水楊酸 成都市科龍化工試劑廠；D-半乳糖醛酸、多聚半乳糖醛酸 北京索萊寶生物技術有限公司；咔唑北京化學試劑公司；乙酰溴 常州市新華活性材料研究所；微晶纖維素 美國Sigma公司；蒽酮 上?？曝S實業有限公司。其他試劑為實驗室常用試劑。

1.2 儀器與設備

TA-XT2i物性測定儀 英國Stable Micro System公司；高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；紫外分光光度計 日本島津公司；超低溫冷凍儲存箱 中科美菱低溫科技有限公司；恒溫貯藏箱 日本三洋公司。

1.3 方法

1.3.1 復合涂膜液的制備

取一定量納米SiOx，加入適量的1%乙酸溶液，超聲波處理10 min，使其均勻分散，再加入一定量的殼聚糖，不斷攪拌1 h后再用超聲波處理10 min，然后用1 mol/L NaOH溶液調節pH值至5.6，靜置24 h，制得1.5%殼聚糖與0.08% SiOx的復合溶液。

1.3.2 處理方法

將清洗后的“Fengji”臍橙果實隨機分成4 組，分別在蒸餾水（對照）、1.5%殼聚糖、0.08% SiOx、1.5%殼聚糖和0.08% SiOx復合溶液中浸果1 min，取出自然晾干后單果包裝，貯藏于4 ℃、80%～85%相對濕度的環境下，取樣測定硬度相關指標。

1.3.3 果實硬度的測定

采用TA-XI2i質構儀測定果實硬度。果實置于P/50探頭下做質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）實驗，沿果實赤道等距離測定3 次。參數設置為：預壓速率1.00 mm/s、下壓速率0.5 mm/s、壓后上行速率1.00 mm/s，兩次壓縮中間停頓5 s，試樣受壓變形5%，觸發力值0.1 N。由質地特征曲線得到表征果皮硬度的評價參數。每個處理每次測定6 個果實，重復3 次。

1.3.4 原果膠與可溶性果膠含量的測定

參照Manganaris等[32]的方法，采用分光光度法測定果皮果膠含量，以D-（+）半乳糖醛酸為標樣作標準曲線，以每克樣品中生成半乳糖醛的含量作為原果膠或可溶性果膠的含量。

1.3.5 木質素含量的測定

參照Morrison[33]、劉尊英[34]等的方法并作適當修改。準確稱取1.0 g柑橘果皮，加5 mL 95%乙醇研磨勻漿后經4 000 r/min離心10 min，沉淀物用3 mL 95%乙醇溶液和3 mL乙醇-正己烷（1∶2，V/V）沖洗3 次后105 ℃烘干。將干燥后的樣品放入3 mL 25%溴乙酰冰醋酸溶液中，70 ℃恒溫水浴中加塞保溫反應30 min，加入0.9 mL 2 mol/L NaOH溶液終止反應，用冰醋酸定容10 mL，于4 000 r/min離心10 min后收集上清液作為被測樣品。吸取0.1 mL上清液，加入4.9 mL蒸餾水（按1∶50稀釋），以蒸餾水為調零，在280 nm波長處測定吸收度。以每克鮮樣在280 nm波長處的吸收度表示木質素含量。

1.3.6 纖維素含量的測定

參照牛森[35]的方法，采用分光光度法測定纖維素含量，以纖維素為標樣作標準曲線，按下式計算樣品中纖維素含量：

式中：A為在標準曲線上查得的纖維素含量值/μg；B為樣品鮮質量/g；C為樣品稀釋倍數；X為樣品中纖維素含量/%。

1.3.7 PME與PG活性的測定

PG和PME活性測定參考Riov[36]、羅自生[37]等的方法。PG活性采用DNS比色法，以每小時每克鮮樣37 ℃時分解果膠產生1 mg半乳糖醛酸為一個酶活力單位（U）。PME活性采用pH計法，以30 min內釋放出1 mmol/L的CH3O—定為一個酶活力單位（U）。

1.3.8 纖維素酶活性的測定

參照Grohmann等[38]的測定方法。以每小時每克鮮樣37 ℃時分解纖維素產生1 μg葡萄糖為一個酶活力單位（U）。

1.4 數據分析

以上所有實驗均重復3 次，并用Excel 2003統計分析數據，計算標準誤差并制圖；應用SPSS 21.0對數據進行方差分析，利用最小顯著差異性檢驗、鄧肯式多重比較進行差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 殼聚糖和納米SiOx處理對臍橙果實貯藏期間硬度的影響

如圖1所示，隨著貯藏時間的延長，臍橙果實硬度不斷減小，對照組果實硬度下降最明顯，殼聚糖和SiOx單獨處理組次之。與對照組和殼聚糖、SiOx單獨處理組相比，殼聚糖復合SiOx處理能顯著延緩臍橙果實硬度的降低（P＜0.05）。從貯藏第10天開始，殼聚糖復合SiOx處理組和對照組、單獨處理組之間存在顯著性差異（P＜0.05）。貯藏第10天時，對照組、殼聚糖處理組和SiOx處理組硬度分別是殼聚糖復合SiOx處理組硬度的88.1%、93.8%和92.7%。至貯藏第60天時，對照組、殼聚糖、SiOx單獨處理組硬度分別是殼聚糖復合SiOx處理組硬度的77.5%、86.1%和91.6%。

圖 1 殼聚糖和SiOx處理對臍橙果實硬度的影響Fig.1 Effects of chitosan and SiOxcoating on fi rmness of navel orange

2.2 殼聚糖和納米SiOx處理對臍橙果皮果膠含量的影響

圖 2 殼聚糖和SiOx處理對臍橙果皮原果膠含量的影響Fig.2 Effects of chitosan and SiOxcoating on protopectin content of navel orange peel

如圖2所示，貯藏過程中臍橙果皮原果膠含量呈現先降低后升高的趨勢。在整個貯藏期間，對照組果實的原果膠含量始終處于較低的水平，殼聚糖復合SiOx處理能夠顯著延緩果實原果膠的降解，這對于臍橙果實硬度的保持具有積極的意義。貯藏第40天時，對照組的原果膠含量下降至最低水平，此時，殼聚糖、SiOx及復合處理組果實的原果膠含量分別為對照組果實的130.7%、118.3%和124.8%（P＜0.05）。

圖 3 殼聚糖和SiOx處理對臍橙果皮可溶性果膠含量的影響Fig.3 Effects of chitosan and SSiiOOxcoating on water-soluble pectin content of navel orange peel

如圖3所示，各處理組臍橙果皮的可溶性果膠含量呈現逐漸上升的趨勢。貯藏至30 d時，對照組果實可溶性果膠含量為殼聚糖、SiOx單獨處理組和殼聚糖復合SiOx處理組的1.12、1.17 倍和1.26 倍。整個貯藏周期中，對照組果皮可溶性果膠含量最高，殼聚糖和SiOx單獨處理次之，殼聚糖復合SiOx處理組最低。

2.3 殼聚糖和納米SiOx處理對臍橙果皮纖維素和木質素含量的影響

圖 4 殼聚糖和SiOx和處理對臍橙果皮纖維素含量的影響Fig.4 Effects of chitosan and SiOxcoating on cellulose content of navel orange peel

如圖4所示，臍橙果皮的纖維素含量總體呈現波浪形變化趨勢。貯藏40 d以前，對照組果皮的纖維素含量低于處理組，其中貯藏至30 d時，差異性最大（P＜0.05）。殼聚糖、SiOx單獨處理和復合處理組的纖維素含量分別是對照組的1.24、1.22 倍和1.34 倍。貯藏40 d后，殼聚糖和SiOx處理對臍橙果皮纖維素含量變化的影響減弱。

圖 5 殼聚糖和SiOx處理對臍橙果皮木質素含量的影響Fig.5 Effects of chitosan and SiOxcoating on lignin content of navel orange peel

由圖5可知，臍橙果實貯藏過程中，對照組的木質素含量無顯著性變化，殼聚糖、SiOx單獨處理及兩者復合處理顯著提高了果皮木質素的含量（P＜0.05），有助于臍橙果實貯藏期間硬度的保持。貯藏至20 d時，殼聚糖、SiOx單獨處理組和復合處理組的木質素含量是對照組的121.0%、120.9%和129.6%。貯藏至60 d時，殼聚糖、SiOx復合組的木質素含量達到最大值，此時殼聚糖、SiOx單獨處理和復合處理組的木質素含量分別是對照組的116.2%、121.4%和127.0%。

2.4 殼聚糖和納米SiOx處理對臍橙果皮PME與PG活性的影響

圖 6 殼聚糖和SiOx處理對臍橙果皮PME活性的影響Fig.6 Effects of chitosan and SiOxcoating on pectin methylesterase activity of navel orange peel

如圖6所示，貯藏期間臍橙果皮的PME活性呈先上升后下降的趨勢。對照組果實PME活性一直處于較高的水平，在貯藏第40天達到最大值。貯藏至40 d時，殼聚糖單獨處理組和殼聚糖、SiOx復合處理組果皮的PME活性與對照組相比差異顯著（P＜0.05），分別為對照組的77.0%和80.4%，SiOx單獨處理組果皮的PME活性與對照組之間無顯著性差異。

圖 7 殼聚糖和SiOx處理對和臍橙果皮PG酶活性的影響Fig.7 Effects of chitosan and SiOxcoating on polygalacturonase activity of navel orange peel

整個貯藏期間臍橙果皮PG活性呈上升趨勢（圖7）。殼聚糖、SiOx單獨處理及兩者復合處理能抑制臍橙果皮中PG活性的增加，在貯藏后期效果更為顯著（P＜0.05）。貯藏至50 d時，對照組果皮PG活性較高，殼聚糖、SiOx單獨處理組及兩者復合處理組果皮的PG活性與對照組之間有顯著性差異（P＜0.05），分別為對照組的85.0%、82.5%和77.5%。貯藏至60 d時，殼聚糖、SiOx單獨處理組及兩者復合處理組果皮的PG活性分別為對照組的78.9%、77.4%和82.2%。

2.5 殼聚糖和納米SiOx處理對臍橙果皮纖維素酶活性的影響

如圖8所示，整個貯藏期間，臍橙果皮的纖維素酶活性呈現上升的趨勢。殼聚糖，SiOx單獨處理及兩者復合處理能抑制臍橙果皮中纖維素酶活性的上升。貯藏第10天時，對照組果皮纖維素酶活性分別為殼聚糖、SiOx單獨處理及兩者復合處理組的1.28、1.45 倍和1.50 倍；貯藏至50 d時，殼聚糖，SiOx單獨處理組及兩者復合處理組果皮的纖維素酶與對照組之間有極顯著性差異（P＜0.01），對照組的纖維素酶活性分別為殼聚糖、SiOx單獨處理組和復合處理組的1.45、1.35 倍和1.23 倍。

圖 8 殼聚糖和SiOx和復合處理對和臍橙果皮纖維素酶活性的影響Fig.8 Effects of chitosan and SiOxcoating on cellulase activity of navel orange peel

3 結論與討論

本實驗的研究結果表明，1.5%殼聚糖、0.08%納米SiOx單獨處理及兩者復合處理能有效抑制貯藏過程中“Fengji”臍橙果實硬度的下降，1.5%殼聚糖、0.08%納米SiOx復合處理效果最顯著。1.5%殼聚糖、0.08% SiOx單獨處理及兩者復合處理通過抑制“Fengji”臍橙果皮中PG、PME和纖維素酶的活性，從而延緩原果膠的降解，抑制可溶性果膠的生成，刺激纖維素和木質素的合成與累積，進而強化了果皮細胞壁結構，延緩了臍橙果實軟化。

臍橙果實采后貯藏期間發生一系列的生理生化反應，其中較為明顯的特征即為果實硬度的下降，而果實硬度作為果實品質構成要素之一，與臍橙采后貯藏特性密切相關。本實驗中殼聚糖和納米SiOx單獨處理及兩者復合處理都能有效地保持“Fengji”臍橙果實的硬度，這與大多數研究結果相似[15,24-26]。果膠和纖維素作為果實細胞壁的主要成分，對臍橙果實硬度的影響起到關鍵性作用。果膠物質中原果膠的降解和可溶性果膠的生成都會導致果實硬度下降。本實驗發現“Fengji”臍橙果實原果膠含量在貯藏第40天時處于最低點，整個貯藏過程中殼聚糖和納米SiOx單獨處理及兩者復合處理都能抑制臍橙果實原果膠含量的降低和可溶性果膠的升高，這在保持果實硬度上有一定的積極意義。纖維素作為臍橙果實細胞壁的主要組成成分，能夠有效地保持果實硬度，從貯藏過程中的整體趨勢可以得出殼聚糖和納米SiOx單獨處理及兩者復合處理對“Fengji”臍橙果實纖維素含量有維持作用。木質素是果實次生代謝產物，是構成細胞壁次生結構的主要成分，木質素的合成與積累可以強化果皮細胞結構，延緩果實軟化。整個貯藏期間，臍橙果實木質素含量明顯增加，且經過殼聚糖和納米SiOx單獨處理及兩者復合處理的臍橙果實木質素含量的增加幅度大于對照組。PME、PG和纖維素酶等降解酶導致臍橙果實細胞壁降解并且減少細胞之間的相互連接，造成細胞離散，從而引起果實軟化。本實驗發現對照組臍橙果實的PME、PG和纖維素酶活性顯著高于經過殼聚糖和納米SiOx單獨處理及兩者復合處理的臍橙果實，這對果實硬度的保持是不利的，此結果與大多數研究[20-21]相似。

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Effects of Chitosan and SiOxTreatments on Firmness of Postharvest Navel Orange Fruits

WU Xueying1, QU Liwu1, ZHOU Yahan1, ZENG Kaifang1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center, Southwest University, Chongqing 400715, China)

The aim of this study was to investigate the effects of chitosan, SiOxand their combination on the fi rmness of“Fengji” navel orange fruit during storage. The mechanism involved was explored by measuring the contents of compounds and the enzyme activities related to the cell wall structure in peels. The results indicated that 1.5% chitosan and/or 0.08% SiOxcould signifi cantly delay the decrease of orange fruit fi rmness during storage. Meanwhile, the best effect was achieved by the combined treatment. All three treatments could delay the degradation of pectin, suppress the increase of soluble pectin, increase the contents of cellulose and lignin, and inhibit the activities of pectin methylesterase (PME), polygalacturonase (PG) and cellulase. In conclusion, both the individual and combined treatments can reinforce the strength of peel cell wall, inhibit the decrease of fruit fi rmness and maintain fruit quality by regulating the synthesis and degradation of cell wall structural materials and inhibiting related enzyme activities.

chitosan; SiOx; nav el orange fruit; fi rmness

S609.3；S667.7

A

1002-6630（2015）02-0204-06

10.7506/spkx1002-6630-201502040

2014-08-04

國家自然科學基金面上項目（31271958）；重慶市科技攻關（應用技術研發類/重點）項目（cstc2012gg-yyjsB80003）；

國家公益性行業（農業）科研專項（201203034）

吳雪瑩（1989—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工與貯藏工程。E-mail：wuxueyingtvb@163.com

*通信作者：曾凱芳（1972—），女，教授，博士，研究方向為農產品加工與貯藏工程。E-mail：zengkaifang@163.com