秋子梨果膠含量與果肉硬度的相關性研究

霍宏亮，曹玉芬，徐家玉，田路明，董星光，張 瑩，齊 丹，劉 超

（中國農業科學院 果樹研究所，遼寧 興城 125100）

秋子梨Pyrus ussuriensisMaxix 是我國梨的主要栽培種之一，主要分布黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古等地，其果實是典型的具有特異品質的梨屬果實。很多優良的秋子梨品種，如‘京白’和‘南果梨’等，果實采后需經歷后熟軟化過程，其食用品質才可達到最佳。細胞壁降解，尤其是果膠含量和性質的變化是果實軟化的關鍵因素[1]。果膠是一種由D-半乳糖醛酸經α-1,4 糖苷鍵聯結并與其他中性糖和非糖物質組成的多糖聚合物，是植物細胞壁中膠層和初生壁的主要成分[2-3]。果膠還是天然綠色的食品添加劑，不僅能夠改善食品的品質和口感，同時具有抗癌、解毒、降血糖、降血脂多種醫療保健作用[4-6]。果膠提取過程中，通過選擇不同的溶劑，可抽提分離得到共價結合態果膠（CSP）、水溶性果膠（WSP）和離子結合果膠（ISP）[7]。不同形式的果膠對果實品質的影響也有差異。果膠的存在形式、含量、性質及變化，對果實的生長發育和營養品質都有極其重要的影響。本試驗對8 個秋子梨品種軟化前后的果膠含量和硬度變化進行了研究，探討了不同品種及同一品種果實軟化前后果膠含量的差異，以期為進一步解析秋子軟化過程中果膠的代謝規律及其與硬度的關系提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

試驗所用‘南果梨’‘ 京白梨’‘小香水’‘軟兒’‘矮香’‘ 直把子’‘ 尖把’‘ 八里香’此8個品種的果實均采自國家果樹種質資源興城梨圃。

95%乙醇、無水乙醇（分析純），均由天津市天力化學試劑有限公司生產；CDTA，由國藥集團化學試劑有限公司生產；NaOH、Na2CO3、甲醇、氯仿、濃硫酸（優純級），均由天津市科密歐化學試劑有限公司生產；咔唑，由TCI（上海）化成工業發展有限公司生產；D-半乳糖醛酸，由美國Sigma 公司生產。

1.1.2 儀器與設備

GY-4 型數顯果實硬度計，MP5002 型電子天平，賽默飛VT6060M 真空干燥箱，8010EG 型高速粉碎機，SW22 型恒溫水浴震蕩器，3H24RI 型智能高速冷凍離心機，GL-3250B 型磁力攪拌器，Genesys 10S 型紫外光分光光度計。

1.2 方 法

1.2.1 處理方法

梨果實成熟期后，每個品種隨機采摘60 個一致性較好、無病蟲害、無機械損傷的果實，分為3 組，每組20 個，測定果實軟化前的果肉硬度和經室溫（25±1）℃條件下軟化14 d 后的果肉硬度，然后將果實去皮去核，準確稱量果肉，每組100 g，每個品種3 份，液氮凍存，置于-80 ℃的冰柜中保存以備用。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 果肉硬度的測定

于梨果實最大橫徑處去除果皮，用果實硬度計測定果肉硬度。

1.2.2.2 果膠分離及含量測定

果膠提取方法參照Brummell[8]和Fishman[9]等人的方法并略作改進，取冷凍研磨好的果肉5 g，至離心管中，加入80% 乙醇溶液15 mL，于95 ℃的條件下水浴加熱30 min，待溶液冷卻后以10 000 r·min-1的轉速離心10 min，去除上清液后得到粗提物質。以甲醇∶氯仿為1 ∶1 的混合物將粗提物質潤洗3 次去除雜質，真空干燥后獲得干物質以備用。

稱取干物質0.03 g，加入5 mL 的去離子水，沸水浴提取20 min，采用3H24RI 型智能高速冷凍離心機，在4 ℃條件下以10 000 r·min-1的轉速離心10 min，獲得水溶性果膠（WSP）；在不溶物中加入5 mL 的50 mmol·L-1CDTA 和乙酸鈉（pH 值為6.5），采用3H24RI 型智能高速冷凍離心機，于4 ℃下以10 000 r·min-1的轉速離心10 min，獲得離子結合果膠（ISP）；再在不溶物中加入50 mmol·L-1的Na2CO35 mL，于25 ℃的溫水浴中振蕩浸提12 h，在相同條件下離心，獲得共價結合態果膠（CSP）。果膠的含量以咔唑硫酸顯色法[10]測定。

1.2.2.3 標準曲線的繪制

采用咔唑硫酸顯色法測定果膠含量，以D-半乳糖醛酸為標準物質繪制標準曲線，操作方法為：取100 mg 的D-半乳糖醛酸，注入容量瓶中，定容到1 000 mL，再按比例稀釋，獲得濃度分別為0、10、20、30、40、50、60 mg·L-1的D-半乳糖醛酸溶液。取12 mL 濃硫酸于比色管中冰浴冷卻至3 ℃，緩慢加入2 mL 的不同濃度的D-半乳糖醛酸溶液，混合后沸水浴加熱10 min，冷卻后加入0.15%的咔唑試劑1 mL，充分混合，置于室溫下放置30 min，用蒸餾水作空白試驗，測定530 nm波長處的吸光度。繪制半乳糖醛酸濃度-吸光值（A）標準曲線，曲線方程如下：

Y＝0.005 9x－0.057 1，R2＝0.997 9。

繪制的半乳糖醛酸含量標準曲線如圖1所示。通過標準曲線獲得半乳糖醛酸濃度（C），并用如下公式計算果膠含量（X）：

X＝(C＋0.057 1) / (0.005 9×0.03)×100。式中，C為吸光值。

圖1 半乳糖醛酸含量標準曲線Fig.1 Standard curve of galacturonic acid content

1.2.3 數據處理

采用Origin 9.1 和Excel 2013 軟件進行數據分析及繪圖，采用Duncan 新復極差法對變量的差異進行比較。

2 結果與分析

2.1 秋子梨果實硬度的變化情況

果肉硬度的降低幅度反映了果實軟化的程度。研究中發現，果實軟化時間相同，因此硬度降低幅度大的品種，其軟化速度也較快。不同品種果實軟化前后果肉硬度的變化情況如圖2所示。由圖2可知，果肉硬度變化最大的是‘八里香’，其由10.94 kg·cm-2變為1.74 kg·cm-2，表明其軟化程度最大，軟化速度最快；其次為‘尖把’，其由9.13 kg·cm-2變為2.17 kg·cm-2；果肉硬度變化最小的為‘小香水’，其由4.18 kg·cm-2降低至2.35 kg·cm-2。其他幾個品種果實軟化后果肉硬度都有不同程度的降低。

圖2 不同品種果實軟化前后果肉硬度的變化情況Fig.2 Changes of flesh firmness of different cultivars before and after fruit softening

2.2 秋子梨果膠含量的變化情況

各品種秋子梨果實軟化前后果肉中的水溶性果膠（WSP）、離子結合果膠（ISP）和共價結合態果膠（CSP）的含量、3 種果膠的總量及各種果膠占3 種果膠總量的比例見表1。由表1可知，‘矮香’‘尖把’‘南果梨’此3 個品種果實軟化后的果膠總量均升高，‘軟兒’‘直把子’‘京白’此3 個品種軟化后的果膠總量均降低，‘八里香’和‘小香水’的果膠總量變化均較小。所有參試秋子梨品種果實軟化前后其WSP 和CSP 的含量都普遍高于ISP。果實軟化后，除‘軟兒梨’外其余品種的WSP 的含量均顯著升高，所有品種的WSP含量占其3 種果膠總量的比例均升高；而所有品種的CSP 含量及其占3 種果膠總量的比例都顯著下降；其ISP 含量均小幅升高，所占3 種果膠總量比例的變化幅度均較小。

2.3 秋子梨果膠含量與果肉硬度間的差異性比較和相關性分析

不同軟化時期果膠含量及果肉硬度間差異性的比較結果見表2。由表2可知，參試的8 個品種間和不同軟化時期的果膠含量的差異均達到了顯著水平（p＜0.05），即秋子梨不同品種及同一品種果實軟化前后其果膠含量具有顯著的差異性和多樣性。水溶性果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，軟化后的‘南果梨’‘矮香梨’和‘尖把梨’其水溶性果膠含量均較豐富；離子結合果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，品種間的差異和軟化前后的變化幅度均較小；共價結合果膠含量的變化范圍為9.55～20.23 g·kg-1，軟化前‘八里香’‘直把子’和‘小香水’的含量均較高；種間差異最大的是共價結合果膠，F值為8.95，差異最小的是水溶性果膠，F值為4.08。果肉硬度，品種間的F值為14.55，不同軟化時期的F值為519.42，品種間和同一品種不同軟化時期的硬度差異在0.05 水平上顯著。

秋子梨果實軟化前后3 種果膠的含量與果肉硬度間的相關性分析結果見表3。表3數據顯示，果肉硬度與水溶性果膠、離子結合果膠間均呈顯著負相關，其相關系數分別為-0.55 和-0.54，而與共價態果膠間呈極顯著正相關（p＜0.01），其相關系數為0.78。離子結合果膠含量與水溶性果膠含量間呈極顯著正相關（p＜0.01），而與共價態果膠間呈顯著負相關（p＜0.05）；水溶性果膠與共價態果膠含量間呈負相關。

表1 不同品種果實軟化前后果肉中3種果膠的含量及其占果膠總量的比例Table 1 Contents of three kinds of pectin and their proportions accounting total pectin content in different cultivars of flesh before and after fruit softening

表2 不同軟化時期果膠含量及果肉硬度間差異性的比較結果?Table 2 Difference comparison of pectin content and sarcocarp firmness at different softing periods

表3 果膠含量與果肉硬度間的相關性分析結果?Table 3 Correlation analysis between pectin content and flesh firmness

3 討論與結論

秋子梨品種繁多，其抗寒性強、風味濃郁、糖酸含量高。很多優異品種的秋子梨果實采收后都有后熟軟化的過程[11]。果實硬度是果實品質構成要素之一，不僅影響食用品質，與采后貯藏運輸特性都密切相關[12-13]。馬之勝等[14]在研究桃果實果膠與果實硬度的關系中發現，桃果實原果膠含量與果實帶皮硬度之間存在顯著的正相關性，果實可溶性果膠含量與果實帶皮硬度之間呈極顯著負相關。對番茄的研究結果也表明，果肉硬度與不溶性果膠間呈極顯著正相關，而與可溶性果膠間呈極顯著負相關[15]。岳英等[16]以‘鴨梨’和‘碭山酥梨’等11 個品種（品系）為試材，對梨果硬度與果膠含量的相關性進行了研究，結果表明，供試的8個品種和3個品系梨果實的果膠總量與果實去皮硬度間呈顯著正相關，但是，該研究并未就不同溶解性果膠對果肉硬度的影響情況進行深入的探索。

果膠是細胞骨架細胞壁的重要成分，也是細胞的粘合劑，在秋子梨后熟過程中扮演著重要角色。硬度的變化受果膠多糖鏈解聚、溶解性、支鏈結構等性質的影響[17]。本研究對不同溶解性果膠和果肉硬度的關系進行了研究，結果表明，當WSP 和ISP 含量均上升而CSP 含量下降時，果肉硬度下降；當WSP 和ISP 含量均較低而CSP 含量較高時，果肉硬度也相對較高。難溶的CSP 以共價鍵的形式交聯在細胞壁上[6]，并具有較為豐富的支鏈結構，有關研究結果表明，支鏈的豐富程度與硬度間呈正相關[18]。因此，在秋子梨軟化之前，CSP 的含量較高，軟化后共價鍵斷裂，CSP 含量則降低。而前人在對蘋果[19]、桃[20]、草莓[21]等的研究中已經證實，果肉硬度降低后可溶性果膠含量顯著升高，本研究中得到了一致的結果，果肉硬度與WSP 和ISP 這兩種可溶性果膠含量間均呈顯著負相關。齊秀東等[22]在對采后梨果膠含量變化的研究中發現，整個發育軟化期間，具有軟化特性的‘京白梨’果實其WSP 含量始終高于不軟化的‘鴨梨’，可見，WSP 在梨的軟化過程中起著關鍵作用。ISP 則是通過與Ca2+形成“鈣橋”，以離子鍵結合在細胞壁上[23]。當共價鍵斷裂后，需要靠離子交聯的作用來維持細胞壁的完整性，所以，秋子梨軟化后其ISP 含量有所上升。

當然，果實軟化是一個復雜的生理過程，在果實硬度的變化過程中，還會伴隨著果膠的酯化度、分子量、果膠酶活性等性質發生變化[24]。同時，受到貯藏保鮮條件和細胞壁組分（如纖維素、半纖維素等）及果實中的鈣離子和石細胞多種成分的影響[25-27]。至于上述各因素與秋子梨果實硬度變化的關系，本研究中并未對此進行探討，這有待于今后進一步研究。