庫爾勒香梨表皮蠟質組分的 變化與其生理變化的關系

宿勝男趙文啟陳國剛王陳強江 英*

(1.石河子大學食品學院,新疆石河子 832003;2.新疆冠農果茸集團集團股份有限公司技術中心,新疆庫爾勒 841000)

庫爾勒香梨屬于新疆梨種。新疆日照充足、高溫干燥的氣候環境條件賦予了庫爾勒香梨清甜可口的品質,其含水量達80%以上,含糖量達10%以上。庫爾勒香梨耐貯性較強,普通冷藏可達10個月,氣調貯藏可達12個月,可全年供應并出口國外[1]。庫爾勒香梨的耐貯性離不開其表皮蠟質的存在。蠟質的主要功能是限制非氣孔性水分流失,從而保護植物免受干旱脅迫[2]。此外,植物蠟質也能起到減少灰塵、花粉和孢子粘附的作用,保護組織免受紫外線輻射、介導,防止植物被微生物及昆蟲侵害,防止不同植物器官之間的有害融合[3-8]。蠟質是由不溶性聚合物基質和可溶于有機溶劑的蠟質組成的非雙層復合膜。聚合物基質主要由羥基脂肪酸聚酯角質組成[9]。而表皮蠟質是復雜的混合物,是由極長鏈脂肪酸(≥C20)衍生而成的脂肪族化合物[10]。兩層間最明顯的不同是三萜類化合物,其主要存在于聚合物基質中[11]。

植物表皮蠟質存在不穩定性,在不同的生長發育階段以及不同的貯藏條件下,其表皮蠟質的結構、含量及化學組分會出現一定差異,且以貯藏期間的變化最為明顯[12]。宋百成等[13]研究發現,在整個貯藏期內,紅星和嘎啦蘋果的蠟質中,酯類含量的趨勢為逐漸上升,珊夏和藤牧1號中的醇類含量逐漸增加。此外,蠟質組分的變化與果實的生理變化也有一定關系。Postbeittenmiller等[14]研究發現,植物表皮蠟質中含有少量的甾醇類和環狀化合物,其對植物具有抗病和抗菌功能。尹燕[15]在研究蘋果梨時發現,當其表皮蠟質中的α-法尼烯及其氧化產物共軛三烯類物質的含量增加時可以加速果實衰老進程和提高虎皮病的誘發機率。

目前,有關庫爾勒香梨表皮蠟質成分與果實相關生理指標變化的關系報道較少。本研究通過在常溫與冷藏條件下,測定蠟質主要成分的變化,結合香梨相關生理指標的變化進行相關性分析,以揭示香梨采后貯藏中蠟質的變化與果實耐貯性的關系,為香梨貯藏保鮮技術提供理論依據具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

庫爾勒香梨 新疆生產建設兵團第二師二十八團;三氯甲烷、二氯甲烷、14%三氟化硼-甲醇、正庚烷 均為色譜純,天津市光復精細化工研究所;氯化鈉、無水硫酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇、草酸、濃硫酸、咔唑等 均為分析純,上海巖新材料有限公司。

Trace-DSQ氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司;DDB-303A型便攜式電導率儀 上海雷磁儀器廠;722型分光光度計 上海精密科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 庫爾勒香梨采收后立即進行單果包裝(用拷白紙包果,外套網袋)、裝箱并運至實驗室,將果實分為兩組,分別進行常溫(25 ℃)和冷庫貯藏(0±1) ℃。選擇表皮完整且無病害的香梨,以常溫貯藏的果實作為對照(常溫組),每隔15 d對兩組香梨進行蠟質化學成分,細胞膜透性,呼吸強度,可溶性果膠含量,纖維素含量,多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性的測定,每個指標測定重復三次。

1.2.2 蠟質提取及含量測定 參照李珍慈[16]的方法。提取溶劑為三氯甲烷與二氯甲烷,體積比為2∶1,料液比為1∶2.5 (g/mL),提取溫度為25 ℃,提取時間為75 s。蠟質提取量(mg/100 g)=(蠟質及空燒杯質量-空燒杯質量)×103/庫爾勒香梨質量。

1.2.3 蠟質成分檢測 參照李珍慈[16]方法。氣相色譜條件:采用石英毛細管色譜柱HP-5(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣:He;載氣流速1.1 mL/min,線速度40 cm/s;進樣量:1.0 μL,不分流;進樣口溫度:250 ℃;檢測室溫度:300 ℃程序升溫:初始溫度80 ℃,以4 ℃/min升溫至290 ℃,恒溫20 min。

質譜條件:電離方式為電子電離(electronic ionization,EI)源,離子源溫度:230 ℃;傳輸線溫度220 ℃;四級桿溫度150 ℃;電子轟擊能量:70 eV;質量掃描范圍35～600 m/z。

1.2.4 細胞滲透性的測定 參照鄭炳松[17]的方法使用電導率儀測定。

1.2.5 呼吸強度的測定 參照趙晨震[18]的方法采用靜置法測定。

1.2.6 可溶性果膠含量的測定 參照曹建康等[19]的方法,采用咔唑比色法測定。

1.2.7 纖維素含量的測定 參照曹建康等[19]的方法采用稱量法測定。

1.2.8 多聚半乳糖醛酸酶(PG酶)活性的測定 參照曹建康等[19]的方法。

1.2.9 纖維素酶(CX酶)活性的測定 參照曹建康等[19]的方法。

1.3 數據處理

所有實驗指標每個周期重復測定三次,使用SPSS 19.0對實驗數據進行統計和分析,數據以平均值加減標準誤差表示,Origin 8.5作圖。

2 結果與分析

2.1 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質含量及成分的變化

2.1.1 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質含量的變化 如圖1所示,對于常溫組而言,在貯藏前期(0～30 d)內,蠟質含量升高,30 d后,蠟質含量逐漸下降;對于冷藏組而言,在貯藏期間(0～105 d)蠟質含量變化不顯著。在貯藏前期(0～45 d),常溫組蠟質含量顯著高于冷藏組(p<0.05),并在30 d時到達峰值2.7865 mg/g,是同時期冷藏組含量的1.51倍,在貯藏結束(105 d)時,常溫組和冷藏組蠟質含量分別為0.7903和1.5003 mg/g,冷藏組含量比對照組高89.84%,且常溫組末期含量是貯藏前測得的45.72%,而冷藏組末期含量是貯藏前測得的86.79%,二者差異顯著(p<0.05),說明低溫貯藏可有效的抑制蠟質含量的降低,這與王曉飛等[20]和董曉慶等[21]在蘋果上的研究結果相似。

圖1 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質含量的變化Fig.1 Changes of epicuticular wax content in Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

2.1.2 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質成分的變化 植物表皮主要蠟質成分的變化與貯藏期間的成熟過程有關[22]。由圖2可知,庫爾勒香梨表皮蠟質成分比較復雜,主要為烷烴、脂肪酸、烯烴、醇、醛、酯類化合物。在貯藏期間,烷烴與脂肪酸相對含量較高。兩組烷烴相對含量均呈先上升后下降趨勢,在45 d時含量達到最高,冷藏條件下烷烴含量始終低于常溫組,貯藏結束時,冷藏組烷烴含量保持較好,比對照組高36.25%,二者差異顯著(p<0.05);脂肪酸與烯烴的含量逐漸增加,脂肪酸在90 d時對照組含量為37.61%,是同期冷藏組的1.25倍,顯著高于冷藏組(p<0.05);在貯藏末期(105 d)冷藏組烯烴含量比對照組低了19.4%,二者差異顯著(p<0.05);醇、醛和酯類物質總體均呈下降趨勢,冷藏組醛類含量顯著高于對照組,兩組末期(105 d)含量分別貯藏前的28.14%和51.81%,差異顯著(p<0.05);貯藏末期(105 d)兩組醇類含量分別降至2.26%和3.35%,是貯藏前(0 d)的11.24%和16.67%;酯類在貯藏中含量逐漸下降,貯藏末期(105 d)兩組中僅分別剩3.95%和0.68%,分別為貯藏前(0 d)的23.87%和20.56%,低溫貯藏有效抑制了醛類的降低,但對醇類和酯類抑制效果不明顯。

圖2 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質組分的變化Fig.2 Changes in the main components of the epicuticular wax of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

可知,與常溫貯藏相比低溫貯藏能有效抑制蠟質化學成分間的相互轉化,可以更好的維持蠟質中烷烴等非極性成分的含量,低溫貯藏有效抑制了醛類的降低,但對醇類和酯類抑制效果不明顯。Curry[23]研究發現,貯藏期間由于果實的后熟作用,‘Autumn Gold’和‘Royal Gala’蘋果蠟質中的烷烴等非極性成分含量會顯著下降,這與本研究結果一致。

如圖3所示,與常溫組相比,不同貯藏期間冷藏組果實表皮蠟質化學組分的相對含量上存在差異。如圖3A所示,烷烴中含量較高的是正二十六烷和正二十八烷。在貯藏45 d時,兩組中正二十六烷含量達到最高,對照組是同期冷藏組的1.24倍,差異顯著(p<0.05),常溫組正二十八烷在貯藏60 d時達到最高,為8.08%,而冷藏組含量僅占常溫組的61.51%,差異顯著(p<0.05)。

如圖3B所示,烯烴自貯藏15 d時被檢出后,含量持續增加,主要為α-法尼烯。105 d時兩組α-法尼烯含量達到最高,冷藏組比常溫組低了13.31%,二者差異顯著(p<0.05)。

如圖3所示,貯藏初期,脂肪酸中主要為棕櫚酸,兩組中棕櫚酸含量不斷下降,在貯藏105 d時分別降至貯藏前的11.51%和2.27%。油酸自15 d檢出后含量逐漸增加,貯藏105 d時,兩組脂肪酸中主要成分為油酸。分別是檢出時的6.5倍和8.9倍,二者差異顯著(p<0.05)。

如圖3D所示,醛類中壬醛二甲縮醛和壬醛含量較高。冷藏組壬醛二甲縮醛是常溫組的7.5倍,常溫組壬醛在貯藏75 d時未檢測到,而冷藏組在貯藏結束時仍存余2.25%。

圖3 常溫貯藏和冷藏期間香梨表皮蠟質各組分中主要成分的變化Fig.3 Changes in the main components of the epicuticular wax of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage注:A. 烷烴;B. α-法尼烯;C. 脂肪酸;D. 醛類;E. 月桂醇。

如圖3E所示,醇類主要成分月桂醇含量也大幅降低。月桂醇含量分別降至貯藏前的1.87%和11.69%,二者差異顯著(p<0.05)。

2.2 常溫和低溫貯藏期間香梨表皮蠟質成分變化與生理變化的關系

2.2.1 常溫和低溫貯藏期間果實生理指標的變化 如圖4所示,貯藏過程中,常溫組香梨相對電導率始終高于冷藏組,到貯藏結束時,兩組香梨的相對電導率分別為48.06%和44.33%,兩組之間差異顯著(p<0.05)。說明低溫條件減緩了梨果的生理變化進程,使細胞膜透性保持相對較低的水平,延長了梨果的保鮮期。

圖4 常溫和冷藏期間香梨生理的變化Fig.4 Changes of the fruit physiological of Korla fragrant pear during normal temperature and cold storage

香梨是呼吸躍變型果實,常溫組在貯藏30 d時到達呼吸高峰,呼吸強度為36.37 CO2mg/(kg·h),之后呼吸強度逐漸下降,到貯藏結束(105 d)時僅為6.49 CO2mg/(kg·h);而冷藏組在貯藏60 d時到達呼吸高峰,呼吸強度為32.22 CO2mg/(kg·h),貯藏后期(60～105 d)呼吸強度逐漸下降,貯藏105 d時,呼吸強度為19.78 CO2mg/(kg·h),是同期常溫組是3.05倍,兩組之間差異顯著(p<0.05)。

常溫組可溶性果膠含量在0～30 d時與冷藏組差異不明顯,但在45～105 d時顯著高于冷藏組(p<0.05)。貯藏前期(0～75 d),果實代謝比較緩慢,PG酶活性較低,常溫組可溶性果膠含量的增加也比較緩慢,而從75 d開始,可溶性果膠含量迅速上升,到貯藏結束(105 d)時,含量為1.638%;而冷藏組在整個貯藏期可溶性果膠含量的變化相對較小,到貯藏結束時(105 d)僅為0.9754%,比同期常溫組低了40.45%,兩組之間差異顯著(p<0.05),說明低溫貯藏能有效的抑制香梨中可溶性果膠的生成,延緩果實的軟化。

在貯藏過程中,兩組香梨的纖維素含量均不斷下降,0～15 d時,常溫組的纖維素含量與冷藏組差異不顯著,但從30 d起,常溫組中的纖維素含量始終較冷藏組低(p<0.05),貯藏結束(105 d)時,對照組的纖維素含量為0.32%,比初始測定值下降了86.61%,冷藏組的纖維素含量為0.59%,比初始測定值下降了75.31%,兩組變化之間差異顯著(p<0.05),說明低溫條件能抑制纖維素的分解。

表1 常溫貯藏中香梨表皮蠟質主要成分變化與生理變化的相關性分析Table 1 Correlation analysis between variation of epicuticular wax main components and Physiological indicators of Korla fragrant pear in normal Temperature Storage

在貯藏期間,PG酶活性呈現先緩慢后快速上升的趨勢,這與可溶性果膠含量的變化趨勢相似。在貯藏結束(105 d)時,兩組香梨的PG酶活性分別為651.66和533.52 μg/(g·h),常溫組的PG酶活性比冷藏組的PG酶活性高了22.14%,差異顯著(p<0.05),說明低溫貯藏能抑制PG酶的活性,減緩果實的軟化過程。

在貯藏期間,兩組香梨的CX酶活性整體呈上升趨勢。在貯藏結束時,常溫組和冷藏組的CX酶活性分別為307.47和246.03 μg/(g·h),兩組之間差異顯著(p<0.05),說明低溫貯藏可以抑制CX酶活性,進而減緩其對纖維素的分解作用。

表2 冷藏過程中香梨表皮蠟質主要成分變化與生理變化的相關性分析Table 2 Correlation analysis between variation of epicuticular wax main components and Physiological indicators of Korla fragrant pear in refrigeration

2.2.2 香梨表皮蠟質成分變化與生理變化的相關性分析 研究表明蠟質總量和其非極性成分的變化與果實的生理變化有著重要的聯系[24]。對常溫和冷藏條件下不同貯藏時間的香梨表皮蠟質含量、蠟質主要成分與香梨的生理指標進行相關性分析發現,常溫組中烯烴、醇類、醛類、脂肪酸和蠟質含量均與細胞滲透性、可溶性果膠、纖維素、PG酶活性和CX酶活性顯著相關(p<0.05),其中烯烴的變化對其影響最為顯著,相關系數(n=7)分別為0.993、-0.895、-0.992、0.866和0.967,均達到極顯著水平(p<0.01)。烷烴、脂肪酸和蠟質含量對呼吸強度影響顯著,相關系數(n=7)分別為0.857、-0.852和0.970,均達到極顯著水平(p<0.01)。

冷藏組與常溫組的分析結果相近,除烷烴外,蠟質主要成分和蠟質含量均與細胞滲透性、可溶性果膠、纖維素、PG酶活性和CX酶活性顯著相關,仍以烯烴物質的變化對以上指標影響最顯著,相關系數(n=7)分別為-0.944、0.912、-0.983、0.884和0.943,均達到極顯著水平(p<0.01)。不同于常溫組,冷藏組中蠟質主要成分和蠟質含量與果實呼吸強度均無相關性,這可能是由于冷藏組貯藏前后蠟質含量變化不顯著,且呼吸高峰的到來導致蠟質含量、蠟質主要成分均與呼吸強度變化趨勢大不相同,進而相關性分析顯示其之間無相關性。

3 結論

研究結果表明,與常溫貯藏相比,冷藏條件可以抑制香梨采后表皮蠟質含量的降低。果實采后眾多蠟質化學成分間的相互轉化是個復雜的過程。兩組香梨表皮蠟質中,烷烴相對含量呈下降趨勢,烯烴含量逐漸增加,飽和脂肪酸含量不斷減少,而不飽和脂肪酸含量逐漸增加,但脂肪酸含量整體呈上升趨勢,醇、酯和醛類物質含量不斷下降。

果實呼吸強度與蠟質含量的變化有關,蠟質中非極性成分減少,極性成分增加,加速了果實的衰老進程,果實細胞膜逐漸受損,細胞膜透性隨之升高,蠟質主要成分的變化影響了果實PG酶和CX酶的活性,進而影響了可溶性果膠和纖維素的含量,說明蠟質成分的變化與果實的生理變化有相關性。

綜上所述,冷藏條件可以顯著抑制庫爾勒香梨果實表皮蠟質含量的減少和影響蠟質主要組分的變化,進而減緩梨果的生理變化,延緩梨果的軟化、衰老。