氯吡苯脲處理和質量損失對獼猴桃品質和電學特性的影響

李 琳，羅安偉*，蘇 苗，李圓圓，白俊青，藺志穎，宋俊奇，李 銳，方沂蒙

獼猴桃（Actinidia chinensis Planch）屬藤本植物，其果實酸甜可口，營養豐富，深受人們喜愛，常溫放置時，因其屬于典型的呼吸躍變型果實而極易軟化[1]。在獼猴桃軟化過程中其內部品質、電學特性及質量均會發生變化。獼猴桃果實的VC含量、可溶性固形物含量（soluble solids content，SSC）、可滴定酸（titratable acid，TA）含量及硬度等指標可以評價其品質的優劣[2]，且與電學特性存在一定的關系。

氯吡苯脲（1-(2-chloropyridin-4-yl)-3-phenylurea，CPPU）又名氯吡脲、KT30S、膨大劑等，是一種細胞分裂素類的植物生長調節劑，具有增加單果質量、提高坐果率、誘導單性結實等作用[3]，近年來在葡萄[4]、獼猴桃[5-6]、枇杷[7]等水果生產中廣泛應用。20世紀90年代起，CPPU開始應用于獼猴桃生產，在增大果實、提高產量等方面效果顯著[8]。但CPPU的濫用不僅導致獼猴桃在采后貯藏過程中果實的軟化和腐爛速率加快，爛果率上升，而且會削弱樹勢，影響來年結果[9-10]。國內外對于CPPU處理對獼猴桃成熟、貯藏過程中品質、營養物質含量的影響已有報道[5,11-13]，其一致表明CPPU（體積分數為0.1%的吡效隆）對獼猴桃品質產生負面影響。

水果作為由細胞組成的完整生物體，從微觀結構看，其內部存在大量帶電粒子形成的生物電場，它們在生長、成熟、受損以及腐爛變質過程中的生物化學反應始終伴隨能量的轉化和轉移，導致生物組織內各類化學物質所帶電荷量及電荷空間分布的變化，最終從宏觀上表現為水果的電學特性改變。因此，可以通過對水果電特性的檢測來判斷其內部品質[14]。近年來國內外學者對靈武長棗、蘋果、山竹、葡萄汁、香蕉、獼猴桃等的電學特性進行了相關研究[15-26]，結果表明可以通過電學特性檢測實現對水果內部品質的無損檢測。

獼猴桃軟化過程中由于呼吸和蒸騰作用導致其質量改變，其中主要是含水量的變化。細胞內任何生化反應都以水為介質或者溶質來進行，含水量的變化必然對獼猴桃的電學特性產生影響。

本實驗以‘秦美’、‘海沃德’兩個品種獼猴桃為材料，研究質量損失和CPPU處理對獼猴桃電學特性以及整體品質變化的影響，以期建立電學參數與品質的相關性，為獼猴桃品質無損檢測提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料為主栽品種‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃。

氫氧化鈉、碘化鉀、VC 廣東光華科技股份有限公司；酚酞 天津市致遠化學試劑有限公司；碘酸鉀上海國藥集團化學試劑有限公司；體積分數0.1%吡效隆（有效成分CPPU） 四川蘭月科技公司。

1.2 儀器與設備

3532-50 LCR測試儀 日本日置公司；TA.XT PLUS/50物性測定儀 英國Stable Micro Systems公司；HC-3018R高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；PAL-1數顯糖度計 日本愛宕公司；電子計數秤上海友聲衡器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗設計

CPPU處理組獼猴桃在盛花期后28 d用20 mg/L CPPU溶液逐個浸蘸獼猴桃幼果，蘸果時間為3 s，對照組用清水浸蘸幼果3 s。兩個品種的獼猴桃在SSC達6.0%～6.5%時采收，采收過程中要輕拿輕放，不能對獼猴桃果皮造成傷害，選取果形相近、無損傷的獼猴桃用于實驗，剔除有傷、畸形、日灼、過大及過小果實。采收后于陰涼處放置24 h散去田間熱入庫，0 ℃冷庫預冷24 h后庫內用單層0.03 mm厚聚乙烯（polyethylene，PE）袋包裝，每袋10 個果實，用橡皮筋扎口，袋內和環境相對濕度均為（95±1）%。0 ℃貯藏放置2 個月后，隨機各取一批于（17±2）℃ PE袋內敞口放置，每袋10 個果實，環境相對濕度為（29±2）%。測定質量損失率和電學參數。

1.3.2 質量損失率測定

每個處理組獼猴桃30 個，室溫（17±2）℃下放置，每天稱質量，設定‘秦美’質量損失率達0、1%、3%、5%，‘海沃德’質量損失率達0、1%、3%、5%、7%時（實際質量損失率略有偏差，以每天的測定值與設定值最接近的質量損失率為準），測定其電學參數和品質指標。‘秦美’在質量損失率達5%時開始軟爛，‘海沃德’在質量損失率達7%時開始軟爛，結束指標測定。質量損失率以實際稱量結果為準。

1.3.3 電學參數測定

實驗采用平行板電極系統在線無損檢測，使用3532-50 LCR測試儀，可測試頻率范圍為42 Hz～5 MHz，實際采用頻率為0.1～3 980 kHz范圍內的24 個頻率點，電壓為1 V的正弦波，極板夾持力為0.5 N[27]。在線自動測量各電學參數復阻抗（Z）、電抗（X）、損耗系數（D）、并聯等效電阻（Rp）、并聯等效電容（Cp）、并聯等效電感（Lp）。測試探頭采用9140型4終端探頭，電極采用銅制正方形平行平板電極，上下極板邊長均為6 cm，極板間距可調。

取室溫（17±2）℃、相對濕度（29±2）%條件下每個處理組30 個獼猴桃，沿果實赤道上120°等距離測定3 次，測定Z、X、D、Rp、Cp、Lp的變化。

1.3.4 品質指標測定

果肉硬度采用TA.XT PLUS/50物性測定儀，在TPA模式下，隨機取5 個獼猴桃果實，沿果實赤道上120°等距離取3 點，削去果實表皮，測定3 次。探頭為P5，測試模式為Messure Force in Compression，參數設置為預壓速率1.00 mm/s，下壓速率5.00 mm/s，壓后上行速率5.00 mm/s，兩次壓縮中間停頓5.00 s，探頭直徑為0.5 cm，硬度單位為kg/cm2。SSC采用糖度計測定；VC含量采用碘量法測定；TA質量分數采用酸堿滴定法測定[28]。

1.4 數據分析

采用SPSS 23.0軟件進行聚類分析、主成分分析、相關分析、回歸分析、標準化殘差分析；采用Origin 2016軟件作圖。以P＜0.05表示顯著相關，P＜0.01表示極顯著相關。

2 結果與分析

2.1 CPPU處理和質量損失對獼猴桃品質的影響

室溫存放過程中，對照組和CPPU處理組‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃果實硬度、VC含量、TA質量分數、SSC的變化見圖1。

圖1 質量損失率對獼猴桃果肉硬度（a）、VC含量（b）、TA質量分數（c）、SSC（d）的影響Fig. 1 Effect of mass loss on hardness (a), VC (b), TA (c) contents and SSC (d) of kiwifruits

如圖1a～c所示，‘海沃德’獼猴桃果肉的硬度明顯高于‘秦美’，而VC含量、TA質量分數明顯低于‘秦美’；經20 mg/L CPPU處理過的‘海沃德’獼猴桃果肉硬度、VC含量、TA質量分數整體低于對照組，經20 mg/L CPPU處理過的‘秦美’獼猴桃果肉硬度、VC含量（質量損失率低于1%時）、TA質量分數均低于對照組，說明CPPU處理顯著降低了獼猴桃果實品質。這與方學智等[6]研究的CPPU對美味獼猴桃影響的結果一致。室溫貯藏過程中，隨質量損失率的增加，‘海沃德’果肉硬度始終高于‘秦美’，但因VC含量、TA質量分數低而使果實風味相對寡淡。無論是否使用CPPU處理，‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃均隨質量損失率的增加，其果肉硬度、VC含量和TA質量分數在質量損失率較低時呈逐漸降低趨勢；‘秦美’在質量損失率達3%以上出現軟爛，TA質量分數呈增加趨勢，這主要是由失水引起的；‘海沃德’質量損失率達5%以上時CPPU處理組果實TA質量分數與‘秦美’呈相同的增加趨勢，而對照組果實TA質量分數仍呈下降趨勢，主要原因是CPPU處理果實的細胞結構更為疏松，質量損失中蒸騰失水所占比例更大，而對照組以有機酸等為底物的呼吸消耗引起的質量損失比例更大。

圖1d中‘秦美’SSC隨質量損失率增大先升高后降低，這是由于貯藏前期淀粉轉化為可溶性糖補充呼吸消耗導致SSC升高，后期隨著呼吸消耗增大，轉化的可溶性糖不足以補充呼吸消耗導致SSC降低；質量損失率小于3%時，CPPU處理后的‘秦美’獼猴桃SSC高于對照組，這與郭葉等[29]的報道結果一致。‘海沃德’SSC隨質量損失率增大而升高，但經CPPU處理后的獼猴桃SSC低于對照組，且變化速率明顯大于對照組，這與Cruz-Castillo等[30]報道的結果不相符，可能是因為‘海沃德’生理代謝相對衰弱，物質消耗慢，而貯藏中失水引起的SSC增加大于消耗的SSC，故而使SSC呈上升趨勢。

綜上所述，質量損失會導致‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃品質下降；CPPU處理也會導致果實品質下降，且CPPU處理對品質的影響更顯著。

2.2 聚類分析

聚類分析是將樣品按照品質特性相似程度逐漸聚合在一起，相似度最大的優先聚合在一起，最終按照類別的綜合性質多個品種聚合，從而完成聚類分析的過程[31]。將獼猴桃樣品按照表1進行編號。依據理化品質對質量損失率不同的18 個樣品采用離差平方和法（Ward法）進行個案系統聚類分析，結果如圖2所示。

表1 獼猴桃樣品編號Table 1 Numbering of kiwifruit samples

圖2 獼猴桃品質聚類分析Fig. 2 Cluster analysis of kiwifruit quality

系統聚類可依據品質指標簡單地將18 個獼猴桃樣品進行區分，如圖2所示，獼猴桃樣品可分為‘秦美’、‘海沃德’兩個大類群，說明兩個獼猴桃品種品質差異較明顯。在第1類群中，對照組和處理組‘秦美’質量損失率在2%以下的4 個樣品1、2、5、6被歸為一個二級類群，質量損失率高于2%的樣品4、8、7、3歸為一個二級類群，可見質量損失率對‘秦美’獼猴桃品質有較大影響。在第2類群中，對照組‘海沃德’質量損失率5%以下的4 個樣品10、11、9、12被歸為一個二級類群，經CPPU處理的所有樣品和質量損失率最高的對照組‘海沃德’樣品14、15、16、17、18和13歸為一個二級類群，表明相對于質量損失率而言CPPU處理對‘海沃德’的品質影響更大。

2.3 CPPU對獼猴桃電學特性的影響

對不同頻率下電參數與品質參數相關性進行主成分分析，綜合相關指數的正號和負號是數據標準化過程中產生的，代表綜合評價得分大小；其大小反映了頻率間各品質指標與6 個電參數綜合相關性的相對程度。綜合相關指數高則綜合相關程度高；反之，綜合相關程度低。綜合相關指數為正，表示該頻率下該品質指標與6 個電參數綜合相關性處于平均水平之上（各品質指標在各頻率上綜合得分之和為“0”）；綜合相關指數為負，表示該頻率下該品質指標與6 個電參數綜合相關性處于平均水平之下。綜合相關指數排名最高的頻率為篩選出的特征頻率。

表2 不同頻率下對照組和處理組‘秦美’電參數與品質參數綜合相關指數Table 2 Correlation coefficients between electrical parameters and quality parameters of ‘Qinmei’ kiwifruits from control and treatment groups at different frequencies

如表2所示，對照組‘秦美’在2 510 kHz下綜合相關指數排名最高，故對照組‘秦美’的特征頻率為2 510 kHz。處理組‘秦美’在3 980 kHz下綜合相關指數排名最高，故處理組‘秦美’的特征頻率為3 980 kHz。

在特征頻率2 510 kHz下，對照組‘秦美’品質參數和電參數的相關分析結果顯示，果實VC含量和果肉硬度與Z、Lp、X達5%顯著水平。將品質參數與其特征頻率下相關性最強的電參數Lp進行多元逐步回歸，得到相應回歸方程：VC含量＝1.58×106×Lp－19.013（R＝0.956 6，R2＝0.915 1，P＝0.043 3＜0.05）；硬度＝1.47×105×Lp－10.021（R＝0.953 7，R2＝0.909 5，P＝0.046 3＜0.05）。

通過標準化殘差分析VC含量、硬度的殘差值均在（－2，2）區間內，說明特征頻率下用Lp可預測果實VC含量和果肉硬度。Lp可作為對照組‘秦美’常溫質量損失過程中電特性檢測的敏感電參數。

在特征頻率3 980 kHz下，處理組‘秦美’品質參數和電參數的相關分析結果顯示，果實VC含量與Lp達5%顯著水平，將兩者進行多元回歸，得到回歸方程：VC含量＝5.55×106×Lp－55.97（R＝0.958 5，R2＝0.918 6，P＝0.041 5＜0.05）。

通過標準化殘差分析VC含量的殘差值均在（－2，2）區間內，說明特征頻率下用Lp可預測果實VC含量。Lp可作為處理組‘秦美’常溫質量損失過程中電特性檢測的敏感電參數。

比較對照組和處理組‘秦美’電特性檢測敏感電參數，可用Lp建立的回歸方程反映果實VC含量的變化，從而篩選出‘秦美’獼猴桃經CPPU處理的樣品，可實現基于VC含量與電參數Lp關系的在線無損檢測。

表3 不同頻率下對照組和處理組‘海沃德’電參數與品質參數綜合相關指數Table 3 Correlation coefficients between electrical parameters and quality parameters of ‘Hayward’ kiwifruits from control and treatment groups at different frequencies

如表3所示，對照組‘海沃德’在631 kHz下的綜合相關指數排名最高，故對照組‘海沃德’的特征頻率為631 kHz。處理組‘海沃德’在251 kHz下的綜合相關指數排名最高，故處理組‘海沃德’的特征頻率為251 kHz。

在特征頻率631 kHz下，對照組‘海沃德’品質參數和電參數的相關分析結果顯示：果實VC含量與Z、Lp、X達5%顯著水平以上；SSC與Z、Lp達1%極顯著水平，與Rp、X達5%顯著水平；TA質量分數與Z、Lp、X達1%極顯著水平；果肉硬度與Z、Lp、X達1%極顯著水平。將各品質參數與其特征頻率下相關性最強的電參數進行多元逐步回歸，分別得到相應回歸方程：VC含量＝1.5×105×Lp－169.564（R＝0.915，R2＝0.837 3，P＝0.029 4＜0.05）；SSC＝－0.001 3×X+21.058 7（R＝0.978 9，R2＝0.958 2，P＝0.003 7＜0.01）；TA質量分數＝1.25×10－4×Z+0.513（R＝0.971，R2＝0.942 8，P＝0.005 9＜0.01）；硬度＝2.729×104×Lp－36.619 8（R＝0.972 7，R2＝0.946 1，P＝0.005 4＜0.01）。

通過標準化殘差分析所有指標殘差值均在（－2，2）區間內，說明特征頻率下用Lp可預測果實VC含量和果肉硬度，X可預測SSC，Z可預測TA質量分數。Lp、X、Z可作為對照組‘海沃德’常溫質量損失過程中電特性檢測的敏感電參數。

在特征頻率251 kHz下，處理組‘海沃德’品質參數和電參數的相關分析結果顯示：VC含量與Z、Lp、X達5%顯著水平以上；SSC與Z、Lp、X達5%顯著水平。硬度與Z、Lp、X達1%極顯著水平。將品質參數與其特征頻率下相關性最強的電參數進行多元逐步回歸，分別得到相應回歸方程：VC含量＝7.588×103×Lp－31.313 7（R＝0.913 8，R2＝0.835，P＝0.03＜0.05）；SSC＝－663.841×Lp+17.048 1（R＝0.950 6，R2＝0.903 7，P＝0.013＜0.05）；硬度＝2.43×103×Lp－17.61（R＝0.990 1，R2＝0.980 4，P＝0.001＜0.01）。

通過標準化殘差分析所有指標殘差值均在（－2，2）區間內，說明特征頻率下用Lp可預測果實VC含量、SSC、果肉硬度。Lp可作為處理組‘海沃德’常溫質量損失過程中電特性檢測的敏感電參數。

比較對照組和處理組‘海沃德’電特性檢測敏感電參數，可用Lp建立的回歸方程反映果實VC含量、果肉硬度的變化，從而篩選出‘海沃德’獼猴桃經CPPU處理的樣品，同樣可實現基于果實VC含量與電參數Lp關系的在線無損檢測。

2.4 質量損失率對獼猴桃電學特性的影響

對不同頻率下的電參數和質量損失率進行主成分分析，綜合相關指數最高的頻率為篩選出的特征頻率。

表4 不同頻率下對照組‘秦美’、對照組‘海沃德’電參數與質量損失率綜合相關指數Table 4 Correlation coefficients of electrical parameters and quality parameters of ‘Qinmei’ and ‘Hayward’ kiwifruits from control group at different frequencies

如表4所示，對照組‘秦美’、對照組‘海沃德’最高綜合相關指數均出現在0.1 kHz，故二者特征頻率均為0.1 kHz。但在特征頻率下對照組‘秦美’、對照組‘海沃德’電參數與質量損失率相關性并不顯著。因此無法篩選出敏感電參數，建立數學模型。

3 討 論

獼猴桃在常溫貯藏過程中，隨著質量損失率的增加，‘秦美’果肉硬度下降，SSC先升高后下降，VC含量、TA含量質量分數先下降后升高；‘海沃德’果肉硬度、VC含量、TA質量分數下降，SSC升高。經CPPU處理后的獼猴桃，‘秦美’TA質量分數顯著低于對照組；‘海沃德’VC含量、TA質量分數、SSC均顯著低于對照組。綜合而言貯藏過程中質量損失率的增加和CPPU處理都會導致獼猴桃品質下降。質量損失對‘秦美’獼猴桃品質的影響更大，而CPPU處理對‘海沃德’獼猴桃品質的影響更大。

在選定的24 個頻率中，對照組‘秦美’、處理組‘秦美’、對照組‘海沃德’、處理組‘海沃德’4 個樣品常溫質量損失過程中電學特性檢測的特征頻率分別為2 510、3 980、631、251 kHz。特征頻率下用Lp可預測對照組‘秦美’果實VC含量和果肉硬度；Lp可預測處理組‘秦美’果實VC含量；對于對照組‘海沃德’果實，Lp可預測VC含量和果肉硬度，X可預測SSC，Z可預測TA質量分數；Lp可預測處理組‘海沃德’果實VC含量、SSC和果肉硬度。分別比較‘秦美’、‘海沃德’特征頻率下的敏感電參數，可用Lp建立的回歸方程反映4 組果實VC含量的變化。測定同一批‘秦美’或‘海沃德’獼猴桃在其特征頻率下的Lp值，根據回歸方程計算出相對應的VC含量。對于新鮮度較高的‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃，VC含量分別以130、65 mg/100 g為基準，低于此標準認為是經過CPPU處理的；對于新鮮度一般的‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃，分別以120、50 mg/100 g為基準，低于此標準認為是經過CPPU處理的；對于新鮮度較差的‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃，分別以105、30 mg/100 g為基準，低于此標準認為是經過CPPU處理的。在特征頻率0.1 kHz下未篩選出可以表征質量損失率的敏感電參數，因此無法建立數學模型實現獼猴桃新鮮度的無損檢測。

經CPPU處理的‘秦美’、‘海沃德’獼猴桃可用基于電參數并聯等效電感Lp與果實VC含量的回歸方程實現無損檢測，從而將CPPU處理過的獼猴桃挑選出來，該方法在實際生產中具有應用前景。