運輸過程中振動對哈密瓜的機械損傷和貯藏品質的影響

紀 鋒，李志元，尚志勇，張連文

(1.新疆工程學院數理學院，烏魯木齊 830023; 2.新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】運輸過程中的振動是造成果蔬機械損傷的重要因素[1]。果蔬在實際的運輸中會因為裝卸、搬運、以及不良運輸道路而產生不同程度的振動。運輸振動不僅會造成果實的機械損傷，使得水果的外觀遭受破壞，而且還會進一步加速果實內部的腐敗速度。通過模擬運輸振動條件，研究振動對哈密瓜貯藏品質的影響顯得十分必要。【前人研究進展】不同于香蕉、杏子等水果，哈密瓜在采收時要求的成熟度往往達八成以上，運輸過程的振動會使哈密瓜的表皮遭受撞擊，在貯運環節會伴隨著商品腐爛率高、品質下降等問題[2]。振動會加快哈密瓜的呼吸速率，增加它的后熟作用，破壞細胞膜完整性，加快哈密瓜的衰老[3]。【本研究切入點】振動同樣會影響果實貯藏期間的水解酶活性，加快細胞壁組織的解體和果實硬度的下降，導致水果在儲藏過程中水分的散失和組織的潰爛[4-6]。目前，關于運輸振動對哈密瓜細胞壁降解從而影響果實硬度的研究鮮見報道。有必要研究減輕哈密瓜機械損傷、改善貯藏品質的方法。【擬解決的關鍵問題】試驗設計6種振動處理方式，分析哈密瓜在振動條件下細胞壁內降解酶活性、細胞壁主要成分果膠與果實腐敗的關系，為尋找減輕運輸振動逆境對哈密瓜貯藏品質影響的方法提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 哈密瓜

供試哈密瓜品種為西州密25號，購于新疆烏魯木齊市北園春市場。單果質量約為2 kg。選取大小均勻、成熟度相近的哈密瓜供試驗使用。

1.1.2 試劑與儀器設備

PE保鮮袋是由新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所提供(規格：26.5 cm×23.5 cm×25 μm)。草酸、淀粉、純碘(分析純，天津市致遠化學試劑有限公司)。

供試儀器設備：T3000Y電子天平(美國雙杰兄弟集團有限公司)；FYL-YS-281L型智能寬溫恒溫設備(北京福意聯醫療設備有限公司)；德克SDW-1431溫濕度記錄儀(溫州艾佰測控科技有限公司)；Galileo雙室真空包裝機(上海工洲閥門有限公司)。冷藏運輸模擬試驗臺(新疆農科院)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2020年6月在新疆農業科學院農產品貯藏加工研究所實驗室進行。將購買的哈密瓜用PE保鮮膜分裝后隨即分為7組進行接下來的試驗，一組不做任何處理，記為CK，一組進行振動處理。將哈密瓜放入振動臺，分別裝入筐中進行不同裝筐量處理。處理1、處理2、處理3分別為裝半筐條件下振動2、4、6 h，記為T1、T2、T3。處理4、處理5、處理6分別為裝全筐條件下振動2、4、6 h，記T4、T5、T6。振動結束后將哈密瓜于15℃條件下貯藏，每天測定相關指標，每個處理重復3次。設置振動參數頻率50 次/min，上下方向加速度為4.9 m/s2，左右方向加速度為1.96 m/s2，前后方向加速度為1.96 m/s2。振幅為3.5 cm[7]。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 腐爛率及商品率

以楊軍等[2]方法測定腐爛率。根據哈密瓜表面腐爛面積的大小，將哈密瓜的腐爛程度劃分為4級。0級：果實表面光澤，無腐爛跡象，可正常銷售；1級：腐爛面積<5%，表面輕微腐敗，不影響銷售；2級：腐爛面積達6%～15%；3級，腐爛面積達16%～25%，有明顯酸臭味，腐敗嚴重。

果實腐爛指數=∑(果實腐爛級別個數)/調查果數總數。

果實商品率(%)=(0級+1級)果實數量/調查果總數100%。

1.2.2.2 失重率

參照王士奎等[8]和寇興凱等[9]方法統計失重率。采用稱重法，取出貯藏后的哈密瓜，將其質量記為M1，再與初始質量M0作差即得失重率。

失重率=(M0-M1)/M0×100%.

1.2.2.3 可溶性固形物

采用折射儀法測定(%)。

1.2.2.4 硬度

使用GY-3硬度計進行果實硬度測定(kg/cm2)。

1.2.2.5 機械損傷

將哈密瓜置于25℃環境下保存，從各個處理中各隨機選取10個果實。將照片傳入電腦，用Leica QWin軟件(英國Leica微觀成像公司)計算哈密瓜的損傷面積百分率。同時，對各組試驗中哈密瓜表面的損傷數計數,每個處理重復3次。

1.2.2.6 果膠甲酯酶(PE)活性、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、原果膠含量、總果膠含量

采用Nagel等[10]方法測定PE酶活性，采用Deng等[11]的方法測定PG酶活性。在1 min釋放出1 μmol的CH3O-作為PE的1個酶單位。以1 h水解1 μmol半乳糖醛酸為PG的1個酶單位。比活力單位為每克果肉所含酶活力單位(U/g)。原果膠和總果膠的含量根據方建雄等[12]方法測定。

1.3 數據處理

采用Excel 2019軟件對所有數據進行整理與分析，運用SPSS 22.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 振動對哈密瓜腐爛指數和商品率的影響

研究表明，隨著采收后天數的增加，不同處理下的腐爛指數整體呈逐漸上升的趨勢，而商品率卻處于一直下降的態勢。與對照相比，所有半筐或是全筐振動處理均可顯著增加哈密瓜在運輸后的腐爛指數(P<0.05)，并以此降低了哈密瓜的商品率，直到采收后12 d，半筐處理6 h后的商品率下降到最低，為70.00%。在采收后的9 d內，3個半筐振動處理下的腐爛指數均顯著高于全筐處理(P<0.05)，且商品率較低。圖1，圖2

圖2 不同振動處理下哈密瓜商品率變化Fig 2 The effect of vibration on the commodity rate of Hami melon

2.2 振動對哈密瓜失重率、可溶性固形物和硬度的影響

研究表明，果實失重率隨著采后處理天數的增加而呈逐漸增加的趨勢。與對照相比，全筐振動處理和半筐振動處理均會顯著增加采后果實的失重率(P<0.05)，且與全筐的包裝方式相比，半筐的包裝方式在振動處理下的失重效果更顯著(P<0.05)。圖3

在采后12 d內，各個處理的哈密瓜的可溶性固形物含量在13.91%～16.52%，總體變化趨勢并不明顯。然而，隨著采后時間的推移，哈密瓜的可溶性固形物含量受到半筐振動處理的影響，從采后的第3 d開始，始終顯著低于對照處理(P<0.05)。全筐振動處理對哈密瓜采后的可溶性固形物含量影響并不顯著(P>0.05)。圖4

圖3 不同振動處理下哈密瓜失重率變化Fig 3 The effect of vibration on the weight loss rate of Hami melon

圖4 不同振動處理下哈密瓜可溶性固形物變化Fig 4 The effect of vibration on the soluble solids of Hami melon

隨著時間的推移，各處理的哈密瓜硬度呈現逐漸下降的趨勢。采收后3 d后，6個振動處理均顯著降低了哈密瓜的硬度(P<0.05)。同樣，哈密瓜在半筐包裝方式持續振動6 h，且在采收12 d時的硬度降到最低點，相比對照降低了12.64%。在采后3～12 d，半筐處理的包裝方式均顯著低于全筐處理的硬度(P<0.05)。圖5

圖5 不同振動處理下哈密瓜硬度變化Fig 5 The effect of vibration on the hardness of Hami melon

2.3 振動對哈密瓜表面機械損傷的影響

研究表明，振動處理顯著的增加每個哈密瓜的平均機械損傷數量和損傷面積(P<0.05)，單果平均損傷數最高可達4.65 g/個，損傷面積最高為4.34%。哈密瓜的機械損傷數和損傷面積與振動處理時間呈正相關，且半筐振動處理方式較全筐振動方式使哈密瓜的機械損傷更為嚴重。降低振動時間并制定合理的包裝方式可能是改善哈密瓜貯運的有效手段。表1

表1 不同振動處理下哈密瓜機械損傷變化Table 1 The effect of vibration on the mechanical damage of Hami melon.

2.4 振動對哈密瓜原果膠和總果膠含量的影響

研究表明，隨著采收時間的增加，哈密瓜的果膠含量呈逐漸下降的趨勢。與對照相比，哈密瓜中原果膠含量在不同振動處理后顯著下降(P<0.05)。采后12 d后，各個處理的哈密瓜的原果膠含量變化范圍在0.62～2.13 mg/g。此外，相對于振動2 h、4 h處理，振動處理時間在6 h時的原果膠含量大幅下降(P<0.05)，振動時間過長會進一步加重哈密瓜原果膠含量的流失。

不同振動處理下的哈密瓜總果膠含量。隨著采收時間的增加，哈密瓜的總果膠含量逐漸下降。與原果膠相似，振動處理后的哈密瓜總果膠同樣顯著下降(P<0.05)。哈密瓜原果膠的變化趨勢是反映總果膠含量變化的重要指標，在哈密瓜的貯運中，把握好振動時長是保護哈密瓜品質的重要舉措。在采后6 d內，2 h的振動處理對果膠含量的抑制率低于其他處理，但隨著時間的推移，總果膠含量仍會持續降低。圖6，圖7

圖6 不同振動處理下哈密瓜原果膠含量變化Fig 6 The effect of vibration on the raw pectin content of Hami melon

圖7 不同振動處理下哈密瓜總果膠含量變化Fig 7 The effect of vibration on the total pectin content of Hami melon

2.5 振動對哈密瓜PE酶和PG酶含量的影響

研究表明，在采后0～9 d內，哈密瓜的PE酶含量逐漸增加，并在采后9 d時達到峰值。在采后9 d后，哈密瓜的PE酶含量又開始降低。6個振動處理在采收后3～12 d內會顯著的增大哈密瓜的PE酶(P<0.05)。此外，在采后12 d內，各個處理的哈密瓜PE酶變化范圍在2.45～13.05 mg/g。果實在采后6～9 d內，哈密瓜的PE酶含量快速上升。在采后9 d后，2、4、6 h的3個半筐振動處理會顯著高于其它3個全筐振動處理(P<0.05)，半筐振動處理會進一步促進PE酶的積累，加速果實的損傷。圖8

哈密瓜在不同振動處理下的PG酶的變化情況。在哈密瓜采后12 d內，各個處理的哈密瓜的PG酶含量變化范圍在0.13～1.43 mg/g。而6個振動處理在采收后3～12 d內均會顯著的促進哈密瓜的PG酶的積累(P<0.05)。與果膠脂酶相似，在采后0～9 d內，哈密瓜的PG酶含量逐漸增加，并在采收后9 d達到峰值，隨后開始快速下降。相對于同等時長的振動處理，半筐處理較全筐處理的PG酶的含量積累量更大。隨著哈密瓜的振動處理時間增加，PG酶的積累也隨之增加。圖9

圖8 不同振動處理下哈密瓜果膠脂酶變化Fig 8 The effect of vibration on Hami melon pectin lipase

圖9 不同振動處理下哈密瓜PG酶變化Fig 9 The effect of vibration on Hami melon polygalacturonase

3 討 論

果實在運輸過程中的振動強度及振動時間是誘發果實發生腐爛的重要外因，該類研究已經在梨[13]、蘋果[14]、藍莓[15]等水果中得到證實。研究認為，運輸過程中振動加速度是造成果實機械損傷的重要形成因素[16]。研究中半筐與全筐的振動處理的形成的加速度是不同的，哈密瓜的包裝方式為半筐時會增加果實振動上下的波動強度，使加速度增大，果實間的作用力增大[17]。與此同時，果實在采后無法從外界獲取更多營養物質，因此，采后果實任何程度的呼吸作用必然會加速果實機體的營養物質損耗，最終加速貯藏過程中果實的成熟和衰老，且伴隨著微生物的入侵加劇了哈密瓜的腐爛指數和商品率不斷下降[18]。振動因素對哈密瓜品質的影響主要表現在降低果實硬度，失重率增加，可溶性固形物下降，果膠含量下降等。試驗中發現，哈密瓜在貯藏的過程中成熟度會不斷增加，而在運輸過程中的振動會進一步的促進哈密瓜的生理軟化。其中在半筐包裝條件下振動6 h處理對哈密瓜的促進效果更為顯著，且隨著時間的推移這種軟化作用逐漸增強，這是因為隨著果實的成熟度增加，總果膠和原果膠含量的積累量開始下降。振動造成的損傷越嚴重，果膠物質損失的速度越快，進而使果實內部質構發生變化[19]。

果實軟化伴隨的便是果肉細胞胞間果膠質的分離。此時初生壁發生解體，細胞黏合力降低，細胞開始分區而導致膨壓逐漸消失，造成果實硬度下降，進一步促進果實軟化，加劇腐爛速度，降低果實的商品率[20]。果實硬度的降低與果膠的降解關系密切。此外，細胞壁的降解是反映果實硬度降低和品質發生改變的重要表現。研究證明，細胞壁的降解與細胞壁降解相關酶活性的變化密切相關[21]。其中PE酶和PG酶參與果實細胞壁成分果膠的分解。首先，在PE酶的作用下果膠的甲氧基基團被脫去，而PG酶則繼續以PE酶發生作用后的產物為底物，多聚半乳糖醛酸中的α-1, 4-D-半乳糖苷鍵以及果膠分子被分解為小分子物質[22-24]。PG酶降解甲氧基果膠的活性比降解脫甲氧基果膠活性小[25]，因而PE酶會影響PG酶對細胞壁果膠物質的敏感度。在采后的12 d里，哈密瓜的PG酶的變化趨勢與上述研究的變化趨勢是一致的。這說明與細胞壁降解相關的酶活性會隨時間的累計而不斷增強，細胞內的生理變化過程不斷加快，進一步導致哈密瓜中的不溶性果膠可能逐漸分別為水溶性果膠，因而細胞壁變薄、原生質層、細胞質粘稠度逐漸消失，果實細胞開始進一步成熟和軟化。

運輸過程中，哈密瓜往往伴隨著擠壓、摩擦、碰撞、沖擊等外界壓力條件，當果實本身反復的遭受外界的損害時，細胞間的連接力與細胞間的強度會發生強烈變化，這會加劇果實的脆性和塑性損傷，加速果實內部的腐敗[26]。哈密瓜經過6 h的半筐振動處理后，果實硬度的下降速度顯著加快。對哈密瓜進行貯藏后，受損的哈密瓜細胞壁中的果膠從不溶性果膠降解為可溶性果膠的速度也隨之加強。振動運輸加速了哈密瓜的生理生化反應，酶活性進一步加強，原果膠降解效率增強，促進了果實成熟軟化。

4 結 論

4.1運輸振動對哈密瓜造成的機械損傷不但影響了哈密瓜的外觀品質，而且使哈密瓜在貯藏第9 d時PE酶活性和PG酶活性分別增加4.04和2.76倍，造成細胞壁主要成分果膠的流失，導致哈密瓜的快速軟化。

4.2各振動處理水平均降低了運輸后哈密瓜的商品率，且振動時間在6 h時，哈密瓜的商品率最低。半筐振動處理與全筐振動處理給哈密瓜帶來的機械損傷是不同的。半筐振動處理條件對哈密瓜造成的機械損傷顯著高于全筐振動處理(P<0.05)，可溶性固形物下降，果皮損傷面積較大，失重率增加，硬度較小，商品率更低。全筐的包裝方式更利于增加哈密瓜的商業價值。