采后黃金百香果失水規律及其與品質劣變的關系

羅振宇，陳曉婷，李雨函，汪 瑩，蘇金強，楊 靜，蘭嘉瀅，倪 輝,4，張 珅, ，林河通

（1.集美大學海洋食品與生物工程學院，福建廈門 361021；2.福建省海洋生物增養殖與高值化利用重點實驗室，福建廈門 361000；3.福建省熱帶作物科學研究所，福建漳州 363001；4.福建省食品微生物與酶工程重點實驗室，福建廈門 361021；5.亞熱帶特色農產品采后生物學（福建農林大學）福建省高校重點實驗室，福建福州 350002）

百香果（Passiflora eduliaSims）又稱“西番蓮”、“雞蛋果”、“熱情果”，百香果成熟和采收于溫熱季節，屬于典型的呼吸躍變型果實，采后乙烯釋放和呼吸作用極為旺盛，并且極易失水[1-2]。常溫條件下，百香果在后熟完成時就會出現果皮皺縮、褐變等品質劣變現象[3]，而黃果尤甚，導致其不耐貯運，貨架期極短，制約了百香果的流通和經濟價值[4]。雖然百香果完熟后口感最佳，但果皮通常已嚴重皺縮甚至潰爛，這種外觀品質與內在食用品質形成的極不同步問題，給消費者造成了“百香果越皺縮越香甜”的印象，大大降低了百香果的商品價值[5]。因此，研究百香果采后失水規律，解析其與果實品質劣變的關系是十分必要的，可為百香果采后減損提供參考依據。

低場核磁共振技術（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一種利用氫質子弛豫時間分析水分狀態和分布的檢測方法[6]，因其能夠實現數據快速獲取，并從分子層面監測食品中水分分布情況及遷移過程，近年來已被應用于食品貯藏和加工過程中組分和結構變化研究[7]。Chen等[8]利用LF-NMR技術實現油炸淀粉體系中水和油含量的同時測定和建模。賈哲等[9]采用LF-NMR結合PCA分析，確定了雙斑東方鲀冷藏過程中水分分布與品質之間的相關性，發現隨著水分流失，雙斑東方鲀的持水能力、質地和鮮度降低，品質逐漸劣化。Yang等[10]利用LF-NMR成像技術，對鮮切蘋果在4 ℃冷藏過程中的水分遷移進行了監測，發現隨著貯藏時間的延長，蘋果細胞液泡中水的流動性降低并向細胞質遷移。羅潔瑩等[11]利用LF-NMR技術確立了鷹嘴蜜桃水分總信號幅度和含水率的關系，發現隨著時間推移，鷹嘴蜜桃的自由水、結合水和不易流動水含量均減少，其中自由水的減少幅度最大，不易流動水次之，結合水最小。綜上，LF-NMR作為新型無損檢測光譜技術，在快速、直觀反映食品水分相關品質方面具有巨大應用潛力。但目前關于利用LF-NMR技術研究采后果實水分變化的報道還較少，也尚未有研究涉及采后百香果失水與品質之間的關系。

本研究利用LF-NMR技術對采后黃金百香果果實在貯藏過程中的水分狀態和分布進行觀測，評價果實主要品質變化情況，探討果實失水和品質劣變之間的關系，旨在揭示百香果果實在貯藏過程中的失水規律以及與失水相關的品質變化，為百香果果實商品化處理和貯藏保鮮技術的研究和應用提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃金百香果果實 采收于福建省熱帶作物科學研究所（漳州）；丙酮、NaOH、CaCO3AR級，國藥集團；所有試劑均為國產分析純。

NMI20-060HH核磁共振成像分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；TA.touch觸屏式質構儀上海保圣實業發展有限公司；LE204E電子天平梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；T6新世紀-紫外可見光分光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；PSX-330H恒溫恒濕箱 寧波萊福科技有限公司；ZWY-240恒溫培養振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司；DZF-6050真空干燥箱 上海精宏儀器設備有限公司；3051H果蔬呼吸測定儀 上海精密儀表有限公司；TS7700分光測色儀 深圳市三恩時科技有限公司；RX-5000αATAGO全自動臺式折光儀 日本ATAGO（愛拓）中國分公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理與貯藏條件 黃金百香果果實于八至九成熟時采收，采收后立即運至集美大學海洋食品與生物工程學院實驗室，選擇果形端正、大小一致，色澤均勻、無病蟲害和機械損傷的果實進行試驗。果實經清洗后晾干，打孔包裝，于25 ℃，相對濕度90%環境下貯藏，貯藏期內每隔2 d取樣，進行拍照觀察和相關指標測定。

1.2.2 測定指標及方法

1.2.2.1 呼吸強度 參照Chen等[12]的方法，采用果蔬呼吸測定儀測定，將黃金百香果果實放入呼吸室中，計算單位時間內CO2濃度的變化，分別在采后12、18、24、48 h測定CO2濃度，并于貯藏3 d后每隔2 d測定一次，結果以mg CO2/kg·h表示。

1.2.2.2 核 磁 共 振（Magnetic Imaging Resonance，MIR）T1加權成像 參照吳靖娜等[13]的方法，將不同貯藏時間的果實樣品置于磁場中心進行檢測，線圈直徑：60 mm；觀測范圍（FOV）：100 mm×100 mm；掃描次數（Average）：8；重復時間（TR）：2000 ms；回波時間（TE）：18.125 ms。圖片經MIR圖像處理軟件進行映射、降噪和偽彩處理。

1.2.2.3 橫向弛豫時間（T2）反演譜的采集 參照賈哲等[9]的方法，利用LF-NMR中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列對樣品的橫向弛豫時間（T2）進行檢測，偏移頻率（SW）：200 kHz；重復時間（TW）：5000 ms；累加次數（NS）：8；回波數（NECH）：320。隨后，利用NMRT2反演軟件獲得T2反演譜，以圖譜中峰面積的積分計算結果表示不同水分狀態的含量。

1.2.2.4 果實失重率 參照帥良等[14]的方法進行測定，取10個果實，采用稱重法，以0 d果實質量與每測定點果實質量差值占初始質量的百分比計算，結果以質量分數（%）表示。

1.2.2.5 果皮含水量 采用直接干燥法測定，去除果皮內部白色海綿層，沿赤道面取樣2～3 g，于真空干燥箱內烘至恒重。結果以質量分數（%）表示[15]。

1.2.2.6 果皮色澤 參照郭靖等[16]的方法，使用分光測色儀沿果實赤道面隨機、均勻取3點測定亮度值（L*）、紅綠值（a*）和黃藍值（b*），計算色調角h°。

1.2.2.7 葉綠素和類胡蘿卜素含量 參照呂靜祎等[17]的方法稍加修改，稱取1.0 g百香果果皮于80%丙酮溶液中研磨，分別測定提取液在波長663 nm和645 nm處的吸光值，計算葉綠素含量，并于波長440 nm處測定類胡蘿卜素含量，結果均以mg/g表示。

1.2.2.8 可溶性固形物含量 參照Le等[18]的方法，取濾布擠壓出的百香果果汁2滴于折光儀上，讀取數據并記錄，重復10次，結果以%表示。

1.2.2.9 可滴定酸含量 參照Chen等[19]的方法，用直接滴定法進行測定，取10個百香果果漿，三層紗布過濾，定容到50 mL容量瓶中，靜置30 min，用標定后的0.01 mol/L NaOH溶液進行滴定，結果以%表示。

1.2.2.10 硬度 參照李涵等[20]的方法，取10個百香果果實，于赤道面處采用質構儀進行全質構下壓測試，前速度3.0 mm/s，測試速度2.0 mm/s，測試后速度4.0 mm/s，間隔時間2.0 s，目標模式形變量10%，接觸點壓力5 gf，結果以N表示。

1.2.2.11 果實腐爛率 參照Oliveira等[21]的方法，將表皮病變腐爛面積超過30%的果實定義為腐爛果，腐爛率以腐爛果數占總果實數的百分比表示。

1.3 數據處理

以上指標測定均重復3次，使用Microsoft Office Excel 2019和IBM SPSS Statistics 26對數據進行分析，并通過Origin 2021進行相關性、主成分分析和圖像處理。

2 結果與分析

2.1 黃金百香果貯藏期間呼吸強度的變化

百香果作為呼吸躍變型果實，與獼猴桃[22]、李子[23]、芒果[24]等果實相似，采收后存在明顯的后熟特征，此類果實采后外觀、質地與風味品質轉變過程與呼吸強度密切相關，因此呼吸速率是其后熟衰老進程中品質變化節點的重要標志。如圖1所示，黃金百香果呼吸強度在采后1 d內迅速升高，出現第一次呼吸高峰，1～2 d降低后再度上升，4 d時出現第二次呼吸高峰，峰值可達172.96 mg CO2/kg·h，高峰過后6～7 d緩慢下降，7～9 d較快降低，9～18 d變化不大，但仍保持在較高水平。這些結果表明黃金百香果在常溫貯藏期間代謝活動極為旺盛，易導致品質迅速變化，并且根據呼吸強度變化可將貯藏期間果實的生理狀態大致分為成熟期（0～6 d）、完熟期（6～12 d）和衰老期（12～18 d）。

圖 1 黃金百香果貯藏期間呼吸強度的變化Fig.1 Changes in respiratory intensity of harvested golden passion fruit during storage

2.2 黃金百香果貯藏期間的失水規律

2.2.1 黃金百香果貯藏期間外觀和內部水分分布變化 新鮮果蔬含水量高，采后失去水分供給，由于蒸騰作用和生理代謝消耗不斷失水，使果實呈現表面光澤消失、形態萎蔫、表皮皺縮等失鮮狀態[25]。由圖2A可知，黃金百香果采收時表皮以青綠色為主，外觀飽滿有光澤。貯藏9 d時果實達到成熟狀態，表皮轉至金黃色，果實外觀飽滿，但果蒂已出現萎蔫。貯藏18 d后，果實整體保持金黃色，但局部出現褐變，外觀呈明顯失水狀態，果形不規則，果皮嚴重皺縮，果蒂干枯。上述果實外觀品質變化與果實貯藏期內呼吸強度變化（圖1）所揭示的生理周期相符。

圖 2 黃金百香果貯藏期間外觀和水分分布變化Fig.2 Changes in appearance and water distribution of harvested golden passion fruit

圖2B和2C顯示了MIR圖像中果實貯藏期間縱切面和橫切面的質子密度變化，直觀反映了黃金百香果在貯藏過程中內部水分分布，綠色明亮程度越高表示質子密度越高，即該區域水分含量越高。由圖2B和2C可以看出，貯藏初期黃金百香果果漿部分呈鮮亮綠色，飽滿致密，果皮部分成像明顯，說明果實水分分布較為均勻。隨著貯藏時間的延長，綠色部分逐漸變暗淡，果實內部空心部分面積逐漸擴大，果皮成像衰減；貯藏末期，果漿成像面積縮小，果心部分出現明顯中空，果皮成像不連續，表明黃金百香果果皮和內部均出現嚴重失水，與果實外觀表現一致。

圖 3 黃金百香果果實采后水分狀態T2反演譜（A）、不同狀態水含量變化（B）和水分PCA分析圖（C）Fig.3 The inverse spectrum of water states (A) and their content changes (B) of harvested golden passion fruit with PCA analysis (C)

2.2.2 黃金百香果貯藏期間水分狀態及其含量變化

生鮮果蔬中的水分可根據流動性以及與細胞內物質的結合程度分為自由水、不易流動水和結合水，且三者之間可以相互轉化。自由水在細胞間和細胞內可以自由流動，既可參與生化反應，也可充當介質，在果蔬水分中占比最大，通常是蒸騰失水的主要部分[26]。結合水在細胞內與可溶性蛋白質、糖、親水膠體等物質以氫鍵等形式牢固結合，不流動也不直接參與代謝活動，但有助于維持組織形狀、硬度和彈性。不易流動水介于自由水和結合水之間，在果蔬組織水分中占比較小[27]。LF-NMR技術可分析被檢樣品中的氫質子離子信號，通過T2反演譜信號的幅值反映樣品中水分的信號強度，并以T2反演譜橫向弛豫時間長短變化區分樣品中的水分狀態。如圖3A所示，T2弛豫時間總體可以分為三段：T21（0.01～10.00 ms）、T22（10.00～100.00 ms）和T23（100.00～10000.00 ms），其各自弛豫時間長短表示不同狀態水分流動性強弱，即T21、T22和T23分別代表樣品中的結合水、不易流動水和自由水。圖3B為結合水、不易流動水和自由水的含量，分別以A21、A22和A23表示，并以它們的加和A2T為總水分含量。由圖3B中可以看出，黃金百香果果實總水分含量在貯藏期間不斷顯著下降（P＜0.05），其中自由水含量（A23）占比高于其它兩種狀態水分，并且在貯藏期間呈先緩慢下降隨后下降加快的趨勢，在三種水分中含量降幅最大。結合水（A21）是黃金百香果果實中含量第二高的水分，在貯藏期間呈逐漸減少的趨勢，且在貯藏后期減少較快；不易流動水含量（A22）在果實貯藏0～12 d期間無明顯變化，隨后略有增加，在第15 d出現峰值。因此，可認為自由水是黃金百香果失水的主要部分；結合水含量占比次之，在貯藏期內也逐漸降低，說明果實已出現深度失水；不易流動水含量在貯藏期間變化幅度不大，可能與果實深度失水導致結合水向不易流動水轉化有關。上述結果與在鮮棗[28]、李子[29]，梨[30]等果實中檢出的水分組成及采后各狀態水分含量變化趨勢相似。

圖3C為根據采后黃金百香果不同貯藏時間的LF-NMR弛豫特性指標降維后的PCA圖，其中PC1和PC2貢獻率為98.6%，表明降維后的數據能夠很好地表征原始數據。由圖中可以看出，黃金百香果采后不同貯藏時間下水分狀態的特征值相距較遠，表明隨著貯藏時間變化，果實水分狀態差異明顯；隨著貯藏時間延長，水分特征得分值在PC1方向逐漸遠離貯藏初始（0 d）分值，在貯藏前9 d，得分分布在PC1正半軸，隨著貯藏延長至9 d以后，分值移向PC1負半軸，說明此時果實水分狀態已出現較大變化；貯藏末期（15～18 d），主成分得分處于PC1負半軸，說明此時黃金百香果水分狀態同貯藏初期相比已經產生顯著變化。

2.2.3 黃金百香果貯藏期間失重率和果皮水分含量變化 如圖4所示，黃金百香果失重率在貯藏前12 d逐漸升高，隨后快速上升，貯藏18 d時達到17.94±0.98%。黃金百香果果皮含水量在貯藏前9 d緩慢下降，9～18 d下降較快，整個貯藏期間降幅達5.51%。由此可知，黃金百香果在貯藏期間失水情況與T2反演譜結果一致，其采后失水在果實衰老階段加快，并且果皮失水明顯，是整果失水的重要階段。結合黃金百香果采后不同貯藏期的生理狀態以及自由水和結合水含量變化情況，可認為其采后失水與成熟衰老進程密切相關，不僅可引起果實內部結構、外觀和質量的顯著變化，還可造成生理代謝活動變化，影響果實各方面品質。

圖 4 黃金百香果果實在貯藏期間失重率和果皮水分含量的變化Fig.4 Changes of weight loss rate and peel moisture content in golden passion fruit during storage

2.3 黃金百香果貯藏期間的品質變化

2.3.1 黃金百香果貯藏期間果皮色差和色素含量變化 果實表皮色澤是衡量果實商品品質及消費者接受程度的直接依據，也是果實采后成熟過程的顯著標志，通常與果實表皮中葉綠素降解，花青素、類胡蘿卜素等色素物質積累有關[31]，并且后熟過程中代謝水平旺盛時，顏色轉變也較快。而細胞深度失水時，細胞結構難以維持，導致正常的代謝作用受破壞，物質轉化的分解方向作用加強[32]。

由圖5A可以看出，采后黃金百香果L*值在貯藏前3 d迅速升高，3～15 d未出現較大變化，15～18 d略微下降，說明果實表面亮度在貯藏初期迅速升高，隨后較為穩定，在貯藏末期有所降低；圖5B和圖5C表明，果實表面a*和b*值在貯藏0～3 d期間迅速升高，此時a*值為負，說明在0～3 d果實表皮以綠色為主，同時迅速由綠轉黃；a*和b*值在6～18 d上升趨勢較緩，表明在貯藏中后期果皮黃色逐漸加深。由圖5D可以看出，黃金百香果表皮h°值在貯藏0～9 d快速升高，隨后無明顯變化，表明在貯藏前期果實表皮色調發生明顯轉變，果實完熟轉色后，表皮色調較為穩定。由圖5E可知，采后黃金百香果在貯藏過程中果皮葉綠素含量不斷下降，在18 d時僅有0.0142 mg/g；而果皮類胡蘿卜素含量在0～6 d迅速升高，6～12 d迅速降低，隨后緩慢下降。上述結果表明，黃金百香果在采后成熟過程中（0～6 d），果皮葉綠素和類胡蘿卜素含量的明顯變化使表皮顏色由青綠色轉向金黃色，同時亮度和色調均快速上升；在貯藏后期（9～18 d），類胡蘿卜素含量迅速降低，百香果果皮保持金黃色，果皮亮度和色調變化較小。此外，結合黃金百香果后熟期間果實自由水和果皮水分含量降低較慢，而貯藏后期二者均快速降低的趨勢（圖3B和圖4），可推斷貯藏前期較少的果實失水維持了果皮色素合成與降解，保持了果實鮮亮的外觀色澤；而在貯藏后期，隨著果實衰老和嚴重失水，果皮葉綠素繼續降解，類胡蘿卜素分解方向增強，果皮亮度和色調有所降低。

2.3.2 黃金百香果貯藏期間TSS和TA含量的變化采后果實滋味變化與呼吸作用和蒸騰失水密切相關[33]。隨著呼吸躍變型果實后熟的進行，淀粉等大分子碳水化合物水解，水溶性糖含量增加，果實達到最佳食用品質[34]。同時，糖和有機酸作為呼吸代謝的主要基質，隨果實貯藏期延長逐漸消耗，也可影響呈味[35]。此外，細胞失水導致的水解酶活性升高也會增加糖等呼吸基質濃度，促進呼吸作用，加速物質消耗；另一方面，原生質中可溶性物質含量較高時，細胞持水力較強，不易失水，質子密度也較高[36]。如圖6所示，黃金百香果果漿的TSS含量在貯藏0～3 d略有升高，3～6 d快速下降，隨后緩慢降低；而果漿TA含量在貯藏0～3 d下降較快，3～6 d略有升高，隨后波動下降，整體變化幅度不大。因此，采后黃金百香果果漿呈味物質含量變化主要出現在貯藏前期（0～6 d），在此期間果實出現呼吸高峰（圖1），進入成熟階段，TSS含量增加，TA含量快速降低，逐漸達到最佳食用風味，而MIR成像中質子密度較高（圖2），失水較慢（圖3）。據此認為，果實在成熟階段保有較為充足的水分狀態，對果實滋味形成無明顯影響。在貯藏中后期，果實TSS和TA含量緩慢下降，滋味變化不明顯。這可能是由于隨著果實完熟和衰老，呼吸強度保持在較高水平，失水加快，促進了物質消耗，從而使TSS和TA含量下降，進一步導致細胞持水力降低，而較快的失水則一定程度上維持了可溶性糖和酸的水平。

圖 5 黃金百香果果實貯藏期間果皮色差和色素含量變化Fig.5 Changes of chromatic aberration and pigment content of pericarp in golden passion fruit during storage

圖 6 黃金百香果果實貯藏期間TSS和TA含量的變化Fig.6 Changes of TSS and TA contents in golden passion fruit during storage

2.3.3 黃金百香果貯藏期間硬度和腐爛率變化 失水可造成植物體水分脅迫，產生大量活性氧，攻擊細胞膜系統、細胞器及蛋白質等生物大分子，引發代謝失調，加快品質劣變[37]。從細胞形態上來說，水分散失可導致細胞膨壓下降，引起細胞變形、質壁分離，進而導致組織結構和質地特性改變，發生形變、皺縮[30]。此外，結合水雖較難流動，但可在果實表皮組織中大量存在，賦予組織一定的形狀、硬度和彈性，因此當果實深度失水時，結合水含量的降低也會促進質地的下降[38]。上述失水導致的生理和代謝變化均可促進果實耐貯性和抗病性下降，加速果實衰老和腐爛。通常，組織脫水萎蔫程度越大，腐爛率就越高[39]。由圖7A可知，黃金百香果硬度在貯藏0～15 d迅速下降，15～18 d略有降低。結合果實失水情況分析，可認為果實采后成熟衰老階段，硬度隨著自由水、結合水以及果皮含水量降低而快速下降，在貯藏末期（15～18 d）可能由于嚴重失水干縮從而降幅較小。如圖7B所示，黃金百香果采后前3 d果實未出現腐爛，6 d起隨著果實進入完熟而出現腐爛，貯藏后期（9～18 d）腐爛率顯著升高（P＜0.05），18 d時達到33%。由此推測，黃金百香果貯藏后期自由水和結合水快速喪失，引發的深度失水加速了代謝失調和結構特性改變，從而加劇果實衰老以及耐貯性和抗病性下降，導致果實迅速腐爛。

圖 7 黃金百香果果實采后貯藏期間硬度和腐爛率的變化Fig.7 Changes of firmness and rotting rate of golden passion fruit during storage

圖 8 黃金百香果采后不同狀態水與采后品質相關性分析Fig.8 Correlation analysis of different water states and fruit quality factors of harvested golden passion fruit

2.4 黃金百香果果實采后水分狀態及果實品質相關性分析

對貯藏期內不同狀態水與采后黃金百香果果實品質指標進行Pearson相關性分析，結果如圖8所示，所有指標按相關性高低排列，其中顏色越深代表相關性越高。由圖8可以看出，在貯藏期內，黃金百香果果實的結合水（A21）、自由水（A23）與總水分（A2T）含量之間呈顯著正相關（P＜0.05），并均與果實失重率顯著負相關（P＜0.05），進一步驗證了黃金百香果采后失水、失重與自由水和結合水的關系。在果實外觀色澤方面，果皮葉綠素含量在貯藏期內分別與果皮a*值、b*值呈顯著負相關（P＜0.05），與果實自由水含量和果皮水分含量呈顯著正相關（P＜0.05）；而針對不同貯藏時期色素與色差值變化的相關性分析表明，果皮類胡蘿卜素含量在前6 d與果皮a*值和b*值呈正相關，同時在6～18 d與果實自由水含量和果皮水分含量呈正相關，由此可知引起果皮色澤改變的葉綠素和類胡蘿卜素含量變化與不同貯藏時期的水分含量有關。滋味方面，果實自由水和結合水含量在貯藏期內與TSS含量變化呈顯著正相關（P＜0.05），與TA含量變化呈正相關；此外，由圖1和圖6可知，呼吸強度與TSS和TA含量在完熟期和衰老期（貯藏6～18 d）分別呈正相關，表明呼吸作用和水分含量變化可能同為滋味變化的主要因素。在果實質地與總體品質方面，貯藏過程中果實硬度變化與結合水、自由水與總水分含量之間均呈顯著正相關（P＜0.05）；而果實腐爛率不僅與果皮含水量和硬度變化呈顯著負相關（P＜0.05），還與果實失重率呈顯著正相關（P＜0.05），從數理統計上驗證了黃金百香果失水對果實質地和總體品質劣變的促進作用。

3 結論

本研究利用LF-NMR在黃金百香果果實中鑒別出結合水、不易流動水和自由水三種水分狀態，并觀察其采后水分分布變化，發現果實在常溫貯藏過程中的嚴重失水以自由水散失為主，其含量減少了14.98%，貯藏后期結合水流失加快，與貯藏初期相比減少了3.66%，并且失水程度與果實采后成熟、衰老進程相關。在貯藏前期，果實失水較少，果實硬度降低，果實完成后熟，達到最佳品質狀態，極少出現腐爛；而在貯藏后期，果實深度失水，引起代謝失調，影響果實外觀色澤、細胞和組織結構特性，最終導致果實耐貯性和抗病性下降，加速品質劣變。因此，控制采后失水是百香果在商品化處理和貯運流通環節保鮮的關鍵核心問題之一，其深層次失水機制、調控機理以及控制措施值得深入研究。LF-NMR技術能夠實現果實采后失水及水分狀態的快速、無損檢測，在采后果蔬品質研究與保鮮技術評價方面具有很好的應用前景。