尚志勇,紀 鋒,李志元,王 飛
(1.新疆工程學院數(shù)理學院 烏魯木齊 830023; 2.新疆農(nóng)業(yè)大學園藝學院 烏魯木齊 830052)
甜瓜(Cucumis meloL.)為葫蘆科甜瓜屬作物,作為世界范圍內(nèi)的暢銷果品,富含酚類、類黃酮、維生素等營養(yǎng)成分,風味獨特且具有較高的抗氧化活性,廣受人民的喜愛。新疆是我國甜瓜的主產(chǎn)區(qū),這里每年為國內(nèi)外輸送大量甜瓜,但甜瓜收獲后技術(shù)措施和貯藏方法不完善,異地運輸?shù)奈锪鞣绞捷^為落后[1]。在甜瓜對外貿(mào)易的運輸過程中,會因裝卸、搬運、顛簸等問題造成不同程度的機械損傷,會使果品承受不同程度的振動,進而導致產(chǎn)品快速腐敗、變質(zhì),增加產(chǎn)品損耗。當果品貯藏期較長時,已腐敗的產(chǎn)品還會間接影響到與其相接觸的正常果品,造成更為嚴重的浪費[2-3]。
盧立新等[4]研究認為振動會對梨產(chǎn)生破壞作用,包裝方式和振動時間的差異也會使其變化趨勢發(fā)生變化。王芳等[5]和周然等[6]通過人工模擬運輸條件下的振動參數(shù)與果品質(zhì)量建立相關性分析模型,得到了評價果品質(zhì)量的相關指標,為果品的包裝和運輸提供了借鑒經(jīng)驗[5-6]。對黃花梨的研究發(fā)現(xiàn),不同強度的運輸振動處理不僅影響其外觀品質(zhì),并進一步降低了其水解酶的活性,進而造成了細胞壁的破壞[7]。振動還增加果實的呼吸強度及果實乙烯生成量,使獼猴桃果實采后成熟衰老的進程不斷加快[8]。將桃和楊梅進行振動試驗發(fā)現(xiàn),振動處理降低了超氧化物歧化酶活性并促進乙烯的大量釋放,從而加速了果實的衰老[9-10]。振動同樣會使果實遭受機械損傷,并引起細胞滲透率的提高,進一步調(diào)節(jié)抗氧化物質(zhì)以及抗氧化酶活性。
目前,關于振動強度對甜瓜果實代謝物質(zhì)及抗氧化能力的研究鮮見報道。筆者以未進行模擬運輸?shù)奶鸸蠟閷φ?,設計全筐包裝和半筐包裝2 個處理,在振動后分別將甜瓜貯藏0、3、6、9、12 d,分析甜瓜在貯藏期間細胞滲透率、抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量的變化,為探究振動處理對甜瓜抗氧化能力的影響提供借鑒經(jīng)驗。
供試甜瓜購買自烏魯木齊市北園春市場,品種為西州密25 號,單果質(zhì)量約2 kg。選取大小均勻、成熟度相近的果實供試驗使用。
準備好PE 保鮮袋(規(guī)格:26.5 cm×23.5 cm×25 μm)、草酸、淀粉和純碘(分析純,由天津市致遠化學試劑有限公司提供)。供試的儀器設備包括M/MN-100R 型模擬運輸振動試驗臺(上海睦尼實驗設備有限公司);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(lián)醫(yī)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);紫外分光光度計(721,上海菁華科技儀器有限公司)。
試驗于2020 年6 月于新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所實驗室進行。以不同的振動強度設置3 個處理。將運輸模擬振動試驗臺移至冷庫內(nèi),設置溫度為(4±1)℃、相對濕度為80%~90%。采用完全隨機區(qū)組設計,選取大小均勻相似的哈密瓜,每組的哈密瓜數(shù)量為4 個,3 次重復。先將哈密瓜放入振動臺上,以不做振動處理的甜瓜為對照組(CK),T1 處理為全筐包裝振動處理,T2 處理為半筐包裝振動處理。全筐包裝的筐為正方體包裝(長50 cm、寬50 cm、高50 cm),其中上下兩層各2 個瓜,而半筐包裝的筐為長方體包裝(長100 cm、寬40 cm、高40 cm),為單層4 個瓜。在甜瓜振動6 h后3 個處理分別在貯藏0、3、6、9、12 d 后進行取樣,取樣部位為甜瓜果皮,每個處理3 次重復。汽車的實際運輸振動頻率集中在2.0~5.0 Hz,振動頻率為3.33 Hz,上下方向加速度為4.9 m·s-2,左右方向加速度為1.96 m·s-2,前后方向加速度為1.96 m·s-2,振幅為3.5 cm。
1.4.1 機械損傷的測定 將甜瓜置于25 ℃環(huán)境下保存,從各個處理中隨機選取10 個果實。將照片傳入電腦,用Leica Q Win 軟件(英國Leica 微觀成像公司)計算甜瓜表皮的損傷面積百分率。同時,對各組試驗中甜瓜表面的損傷數(shù)計數(shù),每個處理3次重復[11]。
1.4.2 總酚含量測定 參考王洪麗等[12]的方法測定甜瓜皮的總酚含量。稱取2.0 g 甜瓜果皮,預冷后加入體積分數(shù)為1%的HC1-甲醇溶液,利用液氮充分研磨至勻漿后置于20 mL 的試管中,4 ℃避光提取20 min,仔細搜集過濾液體,利用紫外分光光度計(721,上海菁華科技儀器有限公司)的280 nm 處測定其吸光度,建立吸光度(Y1)與沒食子酸濃度(X1,μmol·g-1)的標準曲線:Y1=0.873 4X1+0.013 4,R2=0.999 9,每1 g 果實的總酚含量用μmol·g-1來表示。
1.4.3 維生素C含量測定 參考劉月等[13]的方法測定甜瓜果皮維生素C 含量,略作修動。反應體系為1 mL 提取液和1 mL 質(zhì)量濃度為50 g·L-1的三氯乙酸溶液,測定并記錄該體系在534 nm 處的吸光度值,對照吸光度(Y2)與維生素C 含量(X2,μg)的標準曲線:Y2=0.009 8X2+0.027 6,R2=0.998 0,甜瓜中的維生素C 含量以100 g 鮮樣所含的維生素C 質(zhì)量表示(mg·100 g-1)。
1.4.4 細胞膜滲透率測定 參考韓媛媛[14]的方法測定細胞膜滲透率,略作改動。使用打孔器從甜瓜上挖取組織后,稱取甜瓜薄片2 g 置25 mL 試管中,加入25 mL 去離子水,在搖床上震蕩30 min 后,用電導率儀器測定溶液電導率,記為P1(μs·cm-1);再放入水浴鍋煮沸10 min,加水到原刻度并冷卻至室溫,測定溶液電導率,記為P2(μs·cm-1);測定去離子水電導率,記為P0(μs·cm-1)。用相對電導率P表示果肉膜透性,計算公式如下。

1.4.5 谷胱甘肽含量的測定 參考楊乾等[15]的方法測定谷胱甘肽含量并略作改動。反應體系為1.0 mL上清液、1.0 mL pH 值為7.7 的磷酸緩沖液和0.5 mL 4 mmol·L-1二硫代硝基苯甲酸溶液,在25 ℃條件下保溫反應10 min,測定其在波長412 nm 處的吸光度,對照吸光度(Y3)與谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量(X3,μmol·g-1)的標準曲線:Y3=39.346X3-0.120 1,R2=0.999 1,計算出谷胱甘肽的含量(μmol·g-1)。
1.4.6 相關酶活性的測定 參照徐佳寧等[16]的方法測定多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)和過氧化物酶(peroxidase,POD)活性;參考曹建康等[17]的方法測定過氧化氫酶(catalase,CAT)活性;按照Foyer 等[18]的方法測定谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase,GR)活性;根據(jù)Wang 等[19]的方法測定抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性。以上酶活性的測定分別以每克樣品每分鐘在相應波長下吸光值變化為1 個酶活單位,結(jié)果以g·min-1表示。參考Tang 等[20]的方法測定超氧化物歧化酶(superoxidase dismutase,SOD)活性,以每分鐘每克鮮質(zhì)量甜瓜樣品的反應體系對氮藍四唑光化還原的抑制為50%時為一個SOD 活性單位,結(jié)果以U·g-1·min-1來表示。
1.4.7 DPPH(1,1-二苯基-2-吡咯酰肼,1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)自由基清除率測定 參照Wang 等[21]的方法測定DPPH 自由基清除率。
采用Sigmaplot 12.5(Systat 軟件,美國)軟件制作圖片。采用IBM SPSS statistics 20.0(SPSS,美國)進行數(shù)據(jù)分析,利用R 語言4.1.2 軟件包進行Pearson相關性分析,所有指標的數(shù)值測定均為3 次重復。
由圖1 可知,不同振動處理會影響甜瓜表面的機械損傷數(shù)量和受損面積。與CK 相比較,兩個振動處理顯著地增加了甜瓜的平均機械損傷數(shù)量和損傷面積百分率,T1 和T2 處理機械損傷數(shù)量分別達到4.04 和4.54 個。而在單個果品平均機械損傷面積百分率中,T1 處理和T2 處理差異不顯著,分別為3.07%和3.16%,二者的平均機械損傷面積百分率均顯著高于CK。綜上可知,振動處理造成了甜瓜運輸過程中的嚴重損傷。

圖1 振動條件下甜瓜機械損傷的數(shù)量和面積百分率
由圖2 可知,隨著貯藏時間的延長,對照和振動處理甜瓜的細胞膜滲透率均呈上升的趨勢,在整個上升階段,上升速度的排序為T2>T1>CK。裝筐量越少細胞膜滲透率上升的越快,在貯藏6 d 后,T2顯著高于CK,說明振動引起了膜系統(tǒng)的破壞,進而加劇了細胞電解質(zhì)外滲。

圖2 振動條件對甜瓜細胞滲透率的影響
由圖3~6 可知,隨著振動處理后貯藏時間的延長,甜瓜的總酚、維生素C、谷胱甘肽含量整體呈現(xiàn)下降趨勢。其中CK 處理總酚含量下降最少,T2 處理下降幅度最大;且在貯藏3~6 d 期間,T2 處理的下降速率達到最大,但T1、T2 和對照間差異不顯著;貯藏9 d 后,T2 與T1 處理無顯著差異,但T2 顯著低于對照處理;在振動后貯藏的第12 天,T2 處理顯著低于對照和T1 處理。T1、T2 和CK 的總黃酮含量在貯藏3 d 前沒有差異,但在貯藏后的6~12 d,T2 處理始終顯著低于CK。與振動處理前相比,振動貯藏12 d 后T1、T2、CK 處理分別下降為14.97、13.05、16.02 mg·100 g-1。T1、T2、CK 振動處理前的維生素C 含量分別為0.10、0.11、0.13 mg·100 g-1,振動處理后貯藏12 d 時維生素C 含量分別下降為0.07、0.05、0.08 mg·100 g-1。T1 和T2 處理在貯藏的9 d 內(nèi)維生素C 含量始終沒有顯著差異,但在貯藏3 d 后,T2 處理的維生素C 含量開始顯著低于對照。在振動后貯藏期間T2 處理的谷胱甘肽含量始終是最低的。在貯藏6 d 內(nèi),T1、T2 和CK 的谷胱甘肽含量始終沒有差異,而貯藏期在9 d 和12 d 的T2 處理顯著低于CK。

圖3 振動條件對甜瓜總酚含量的影響

圖4 振動條件對甜瓜總黃酮含量的影響

圖5 振動條件對甜瓜維生素C 含量的影響

圖6 振動條件對甜瓜谷胱甘肽含量的影響
2.4.1 振動對PPO、POD活性的影響 由圖7 可知,隨著貯藏時間的延長,各處理甜瓜PPO 活性均逐漸增加,振動6 h 后貯藏12 d,T1、T2、CK 處理的PPO活性分別為9.35、11.34、6.05 U·g·min-1,對照PPO 活性隨著貯藏時間延長增長速度較慢,且從3 d 起均顯著低于振動處理,在9~12 d 期間幾乎停止增長。可見不同裝筐方式下的振動會使得PPO 活性增加,甜瓜裝筐數(shù)量越少,振動越劇烈,酶活性上升越快。在貯藏的前9 d,T1 和T2 處理PPO活性始終沒有顯著差異,但隨著貯藏時間延長到12 d 時,T2 處理開始顯著高于T1 處理。由圖8可知,CK 處理的POD 活性隨貯藏時間延長呈現(xiàn)先增后減再增趨勢,在貯藏12 d 時酶活性顯著大于振動處理;而T1、T2 處理POD 活性在貯藏3 d后達到一個峰值,總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,其中T2 處理在貯藏3~9 d 時的POD 活性表現(xiàn)平穩(wěn),隨后開始急劇下降,到12 d 達到最小值,僅為0.25 U·g-1·min-1,此外,T2 處理在貯藏期的第12 d 開始顯著低于T1 和對照處理。

圖7 振動條件對甜瓜多酚氧化酶活性的影響

圖8 振動條件對甜瓜過氧化物酶活性的影響
2.4.2 振動對SOD、CAT、GR、APX 活性的影響
由圖9、10、11 和12 可知,各處理組甜瓜的SOD 活性在振動后貯藏期隨貯藏時間延長均呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢,其中T1、T2 處理在貯藏3 d 時出現(xiàn)峰值,由此可知振動刺激了甜瓜的抗逆反應,使SOD 活性迅速增加,在振動后貯藏9~12 d 時,整個處理的甜瓜SOD 活性趨于平緩。各處理組甜瓜的CAT 活性在振動后貯藏期間均呈下降趨勢,且在下降的過程中,整個貯藏期的CAT 活性的大小始終為CK>T1>T2。

圖9 振動條件對甜瓜超氧化物歧化酶活性的影響
各處理組甜瓜GR 活性在振動后隨著貯藏時間的延長而呈下降趨勢,且在12 d 時T2處理的GR 活性最小,此時對照GR 活性是T2 處理的1.62 倍。每個處理的APX 活性均呈現(xiàn)隨著貯藏時間的延長先增加后減小趨勢,T2 處理在振動貯藏3 d 時達到峰值,而CK 和T1 處理的峰值出現(xiàn)在振動貯藏6 d時,并且在這次峰值之后,CK 的APX 活性始終大于T1 和T2??寡趸钚缘淖兓厔荼砻?,甜瓜的抗氧化系統(tǒng)在振動脅迫下遭到了破壞。
由圖13 可知,隨著振動后貯藏時間的延長,各處理甜瓜DPPH 自由基清除率逐漸下降,在振動貯藏12 d 時,CK、T1、T2 的DPPH自 由 基 清 除 率 分 別 為 82.94% 、78.34% 、81.04%。貯藏9 d 開始,T1 處理的DPPH 自由基清除活性顯著低于CK,說明振動處理抑制了甜瓜的抗氧化能力。

圖10 振動條件對甜瓜過氧化氫酶活性的影響

圖11 振動條件對甜瓜谷胱甘肽還原酶活性的影響

圖12 振動條件對甜瓜抗壞血酸過氧化物酶活性的影響

圖13 振動條件對甜瓜DPPH 自由基清除率的影響
由表1 可見,細胞滲透率、抗氧化相關酶活性、非酶抗氧化物質(zhì)含量和DPPH 自由基清除率之間大多數(shù)指標呈現(xiàn)高度相關,其中細胞滲透率和PPO活性呈現(xiàn)正向線性極顯著相關,總酚含量和總黃酮含量、維生素C 含量、谷胱甘肽含量、DPPH 自由基清除率之間為線性極顯著正相關,其中GR 和谷胱甘肽極顯著相關;細胞滲透率與SOD、CAT 和GR活性、非酶抗氧化物質(zhì)含量和DPPH 自由基清除率分別呈現(xiàn)負向線性相關,其中細胞滲透率與谷胱甘肽含量間呈極顯著相關。POD、APX 活性與細胞滲透率相關性不顯著。

表1 甜瓜不同振動處理后貯藏期各指標間的相關性
果實在運輸過程中產(chǎn)生的振動及振動后的貯藏過程均會帶來果實的外觀和品質(zhì)上的改變,前人已經(jīng)在藍莓、杏、梨、水蜜桃等水果中進行了系列研究報道[22-25]。一方面,運輸過程中的振動加速度會導致果實的機械損傷,造成果品表面損傷程度加大,從而影響果實外觀品質(zhì)[26];另一方面,包裝方式的差異會進一步改變果實上下振動的波動強度,進而增大果實本身運動的加速度,并增大果實間的作用力,因而造成果實間機械損傷數(shù)量與損傷面積百分率的增加[27],這很大程度地制約了果實后續(xù)的貯藏能力。周然等[28]研究發(fā)現(xiàn),運輸振動導致果蔬的細胞發(fā)生微觀變化并且喪失細胞膜的完整性,進而增強果實呼吸作用,促進果實衰老。筆者的研究結(jié)果顯示,在運輸過程中甜瓜之間發(fā)生碰撞摩擦,不同的裝筐方式會產(chǎn)生不同程度的機械損傷面積百分率和數(shù)量。與對照相比,半筐和全筐的包裝方式均加重了對甜瓜的機械損傷,并進一步降低了甜瓜的貯藏能力與外觀品質(zhì)。然而,半筐的包裝方式和全筐包裝方式間無顯著差異。由此可見,西州密25號在短期的運輸過程中不同包裝方式間果品品質(zhì)的差異較小,這有別于藍莓[29]、獼猴桃[30]和杏子[31]等較軟或果實體積較小的果品,甜瓜所承受碰撞與擠壓的能力相對更強。顯然,這種耐儲運能力一方面與果實大、硬度高的果實特性有關,另一方面很可能與果品的運輸時長存在緊密聯(lián)系。然而,當前的振動試驗只是針對小樣本量的哈密瓜運輸進行了模擬,未來仍需要在實際運輸過程中進行較大樣本量的模擬,以達到更全面的驗證結(jié)果。
作為重要的抗氧化劑,酚類、黃酮類物質(zhì)能夠清除自由基,增強果蔬的抗氧化能力[32-33]??箟难?谷胱甘肽循環(huán)是抗氧化系統(tǒng)的重要組成部分,與其他活性氧清除系統(tǒng)共同作用,清除體內(nèi)的活性氧自由基。谷胱甘肽可將脫氫抗壞血酸還原生成維生素C 以清除H2O2,是重要的非酶抗氧化物質(zhì)[34]。細胞膜滲透率通過電解質(zhì)外滲程度反映組織的衰老程度,當細胞膜滲透率升高時,植物便開始呈現(xiàn)衰老的跡象[35]。筆者研究發(fā)現(xiàn),非酶抗氧化物質(zhì)(包括總黃酮、總酚、谷胱甘肽和維生素C)含量在半筐振動處理后的第9 天出現(xiàn)顯著下降的情況,而DPPH 細胞膜滲透率則在第6 天顯著增加,因而降低了果實的品質(zhì)。曾媛媛等[36]同樣在蓮藕[37]、藍莓[22]響應振動脅迫的研究中得出相同的結(jié)果,說明在甜瓜的實際運輸過程中應盡量避免顛簸劇烈的路段以最大程度地降低果品的振動程度。
SOD 和CAT 是果蔬衰老過程中的保護酶,通過清除細胞內(nèi)活性氧而增強細胞抗氧化活性[36]。SOD 將超氧陰離子分解為H2O2,再進一步由CAT將H2O2分解為H2O 和O2,而GR 可將氧化型谷胱甘肽還原成GSH[37-38]。筆者研究發(fā)現(xiàn),半筐振動處理使SOD 活性在第9 天開始顯著下降,可能是由于在振動中甜瓜受到了損傷從而加快了衰老的速度,這與謝丹丹[29]研究振動脅迫對獼猴桃生理品質(zhì)的影響結(jié)果是一致的。GR 和CAT 活性均呈下降的趨勢,并且對照酶活性大于振動處理,這與陳代良等[10]對雙孢菇的研究結(jié)果一致。谷胱甘肽含量也呈下降的趨勢,說明振動后隨著貯藏時間的增加,GR 活性的下降導致谷胱甘肽的合成減少,從而減弱了甜瓜的抗氧化能力。此外,筆者研究發(fā)現(xiàn),DPPH 自由基清除率呈現(xiàn)下降趨勢,這也反映了甜瓜抗氧化能力的減弱。果品造成的相應損失有一半以上是因為發(fā)生了酶促褐變[39],振動后的甜瓜在貯藏期間也不例外。PPO 是一種金屬蛋白酶,廣泛存在于自然界中,可以催化鄰苯二酚氧化成為不穩(wěn)定的醌類物質(zhì),易進一步形成黑色素,造成甜瓜品質(zhì)的下降[40]。POD 能清除過氧化氫和脂類氫過氧化物,是植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成部分,通過自身防御機制對有害物質(zhì)做出應激反應,從而影響果實的風味[41-43]。在甜瓜貯藏期間,PPO 活性逐漸提升,說明貯藏期間甜瓜容易發(fā)生氧化褐變,振動處理貯藏的前3 d,POD 活性逐漸增加,表明POD 減緩了甜瓜的變質(zhì)速度。這與魏軍亞等[44]對貯藏期香蕉的研究結(jié)果一致。相關性分析結(jié)果顯示,細胞滲透率與抗氧化物質(zhì)含量呈極顯著負相關,說明振動打破了甜瓜活性清除平衡機制。POD 和APX 主要在貯藏中期發(fā)揮抗氧化作用,在貯藏前期和后期的抗氧化能力較弱,因此其酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,造成POD、APX 活性與細胞滲透率相關性不顯著。維生素C 含量是評價甜瓜衰老程度以及營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標之一[13]。貯藏初期,由于取樣誤差,振動和未振動處理的維生素C 含量之間存在差異,但隨著貯藏時間的增加,振動處理大幅降低了維生素C 含量,說明振動能夠通過減弱抗氧化酶的活性,進而減少維生素C 含量。由此可見,合理的采后貯運方法是保障農(nóng)戶穩(wěn)定收益以及產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的重要舉措,而采取合理的包裝方式是維持果品貯藏并改善抗氧化能力的關鍵一步。筆者的研究表明:
(1)不同振動強度均對甜瓜的外觀品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。其中半筐與全筐兩種包裝方式對甜瓜機械損傷面積百分率和機械損傷數(shù)的表現(xiàn)是相似的,均嚴重的損害了甜瓜表皮。
(2)振動處理,尤其是半筐振動處理顯著地降低了甜瓜中的抗氧化物質(zhì)含量。隨著振動后貯藏時間的增加,半筐振動處理下的甜瓜的SOD、CAT和GR 活性均在貯藏9 d 后顯著下降,總酚含量、總黃酮含量、維生素C 含量和谷胱甘肽物質(zhì)含量顯著降低。
(3)通過相關性分析可知,甜瓜的細胞滲透率與維生素C 含量、谷胱甘肽含量、總酚含量、總黃酮含量、SOD 活性、CAT 活性、GR 活性、DPPH 自由基清除率以及相關抗氧化物質(zhì)含量呈顯著負相關,而與PPO 呈顯著正相關。隨著甜瓜抗氧化物質(zhì)含量的降低,其細胞滲透率增加,這表明振動導致細胞膜功能活性下降、抗逆性減弱、品質(zhì)下降,并加速了果實的衰老。
綜上所述,在甜瓜實際運輸過程中,應當避免劇烈晃動的運輸環(huán)境,以降低瓜品所受的機械損傷,并改善運輸技術(shù)以維持果實的抗氧化系統(tǒng),如利用緩沖包裝減少運輸途中甜瓜的相互碰撞,減緩采后衰老并降低機械損傷,以保持甜瓜的貯藏品質(zhì)和抗氧化能力。