紫外線輻照結合殼聚糖涂膜對哈密瓜貯藏品質的影響

宋昕昕，呂云皓，王雨菲，陳國剛，祝建波，江 英,*

（1.石河子大學食品學院，新疆 石河子 832003；2.石河子大學生命科學學院，新疆 石河子 832000）

哈密瓜（Cucumis melovar.Saccharinus）是中國新疆西北部一種重要的經濟作物，因富含維生素、糖分及其他營養物質、風味獨特、品質優良而深受消費者喜愛[1]。然而，哈密瓜是一種呼吸躍變型水果，成熟期較為集中，多在炎熱的夏季上市，若哈密瓜采后處理不當，會導致果實的風味和營養價值迅速下降，從而造成嚴重的經濟損失。殺菌劑可有效降低哈密瓜果實采后發病率，但對人體和環境有潛在的危害；氣調貯藏與減壓貯藏可有效維持哈密瓜果實采后品質，但技術成本較高；高壓靜電保鮮技術可以抑制果實的冷害作用，但由于電壓較高而有危險性。因此，越來越多的研究者尋找更加環保、經濟且對人體無害的處理方法來維持哈密瓜的貯藏品質[2-3]。

紫外線輻照是一種經濟、環保、安全的保鮮技術，且操作簡單，可以同時處理大量果實。短波紫外線（ultraviolet-C，UV-C）具有較強的殺菌性能，可以殺死或抑制微生物的繁殖，以降低貯藏過程中因微生物侵染而造成的果實腐爛現象。適量的UV-C輻照可以增強水果的采后氧化應激能力，誘導果實抗性的表達，提高果實的抗氧化能力和感官品質，減少采后損失，延長貨架期[4]。先前有研究發現，UV-C處理可以降低果實的腐爛率與質量損失率[5]，維持果實硬度、抑制相對電導率上升[6]，提高果實中總酚含量的積累并增強抗氧化能力[7]，顯著延緩了果實的衰老。

殼聚糖（chitosan，CH）是一種具有優異抗菌和涂膜性能的多糖，可以覆蓋在果實表面，減緩果實的呼吸和蒸騰作用，并激活果蔬中針對多種微生物的防御機制[7]。CH具有成本效益高、可生物降解、生物相容性好、綠色、安全的特點，有助于保持果蔬的抗氧化能力和采后貯藏品質，已在果蔬采后保鮮方面得到廣泛應用[8]。有研究表明質量分數1.0%的CH涂膜處理可以降低草莓的質量損失率、腐爛率以及過氧化氫含量，保持較高的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、過氧化物酶（peroxidase，POD）和抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活力[9]。此外，C H 涂膜處理還可以降低山楂[10]、大棗[11]、葡萄[12]和冬瓜[13]等果實的質量損失率與相對電導率，提高果實硬度與抗壞血酸含量。

目前，大量研究表明UV-C輻照和CH涂膜可用于果蔬的采后保鮮[4-13]，然而鮮有關于UV-C輻照結合CH涂膜對哈密瓜貯藏品質影響的報道。本研究以‘西州密17號’哈密瓜為原料，采用UV-C輻照結合CH涂膜對哈密瓜進行處理，探究不同處理對哈密瓜果實采后貯藏期間品質變化的影響，旨在明確UV-C輻照和CH涂膜在哈密瓜果實保鮮中是否具有協同增效作用，并為哈密瓜采后保鮮技術提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

哈密瓜品種為‘西州密17號’，采自新疆哈密市，采后立即運送至石河子大學果蔬貯藏保鮮研究中心實驗室。所選果實大小、形狀均一（質量（2.7±0.2）kg、可溶性固形物質量分數（10.0±0.2）%）、無任何視覺缺陷和病蟲害，于6 ℃下預冷24 h。

CH（脫乙酰度≥90%）濟南海得貝海洋生物工程有限公司；氯化鋇、氫氧化鈉、草酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉（均為分析純）天津市盛奧化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

TUV30W/G30T8短波紫外燈（253.7 nm）荷蘭飛利浦公司；JY5002型電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；Multifuge X1R高速冷凍離心機 美國賽默飛世爾科技有限公司；UV-2600紫外分光光度計、2014氣相色譜儀 日本島津儀器設備有限公司；GY-4水果硬度計浙江樂清艾德堡儀器有限公司；LB90T糖度計 廣州市速為電子科技有限公司；LS126C紫外輻照計 深圳林上科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 哈密瓜處理

本課題前期預實驗：短波紫外燈（253.7 nm）輻照下，采用不同UV-C輻照劑量（4、8 kJ/m2）與不同質量濃度CH（1.0、1.5 g/100 mL）涂膜處理哈密瓜，將其置于（5±1）℃的冷庫中貯藏49 d，每7 d取樣測定指標。經實驗發現，與輻照劑量為8 kJ/m2的哈密瓜相比，輻照劑量為4 kJ/m2的哈密瓜果實腐爛率與乙烯釋放速率較低，總酚與類黃酮含量較高，而兩組果實的質量損失率、呼吸速率、硬度和相對電導率差異并不顯著。與1.5 g/100 mL CH涂膜的哈密瓜相比，1.0 g/100 mL CH涂膜的哈密瓜果實腐爛率、呼吸強度和乙烯釋放速率較低，可溶性固形物質量分數與抗壞血酸含量較高，相對電導率較低，而兩組果實的質量損失率差異不顯著。因此，本實驗采用輻照劑量為4 kJ/m2的UV-C輻照與質量分數為1.0 g/100 mL CH對哈密瓜進行聯合處理。

將哈密瓜分為4 組，每組50 個，分別進行以下處理：1）對照組：未做任何處理；2）UV-C處理組：將哈密瓜果實置于短波紫外燈（波長253.7 nm）下方約50 cm處照射32 min，照射時間完成一半時翻轉果實，以確保果實正反面受到相同時間的紫外輻照，總輻照劑量為4 kJ/m2；3）CH處理組：先將CH（120 g）溶于質量分數為1.0%的乙酸溶液中（12 L），然后加入總溶液體積0.1%的吐溫-80作為穩定劑，配制成1 g/100 mL的CH溶液。將哈密瓜置于1.0 g/100 mL的CH溶液中浸泡2 min，取出后在陰涼處風干；4）UV-C+CH處理組：先對哈密瓜進行UV-C輻照處理，方法參照步驟2，再進行CH涂膜處理，方法參照步驟3。將對照組與處理組的哈密瓜置于（5±1）℃、相對濕度（82±2）%的冷庫中貯藏49 d，每7 d取樣測定指標。

1.3.2 質量損失率的測定

質量損失率測定采用稱質量法，稱量并記錄樣品第0天的初始質量（m0/kg）與取樣日的質量（m1/kg），按照下式計算哈密瓜的質量損失率。

1.3.3 硬度的測定

測定硬度時，先在哈密瓜赤道部分削去厚度為10 mm的果皮，使用探頭直徑為3.5 mm的GY-4型水果硬度計進行硬度測定，單位為N。

1.3.4 呼吸強度的測定

呼吸強度的測定參考Wang Yue等[14]的方法，將哈密瓜置于37 L的真空干燥器中1 h，通過草酸的消耗量計算果實呼吸產生的CO2質量，單位為mg/（kg·h）。

1.3.5 乙烯釋放量的測定

乙烯釋放量的測定參考Wang Yue等[14]的方法。將哈密瓜密封在37 L真空干燥器中1 h，然后使用氣相色譜儀分析樣品，單位為μL/（kg·h）。

1.3.6 可溶性固形物質量分數的測定

參考Ma Yanyan等[15]的方法，取10 g哈密瓜果肉研磨均漿，經4 000×g離心15 min后取上清液，使用LB90T糖度計分析可溶性固形物質量分數，單位為%。

1.3.7 可滴定酸質量分數的測定

可滴定酸質量分數的測定參考曹建康等[16]的方法，單位為%。

1.3.8 抗壞血酸含量的測定

抗壞血酸含量參考曹建康等[16]的方法測定，單位為mg/100 g，結果以鮮質量計。

1.3.9 總酚含量的測定

總酚含量的測定采用Ma Yanyan等[15]的方法，單位為mg/kg，結果以鮮質量計。

1.3.10 抗氧化酶活力的測定

SOD活力的測定參考Chu Wenjing等[17]的方法，CAT和POD活力的測定參考Zhang Qin等[18]的方法，APX活力的測定參考Ma Yanyan等[15]的方法，活力單位均為U/g（以鮮質量計）。

1.4 數據處理與分析

所有實驗平行重復3 次，結果以平均值±標準差表示，采用Origin 2018軟件繪圖，采用DPS 7.05軟件通過Duncan檢驗進行顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 UV-C和CH處理對哈密瓜質量損失率及硬度的影響

質量損失率可以直觀反映果實的新鮮程度，圖1A顯示，在整個貯藏過程中，哈密瓜果實的質量損失率呈持續上升趨勢。在貯藏第49天，對照組、UV-C組、CH組及UV-C+CH組的哈密瓜質量損失率分別為4.53%、4.18%、4.11%和3.97%，4 組果實的質量損失率差異不顯著（P＞0.05），可能是哈密瓜質量基數大所致，同時哈密瓜果實表面存在蠟質，能夠阻擋水分的蒸發。硬度下降是果實成熟過程中最直觀的特征，它可能與水溶性果膠、半纖維素和纖維素水平的降低有關[19]。如圖1B所示，貯藏過程中，4 組哈密瓜果實的硬度持續下降，在貯藏第49天，UV-C+CH組果實的硬度為4.55 N，是對照組的1.13 倍，與UV-C組和CH組相比，UV-C+CH處理在整個貯藏期間有效維持了哈密瓜果實的硬度（P＜0.05），延緩了果實軟化。

圖1 UV-C和CH處理對哈密瓜貯藏期間質量損失率（A）和硬度（B）的影響Fig.1 Effect of UV-C and/or CH on mass loss rate (A) and firmness (B)of Hami melon during storage

2.2 UV-C和CH處理對哈密瓜呼吸強度及乙烯釋放量的影響

由圖2A可知，在整個貯藏期間，4 組果實的呼吸強度均在貯藏前期緩慢下降，而后上升再下降，貯藏末期略微上升。與對照組相比，所有處理組果實的呼吸強度高峰均延遲了7 d，UV-C+CH組的呼吸強度始終保持在較低水平，并在28 d以后保持在最低水平。在貯藏第49天，UV-C+CH組的呼吸強度為6.38 mg/（kg·h），比UV-C組、CH組和對照組分別低6.81%、7.45%和13.02%。如圖2B所示，4 組果實的乙烯釋放量在貯藏前期略微下降，隨后在貯藏7～28 d總體呈上升趨勢，在第28天達到峰值后持續下降。在貯藏第28天，對照組的乙烯釋放量為16.95 μL/（kg·h），分別是UV-C組、CH組和UV-C+CH組的1.30、1.18 倍和1.32 倍。與對照組相比，UV-C、CH與UV-C+CH處理顯著降低了果實的乙烯釋放速率（P＜0.05），這表明UV-C與CH處理在抑制哈密瓜乙烯釋放方面有效。

圖2 UV-C和CH處理對哈密瓜貯藏期間呼吸強度（A）和乙烯釋放量（B）的影響Fig.2 Effect of UV-C and/or CH on respiration rate (A) and ethylene release rate (B) of Hami melon during storage

2.3 UV-C和CH處理對哈密瓜可溶性固形物和可滴定酸質量分數的影響

可溶性固形物賦予了果蔬獨特的風味，其含量直接影響果實的感官品質。如圖3A所示，哈密瓜果實的可溶性固形物質量分數均呈現先上升后下降的趨勢，與對照組相比，處理組的高峰均延遲了7 d。在貯藏0～35 d，與UV-C/CH單一處理相比，UV-C+CH處理能夠將哈密瓜果實可溶性固形物質量分數維持在較低水平，在貯藏后期將其維持在較高水平。在貯藏第49天，UV-C+CH組果實的可溶性固形物質量分數為12.10%，分別是UV-C組、CH組和對照組的1.06、1.03 倍和1.14 倍。果實的口感和味道與所含酸的種類及含量有直接相關。如圖3B所示，4 組哈密瓜果實的可滴定酸質量分數均在貯藏0～42 d逐漸上升，隨后下降。在貯藏第49天，UV-C組、CH組和UV-C+CH組果實的可滴定酸質量分數分別是對照組的1.02、1.18 倍和1.35 倍，表明UV-C+CH處理可以有效維持哈密瓜的可滴定酸質量分數，保持哈密瓜較高的貯藏品質。

2.4 UV-C和CH處理對哈密瓜抗壞血酸和總酚含量的影響

如圖4A所示，4 組哈密瓜果實在整個貯藏期間的抗壞血酸含量均先上升后下降。與對照組相比，UV-C、CH和UV-C+CH處理均將果實的抗壞血酸含量最大值出現的時間延遲了14 d，第35天時，UV-C+CH組的抗壞血酸含量分別是UV-C組與CH組的1.16 倍與1.20 倍。在貯藏第49天，UV-C+CH組的抗壞血酸含量比對照組高23.40%，但3 個處理組的抗壞血酸含量差異并不顯著（P＞0.05）。實驗結果表明，與UV-C/CH單一處理相比，UV-C+CH處理可以將哈密瓜果實貯藏前期的抗壞血酸含量維持在較高水平。如圖4B所示，4 組哈密瓜果實的總酚含量均為先上升后下降。對照組果實的總酚含量與處理組相比始終處于較低水平。此外，在貯藏第21天，4 組樣品的總酚含量均達到最大值，其中UV-C+CH處理保留了哈密瓜較高的總酚含量（102.73 mg/kg）。在貯藏第49天，UV-C+CH組的總酚含量比對照組、UV-C組和CH組分別高32.51%、25.27%和12.43%。

圖4 UV-C和CH處理對哈密瓜貯藏期間抗壞血酸含量（A）和總酚含量（B）的影響Fig.4 Effect of UV-C and/or CH on ascorbic acid (A) and total phenol (B) contents of Hami melon during storage

2.5 UV-C和CH處理對哈密瓜抗氧化酶活力的影響

植物中的抗氧化酶主要包括SOD、APX、CAT和POD等，可以減少活性氧的積累，延緩果實的衰老[20]。圖5A顯示，對照組與處理組果實SOD活力分別在第14天和第21天上升至高峰后緩慢下降，且UV-C、CH與UV-C+CH處理的哈密瓜SOD活力顯著高于對照組（P＜0.05），在貯藏第49天，分別比對照組高11.06%、11.95%和12.70%。如圖5B所示，4 組哈密瓜果實CAT活力均呈現先上升后下降的趨勢，其中對照組、UV-C組和CH組在貯藏第21天出現峰值，而UV-C+CH處理能推遲CAT活力高峰的出現并顯著提高果實CAT活力（P＜0.05），在貯藏第49天，UV-C+CH處理組的CAT活力為7.87 U/g，分別比UV-C組、CH組和對照組高18.00%、25.53%和73.53%。圖5C顯示，4 組果實APX活力在貯藏0～21 d均呈升高趨勢，之后逐漸降低，并且UV-C與UV-C+CH處理顯著提高了果實APX活力（P＜0.05），在貯藏第49天，UV-C+CH組果實的APX活力為11.80 U/g，分別比UV-C組、CH組和對照組高15.38%、13.10%和26.43%。如圖5D所示，4 組哈密瓜果實POD活力呈先上升后下降趨勢，在貯藏第28～49天，UV-C、CH與UV-C+CH處理顯著提高了哈密瓜果實POD活力（P＜0.05），在貯藏第49天，UV-C組、CH組與UV-C+CH組果實的POD活力分別比對照組高25.75%、5.50%和28.14%。

圖5 UV-C和CH處理對哈密瓜貯藏期間SOD（A）、CAT（B）、APX（C）和POD（D）活力的影響Fig.5 Effect of UV-C and/or CH on SOD (A),CAT (B),APX (C) and POD (D) activity of Hami melon during storage

3 討論

哈密瓜在貯藏過程中由于蒸騰、代謝和呼吸作用會發生果實失水和軟化。UV-C輻照可以增加果實的抗氧化酶活力并降低乙烯釋放量，還可能使果膠酸與其他多糖發生交聯反應，降低細胞壁降解酶的活力，從而延緩果實的質量損失率上升與硬度下降[21-22]。此外，CH涂膜會在果實表面形成一層限制氣體交換的屏障，覆蓋在果實表面的氣孔上抑制果實水分的蒸發，并調節果實對O2的吸收，延緩果實的代謝和酶活力的變化，從而延緩果實的質量與硬度損失[23]。本研究結果表明，UV-C、CH與UV-C+CH處理能有效抑制哈密瓜的軟化，且UV-C+CH處理的效果最為顯著（P＜0.05），這可能和UV-C輻照激活果實的應激能力與CH限制果實的呼吸作用有關。方曉彤[6]發現使用輻照劑量為6.6 kJ/m2的UV-C處理可以抑制鮮切甜瓜的質量損失率的增加與硬度的下降，范春麗等[10]研究發現CH涂膜可有效減少山楂的質量損失率并維持其硬度，與本研究結果相似。

哈密瓜是一種呼吸躍變型水果，在成熟過程中呼吸強度會呈現急劇增加至峰值隨后下降的趨勢[24]。本研究發現，與對照組相比，UV-C+CH處理顯著抑制了哈密瓜的呼吸強度與乙烯釋放量的增加（P＜0.05），延緩呼吸峰值的出現。相關研究發現，UV-C處理可以顯著抑制桃子[25]和番茄[26]的呼吸強度和乙烯產量，這可能歸因于UV-C處理抑制了果實的琥珀酸脫氫酶和細胞色素c氧化酶活力，三羧酸循環和細胞色素循環途徑比例降低，導致果實呼吸速率與乙烯產量降低。此外，CH可以阻礙果實呼吸時的氣體交換，降低果實的呼吸強度和乙烯釋放量[23]，這與楊曉光[11]發現CH處理可以降低大棗呼吸強度的結果類似。因此，UV-C+CH處理可有效抑制哈密瓜呼吸強度與乙烯產量的上升，延緩果實的衰老。

果蔬中可溶性固形物與可滴定酸的質量分數與果蔬的風味密切相關[27]。CH與UV-C+CH處理均抑制了貯藏前期哈密瓜可溶性固形物質量分數的增加，并在貯藏后期使其維持在較高水平，可能歸因于CH涂膜可以抑制果實的呼吸作用與乙烯生成，延遲果實中淀粉水解成糖，延緩果實中可溶性固形物質量分數的增加，保留果實中較高水平的可滴定酸[23,28]。Zhang Qiang等[29]發現UV-C處理通過影響甜櫻桃果實中糖的轉化，使可溶性固形物與可滴定酸質量分數在貯藏后期維持較高水平，這與本研究結果相似。

抗壞血酸與酚類可以一起作為果蔬非酶抗氧化系統，因此，果蔬中抗壞血酸和酚類化合物含量與果實品質變化息息相關[27]。本研究發現，UV-C+CH處理不僅能推遲哈密瓜果實抗壞血酸含量最大值的出現時間，在貯藏后期將其維持在較高水平，還能在整個貯藏期間維持較高的總酚含量，這可能歸因于UV-C輻照對果實的抗壞血酸代謝途徑造成了影響，并激活了苯丙氨酸解氨酶，從而延緩了果實中抗壞血酸和總酚含量的下降[2,22]。此外，CH涂膜限制了果實的透氧性，導致果實的呼吸被抑制，減少了果實細胞結構損失和代謝活動所需的O2，降低了多酚氧化酶的活力，從而減少了果實抗壞血酸的氧化并延緩總酚含量的下降[27,30]。Abdipour等[7]發現UV-C+CH處理可以有效延緩甜櫻桃果實中抗壞血酸與總酚含量的下降，這可能是因為CH涂膜本身具有低透氧性，能夠抑制果實的氧化酶活力，從而降低抗壞血酸與酚類物質的損失。

果實的衰老與SOD、CAT、APX和POD等幾種抗氧化酶活力密切相關。研究表明，SOD、CAT、APX和POD可以清除植物中的活性氧，具有直接抗氧化的作用，而抗氧化酶活力的增加表明植物清除活性氧、抑制果實脂質過氧化和抗脅迫能力的增強，從而降低果實氧化損傷的程度并延緩果實的衰老[25,31-32]。本研究發現，UV-C+CH處理不僅提高了哈密瓜果實抗壞血酸和總酚含量，同時提高了哈密瓜果實SOD、CAT、APX和POD活力，這可能歸因于UV-C輻照可以激活植物的抗氧化系統，從而提高果實中抗氧化酶活力，延緩果實的衰老[25,31]。此外，Cheng Shaobo[32]和Zhang Shaoying[33]等發現，采用CH處理能夠增加棗果實中SOD、CAT、POD和APX的活力，其中UV-C+CH處理的效果更為顯著。這些結果表明，UV-C+CH處理可以有效提高哈密瓜的抗氧化酶活力，清除活性氧，進而延緩果實的衰老。

綜上所述，與對照組相比，UV-C+CH處理能顯著抑制哈密瓜貯藏后期的呼吸強度，降低貯藏過程中乙烯的釋放量，延緩果實硬度與可滴定酸質量分數的下降，維持貯藏后期較高水平的可溶性固形物質量分數，提高果實抗壞血酸和總酚含量，以及SOD、CAT、APX和POD活力，延緩果實的衰老。因此，UV-C+CH處理是改善哈密瓜貯藏品質的一種有效措施，能夠為哈密瓜的保鮮技術提供一種新思路。