周 然，吳 瓊

(1．上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306;2．農(nóng)業(yè)農(nóng)村部冷庫及制冷設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(上海)，上海201306)

商業(yè)運(yùn)輸中，公路運(yùn)輸是最重要的一種運(yùn)輸方式，其中，運(yùn)輸易腐貨物時(shí)最常用的是卡車運(yùn)輸［1］。在中國，哈密瓜、獼猴桃和梨等多采用卡車運(yùn)輸，但由于冷鏈運(yùn)輸體系的不完善［2］，運(yùn)輸過程中振動(dòng)脅迫會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸貨物產(chǎn)生損傷，引起貨架期短、腐爛率高的現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

哈密瓜(Cucumis melo var．saccharinus)源自新疆，果肉清香爽口、脆嫩多汁，倍受消費(fèi)者喜愛，但是上海、北京等地也成為哈密瓜除在新疆以外的主要銷售地［3］。為了消除地域限制［4］，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，需將哈密瓜從原產(chǎn)地輸送至上述銷售地。而長距離的運(yùn)輸及振動(dòng)脅迫會(huì)促進(jìn)哈密瓜的呼吸作用，加速果實(shí)老熟、腐爛，進(jìn)而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失?？稻S民等［5］研究發(fā)現(xiàn)，梨所受到的機(jī)械損傷隨著振動(dòng)加速度的增加以及振動(dòng)頻率的減小而嚴(yán)重。Jarimopas等［1］研究橘子在道路上運(yùn)輸時(shí)發(fā)現(xiàn)土路、水泥路、瀝青路使橘子受到機(jī)械損傷的程度依次降低，而對橘子的傷害與運(yùn)輸速度呈正比。曾媛媛等［6］初步研究了長途運(yùn)輸對哈密瓜貯藏品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸振動(dòng)能夠加速哈密瓜的生理生化反應(yīng)進(jìn)而加快哈密瓜成熟衰老。但不同道路對哈密瓜生理軟化及細(xì)胞壁的影響暫無報(bào)道。因此本研究以哈密瓜為材料，研究不同振動(dòng)對果實(shí)貯藏過程中生理軟化及細(xì)胞壁代謝的影響，以期為尋找降低振動(dòng)對哈密瓜品質(zhì)損傷的方法提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)裝置

半掛車:華俊牌，噸位 20 t，裝載量 12.7 t。運(yùn)輸總路程約800 km。運(yùn)輸過程中，半掛車的車廂后部安有一個(gè)加速度傳感器，距車廂后板的距離為1 m。運(yùn)輸過程中每隔3 min收集振動(dòng)數(shù)據(jù)。運(yùn)輸結(jié)束后拆下測試裝備并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，通過軟件處理，得到一個(gè)加速度頻譜圖。

本試驗(yàn)?zāi)M設(shè)置4種等級(jí)公路，分別為高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路及三級(jí)公路，采用上述方法得到對應(yīng)在61～90 km·h－1速度下的功率譜密度圖(圖1)，再將譜圖導(dǎo)入 MPA408/LS444M振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)(北京航天希爾測試技術(shù)有限公司)，利用振動(dòng)臺(tái)模擬公路運(yùn)輸振動(dòng)。

1．2 設(shè)備

MPA408/LS444M振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)(北京航天希爾測試技術(shù)有限公司);UV2100可見紫外分光光度計(jì)(上海尤尼柯儀器有限公司);TA-XT plus型物性儀(Stable Micro System公司)。

1．3 材料處理

哈密瓜采自上海浦東水果園，選用大小、顏色且成熟度(根據(jù)果農(nóng)建議及顏色外觀判斷，選擇適合長途運(yùn)輸?shù)陌顺墒旃芄?一致，無機(jī)械損傷和病蟲害感染的哈密瓜用于試驗(yàn)。采購來的哈密瓜在運(yùn)輸過程中，用塑料網(wǎng)托包好裝進(jìn)紙箱。對試驗(yàn)用的哈密瓜采用如下分組:一組不作任何處理，為對照組;另一組為振動(dòng)處理組，哈密瓜被放置在振動(dòng)臺(tái)上，模擬在高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路和三級(jí)公路4種等級(jí)公路運(yùn)輸條件下振動(dòng)15 h，振動(dòng)結(jié)束后，哈密瓜于23℃(室溫)下貯藏，每隔7 d測定一次指標(biāo)，共測28 d。

1．4 測定方法

1．4.1 硬度

參考秦宗權(quán)等［7］的方法略作修改。取10等份3 cm厚的赤道處哈密瓜(每組取3個(gè)哈密瓜)，用TA-XT plus型物性質(zhì)構(gòu)儀測定每份中心點(diǎn)的硬度，即每個(gè)哈密瓜測定10次，選擇直徑6 mm柱形探頭，測定速度為5 mm·s－1，觸發(fā)力為25 g。

1．4.2 果膠類物質(zhì)的提取、分離

參考 Fishman 等［8］和 Brummell等［9］的方法。分別提取水溶性果膠、離子結(jié)合型果膠、共價(jià)型果膠，其中果膠含量用硫酸咔唑法測定，顯色條件為在1.0 mL濾液中，加入0.25 mL 0.1%咔唑-無水乙醇溶液，迅速加入5.0 mL硫酸，在85℃水浴中加熱20 min，自來水浴中冷卻，顯色后1.5 h內(nèi)在525 nm波長條件下測定，含量表示為mg·g－1。

1．4.3 果膠降解相關(guān)酶活性

圖1 高速公路(a)、一級(jí)公路(b)、二級(jí)公路(c)、三級(jí)公路(d)四種等級(jí)公路在61～90 km·h－1速度下行駛15 h的功率譜密度圖Fig．1 Power special density levels of the normal load truck during transport at the speed of 61 ～90 km·h－1for 15 h on highways(a)，ARs(b)，SRs(c)，and TRs(d)

參考Zhou等［10］的方法。多聚半乳糖醛酸酶(PG)的測定:取20 g哈密瓜果肉，加入40 mL含0.015 g CDTA，1.169 g NaCl，2 g PVP 的 pH 7.0磷酸緩沖溶液，冰浴研磨，抽濾所得上清液即PG提取液。PG活性測定，取0.1 mL酶提取液，加入0.5 mL 0.2 mol·L－1乙酸緩沖液(pH 4.5)和0.5 mL果膠(1%)，37℃恒溫水浴1 h，再加入0.7 mL DNS顯色液，沸水浴中顯色5 min后，先冷卻再加入10 mL蒸餾水，于540 nm下測定其吸光值，空白對照采用滅活過的酶提取液。根據(jù)半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算生成半乳糖醛酸量，以37℃下每分鐘催化生成1 μmol還原糖基團(tuán)所需的酶量為一個(gè)酶活力單位。果膠酯酶(PE)的測定:取10 g哈密瓜果肉漿與10 mL pH 8.0，0.5 mol·L－1Tris-HC1( 含 1 mmol·L－1CDTA，5%PVP，2 mol·L－1NaCl)溶液混和，得到濃度為 1%的果膠溶液。取10 mL事先在沸水中鈍化的酶液(pH 7.0)，檢測樣加入10 mL酶液(pH 7.0)。于30℃水浴保溫，每隔一段時(shí)間加0.01 mol·L－1NaOH溶液，以維持pH環(huán)境不變。30 min內(nèi)所加的NaOH當(dāng)量數(shù)就是酶作用后釋放出游離羧基的當(dāng)量數(shù)。用牛血清蛋白測定粗酶液中蛋白含量［3］。

1．5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)指標(biāo)重復(fù)測定3次，數(shù)據(jù)差異性利用軟件SPSS 20.0中的Duncan法進(jìn)行方差分析、顯著性水平分析等多重比較，同時(shí)使用 Origin Pro V8.6繪制曲線。

2 結(jié)果與分析

2．1 振動(dòng)處理對哈密瓜硬度的影響

果實(shí)硬度是反映果實(shí)質(zhì)地的重要指標(biāo)，果實(shí)軟化的重要表現(xiàn)就是果實(shí)的硬度下降，也是反映果實(shí)成熟衰老的重要指標(biāo)之一［11］。圖2顯示，哈密瓜硬度隨著貯藏時(shí)間的延長而降低，而硬度變化呈現(xiàn)先快速下降后緩慢下降的趨勢，這說明哈密瓜在貯藏的過程中，隨著貯藏時(shí)間的延長，果實(shí)不斷成熟軟化。而從圖2中也可以看出，振動(dòng)處理組的下降趨勢均較對照組明顯，在28 d時(shí)，經(jīng)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路振動(dòng)處理的哈密瓜硬度分別是對照組的1.17，1.56，2.81，4.11倍(P＜0.05)，這說明運(yùn)輸振動(dòng)影響哈密瓜在貯藏過程中的硬度，加速生理軟化，降低哈密瓜的新鮮程度，其中三級(jí)公路更能加速果實(shí)軟化。

圖2 振動(dòng)處理對哈密瓜硬度的影響Fig．2 Effect of vibration treatment on firmness of Hami melon

2．2 振動(dòng)處理對哈密瓜果膠類物質(zhì)的影響

2．2.1 水溶性果膠

由圖3-a可見，哈密瓜在貯藏的過程中，水溶性果膠含量逐漸增加，這說明哈密瓜隨著貯藏時(shí)間的增加，原果膠不斷降解為可溶性果膠，果實(shí)不斷成熟，這與硬度的變化趨勢一致。而在貯藏7 d后，振動(dòng)處理組哈密瓜的水溶性果膠較對照組顯著上升，在28 d時(shí)，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)水溶性果膠含量分別是對照組的1.15、1.23、1.41、1.52 倍(P＜0.05)，運(yùn)輸振動(dòng)能夠顯著促進(jìn)果實(shí)成熟，且二級(jí)公路及三級(jí)公路較高速公路及一級(jí)公路更為顯著(P＜0.05)。

2．2.2 共價(jià)結(jié)合型果膠

共價(jià)結(jié)合型果膠是通過共價(jià)酯鍵與其他細(xì)胞壁多糖連接，存在于整個(gè)初生細(xì)胞壁。由圖3-b可知，在貯藏過程中，其含量逐漸降低，且在7 d后振動(dòng)處理組較對照組的共價(jià)結(jié)合型果膠顯著降低(P＜0.05)，貯藏28 d時(shí)，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)共價(jià)結(jié)合型果膠含量分別是對照組的2.18、3.13、3.41、5.16倍(P＜0.05)，其中三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)的破壞作用最為顯著(P＜0.05)。

圖3 振動(dòng)處理對哈密瓜水溶性果膠(a)、共價(jià)結(jié)合型果膠(b)、離子型果膠(c)含量的影響Fig．3 Effect of vibration treatment on water-soluble pectin(a)，CDTA-soluble pectin(b)，and carbonated-soluble pectin(c)content of Hami melon

2．2.3 離子型果膠

離子型果膠主要是由離子交聯(lián)型果膠組成，主要存在于中膠層。由圖3-c可知，在貯藏過程中，其含量逐漸降低，且在7 d后振動(dòng)處理組較對照組的離子型果膠顯著降低(P＜0.05)，貯藏28 d時(shí)，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)離子型果膠含量分別是對照組的1.91、2.83、3.47、5.41 倍(P ＜0.05)，三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)的破壞作用最為顯著(P＜0.05)。

2．3 振動(dòng)處理對哈密瓜果膠降解相關(guān)酶活性的影響

2．3.1 多聚半乳糖醛酸酶

由圖4-a可知，哈密瓜果實(shí)的PG活性在貯藏過程中逐漸升高。在貯藏7 d后，經(jīng)振動(dòng)處理后的哈密瓜PG均維持較高的活性，且顯著高于對照組(P＜0.05)。在貯藏28 d時(shí)，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)離子型果膠含量分別是對照組的1.30、1.41、1.60、2.02 倍。

2．3.2 果膠酯酶

由圖4-b可知，哈密瓜果實(shí)PE活性在貯藏過程中活性先上升，達(dá)到一個(gè)最大值后再逐漸下降。在貯藏7 d后，經(jīng)振動(dòng)處理后的哈密瓜PE均維持較高的活性，且顯著高于對照組(P＜0.05)。在貯藏28 d時(shí)，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)離子型果膠含量分別是對照組的1.11、1.21、1.32、1.43 倍(P ＜0.05)。

圖4 振動(dòng)處理對哈密瓜對多聚半乳糖醛酸酶(a)和果膠酯酶(b)活性的影響Fig．4 Effect of vibration treatments on polygalacturonase(a)and pectinesterase(b)activity of Hami melon

3 討論

果實(shí)軟化的主要機(jī)制是果肉細(xì)胞胞間果膠質(zhì)降解，細(xì)胞相互分離［11］。在果實(shí)成熟過程中，原果膠不斷降解為可溶性果膠，細(xì)胞結(jié)構(gòu)也隨之受損，胞間層電子密度降低，并且隨著微纖維絲間果膠和纖維素物質(zhì)的溶解［12］，微纖維絲結(jié)構(gòu)變得松弛而軟化［13］，細(xì)胞壁變薄，大量細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)消失，細(xì)胞變圓且趨于分散，果肉硬度隨之下降［14］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，哈密瓜在貯藏的過程中，硬度逐漸下降，說明果實(shí)逐漸軟化成熟。而運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)顯著促進(jìn)哈密瓜的生理軟化(P＜0.05)，其中以三級(jí)公路對其促進(jìn)最為顯著(P＜0.05)。此外，從圖3可以發(fā)現(xiàn)，水溶性果膠隨著貯藏時(shí)間的增加而逐漸增加，而離子型果膠和共價(jià)結(jié)合型果膠逐漸降低，這是因?yàn)椋殡S著果實(shí)成熟軟化，原果膠降解成可溶性果膠，水溶性果膠含量在貯藏的過程中逐漸增加［15－17］;離子型果膠和共價(jià)結(jié)合型果膠逐漸降解，從而使初生壁解體［18］，細(xì)胞間的黏合力降低［19］，細(xì)胞分區(qū)消失而失去膨壓，造成細(xì)胞黏度和果實(shí)硬度下降，最終導(dǎo)致果實(shí)的軟化［20］。這些結(jié)果充分表明了果膠的降解與果實(shí)的成熟軟化有著密切的聯(lián)系。

而從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，哈密瓜在貯藏的過程中，多聚半乳糖醛酸酶逐漸上升，果膠酯酶在21 d有峰值。細(xì)胞壁的降解是哈密瓜果實(shí)軟化和品質(zhì)改變的主要因素，而與細(xì)胞壁降解相關(guān)的因素即為與細(xì)胞壁降解相關(guān)的酶類［21－22］。果蔬細(xì)胞壁成分果膠的分解主要原因是多聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶一起作用的結(jié)果［23］，果膠的甲氧基基團(tuán)由于果膠酯酶的作用而被脫去，而多聚半乳糖醛酸酶則以果膠酯酶發(fā)生作用的產(chǎn)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(zhì)［24－26］。一般認(rèn)為多聚半乳糖醛酸酶降解甲氧基果膠的活性比降解脫甲氧基果膠活性小［27］，因此果膠酯酶影響多聚半乳糖醛酸酶對細(xì)胞壁的果膠物質(zhì)敏感程度。在貯藏的過程中，多聚半乳糖醛酸酶及果膠酯酶均呈現(xiàn)上述的趨勢，這說明哈密瓜在貯藏的過程中，酶活性不斷增加，細(xì)胞生理生化反應(yīng)不斷加快，從而促使不溶性果膠逐漸分解為水溶性果膠，進(jìn)而促使哈密瓜細(xì)胞壁變薄、原生質(zhì)層消失、細(xì)胞壁的黏著度消失，果實(shí)細(xì)胞成熟軟化。

而在運(yùn)輸過程中，果蔬與包裝箱或者果蔬之間交互的接觸部分會(huì)承受各種壓力，如擠壓、摩擦、碰撞、沖擊等。當(dāng)損害果蔬的這些作用力相對強(qiáng)度比較高時(shí)，果蔬會(huì)受平淺形表面損傷，且會(huì)因?yàn)橥饬Φ姆磸?fù)作用，果蔬細(xì)胞間的連接力與細(xì)胞間的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致脆性或塑性損傷，使其變軟［4，28］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，哈密瓜經(jīng)運(yùn)輸振動(dòng)處理后，硬度下降速度較對照組顯著加快，而硬度是反映果實(shí)質(zhì)地的主要指標(biāo)之一，進(jìn)而表明振動(dòng)處理會(huì)加速果實(shí)軟化。而果實(shí)軟化與細(xì)胞壁有關(guān)，細(xì)胞壁中的主要成分有果膠、纖維素、半纖維素等。而哈密瓜在貯藏的過程中，細(xì)胞壁中重要的結(jié)構(gòu)物質(zhì)果膠逐漸由不溶性的原果膠降解成可溶性果膠，運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)促進(jìn)哈密瓜的生理生化反應(yīng)，酶活性升高，從而促進(jìn)原果膠降解，加快果實(shí)成熟軟化。而通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推測，三級(jí)公路模擬振動(dòng)的頻率與哈密瓜的固有頻率最相近，對哈密瓜的品質(zhì)影響最大。所以在哈密瓜的運(yùn)輸過程中，為保障哈密瓜品質(zhì)應(yīng)該避免選擇三級(jí)公路進(jìn)行貨運(yùn)，在每個(gè)哈密瓜外部套一個(gè)網(wǎng)套減少機(jī)械損傷，或者使用一些化學(xué)的保鮮方法。同時(shí)，通過此試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同道路的運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)不同程度地促進(jìn)哈密瓜的成熟軟化，這說明可以通過控制運(yùn)輸振動(dòng)的強(qiáng)度及時(shí)間來控制哈密瓜成熟度，是今后研究哈密瓜物理催熟的方向。