郭欣，邱小明，陳蓮

（1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品工程學(xué)院，福建 漳州 363000；2.閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000）

番木瓜（Carica papaya L.）是熱帶特色水果之一，為呼吸躍變型果實(shí)，呼吸代謝旺盛[1]。果實(shí)采收時(shí)色綠且肉質(zhì)硬，經(jīng)呼吸躍變后表皮由綠轉(zhuǎn)黃，果肉出現(xiàn)漿狀軟化（又稱溶質(zhì)化）[2]，雖然在一定程度上使果實(shí)口感和風(fēng)味更佳，但也導(dǎo)致了果實(shí)耐貯性變差，從而降低了果實(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值，嚴(yán)重制約了番木瓜的貯藏與運(yùn)輸。如何有效延緩番木瓜果實(shí)貯藏期間快速軟化，推遲果實(shí)成熟進(jìn)程，從而延長(zhǎng)其采后貨架期已成為采后番木瓜果實(shí)保鮮研究中亟待解決的問題。研究表明，細(xì)胞壁多糖代謝引起的果膠、纖維素和半纖維素等細(xì)胞壁組分的減少是水果軟化的主要原因，與其細(xì)胞壁水解酶如多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）、果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）、纖維素酶（cellulase，Cx）和 β-半乳糖苷酶（β-D-galaetosidase，β-Gal）的活性密切相關(guān)[3]。FANG 等研究表明，酵母甘露聚糖涂膜可通過抑制貯藏期間番茄PME、PG和β-Gal活性延遲番茄果實(shí)軟化進(jìn)程[4]。邵遠(yuǎn)志等研究表明1-甲基環(huán)丙烯單獨(dú)處理和1-甲基環(huán)丙烯結(jié)合乙烯處理可明顯抑制番木瓜PG、Cx以及PME活性，抑制原果膠降解以及番木瓜果實(shí)的軟化進(jìn)程[5]。

海藻酸鈉（sodium alginate，SA）是一種從海藻或細(xì)菌中提取得到的天然多糖，具有良好的水溶性、成膜性、黏性和安全性[6]，可有效延長(zhǎng)油桃[7]、大棗[8]、砂糖橘[9]及甜櫻桃[10]等多種水果的貯藏時(shí)間。但也有研究發(fā)現(xiàn)，單一海藻酸鈉膜存在抗菌性能差、保鮮效果不顯著等缺點(diǎn)[11]。納米二氧化鈦是一種新型無機(jī)納米材料，具有廣譜抗菌和防腐性，且安全無毒[12]。在海藻酸鈉膜中加入納米TiO2制得的海藻酸鈉/納米TiO2（sodium alginate/nano-TiO2，SA/TiO2）復(fù)合涂膜除了具有更強(qiáng)的機(jī)械、調(diào)氣及保濕性能之外，還具有抗菌防霉、抗紫外線等功能[13]。研究表明，SA/TiO2復(fù)合涂膜可顯著抑制香菇貯藏時(shí)的呼吸強(qiáng)度，減緩其水分散失，維持較好的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[14]；還可有效降低水蜜桃常溫貯藏期間多酚氧化酶活性，抑制丙二醛含量增加，延緩水蜜桃果實(shí)組織衰老[15]。目前關(guān)于SA/TiO2復(fù)合涂膜在水果保鮮的應(yīng)用研究主要集中在果實(shí)貯藏品質(zhì)方面，但對(duì)于該復(fù)合涂膜調(diào)控果實(shí)采后軟化的機(jī)理機(jī)制研究較少。

因此，本試驗(yàn)以番木瓜果實(shí)為材料，研究SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)番木瓜果實(shí)后熟軟化過程中果實(shí)硬度、細(xì)胞壁物質(zhì)含量及細(xì)胞壁水解酶活性變化的影響，探討SA/TiO2復(fù)合涂膜處理延緩番木瓜果實(shí)軟化的作用機(jī)理，為采后番木瓜的貯藏保鮮提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番木瓜：“日升10號(hào)”品種，采自漳州市農(nóng)科所品種園，挑選果皮轉(zhuǎn)黃率30%、大小均一、色澤相近、無病蟲害及機(jī)械損傷的健康果實(shí)。

海藻酸鈉：青島博智匯力生物科技有限公司；納米TiO2：上海江滬鈦白化工制品有限公司；乙醇、丙酮、乙醚：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；多聚半乳糖醛酸、果膠、P-硝基苯-β-D-吡喃半乳糖苷：南京三舒生物科技有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GY-4數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì)：浙江托普儀器有限公司；TG20.5高速離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；JA2782N電子天平：上海精密儀器儀表有限公司；SAF-680T酶標(biāo)儀：上海巴玖實(shí)業(yè)有限公司；DV 1000真空干燥器：杭州凱弗克斯實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 番木瓜涂膜處理

新鮮番木瓜清洗表面后分成3組，分別浸泡于去離子水（CK）、1%海藻酸鈉保鮮液（SA）、1.0%海藻酸鈉+0.1%納米TiO2復(fù)合保鮮液（SA/TiO2）中5 min。撈出瀝干，待果實(shí)表面形成一層透明薄膜后裝入聚乙烯保鮮袋中，每袋3個(gè)果實(shí)，置于（28±1）℃、相對(duì)濕度80%下貯藏。每2 d取樣一次，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，重復(fù)3次。

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

果實(shí)硬度參照張志良等[16]的方法，測(cè)定果實(shí)赤道面3個(gè)點(diǎn)的硬度，取平均值；纖維素含量參照王學(xué)奎[17]的方法測(cè)定；原果膠和可溶性果膠含量采用咔唑比色法測(cè)定[18]；PG和PME活性參照魏建梅等[19]的方法測(cè)定；Cx和β-Gal活性參照王學(xué)奎[17]的方法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)硬度的影響

果實(shí)硬度直接反映了果實(shí)的軟化程度[20]。SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)硬度影響見圖1。

從圖1可知，采后番木瓜果實(shí)硬度隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。對(duì)照組果實(shí)硬度從貯藏第2天起即快速下降，尤其是在貯藏8 d～10 d期間降幅最大。SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)硬度下降速率最緩慢，整個(gè)貯藏期間硬度整體高于對(duì)照組果實(shí)，并在貯藏4 d～12 d期間與對(duì)照差異顯著（P<0.05）。由此可見，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理明顯延緩了番木瓜果實(shí)的軟化，較好地保持了果實(shí)硬度。

圖1 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)硬度影響Fig.1 Effects of SA/TiO2treatment on hardness of harvested papaya fruit

2.2 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)細(xì)胞壁組分含量的影響

纖維素是果實(shí)細(xì)胞壁的主要成分之一，與果膠和半纖維素共同構(gòu)成細(xì)胞壁的“果膠-纖維素-半纖維素”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21]。SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)細(xì)胞壁組分含量的影響見圖2。

如圖2 A所示，番木瓜果實(shí)貯藏過程中，不同處理組果實(shí)纖維素含量均出現(xiàn)不同程度的下降。整個(gè)貯藏期間，對(duì)照組降幅明顯高于涂膜處理組，貯藏第12天時(shí)果實(shí)纖維素含量比開始下降了31.9%，而同時(shí)期SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組和單一SA涂膜處理組果實(shí)纖維素含量約為對(duì)照組的1.9倍和1.74倍，與對(duì)照組之間差異極顯著（P<0.01）。這說明SA/TiO2復(fù)合涂膜處理可明顯抑制番木瓜果實(shí)衰老過程中細(xì)胞壁纖維素降解。

果膠物質(zhì)是果實(shí)細(xì)胞壁的基質(zhì)多糖，包括原果膠和可溶性果膠，二者的形態(tài)變化直接影響果實(shí)質(zhì)地變化[22]。如圖2 B所示，不同處理組果實(shí)原果膠含量呈下降趨勢(shì)，并且均在貯藏6 d～10 d下降最快。整個(gè)貯藏期間，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理果實(shí)原果膠含量水平始終保持最高，至貯藏結(jié)束時(shí)仍有0.63%，為同時(shí)期對(duì)照組的2.42倍。統(tǒng)計(jì)分析表明，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理果實(shí)原果膠含量在貯藏4 d～12 d期間極顯著高于對(duì)照組（P<0.01）。

由圖2 C可知，不同處理組果實(shí)可溶性果膠含量不斷上升，其中SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組上升最緩慢。整個(gè)貯藏期間，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理果實(shí)可溶性果膠含量始終保持最低水平，至貯藏結(jié)束時(shí)約為0.43%，僅為同時(shí)期對(duì)照組的53.8%。顯著性分析表明，整個(gè)貯藏期間，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理果實(shí)可溶性果膠含量極顯著低于對(duì)照組（P<0.01）。以上分析表明，相比單一SA涂膜處理，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理可更有效地抑制采后番木瓜果實(shí)細(xì)胞壁中原果膠的降解，延緩可溶性果膠的生成，從而維持果實(shí)完整的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，延緩果實(shí)軟化進(jìn)程，這與番木瓜果實(shí)硬度變化（圖1）相吻合。

圖2 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)纖維素、原果膠和可溶性果膠含量的影響Fig.2 Effects of SA/TiO2treatment on content of cellulose，protopectin and soluble pectin of harvested papaya fruit

2.3 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)細(xì)胞壁降解酶活性的影響

PG可沿多聚半乳糖醛酸主鏈水解果膠酸，從而促使果膠降解[5]。PME對(duì)果膠具有去甲酯化作用，生成適合于PG作用的底物[23]。SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)細(xì)胞壁降解酶活性的影響見圖3。

從圖3 A可知，整個(gè)貯藏期間不同處理組果實(shí)PG活性均呈整體上先上升后下降趨勢(shì)。對(duì)照組果實(shí)PG活性在貯藏0～2 d期間有一個(gè)急劇上升的階段，并在第8天達(dá)到最大值，隨后緩慢下降。而涂膜處理組果實(shí)PG活性在貯藏前8 d則是逐漸升高，隨后逐漸下降。至貯藏第12天，PG活性順序?yàn)閷?duì)照>單一SA涂膜處理>SA/TiO2復(fù)合涂膜處理。顯著性分析表明，整個(gè)貯藏期間SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)PG活性極顯著（P<0.01）低于對(duì)照組。

圖3 SA/TiO2復(fù)合涂膜處理對(duì)采后番木瓜果實(shí)PG、PME、Cx和β-Gal活性的影響Fig.3 Effects of SA/TiO2treatment on PG,PME,Cx和β-Gal activity of harvested papaya fruit

從圖3 B可知，對(duì)照組及涂膜處理組果實(shí)PME活性變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)整體上先上升后下降趨勢(shì)，其中SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組PME活性始終處于最低水平。不同處理組均在貯藏第6天出現(xiàn)峰值，此時(shí)SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)PME活性僅為對(duì)照組的83.9%。隨后，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)PME活性極顯著（P<0.01）低于對(duì)照組。

果實(shí)成熟過程中，Cx通過促進(jìn)纖維素和半纖維素的水解，破壞果實(shí)細(xì)胞壁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[24]，同時(shí)果膠側(cè)鏈中性糖在β-Gal作用下被水解[25]，導(dǎo)致水果軟化。從圖3 C可知，番木瓜果實(shí)Cx活性隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)先上升后下降。對(duì)照組果實(shí)Cx在貯藏第6天即出現(xiàn)活性高峰，分別為同時(shí)期單一SA涂膜處理組的1.17倍和SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組的1.47倍。整個(gè)貯藏期間，涂膜處理組果實(shí)Cx活性均低于對(duì)照，并比對(duì)照推遲4 d即在貯藏第10天才達(dá)到最高值。說明涂膜處理可有效抑制番木瓜果實(shí)Cx活性增加，推遲活性高峰的出現(xiàn)。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)Cx活性在貯藏期間始終保持最低水平。

從圖3 D可知，對(duì)照組果實(shí)β-Gal活性在貯藏0～6 d迅速增加，在貯藏第6天達(dá)到最大值后逐漸降低。不同涂膜處理組果實(shí)β-Gal活性呈現(xiàn)出與對(duì)照類似的峰型變化規(guī)律，同樣在第6天出現(xiàn)活性峰值，但整體水平均低于對(duì)照組。進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，整個(gè)貯藏期間，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)β-Gal活性水平最低，與對(duì)照差異達(dá)極顯著（P<0.01）水平。

3 討論與結(jié)論

果實(shí)軟化是一個(gè)復(fù)雜而有序的過程，最明顯的表現(xiàn)就是果實(shí)硬度顯著降低，質(zhì)地變軟，最終腐爛變質(zhì)[26]。大量研究表明，果實(shí)軟化的主要原因是細(xì)胞壁相關(guān)降解酶催化果膠和纖維素等細(xì)胞壁組分降解，細(xì)胞中膠層逐漸溶解甚至液化，細(xì)胞間產(chǎn)生空隙，最終導(dǎo)致果肉組織全部瓦解漿化[3]。本研究結(jié)果顯示，番木瓜果實(shí)剛采收時(shí)，細(xì)胞中果膠物質(zhì)以不溶性的原果膠形態(tài)為主，此時(shí)果實(shí)硬度較高，便于貯運(yùn)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，果實(shí)原果膠和纖維素含量不斷下降，可溶性果膠含量卻逐漸升高，果實(shí)硬度逐漸降低。相關(guān)性分析結(jié)果表明，番木瓜采后貯藏過程中原果膠和纖維素含量均與果實(shí)硬度呈顯著性正相關(guān)（r＞0.857，P<0.05）。由此可見，番木瓜果實(shí)的軟化與原果膠、纖維素等細(xì)胞壁組分的降解密切相關(guān)。研究還顯示，與對(duì)照相比，涂膜處理有效抑制了番木瓜果實(shí)常溫貯藏過程中原果膠、纖維素的降解和可溶性果膠的生成，特別是添加了納米TiO2的SA/TiO2復(fù)合涂膜處理效果更顯著，這可能是因?yàn)榧{米TiO2和SA之間有強(qiáng)烈的物理交聯(lián)作用，使其成膜均勻且韌性增強(qiáng)，因此能更有效抑制番木瓜果實(shí)細(xì)胞內(nèi)果膠和纖維素等物質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)化，從而維持果實(shí)硬度。

果實(shí)細(xì)胞壁組分的降解與PG、PME、Cx和β-Gal等細(xì)胞壁水解酶活性密切相關(guān)[27]。這些水解酶在果實(shí)軟化的不同階段促進(jìn)細(xì)胞壁組分的降解，引起果實(shí)軟化。本研究中，貯藏期間采后番木瓜果實(shí)PG、PME、Cx和β-Gal活性峰值出現(xiàn)時(shí)間與原果膠、纖維素含量和果實(shí)硬度快速下降時(shí)間一致，說明這些水解酶活性的躍變促進(jìn)了采后番木瓜果實(shí)原果膠、纖維素物質(zhì)的降解，對(duì)果實(shí)硬度下降起到至關(guān)重要的作用。而PME活性高峰早于PG出現(xiàn)，這可能是因?yàn)镻ME對(duì)于番木瓜果實(shí)軟化具有先導(dǎo)作用，首先啟動(dòng)果膠降解，為PG進(jìn)一步水解果膠提供底物。研究結(jié)果表明，與對(duì)照組和單一SA涂膜處理組相比，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理組果實(shí)PG、PME、Cx和β-Gal活性在整個(gè)貯藏期間始終保持最低水平，這可能是因?yàn)镾A/TiO2復(fù)合涂膜處理能使膜與果實(shí)表皮中間形成一個(gè)高CO2低O2的氣體環(huán)境，有效抑制采后番木瓜果實(shí)各種細(xì)胞壁水解酶活性，減緩細(xì)胞壁組分水解過程，保持果實(shí)細(xì)胞壁的完整性，從而延緩果實(shí)軟化。

本研究表明，與對(duì)照和單一SA涂膜處理組果實(shí)相比，SA/TiO2復(fù)合涂膜處理能有效抑制采后番木瓜果實(shí)PG、PME、Cx和β-Gal活性等細(xì)胞壁降解酶的活性，減緩果實(shí)貯藏過程中果膠和纖維素等細(xì)胞壁組分的降解，維持果實(shí)硬度，從而延緩果實(shí)軟化、延長(zhǎng)采后番木瓜貨架期。