關(guān)鍵詞：蘋果；果肉；果核；穿刺力學(xué)試驗(yàn)；微觀結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003—8981（2024）03—0170—07

蘋果營養(yǎng)價(jià)值高，耐貯性好[1]，且我國蘋果種質(zhì)資源豐富，種植面積及產(chǎn)量均居世界首位[2-3]，但蘋果在運(yùn)輸、貯藏等環(huán)節(jié)中會(huì)承受多種載荷形式的作用，造成果實(shí)擠壓、果肉破裂，形成損傷[4-5]，加速了微生物對(duì)果實(shí)的侵害，嚴(yán)重影響蘋果的品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益。穿刺力學(xué)試驗(yàn)可檢驗(yàn)蘋果果實(shí)的堅(jiān)實(shí)度，表征蘋果組織的致密程度[6-8]，推測(cè)蘋果果實(shí)組織抵抗破壞的能力[9]，為蘋果的采收、貯藏和加工運(yùn)輸?shù)难b備設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者多次利用穿刺力學(xué)特性試驗(yàn)研究了蘋果果實(shí)的質(zhì)地特性，但觀測(cè)的特性參數(shù)各不相同。蘋果果皮作為果實(shí)最外層的組成部分，其穿刺力學(xué)特性對(duì)整果穿刺力學(xué)研究具有重要意義[10-12]。Brennan[13] 對(duì)蘋果果皮及淺表層果肉的穿刺試驗(yàn)表明，穿刺的最大力可表征蘋果的質(zhì)地特性。蔣冰瑤等[14] 采用質(zhì)構(gòu)儀，選用10 個(gè)加載速度對(duì)蘋果果皮向陽面與向陰面進(jìn)行穿刺力學(xué)特性試驗(yàn)，試驗(yàn)表明相同加載速度下不同果面果皮的穿刺強(qiáng)度存在極顯著差異（P ＜ 0.01）；不同品種果皮穿刺強(qiáng)度存在差異，且果皮穿刺強(qiáng)度與穿刺部位、加載速度呈極顯著差異（P ＜ 0.01）。馮慧敏等[15] 制取了不同形態(tài)的蘋果果肉試樣，運(yùn)用不同的加載速度進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，研究表明試樣的形狀、尺寸、加載速度均會(huì)影響蘋果果肉的力學(xué)特性。侯聚敏[16] 采用相同加載速度對(duì)不同品種蘋果果實(shí)進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，試驗(yàn)表明不同品種果實(shí)穿刺力學(xué)特性存在差異。蔣冰瑤等[17] 采用P2 探頭對(duì)不同品種蘋果果皮及果肉進(jìn)行穿刺力學(xué)特性研究，得到不同品種果肉脆度的敏感度評(píng)價(jià)指標(biāo)會(huì)隨著加載速度的變化而變化。

許多研究表明果實(shí)品質(zhì)差異與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。采用顯微鏡技術(shù)對(duì)果實(shí)組織進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致果實(shí)穿刺力學(xué)特性差異的原因。楊興勝[18] 通過創(chuàng)建蘋果片干燥的宏觀和微觀模型，獲得不同條件下蘋果片組織的干燥特性。侯聚敏等[16] 用激光共聚焦顯微鏡對(duì)果肉細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)不同品種蘋果果肉質(zhì)地存在差異。范獻(xiàn)光[19] 運(yùn)用掃描電鏡對(duì)不同品種蘋果果肉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)果實(shí)生長發(fā)育各時(shí)期果肉細(xì)胞壁組分含量的變化，并從細(xì)胞學(xué)角度為蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了參考。Wang 等[20-21] 對(duì)新鮮和貯藏期間蘋果果皮微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)，研究了不同品種蘋果果皮力學(xué)特性與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。王海鷗等[22]以凍干蘋果片為研究對(duì)象，分析多元糖濃度對(duì)凍干蘋果片微觀結(jié)構(gòu)的影響。綜上可知，蘋果穿刺的破裂力、斷裂功等參數(shù)可用于評(píng)估蘋果的質(zhì)地，而且可從組織微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步獲得解釋。

‘丹霞’蘋果是從金冠實(shí)生苗中選出，果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特、香味較濃，果肉乳白色，肉質(zhì)細(xì)及脆，與‘紅富士’相比具有果枝結(jié)果能力強(qiáng)、成花容易、抗逆性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，果實(shí)耐貯藏后無皺皮現(xiàn)象。本研究使用質(zhì)構(gòu)儀TA. XT plus 測(cè)量不同加載速度下‘丹霞’和‘紅富士’蘋果的果肉及果核的穿刺力學(xué)特性數(shù)據(jù)，探討加載速度對(duì)穿刺力學(xué)特性參數(shù)的影響。結(jié)合蘋果果肉和果核微觀結(jié)構(gòu)的觀測(cè)，分析其穿刺力學(xué)特性與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，研究果肉和果核組織對(duì)果實(shí)質(zhì)地的影響，為蘋果的運(yùn)輸及貯藏提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2023年10月，從山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹研究所果園10 年生果樹上采集形狀、大小、結(jié)果位置基本一致，且無病蟲害的‘紅富士’‘丹霞’果實(shí)[23]。

1.2 試樣制作

沿縱徑將蘋果切成兩半，采用直徑為10 mm的圓筒形模具在果實(shí)赤道處進(jìn)行取樣，每半取樣2 次。選取兩片鋒利的刀片，互相平行、間隔10 mm，對(duì)樣品進(jìn)行切割，獲得高度為10 mm、直徑為10 mm 的圓柱形試樣。靠近果皮附近取樣為果肉試樣，靠近種子附近取樣為果核試樣[24]。

1.3 試驗(yàn)儀器及方法

利用電子秤（花潮高科，HC311）測(cè)量單果質(zhì)量，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺（東莞三量量具有限公司，530-101）測(cè)量橫徑與縱徑，皮尺測(cè)量果實(shí)赤道處周長，測(cè)量結(jié)果均保留一位小數(shù)。采用質(zhì)構(gòu)儀TA. XT plus 對(duì)試樣進(jìn)行穿刺力學(xué)試驗(yàn)，得到果肉和果核的力學(xué)特性參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)選用P5 探頭，測(cè)前速度3.00 mm/s，測(cè)后速度3.00 mm/s[25]，加載速度分別選取0.01、0.10、1.00、5.00、9.00、13.00 mm/s，試驗(yàn)的穿刺深度為5 mm，每個(gè)速度選取10 個(gè)試樣進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。

因蘋果果肉穿刺載荷- 位移曲線與果核的相似，選取蘋果果核穿刺載荷- 位移曲線（圖1），對(duì)果肉、果核穿刺力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可得到以下幾個(gè)參數(shù)：F 為曲線上最大的力，代表斷裂力，表征果肉、果核承受外力的能力；D 為從0 mm 穿刺深度到Fp 對(duì)應(yīng)穿刺深度，代表斷裂變形量，代表果肉、果核從開始受力至發(fā)生斷裂的過程中探頭產(chǎn)生的位移量；E 為斷裂力與斷裂變形量的比值，代表斷裂斜率；W 為從0 mm 穿刺深度到F 對(duì)應(yīng)穿刺深度的曲線下面積，代表斷裂功；W 為整個(gè)穿刺過程中探頭做的總功，代表斷裂總功。

1.4 蘋果果肉和果核微觀結(jié)構(gòu)觀察

用刀片在制好的圓柱形試樣上切出盡可能薄的圓片形果肉組織[26]，將其浸泡在濃度為5% 的剛果紅染色劑中20 min，變色后取出，在去離子水中洗凈表面染料，放置在載玻片上，吸取多余水分后蓋好蓋玻片，置于激光共聚焦顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)，選用488 nm 氬離子激光照射激發(fā)熒光，觀察時(shí)間不超過5 min，避免組織失水卷曲對(duì)結(jié)果造成影響[27]。每個(gè)品種選取10 個(gè)果實(shí)，每個(gè)果實(shí)分別取10 個(gè)果肉圓片和果核圓片組織[28]。

1.5 數(shù)據(jù)與圖像處理

應(yīng)用Origin2017軟件對(duì)穿刺力學(xué)參數(shù)進(jìn)行載荷- 位移曲線繪制。應(yīng)用SAS 軟件對(duì)果肉力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行差異性分析，對(duì)力學(xué)特性與加載速度進(jìn)行線性擬合，對(duì)果肉組織的歐式幾何學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行差異性分析，取95% 的置信區(qū)間[29]。應(yīng)用Image J 軟件處理細(xì)胞圖像與測(cè)量幾何參數(shù)[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種果實(shí)測(cè)量值

經(jīng)測(cè)量，‘丹霞’和‘紅富士’果實(shí)的平均質(zhì)量分別為（154.5±14.2）g、（197.3±28.5）g，橫徑分別為（67.6±3.9）mm、（76.3±4.8）mm，縱徑分別為（61.4±4.5）mm、（61.8±5.3）mm，赤道處周長分別為（223.4±6.8）mm、（250.2±11.9）mm。

2.2 蘋果果肉穿刺力學(xué)特性分析

由表1 可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著加載速度的增大，同一品種果肉穿刺特性的各指標(biāo)值在增至極限值的過程中出現(xiàn)2 個(gè)及以上峰值，具有波動(dòng)性。‘丹霞’蘋果果肉斷裂總功基本上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；‘丹霞’果肉的斷裂力、斷裂斜率、斷裂功在0.10 mm/s 加載速度下為最小值，斷裂變形量和斷裂總功在0.01 mm/s 加載速度下為最小值，斷裂力、斷裂功和斷裂總功在9.00 mm/s或13.00 mm/s 加載速度下為最大值； 除了斷裂斜率的最大值和最小值存在顯著性差異外（P ≤ 0.05），其他差異均不顯著?！t富士’果肉的斷裂變形量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而斷裂總功呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)；‘紅富士’的果肉斷裂力、斷裂總功在1.00 mm/s 加載速度下為最小值，在9.00 mm/s 加載速度下為最大值；斷裂斜率在1.00 mm/s 加載速度下為最小值，在13.00 mm/s 加載速度下為最大值；斷裂變形量和斷裂功分別在0.10、0.01 mm/s 加載速度下為最大值，在13.00 mm/s 加載速度下為最小值；除了斷裂斜率和斷裂功的最大值和最小值存在顯著性差異外（P ≤ 0.05），其他差異均不顯著。馮慧敏等[15] 研究表明不同加載速度對(duì)蘋果果肉穿刺的屈服力、破裂力、破裂深度、破裂能的影響不同。

對(duì)比不同品種蘋果果肉穿刺力學(xué)特性（表1），在相同加載速度下，‘丹霞’果肉的斷裂力均小于‘紅富士’果肉，兩者之間差異不顯著，表明‘丹霞’果肉組織在較小斷裂力下就會(huì)發(fā)生斷裂。從穿刺試驗(yàn)開始到蘋果果肉組織發(fā)生斷裂，相同加載速度下，‘紅富士’果肉斷裂變形量較大，但兩個(gè)品種果肉的斷裂變形量無顯著性差異。對(duì)斷裂變形量和斷裂力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)品種蘋果果肉在受到穿刺發(fā)生斷裂時(shí)，探頭對(duì)其產(chǎn)生了不同的斷裂力。兩個(gè)品種蘋果的果肉組織斷裂斜率及斷裂總功在品種間無顯著性差異。對(duì)斷裂功進(jìn)行分析，不同品種間蘋果果肉的斷裂功存在顯著性差異，‘紅富士’果肉的穿刺斷裂功大于‘丹霞’果肉，‘丹霞’果肉比‘紅富士’果肉更容易到達(dá)斷裂點(diǎn)。賈朝爽等[31] 在相同加載速度下對(duì)蘋果果實(shí)去皮后進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)不同品種果實(shí)的破裂力、破裂功等各不相同。

2.3 蘋果果核穿刺力學(xué)特性分析

分析不同加載速度下同一品種蘋果果核組織穿刺試驗(yàn)結(jié)果，由表2 可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)隨著加載速度的增大，蘋果果核斷裂力、斷裂變形量、斷裂斜率、斷裂功、斷裂總功在增至極限值的過程中也出現(xiàn)2 個(gè)及以上峰值，具有波動(dòng)性?！は肌O果果核的斷裂力和斷裂功在13.00 mm/s 加載速度下為最大值；‘紅富士’果核斷裂力、斷裂斜率、斷裂功、斷裂總功基本上在1.00 mm/s 加載速度下為最小值，斷裂力、斷裂斜率、斷裂功在9.00 mm/s 加載速度下為最大值。兩個(gè)品種果核的斷裂力、斷裂變形量和斷裂斜率的最大值和最小值均存在顯著性差異（P ≤ 0.05）。

同時(shí)，在同一加載速度下，不同品種蘋果果核穿刺力學(xué)特性參數(shù)變化規(guī)律與蘋果果肉相似（表2）。‘丹霞’果核的斷裂力均小于‘紅富士’果核，表明‘丹霞’果核組織在較小斷裂力下會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，兩者之間差異不顯著。從穿刺試驗(yàn)開始到蘋果果核組織發(fā)生斷裂，相同加載速度下兩個(gè)品種果核的斷裂變形量無顯著性差異。對(duì)斷裂變形量和斷裂力進(jìn)行分析，可知兩個(gè)品種果核在受到相同位移穿刺量發(fā)生斷裂時(shí)，探頭對(duì)其產(chǎn)生了不同的斷裂力。兩個(gè)品種之間果核組織斷裂斜率及斷裂總功在不同加載速度間無顯著性差異。不同品種間果核的斷裂功存在顯著性差異（P ≤ 0.05），‘紅富士’果核的穿刺斷裂功大于‘丹霞’果核，因此能夠用于區(qū)分不同品種的蘋果?！は肌吮取t富士’果核更容易到達(dá)斷裂點(diǎn)。

2.4 蘋果果肉和果核組織形態(tài)分析

通過激光共聚焦顯微鏡觀察蘋果果肉和果核組織。由圖2 可知，蘋果果肉組織細(xì)胞由細(xì)胞壁進(jìn)行連接，其中混雜著不規(guī)則的多邊形區(qū)域。‘紅富士’品種果肉細(xì)胞多為橢圓形，一端較尖銳，細(xì)胞連接較為緊密；‘丹霞’品種果肉細(xì)胞圓形率較大，細(xì)胞連接距離也較長。兩個(gè)品種蘋果組織細(xì)胞連接方式不同?！t富士’和‘丹霞’果肉細(xì)胞的圓形率分別為（0.11±0.01）和（0.17±0.08）。由圖2 可知，‘紅富士’品種果核細(xì)胞細(xì)長，細(xì)胞間連接部分較長；‘丹霞’品種果核細(xì)胞兩端較為尖銳，這樣的形狀增強(qiáng)了細(xì)胞間的結(jié)合，使得果核質(zhì)地緊密?！t富士’和‘丹霞’果核孔隙的圓形率分別為（1.94±0.26）和（2.87±0.26）。綜上分析可知，‘紅富士’與‘丹霞’品種果肉、果核細(xì)胞擁有不同的組織特征，因此也呈現(xiàn)出不同的力學(xué)特性。在相同的試樣體積下，細(xì)胞數(shù)量越少，組織結(jié)構(gòu)越為稀松?！は肌M織細(xì)胞及孔隙都更接近圓形，這表明‘丹霞’組織細(xì)胞間連接較少，果肉及果核較‘紅富士’品種質(zhì)地脆弱，抵抗外力破壞的能力更弱。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

穿刺力學(xué)試驗(yàn)是評(píng)價(jià)蘋果質(zhì)地時(shí)的一種常用分析方法，但其反映的參數(shù)有限，且整果穿刺與切分試樣穿刺的結(jié)果具有一定差異[32]，需要進(jìn)一步結(jié)合其他的分析方法。采用剪切、壓痕等更多的試驗(yàn)手段，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取更多可利用的參數(shù)，建立與微觀結(jié)構(gòu)更為緊密的聯(lián)系，進(jìn)行輔助分析[33]，達(dá)到穿刺力學(xué)特性的充分分析。

3.2 結(jié)論

1）隨著加載速度的增大，同一品種果肉穿刺特性的各指標(biāo)值在增至極限值的過程中出現(xiàn)2個(gè)及以上峰值，具有波動(dòng)性；‘丹霞’蘋果果肉斷裂總功基本上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，斷裂斜率的最大值和最小值存在顯著性差異（P ≤ 0.05）；‘紅富士’果肉的斷裂變形量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而斷裂總功呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，斷裂斜率和斷裂功的最大值和最小值存在顯著性差異（P ≤ 0.05）。

2）在相同加載速度下，‘丹霞’果肉的斷裂力及變形量均小于‘紅富士’果肉，斷裂斜率及斷裂總功在品種間無顯著性差異，‘紅富士’果肉的斷裂功顯著大于‘丹霞’（P ≤ 0.05）。果核穿刺力學(xué)特性參數(shù)變化規(guī)律與果肉相似；‘丹霞’果肉和果核都比‘紅富士’更容易到達(dá)斷裂點(diǎn)，容易受到穿刺和斷裂損傷。

3）‘丹霞’果肉和果核組織孔隙較大，更利于細(xì)胞液在組織內(nèi)的流動(dòng)。與‘紅富士’相比，‘丹霞’果內(nèi)和果核的組織形態(tài)減弱了其穿刺力學(xué)特性。