哈密瓜属于典型的呼吸跃变型果实,其风味独特,甜润多汁,是新疆的标志性水果,因其采摘后会发生一系列的生理代谢活动,进而导致果实水分流失、口感和质地下降、果实发生软化现象等,给农民带来巨大的经济损失。果实软化与果胶物质降解、细胞壁降解酶活性增强[多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturoase,PG)、果胶甲酯酶(pectin methylesterase,PME)、纤维素酶(cellulase,Cx)]等密切相关[1]。硬度变化与细胞壁多糖的溶解度和解聚密切相关,研究表明不同温度贮藏条件下哈密瓜果实硬度呈下降趋势,这一条件下果实内部的β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-gal)、PG、果胶酶(pectinase,PE)和Cx 活性呈上升趋势,由此表明4 种酶活性与果肉硬度具有极显著的负相关关系[2]。关于哈密瓜果实软化方面已有相关报道,徐斌等[3]研究表明,振动胁迫可显著降低哈密瓜果实的最大压力和果肉硬度,可显著提高果肉纤维素酶活性、果胶甲酯酶活性(贮藏前15 d)、多聚半乳糖醛酸酶(贮藏后期)表达水平,促进哈密瓜果实软化。短波紫外线(ultraviolet-C,UV-C)辐照-壳聚糖涂膜处理能够延缓哈密瓜细胞壁组分原果胶和纤维素含量的降低,抑制果实内部可溶性果胶含量的增加,延缓了果实细胞壁降解酶[PG、PME、Cx、β-gal、β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,β-glu)]活性的增加,延迟了细胞壁降解酶峰值出现的时间,进而达到延缓果实软化,维持果实良好品质的目的[4]。臭氧、1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)、一氧化氮熏蒸等处理方式均可以通过调节采后甜瓜细胞壁代谢相关酶的活性的变化影响细胞壁成分的改变,能够抑制果实PG、PME、β-gal、α-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-L-arabinofuranosidase,α-Alf)、Cx、β-glu 的活性,维持甜瓜果皮和果肉中较高的原果胶、纤维素和半纤维素含量及较低的可溶性果胶含量,延缓甜瓜果实的软化[5-8]。以上关于哈密瓜软化方面的研究均集中于物理、化学保鲜方式,关于生物保鲜在哈密瓜软化方面的研究鲜有报道。
核桃青皮多酚提取物属于生物保鲜中的植物保鲜剂,其成本低廉、操作简便、易于推广应用。近年来,有关植物多酚在水果和蔬菜中的应用,主要有茶多酚[9]、枸杞叶多酚[10]、苹果多酚[11]或者茶多酚与其他保鲜剂复配[12-14]等。然而,有关核桃青皮多酚提取物在果蔬中的应用较为少见。因此,本文选用浓度为30 mg/L 的核桃青皮多酚提取物处理‘西州蜜25 号’哈密瓜,研究其在常温环境中品质控制效应,分析核桃青皮多酚提取物对‘西州蜜25 号’哈密瓜果实采后软化的影响,以期为‘西州蜜25 号’哈密瓜果实软化调控提供理论参考。
‘西州蜜25 号’哈密瓜于2022 年7 月15 日采收自新疆维吾尔自治区五家渠市商品瓜基地,挑选采摘质量为2.0 kg 左右、可溶性固形物含量为10%~12%的哈密瓜,将采后哈密瓜果实单独套装发泡网,每4 个装于1 个标准纸箱,立即运送至新疆农业大学食品科学与药学学院进行处理。核桃青皮:采自新疆乌什县。
氯化钠、冰醋酸、柠檬酸、柠檬酸钠:济南坤丰化工有限公司;乙酸钠、3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)、羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethylcellulose,CMC):国药集团化学试剂有限公司;邻硝基酚(o-nitrophenol,ONP):上海碧云天生物技术有限公司;浓硫酸、咔唑、无水乙醇、多聚半乳糖醛酸:南京杜莱生物技术有限公司;水杨苷、酒石酸钾钠、亚硫酸钠、氢氧化钠:天津市致远化学试剂有限公司。以上化学试剂均为分析纯。
PTT-A+200 型电子天平:福州华志科学仪器有限公司;DZKW-S-4 型电热恒温水浴锅:北京市永光明医疗仪器有限公司;SIGMA 3-18 K 型低温高速离心机:上海知信试验仪器有限公司;P4PC 型紫外可见分光光度计:上海美谱达仪器有限公司;GY-3 型硬度计:上海精密仪器仪表有限公司。
1.3.1 处理方法
核桃青皮多酚提取物的制备:在提取剂为30.98%乙醇溶液、核桃青皮固液比为1∶41.41 (g/mL)、提取温度54.28 ℃的条件下,通过正交试验提取核桃青皮多酚,最终得到多酚含量为5.16 mg/g 的提取物。
选择大小均一、无机械损伤的哈密瓜果实为试材。将其清洗干净后充分晾干并装于15 L 的塑料桶中,分别选用浓度为30 mg/L 的核桃青皮多酚提取物(多酚处理组)、蒸馏水(对照组),两组均加入0.5 mL/L 吐温-20,分别浸泡哈密瓜果实20 min(浸泡过程中盖住桶盖),每组24 个果实,共48 个果实。20 min 后取出果实,待其表面水分充分晾干后,将两组果实放置于温度为(22±2) ℃、相对湿度为(20±2)%的室内贮藏18 d。分别从两组果实中随机取6 个果实观察腐烂情况,每3 d 观察1 次;从其余的18 个果实中每3 d 取1 次样,每次每组随机取3 个果实进行相关指标的测定,每组3 个重复,共取样6 次。
1.3.2 指标测定方法
1)硬度的测定:‘西州蜜25 号’哈密瓜削皮2 cm,采用硬度计围绕瓜中心取4 个点进行测量,硬度单位为kg/cm2。
2)可溶性果胶含量、原果胶含量的测定均参照曹建康等[15]的咔唑比色法,略有改动。取1 g 哈密瓜果皮,研磨,用6 mL 95% 乙醇溶液经沸水浴提取1 h,冷却至室温后以8 000 r/min 离心15 min,上清液用于可溶性果胶含量测定,沉淀用于原果胶含量测定。
可溶性果胶含量:上清液加入0.2 mL 0.15%咔唑-乙醇溶液,摇匀。在暗处放置30 min 后,测定反应液在波长530 nm 处的吸光度,结果以%表示。
原果胶含量:将6 mL 0.5 mol/L 硫酸溶液加入到沉淀物中,在沸水浴中加热1 h 溶解原果胶。取出冷却至室温后,加入0.2 mL 0.15% 咔唑-乙醇溶液,摇匀。在暗处放置30 min 后,测定反应液在波长530 nm 处的吸光度,结果以%表示。
3)纤维素酶(Cx)活性、多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性、β-葡萄糖苷酶(β-glu)活性均参照曹建康等[15]的方法并稍作修改。其中,3 种酶的提取方式相同:称取8 g 哈密瓜果皮样品研磨,用经预冷的10 mL 95%乙醇、6 mL 80%乙醇、6 mL 提取缓冲液提取测定。测定步骤中所用DNS 试剂均严格按照顺序进行配制,测定活性按照还原糖标准曲线的方法进行,结果以μg/(h·g)表示。
4)果胶甲酯酶(PME)活性参照潘家丽等[16]的方法。以每小时每克果蔬组织样品在37 ℃催化果胶水解成半乳糖醛酸的质量表示PME 活性,结果以μg/(h·g)表示。
5)β-半乳糖苷酶(β-gal)活性参照李三培[17]的方法进行测定,以37 ℃时每分钟催化1 nmol ONP 所需的酶量作为一个酶活单位,结果以μmol/(min·g)表示。
采用EXCEL 2020 进行数据统计,SPSS 26 软件进行显著分析,数据图使用Origin 2019b 进行制图。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后硬度的影响如图1 所示。
图1 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后硬度的影响
Fig.1 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the hardness of postharvest Hami melon fruits
**表示组间差异极显著(P<0.01)。
哈密瓜作为呼吸跃变型果实,采后代谢旺盛,仍保持一定的生命活性,导致果实硬度下降。由图1 可知,整个贮藏期间两组果实硬度变化趋势基本一致,多酚处理组果实硬度均高于对照组,在第9 天多酚处理组硬度较对照组高7.16%(P<0.01),整个贮藏期间多酚处理组果实硬度下降幅度较小,表明核桃青皮多酚提取物可抑制哈密瓜果实硬度的降低。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后原果胶含量的影响如图2 所示。
图2 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后原果胶含量的影响
Fig.2 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the content of propectin in postharvest Hami melon fruits
*表示组间差异显著(P<0.05);**表示组间差异极显著(P<0.01)。
原果胶是一种非水溶性物质,它的存在使果实坚实、脆硬[15]。由图2 可知,整个贮藏期间多酚处理组哈密瓜果实原果胶含量均高于对照组,且在第6、9 天差异极显著(P<0.01),分别较对照组高28.75%、62.26%,在第12、15 天差异显著(P<0.05),分别较对照组高14.21%、12.01%;表明核桃青皮多酚提取物处理在整个贮藏期间可有效延缓哈密瓜果实原果胶含量的下降,对延缓果实软化具有一定作用。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后可溶性果胶含量的影响如图3 所示。
图3 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后可溶性果胶含量的影响
Fig.3 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the content of soluble pectin in postharvest Hami melon fruits
*表示组间差异显著(P<0.05);**表示组间差异极显著(P<0.01)。
当果实发生软化时,细胞壁中的原果胶降解为可溶性果胶,细胞间粘连力下降导致细胞壁结构松散[18]。由图3 可知,整个贮藏期间两组哈密瓜果实原果胶含量较初始值均有所升高,整个贮藏期间多酚处理组均低于对照组,且在第15 天差异极显著(P<0.01),比对照组低27.67%;在第6、12、18 天差异显著(P<0.05),分别比对照组低14.50%、23.86%、32.37%;表明核桃青皮多酚提取物处理在整个贮藏期间可有效延缓果实可溶性果胶含量的上升,维持果实硬度。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后PG活性的影响如图4 所示。
图4 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后PG 活性的影响
Fig.4 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the PG activity in postharvest Hami melon fruits
*表示组间差异显著(P<0.05);**表示组间差异极显著(P<0.01)。
由图4 可知,整个贮藏期间两组果实PG 活性基本呈现上升趋势,多酚处理组PG 活性均低于对照组(第3 天除外),且在第6、12、15 天存在极显著差异(P<0.01),第6 天较对照组低50.38%,第18 天存在显著差异(P<0.05),较对照组低13.42%,说明核桃青皮多酚提取物可抑制贮藏期间哈密瓜果皮PG 活性的上升。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后Cx活性的影响如图5 所示。
图5 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后Cx 活性的影响
Fig.5 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the Cx activity in postharvest Hami melon fruits
**表示组间差异极显著(P<0.01)。
由图5 可知,整个贮藏期间两组果实Cx 活性基本呈现上升趋势,多酚处理组Cx 活性均低于对照组,且在第6、15 天存在极显著差异(P<0.01),第6 天较对照组低50.62%,第18 天较对照组低11.90%,说明核桃青皮多酚提取物可抑制贮藏期间哈密瓜果皮Cx 活性的上升。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后PME活性的影响如图6 所示。
图6 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后PME 活性的影响
Fig.6 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the PME activity in postharvest Hami melon fruits
*表示组间差异显著(P<0.05);**表示组间差异极显著(P<0.01)。
由图6 可知,整个贮藏期间两组果实PME 活性呈波动上升趋势,多酚处理组PME 活性均低于对照组,且在第9 天存在极显著差异(P<0.01),较对照组低39.35%,在第3、15 天存在显著差异(P<0.05),分别比对照组低27.76%、28.08%,说明核桃青皮多酚提取物可抑制贮藏期间哈密瓜果皮PME 活性的上升。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后β-glu活性的影响如图7 所示。
图7 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实β-glu 活性的影响
Fig.7 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the β-glu activity in postharvest Hami melon fruits
**表示组间差异极显著(P<0.01)。
由图7 可知,两组处理哈密瓜果实β-glu 活性在整个贮藏期间呈现波动上升趋势,多酚处理组哈密瓜果实β-glu 活性均低于对照组(第3 天除外),第6、9 天两组间差异极显著(P<0.01),分别比对照组低58.30%、42.03%,贮藏结束时,多酚处理组较对照组低15.68%,表明核桃青皮多酚提取物可抑制贮藏期间哈密瓜果实β-glu 活性的上升。
核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实采后βgal 活性的影响如图8 所示。
图8 核桃青皮多酚提取物处理对哈密瓜果实β-gal 活性的影响
Fig.8 Effect of walnut green peel polyphenol extract treatment on the β-gal activity in postharvest Hami melon fruits
*表示组间差异显著(P<0.05);**表示组间差异极显著(P<0.01)。
由图8 可知,整个贮藏期间两组哈密瓜果实β-gal活性基本呈现波动上升趋势,整个贮藏期间多酚处理组哈密瓜果实β-gal 活性均低于对照组,且在第15 天差异显著(P<0.05),此时多酚处理组果实β-gal 活性较对照组低35.40%,在第3、18 天存在极显著差异(P<0.01),分别比对照组低66.03%、32.49%,表明核桃青皮多酚提取物对抑制贮藏期间哈密瓜果实β-gal 活性的上升有一定效果。
果蔬在贮藏过程中易发生软化,细胞壁物质的降解是果实发生软化的直接原因,其主要通过细胞壁水解酶催化反应完成[19]。而果胶物质作为细胞壁成分可被各种细胞壁降解酶分解,使果实软化,降低贮藏能力[20],而当果实发生软化时,细胞壁降解酶PG、Cx、PME、β-glu、β-gal 活性和可溶性果胶含量均升高,果实硬度和原果胶含量也随之下降[21]。细胞壁降解酶各酶参与的方式不同。其中,PG 可通过水解细胞壁中多聚半乳糖醛酸中1,4-α-D-半乳糖苷键,分解果胶分子,从而导致细胞壁结构解体,使果实软化;β-gal 能降解果胶中的半乳聚糖,导致果实进一步软化;Cx 可分解含1,4-β-葡萄糖基链的半纤维素基质多糖[22];PME 能从细胞壁的果胶中去除甲基基团,从而加速了细胞壁的降解,而PME 的脱甲基产物又是PG 作用的基质,因此,PME 的作用可能是加速果实的成熟软化[23]。β-glu属于纤维素酶类,对果实细胞壁的降解与稳定产生重要影响[24]。本研究显示,多酚处理组的‘西州蜜25 号’哈密瓜果实原果胶含量和果实硬度均高于对照组,果实可溶性果胶含量均低于对照组。‘西州蜜25 号’哈密瓜果实在贮藏过程中PG、Cx、PME、β-glu、β-gal 活性均不同程度的升高,整个贮藏期间多酚处理组细胞壁降解酶活性整体上均低于对照组,且在不同的时间点效果显著,证明核桃青皮多酚提取物处理能够抑制细胞壁物质的降解。其中哈密瓜果实PME、β-gal 活性最大峰值在第6 天,PG 活性最大峰值在第12 天,Cx、β-glu活性最大峰值在第15 天,由此判断,贮藏初期PME、β-gal 等物质起到了主要作用,从而导致果实的软化,而PG 在果实贮藏中期对果实软化起到主要作用,贮藏后期Cx、β-glu 对果实软化起到了主要作用。
核桃青皮多酚提取物处理减缓了哈密瓜果实中原果胶的降解,明显抑制了可溶性果胶含量的增加和果实硬度的下降,从而抑制了哈密瓜果实的软化;一定程度上抑制了PG、Cx、PME、β-glu、β-gal 等与果实体内软化相关酶的活性,表明了果实贮藏初期PME、β-gal 等物质起到了主要作用,从而导致果实的软化,而PG 在果实贮藏中期对果实软化起到主要作用,贮藏后期Cx、β-glu 对果实软化起到了主要作用。综上所述,核桃青皮多酚提取物可通过抑制哈密瓜果实细胞壁物质的降解和细胞壁代谢酶活性的升高,从而延缓采后哈密瓜果实的软化速度。
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