秋子梨果胶含量与果肉硬度的相关性研究

霍宏亮，曹玉芬，徐家玉，田路明，董星光，张 莹，齐 丹，刘 超

（中国农业科学院 果树研究所，辽宁 兴城 125100）

秋子梨Pyrus ussuriensisMaxix 是我国梨的主要栽培种之一，主要分布黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古等地，其果实是典型的具有特异品质的梨属果实。很多优良的秋子梨品种，如‘京白’和‘南果梨’等，果实采后需经历后熟软化过程，其食用品质才可达到最佳。细胞壁降解，尤其是果胶含量和性质的变化是果实软化的关键因素[1]。果胶是一种由D-半乳糖醛酸经α-1,4 糖苷键联结并与其他中性糖和非糖物质组成的多糖聚合物，是植物细胞壁中胶层和初生壁的主要成分[2-3]。果胶还是天然绿色的食品添加剂，不仅能够改善食品的品质和口感，同时具有抗癌、解毒、降血糖、降血脂多种医疗保健作用[4-6]。果胶提取过程中，通过选择不同的溶剂，可抽提分离得到共价结合态果胶（CSP）、水溶性果胶（WSP）和离子结合果胶（ISP）[7]。不同形式的果胶对果实品质的影响也有差异。果胶的存在形式、含量、性质及变化，对果实的生长发育和营养品质都有极其重要的影响。本试验对8 个秋子梨品种软化前后的果胶含量和硬度变化进行了研究，探讨了不同品种及同一品种果实软化前后果胶含量的差异，以期为进一步解析秋子软化过程中果胶的代谢规律及其与硬度的关系提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

试验所用‘南果梨’‘ 京白梨’‘小香水’‘软儿’‘矮香’‘ 直把子’‘ 尖把’‘ 八里香’此8个品种的果实均采自国家果树种质资源兴城梨圃。

95%乙醇、无水乙醇（分析纯），均由天津市天力化学试剂有限公司生产；CDTA，由国药集团化学试剂有限公司生产；NaOH、Na2CO3、甲醇、氯仿、浓硫酸（优纯级），均由天津市科密欧化学试剂有限公司生产；咔唑，由TCI（上海）化成工业发展有限公司生产；D-半乳糖醛酸，由美国Sigma 公司生产。

1.1.2 仪器与设备

GY-4 型数显果实硬度计，MP5002 型电子天平，赛默飞VT6060M 真空干燥箱，8010EG 型高速粉碎机，SW22 型恒温水浴震荡器，3H24RI 型智能高速冷冻离心机，GL-3250B 型磁力搅拌器，Genesys 10S 型紫外光分光光度计。

1.2 方 法

1.2.1 处理方法

梨果实成熟期后，每个品种随机采摘60 个一致性较好、无病虫害、无机械损伤的果实，分为3 组，每组20 个，测定果实软化前的果肉硬度和经室温（25±1）℃条件下软化14 d 后的果肉硬度，然后将果实去皮去核，准确称量果肉，每组100 g，每个品种3 份，液氮冻存，置于-80 ℃的冰柜中保存以备用。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 果肉硬度的测定

于梨果实最大横径处去除果皮，用果实硬度计测定果肉硬度。

1.2.2.2 果胶分离及含量测定

果胶提取方法参照Brummell[8]和Fishman[9]等人的方法并略作改进，取冷冻研磨好的果肉5 g，至离心管中，加入80% 乙醇溶液15 mL，于95 ℃的条件下水浴加热30 min，待溶液冷却后以10 000 r·min-1的转速离心10 min，去除上清液后得到粗提物质。以甲醇∶氯仿为1 ∶1 的混合物将粗提物质润洗3 次去除杂质，真空干燥后获得干物质以备用。

称取干物质0.03 g，加入5 mL 的去离子水，沸水浴提取20 min，采用3H24RI 型智能高速冷冻离心机，在4 ℃条件下以10 000 r·min-1的转速离心10 min，获得水溶性果胶（WSP）；在不溶物中加入5 mL 的50 mmol·L-1CDTA 和乙酸钠（pH 值为6.5），采用3H24RI 型智能高速冷冻离心机，于4 ℃下以10 000 r·min-1的转速离心10 min，获得离子结合果胶（ISP）；再在不溶物中加入50 mmol·L-1的Na2CO35 mL，于25 ℃的温水浴中振荡浸提12 h，在相同条件下离心，获得共价结合态果胶（CSP）。果胶的含量以咔唑硫酸显色法[10]测定。

1.2.2.3 标准曲线的绘制

采用咔唑硫酸显色法测定果胶含量，以D-半乳糖醛酸为标准物质绘制标准曲线，操作方法为：取100 mg 的D-半乳糖醛酸，注入容量瓶中，定容到1 000 mL，再按比例稀释，获得浓度分别为0、10、20、30、40、50、60 mg·L-1的D-半乳糖醛酸溶液。取12 mL 浓硫酸于比色管中冰浴冷却至3 ℃，缓慢加入2 mL 的不同浓度的D-半乳糖醛酸溶液，混合后沸水浴加热10 min，冷却后加入0.15%的咔唑试剂1 mL，充分混合，置于室温下放置30 min，用蒸馏水作空白试验，测定530 nm波长处的吸光度。绘制半乳糖醛酸浓度-吸光值（A）标准曲线，曲线方程如下：

Y＝0.005 9x－0.057 1，R2＝0.997 9。

绘制的半乳糖醛酸含量标准曲线如图1所示。通过标准曲线获得半乳糖醛酸浓度（C），并用如下公式计算果胶含量（X）：

X＝(C＋0.057 1) / (0.005 9×0.03)×100。式中，C为吸光值。

图1 半乳糖醛酸含量标准曲线Fig.1 Standard curve of galacturonic acid content

1.2.3 数据处理

采用Origin 9.1 和Excel 2013 软件进行数据分析及绘图，采用Duncan 新复极差法对变量的差异进行比较。

2 结果与分析

2.1 秋子梨果实硬度的变化情况

果肉硬度的降低幅度反映了果实软化的程度。研究中发现，果实软化时间相同，因此硬度降低幅度大的品种，其软化速度也较快。不同品种果实软化前后果肉硬度的变化情况如图2所示。由图2可知，果肉硬度变化最大的是‘八里香’，其由10.94 kg·cm-2变为1.74 kg·cm-2，表明其软化程度最大，软化速度最快；其次为‘尖把’，其由9.13 kg·cm-2变为2.17 kg·cm-2；果肉硬度变化最小的为‘小香水’，其由4.18 kg·cm-2降低至2.35 kg·cm-2。其他几个品种果实软化后果肉硬度都有不同程度的降低。

图2 不同品种果实软化前后果肉硬度的变化情况Fig.2 Changes of flesh firmness of different cultivars before and after fruit softening

2.2 秋子梨果胶含量的变化情况

各品种秋子梨果实软化前后果肉中的水溶性果胶（WSP）、离子结合果胶（ISP）和共价结合态果胶（CSP）的含量、3 种果胶的总量及各种果胶占3 种果胶总量的比例见表1。由表1可知，‘矮香’‘尖把’‘南果梨’此3 个品种果实软化后的果胶总量均升高，‘软儿’‘直把子’‘京白’此3 个品种软化后的果胶总量均降低，‘八里香’和‘小香水’的果胶总量变化均较小。所有参试秋子梨品种果实软化前后其WSP 和CSP 的含量都普遍高于ISP。果实软化后，除‘软儿梨’外其余品种的WSP 的含量均显著升高，所有品种的WSP含量占其3 种果胶总量的比例均升高；而所有品种的CSP 含量及其占3 种果胶总量的比例都显著下降；其ISP 含量均小幅升高，所占3 种果胶总量比例的变化幅度均较小。

2.3 秋子梨果胶含量与果肉硬度间的差异性比较和相关性分析

不同软化时期果胶含量及果肉硬度间差异性的比较结果见表2。由表2可知，参试的8 个品种间和不同软化时期的果胶含量的差异均达到了显著水平（p＜0.05），即秋子梨不同品种及同一品种果实软化前后其果胶含量具有显著的差异性和多样性。水溶性果胶含量的变化范围为9.55～20.23 g·kg-1，软化后的‘南果梨’‘矮香梨’和‘尖把梨’其水溶性果胶含量均较丰富；离子结合果胶含量的变化范围为9.55～20.23 g·kg-1，品种间的差异和软化前后的变化幅度均较小；共价结合果胶含量的变化范围为9.55～20.23 g·kg-1，软化前‘八里香’‘直把子’和‘小香水’的含量均较高；种间差异最大的是共价结合果胶，F值为8.95，差异最小的是水溶性果胶，F值为4.08。果肉硬度，品种间的F值为14.55，不同软化时期的F值为519.42，品种间和同一品种不同软化时期的硬度差异在0.05 水平上显著。

秋子梨果实软化前后3 种果胶的含量与果肉硬度间的相关性分析结果见表3。表3数据显示，果肉硬度与水溶性果胶、离子结合果胶间均呈显著负相关，其相关系数分别为-0.55 和-0.54，而与共价态果胶间呈极显著正相关（p＜0.01），其相关系数为0.78。离子结合果胶含量与水溶性果胶含量间呈极显著正相关（p＜0.01），而与共价态果胶间呈显著负相关（p＜0.05）；水溶性果胶与共价态果胶含量间呈负相关。

表1 不同品种果实软化前后果肉中3种果胶的含量及其占果胶总量的比例Table 1 Contents of three kinds of pectin and their proportions accounting total pectin content in different cultivars of flesh before and after fruit softening

表2 不同软化时期果胶含量及果肉硬度间差异性的比较结果†Table 2 Difference comparison of pectin content and sarcocarp firmness at different softing periods

表3 果胶含量与果肉硬度间的相关性分析结果†Table 3 Correlation analysis between pectin content and flesh firmness

3 讨论与结论

秋子梨品种繁多，其抗寒性强、风味浓郁、糖酸含量高。很多优异品种的秋子梨果实采收后都有后熟软化的过程[11]。果实硬度是果实品质构成要素之一，不仅影响食用品质，与采后贮藏运输特性都密切相关[12-13]。马之胜等[14]在研究桃果实果胶与果实硬度的关系中发现，桃果实原果胶含量与果实带皮硬度之间存在显著的正相关性，果实可溶性果胶含量与果实带皮硬度之间呈极显著负相关。对番茄的研究结果也表明，果肉硬度与不溶性果胶间呈极显著正相关，而与可溶性果胶间呈极显著负相关[15]。岳英等[16]以‘鸭梨’和‘砀山酥梨’等11 个品种（品系）为试材，对梨果硬度与果胶含量的相关性进行了研究，结果表明，供试的8个品种和3个品系梨果实的果胶总量与果实去皮硬度间呈显著正相关，但是，该研究并未就不同溶解性果胶对果肉硬度的影响情况进行深入的探索。

果胶是细胞骨架细胞壁的重要成分，也是细胞的粘合剂，在秋子梨后熟过程中扮演着重要角色。硬度的变化受果胶多糖链解聚、溶解性、支链结构等性质的影响[17]。本研究对不同溶解性果胶和果肉硬度的关系进行了研究，结果表明，当WSP 和ISP 含量均上升而CSP 含量下降时，果肉硬度下降；当WSP 和ISP 含量均较低而CSP 含量较高时，果肉硬度也相对较高。难溶的CSP 以共价键的形式交联在细胞壁上[6]，并具有较为丰富的支链结构，有关研究结果表明，支链的丰富程度与硬度间呈正相关[18]。因此，在秋子梨软化之前，CSP 的含量较高，软化后共价键断裂，CSP 含量则降低。而前人在对苹果[19]、桃[20]、草莓[21]等的研究中已经证实，果肉硬度降低后可溶性果胶含量显著升高，本研究中得到了一致的结果，果肉硬度与WSP 和ISP 这两种可溶性果胶含量间均呈显著负相关。齐秀东等[22]在对采后梨果胶含量变化的研究中发现，整个发育软化期间，具有软化特性的‘京白梨’果实其WSP 含量始终高于不软化的‘鸭梨’，可见，WSP 在梨的软化过程中起着关键作用。ISP 则是通过与Ca2+形成“钙桥”，以离子键结合在细胞壁上[23]。当共价键断裂后，需要靠离子交联的作用来维持细胞壁的完整性，所以，秋子梨软化后其ISP 含量有所上升。

当然，果实软化是一个复杂的生理过程，在果实硬度的变化过程中，还会伴随着果胶的酯化度、分子量、果胶酶活性等性质发生变化[24]。同时，受到贮藏保鲜条件和细胞壁组分（如纤维素、半纤维素等）及果实中的钙离子和石细胞多种成分的影响[25-27]。至于上述各因素与秋子梨果实硬度变化的关系，本研究中并未对此进行探讨，这有待于今后进一步研究。