模拟不同等级道路运输振动对哈密瓜软化和果胶降解的影响

周 然，吴 琼

(1．上海海洋大学食品学院，上海201306;2．农业农村部冷库及制冷设备质量监督检验测试中心(上海)，上海201306)

商业运输中，公路运输是最重要的一种运输方式，其中，运输易腐货物时最常用的是卡车运输［1］。在中国，哈密瓜、猕猴桃和梨等多采用卡车运输，但由于冷链运输体系的不完善［2］，运输过程中振动胁迫会导致运输货物产生损伤，引起货架期短、腐烂率高的现象，造成巨大的经济损失。

哈密瓜(Cucumis melo var．saccharinus)源自新疆，果肉清香爽口、脆嫩多汁，倍受消费者喜爱，但是上海、北京等地也成为哈密瓜除在新疆以外的主要销售地［3］。为了消除地域限制［4］，取得更好的经济效益，需将哈密瓜从原产地输送至上述销售地。而长距离的运输及振动胁迫会促进哈密瓜的呼吸作用，加速果实老熟、腐烂，进而造成巨大经济损失。康维民等［5］研究发现，梨所受到的机械损伤随着振动加速度的增加以及振动频率的减小而严重。Jarimopas等［1］研究橘子在道路上运输时发现土路、水泥路、沥青路使橘子受到机械损伤的程度依次降低，而对橘子的伤害与运输速度呈正比。曾媛媛等［6］初步研究了长途运输对哈密瓜贮藏品质的影响，发现运输振动能够加速哈密瓜的生理生化反应进而加快哈密瓜成熟衰老。但不同道路对哈密瓜生理软化及细胞壁的影响暂无报道。因此本研究以哈密瓜为材料，研究不同振动对果实贮藏过程中生理软化及细胞壁代谢的影响，以期为寻找降低振动对哈密瓜品质损伤的方法提供理论基础。

1 材料与方法

1．1 试验装置

半挂车:华俊牌，吨位 20 t，装载量 12.7 t。运输总路程约800 km。运输过程中，半挂车的车厢后部安有一个加速度传感器，距车厢后板的距离为1 m。运输过程中每隔3 min收集振动数据。运输结束后拆下测试装备并将数据导入电脑，通过软件处理，得到一个加速度频谱图。

本试验模拟设置4种等级公路，分别为高速公路、一级公路、二级公路及三级公路，采用上述方法得到对应在61～90 km·h－1速度下的功率谱密度图(图1)，再将谱图导入 MPA408/LS444M振动台试验系统(北京航天希尔测试技术有限公司)，利用振动台模拟公路运输振动。

1．2 设备

MPA408/LS444M振动台试验系统(北京航天希尔测试技术有限公司);UV2100可见紫外分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司);TA-XT plus型物性仪(Stable Micro System公司)。

1．3 材料处理

哈密瓜采自上海浦东水果园，选用大小、颜色且成熟度(根据果农建议及颜色外观判断，选择适合长途运输的八成熟哈密瓜)一致，无机械损伤和病虫害感染的哈密瓜用于试验。采购来的哈密瓜在运输过程中，用塑料网托包好装进纸箱。对试验用的哈密瓜采用如下分组:一组不作任何处理，为对照组;另一组为振动处理组，哈密瓜被放置在振动台上，模拟在高速公路、一级公路、二级公路和三级公路4种等级公路运输条件下振动15 h，振动结束后，哈密瓜于23℃(室温)下贮藏，每隔7 d测定一次指标，共测28 d。

1．4 测定方法

1．4.1 硬度

参考秦宗权等［7］的方法略作修改。取10等份3 cm厚的赤道处哈密瓜(每组取3个哈密瓜)，用TA-XT plus型物性质构仪测定每份中心点的硬度，即每个哈密瓜测定10次，选择直径6 mm柱形探头，测定速度为5 mm·s－1，触发力为25 g。

1．4.2 果胶类物质的提取、分离

参考 Fishman 等［8］和 Brummell等［9］的方法。分别提取水溶性果胶、离子结合型果胶、共价型果胶，其中果胶含量用硫酸咔唑法测定，显色条件为在1.0 mL滤液中，加入0.25 mL 0.1%咔唑-无水乙醇溶液，迅速加入5.0 mL硫酸，在85℃水浴中加热20 min，自来水浴中冷却，显色后1.5 h内在525 nm波长条件下测定，含量表示为mg·g－1。

1．4.3 果胶降解相关酶活性

图1 高速公路(a)、一级公路(b)、二级公路(c)、三级公路(d)四种等级公路在61～90 km·h－1速度下行驶15 h的功率谱密度图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)

参考Zhou等［10］的方法。多聚半乳糖醛酸酶(PG)的测定: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磷酸缓冲溶液，冰浴研磨，抽滤所得上清液即PG提取液。PG活性测定，取0.1 mL酶提取液，加入0.5 mL 0.2 mol·L－1乙酸缓冲液(pH 4.5)和0.5 mL果胶(1%)，37℃恒温水浴1 h，再加入0.7 mL DNS显色液，沸水浴中显色5 min后，先冷却再加入10 mL蒸馏水，于540 nm下测定其吸光值，空白对照采用灭活过的酶提取液。根据半乳糖醛酸标准曲线计算生成半乳糖醛酸量，以37℃下每分钟催化生成1 μmol还原糖基团所需的酶量为一个酶活力单位。果胶酯酶(PE)的测定:取10 g哈密瓜果肉浆与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，得到浓度为 1%的果胶溶液。取10 mL事先在沸水中钝化的酶液(pH 7.0)，检测样加入10 mL酶液(pH 7.0)。于30℃水浴保温，每隔一段时间加0.01 mol·L－1NaOH溶液，以维持pH环境不变。30 min内所加的NaOH当量数就是酶作用后释放出游离羧基的当量数。用牛血清蛋白测定粗酶液中蛋白含量［3］。

1．5 数据处理

试验指标重复测定3次，数据差异性利用软件SPSS 20.0中的Duncan法进行方差分析、显著性水平分析等多重比较，同时使用 Origin Pro V8.6绘制曲线。

2 结果与分析

2．1 振动处理对哈密瓜硬度的影响

果实硬度是反映果实质地的重要指标，果实软化的重要表现就是果实的硬度下降，也是反映果实成熟衰老的重要指标之一［11］。图2显示，哈密瓜硬度随着贮藏时间的延长而降低，而硬度变化呈现先快速下降后缓慢下降的趋势，这说明哈密瓜在贮藏的过程中，随着贮藏时间的延长，果实不断成熟软化。而从图2中也可以看出，振动处理组的下降趋势均较对照组明显，在28 d时，经高速公路、一级公路、二级公路、三级公路振动处理的哈密瓜硬度分别是对照组的1.17，1.56，2.81，4.11倍(P＜0.05)，这说明运输振动影响哈密瓜在贮藏过程中的硬度，加速生理软化，降低哈密瓜的新鲜程度，其中三级公路更能加速果实软化。

图2 振动处理对哈密瓜硬度的影响Fig．2 Effect of vibration treatment on firmness of Hami melon

2．2 振动处理对哈密瓜果胶类物质的影响

2．2.1 水溶性果胶

由图3-a可见，哈密瓜在贮藏的过程中，水溶性果胶含量逐渐增加，这说明哈密瓜随着贮藏时间的增加，原果胶不断降解为可溶性果胶，果实不断成熟，这与硬度的变化趋势一致。而在贮藏7 d后，振动处理组哈密瓜的水溶性果胶较对照组显著上升，在28 d时，高速公路、一级公路、二级公路、三级公路运输振动处理的果实水溶性果胶含量分别是对照组的1.15、1.23、1.41、1.52 倍(P＜0.05)，运输振动能够显著促进果实成熟，且二级公路及三级公路较高速公路及一级公路更为显著(P＜0.05)。

2．2.2 共价结合型果胶

共价结合型果胶是通过共价酯键与其他细胞壁多糖连接，存在于整个初生细胞壁。由图3-b可知，在贮藏过程中，其含量逐渐降低，且在7 d后振动处理组较对照组的共价结合型果胶显著降低(P＜0.05)，贮藏28 d时，高速公路、一级公路、二级公路、三级公路运输振动处理的果实共价结合型果胶含量分别是对照组的2.18、3.13、3.41、5.16倍(P＜0.05)，其中三级公路运输振动的破坏作用最为显著(P＜0.05)。

图3 振动处理对哈密瓜水溶性果胶(a)、共价结合型果胶(b)、离子型果胶(c)含量的影响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 离子型果胶

离子型果胶主要是由离子交联型果胶组成，主要存在于中胶层。由图3-c可知，在贮藏过程中，其含量逐渐降低，且在7 d后振动处理组较对照组的离子型果胶显著降低(P＜0.05)，贮藏28 d时，高速公路、一级公路、二级公路、三级公路运输振动处理的果实离子型果胶含量分别是对照组的1.91、2.83、3.47、5.41 倍(P ＜0.05)，三级公路运输振动的破坏作用最为显著(P＜0.05)。

2．3 振动处理对哈密瓜果胶降解相关酶活性的影响

2．3.1 多聚半乳糖醛酸酶

由图4-a可知，哈密瓜果实的PG活性在贮藏过程中逐渐升高。在贮藏7 d后，经振动处理后的哈密瓜PG均维持较高的活性，且显著高于对照组(P＜0.05)。在贮藏28 d时，高速公路、一级公路、二级公路、三级公路运输振动处理的果实离子型果胶含量分别是对照组的1.30、1.41、1.60、2.02 倍。

2．3.2 果胶酯酶

由图4-b可知，哈密瓜果实PE活性在贮藏过程中活性先上升，达到一个最大值后再逐渐下降。在贮藏7 d后，经振动处理后的哈密瓜PE均维持较高的活性，且显著高于对照组(P＜0.05)。在贮藏28 d时，高速公路、一级公路、二级公路、三级公路运输振动处理的果实离子型果胶含量分别是对照组的1.11、1.21、1.32、1.43 倍(P ＜0.05)。

图4 振动处理对哈密瓜对多聚半乳糖醛酸酶(a)和果胶酯酶(b)活性的影响Fig．4 Effect of vibration treatments on polygalacturonase(a)and pectinesterase(b)activity of Hami melon

3 讨论

果实软化的主要机制是果肉细胞胞间果胶质降解，细胞相互分离［11］。在果实成熟过程中，原果胶不断降解为可溶性果胶，细胞结构也随之受损，胞间层电子密度降低，并且随着微纤维丝间果胶和纤维素物质的溶解［12］，微纤维丝结构变得松弛而软化［13］，细胞壁变薄，大量细胞壁结构消失，细胞变圆且趋于分散，果肉硬度随之下降［14］。本试验发现，哈密瓜在贮藏的过程中，硬度逐渐下降，说明果实逐渐软化成熟。而运输振动会显著促进哈密瓜的生理软化(P＜0.05)，其中以三级公路对其促进最为显著(P＜0.05)。此外，从图3可以发现，水溶性果胶随着贮藏时间的增加而逐渐增加，而离子型果胶和共价结合型果胶逐渐降低，这是因为，伴随着果实成熟软化，原果胶降解成可溶性果胶，水溶性果胶含量在贮藏的过程中逐渐增加［15－17］;离子型果胶和共价结合型果胶逐渐降解，从而使初生壁解体［18］，细胞间的黏合力降低［19］，细胞分区消失而失去膨压，造成细胞黏度和果实硬度下降，最终导致果实的软化［20］。这些结果充分表明了果胶的降解与果实的成熟软化有着密切的联系。

而从图4中可以发现，哈密瓜在贮藏的过程中，多聚半乳糖醛酸酶逐渐上升，果胶酯酶在21 d有峰值。细胞壁的降解是哈密瓜果实软化和品质改变的主要因素，而与细胞壁降解相关的因素即为与细胞壁降解相关的酶类［21－22］。果蔬细胞壁成分果胶的分解主要原因是多聚半乳糖醛酸酶和果胶酯酶一起作用的结果［23］，果胶的甲氧基基团由于果胶酯酶的作用而被脱去，而多聚半乳糖醛酸酶则以果胶酯酶发生作用的产物为底物，多聚半乳糖醛酸中的α-1，4-D-半乳糖苷键以及果胶分子被分解为小分子物质［24－26］。一般认为多聚半乳糖醛酸酶降解甲氧基果胶的活性比降解脱甲氧基果胶活性小［27］，因此果胶酯酶影响多聚半乳糖醛酸酶对细胞壁的果胶物质敏感程度。在贮藏的过程中，多聚半乳糖醛酸酶及果胶酯酶均呈现上述的趋势，这说明哈密瓜在贮藏的过程中，酶活性不断增加，细胞生理生化反应不断加快，从而促使不溶性果胶逐渐分解为水溶性果胶，进而促使哈密瓜细胞壁变薄、原生质层消失、细胞壁的黏着度消失，果实细胞成熟软化。

而在运输过程中，果蔬与包装箱或者果蔬之间交互的接触部分会承受各种压力，如挤压、摩擦、碰撞、冲击等。当损害果蔬的这些作用力相对强度比较高时，果蔬会受平浅形表面损伤，且会因为外力的反复作用，果蔬细胞间的连接力与细胞间的强度会发生变化，导致脆性或塑性损伤，使其变软［4，28］。本研究结果发现，哈密瓜经运输振动处理后，硬度下降速度较对照组显著加快，而硬度是反映果实质地的主要指标之一，进而表明振动处理会加速果实软化。而果实软化与细胞壁有关，细胞壁中的主要成分有果胶、纤维素、半纤维素等。而哈密瓜在贮藏的过程中，细胞壁中重要的结构物质果胶逐渐由不溶性的原果胶降解成可溶性果胶，运输振动会促进哈密瓜的生理生化反应，酶活性升高，从而促进原果胶降解，加快果实成熟软化。而通过试验数据可以推测，三级公路模拟振动的频率与哈密瓜的固有频率最相近，对哈密瓜的品质影响最大。所以在哈密瓜的运输过程中，为保障哈密瓜品质应该避免选择三级公路进行货运，在每个哈密瓜外部套一个网套减少机械损伤，或者使用一些化学的保鲜方法。同时，通过此试验结果可以发现，不同道路的运输振动会不同程度地促进哈密瓜的成熟软化，这说明可以通过控制运输振动的强度及时间来控制哈密瓜成熟度，是今后研究哈密瓜物理催熟的方向。