超声波协同钙浸渍对冬枣品质特性的影响

孟晓美，张丽芬，陈复生，*，赖少娟，张龙凤

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；2.嘉里粮油（天津）有限公司，天津300000）

冬枣，产于中国，含有丰富的矿质元素和多种维生素，可溶性固形物含量约为34%～37%，维生素C的含量高达380 mg/100 g～600 mg/100 g，且富含环磷酸鸟苷和环磷酸腺苷，素有“百果之王”和“活维生素丸”之美称[1-2]。近年来，我国冬枣的产量逐步增加，2017年，我国冬枣年产量约为180万吨[3]。然而，由于冬枣本身固有的生理学和生物学生理变化复杂，组织结构特殊，贮藏期间好果率低，易出现发霉、酒软、失水和腐烂现象，且易受机械损伤和微生物的侵害，对果实的营养价值和商品化程度有很大的影响[4]。

研究者对冬枣的采后生理生化和贮藏保鲜技术做了大量研究，其中保鲜技术主要分为物理保鲜（冷藏、气调、辐射等）和化学保鲜（涂膜、浸泡等）两大类，但目前任一种单一的保鲜方法都有自身的缺点，效果不是很理想，不能很好的解决果蔬贮藏中存在的问题[5]。因此，一些结合保鲜技术不断出现，其中包括化学物质处理结合低温贮藏、臭氧处理结合湿冷库贮藏及浸钙处理等。

超声波作为一项新型而且很有发展前景的果蔬保鲜技术，能很好地保持产品的风味、感官品质、质量、色泽以及营养成分，并能有效地延长货架期，已广泛地应用到苹果、草莓、胡萝卜等果蔬的贮藏保鲜中[6]，同时，对环境友好，无毒，安全性高，成本低，操作简单，从技术性和经济性两个方面来说都是非常适合我国国情的保鲜技术[7]。本研究以冬枣为原料，通过超声波协同钙浸渍技术处理，研究采后冬枣贮藏过程中品质特性及果胶含量的变化，同时通过对果胶酶活性分析，揭示果胶变化原因，建立冬枣经济有效的保鲜方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 试验材料

供试原料为冬枣，市售，产于郑州郊区。七成熟时采收，挑选果实大小均一，成熟度基本一致，无病虫害，无机械损伤带果柄的冬枣为试材。

1.1.2 试剂

所有试剂均为分析纯，具体试剂见表1。

表1 试验试剂Table 1 Experimental reagents

续表1 试验试剂Continue table 1 Experimental reagents

1.2 仪器与设备

试验所需仪器见表2。

表2 试验仪器Table 2 Experimental instruments

1.3 试验方法

采后冬枣2 h内运至实验室，试验共分为4组，对照组、超声波组、2%乳酸钙处理组、超声波协同2%乳酸钙处理组。超声条件：温度为20°C，时间为20 min，功率为0.032 W/cm3。每组120个果实，放于透明水果塑料盒中，置于0℃储藏。每隔7d进行取样测定指标。

1.3.1 指标测定

1）硬度：冬枣硬度测定采用TA-XT2i型质构仪进行质构（texture profile analysis，TPA）分析，样品压缩形变30%，果实的硬度以最大峰值表示，每份样品随机取20个果实。

式中：m0贮藏前果实质量，g；mt贮藏t时间后果实质量，g。

3）可溶性固形物（soluble solids content，SSC）：用爱拓自动数显折射仪测定[10]。

4）可滴定酸（titratable acid，TA）：用氢氧化钠滴定法测定[11]。

1.3.2 果胶酶活性测定

1.3.2.1 多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonic acid，PG）活性测定

PG活性测定参考曹健康等的比色法[12]。

1）PG酶液提取

称取10.0 g果肉样品，加入20 mL经预冷的95%乙醇，在冰浴条件下研磨匀浆后，低温放置10 min，然后于4℃、12 000 r/min离心20 min。倾去上清液，向沉淀物中加入10 mL经预冷的80%的乙醇，低温放置10 min，相同条件下离心，再倾去上清液，向沉淀物中加入5 mL经预冷的提取缓冲液，于4℃放置20 min，离心后收集上清液即为酶提取液。

2）PG酶活性测定

制作标准曲线：分别取浓度为 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L葡萄糖标准液2 mL于试管中，各加入1.5mL 3，5-二硝基水杨酸试剂。将试管摇匀，在沸水浴中加热5 min，冷却至室温，蒸馏水定容至25 mL。在540 nm处测定吸光度值，绘制标准曲线。

酶活性测定：以1.0 mL 50 mmol/L、pH 5.5乙酸-乙酸钠缓冲液和0.5 mL 10 g/L多聚半乳糖醛酸溶液为底物。分别加入0.5 mL酶提取液和0.5 mL经煮沸5 min的酶提取液，37℃水浴中保温1 h，加入1.5 mL 3，5-二硝基水杨酸试剂，沸水浴5 min。冷却并稀释至25 mL。在540 nm处测定吸光度值，重复3次。PG活性以每小时每克样品（鲜重）在37℃催化多聚半乳糖醛酸水解生成半乳糖醛酸的质量表示，即μg/（h·g）。

1.3.2.2 果胶甲酯酶（pectin methylesterase，PME）活性测定

PME活性测定参考程杰山的连续分光光度法[13]。

1）酶液提取

取果肉10 g，加入20 mL用Ph 8.0Tris-HCl配置的5%NaCl溶液中，置于冰槽中匀浆，4℃下10 000 r/min离心15 min，取上清液提取得PME酶液。

2）PME酶活性测定

试管中加入2 mL 0.5%果胶溶液，0.15 mL0.01%溴麝香草酚蓝，加水至3 mL，最后加入400 μL酶液，分别在0 min和3 min时测定其在620 nm处吸光度。以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化值增加为1个活性单位，单位为ΔA620/（min·g）。

1.4 果胶的提取与测定

1.4.1 果胶的提取

参照Chen等[14]方法，提取过程如图1所示。

图1 细胞壁多糖提取过程Fig.1 Cell wall polysaccharide extraction process

1.4.2 果胶含量的测定

采用咔唑比色法测定果胶[15]。

标准曲线的绘制：分别取各浓度梯度的半乳糖醛酸标准液于12 mL冷的浓硫酸中，在沸水浴中加热10min，加0.15g/L咔唑溶液1mL，在室温下静置30min，在530 nm波长下测定吸光度值A。以标准半乳糖醛酸浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，作半乳糖醛酸标准曲线。

果胶含量的测定：按照绘制标准曲线的方法在530 nm波长处测定吸光度值A，以2 mL水作为空白调零，由标准曲线查出果胶稀释液中半乳糖醛酸的浓度。

1.5 数据处理

本试验采用Origin 8.5和SPSS软件计算、分析和绘图，所有指标的测定均重复3次，计算平均值和标准偏差。

2 结果与分析

2.1 超声波协同钙浸渍处理对冬枣品质特性的影响研究

2.1.1 超声波协同钙浸渍处理对冬枣硬度的影响研究

硬度代表了果蔬的最主要质地特性，图2是不同处理对冬枣贮藏过程中硬度的影响。

图2 不同处理对冬枣贮藏过程中硬度的影响Fig.2 Effect of ultrasound combined with calcium impregnation treatment on the hardness of winter jujube

从图2可以看出，随着冷藏时间的延长，各处理组果实的硬度均呈现下降趋势。在冷藏的第28天～第56天，超声波协同钙处理组的冬枣果实硬度显著高于超声组、钙处理组和对照组（P＜0.05），这主要是由于超声的空化效应能够显著加快物质的转移速率，导致更多的Ca2+浸渍到果实组织内部，与细胞壁中果胶发生交联，强化果胶酸钙网络结构，维持果实的硬度[20]。由此可见，超声波协同钙浸渍处理可维持冬枣果实的硬度。

2.1.2 超声波协同钙浸渍处理对冬枣失重率的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中失重率的影响见图3。

图3 不同处理对冬枣贮藏过程中失重率的影响Fig.3 Effect of different treatments on the weight loss rate of winter jujube during storage

果实的失重率是直接影响水果感官品质的重要指标。冬枣在贮藏过程中极易失水，造成果实质量下降，口感变差。从图3可以看出，随着贮藏时间的延长，由于果实的蒸腾作用和呼吸作用，各处理组果实的失重率逐渐上升。其中，对照组的失重率上升最快，从第28天开始显著高于超声波组、钙处理组及超声波协同钙处理组果实的失重率（P<0.05），同时，在贮藏末期（第56天），超声波协同钙处理组果实的失重率（12.68%）显著低于对照组（15.26%）、钙处理组（13.98%）和超声波组（13.25%）。这说明超声波协同钙处理组能够减少果实的蒸腾作用，抑制冬枣失重率的下降。

2.1.3 超声波协同钙浸渍处理对冬枣可溶性固形物的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中可溶性固形物的影响见图4。

图4 不同处理对冬枣贮藏过程中可溶性固形物的影响Fig.4 Effect of different treatments on soluble solids in storage of winter jujube

固形物含量是水果品质的一个重要指标，它能够反映出果实内部的成熟度及生理生化进行程度[18]。从图4可知，钙处理组和超声波协同钙处理的SSC的含量随着冷藏时间的延长，呈现先升高后降低的趋势，而对照组和超声波组呈现逐渐降低趋势。这主要是由于在贮藏前期的冬枣果肉中的淀粉类物质会转化生成可溶性糖；随着果实成熟过程中自身新陈代谢活动的进行，可溶性糖作为代谢底物逐渐被利用分解，营养物质被消耗，从而使冬枣贮藏后期的SSC含量下降。在贮藏末期（第56天），超声波协同钙处理组的SSC含量（16%）最高，说明超声波协同钙处理能够更好地抑制冬枣贮藏后期SSC含量的下降，减少果肉中营养成分损失，延缓果实的衰老。

2.1.4 超声波协同钙浸渍处理对冬枣可滴定酸的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中可滴定酸的影响见图5。

图5 不同处理对冬枣贮藏过程中可滴定酸的影响Fig.5 Effect of different treatments on titratable acid in storage of winter jujube

从图5可以看出，随着冷藏时间延长，各处理组的TA含量呈现先升高后降低的趋势。果实在贮藏前期的无氧呼吸作用，产生少量乳酸，使酸含量逐渐增加。在贮藏后期，TA作为呼吸代谢底物被不断消耗而逐渐降低[11]。在贮藏末期（第56天），超声波协同钙处理组的可滴定酸含量显著的高于超声波组、钙处理组和对照组（P＜0.05）；与新鲜样品相比，对照组的TA含量下降了13.0%，而超声波协同钙处理组升高7.8%，表明超声波协同钙处理能够延缓冬枣贮藏过程中TA含量的下降速率，维持冬枣良好品质。

2.2 超声波协同钙浸渍处理对冬枣果实果胶酶活性的影响研究

2.2.1 超声波协同钙浸渍处理对冬枣多聚半乳糖醛酸酶活性的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中多聚半乳糖醛酸酶活性的影响见图6。

图6 不同处理对冬枣贮藏过程中多聚半乳糖醛酸酶活性的影响Fig.6 Effect of different treatments on polygalacturonase activity during storage of winter jujube

PG是细胞壁降解过程中重要的酶类之一，也是导致果实硬度下降的关键酶[19]。从图6可以看出，随着贮藏时间的延长，各处理组的PG活性呈现先升高后下降的趋势。与其它3组相比，超声波协同钙处理组能够显著抑制PG在第14天和第21天活性的上升，在贮藏后期（第35天～第56天），超声波协同钙处理组显著低于对照组、超声波组和钙处理组（P＜0.05），说明超声波协同钙处理能够降低PG活性，延缓PG活性高峰的出现和果胶的降解，减少果实硬度的下降，延长果实的货架期。

2.2.2 超声波协同钙浸渍处理对冬枣果胶甲酯酶活性的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中果胶甲酯酶活性的影响见图7。

图7 不同处理对冬枣贮藏过程中果胶甲酯酶活性的影响Fig.7 Effect of ultrasound combined with calcium impregnation treatment on methylesterase activity of winter jujube

PME的主要作用是使果胶去甲酯化，催化酯酸转化为果胶酸，破坏多聚糖醛酸链间钙的横向联接，从而使细胞分离[20]。从图7可以看出，随着贮藏时间的延长，各处理组的PME活性逐渐降低，这可能是由于超声波的空化效应和机械效应能够钝化果实中PME活性，使其活性下降。在贮藏末期（第56天），各处理组之间存在显著性差异（P＜0.05），超声波协同钙处理组显著低于其它各处理组，说明超声波协同钙处理能够抑制PME活性，抑制果胶的降解，延缓果实的进一步软化。

2.3 超声波协同钙浸渍处理对冬枣果实果胶含量的影响研究

2.3.1 超声波协同钙浸渍处理对冬枣水溶性果胶含量的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中水溶性果胶含量的影响见图8。

图8 不同处理对冬枣贮藏过程中水溶性果胶含量的影响Fig.8 Effect of different treatments on the content of water-soluble pectin in storage of winter jujube

从图8可以看出，各处理组冬枣的WSP含量在贮藏过程中呈现先上升后下降的趋势。在贮藏初期，随着果实的成熟，果实中的不溶性原果胶在PME的作用下降解为可溶性果胶，从而导致WSP含量逐渐升高；此外，贮藏过程中果胶-纤维素-半纤维素（pectin-cellulose-hemicellulose，PCH）的结构降解和水分损失也会使WSP含量增加[21]。随着果实的成熟，细胞壁中的WSP在PG的作用下发生降解，从而使WSP含量降低。从图中可以看出，在贮藏的第35天～第56天，钙处理组和超声波协同钙处理组的WSP含量显著高于对照组和超声波组（P＜0.05），这主要是由于Ca2+与果胶酸交联形成果胶酸钙网络结构，降低细胞壁通透性[22]，阻止果胶酶的通过，延缓果胶的进一步降解。

2.3.2 超声波协同钙浸渍处理对冬枣螯合性果胶含量的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中螯合性果胶含量的影响见图9。

图9 不同处理对冬枣贮藏过程中螯合性果胶含量的影响Fig.9 Effect of different treatments on the content of chelating pectin during storage of winter jujube

从图9可以看出，各处理组冬枣的CSP含量在贮藏过程中呈现先上升后下降的趋势。贮藏初期CSP含量的上升是由于WSP和SSP在PME作用下发生脱甲酯化，促进果胶链与Ca2+交联形成CSP，使其含量增加[23]。随着贮藏时间的延长，细胞壁降解酶活性增加，促使CSP发生水解，从而使CSP含量降低。从图中可以看出，在贮藏的第49天～第56天，钙处理组和超声波协同钙处理组的CSP含量要显著高于对照组和超声波组（P＜0.05），这说明钙处理的冬枣能够维持较高的CSP含量，其一方面是由于果胶链与更多的Ca2+交联，增加了果实中CSP含量；另一方面是由于钙离子的结构效应降低细胞壁的通透性，抑制细胞壁降解酶活性，减缓CSP降解[23]，而超声波协同钙处理组能够将更多的钙离子渗入到果实组织内部，延缓果胶的进一步降解。

2.3.3 超声波协同钙浸渍处理对冬枣碱溶性果胶含量的影响研究

不同处理对冬枣贮藏过程中碱溶性果胶含量的影响见图10。

图10 不同处理对冬枣贮藏过程中碱溶性果胶含量的影响Fig.10 Effect of different treatments on the content of alkali-soluble pectin in storage of winter jujube

从图10可以看出，各处理组冬枣的碱溶性果胶（SSP）含量在贮藏过程中呈现先上升后下降的趋势。一方面是由于在贮藏初期，随着果实的成熟，部分原果胶在PME作用下降解为可溶性果胶；另一方面是由于水分的损失和果胶酯化度的上升。在贮藏后期，SSP在细胞壁降解酶作用下水解为WSP和果胶酸，导致SSP含量降低[24]。在贮藏后期（第49天～第56天），各处理组之间显著性明显（P＜0.05），其中，超声波协同钙处理组有着最高的SSP含量，钙处理组的SSP含量次之，这说明超声处理使更多的钙离子进入果实内部，增加果胶酸钙网络结构，抑制果胶酶的活性，减缓SSP进一步水解。

3 结论

研究不同处理条件下冬枣果实贮藏过程中品质特性的变化规律发现，超声波协同钙浸渍处理可显著抑制冬枣果实冷藏过程中硬度、SSC和TA含量的降低，和抑制PG和PME的活性，在贮藏末期，超声波协同钙处理组果实的失重率（12.68%）显著低于对照组（15.26%），硬度（12.43 N）、SSC（16%）和 TA（0.19%）显著高于对照组，PG和PME活性显著低于对照组、超声波组和钙处理组。同时，超声波协同钙浸渍处理组能够有效地延缓冬枣果实贮藏末期WSP、CSP和SSP含量的下降说明超声处理可以有效地将钙离子引入果实组织内部，增加果实中钙含量，维持细胞壁结构的完整性，延长冬枣储藏期间货架期，是采后冬枣保鲜的有效手段。