振动处理对甜瓜代谢物质及抗氧化能力的影响

尚志勇，纪 锋，李志元，王 飞

（1.新疆工程学院数理学院 乌鲁木齐 830023； 2.新疆农业大学园艺学院 乌鲁木齐 830052）

甜瓜（Cucumis meloL.）为葫芦科甜瓜属作物，作为世界范围内的畅销果品，富含酚类、类黄酮、维生素等营养成分，风味独特且具有较高的抗氧化活性，广受人民的喜爱。新疆是我国甜瓜的主产区，这里每年为国内外输送大量甜瓜，但甜瓜收获后技术措施和贮藏方法不完善，异地运输的物流方式较为落后[1]。在甜瓜对外贸易的运输过程中，会因装卸、搬运、颠簸等问题造成不同程度的机械损伤，会使果品承受不同程度的振动，进而导致产品快速腐败、变质，增加产品损耗。当果品贮藏期较长时，已腐败的产品还会间接影响到与其相接触的正常果品，造成更为严重的浪费[2-3]。

卢立新等[4]研究认为振动会对梨产生破坏作用，包装方式和振动时间的差异也会使其变化趋势发生变化。王芳等[5]和周然等[6]通过人工模拟运输条件下的振动参数与果品质量建立相关性分析模型，得到了评价果品质量的相关指标，为果品的包装和运输提供了借鉴经验[5-6]。对黄花梨的研究发现，不同强度的运输振动处理不仅影响其外观品质，并进一步降低了其水解酶的活性，进而造成了细胞壁的破坏[7]。振动还增加果实的呼吸强度及果实乙烯生成量，使猕猴桃果实采后成熟衰老的进程不断加快[8]。将桃和杨梅进行振动试验发现，振动处理降低了超氧化物歧化酶活性并促进乙烯的大量释放，从而加速了果实的衰老[9-10]。振动同样会使果实遭受机械损伤，并引起细胞渗透率的提高，进一步调节抗氧化物质以及抗氧化酶活性。

目前，关于振动强度对甜瓜果实代谢物质及抗氧化能力的研究鲜见报道。笔者以未进行模拟运输的甜瓜为对照，设计全筐包装和半筐包装2 个处理，在振动后分别将甜瓜贮藏0、3、6、9、12 d，分析甜瓜在贮藏期间细胞渗透率、抗氧化酶活性和抗氧化物质含量的变化，为探究振动处理对甜瓜抗氧化能力的影响提供借鉴经验。

1 材料与方法

1.1 材料

供试甜瓜购买自乌鲁木齐市北园春市场，品种为西州密25 号，单果质量约2 kg。选取大小均匀、成熟度相近的果实供试验使用。

1.2 仪器与设备

准备好PE 保鲜袋（规格：26.5 cm×23.5 cm×25 μm）、草酸、淀粉和纯碘（分析纯，由天津市致远化学试剂有限公司提供）。供试的仪器设备包括M/MN-100R 型模拟运输振动试验台（上海睦尼实验设备有限公司）；T3000Y 电子天平（美国双杰兄弟集团有限公司）；FYL-YS-281L 型智能宽温恒温设备（北京福意联医疗设备有限公司）；德克SDW-1431温湿度记录仪（温州艾佰测控科技有限公司）；Galileo双室真空包装机（上海工洲阀门有限公司）；紫外分光光度计（721，上海菁华科技仪器有限公司）。

1.3 方法

试验于2020 年6 月于新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所实验室进行。以不同的振动强度设置3 个处理。将运输模拟振动试验台移至冷库内，设置温度为（4±1）℃、相对湿度为80%～90%。采用完全随机区组设计，选取大小均匀相似的哈密瓜，每组的哈密瓜数量为4 个，3 次重复。先将哈密瓜放入振动台上，以不做振动处理的甜瓜为对照组（CK），T1 处理为全筐包装振动处理，T2 处理为半筐包装振动处理。全筐包装的筐为正方体包装（长50 cm、宽50 cm、高50 cm），其中上下两层各2 个瓜，而半筐包装的筐为长方体包装（长100 cm、宽40 cm、高40 cm），为单层4 个瓜。在甜瓜振动6 h后3 个处理分别在贮藏0、3、6、9、12 d 后进行取样，取样部位为甜瓜果皮，每个处理3 次重复。汽车的实际运输振动频率集中在2.0～5.0 Hz，振动频率为3.33 Hz，上下方向加速度为4.9 m·s-2，左右方向加速度为1.96 m·s-2，前后方向加速度为1.96 m·s-2，振幅为3.5 cm。

1.4 测量指标与方法

1.4.1 机械损伤的测定 将甜瓜置于25 ℃环境下保存，从各个处理中随机选取10 个果实。将照片传入电脑，用Leica Q Win 软件（英国Leica 微观成像公司）计算甜瓜表皮的损伤面积百分率。同时，对各组试验中甜瓜表面的损伤数计数，每个处理3次重复[11]。

1.4.2 总酚含量测定 参考王洪丽等[12]的方法测定甜瓜皮的总酚含量。称取2.0 g 甜瓜果皮，预冷后加入体积分数为1%的HC1-甲醇溶液，利用液氮充分研磨至匀浆后置于20 mL 的试管中，4 ℃避光提取20 min，仔细搜集过滤液体，利用紫外分光光度计（721，上海菁华科技仪器有限公司）的280 nm 处测定其吸光度，建立吸光度（Y1）与没食子酸浓度（X1，μmol·g-1）的标准曲线：Y1=0.873 4X1+0.013 4，R2=0.999 9，每1 g 果实的总酚含量用μmol·g-1来表示。

1.4.3 维生素C含量测定 参考刘月等[13]的方法测定甜瓜果皮维生素C 含量，略作修动。反应体系为1 mL 提取液和1 mL 质量浓度为50 g·L-1的三氯乙酸溶液，测定并记录该体系在534 nm 处的吸光度值，对照吸光度（Y2）与维生素C 含量（X2，μg）的标准曲线：Y2=0.009 8X2+0.027 6，R2=0.998 0，甜瓜中的维生素C 含量以100 g 鲜样所含的维生素C 质量表示（mg·100 g-1）。

1.4.4 细胞膜渗透率测定 参考韩媛媛[14]的方法测定细胞膜渗透率，略作改动。使用打孔器从甜瓜上挖取组织后，称取甜瓜薄片2 g 置25 mL 试管中，加入25 mL 去离子水，在摇床上震荡30 min 后，用电导率仪器测定溶液电导率，记为P1（μs·cm-1）；再放入水浴锅煮沸10 min，加水到原刻度并冷却至室温，测定溶液电导率，记为P2（μs·cm-1）；测定去离子水电导率，记为P0（μs·cm-1）。用相对电导率P表示果肉膜透性，计算公式如下。

1.4.5 谷胱甘肽含量的测定 参考杨乾等[15]的方法测定谷胱甘肽含量并略作改动。反应体系为1.0 mL上清液、1.0 mL pH 值为7.7 的磷酸缓冲液和0.5 mL 4 mmol·L-1二硫代硝基苯甲酸溶液，在25 ℃条件下保温反应10 min，测定其在波长412 nm 处的吸光度，对照吸光度（Y3）与谷胱甘肽（glutathione，GSH）含量（X3，μmol·g-1）的标准曲线：Y3=39.346X3-0.120 1，R2=0.999 1，计算出谷胱甘肽的含量（μmol·g-1）。

1.4.6 相关酶活性的测定 参照徐佳宁等[16]的方法测定多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）活性；参考曹建康等[17]的方法测定过氧化氢酶（catalase，CAT）活性；按照Foyer 等[18]的方法测定谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR）活性；根据Wang 等[19]的方法测定抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性。以上酶活性的测定分别以每克样品每分钟在相应波长下吸光值变化为1 个酶活单位，结果以g·min-1表示。参考Tang 等[20]的方法测定超氧化物歧化酶（superoxidase dismutase，SOD）活性，以每分钟每克鲜质量甜瓜样品的反应体系对氮蓝四唑光化还原的抑制为50%时为一个SOD 活性单位，结果以U·g-1·min-1来表示。

1.4.7 DPPH（1，1-二苯基-2-吡咯酰肼，1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）自由基清除率测定 参照Wang 等[21]的方法测定DPPH 自由基清除率。

1.5 数据统计分析

采用Sigmaplot 12.5（Systat 软件，美国）软件制作图片。采用IBM SPSS statistics 20.0（SPSS，美国）进行数据分析，利用R 语言4.1.2 软件包进行Pearson相关性分析，所有指标的数值测定均为3 次重复。

2 结果与分析

2.1 振动对机械损伤面积百分率和数量的影响

由图1 可知，不同振动处理会影响甜瓜表面的机械损伤数量和受损面积。与CK 相比较，两个振动处理显著地增加了甜瓜的平均机械损伤数量和损伤面积百分率，T1 和T2 处理机械损伤数量分别达到4.04 和4.54 个。而在单个果品平均机械损伤面积百分率中，T1 处理和T2 处理差异不显著，分别为3.07%和3.16%，二者的平均机械损伤面积百分率均显著高于CK。综上可知，振动处理造成了甜瓜运输过程中的严重损伤。

图1 振动条件下甜瓜机械损伤的数量和面积百分率

2.2 振动对细胞渗透率的影响

由图2 可知，随着贮藏时间的延长，对照和振动处理甜瓜的细胞膜渗透率均呈上升的趋势，在整个上升阶段，上升速度的排序为T2＞T1＞CK。装筐量越少细胞膜渗透率上升的越快，在贮藏6 d 后，T2显著高于CK，说明振动引起了膜系统的破坏，进而加剧了细胞电解质外渗。

图2 振动条件对甜瓜细胞渗透率的影响

2.3 振动对非酶抗氧化物质含量的影响

由图3～6 可知，随着振动处理后贮藏时间的延长，甜瓜的总酚、维生素C、谷胱甘肽含量整体呈现下降趋势。其中CK 处理总酚含量下降最少，T2 处理下降幅度最大；且在贮藏3～6 d 期间，T2 处理的下降速率达到最大，但T1、T2 和对照间差异不显著；贮藏9 d 后，T2 与T1 处理无显著差异，但T2 显著低于对照处理；在振动后贮藏的第12 天，T2 处理显著低于对照和T1 处理。T1、T2 和CK 的总黄酮含量在贮藏3 d 前没有差异，但在贮藏后的6～12 d，T2 处理始终显著低于CK。与振动处理前相比，振动贮藏12 d 后T1、T2、CK 处理分别下降为14.97、13.05、16.02 mg·100 g-1。T1、T2、CK 振动处理前的维生素C 含量分别为0.10、0.11、0.13 mg·100 g-1，振动处理后贮藏12 d 时维生素C 含量分别下降为0.07、0.05、0.08 mg·100 g-1。T1 和T2 处理在贮藏的9 d 内维生素C 含量始终没有显著差异，但在贮藏3 d 后，T2 处理的维生素C 含量开始显著低于对照。在振动后贮藏期间T2 处理的谷胱甘肽含量始终是最低的。在贮藏6 d 内，T1、T2 和CK 的谷胱甘肽含量始终没有差异，而贮藏期在9 d 和12 d 的T2 处理显著低于CK。

图3 振动条件对甜瓜总酚含量的影响

图4 振动条件对甜瓜总黄酮含量的影响

图5 振动条件对甜瓜维生素C 含量的影响

2.4 振动对抗氧化酶活性的影响

图6 振动条件对甜瓜谷胱甘肽含量的影响

2.4.1 振动对PPO、POD活性的影响 由图7 可知，随着贮藏时间的延长，各处理甜瓜PPO 活性均逐渐增加，振动6 h 后贮藏12 d，T1、T2、CK 处理的PPO活性分别为9.35、11.34、6.05 U·g·min-1，对照PPO 活性随着贮藏时间延长增长速度较慢，且从3 d 起均显著低于振动处理，在9～12 d 期间几乎停止增长。可见不同装筐方式下的振动会使得PPO 活性增加，甜瓜装筐数量越少，振动越剧烈，酶活性上升越快。在贮藏的前9 d，T1 和T2 处理PPO活性始终没有显著差异，但随着贮藏时间延长到12 d 时，T2 处理开始显著高于T1 处理。由图8可知，CK 处理的POD 活性随贮藏时间延长呈现先增后减再增趋势，在贮藏12 d 时酶活性显著大于振动处理；而T1、T2 处理POD 活性在贮藏3 d后达到一个峰值，总体上呈现先上升后下降的趋势，其中T2 处理在贮藏3～9 d 时的POD 活性表现平稳，随后开始急剧下降，到12 d 达到最小值，仅为0.25 U·g-1·min-1，此外，T2 处理在贮藏期的第12 d 开始显著低于T1 和对照处理。

图7 振动条件对甜瓜多酚氧化酶活性的影响

图8 振动条件对甜瓜过氧化物酶活性的影响

2.4.2 振动对SOD、CAT、GR、APX 活性的影响

由图9、10、11 和12 可知，各处理组甜瓜的SOD 活性在振动后贮藏期随贮藏时间延长均呈现先增长后降低的趋势，其中T1、T2 处理在贮藏3 d 时出现峰值，由此可知振动刺激了甜瓜的抗逆反应，使SOD 活性迅速增加，在振动后贮藏9～12 d 时，整个处理的甜瓜SOD 活性趋于平缓。各处理组甜瓜的CAT 活性在振动后贮藏期间均呈下降趋势，且在下降的过程中，整个贮藏期的CAT 活性的大小始终为CK＞T1＞T2。

图9 振动条件对甜瓜超氧化物歧化酶活性的影响

各处理组甜瓜GR 活性在振动后随着贮藏时间的延长而呈下降趋势，且在12 d 时T2处理的GR 活性最小，此时对照GR 活性是T2 处理的1.62 倍。每个处理的APX 活性均呈现随着贮藏时间的延长先增加后减小趋势，T2 处理在振动贮藏3 d 时达到峰值，而CK 和T1 处理的峰值出现在振动贮藏6 d时，并且在这次峰值之后，CK 的APX 活性始终大于T1 和T2。抗氧化活性的变化趋势表明，甜瓜的抗氧化系统在振动胁迫下遭到了破坏。

2.5 振动时间对DPPH 自由基清除率的影响

由图13 可知，随着振动后贮藏时间的延长，各处理甜瓜DPPH 自由基清除率逐渐下降，在振动贮藏12 d 时，CK、T1、T2 的DPPH自 由 基 清 除 率 分 别 为 82.94% 、78.34% 、81.04%。贮藏9 d 开始，T1 处理的DPPH 自由基清除活性显著低于CK，说明振动处理抑制了甜瓜的抗氧化能力。

图10 振动条件对甜瓜过氧化氢酶活性的影响

图11 振动条件对甜瓜谷胱甘肽还原酶活性的影响

图12 振动条件对甜瓜抗坏血酸过氧化物酶活性的影响

图13 振动条件对甜瓜DPPH 自由基清除率的影响

2.6 甜瓜不同振动后贮藏期指标间的相关性分析

由表1 可见，细胞渗透率、抗氧化相关酶活性、非酶抗氧化物质含量和DPPH 自由基清除率之间大多数指标呈现高度相关，其中细胞渗透率和PPO活性呈现正向线性极显著相关，总酚含量和总黄酮含量、维生素C 含量、谷胱甘肽含量、DPPH 自由基清除率之间为线性极显著正相关，其中GR 和谷胱甘肽极显著相关；细胞渗透率与SOD、CAT 和GR活性、非酶抗氧化物质含量和DPPH 自由基清除率分别呈现负向线性相关，其中细胞渗透率与谷胱甘肽含量间呈极显著相关。POD、APX 活性与细胞渗透率相关性不显著。

表1 甜瓜不同振动处理后贮藏期各指标间的相关性

3 讨论与结论

果实在运输过程中产生的振动及振动后的贮藏过程均会带来果实的外观和品质上的改变，前人已经在蓝莓、杏、梨、水蜜桃等水果中进行了系列研究报道[22-25]。一方面，运输过程中的振动加速度会导致果实的机械损伤，造成果品表面损伤程度加大，从而影响果实外观品质[26]；另一方面，包装方式的差异会进一步改变果实上下振动的波动强度，进而增大果实本身运动的加速度，并增大果实间的作用力，因而造成果实间机械损伤数量与损伤面积百分率的增加[27]，这很大程度地制约了果实后续的贮藏能力。周然等[28]研究发现，运输振动导致果蔬的细胞发生微观变化并且丧失细胞膜的完整性，进而增强果实呼吸作用，促进果实衰老。笔者的研究结果显示，在运输过程中甜瓜之间发生碰撞摩擦，不同的装筐方式会产生不同程度的机械损伤面积百分率和数量。与对照相比，半筐和全筐的包装方式均加重了对甜瓜的机械损伤，并进一步降低了甜瓜的贮藏能力与外观品质。然而，半筐的包装方式和全筐包装方式间无显著差异。由此可见，西州密25号在短期的运输过程中不同包装方式间果品品质的差异较小，这有别于蓝莓[29]、猕猴桃[30]和杏子[31]等较软或果实体积较小的果品，甜瓜所承受碰撞与挤压的能力相对更强。显然，这种耐储运能力一方面与果实大、硬度高的果实特性有关，另一方面很可能与果品的运输时长存在紧密联系。然而，当前的振动试验只是针对小样本量的哈密瓜运输进行了模拟，未来仍需要在实际运输过程中进行较大样本量的模拟，以达到更全面的验证结果。

作为重要的抗氧化剂，酚类、黄酮类物质能够清除自由基，增强果蔬的抗氧化能力[32-33]。抗坏血酸-谷胱甘肽循环是抗氧化系统的重要组成部分，与其他活性氧清除系统共同作用，清除体内的活性氧自由基。谷胱甘肽可将脱氢抗坏血酸还原生成维生素C 以清除H2O2，是重要的非酶抗氧化物质[34]。细胞膜渗透率通过电解质外渗程度反映组织的衰老程度，当细胞膜渗透率升高时，植物便开始呈现衰老的迹象[35]。笔者研究发现，非酶抗氧化物质（包括总黄酮、总酚、谷胱甘肽和维生素C）含量在半筐振动处理后的第9 天出现显著下降的情况，而DPPH 细胞膜渗透率则在第6 天显著增加，因而降低了果实的品质。曾媛媛等[36]同样在莲藕[37]、蓝莓[22]响应振动胁迫的研究中得出相同的结果，说明在甜瓜的实际运输过程中应尽量避免颠簸剧烈的路段以最大程度地降低果品的振动程度。

SOD 和CAT 是果蔬衰老过程中的保护酶，通过清除细胞内活性氧而增强细胞抗氧化活性[36]。SOD 将超氧阴离子分解为H2O2，再进一步由CAT将H2O2分解为H2O 和O2，而GR 可将氧化型谷胱甘肽还原成GSH[37-38]。笔者研究发现，半筐振动处理使SOD 活性在第9 天开始显著下降，可能是由于在振动中甜瓜受到了损伤从而加快了衰老的速度，这与谢丹丹[29]研究振动胁迫对猕猴桃生理品质的影响结果是一致的。GR 和CAT 活性均呈下降的趋势，并且对照酶活性大于振动处理，这与陈代良等[10]对双孢菇的研究结果一致。谷胱甘肽含量也呈下降的趋势，说明振动后随着贮藏时间的增加，GR 活性的下降导致谷胱甘肽的合成减少，从而减弱了甜瓜的抗氧化能力。此外，笔者研究发现，DPPH 自由基清除率呈现下降趋势，这也反映了甜瓜抗氧化能力的减弱。果品造成的相应损失有一半以上是因为发生了酶促褐变[39]，振动后的甜瓜在贮藏期间也不例外。PPO 是一种金属蛋白酶，广泛存在于自然界中，可以催化邻苯二酚氧化成为不稳定的醌类物质，易进一步形成黑色素，造成甜瓜品质的下降[40]。POD 能清除过氧化氢和脂类氢过氧化物，是植物体内抗氧化酶系统的重要组成部分，通过自身防御机制对有害物质做出应激反应，从而影响果实的风味[41-43]。在甜瓜贮藏期间，PPO 活性逐渐提升，说明贮藏期间甜瓜容易发生氧化褐变，振动处理贮藏的前3 d，POD 活性逐渐增加，表明POD 减缓了甜瓜的变质速度。这与魏军亚等[44]对贮藏期香蕉的研究结果一致。相关性分析结果显示，细胞渗透率与抗氧化物质含量呈极显著负相关，说明振动打破了甜瓜活性清除平衡机制。POD 和APX 主要在贮藏中期发挥抗氧化作用，在贮藏前期和后期的抗氧化能力较弱，因此其酶活性呈现先上升后下降的趋势，造成POD、APX 活性与细胞渗透率相关性不显著。维生素C 含量是评价甜瓜衰老程度以及营养品质的重要指标之一[13]。贮藏初期，由于取样误差，振动和未振动处理的维生素C 含量之间存在差异，但随着贮藏时间的增加，振动处理大幅降低了维生素C 含量，说明振动能够通过减弱抗氧化酶的活性，进而减少维生素C 含量。由此可见，合理的采后贮运方法是保障农户稳定收益以及产业良性发展的重要举措，而采取合理的包装方式是维持果品贮藏并改善抗氧化能力的关键一步。笔者的研究表明：

（1）不同振动强度均对甜瓜的外观品质产生不利影响。其中半筐与全筐两种包装方式对甜瓜机械损伤面积百分率和机械损伤数的表现是相似的，均严重的损害了甜瓜表皮。

（2）振动处理，尤其是半筐振动处理显著地降低了甜瓜中的抗氧化物质含量。随着振动后贮藏时间的增加，半筐振动处理下的甜瓜的SOD、CAT和GR 活性均在贮藏9 d 后显著下降，总酚含量、总黄酮含量、维生素C 含量和谷胱甘肽物质含量显著降低。

（3）通过相关性分析可知，甜瓜的细胞渗透率与维生素C 含量、谷胱甘肽含量、总酚含量、总黄酮含量、SOD 活性、CAT 活性、GR 活性、DPPH 自由基清除率以及相关抗氧化物质含量呈显著负相关，而与PPO 呈显著正相关。随着甜瓜抗氧化物质含量的降低，其细胞渗透率增加，这表明振动导致细胞膜功能活性下降、抗逆性减弱、品质下降，并加速了果实的衰老。

综上所述，在甜瓜实际运输过程中，应当避免剧烈晃动的运输环境，以降低瓜品所受的机械损伤，并改善运输技术以维持果实的抗氧化系统，如利用缓冲包装减少运输途中甜瓜的相互碰撞，减缓采后衰老并降低机械损伤，以保持甜瓜的贮藏品质和抗氧化能力。