1-甲基环丙烯处理对采后李果实硬度变化的影响机制

奥鹏网院作业

1-甲基环丙烯处理对采后李果实硬度变化的影响机制
陈 鸥1，吴雪莹1，邓丽莉1,2，曾凯芳1,2,*
（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.西南大学食品贮藏与物流研究中心，重庆 400715）
摘 要：为探究李果实经过1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）处理后的硬度变化情况，本实验以重庆本地3 个品种的李果实（麦李、青脆李和歪嘴李）为实验材料，研究了室温条件下5 μL/L 1-MCP熏蒸处理对0 ℃冷藏期间李果实硬度、与硬度变化相关的物质含量及酶活性的影响，并测定了其他品质指标的变化。结果表明，与对照相比，5 μL/L 1-MCP处理能有效抑制原果胶质量分数的减少及可溶性果胶的生成，降低果胶甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶的活力，延缓3 种李果实硬度、可溶性固形物质量分数、可滴定酸质量分数、VC含量的下降和a*值的上升。所得结论初步揭示1-MCP处理延缓采后李果实硬度下降的机理，为李果实采后硬度和品质保持提供了理论依据。
关键词：李果实；1-甲基环丙烯；果胶；硬度；品质
李果实是中国重要的经济类水果，其中麦李、青脆李和歪嘴李是重庆地区受消费者欢迎的鲜食李品种。作为一种典型的呼吸跃变型果实[1]，李果实在采后过程受乙烯的高度调节快速后熟软化。这种迅速成熟导致李果实品质指标变化，如果实颜色、硬度、可溶性固形物质量分数（soluble solid contents，SSC）、可滴定酸（titratable acid，TA）和VC含量的下降等[2]。而在这些品质变化中，硬度下降会直接导致其商品价值降低[3]。细胞壁组成成分是果实硬度的物质基础，其果胶组分和含量的变化会引起果实硬度变化[4]。果实的后熟伴随果胶甲酯酶（pectin methylesterase，PME）及多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）活性的升高，会加速原果胶分解，使可溶性果胶含量上升、果实硬度下降[5]。PME主要是利用甲酯化作用分解果胶，生成甲醇和多聚半乳糖醛酸[6-7]，生成的多聚半乳糖醛酸进一步在PG的作用下被降解为半乳糖醛酸，引起果实的软化[8-9]。采后冷藏保鲜能有效减缓李果实采后后熟软化进程，但其保鲜期较短，仍需要其他保鲜剂协同调控[10]。
1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）是一种结构相对简单、不具有毒性的生物保鲜剂。据报道，1-MCP可通过抑制乙烯与受体结合来消除乙烯的效应[11]，维持果实的品质[12]。1-MCP对柿果实、芒果和梨等多种水果的采后保鲜有积极作用[13-15]，能有效延缓贮藏期间果实的软化。但1-MCP的保鲜效果存在果实品种、成熟度、使用方法的依赖性，不同果实品种对1-MCP的响应机制也存在差异[16-18]。而对于李果实的保鲜，商业中广泛使用冷藏（0～1 ℃，相对湿度85%～90%）条件延长其贮藏期，1-MCP前处理结合冷藏保鲜对李果实软化的影响研究较少，因此研究1-MCP前处理结合冷藏保鲜对李果实的硬度保持具有重要的现实意义。本实验探讨了5 μL/L 1-MCP预处理对麦李、青脆李和歪嘴李冷藏条件下果实软化的影响，为重庆李果实的贮藏保鲜提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
供试3 种李果实分别为麦李、青脆李和歪嘴李。供试麦李果实（硬度（43.8±0.8）N、SSC（9.07±0.21）%）采于重庆市璧山区；青脆李（硬度（38.2±0.5）N、SSC（9.56±0.26）%）采于重庆市北碚区；歪嘴李（硬度（28.0±0.9）N、SSC（13.17±0.17）%）采于重庆市渝北区。采后剔除病果、伤果、畸果，挑选饱满、色泽光亮、无病虫斑、大小均一、成熟度一致的新鲜成熟果实，用体积分数2%次氯酸钠溶液浸泡2 min，再用自来水冲洗干净，在室温（20～25 ℃）下晾干后备用。
1-MCP 嘉城生物科技有限公司；2,6-二氯酚靛酚、氢氧化钠 北京太平洋科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
UltraScan®PRO色差仪 美国Hunter Lab公司；TA.XTII物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；UV1000紫外-可见分光光度计 上海天美公司；WYT0-80%数显手持式折光仪 成都兴晨光光学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 原料处理
将麦李、青脆李和歪嘴李果实均分别随机分成两组，每组300 个果实。本课题组前期实验中，将李果实分别以不同剂量（0、1、5、10 μL/L）的1-MCP密封熏蒸处理6 h，处理结束后，取出李果实并包装，于0 ℃条件贮藏，观察李果实的腐烂情况，结果发现5 μL/L和10 μL/L 1-MCP处理后的果实采后腐烂率无显著性差异，且均显著优于1 μL/L，考虑经济效益，本实验选择剂量为5 μL/L作为1-MCP处理的剂量。1-MCP处理方法如下：将清洗晾干后的麦李、青脆李和歪嘴李果实置于泡沫箱中，采用剂量为0（对照）、5 μL/L的1-MCP室温下密封熏蒸处理6 h。处理完成后，取出李果实并用聚乙烯膜单果包装，贮藏于0 ℃、相对湿度85%～90%的环境下，每隔10 d取样进行相关指标的测定。
1.3.2 硬度的测定
硬度的测定采用TA.XTII物性测定仪。测定为TPA模式，采用P/50探头沿果实赤道等距离测定3 次。测定参数：预压速率2.00 mm/s，下压速率1 mm/s，压后回升速率2.00 mm/s，回升距离8 cm，触发力值0.1 N，试样受压变形5%。由质地特征曲线得到表征果实硬度的评价参数。每个处理每次测定10 个果实，重复3 次。
1.3.3 果实原果胶和可溶性果胶质量分数的测定
参考Manganaris等的方法测定李果实中的原果胶和水溶性果胶质量分数[19]。以每克样品中生成半乳糖醛的量作为原果胶或可溶性果胶的质量分数。
1.3.4 PME和PG活力的测定
根据Deng Lili等[20]的方法测定PME和PG活力，并略作改动。取李果实果肉2.5 g，加5 mL pH 4.0乙酸缓冲液（含质量分数6% NaCl、0.6%乙二胺四乙酸和1%聚乙烯吡咯烷酮），静置20 min后离心，上清液为酶提取液。取酶液0.1 mL、1%柑橘果胶2 mL，采用0.01 mol/L NaOH溶液滴定，记录反应体系在37 ℃恒温30 min时，维持其pH值始终为7.5所消耗的NaOH溶液的体积，以该条件下每1 h每克鲜样催化果胶释放1 mmol的CH3O-定义为一个PME活力单位（U）。PG活力采用DNS比色法，以每1 h每克鲜样在37 ℃时分解果胶产生1 mg半乳糖醛酸为一个PG活力单位（U）。
1.3.5 a*值的测定
采用UltraScan®PRO色差仪测量[21]。根据CIE Lab颜色空间，以标准白板（L*＝96.22、a*＝6.03、b*＝15.06）为参照物，随机选取果实测定部位测定a*值，每个处理随机选取30 个果实，每个果实取赤道处3 点进行测定，取平均值。
1.3.6 SSC、TA质量分数和VC含量的测定
称取10.0 g新鲜的李果实样品研磨成浆，离心获得澄清的汁液。用手持式折光仪测定SSC。
TA质量分数和VC含量的测定参考曹建康等[22]的方法。TA质量分数的测定以1%酚酞溶液作为指示剂，用已标定的0.1 mol/L NaOH溶液进行滴定。抗坏血酸含量的测定以已标定的2,6-二氯酚靛酚溶液进行滴定，以100 g鲜样品中含有的抗坏血酸的质量表示，单位为mg/100 g。
1.4 数据处理与统计分析
利用Excel 2016软件统计数据、GraphPad Prism 7软件作图，并运用SPSS 17.0软件对数据进行单因素方差分析，利用Duncan’s多重比较进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著。
2 结果与分析
2.1 1-MCP处理对采后李果实硬度的影响

图 1 1-MCP处理对李果实硬度的影响
Fig. 1 Effect of 1-MCP treatment on firmness of plum fruit
如图1所示，在贮藏前，3 个品种李果实采后硬度不同。麦李果实硬度最高，大于40 N；歪嘴李果实硬度最低，小于30 N。3 个品种李果实对照和处理组的硬度均随贮藏时间的延长而下降，5 μL/L 1-MCP处理能极显著延缓李果实硬度下降（P＜0.01）。其中，麦李果实和歪嘴李果实在贮藏第50天时，对照组与处理组果实硬度差异最大，对照组果实硬度分别是处理组果实硬度的40.6%、50.5%；而青脆李果实在贮藏末期（第130天）时，对照组果实硬度是处理组果实硬度的56.5%；歪嘴李在贮藏末期第100天时，对照组果实硬度是处理组的52.9%。5 μL/L 1-MCP处理对麦李、青脆李和歪嘴李果实的贮藏期间硬度的下降均有显著的抑制作用，能一定程度维持3 个品种李果实的硬度。
2.2 1-MCP处理对采后李果中原果胶质量分数的影响

图 2 1-MCP处理对采后李果实原果胶质量分数的影响
Fig. 2 Effect of 1-MCP treatment on protopectin content of plum fruit
如图2所示，随着贮藏时间的延长，对照与1-MCP处理组3 种李果实原果胶质量分数均呈下降趋势，5 μL/L 1-MCP处理能显著延缓3 种李果实的原果胶质量分数下降（P＜0.05）。其中，麦李果实原果胶质量分数在贮藏第40天时差异最大，处理组果实原果胶质量分数是对照组的1.22 倍；青脆李果实原果胶质量分数在贮藏第90天时差异最大，处理组果实原果胶质量分数是对照组的1.60 倍；歪嘴李果实原果胶质量分数在贮藏第100天时差异最大，处理组果实原果胶质量分数是对照组的1.68 倍。说明5 μL/L 1-MCP处理对麦李、青脆李和歪嘴李贮藏期间细胞壁原果胶降解均有抑制效果。
2.3 1-MCP处理对采后李果中可溶性果胶质量分数的影响

图 3 1-MCP处理对采后李果实可溶性果胶质量分数的影响
Fig. 3 Effect of 1-MCP treatment on water-soluble pectin content of plum fruit
如图3所示，随着贮藏时间的延长，3 种李果实可溶性果胶质量分数呈上升趋势，5 μL/L 1-MCP处理显著延缓3 种李果实的可溶性果胶质量分数增加（P＜0.05）。其中，麦李果实可溶性果胶质量分数在贮藏第60天时差异最大，对照组果实可溶性果胶质量分数是处理组果实1.19 倍；青脆李果实可溶性果胶质量分数在贮藏第100天时差异最大，对照组果实可溶性果胶质量分数是处理组果实1.31 倍；歪嘴李果实可溶性果胶质量分数在贮藏第70天时差异最大，对照组果实可溶性果胶质量分数是处理组果实1.40 倍。说明5 μL/L 1-MCP处理减缓歪嘴李贮藏期间细胞壁可溶性果胶生成效果最优，青脆李次之，麦李最差。
2.4 1-MCP处理对采后李果实PG活力的影响
如图4所示，整个贮藏期间，对照与1-MCP处理组3 种李果实PG活力均呈上升趋势，5 μL/L 1-MCP处理3 种李果实的PG活力上升速率显著减缓（P＜0.05）。其中，麦李果实PG活力在贮藏第20天时差异最大，对照组果实PG活力是处理组果实1.91 倍；青脆李果实PG活力在贮藏第80天时差异最大，对照组果实PG活力是处理组果实的1.87 倍；歪嘴李果实PG活力在贮藏第80天时差异最大，对照组果实PG活力是处理组果实1.69 倍。说明5 μL/L 1-MCP处理对延缓歪嘴李果实贮藏期间PG活力上升的效果最好，其次是青脆李。

图 4 1-MCP处理对采后李果实PG活力的影响
Fig. 4 Effect of 1-MCP treatment on polygalacturonase activity of plum fruit
2.5 1-MCP处理对采后李果实PME活力的影响


图 5 1-MCP处理对采后李果实PME活力的影响
Fig. 5 Effect of 1-MCP treatment on pectin methylesterase activity of plum fruit
图5为整个贮藏过程中3 种李果实PME活力变化情况。5 μL/L 1-MCP处理能有效降低麦李果实的PME活力。其中，麦李和青脆李果实PME活力均在贮藏第70天时差异最大，对照组果实PME活力分别是处理组果实的1.59 倍和2.39 倍；在贮藏第70天时，歪嘴李对照组果实PME活力是处理组果实的1.55 倍；在贮藏末期，对照组歪嘴李果实PME活力和处理组之间无显著差异（P＞0.05）。
2.6 1-MCP处理对采后李果实其他品质的影响



图 6 1-MCP处理对采后李果实a*值（A）、SSC（B）、TA质量分数（C）及VC含量（D）的影响
Fig. 6 Effect of 1-MCP treatment on a* value (A), SSC (B), TA (C) and VC (D) content of plum fruit
如图6A1～A3所示，在贮藏过程中，对照和1-MCP处理组的3 种李果实a*值均不断上升。5 μL/L 1-MCP处理显著延缓了贮藏期间a*值的增加。5 μL/L 1-MCP处理延缓青脆李果实a*值上升的效果最优，其次是歪嘴李，最后是麦李。
如图6B1～B3所示，在贮藏期间，麦李和青脆李果实SSC呈现先增加后降低的趋势，而歪嘴李果实不断降低。5 μL/L 1-MCP处理对3 种李果实SSC的下降具有延缓作用。对于麦李果实，对照组SSC在贮藏前30 d迅速增加，随后迅速下降；5 μL/L 1-MCP处理组在贮藏40 d后SSC极显著高于对照组（P＜0.01）。对于青脆李果实，对照组在贮藏前20 d迅速上升，随后迅速下降；在贮藏40 d后，5 μL/L 1-MCP处理组果实SSC显著高于对照组（P＜0.05）。对于歪嘴李果实，对照组和处理组SSC均随贮藏期的延长而下降，5 μL/L 1-MCP处理组SSC显著或极显著高于对照组。
如图6C1～C3所示，在贮藏过程中，对照和1-MCP处理组3 种李果实TA质量分数均持续下降，5 μL/L 1-MCP处理能一定程度延缓贮藏中后期麦李果实和贮藏中期青脆李果实TA质量分数的降低。但在整个贮藏期间，1-MCP处理组3 种李果实TA质量分数与对照组相比无显著性差异。
如图6D1～D3所示，在贮藏30 d后，5 μL/L 1-MCP处理组麦李及青脆李果实VC含量极显著高于对照组（P＜0.01）。在整个贮藏期间，5 μL/L 1-MCP处理组歪嘴李果实VC含量极显著高于对照组（P＜0.01）。
3 讨 论
李果实的后熟过程伴随着品质相关指标的变化，包括硬度降低、果实软化、SSC、VC含量、色泽等的变化[23-24]，而李果实采后硬度下降、质地变软是限制其长期贮藏的主要因素。有效的采后处理能够维持李果实较高的果实硬度，延长货架期，从而提高李果实的经济价值，如100 mg/L的氨基乙氧基乙烯基甘氨酸处理能延缓李果实软化、色泽变化等[25]。研究发现，1 000 nL/L 1-MCP处理结合0 ℃贮藏能有效保持‘Royal Zee’李果实的硬度，且将贮藏期延长至30 d，并维持果实色泽及SSC[26]，不诱发果实冷害[27]。在本研究中，对照组麦李、青脆李和歪嘴李果实随着贮藏时间的延长果实软化严重，而5 μL/L的1-MCP前处理结合0 ℃冷藏对果实硬度的下降有显著的抑制作用。有研究发现1 μL/L 1-MCP对大枣作用类似，能保持大枣的硬度、VC含量、SSC等品质指标[28]。
软化是果实在成熟及衰老过程中的典型特征，伴随一系列的生理变化，包括呼吸强度增加，细胞壁降解酶活性升高，果实细胞壁结构物质的降解等[29-30]。因此，果实软化与多种细胞壁降解酶参与的细胞壁物质降解过程有关。研究发现，苹果在贮藏过程中果实硬度下降、质地变软，伴随着细胞壁降解酶活性升高，原果胶含量下降及可溶性果胶含量上升[31]。本研究中，随着贮藏时间的延长，PG活力不断升高，PME活力不断下降，且5 μL/L 1-MCP处理组PME、PG活力始终显著低于对照组，说明1-MCP处理降低细胞壁降解酶活力。Hou Yuanyuan等[32]也发现，杏果实经过1-MCP处理后PG和PME活力及其基因表达量低于对照组。Lin Yifen等[33]研究发现经纸片型1.2 μL/L的1-MCP处理后，油㮏李果实在贮藏期间果胶酯酶、PG、纤维素酶及β-半乳糖苷酶的活性低于对照组，细胞壁物质纤维素、半纤维素、共价结合果胶含量高于对照组，因此1-MCP处理延缓了李果实的软化进程，保持了果实硬度。在本研究中也得到类似结果，在贮藏过程中，3 种李果实的原果胶不断被分解，而5 μL/L 1-MCP处理组原果胶含量显著高于对照组，而水溶性果胶含量低于对照组，说明1-MCP可能降低PME和PG活力，延缓细胞壁物质的分解，来维持果实细胞壁物质的结构，延缓果实硬度下降。
贮藏期李果实的重要感官品质除了硬度之外，适当的红绿程度、果实中SSC、TA质量分数及VC含量也是衡量果实成熟度及新鲜度的重要指标。研究发现，1-MCP处理可将梨、猕猴桃、樱桃和大枣的TA含量维持在较高水平，在一定程度上抑制果实的品质劣变，延长其货架期[28,34]。本实验结果也表明，5 μL/L的1-MCP处理能一定程度上延缓a*值的升高，抑制3 个品种李果实的转红；延迟3 种不同重庆李的SSC、TA质量分数及VC含量减少，维持其良好的贮藏品质。
综上，5 μL/L 1-MCP处理结合0 ℃冷藏能降低PME及PG活力，延缓原果胶质量分数的减少及可溶性果胶的生成，从而延缓李果实贮藏过程中硬度下降；同时一定程度上延缓李果实转红及品质下降。因此，5 μL/L的1-MCP熏蒸处理结合0 ℃冷藏保鲜能够在一定程度上维持重庆3 种李果实贮藏品质，保持其商品价值。
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Effect of 1-Methylcyclopropene Treatment on Firmness Change of Postharvest Plum Fruit and Underlying Mechanism
CHEN Ou1, WU Xueying1, DENG Lili1,2, ZENG Kaifang1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China;2. Food Storage and Logistics Research Center, Southwest University, Chongqing 400715, China)
Abstract: In order to investigate the firmness change of plum fruit after 1-methylcyclopropene (1-MCP) treatment, three native plum cultivars in Chongqing (‘Mai’, ‘Qingcui’ and ‘Waizui’) were treated with 1-MCP at 5 μL/L for 6 h at room temperature, and then stored at 0 ℃. Changes in firmness, substances and enzyme activities related to firmness and other fruit quality attributes during storage were measured. Results showed that 5 μL/L 1-MCP treatment could effectively inhibit the reduction in protopectin and the formation of water-soluble pectin, repress the activity of pectin methylesterase and polygalacturonase, and slow the increase in a* and the decrease in soluble solids content (SSC), titratable acidity (TA),vitamin C content and fruit firmness. These results preliminarily revealed the underlying mechanism by which 1-MCP treatment could delay the decline of firmness, which will provide a theoretical basis for hardness and quality maintenance in postharvest plum fruit.
Keywords: plum fruit; 1-methylcyclopropene; pectin; firmness; quality
引文格式：2019-07-17
基金项目：重庆市技术创新与应用发展专项重点项目（cstc2019jscx-dxwtBX0027）
第一作者简介：
陈鸥（1994—）（ORCID: 0000-0002-7658-1556），女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。
E-mail: 13308345660@163.com
*通信作者简介：曾凯芳（1972—）（ORCID: 0000-0003-3122-8852），女，教授，博士，研究方向为农产品贮藏工程。E-mail: zengkaifang@163.com
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190717-235
中图分类号：TS255.36
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2020）03-0185-07
引文格式：陈鸥, 吴雪莹, 邓丽莉, 等. 1-甲基环丙烯处理对采后李果实硬度变化的影响机制[J]. 食品科学, 2020, 41(3): 185-191.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190717-235. http://www.spkx.net.cn
CHEN Ou, WU Xueying, DENG Lili, et al. Effect of 1-methylcyclopropene treatment on firmness change of postharvest plum fruit and underlying mechanism[J]. Food Science, 2020, 41(3): 185-191. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190717-235. http://www.spkx.net.cn