劉建志,楊曉清,杜亞楠

(內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院,內蒙古呼和浩特 010018)

蜜瓜具有較高的含糖量,含有豐富的氨基酸、有機酸、鈣、鐵、維生素等營養(yǎng)物質,深受人們喜愛,素有“瓜中之王”的美稱,是世界十大水果之一。蜜瓜是中國西北地區(qū)的代表特色果品,也是內蒙古地區(qū)重要的經濟作物。但是由于產地遠離經濟發(fā)達的北京、上海等城市和東部沿海港口,因此往往要經歷長途運輸?shù)竭_主消費區(qū)[1]。運輸過程中的振動會引起果實的生理變化,導致呼吸強度增加,內部軟化,最終引起果實品質衰變,貨架期縮短,造成嚴重的經濟損失[2-3]。蜜瓜不耐儲,屬于呼吸躍變型果實,并且具有明顯的粘彈性,成熟后的蜜瓜保藏時間約15 d左右。厚皮蜜瓜因其皮厚、空腔結構和單果質量大等特點,在運輸過程中造成的損傷不易及時表現(xiàn)出來,但在貯藏中逐漸表現(xiàn)為果實的口感下降、質地等衰變的延遲損傷。

據(jù)統(tǒng)計,由于運輸過程中的機械損傷造成的果蔬的爛損率達30%[4-6],而運輸中的振動是造成果蔬損失的主要因素[7-8]。目前,國內外對果蔬貯運過程中的機械損傷都有一定的研究,且各有側重。如對果蔬建立數(shù)學模型和通過模擬運輸研究對果蔬生理變化的影響等。Jarimopas等[9]研究了塑料筐中柑橘在實際運輸振動條件下的損傷特性。Cherng[10]利用有限元法對哈密瓜的振動變形進行了理論分析。Van等[11]通過離散元素法研究了箱裝蘋果不同層次的損傷與振動頻率、加速度和堆積高度的關系。劉翔等[12]研究了甜瓜質構分析(TPA)的測試參數(shù),與感官評價進行了顯著性分析,得出TPA測試的最佳參數(shù)。曾媛媛等[13]模擬了半掛車運輸中振動對哈密瓜貯存期內品質的影響,發(fā)現(xiàn)振動加快哈密瓜呼吸速率和丙二醛的產生?？稻S民等[14]通過模擬3自由度振動實驗,研究了塑料箱裝梨下各方向振動的加速度傳遞率及振動頻率對梨的損傷影響。黃祥飛等[15]對梨進行了振動掃頻和模擬了多種工況下運輸振動實驗,發(fā)現(xiàn)梨的振動響應具有非線性特征,并獲得了梨果實振動損傷體積與振動時間的關系式及提出了考慮振動時間影響的梨粘彈性蠕變模型。劉林林等[16-17]利用振動臺模擬梨運輸,發(fā)現(xiàn)低頻最不利于梨的運輸,并且相同頻率下加速度越大梨的損傷越大。袁成龍等[18]利用TPA測試,研究了兩種品種的桃在采后不同貯藏時間的質地變化,探究了貯藏時間內果肉硬度、粘性和咀嚼性的變化。程旭研等[19-20]究發(fā)現(xiàn)加速度傳遞率隨振動時間的增加而增加,并且通過掃頻實驗獲得了不同硬度蜜瓜的共振頻率。目前,前人主要研究了運輸過程中振動方式、振動頻率、振動加速度對果實生理的影響等,并且研究對象主要為蘋果、梨、杏[21]和桃[22]等薄皮且易損傷果實,品種比較單一,而對振動后果實的品質變化研究較少。

本實驗在借鑒前人研究的基礎上,模擬道路運輸,探究不同振動頻率對蜜瓜內在品質的影響,從而反映其不易察覺的內部損傷,應用質地多面分析(TPA)測試法,反映不同振動頻率處理后的蜜瓜在貯藏期內質地、組織結構等變化,從而反映不同振動頻率對蜜瓜的損傷大小,為蜜瓜采后合理包裝運輸提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蜜瓜(金紅寶) 非網(wǎng)紋狀厚皮厚皮甜瓜亞種,選擇大小相似,無病蟲害,無損傷,質量在1.0～1.25 kg,硬度在4.7～5.33×105Pa的同一批蜜瓜,產于內蒙古巴彥淖爾市。

SW-TFA電磁振動實驗機 深圳市盛世威實驗設備工廠;TA.XT.Plus物性測試儀(質構儀) 英國Stable Micro Systems公司;DDSJ-318電導率儀 上海儀電科學儀器股份有限公司;SMARTe-500一體化數(shù)碼顯微鏡 重慶奧特光學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 振動實驗 由于運輸過程中以低頻、垂直振動為主,并且主要在20 Hz左右以下[13],因此實驗分別選取6、9、12、15、18、24 Hz為實驗的振動頻率,振動加速度均為0.6 g,對蜜瓜進行1 h的振動處理。將蜜瓜上下果梗視作兩極,中間最長圓周作為赤道處。模擬實際運輸?shù)淖龇?果實果梗水平放置。每個頻率下設置8組,每組3個蜜瓜。振動后室溫(25±1) ℃貯藏。每隔1 d對每組樣品采用取樣器取出Φ2 cm×2 cm的圓柱果肉,每個蜜瓜樣品取3個采樣點,采樣點為蜜瓜與振動臺接觸處的中心赤道處,取出樣品后,使用物性測試儀分別測試儲藏期內第1、3、5、7、9和11 d的TPA參數(shù)。

1.2.2 質構儀質地多面分析(TPA)的測定方法 根據(jù)劉翔等[12]研究發(fā)現(xiàn),壓縮速度為 1 mm·s-1、壓縮程度為 30% 時 TPA 質構參數(shù)與感官評價均具有顯著或極顯著的相關性,相關系數(shù)最高,因此實驗中選擇1 mm·s-1的壓縮速度和30%的壓縮程度作為甜瓜果實TPA質構實驗的測試條件,并使用P/100探頭,兩次壓縮中間時間間隔為5s,觸發(fā)力為5 g。每組取5個圓柱果肉樣測試,對所得數(shù)據(jù)分別取平均值。蜜瓜果肉TPA典型質地特征曲線如圖1所示[12]。

圖1 蜜瓜果肉TPA典型質地特征曲線Fig.1 Analysis of TPA test for muskmelon flesh

式中:P0是去離子水的初始電導率值(μs/cm);P1是活組織提取液的電導率值(μs/cm);P2是組織被殺死后的提取液電導率值(μs/cm)。

1.2.4 顯微鏡細胞觀察 選取儲藏第3 d時的對照組(CK)和6Hz振動處理組的蜜瓜進行顯微鏡細胞觀察,使用雙刃刀片在蜜瓜與振動臺接觸處的果肉上切取薄片于載玻片上,并使用中性紅染色,使用10(目鏡)×40(物鏡)的顯微鏡觀察。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007和Origin 2016進行數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2 結果與分析

2.1 6 Hz頻率振動后和對照組蜜瓜TPA測試圖

以6 Hz的TPA測試圖為例(圖3),與對照組(CK)(圖2)進行對比分析可得,振動處理過的蜜瓜的TPA測試圖變化明顯,蜜瓜經過振動處理后第一次壓縮的峰值有所變化,貯藏期內的峰值小于對照組的峰值。

圖2 對照組(CK)貯藏期內TPA變化圖Fig.2 Control group TPA change map

圖3 6 Hz振動處理蜜瓜貯藏期內TPA變化圖Fig.3 6 Hz vibration TPA change map

2.2 蜜瓜振動后貯藏期間TPA參數(shù)硬度的變化

硬度是指果肉在外力作用下使其發(fā)生變形所需的外力,反映在質地特征曲線上為第一次壓縮中的最大值[12]。從圖4可以看出,蜜瓜經過振動處理后,貯藏期內蜜瓜硬度下降明顯,出現(xiàn)不同程度的軟化現(xiàn)象,第3 d后硬度下降迅速。在第5 d時,與CK組硬度相比,24和18 Hz振動的蜜瓜的果肉硬度分別下降9%和17%,15和12 Hz分別下降的24%和29%,而6和9 Hz下降了47%左右。從貯藏期內硬度變化可以看出,振動加快了蜜瓜的軟化過程,降低了貯藏時間,不利于蜜瓜貯藏。有研究表明,果實在貯藏過程中的軟化主要是由于細胞中的膠層結構發(fā)改變,使細胞間分離和細胞壁物質降解引起的細胞壁結構破壞的結果[24-25]。分析原因可能是由于振動的反復作用而產生物理性和生理損傷,使細胞液粘滯流動和導致細胞間的相對滑移趨勢,導致果肉細胞的損傷、細胞液外滲和細胞間不再緊密結合。吳芳等[21]研究了振動對杏細胞壁等物質的影響,發(fā)現(xiàn)振動導致多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纖維素酶(Cx)和β-葡萄糖苷酶活性和可溶性果膠含量的增加,加快原果膠和纖維素的分解,加快了果實硬度的下降和軟化。

圖4 貯藏期間果肉硬度變化Fig.4 Comparison of changes hardness during storage

2.3 蜜瓜振動后貯藏期間TPA參數(shù)彈性的變化

彈性是指蜜瓜果肉經第一次壓縮變形后,在去除外加作用力的情況下所能回復的程度,反映在質地特征曲線上為第二次樣品壓縮回復高度(長度2)與第一次壓縮變形量(長度1)的比值來表示[12]。蜜瓜果肉的彈性可以反映細胞膨壓強度,側面反映振動對蜜瓜果肉的損傷。從圖5可以看出,貯藏期內蜜瓜果肉的彈性隨著貯藏時間的增加而降低。與對照組相比,振動處理的蜜瓜的彈性明顯低于對照組(p<0.05),而經6和9 Hz振動的蜜瓜果肉的彈性降低最明顯(p<0.05)。從圖中還可以看出,彈性在后期有回升增大現(xiàn)象,可能因細胞失去一部分組織液使彈性有所增加。彈性變化的原因可能是振動導致一部分細胞損傷破裂和一部分細胞的細胞膜損傷使細胞液外滲,膨壓降低,以及振動導致細胞間的結合力降低[21]。

圖5 貯藏期間果肉彈性變化Fig.5 Comparison of elasticity during storage

2.4 蜜瓜振動處理后貯藏期間TPA參數(shù)內聚性的變化

內聚性是指咀嚼蜜瓜果肉時,果肉抵抗牙齒咀嚼破壞而表現(xiàn)出的內部結合力,可以反映細胞間結合力的大小,在質地特征曲線上為兩次壓縮所做的正功之比,即第二次壓縮的峰面積(面積2)與第一次壓縮的峰面積(面積1)之比[12]。從圖6可以看出,與對照組相比,振動過的蜜瓜的內聚性要低,而6和9 Hz變化最為明顯,且顯著低于其他組(p<0.05)。可能是由于振動導致酶活性的增加,促進了果膠的分解,使細胞間的結合力減弱[21-22]。

圖6 貯藏期間果肉內聚性變化Fig.6 Change of cohesiveness during storage

2.5 蜜瓜振動處理后貯藏期間TPA參數(shù)咀嚼性的變化

咀嚼性為硬度、內聚性和彈性三者的乘積,它綜合反映了果肉對咀嚼過程所產生外力的持續(xù)抵抗作用[12]。從圖7可以看出,隨著貯藏期的增加,果肉的咀嚼性降低,而振動處理過的蜜瓜的咀嚼性明顯低于對照組(p<0.05)。低頻6和9 Hz的咀嚼性下降最大,而且下降迅速,而高頻24 Hz的咀嚼性降低相對較低,24 Hz第5 d時咀嚼性比對照組下降4.5%左右,12、15、18Hz咀嚼性下降30%～45%,6和9 Hz下降64%左右。分析原因可能是由于振動的反復作用導致果實的機械損傷和生理變化,導致果實內部細胞的損傷,果膠分解,呼吸作用增加等生理變化[22-23],從而導致了硬度降低,內聚性和彈性減弱,最終反映出果實咀嚼性的降低。李玲等[22]通過振動脅迫蟠桃果實,發(fā)現(xiàn)振動會加速蟠桃軟化。

圖7 貯藏期間果肉咀嚼性變化Fig.7 Change of chewiness during storage

2.6 振動對蜜瓜細胞膜滲透率的影響

通過電導率法測定細胞膜滲透率,以此評價細胞膜的完整性。從圖8可以看出,細胞膜的相對電導率隨著貯藏時間的增加而增大,振動后蜜瓜的細胞膜滲透率比對照組蜜瓜的上升快,頻率較小的6和9 Hz振動的蜜瓜細胞膜滲透率比頻率較高振動下的細胞膜滲透率要大。根據(jù)頻率與振幅、加速度的關系公式:a=4π2f2d,分析可能是由于頻率較低時振幅增大,沖擊力作用明顯,又由于蜜瓜自身質量較大,在振動的反復作用導致蜜瓜的機械損傷,使蜜瓜果肉的細胞膜損傷。管暉等[3]對蜜瓜進行的振動實驗中也表明振動作用導致蜜瓜細胞膜滲透率的增加。細胞膜滲透率的增加會導致細胞失水,硬度、彈性和咀嚼性的降低,與質構測試的硬度、彈性和咀嚼性對比可以看出,果肉的硬度、彈性和咀嚼性確實降低了,但在11 d時質構參數(shù)趨于穩(wěn)定,但細胞膜滲透率還有較大變化,分析可能后期細胞膜滲透率的改變對果肉力學特性應用減小,在測試儀器上不在那么明顯導致,從而說明細胞膜滲透率后期的改變可以從一定程度上解釋質構特性的改變。

圖8 分別采用不同頻率振動作用后蜜瓜細胞膜滲透率的變化Fig.8 Changes of cell membrane permeability of hibernating muskmelon after vibration

2.7 蜜瓜果肉細胞顯微鏡觀察

實驗選取對質構特性影響較大的6 Hz振動頻率對果實進行細胞顯微鏡觀察,如圖9所示。對蜜瓜果實在6 Hz下振動處理,由于剛剛振動后的果實的變化不是即時的,因此對其進行儲藏,在第3 d時再顯微鏡觀察果肉細胞,同時與第3 d時的空白對照組(CK)對比。通過觀察可以看出,對照組兩張顯微鏡觀察的細胞圖片中果肉細胞飽滿,緊密連接,而經過6 Hz振動處理過的蜜瓜果肉細胞分離不再緊密相連,細胞不再飽滿,細胞液流失現(xiàn)象。從而也可以解釋果肉的硬度、彈性和內聚性的降低。

圖9 振動后貯藏第3 d時果實細胞顯微鏡觀察對比(400×)Fig.9 Microscopic observation of the fruit cells(400×)

3 結論

經振動作用后的蜜瓜在貯藏期內其果肉的細胞膜滲透率呈增長趨勢且大于對照組(p<0.05),振動導致果實細胞損傷,細胞液外漏萎蔫。振動處理后的蜜瓜貯藏期內蜜瓜的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均低于對照組(p<0.05),上述情況在低頻振動后表現(xiàn)更為明顯,6和9 Hz時對蜜瓜細胞膜的損傷較大,以及其硬度、彈性、內聚性和咀嚼性明顯要低于對照組(p<0.05)。

實驗研究了不同頻率的振動對蜜瓜品質的影響,發(fā)現(xiàn)不同頻率的振動對蜜瓜的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性影響不同,其中6和9 Hz的振動對蜜瓜品質影響最大,但對蜜瓜進行緩沖包裝,如瓦楞紙箱包裝,泡沫包裝等情況下的振動研究還需進一步的研究。

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