桃品种间质地、水分及细胞壁组分的比较

彭 勇 ,陈义伦,王庆国,石晶盈,彭福田,冀成法,张小燕

(1.山东农业大学 食品科学与工程学院，山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，山东泰安 271018；2.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018；3.山东新时代药业有限公司，山东临沂 273400)

桃子栽培面积广、营养丰富，是深受人们喜爱的水果之一。然而，桃果实在成熟过程中，果肉质地发生变化，硬度下降，贮藏期变短，是制约桃产业可持续发展的关键问题。根据桃果肉质地的不同，桃通常可分为软溶质、硬溶质、肉不溶质三大类，软溶质桃成熟过程中迅速软化，硬溶质桃成熟过程中能保持较高硬度，但成熟后也易于变软，肉不溶质桃在成熟时硬度不发生变化，且果肉具有韧性[1-2]。在北方晚熟桃品种中，‘肥城桃’采后容易变软，贮藏期短，属于软溶质桃，而‘中华寿桃’‘青州蜜桃’‘蟠桃’(‘瑞蟠21’)采后软化进程慢，属于硬溶质桃。从桃贮藏保鲜的角度来讲，系统研究桃品种间质地差异有着重要的现实意义。

桃果肉质地变化与细胞壁组分的降解和相关代谢酶的活性密切相关[3-5]，研究表明‘双久红’和‘川中岛白桃’果肉贮藏期间硬度变化与原果胶、纤维素质量分数呈极显著正相关，而与可溶性果胶、多聚半乳糖醛酸酶活性、纤维素酶活性呈极显著负相关[6]。阚娟等[3]研究表明，不同溶质桃果实硬度差异较大，随着果实硬度的下降，软溶质的‘雨花3号’桃果实乙烯释放量明显增加，而硬溶质的‘加纳岩’桃果实乙烯释放量很低，且一直保持较高的硬度。进一步的研究发现桃果实软化与乙烯生物合成相关酶、多聚半乳糖醛酸酶等的基因编码密切相关[4,7]。罗川等[8]研究表明，α-甘露糖酶活性高低可能影响桃果实的耐贮性。然而，这些研究多集中于果实软化过程中细胞壁组分、相关代谢酶活性、乙烯等激素的变化，对于果实软化过程中果实内部水分膨压的变化以及水分的存在状态研究较少。

低场核磁共振是一种有效的无损检测技术，可从微观角度阐释样品内部水分的变化规律，许多学者研究其在玉米、胡萝卜、蓝莓和苹果上的应用效果，发现低场核磁共振技术可以衡量果蔬干燥或贮藏阶段果实内部水分状态和分布的变化规律[9-12]，然而，低场核磁共振用于检测桃果实贮藏期间品质变化的报道较少[13]。并且，对于桃果肉采后质地、细胞壁组分与果实内部水分之间的相互关系还未见报道。从桃贮藏保鲜的角度来讲，系统研究桃品种间质地差异有着重要的现实意义。为此，本研究拟从桃果实品种间的质地差异入手，利用生物力学、核磁共振影像、理化分析等手段结合皮尔森相关性分析，探索不同桃品种果实质地力学、水分状态、细胞壁组分等之间的差异和相互关系，明确桃贮藏期间力学、水分和细胞壁组分等的变化规律。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验用不同品种桃均按照各自的生理成熟期进行采样，选取果实九成熟时采摘，为生产上的最佳采收时间。‘肥城桃’(‘红里桃’)于2017年9月1日采自肥城市桃园镇管理标准的桃园基地；‘蟠桃’(‘瑞蟠21’)和‘中华寿桃’于9月20日采自山东农业大学果树试验站，‘青州蜜桃’于2017年10月20日采自青州市。各品种桃果实均符合商业采收标准，采收后快速运输至山东农业大学食品科学与工程学院贮藏保鲜冷库，选取大小一致、无病虫害的果实立即进行各指标的测定。测定时随机分成2组，一组用于果实质地和水分的测定，一组液氮速冻，-40 ℃保存，测定细胞壁组分，保证用于细胞壁组分测定的果实取样部位和质地取样部位一致。

‘肥城桃’贮藏试验：将2017年9月1日采收的‘肥城桃’置于20 ℃条件下贮藏，分别于第0、5、10天时取样测定。

1.2 仪器与设备

TA-XT2物性测试仪，英国SMS公司；NMI20-Analyst核磁共振分析仪，上海纽迈电子科技有限公司；-80 ℃超低温冰箱，中科美菱低温科技有限责任公司；TU-1810紫外分光光度计，上海普析通用仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 果实质地分析 参考Hu等[9]和杨玲等[14]的方法，每个品种每次测定取20个桃果实，在赤道面的部位进行打孔处理，制备成直径8 mm，高度10 mm的圆柱体作为试验对象，每个桃子赤道对立面取2个圆柱体，采用物性分析仪(TA-XT2)P/75探头(直径为75 mm)进行TPA试验。测试参数如下：测前速度5 mm·s-1，测试速度1 mm·s-1，测后上行速度5 mm·s-1，果实受压变形为50 %，2次压缩停顿时间为5 s，触发力为5.0 g。由质地特征曲线得到桃果实脆度、硬度、粘附性、弹性、内聚性、咀嚼性和回复性等质地参数。

1.3.2 果实水分测试 参考邵小龙等[10]的方法，将桃果实用手术刀切成10 mm长、10 mm宽、5 mm厚的薄片放入样品管中，为保证测试数据的可靠性，每次测定20个桃子，每个桃子取赤道部位对立面测定2次。利用核磁共振成像仪软件中的多脉冲回波序列CPMG(Carr purcell meiboo m-gill)测定样品中的横向弛豫时间(T2)，参数设定为频率21.0 MHz，90°脉宽12.0 μs，180°脉宽22.0 μs，半回波时间305 μs，累加采样次数8次。测定完后，反演得到T2反演谱，分析各组分T2弛豫时间，并计算弛豫强度和各组分的比例(M2)。

1.3.3 果实细胞壁组分的提取、分离与测定 细胞壁物质的提取和分离参考Brummell等[15]和茅林春等[16]的方法略有改进，准确称取一定量的样品，加10 mLφ=80%乙醇水浴20 min，冷却后 8 000 r·min-1离心10 min，弃上清，再用20 mLφ=80%乙醇和丙酮各清洗2次，得到粗细胞壁，然后用15 mLφ=90%的二甲亚矾浸泡15 h，离心去上清，然后在45 ℃干燥至恒量，称量即得细胞壁物质，试验作3组平行。

称取烘干的细胞壁物质50 mg，按以下步骤依次提取不同成分：用10 mL浓度为50 mmo1·L-1乙酸钠(pH 6.5)提取得到水溶性果胶(WSP)；用10 mL浓度为50 mmo1·L-1CDTA和乙酸钠(pH 6.5)提取离心得到离子结合型果胶(ISP)；用10 mL浓度为50 mmol·L-1的Na2CO3(含浓度为2 mmo1·L-1的CDTA)提取得到共价结合型果胶(CSP)；以浓度为 4 mol·L-1的KOH(含ρ=10 g·L-1NaBH4)振荡提取5 h，得到半纤维素，最后离心所剩沉淀为纤维素。

参照韩雅珊[17]的方法，果胶质量分数用咔唑比色法，在波长530 nm下测定吸光度。半纤维素和纤维素质量分数用蒽酮比色法测定620 nm波长下的吸光度，以每克样品中还原糖的质量表示半纤维素和纤维素质量分数。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行计算和作图，结果以“平均值±标准差”来表示，使用SPSS 17.0统计软件进行皮尔森相关性分析，用Duncan’s 多重比较法进行数据差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种桃果肉的质地、水分和细胞壁组分

2.1.1 质地特性 由表1可以看出，桃品种间质地性状差异很大，从脆度和硬度来看，以‘蟠桃’脆度和硬度最大，分别为37.82 N和43.48 N，其次为‘青州蜜桃’和‘中华寿桃’，‘肥城桃’的脆度和硬度最低，仅为17.53 N和25.30 N，这可能与不同品种桃的肉质特性有关，软溶质的桃通常有着较低的硬度[1]。弹性为样品经过第1次压缩后能够再恢复的程度[14,18]，从弹性来看，‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’均有较高的弹性，显著(P<0.05)高于‘蟠桃’和‘肥城桃’。粘附性为克服果肉表面同探头表面接触之间的吸引力所需要的能量，粘附性以‘蟠桃’较高，依次为‘肥城桃’‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’。内聚性是咀嚼时果肉表现出来的内部收缩力，具有使果肉保持完整性的能力，从4个桃品种比较来看，‘肥城桃’的内聚性最高，表明‘肥城桃’细胞间结合力最强。咀嚼性为硬度、弹性和内聚性的乘积，反映牙齿咀嚼果肉至稳定状态时所需要的能量[14]，咀嚼性以‘蟠桃’最高，显著(P<0.05)高于‘肥城桃’‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’，而‘肥城桃’‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’间差异不显著。回复性反映果肉受到外界挤压后迅速恢复的能力，回复性以‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’两者较高，显著高于‘肥城桃’和‘蟠桃’。

表1 不同品种桃果肉的质地参数Table 1 Textural parameters of flesh in different peach cultivars

注：同一栏不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note: The different lowercase letters in the same column mean significant difference (P<0.05). The same below.

2.1.2 水分特性 从表2可以看出，‘蟠桃’的T20和T21弛豫时间较短，其中T20显著低于其他3种桃，表明‘蟠桃’内部结合水与细胞壁结合最紧密，而‘蟠桃’的T23弛豫时间最长，表明其细胞内自由水流动性最强，这和‘蟠桃’质地硬度和脆度均较大相一致。而‘肥城桃’T22和T23弛豫时间均较短，反映出‘肥城桃’内部水分流动性差。

表3反映了不同品种桃果肉内部各弛豫组分所占的比例，可以看出，各弛豫组分所占比例不同，以‘肥城桃’果肉M21所占比例最低、M23所占比例最高，表明‘肥城桃’内部结合水较少，而自由水较多。对于其他3种桃子，‘蟠桃’果肉M21所占比例最高、M23所占比例最低，‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’的M20所占比例较高，表明‘蟠桃’‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’中结合水较多。

综合T2和M2两个指标来看，‘蟠桃’内部结合水较少，且与果肉结合最紧密(T20和M20)，而自由水流动性强(T23和M23)。‘肥城桃’内部水分与果肉结合较紧密，自由水多但流动性差。‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’内部结合水多，与果肉结合力较弱，而自由水的多少及流动性介于‘肥城桃’和‘蟠桃’之间。

表2 不同品种桃果肉的T2弛豫时间Table 2 T2 relaxation time of flesh in different peach cultivars ms

2.1.3 细胞壁组分 桃果实质地与细胞壁组分的质量分数密切相关，表4显示不同品种桃果肉细胞壁组分的质量分数。结果显示：‘蟠桃’果实中可溶性果胶质量分数最高，显著(P<0.05)高于其他品种桃果实，而‘肥城桃’果实可溶性果胶质量分数最低，显著低于其他3种桃。离子结合型果胶和共价结合型果胶可通过离子键结合于细胞壁[15]，从表4可以看出，离子结合型果胶以‘青州蜜桃’质量分数最高，‘肥城桃’质量分数最低，而共价结合型果胶以‘蟠桃’质量分数最高，‘肥城桃’质量分数最低。从半纤维素和纤维素质量分数来看，‘肥城桃’果实中半纤维素和纤维素质量分数显著低于其他3种桃果实，以‘青州蜜桃’半纤维素和纤维素质量分数最高，这可能与桃品种间细胞壁结构的差异性和果实成熟过程中细胞壁多糖降解的时序性有关，因为细胞壁多糖降解相关酶在不同桃品种间发挥作用的时间存在差异[19]。

表3 不同品种桃果肉中各弛豫组分所占比例Table 3 Rate of relaxation component in flesh of different peach cultivars %

表4 不同品种桃果肉的细胞壁组分Table 4 Cell wall component in flesh of different peach cultivars

2.1.4 相关性分析 由表5可以看出，桃果肉质地参数与水分状态和细胞壁组分都有一定的相关性。从质地参数来看，桃果肉硬度与脆度、粘附性和咀嚼性呈显著正相关，R值分别为0.890、 0.443和0.695，而弹性与回复性呈显著正相关，与粘附性和内聚性呈负相关。粘附性与内聚性、咀嚼性呈正相关，与回复性呈负相关。袁成龙等[20]对‘双久红’和‘川中岛白桃’两个品种桃果实质地分析后发现，桃果实硬度与黏性和咀嚼性存在极显著正相关，这与本研究的结果是相似的，但是果实弹性与内聚性没有相关性，与本研究结果不一致。水果种类和品种显著影响果实质地性能[21]，本研究相关性分析综合4种桃果实的质地参数，这可能是导致相关性出现差异的主要原因。从弛豫时间来看，T22与 T21呈显著正相关(R值0.601)、T20和T23呈正相关，但T23与T20和T21没有相关性，表明水分状态之间的相互转变主要是通过结合水、半结合水和自由水逐步进行的，其中半结合水起纽带作用。从细胞壁组分的相关性来看，水溶性果胶与其他细胞壁组分均有显著相关性，半纤维素和纤维素呈极显著正相关。

2.2 ‘肥城桃’贮藏期间质地、水分和细胞壁组分的变化

2.2.1 质地 从不同贮藏期的‘肥城桃’果实来看，除回复性指标外，其他各指标均随时间的延长，呈现下降趋势(表6)。常温贮藏第5天时，‘肥城桃’果实已经完全软化，硬度仅为3.75 N，是第0天刚采收时的14.82%，而第10天时，果实硬度为4.06 N，但与第5天时差异不显著(P>0.05)，表明贮藏5 d时果实已完全成熟，这与阚娟等[3]和胡留申等[6]的研究结果相一致，溶质型‘肥城桃’在贮藏过程中硬度会快速下降，而硬度变化的主要原因是细胞壁成分及其降解酶活性的变化所导致的[22]。

2.2.2 水分 贮藏期间桃的软化影响其内部水分的分布和存在状态，从表7和表8可以看出，随着贮藏时间的延长，‘肥城桃’的T20和T21弛豫时间逐渐变短，并且第10天检测不到T20这部分水分，而T23在第10天显著增加。并且随着贮藏时间的延长，M20所占比例逐渐减少，M23所占比例显著增加，表明‘肥城桃’软化后，果肉组分内结合水减少，果肉结合水分的能力显著下降，而自由水逐渐增多、流动性强。

表5 不同品种桃果肉质地、水分和细胞壁组分之间的相关性Table 5 Correlation among textural parameters, water and cell wall components in flesh of different peach cultivars

注：**代表0.01水平的差异显著性，*代表0.05水平的差异显著性。

Note: ** represents significant difference at 0.01 level and * represents significant difference at 0.05 level.

表6 贮藏期间‘肥城桃’果实的质地性状变化Table 6 Textural changes of flesh in ‘Feicheng peach’ during storage

表7 贮藏期间‘肥城桃’果实T2弛豫时间变化Table 7 T2 relaxation time of flesh in ‘Feicheng peach’ during storage ms

表8 贮藏期间‘肥城桃’各弛豫组分比例的变化Table 8 Rate of relaxation component in ‘Feicheng peach’ during storage %

2.2.3 细胞壁组分 从表9可以看出，随着贮藏时间的延长，桃果实中水溶性果胶质量分数逐渐增加，贮藏10 d后，‘肥城桃’果实的水溶性果胶质量分数比0 d时增加30.21%，而离子结合型果胶和共价结合型果胶均呈现下降趋势，常温贮藏10 d后，离子结合型果胶和共价结合型果胶分别下降34.88%和29.57%。半纤维素和纤维素质量分数在贮藏期间均逐渐下降，尤其是纤维素质量分数贮藏10 d后下降26.72%。

表9 贮藏期间‘肥城桃’细胞壁组分的变化Table 9 Canges of cell wall component in ‘Feicheng peach’ during storage

3 讨 论

水分维持着果实组织的细胞膨压，使果肉具备一定的硬度和机械强度[23]。低场共振核磁是一种快速有效检测果实水分状态的方法，利用低场核磁多脉冲回波序列测得的T2弛豫时间可反映水分在果蔬内部的存在状态和分布，而M2反映各弛豫组分所占的相对比例[10-11]。本研究中，桃子中存在4个组分的弛豫时间，代表3种状态的水，其值范围分别为T20(0～1 ms)、T21(1～10 ms)、T22(10～100 ms)和T23(100～1 000 ms)，其中T20和T21反映桃果肉内部与细胞壁组分结合最紧密的结合水，通常被看作一个部分；而T22为仅次于结合水的半结合水，T23弛豫时间最长，这部分水为能流动的自由水，主要是在液泡、原生质和细胞间隙中的水分[11,24]。不同品种桃果实的水分存在状态不同，‘肥城桃’细胞内自由水所占比例最高，水分流动性弱；‘蟠桃’细胞内结合水最多，自由水少但流动性最强。这种差异可能与不同品种间细胞壁组分以及果胶多糖存在状态有关。 Lahaye等[25]在苹果上的研究表明，不同品种果实组织特性和化学成分导致品种间果实内部水分流动性差异，本研究结果与之相似。从质地结果看，不同品种桃质地性状差异大，‘肥城桃’的内聚性最高、脆度和硬度最低，‘蟠桃’脆度和硬度最大，‘中华寿桃’和‘青州蜜桃’弹性较大。桃品种间质地特征的差异是胞内水分、细胞壁组分等共同起作用的结果。

果实内部水分与细胞壁组分、果实品质密切相关[26]。本研究表明，果肉硬度和脆度与自由水呈显著正相关，回复性与结合水呈显著正相关，而其他质地参数与水分之间无显著相关性，表明果肉内部自由水主要影响果实的硬度。有研究[27]表明‘Roma’番茄果实硬度和T2弛豫时间呈正相关，但其他品种的番茄两者无相关性，品种、成熟度和测定方法都可能影响两者间的相关性。Barreiro等[28]在苹果上的研究表明硬度、可溶性固形物都与T2弛豫时间有关、尤其是与自由水多少呈显著正相关，与本研究结果一致。从质地特性与细胞壁组分的相关性来看，Winisdorffer等[12]研究表明，半纤维素影响苹果果肉的粘度，细胞壁多糖组分在维持苹果质地特性方面起着重要作用。并且梨果实硬度与共价结合型果胶呈显著正相关，硬度和果胶间的相关性依品种不同而存在差异[29]。本研究发现，桃果实硬度和脆度与可溶性果胶、共价结合型果胶和半纤维素呈显著正相关，粘附性与离子结合型果胶、半纤维素和纤维素呈显著负相关，而内聚性与可溶性果胶、离子结合型果胶、半纤维素和纤维素均呈显著负相关。对于水分与细胞壁组分的相关性，果实软化过程中，β-多聚半乳糖醛酸酶等相关代谢酶通过降解果胶多聚醛酸侧链的半乳糖残基，改变分子链的结构，使得细胞壁膨胀，结合水减少，导致T2弛豫时间的变化[12]。本研究发现，半结合水与可溶性果胶和半纤维素显著正相关，自由水与可溶性果胶、共价结合型果胶和半纤维素均显著正相关。而不同桃品种间，T2弛豫时间的差异可能与品种间细胞壁多糖组分的质量分数和差异有关。因此，桃果实水分与细胞壁等之间的相关性因品种而异，但不同水分的存在状态与果实质地和细胞壁组分有关。

‘肥城桃’果实贮藏期间，果实质地、水分状态和细胞壁组分变化明显，表现为自由水增多，流动性变大，与此同时细胞壁组分离子结合型果胶、共价结合型果胶、半纤维素和纤维素质量分数逐渐下降，这与茅林春等[16]和薛炳烨等[30]的研究结果相一致，表明随着‘肥城桃’果实的后熟，细胞壁代谢相关酶的活性逐渐增强，从而导致纤维素和半纤维素的降解，以及离子型和共价结合型果胶向水溶性果胶转化[31-32]。

4 结 论

本研究结果表明，桃果实不同品种间水分状态和分布存在差异，果实水分状态与质地力学特征、细胞壁组分之间存在相关性。桃果实半结合水与可溶性果胶和半纤维素显著正相关，自由水与可溶性果胶、共价结合型果胶和半纤维素均呈显著正相关，并且桃果实贮藏期间，果实硬度的下降与水分状态和细胞壁组分的变化是同步进行的，随着果实硬度快速下降、细胞壁降解，果实内部结合水逐渐转变为自由水。低场核磁共振技术可实现果实水分的快速检测，其结果可用于预测桃果实质地的变化。