羧甲基殼聚糖涂膜保鮮冷藏上海蜜梨的抗軟化機理

周 然， 謝 晶， 李云飛， 陳 靜

（1.上海海洋大學 食品學院，上海 2001306；2.上海交通大學 農學院，上海 200240；3.北京大發正大有限公司，北京 101139）

羧甲基殼聚糖涂膜保鮮冷藏上海蜜梨的抗軟化機理

周 然1， 謝 晶1， 李云飛2， 陳 靜3

（1.上海海洋大學 食品學院，上海 2001306；2.上海交通大學 農學院，上海 200240；3.北京大發正大有限公司，北京 101139）

為探討羧甲基殼聚糖涂膜對冷藏（4℃）上海蜜梨的保脆保鮮效果，以涂膜液浸涂上海蜜梨，檢驗了在隨后冷藏過程中上海蜜梨的硬度及與硬度變化相關的細胞壁水解酶和細胞壁成份變化的規律。結果表明，經過60 d的冷藏，利用羧甲基殼聚糖涂膜的上海蜜梨硬度達到對照組硬度的1.13倍（p＜0.05）。其機理主要是由于羧甲基殼聚糖涂膜處理抑制了冷藏過程中上海蜜梨果實中細胞壁水解酶（果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶）的活性上升，從而減少果膠、半纖維素和纖維素等細胞壁物質的降解，進而減緩了果肉的硬度的變化。

上海蜜梨；硬度；細胞壁；水解酶

上海蜜梨（PyrusPyrifoliaNakai）又叫黃花梨，具有皮薄，肉脆，汁液豐富的特點［1，2］，是上海當地主要栽培的梨品種之一。上海蜜梨采后軟化迅速，貯存及運輸困難。然而，對冷藏條件下上海蜜梨質地變化及相關特性的研究尚不多見，因此有必要開展此方面的工作。

可食性涂膜可以通過對貯藏過程中水果提供一個類似自發氣調貯藏的內部氣體環境來抑制水果的軟化變化［3，4，5］。羧甲基殼聚糖由于其無毒，無味，可以在任意p H值溶液溶解，及生物兼容性和可降解特性［6］，使其在水果涂膜保鮮上得到了越來越多的應用。然而，到目前為止，還沒有利用羧甲基殼聚糖涂膜保鮮上海蜜梨的報道。作者研究了貯藏過程中上海蜜梨軟化的生理變化規律，探討了羧甲基殼聚糖涂膜對上海蜜梨的保脆保硬作用及其機理，為上海蜜梨的保脆保鮮技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 涂膜液及浸涂處理

上海蜜梨采自上海奉賢的水果生產基地。根據果皮顏色和采摘日期，取成熟、大小均勻的水果供實驗用。羧甲基殼聚糖涂膜液由質量分數2%的N，O－羧甲基殼聚糖（食品級，水溶性無色無味的粉末，90%脫乙酰度：南通興成生物制品廠產品），0.5%甘油，1.2%吐溫80和0.4%的 DL－α－醋酸生育酚（國藥化學試劑公司產品）混合制成。上海蜜梨首先在涂膜液中浸涂15 s，隨后懸掛并用風扇吹干，以使水果表面涂膜。對照樣是在蒸餾水中浸漬，其余步驟與涂膜液涂布方法相同。據研究報道，上海蜜梨的最適貯藏溫度是4℃［1］。所以作者研究中，上海蜜梨被放置在4℃條件下進行冷藏，并每隔15 d進行取樣分析。

1.2 主要儀器設備

TA－XT2i質構分析儀：英國Stable Micro System公司產品；HWS28型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司產品；SZ－93自動雙重純水蒸餾器：上海亞榮生化儀器廠產品；UV2100可見光分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司產品。

1.3 測試方法

采用TA－XT2i質地分析儀測定上海蜜梨的果肉硬度［7］。果膠甲酯酶（PME）活性測定采用Nagel等的方法［8］，多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性和纖維素酶的活性采用Zhou等的方法［9］。PME活性以在每分鐘釋放出1μmol的CH3O－作為一個酶單位。PG活性以每小時水解1μmol半乳糖醛酸為一個單位。纖維素酶活性以每小時催化生成1μmol還原性基團所需的酶量為一個酶單位。比活力單位為每克果肉所含的酶活力單位。

細胞壁物質的分離和測定采用Deng等的方法［10］，具體分離步驟為：取5 g果肉放置在100 m L體積分數80%乙醇中煮沸20 min，冷卻后以2 000g離心10 min。隨后用100 m L體積分數80%的乙醇重復離心兩次，再用15 m L體積分數90%的二甲基亞砜浸泡15 h（4℃），離心去掉淀粉。隨后利用100 m L體積分數100%的乙醇離心濾渣2次后，再用100 m L的體積分數100%的丙酮離心2次。最后，將濾渣放置在40℃條件下干燥3 d。隨后將干燥后的細胞壁物質加入10 m L 50 mmol／L乙酸鈉緩沖液（p H 6.5），攪拌6 h，隨后以10 000g離心10 min，取上清液，沉渣用乙酸鈉緩沖液再離心兩次，合并3次離心的上清液，得到水溶性果膠。剩余沉渣加入10 m L含50 mmol CDTA的醋酸鈉緩沖液（p H 6.5），攪拌6 h后，在10 000g離心10 min，取上清液，沉渣再用含CDTA的醋酸鈉緩沖液離心兩次，合并3次離心的上清液，即獲得CDTA可溶性果膠（離子結合果膠）。沉淀中隨后加入10 m L 50 mmol／L的 Na2CO3溶液（含2 mmol／L CDTA），攪拌6 h后10 000g離心10 min，取上清液，沉淀用含CDTA的碳酸鈉溶液再離心兩次，合并3次離心的上清液為Na2CO3可溶性果膠（共價結合果膠）。剩余沉渣加10 m L 4 mol／L的KOH（含100 mmol／L NaBH4）振蕩提取6 h，接著10 000g離心10 min得到半纖維素。剩下的沉渣用去離子水洗兩遍，得到纖維素。總果膠含量為水溶性果膠、CDTA可溶性果膠（離子結合果膠）和Na2CO3可溶性果膠（共價結合果膠）含量之和。果肉硬度測定重復20次，其余生化指標均重復3次。

2 結果與分析

2.1 果肉硬度變化

如圖1所示，上海蜜梨果肉硬度隨著冷藏時間的延長而逐漸降低。與對照組相比，羧甲基殼聚糖涂膜的上海蜜梨硬度降低速度明顯減緩。經過60 d貯藏后，對照組的上海蜜梨的硬度為11.93 N，降低幅度達到21.0%，而利用羧甲基殼聚糖涂膜的上海蜜梨硬度為13.45 N，為對照組硬度的1.13倍，且差異顯著（p＜0.05）。研究結果表明羧甲基殼聚糖涂膜能夠更好地保持貯藏過程中梨果肉硬度。

2.2 細胞壁水解酶活性

隨著冷藏時間的增加，上海蜜梨的果膠酯酶活性呈現先逐漸上升，在貯藏30 d前后出現峰值，然后活力逐漸下降的過程（圖2（a））。對照組的果膠酯酶活性最高，羧甲基涂膜組相對較低。經過60 d的貯藏后，對照組的酶活性為1.60 U／g，達到涂膜處理組的1.41倍（p＜0.05）。如圖2（b）所示，在貯藏過程中，所有樣品的多聚半乳糖醛酸酶的活性逐漸上升，但在貯藏前期增長幅度不大，在貯藏后30 d開始到貯藏期結束，所有樣品的多聚半乳糖醛酸酶活性開始快速上升，以對照組的酶活性最高，羧甲基殼聚糖涂膜組最低（p＜0.05）。經過60 d的貯藏后，對照組的多聚半乳糖醛酸酶活性為0.68 U／g，達到涂膜組的1.14倍。如圖2（c）所示，涂膜的上海蜜梨的纖維素酶活性呈現與多聚半乳糖醛酸酶類似的變化趨勢，即活性逐漸上升。在整個貯藏過程中，對照組上海蜜梨的纖維素酶活性迅速增加。到貯藏期結束時，對照組上海蜜梨的纖維素酶活性為1.04 U／g，是涂膜處理的上海蜜梨的酶活性的1.23倍。

圖1 貯藏過程中上海蜜梨的硬度變化Fig.1 Changes in firmness of Shanghaimi pears during 60 days of storage at 4℃

圖2 貯藏過程中上海蜜梨的果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶的活性變化Fig.2 Changes in the activities of pectinesterase（a），polygalacturonase（b）and cellulase（c）of Shanghaimi pears during 60 days of storage at 4℃

果膠水解酶與細胞壁中的果膠成份變化密切相關，在采后水果軟化過程中起到重要作用［11，12］。一般來講，果膠酯酶主要對細胞壁中的果膠物質起到去甲基化的作用，而多聚半乳糖醛酸酶則以果膠酯酶的產物為底物，將果膠物質分解成小分子物質［13，14］，所以在貯藏過程中水果果實細胞壁對多聚半乳糖醛酸酶作用的敏感度是由果膠酯酶所決定的。果膠酯酶的生理意義主要在于為多聚半乳糖醛酸酶提供底物，對果膠物質的降解起到輔助作用。Brummel等指出與果膠酯酶相比，多聚半乳糖醛酸酶的活性與果膠的解聚和溶解有較大的關系［13］。纖維素酶能夠水解植物細胞壁中的纖維素和以β－1，4－葡聚糖為骨架的半纖維素多糖［15］。不同水果在采后軟化變化中，纖維素酶起的作用大小不同，對于梨類水果，纖維素酶在果實軟化變化中起到了重要作用［16］。Park指出可食性包裝膜對新鮮果蔬提供了一個額外的保護涂層，可以對果蔬內部氣體組成進行調節，與自發氣調（Modified atmosphere packaging，MAP）貯藏具有類似的效果［3］。涂膜由于抑制了水果的呼吸作用以及由此引起的生理變化是能夠抑制果膠酯酶和多聚半乳糖醛酸酶及纖維素酶活性升高的一個原因。由以上結果（圖1和圖2）可以發現，羧甲基殼聚糖涂膜處理較低的細胞壁水解酶活性有利于更好的保持上海蜜梨果實的硬度。

2.3 細胞壁成分變化

隨著貯藏時間的增加，伴隨著上海蜜梨果實硬度的降低，上海蜜梨果實的總果膠含量，CDTA可溶性果膠（離子結合果膠）含量，Na2CO3可溶性果膠（共價結合果膠）含量，以及半纖維素和纖維素含量都呈現逐漸下降的趨勢（圖1和圖3）。這說明貯藏過程中上海蜜梨果實軟化與其他水果類似，都與富含果膠，半纖維素和纖維素的果實細胞壁的降解有很大關系［10，17］。由結果還可以發現（圖3），相對于果膠物質，纖維素含量降低速度較慢，這可能與纖維素的類似水晶的分子結構有關，這種結構對化學和酶降解具有抗性［10］。另外，與未經涂膜處理的對照組相比，在整個貯藏過程中，經過羧甲基殼聚糖涂膜處理的上海蜜梨具有相對較高的總果膠，CDTA可溶性果膠含量，Na2CO3可溶性果膠含量，以及半纖維素和纖維素含量。這主要是由于涂膜處理減緩了水果的新陳代謝過程［4］，進而抑制了貯藏過程中水解酶活性的升高（圖2），減少了果實細胞壁成份的變化。

如圖3（d）所示，在整個貯藏期內，上海蜜梨所含的水溶性果膠含量在貯藏前期逐漸上升，在貯藏30 d后出現峰值，隨后含量逐漸下降，這與以前關于桃子的研究結果相一致［18］。從貯藏初期到貯藏中期，水溶性果膠含量逐漸升高，這主要是不溶于水的原果膠物質被果膠酶分解［10］，造成上海蜜梨的水溶性果膠的迅速升高所致。而在貯藏后期，由于水果持續的呼吸作用，以及水果所含呼吸底物逐漸減少，導致水溶性果膠加快分解為其他小分子多糖成份，具體表現為水溶性果膠含量的迅速下降［18］。由圖3（d）果還可以發現，與對照組較為劇烈的水溶性果膠變化相比，羧甲基殼聚糖涂膜組的變化的相對平緩，說明羧甲基殼聚糖涂膜對上海蜜梨水溶性果膠含量變化具有抑制作用。

圖3 貯藏過程中上海蜜梨的總果膠（a），Na2 CO3可溶性果膠（b），CDTA可溶性果膠（c），水溶性果膠（d），半纖維素（e）和纖維素（f）質量分數的變化Fig.3 Changes in contents of total pectin（a），Na2 CO3 soluble pectin（b），CDTA soluble pectin（c），water soluble pectin（d），hemicellulose（e），and cellulose（f）of Shanghaimi pears during 60 days of storage at 4℃

上海蜜梨貯藏過程中的果膠、半纖維素和纖維素的大量降解，伴隨蜜梨水果發生軟化，說明了這種細胞壁成份的降解可以導致水果果肉細胞壁組織內部發生變化，而使水果變軟［8，19］。研究結果說明了細胞壁中的多糖成份降解在水果軟化進程中起到了重要作用［20］。另外，與未經涂膜處理的對照組上海蜜梨相比，羧甲基殼聚糖涂膜更好地保持了貯藏過程中上海蜜梨的硬度。這可能是由于涂膜可以抑制了水果的呼吸作用，進而減慢果實的生命活動［2，21］，從而抑制了貯藏過程中細胞壁水解酶活性的升高，減少了細胞壁成份的變化。試驗結果表明，羧甲基殼聚糖可以用于上海蜜梨貯運過程中的保脆保鮮。

3 結語

1）隨著冷藏時間的延長，由于上海蜜梨果實的果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶活性的升高，以及細胞壁中果膠成分、半纖維素和纖維素成分的大量變化，使貯藏過程中上海蜜梨果實的逐漸軟化。

2）與空氣冷藏的對照組相比，羧甲基殼聚糖涂膜處理減緩了貯藏過程中上海蜜梨的硬度變化，這個過程通過抑制果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶的活性上升，從而減少果膠、半纖維素和纖維素等細胞壁物質的降解而得以實現。

（References）：

［1］林河通，洪啟征，袁振林，等.黃花梨果實冷藏適溫的研究［J］.農業工程學報，1997，13（1）：206－210.

LIN He－tong，HONG Qi－zheng，YUAN Zhen－lin，et al.Study on the optimum cool storage temperature for Huanghua pear fruits［J］.Transactions of the CSAE，1997，13（1）：206－210.（in Chinese）

［2］周 然，閆麗萍，謝 晶，等.可食性保鮮涂膜對冷藏黃花梨品質的影響［J］.農業工程學報，2009，25（5）：275－279.

ZHOU Ran，YAN Li－ping，XIE Jing，et al.Effects of edible coatings on postharvest qualities of Huanghua pear fruits during cold storage［J］.Transactions of the CSAE，2009，25（5）：275－279.（in Chinese）

［3］Park H J.Development of advanced edible coatings for fruits［J］.Trends in Food Science ＆Technology，1999，10（8）：254－260.

［4］Conforti F D，Zinck J B.Hydrocolloid－lipid coating affect on weight loss，pectin content，and textural quality of green bell peppers［J］.Journal of Food Science，2002，67（4）：1360－1363.

［5］Han C，Zhao Y，Leonard S W，et al.Edible coatings to improve storability and enhance nutritional value of fresh and fro－zen strawberries（Fragaria×ananassa）and raspberries（Rubusideaus）［J］.Postharvest Biology and Technology，2004，33（1）：67－78.

［6］王海青，高忠良.羧甲基殼聚搪的制備及應用現狀［J］.中國食品添加劑，2002，6：67－70.

WANG Hai－qing，GAO Zhong－liang.Preparation ＆application of the carboxymethyl chitosan［J］.China Food Additives，2002，6：67－70.（in Chinese）

［7］周然，李云飛.不同強度的運輸振動對黃花梨的機械損傷及貯藏品質的影響［J］.農業工程學報，2007，23（11）：255－259.

ZHOU Ran，LI Yun－fei.Effects of different strengthes of transport vibration on mechanical damage and storage quality of Huanghua pears（PyrusPyrifoliaNakai，cv.Huanghua）［J］.Transactions of the CSAE，2007，23（11）：255－259.（in Chinese）

［8］Nagel C W，Patterson M E.Pectin enzymes and development of the pears（Pyruscommunis）［J］.Journal of Food Science，1967，32（3）：294－297.

［9］Zhou R，Su S Q，Li Y F.Effects of cushioning materials on the firmness of Huanghua pears（PyruspyrifoliaNakai，cv.Huanghua）during distribution and storage［J］.Packaging Technology and Science，2008，21：1－11.

［10］Deng Y，Wu Y，Li Y F.Changes in firmness，cell wall composition and cell wall hydrolases of grapes stored in high oxygen atmospheres［J］.Food Research International，2005，38（7）：769－776.

［11］Abu－Goukh A A，Bashir H A.Changes in pectic enzymes and cellulase activity during guava fruit ripening［J］.Food Chemistry，2003，83（2）：213－218.

［12］Laratta B，Masi L D，Minasi P，et al.Pectin methylesterase in Citrus bergamia R.：purification，biochemical characterisation and sequence of the exon related to the enzyme active site［J］.Food Chemistry，2008，110（4）：829－837.

［13］Brummell D A，Harpster M H.Cell wall metabolism in fruit softening and quality and its manipulation in transgenic plants［J］.Plant Molecular Biology，2001，47（2）：311－340.

［14］Singh P，Dwivedi U N.Purification and characterisation of multiple forms of polygalacturonase from mango（Mangifera indicacv.Dashehari）fruit［J］.Food Chemistry，2008，111（2）：345－349.

［15］Sethu K M P，Parbha T N，Tharanathan R N.Postharvest biochemical changes associated with the softening phenomenon in Capsicum annuum fruits［J］.Phytochemistry，1996，42（4）：961－966.

［16］茅林春，張上隆.果膠酶和纖維素酶在桃果實成熟和絮敗中的作用［J］.園藝學報，2001，28（2）：107－111.

MAO Lin－chun，ZHANG Shang－long.Role of pectolytic enzymes and cellulase during ripening and woolly breakdown in peaches［J］.Acta Horticulturae Sinica，2001，28（2）：107－111.（in Chinese）

［17］Roeck A D，Sila D N，Duvetter T，et al.Effect of high pressure／high temperature processing on cell wall pectic substances in relation to firmness of carrot tissue［J］.Food Chemistry，2008，107（3）：1225－1235.

［18］Kang R，Yu Z，Lu Z.Effect of coating and intermittent warming on enzymes，soluble pectin substances and ascorbic acid ofPrunuspersica（Cv.Zhonghuashoutao）during refrigerated storage［J］.Food research international，2005，38（3）：331－336.

［19］Water R H.The Chemistry and Technology of Pectin［M］.San Diego：Academic Press，1991.1－22.

［20］Manrique G D，Lajolo F M.Cell－wall polysaccharide modifications during postharvest ripening of papaya fruit（Carica papaya）［J］.Postharvest Biology and Technology，2004，33：11－26.

［21］張劍峰，張慜，陳黎明.香菇的涂膜保鮮［J］.食品與生物技術學報，2004，23（1）：66－70.

ZHANG Jian－feng，ZHANG Min，CHEN Li－ming.Study on coating preservation ofLentinusedoes［J］.Journal of Food Science and Biotechnology，2004，23（1）：66－70.（in Chinese）

Preservation Mechanism of Carboxymethyl Chitosan Coating on Pear Firmness during Cold Storage

ZHOURan1，XIEJing1，LIYun－fei2，CHENJing3

（1.College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China；2.Department of Food Science and Technology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China；3.Beijing Dafa Chia Tai Company Limited，Beijing 101139，China）

In this study，the effects of caboxymethyl chitosan（CMC）coating on the crisp quality of Shanghaimi Pears during 60 days of storage at 4℃were studied.The results showed that the firmness of carboxymethyl chitosan－coated pears reached 1.13 times than that of the control pears after 60 days of cold storage（p＜0.05）.This is mainly due to carboxymethyl chitosan coating repressed the increasing activities of cell wall hydrolytic enzymes（including pectinesterase，polygalacturonase and cellulase），then reducing degradation changes in such cell wall materials as pectin，hemicellulose and cellulose，thereby delaying soft changes in Shanghaimi pears during cold storage.

Shanghaimi pears，firmness，cell wall，hydrolytic enzymes

S 661.2，S 379.2

A

1673－1689（2012）01－090－06

2011－01－03

上海市優秀青年教師科研專項基金（B8101－09－0025）；“創新行動計劃”部分地方院校計劃項目（08390513900）；上海市教育委員會重點學科建設項目（J50704）；上海市教育委員會科研創新項目（11YZ160）。

周 然（1977－），男，內蒙古赤峰人，講師，主要從事食品冷鏈物流研究。Email：rzhou＠shou.edu.cn