不同等級(jí)道路的運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜貯藏過程中抗氧化系統(tǒng)的影響

周 然，曾媛媛

哈密瓜（Cucumis melo var. Saccharinus）作為新疆的特色農(nóng)產(chǎn)品，因其美味營(yíng)養(yǎng)而廣受人們的喜愛，不僅在新疆產(chǎn)地進(jìn)行銷售，也在北京、上海等地大量銷售[1]，為獲取經(jīng)濟(jì)利益，須將哈密瓜長(zhǎng)途運(yùn)輸至北京、上海等地。而在商業(yè)運(yùn)輸時(shí)，易腐品多用卡車進(jìn)行公路運(yùn)輸[2]。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸過程中哈密瓜不可避免地會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)脅迫逆境而產(chǎn)生損傷，果實(shí)在逆境下會(huì)通過呼吸作用來抵抗逆境，加速果實(shí)成熟衰老，進(jìn)而導(dǎo)致哈密瓜腐爛速率加快，造成經(jīng)濟(jì)損失。因而有必要通過模擬運(yùn)輸振動(dòng)，研究運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜貯藏過程中抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的影響，為尋找針對(duì)性降低振動(dòng)對(duì)哈密瓜品質(zhì)損傷的方法提供理論基礎(chǔ)。

隨著衰老自由學(xué)說研究的不斷深入，越來越多的研究表明活性氧自由基在果實(shí)成熟衰老的過程中扮演著十分重要的角色[3-4]，成熟過程中不斷產(chǎn)生的活性氧成分需要被不斷清除，而抗氧化保護(hù)系統(tǒng)能夠通過清除或轉(zhuǎn)移自由基以及代謝中間產(chǎn)物等來調(diào)控果實(shí)在成熟過程中的代謝平衡，從而延緩果實(shí)的成熟衰老。因此，很有必要研究運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜中抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的影響，從而為調(diào)控運(yùn)輸振動(dòng)促進(jìn)衰老和貯藏保鮮提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮的哈密瓜來源于上海浦東水果園。采購(gòu)成熟且顏色大小一致、無機(jī)械損傷與病蟲害感染的哈密瓜用作實(shí)驗(yàn)材料。

抗壞血酸、福林-酚試劑、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 美國(guó)Sigma公司；Fe3+還原能力試劑盒 碧云天生物技術(shù)有限公司；磷酸、磷酸鈉、酚酞、丙酮、鹽酸、氫氧化鈉、無水碳酸鈉、氯化鉀、無水乙醇（均為分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MPA408/LS444M振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng) 北京航天希爾測(cè)試技術(shù)有限公司；UV2100可見-紫外分光光度計(jì)上海尤尼柯儀器有限公司；CNOT-201C型氣體分析儀天津森羅公司；JY30001型電子天平 上海方瑞儀器有限公司。

本實(shí)驗(yàn)采用模擬振動(dòng)裝置對(duì)不同等級(jí)道路的運(yùn)輸振動(dòng)進(jìn)行模擬，其運(yùn)輸振動(dòng)數(shù)據(jù)采集情況如下：使用華駿半掛車（額定載質(zhì)量20 t，測(cè)試時(shí)的裝載質(zhì)量為12.7 t），運(yùn)輸距離800 km，測(cè)定運(yùn)輸振動(dòng)情況。首先，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，于半掛車車廂的后部安裝加速度傳感器，其與車廂后板最后端的距離為1 m。運(yùn)輸時(shí)加速度傳感器每3 min采集一次振動(dòng)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)2 s）。到達(dá)目的站后移除測(cè)試裝備并將結(jié)果輸入到電腦，經(jīng)處理后得加速度頻譜圖。

公路被分為：一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路以及高速公路4 種等級(jí)，利用上述方法得到卡車在4種公路在61～90 km/h速度下的功率譜密度圖（圖1），并將振動(dòng)頻譜圖輸入到振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用振動(dòng)臺(tái)模擬振動(dòng)。

圖1 在高速公路（a）、一級(jí)公路（b）、二級(jí)公路（c）、三級(jí)公路（d）4 種等級(jí)公路上卡車以61～90 km/h行駛15 h的功率譜密度Fig. 1 Power special density levels of normal load truck during transport running at a speed of 61–90 km/h for 15 h on highway (a),AR (b), SR (c) and TR (d)

1.3 方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采購(gòu)的哈密瓜在運(yùn)輸時(shí)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)輸包裝，用塑料網(wǎng)托包裝好裝進(jìn)紙箱，紙箱規(guī)格為420 mm×270 mm×180 mm，每箱裝入4 個(gè)哈密瓜，且哈密瓜之間用瓦楞紙分隔開，每箱質(zhì)量約為10 kg。對(duì)實(shí)驗(yàn)用哈密瓜進(jìn)行分組，包括對(duì)照組（不作任何處理）和振動(dòng)處理組，振動(dòng)處理組將哈密瓜放置于振動(dòng)臺(tái)，在高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路4 種等級(jí)公路條件下振動(dòng)15 h，振動(dòng)結(jié)束后將哈密瓜放置于23 ℃條件下貯藏28 d，每7 d測(cè)定一次指標(biāo)。

1.3.2 指標(biāo)的測(cè)定

1.3.2.1 呼吸速率和腐爛指數(shù)的測(cè)定

呼吸速率的測(cè)定參考周然等[1]的方法。

腐爛指數(shù)的測(cè)定參考楊軍等[5]的方法，哈密瓜腐爛指數(shù)根據(jù)表面腐爛面積，劃分為4 個(gè)等級(jí)：0級(jí)（哈密瓜果實(shí)完好且沒有任何腐爛）、1級(jí)（哈密瓜果實(shí)腐爛面積在0%～5%之間，基本可食用）、2級(jí)（哈密瓜腐爛面積在6%～15%之間，大部分仍可食用）、3級(jí)（哈密瓜腐爛面積在6%～15%之間），腐爛指數(shù)根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算。

1.3.2.2 總酚含量和VC含量的測(cè)定

總酚含量的測(cè)定參考何志勇[6]的方法；VC含量的測(cè)定參考曹建康等[7]的方法。結(jié)果均以鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.2.3 抗氧化酶活力的測(cè)定

抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活力的測(cè)定參考曹建康等[7]的方法；超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力的測(cè)定參考張中林等[8]的方法；過氧化物酶（peroxidase，POD）活力的測(cè)定參考Zhou Ran等[9]的方法；過氧化氫酶（catalase，CAT）活力的測(cè)定參考Hong Keqian等[10]的方法。結(jié)果均以鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.2.4 抗氧化活性的測(cè)定

Fe3+還原能力的測(cè)定參考de la Torre等[11]的方法，DPPH自由基清除能力的測(cè)定參考Mare?ek等[12]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過程中，指標(biāo)測(cè)定3 次平行。使用SPSS 20.0軟件的Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較差異性分析，使用Origin Pro V8.6軟件繪制曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜呼吸速率的影響

圖2 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜呼吸速率的影響Fig. 2 Effect of vibration treatment on respiration rate of Hami melon

如圖2所示，哈密瓜的呼吸速率逐漸增高，說明哈密瓜的呼吸作用隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。而振動(dòng)處理組哈密瓜具有相對(duì)較高的呼吸速率，在貯藏28 d后，高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路振動(dòng)處理組哈密瓜的呼吸速率分別是對(duì)照組的1.31、1.61、2.03、2.21 倍（P＜0.05）。這說明運(yùn)輸振動(dòng)促進(jìn)哈密瓜在貯藏過程中呼吸作用，其中二級(jí)公路和三級(jí)公路的運(yùn)輸振動(dòng)相較于高速公路和一級(jí)公路的促進(jìn)作用更為顯著（P＜0.05），這主要是由于果蔬通過增加呼吸作用來防御逆境[13]。但呼吸速率過高會(huì)促進(jìn)活性氧自由基生成，從而促進(jìn)細(xì)胞膜氧化，破壞細(xì)胞完整性，加速果實(shí)衰老[14]。

2.2 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜腐爛指數(shù)的影響

圖3 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜腐爛指數(shù)的影響Fig. 3 Effect of vibration treatment on decay index of Hami melon

由圖3可知，哈密瓜在貯藏的過程中腐爛指數(shù)逐漸增加，且到貯藏后期腐爛指數(shù)的上升幅度有所增加，這是由于哈密瓜隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，成熟度逐漸增加，果實(shí)處于衰老狀態(tài)，此時(shí)果實(shí)抵抗病原菌的能力減弱，導(dǎo)致腐爛指數(shù)增加[15]。結(jié)果顯示，運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)加速哈密瓜果實(shí)的腐爛，而高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜腐爛指數(shù)的影響依次增加，其中在貯藏28 d后，經(jīng)二級(jí)公路和三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的果實(shí)基本達(dá)到3級(jí)腐爛；說明運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)對(duì)哈密瓜造成不可見的機(jī)械損傷，促進(jìn)哈密瓜的腐爛，縮短哈密瓜的貨架期，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜總酚含量的影響

圖4 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜總酚含量的影響Fig. 4 Effect of vibration treatment on total phenol content of Hami melon

酚類物質(zhì)是重要的次生代謝產(chǎn)物[16]，其含量和VC含量均與植物抗氧化能力相關(guān)[17]，對(duì)于植物抗逆反應(yīng)起著十分重要的作用。植物在逆境下，酚類物質(zhì)含量的增加會(huì)加強(qiáng)植物細(xì)胞的抗逆性[18]。由圖4可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，哈密瓜的總酚含量呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，這說明在貯藏過程中，哈密瓜細(xì)胞的抗氧化能力及抗逆性先增強(qiáng)后下降。總酚含量下降過程中，哈密瓜的品質(zhì)也快速下降。而振動(dòng)能降低總酚含量，經(jīng)振動(dòng)處理后的哈密瓜細(xì)胞抗氧化能力及抗逆性均下降，在21 d后均顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），且二級(jí)公路及三級(jí)公路振動(dòng)處理組的總酚含量顯著低于高速公路和一級(jí)公路（P＜0.05）。這說明二級(jí)公路及三級(jí)公路振動(dòng)處理更能降低哈密瓜總酚含量，不利于哈密瓜在貯藏過程中的抗氧化作用和抗逆性。酚類物質(zhì)一般存在于液泡中，這說明在貯藏后期，隨著膜脂的氧化，會(huì)發(fā)生液泡破裂現(xiàn)象，導(dǎo)致酚與酶接觸并反應(yīng)，使細(xì)胞中酚類物質(zhì)損失，抗氧化能力減弱，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗嚴(yán)重。

2.4 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜VC含量的影響

VC又稱抗壞血酸，是果實(shí)中主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一，其通過逐級(jí)失去電子，轉(zhuǎn)變成半脫氫抗壞血酸以及脫氫抗壞血酸，在這個(gè)轉(zhuǎn)化的過程中，可達(dá)到清除自由基的作用[19]。從圖5可看出，哈密瓜中的VC含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明在貯藏的過程中，哈密瓜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸流失。而在貯藏前期，哈密瓜的VC含量下降速率較緩慢，后逐漸加快，這說明貯藏后期VC損失速率加快，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失加快，同時(shí)抗氧化能力也逐漸減弱。而運(yùn)輸振動(dòng)會(huì)顯著降低哈密瓜中VC的含量（P＜0.05）。在貯藏28 d時(shí)，經(jīng)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路以及三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理后的哈密瓜VC含量較對(duì)照組分別降低8.20%、12.23%、24.05%、39.62%，這說明高速公路和一級(jí)公路對(duì)哈密瓜VC含量的影響相對(duì)于二級(jí)公路和三級(jí)公路較小；因此從保持哈密瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及提高哈密瓜抗氧化活性的角度來看，在實(shí)際運(yùn)輸?shù)倪^程中應(yīng)盡量避免二級(jí)公路和三級(jí)公路的長(zhǎng)途運(yùn)輸，而多采用高速公路運(yùn)輸。

2.5 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜抗氧化酶活力的影響

圖6 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜APX、SOD、POD、CAT活力的影響Fig. 6 Effect of vibration treatment on APX , SOD, POD and CAT activity of Hami melon

APX是植物體內(nèi)的一種血紅素過氧化物酶[20-21]。而葉綠體是植物體細(xì)胞內(nèi)的一個(gè)十分重要的細(xì)胞器，一旦其發(fā)生破壞，植物體將很快死亡[22]，因而APX在植物體細(xì)胞中的解毒作用顯得尤為重要。APX可以通過催化發(fā)生抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)反應(yīng)來消除H2O2[23]。從圖6a中可以看出，哈密瓜中APX活力隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)先急速上升后下降。二級(jí)公路振動(dòng)組和三級(jí)公路振動(dòng)組的APX活力峰值出現(xiàn)在第7天；而對(duì)照組和高速公路振動(dòng)組、一級(jí)公路振動(dòng)組的峰值出現(xiàn)在第14天。這表明了APX的活力隨著H2O2含量的增加而增強(qiáng)。在哈密瓜貯藏初期，由運(yùn)輸振動(dòng)造成的機(jī)械損傷導(dǎo)致二、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)組的哈密瓜在前期產(chǎn)生大量的H2O2，因此APX活力的峰值出現(xiàn)較早。而貯藏到第28天時(shí)，二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理組哈密瓜的APX活力仍顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），這說明在貯藏過程中，二級(jí)公路、三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜APX活力的影響更為顯著。

SOD在植物體內(nèi)起著十分重要的抗氧化作用，它廣泛分布在各種植物體內(nèi)[24]。SOD因其獨(dú)特的生理活性在植物體內(nèi)起著清除活性氧的重要作用。在植物體中，SOD水平與植物的衰老與死亡密切相關(guān)[25]。如圖6b所示，哈密瓜中SOD活力隨貯藏時(shí)間的變化趨勢(shì)是先升高后下降。從第0天開始哈密瓜SOD活力急劇升高，貯存第14天時(shí)達(dá)到峰值，后又開始下降。對(duì)照組哈密瓜的SOD活力明顯高于同時(shí)期振動(dòng)處理組（P＜0.05），經(jīng)過一級(jí)公路振動(dòng)和高速公路振動(dòng)處理的哈密瓜中SOD活力差異不大，但都比二級(jí)公路和三級(jí)公路振動(dòng)組高。表明路面不平整導(dǎo)致的低頻振動(dòng)頻率越大，哈密瓜中的SOD活力越低。在哈密瓜貯藏期間，運(yùn)輸振動(dòng)造成的機(jī)械損傷抑制了哈密瓜中SOD活力，對(duì)哈密瓜貯藏期間的抗氧化非常不利。

POD能夠?qū)χ参锂a(chǎn)生保護(hù)作用，是當(dāng)植物受到外界刺激時(shí)產(chǎn)生的。它作為一種過氧化物的清除劑，可以防止植物細(xì)胞的過氧化作用，因此可以保證植物細(xì)胞膜的完整性[26]。由圖6c可以看出，POD活力的整體變化趨勢(shì)是逐漸下降的。從第0天到第7天，POD活力急劇下降，第7天之后下降的速率開始減緩。4 組經(jīng)過振動(dòng)處理的哈密瓜中POD的活力均顯著低于對(duì)照組（P＜0.05）；這說明哈密瓜在貯藏過程中，POD活力會(huì)越來越低，而運(yùn)輸振動(dòng)同樣會(huì)影響哈密瓜中POD的活力，從而降低POD的抗氧化保護(hù)作用。

CAT作為一種抗氧化劑，是過氧化物酶的標(biāo)志。存在于植物細(xì)胞內(nèi)及某些組織內(nèi)的過氧化物體中，CAT是一種酶類清除劑，可以與植物體內(nèi)產(chǎn)生的H2O2反應(yīng)生成對(duì)植物體無害的氧和水，從而清除植物體內(nèi)的H2O2，避免植物細(xì)胞受到H2O2造成的傷害，是植物防御體系的關(guān)鍵酶之一[27]。如圖6d所示，對(duì)照組和振動(dòng)處理組哈密瓜的SOD活力變化趨勢(shì)基本一致，都是先增高后降低，即從第0天開始上升，到第7天升到最大值，然后開始慢慢下降。同一貯藏時(shí)間，對(duì)照組和高速公路運(yùn)輸振動(dòng)處理組的哈密瓜CAT活力最高，在7～28 d時(shí)均顯著高于其他振動(dòng)處理組（P＜0.05）。結(jié)果表明，哈密瓜中CAT活力對(duì)運(yùn)輸振動(dòng)很敏感，并且隨著道路等級(jí)的升高而活力降低。

2.6 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜抗氧化能力的影響

圖7 振動(dòng)處理對(duì)哈密瓜對(duì)Fe3＋還原能力（a）和DPPH自由基清除能力（b）的影響Fig. 7 Effect of vibration treatment on ferric reducing antioxidant power (a) and DPPH radical scavenging capacity (b) of Hami melon

從圖7a可看出，貯藏期間，經(jīng)過三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的樣品組的Fe3+還原能力相對(duì)較小，隨后按照二級(jí)公路、一級(jí)公路、高速公路和不經(jīng)任何振動(dòng)處理的對(duì)照組遞增。說明在三級(jí)公路的振動(dòng)強(qiáng)度下哈密瓜的Fe3+還原能力下降最快。

從圖7b可以看出，4 種運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度處理對(duì)于哈密瓜果實(shí)的DPPH自由基清除能力產(chǎn)生不同程度的影響。在貯藏期間，經(jīng)過三級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)處理的樣品DPPH自由基的清除能力最小，其次按照二級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度、一級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度、高速公路運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)照組逐漸遞增。

哈密瓜果實(shí)在貯藏過程中，不同貯藏天數(shù)所對(duì)應(yīng)的抗氧化能力也不同。其中，不經(jīng)振動(dòng)處理的對(duì)照組、經(jīng)過高速公路運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度及一級(jí)公路運(yùn)輸振動(dòng)強(qiáng)度的3 組哈密瓜樣品，其DPPH清除能力都在7～14 d時(shí)達(dá)到峰值，之后慢慢減弱；而這3 組的Fe3+還原能力均較二級(jí)公路和三級(jí)公路振動(dòng)處理組高。由此可分析得出，三級(jí)公路和二級(jí)公路的運(yùn)輸振動(dòng)能夠?qū)е鹿芄蠈?duì)Fe3+還原能力和清除DPPH自由基能力減弱，其次是一級(jí)公路，高速公路的運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)其影響最小。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以滬產(chǎn)的新疆哈密瓜作為材料，將未作任何處理的哈密瓜和經(jīng)過4 種不同模擬振動(dòng)處理過的哈密瓜進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)哈密瓜抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明：與對(duì)照組的哈密瓜相比，振動(dòng)處理會(huì)增加細(xì)胞的呼吸速率，而在VC含量、抗氧化酶活力等方面起著抑制的作用，使得總還原能力減弱，哈密瓜的各項(xiàng)生理性狀受到傷害，加快了哈密瓜的后熟與衰老、腐爛速率，縮短了哈密瓜貨架期，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。其中，又以二級(jí)公路和三級(jí)公路的運(yùn)輸振動(dòng)對(duì)其影響最為顯著，因此運(yùn)輸過程中應(yīng)盡量減少在二級(jí)公路和三級(jí)公路上的運(yùn)輸。本研究結(jié)果有利于找到合適的保護(hù)方式，來減少哈密瓜在運(yùn)輸過程因運(yùn)輸振動(dòng)受到的損害。

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