天水花牛蘋果淀粉染色圖譜的建立

尹健，頡敏華,2，吳小華，王學喜，陳柏，王彥淳，王強強，張雯雯

(1.甘肅農業大學園藝學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院農產品貯藏加工研究所，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省果蔬貯藏加工技術創新中心，甘肅 蘭州 730070)

花牛蘋果，甘肅省天水市特產，系指產于該市大部分區域的元帥系優良品種蘋果.隨著花牛蘋果種植規模的日益擴大，采收時產品成熟度不一致的問題嚴重影響花牛蘋果的產品品質和商品流通.采收成熟度高低或采收期早晚是影響果實商品品質和貯藏效果的關鍵要素.因此，確定適宜采收期對于花牛蘋果的商品銷售尤為重要[1].

大量研究表明，淀粉-碘染色法是一種簡便易行的判斷蘋果成熟度的有效方法.蘋果等園藝產品果實，成熟度較低時含有大量淀粉，隨著成熟度上升，果實體內的淀粉逐步水解為可溶性糖類物質.碘能與淀粉發生反應生成深藍至藍黑色化合物，與糖則無化學反應發生，據此特性，研究人員對成熟度不一的蘋果果實橫切面逐個進行染色，建立淀粉-碘染色圖譜，以此作為確定蘋果成熟度的標準[2].使用淀粉-碘染色法作為判定不同品種蘋果成熟度的研究由來已久.1936年，Davis[3]的研究表明，利用未成熟的蘋果果實中含有大量未水解的淀粉能與碘發生化學反應生成藍黑色化合物的特性，將不同成熟度蘋果果實橫切面的染色圖像分為9個級別建立淀粉-碘染色圖譜，從低到高依次指示蘋果果實成熟度，可以客觀指示蘋果成熟度.此后，有關淀粉-碘染色圖譜的研究不斷深入.Lau[4]發現，基于淀粉-碘染色圖譜得到的淀粉指數(SI)與蘋果果實淀粉含量呈負相關，與內源乙烯含量呈正相關.Smith[5]的研究顯示，低溫環境會加快蘋果果實淀粉向糖的轉化，使得淀粉指數升高；提高試驗容量能使淀粉-碘染色圖譜更加準確的反映蘋果成熟度.目前國內也已建立了多個品種的蘋果淀粉-碘染色圖譜，并廣泛應用于生產領域[7-15]，但是花牛蘋果生產上還缺乏簡單可靠的成熟度測定方法.為此,本試驗擬以天水地區主栽的俄矮2號和首紅蘋果為試驗材料,制作判斷其成熟度和采收期的淀粉-碘染色圖譜，以期對花牛蘋果的適時采收提供一定的理論參考.

1 材料與方法

1.1 材料與處理

在花牛蘋果果實采收前期對不同果園栽培管理和果實成熟度調研的基礎上，于2020年8～9月期間選定天水市麥積區中灘鎮九龍山潔通公司一管理水平中上等的果園開展試驗蘋果采摘.天水花牛蘋果成熟期一般為其盛花期后140～145 d，根據前期調研和果實生長發育期，在其成熟期前50 d左右，即從盛花期90 d后，每7～15 d進行一次采摘，每個采收期均從做好標記的固定10株有代表性的蘋果樹，隨機采摘大小均勻、顏色基本一致、無病蟲害、無機械傷的果實20 個.果實按要求采收后，當天運回甘肅農業科學院農產品貯藏加工研究所實驗室，(20±1)℃恒溫2 h后，隨機取9 個果實測定基礎值采收直至蘋果淀粉基本水解完為止，試驗共分6 個采收期.

1.2 試劑儀器與指標測定

1.2.1 果實品質指標測定 果實硬度測定：FT-327型手持硬度計測定，取果實赤道部位4個點去皮硬度的平均值.

可溶性固形物含量測定：使用PAL-1型數顯糖度儀測定.

可滴定酸含量的測定：使用GMK-855F 型酸度計測定.

抗壞血酸含量測定：參照曹建康[17]的方法，采用2,6-二氯酚靛酚法測定.

1.2.2 果實成熟衰老指標測定 呼吸速率測定：CA-10 型呼吸代謝測量系統測定，氣流法，氣體流速600 mL/min.

乙烯釋放速率測定：SP-3420 型氣相色譜儀測定，色譜條件：氫火焰檢測器；GDX-502型色譜柱，柱溫50 ℃；FID檢測室溫度240 ℃；載氣為N2，流速30 mL/min，外標法定量.

MDA含量測定：參照曹建康[17]的方法，采用硫代巴比妥酸法測定.

1.2.3 染色方法及淀粉指數計算 淀粉指數測定方法：(1)染色液制備.量取50 mL熱蒸餾水，加入8.8 g碘化鉀,攪拌至溶解后,加入2.2 g結晶碘,完全溶解后用蒸餾水稀釋至1 000 mL,均勻混合裝入棕色瓶內，避光保存備用.(2)測試方法.將配置好的染色液倒入直徑12 cm玻璃培養皿中，染色液深5 mm左右.通過果心中部橫切果實,將帶果柄的一半的果實切面緩慢浸入染色液中，染色1 min后取出果實，然后重復下一個果實.染色結束后，將染色切面與Blanpied等的標準染色圖譜進行對照，按染色深度及圖形分別評定等級，按下式計算淀粉指數 (SI).

SI=Σ(淀粉染色級數×該級果實數) /果實總數

淀粉染色圖譜制作方法：染色結束后，將染色樣品橫切面拍照并與Blanpied等制作的標準染色圖譜進行對照，觀察果實橫切面染色程度，進行淀粉指數計算.從得到的染色圖像中選取8個有代表性的果實染色切面分成0～7共8個等級，按染色程度由深至淺、染色面積由大到小的順序制作淀粉染色圖譜.

1.3 數據統計分析與圖像處理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0軟件對試驗數據進行統計分析.使用Photoshop軟件進行蘋果淀粉染色圖譜制作.

2 結果與分析

2.1 花牛蘋果成熟過程中品質指標變化

如圖1所示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的果實硬度、可滴定酸含量和抗壞血酸含量均呈整體下降趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的果實硬度分別為5.56 kg/cm2和6.01 kg/cm2，較第一次采收時下降26.94%和24.21%，可滴定酸含量分別為28.33%和30.67%，較第一次采收時下降28.59%和17.11%，抗壞血酸含量分別為6.67 mg/100g和6.14 mg/100g，較第一次采收時下降29.57%和31.17%.可溶性固形物含量呈整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的可溶性固形物含量分別為13.63%和14.07%，較第一次采收上升40.52%和45.50%.

圖1 花牛蘋果成熟過程中硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和抗壞血酸含量變化情況Figure 1 Changes of firmness,soluble solid content，titratable acid content and ascorbic acid content during ripening of Huaniu apple

2.2 花牛蘋果成熟過程中成熟衰老指標變化

采收初期俄矮2號和首紅的呼吸速率較低，隨著采收日期的推移，2個品種蘋果的呼吸速率整體均呈現先上升后下降的趨勢(圖2).第3次采收時(即盛花期后113 d)，俄矮2號和首紅的呼吸速率分別上升至7.68 mg/(kg·h)和7.21 mg/(kg·h).至采收末期，2個品種蘋果的呼吸速率分別下降至4.81 mg/(kg·h)和3.76 mg/(kg·h)，下降幅度為37.37%和47.85%.花牛蘋果成熟過程中，乙烯釋放速率始終維持較低水平.在俄矮2號第4次采收(即盛花期后132 d)和首紅第五次采收(即盛花期后147 d)前，2個品種蘋果均未出現乙烯釋放，隨著采收日期的推移，2個品種蘋果的乙烯釋放速率呈現整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的乙烯釋放速率分別為1.32 μL/(kg·h)和2.06 μL/(kg·h).丙二醛含量呈整體上升趨勢.至采收末期，俄矮2號和首紅的丙二醛含量分別為0.22 μmol/g和0.26 μmol/g，較第一次采收上升115.94%和152.91%.

2.3 花牛蘋果成熟過程中淀粉指數變化及其與各指標的相關性分析

如圖3所示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的淀粉指數均呈整體上升趨勢.采收前期，2個品種蘋果的淀粉指數上升較慢，淀粉指數也較低，至第4次采收(即盛花期后132 d)時，淀粉指數快速上升.第6次采收(即盛花期后155 d)時，俄矮2號和首紅的淀粉指數達到最高，分別為5.83和5.56.

圖2 花牛蘋果成熟過程中呼吸速率、乙烯釋放速率和丙二醛含量變化情況Figure 2 Changes of respiration rate，ethylene release rate and malondialdehyde content during ripening of Huaniu apple

表1 花牛蘋果成熟過程中品質指標的變化及其與淀粉指數的相關性

表2 花牛蘋果成熟過程中成熟衰老指標的變化及其與淀粉指數的相關性

根據表1～2淀粉指數相關性分析顯示，2個品種蘋果成熟過程中淀粉指數與其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗壞血酸含量、乙烯釋放速率和丙二醛含量均呈顯著或極顯著相關，兩個品種蘋果的淀粉指數與其呼吸速率無顯著相關性.

圖3 花牛蘋果成熟過程中淀粉指數變化情況Figure 3 Changes of SI of Huaniu apple

2.4 俄矮2號和首紅的淀粉染色圖譜

經碘-碘化鉀染色液浸染的果實切面，黑色區域表示仍有淀粉存在，白色區域表示淀粉已經水解為糖.染色液中的碘可與果實切面中的淀粉發生反應生成藍黑色化合物，而淀粉水解生成的可溶性糖類物質不與碘發生反應.據此特性，結合前人研究，從得到的染色圖像中選取8個有代表性的果實染色切面分成0～7共8個等級，按染色程度由深至淺、染色面積由大到小的順序制作淀粉染色圖譜.其中0～2級為果肉區域全部染色，果心區域100%，50%和0%面積染色，3～7級為果肉區域20%，40%，60%，80%，100%面積染色.如圖4所示，俄矮2號和首紅的淀粉染色圖譜，雖有細微差別，但染色變化趨勢基本一致.結合圖譜與品質指標分析可知，天水地區花牛蘋果，俄矮2號和首紅品種應在淀粉染色等級為3.5(即9月27日，盛花后 147 d)采收.

A： 俄矮2號；B：首紅.A：Oregon Spur 2;B：Red Chief Delicious.圖4 花牛蘋果果實切面淀粉染色圖譜Figure 4 Starch atlas of Huaniu apple fruit section

3 討論

果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸是蘋果的重要感官品質指標，與其商品價值有密切關系.有研究表明，蘋果在其成熟過程中，多聚半乳糖醛酸酶(PG)和和纖維素酶(CX)會將果實體內的多聚半乳糖酸和纖維素降解，促使細胞壁解體，進而導致果實軟化[17-18].本研究結果表明，俄矮2號和首紅蘋果在其成熟過程中，果實硬度整體呈下降趨勢，這與前人研究相一致.秦靜遠[19]的研究表明，在果實成熟過程中，果實的可溶性糖含量隨著淀粉的水解而升高，呼吸作用的增強使有機酸分解.本研究結果表明，俄矮2號和首紅蘋果在其成熟過程中，可溶性固形物含量明顯升高，可滴定酸含量則呈下降趨勢，這與前人研究相一致，說明過早采收的花牛蘋果果實品質較差，不利于產品銷售.張坤[20]的研究顯示，果實成熟度較低水平下不同采收期瓦里短枝蘋果，可滴定酸含量變化不顯著.本研究結果顯示，不同采收期的俄矮2號和首紅蘋果，抗壞血酸含量差異均顯著，這可能與不同采收期之間間隔時間長短有關[6].

呼吸作用與乙烯釋放是果蔬產品發育成熟期重要的生理代謝活動，也是衡量果蔬產品成熟度的重要指標.王志華[16]的研究表明，呼吸代謝高峰時間隨著采收期的推遲而提前，加速細胞壁水解和膜脂過氧化作用產物的生成.本研究顯示，隨著采收日期的推移，俄矮2號和首紅的乙烯釋放速率和丙二醛含量呈整體上升趨勢，這與前人的研究相一致，說明過晚采收會加快花牛蘋果生理衰老進程，提前果實品質劣變的時間.此外，以不同方式貯藏的花牛蘋果，適宜采收期也有不同.因此在生產實踐中應對不同貯藏方式確定不同的淀粉指數用以確定最佳采收期.

4 結論

結果表明，隨著果實成熟度的增加，俄矮2號和首紅的淀粉指數均呈整體上升趨勢.2個品種蘋果成熟過程中淀粉指數與其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗壞血酸含量、乙烯釋放速率和丙二醛含量均呈顯著或極顯著相關，淀粉指數可以客觀反映蘋果成熟度.根據上述結論，本研究制作了花牛蘋果淀粉染色圖譜.依據染色圖譜，用于長期貯藏的天水地區花牛蘋果應于平均淀粉指數3.5左右采收.