甘薯在贮藏期间细胞壁降解酶活性的变化*

王炜，李鹏霞，胡花丽，王毓宁

(江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京，210014)

甘薯在贮藏期间细胞壁降解酶活性的变化*

王炜，李鹏霞，胡花丽，王毓宁

(江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京，210014)

研究了紫心甘薯、黄心甘薯在贮藏100 d期间果胶和细胞壁降解酶的变化情况，以期得出变化规律。以施保克溶液浸泡处理甘薯，置于7℃贮藏，以室温贮藏的甘薯为对照，定期进行生理指标检测。结果表明:贮藏期间，7℃贮藏结合施保克处理能防止甘薯的原果胶过快下降，延缓多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶活性的升高。7℃贮藏结合施保克处理可以较好保持原果胶含量，在实际生产中可以提高甘薯的贮藏品质。

甘薯，贮藏，细胞壁降解酶

甘薯(Ipomonea batatas Lam)又名红薯，属旋花科甘薯属，是具有蔓生习性的1年生或多年生草本植物，原产南美洲，兼有粮食作物和经济作物的特点[1］。目前，亚洲是最主要的甘薯产区，我国常年种植甘薯约620万hm2，是全球最大的甘薯生产国，总产量可达1.06亿t[2］。新鲜薯块组织脆嫩，含水量高，呼吸旺盛[3］，容易消耗大量氧气产生二氧化碳，导致甘薯无法进行正常有氧呼吸产生能量，最终细胞因缺少能量而引发生理病害[4］。

果蔬的组织质地主要取决于原果胶、可溶性果胶等细胞壁物质的含量，与果蔬的成熟衰老密切相关[5］。果蔬在采后贮藏过程中，果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、半纤维素酶、纤维素酶等细胞壁降解酶活性增强，果胶类物质发生降解，从而导致组织的软化。甘薯随着贮藏时间的延长，组织软化，硬度下降，但其果胶物质的降解和细胞壁降解酶的变化目前在国内还未见相关研究报道。

施保克是一种广谱性的高效低毒杀菌剂，但用于甘薯的贮藏研究极少。通过前期研究发现[6］，在6～7℃的低温贮藏下，紫心甘薯和黄心甘薯的主要营养品质均保存较好，对此，课题组在前期研究的基础上，研究了两种甘薯在7℃和室温贮藏下甘薯果胶物质和细胞壁降解酶的变化规律，同时以推荐浓度剂量的施保克处理甘薯，分析施保克处理对甘薯细胞壁降解酶的影响，旨在为甘薯的贮藏技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘薯于2010年11月采自南京市六合区竹镇金磁村江苏省农产品工程技术中心甘薯基地，采后置于田间通风晾晒，然后按商品级标准挑选甘薯，装入塑料周转箱(采用次氯酸钙溶液漂洗消毒)中，将甘薯放进经硫磺消毒后的冷库中进行相关贮藏试验。

1.2 试验方法

将试验的紫心和黄心甘薯各设3组处理:处理1(1000 mg/L施保克溶液浸泡处理，7℃贮藏)、处理2(不处理，7℃贮藏)、处理3(不处理，室温贮藏)，每组处理设5个重复，每个重复200 kg甘薯)。将处理之后的甘薯沥干水，然后置于相应条件下贮藏，贮藏期间每隔20 d取样进行相关指标的测定，试验期限为100 d。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 原果胶、可溶性果胶测定

采用咔唑比色法测定[7］。

1.3.2 果胶甲酯酶的测定

参照王伟的方法[8］，以NaOH滴定法进行测定。

1.3.3 多聚半乳糖醛酸酶的测定

参照张飞的方法[9］加以修改。称取10 g样品，加入20 mL 6%NaCl溶液(含0.6%EDTA、1%PVP)，冰浴碾磨，于1.1×104r/min离心10 min，上清液即为粗酶液。在试管中加入果胶底物5 mL，50℃水浴预热5 min，然后添加4 mL磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液和1 mL粗酶液，摇匀后于50℃水浴中反应30 min，然后加DNS溶液3 mL终止反应，作空白对照，沸水浴煮沸5 min，取出冷却，以蒸馏水定容至25 mL，于540 nm处测定吸光度，以50℃下每分钟分解果胶产生1 μg半乳糖醛酸为1个酶活单位。

1.3.4 半纤维素酶的测定

参考刘靖宇的方法[10］加以修改，称取5g样品，加入20 mL 6%NaCl溶液(含0.6%EDTA、1%PVP)，冰浴碾磨，在1.1×104r/min离心10 min，上清液即为粗酶液。在试管中加入木聚糖溶液1.5 mL，加粗酶液1 mL，50℃水浴保温30 min，取出后立即加入3 mL DNS溶液终止反应(另做空白对照管)，煮沸5 min。冷却后加入蒸馏水定容至25 mL，混匀，于540 nm处测定吸光度，以1 min内改变0.1个光密度值为1个酶活单位。

1.3.5 纤维素酶的测定

参考黄燕华的方法[11］加以修改。称取5g样品，加入20 mL 6%NaCl溶液(含0.6%EDTA、1%PVP)，冰浴碾磨，然后于1.1×104r/min离心10 min，上清液即为粗酶液。取粗酶液1 mL，添加CMC溶液1 mL，50℃水浴保温30 min，然后加DNS溶液3 mL终止反应，并做空白对照，沸水浴煮沸5 min，冷却后于540 nm处测定吸光度，以每分钟每克鲜样在50℃下分解羧甲基纤维素钠产生1 μg葡萄糖为1个酶活性单位。

1.4 数据处理

数据处理采用SPSS11.5软件，采用ANOVA进行Duncan多重差异分析。

2 结果与分析

2.1 甘薯原果胶、可溶性果胶的变化

组织软化是甘薯在贮藏期间的一个主要特征，组织软化将削弱甘薯抵御逆境的防御能力，导致甘薯的耐贮性和抗病性下降，缩短货架期限。由于影响甘薯组织软化的因素较多，后熟、软腐、霉变、挤压均会引起，因此，单用硬度无法反映甘薯组织物质含量的变化。贮藏前甘薯的原果胶含量约占83.33%(紫心甘薯)、87.84%(黄心甘薯)，但在整个贮藏期间，甘薯的原果胶含量逐渐下降(图1A)，可溶性果胶含量逐步增加(图1B)。贮藏100 d时，紫心甘薯的原果胶含量降至51%～65%，黄心甘薯的原果胶含量降至48%～63%，黄心甘薯的组织软化更快。贮藏100 d时，室温贮藏的甘薯原果胶含量均低于7℃贮藏的甘薯，但两种甘薯的处理1和处理2之间的差异不显著，由此可知室温贮藏的甘薯更易出现软化。

2.2 甘薯果胶甲酯酶(PE)的变化

图1 贮藏期间甘薯原果胶、可溶性果胶的变化

甘薯的PE活性在贮藏期间极低，其变化波动起伏但总体明显增加(图2)。贮藏100 d时，7℃贮藏的甘薯的PE活性均低于室温贮藏的甘薯，但没有达到差异显著水平(P＞0.05)，而无论是紫心甘薯还是黄心甘薯，在7℃贮藏的甘薯的PE活性相差极小。

图2 贮藏期间甘薯果胶甲酯酶的变化

2.3 甘薯多聚半乳糖醛酸酶(PG)的变化

PG是与果实软化密切相关的重要水解酶，能水解细胞壁多聚半乳糖醛酸中的α-1，4半乳糖苷键，从而导致细胞壁结构解体[12］，果实组织软化。贮藏期间甘薯的PG活性总体呈上升趋势，其快速上升期出现在贮藏40～100 d期间(图3)，该PG活性提高阶段也是原果胶的迅速降解阶段。贮藏100 d时，室温贮藏甘薯的PG活性均显著高于7℃贮藏的甘薯(P＜0.05)，但在7℃贮藏下，经施保克处理的甘薯的PG活性与未处理的甘薯之间差异不显著。

2.4 甘薯半纤维素酶的变化

图3 贮藏期间甘薯多聚半乳糖醛酸酶的变化

半纤维素酶属于聚糖水解酶类，可与纤维素酶协调作用。甘薯的半纤维素酶活性呈逐渐上升的趋势(图4)，但室温贮藏和7℃贮藏的甘薯之间的半纤维素酶活性相差极小，而且无论是紫心甘薯还是黄心甘薯，处理1和处理2的半纤维素酶活性亦没有明显差异。

图4 贮藏期间甘薯半纤维素酶的变化

2.5 甘薯纤维素酶的变化

纤维素酶与果实软化密切相关能够分解含β-1，4糖苷键的半纤维素，但不能降解细胞壁中不溶性或结晶的纤维素[12］。甘薯的纤维素酶活性呈现先下降再上升的变化趋势(图5)，其快速升高期出现在贮藏40 d以后，高点期出现在贮藏80 d时。室温贮藏的甘薯的纤维素酶活性普遍高于7℃贮藏的甘薯，在贮藏80 d时达到显著差异水平(P＜0.05)，但无论紫心甘薯还是黄心甘薯，处理1和处理2的纤维素酶活性差异较小，因此，以施保克处理甘薯不会引起纤维素酶的异常变化。

3 讨论与结论

果实组织软化是细胞中胶层结构改变造成细胞分离和细胞壁物质降解所引起的细胞壁总体结构破坏的结果，胞壁物质的降解和果胶-纤维素-半纤维素(P-C-H)结构的破坏是组织软化的开始[13］。甘薯组织的软化与甘薯的贮藏寿命关系紧密，果胶物质的分解会使细胞结构遭到破坏，细胞壁和中胶层物质降解，纤维素和半纤维素分解，细胞壁机械强度下降[13］，最后降低了甘薯组织的硬度。

图5 贮藏期间甘薯纤维素酶的变化

甘薯在贮藏期间，原果胶在果胶酶的作用下分解为可溶性果胶，细胞间失去黏结作用，甘薯组织变得松弛[14］。本研究中，原果胶在甘薯贮藏40d后快速下降，可溶性果胶呈直线上升变化，此后甘薯组织硬度降低，耐贮性下降，全面进入软腐高峰期。

有研究表明[12］，很多果实的成熟过程中PG、PE都起重要作用，果实软化主要是PG和PE相互作用的结果，随着两种酶活性的增加，果胶物质分解，果实硬度下降。本试验中，甘薯在贮藏100d期间，PE活性始终很低，但PG活性较高，这可能是由于PE与甘薯的果胶物质没有直接作用，而是通过作用于果胶后产生多聚半乳糖醛酸为PG提供最适的作用底物，起到间接的协同和调节作用，因此，在甘薯的果胶降解酶中，起主要作用的是PG而不是PE。

纤维素是葡萄糖的多聚物，在胞壁中形成微纤丝，半纤维素中含有木聚糖等多种多糖，能与纤维素微纤丝结合，起稳定微纤丝的作用，因此，纤维素是细胞壁的骨架物质，它的降解表明细胞壁的解体和组织开始软化[15］。本研究中，半纤维素活性普遍较高，而且处于不断上升的趋势，但总体起伏较小，酶活性较为稳定;纤维素酶活性起伏较大，而且在贮藏40～100 d期间一直处于较高点，而该贮藏阶段也是甘薯组织的软化加速期。有资料表明，纤维素酶对果实贮藏初期的软化作用不大，但在贮藏中后期会导致果实的进一步软化[16］，这与本研究结论基本一致。因此，半纤维素酶和纤维素酶的活性增加是甘薯组织软化的重要原因之一，但起主要作用的是半纤维素酶还是纤维素酶。

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ABSTRACTThe study was carried out to investigate the changes of pectin and cell wall degradation enzyme of purple sweet potato and yellow sweet potato during their storage for 100 days.The purpose of the research was to find the variation of sweet potato.The sweet potato with Sportak dipping treatment(1000mg/L)were placed in storage solution under 7℃，using the sweet patato stored at ambient-temperature as control(ck)，to detect the physical indicators periodically.The results showed that Sportak dipping treatment combined with storage at 7℃effectively prevented the rapid decrease of content of protopectin and slowed down the increase of activity of polygalacturonase and cellulose.The Sportak dipping treatment combined with storage at 7℃could keep higher content of protopectin and improve the storage quality of sweet potatoin in the actual production.

Key wordssweet potato，storage，cell wall degradation enzyme

Study on the Activity of Cell Wall Degradation Enzyme of Sweet Potato in Its Storage

Wang Wei，Li Peng-xia，Hu Hua-li，Wang Yu-ning
(Institute of Agricultural Products Processing，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China)

硕士，助理研究员(李鹏霞副研究员为通讯作者)。

*江苏省农业自主创新项目“特色根茎类蔬菜贮藏保鲜关键技术与装备创新研究”(CX(11)2063)

2012-04-06，改回日期:2012-06-12