氯吡苯脲和O3处理‘秦美’猕猴桃采后生理品质与电学特性的关系

李 琳，罗安伟,*，李圆圆，苏 苗，白俊青，李 锐，方沂蒙，马惠玲

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100）

猕猴桃因富含维生素、矿物质、膳食纤维等而被誉为营养成分最突出的水果之一[1]。近年来，全球猕猴桃需求量大幅度增加，亚洲新兴市场已经形成[2]。2016年，中国猕猴桃栽培面积达到1.5×109m2，产量达到237万 t，成为猕猴桃生产第一大国。但是，在我国猕猴桃生产中，为了提高果实单果质量和亩产量以获得更高经济效益，果农普遍使用氯吡苯脲（1-(2-chloropyridin-4-yl)-3-phenylurea，CPPU）（俗称膨大剂）进行蘸果处理。CPPU主要与内源性生长素协同作用，诱导单性结实，促进细胞分裂和侧生长[3]。20世纪90年代起CPPU开始应用于猕猴桃生产，在增大果实单果质量、提高亩产量等方面效果显著[4-5]。国内外对于CPPU处理对猕猴桃成熟和贮藏过程中品质、营养物质含量的影响已有报道[6-10]，结果显示CPPU处理对猕猴桃生理和品质均产生了不良影响，导致其耐藏性和抗病性下降，贮藏期缩短。因此，亟需寻找一种绿色保鲜剂来减弱甚至抵消CPPU对猕猴桃的不良影响。

臭氧（O3）是一种强氧化剂[11]，不仅能够抑制果实腐烂、霉菌等微生物生长，还可以氧化分解果蔬新陈代谢释放出的催熟剂（乙烯），因此具有延缓衰老的作用[12]。另外O3极易分解为氧气，具有无残留和不积累任何有毒物质等优点，是一种理想的绿色保鲜剂。在果蔬贮藏保鲜中，目前已有研究者将O3应用于葡萄[13]、黄瓜[14]、柑橘[15]、桑葚[16]中，结果表明O3处理可诱导表皮气孔缩小、抑制病菌侵入、提高贮藏品质。因此，本实验将生产中使用CPPU的猕猴桃采后用O3处理，研究O3处理对CPPU产生的负作用是否具有一定的减轻或抵消效果。

水果作为由细胞组成的完整生物体，从微观结构看，其内部存在大量带电粒子形成的生物电场，它们在生长、成熟、受损以及腐烂变质过程中的生物化学反应始终伴随能量的转化和转移，导致生物组织内各类化学物质所带电荷量及电荷空间分布的变化，最终从宏观上表现为水果的电学特性改变；因此，可以通过对水果的电特性检测进而判断其内部品质变化情况[17]。近年来国内外学者对灵武长枣[18]、苹果[19-20]、葡萄[21]、香蕉[22]、甜瓜[23]的电学特性进行了相关研究，建立了品质与电参数的关系模型，实现了基于宏观电学特性对果蔬内在品质变化的判断；因此可通过宏观电学特性判断O3处理是否可减轻甚至消除CPPU对猕猴桃产生的负面影响。

本实验以‘秦美’猕猴桃为对象，研究采前CPPU处理、采前CPPU处理与采后O3处理猕猴桃在低温贮藏过程中生理品质及电学特性的相关性；从宏观电学特性方面判断O3处理对CPPU产生的负作用是否具有一定的减缓或消除效果，为基于电学特性的猕猴桃是否使用膨大剂的无损检测提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料为‘秦美’猕猴桃（Actinidia deliciosa cv.Qinmei）。于2016年9月28日采自陕西省杨凌示范区夏家沟村，果树树龄为6 年，树势健壮。

氢氧化钠、抗坏血酸、碘化钾、体积分数95%乙醇溶液 广东光华科技股份有限公司；0.1%吡效隆（有效成分为CPPU） 四川兰月科技有限公司。

1.2 仪器与设备

3532-50 LCR测试仪 日本HIOKI公司；TA.XT PLUS/50物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；HC-3018R高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；PAL-1数显糖度计 日本爱宕公司；XM-Y移动型臭氧发生器 青岛欣美净化设备有限公司；MIC-800有毒有害气体检测报警仪 四川利君精华制药股份有限公司；Telaire7001红外线CO2分析仪 美国GE公司；L5紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

CPPU处理组猕猴桃在盛花期后28 d用20 mg/L CPPU溶液逐个浸蘸猕猴桃幼果，蘸果时间为3～5 s（记为CPPU处理组），对照组用清水浸蘸幼果3～5 s（记为CK组）。猕猴桃生长至可溶性固形物质量分数（soluble solids content，SSC）达6.0%～6.5%时采收，采收过程中要轻拿轻放，不能对猕猴桃果皮造成伤害。选取果形相近、无损伤的猕猴桃用于实验，剔除有伤、畸形、日灼、过大及过小果实。采收后果实装入塑料筐于阴凉处放置24 h散去田间热入库，0 ℃冷库预冷24 h后用单层0.03 mm厚聚乙烯（polyethylene，PE）袋包装，每袋10 个果实，用橡皮筋扎口，在（0±1）℃、相对湿度90%～95%冷库中贮藏。贮藏过程中经CPPU处理的猕猴桃每隔15 d自PE袋中取出放入塑料小眼筐中，用70 mg/m3O3处理2 h（记为CPPU+O3处理组）后重新装入PE袋，扎口保存。

1.3.2 电学参数的测定

实验采用平行板电极系统在线无损检测，使用3532-50 LCR测试仪，可测试频率范围为42 Hz～5 MHz，实际采用频率为100 Hz～3.98 MHz范围内的24 个频率点，电压为1 V的正弦波，极板夹持力为0.5 N[24]。在线自动测量各电学参数复阻抗（Z）、电抗（X）、损耗系数（D）、并联等效电阻（Rp）、并联等效电容（Cp）、并联等效电感（Lp）。测试探头采用9140型4终端探头，电极采用铜制正方形平行平板电极，上下极板边长均为6 cm，极板间距可调。每个处理组猕猴桃30 个，沿果实赤道上120°等距离测定3 次，测定Z、X、D、Rp、Cp、Lp的变化。

1.3.3 品质指标测定

1.3.3.1 生理指标测定

呼吸速率采用Telaire7001红外线CO2分析仪测定。随机取1 kg左右的猕猴桃，称质量后放于密闭干燥器中，同时放入红外线CO2分析仪并开始计时，15 min后开始读数，即为原始数据，1 h后第2次读数。呼吸强度以每千克鲜质量样品每小时所释放的CO2质量来表示，单位为mg/（kg·h）。

过氧化氢酶（catalase，CAT）活力测定参照Li Fujun等[25]的方法。反应液由2.95 mL H2O2溶液和0.05 mL过滤后的酶提取液组成，在反应30 s 时，用紫外-可见分光光度计测定240 nm波长处吸光度，作为初始值，然后每隔 30 s测定1 次吸光度，至少获取6 个时间点的数据。以每克果蔬样品（鲜质量）每分钟吸光度变化值减少0.01为1 个酶活力单位（U），单位为U/g。

纤维素酶（cellulase，Cx）活力测定参照Brummell等[26]的方法。Cx活力以每小时每克样品在37 ℃催化羧甲基纤维素水解形成还原糖的质量表示，单位为μg/（h·g）。

多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）活力测定参考Carrington[27]、罗自生[28]等的方法。PG活力以每小时每克果蔬组织样品（鲜质量）在37 ℃催化多聚半乳糖醛酸水解生成半乳糖醛酸的质量表示，单位为µg/（h·g）。

以上指标每隔15 d测定一次（测定时间和电参数同步），设3 个重复。

1.3.3.2 硬度、SSC、VC含量、TA质量分数的测定

硬度采用物性测定仪测定。在TPA模式下，随机取5 个猕猴桃果实，沿果实赤道上120°等距离取3 点，削去果实表皮，测定3 次。探头为P5，测试模式为Measure Force in Compression，参数设置为预压速率1.00 mm/s，下压速率5.00 mm/s，压后上行速率5.00 mm/s，两次压缩中间停顿5.00 s，探头直径为0.5 cm，单位为kg/cm2。

SSC采用数显糖度计测定。

VC含量采用碘量法[29]测定。

可滴定酸（titratable acid，TA）质量分数采用酸碱滴定法[29]测定。

1.4 数据分析

采用SPSS 23.0软件进行差异显著性分析（方差分析）、主成分分析、相关分析（变量分析）。采用Origin 2016软件进行作图。P＜0.05表示差异性显著。

2 结果与分析

2.1 不同处理对猕猴桃贮藏过程中品质的影响

图 1 不同处理对猕猴桃贮藏过程中品质的影响Fig. 1 Effects of different treatments on the quality of kiwifruit during storage

如图1A所示，所有组在贮藏第15天呼吸速率均出现峰值，45 d以后CPPU处理组猕猴桃呼吸速率显著高于CPPU+O3处理组（P＜0.05），同时高于CK组，但仅在第60、90天和第150天与CK组有显著性差异（P＜0.05）。CPPU+O3处理组猕猴桃呼吸速率整体上最低，说明O3处理可以抑制猕猴桃的呼吸速率，与齐馨等[13]研究O3对‘红地球’葡萄的结果一致。

如图1B所示，所有组CAT活力在整个贮藏期间呈下降趋势，CK组和CPPU+O3处理组猕猴桃CAT活力整体上高于CPPU处理组，在贮藏90 d后CK组和CPPU+O3处理组无显著差异（P＞0.05），但CPPU+O3处理组CAT活力在第30、60、105、135、150天显著高于CPPU处理组（P＜0.05），说明O3处理可以延缓猕猴桃CAT活力的下降。CAT能分解代谢产生的H2O2，从而有效地清除自由基，达到延缓细胞衰老的目的；因此O3处理可以延缓猕猴桃的衰老[30-31]。

研究发现，细胞壁降解是导致采后果实软化的主要因素[32]，而PG、Cx是主要的细胞壁降解酶[33-34]，因此，PG、Cx活力一定程度上可以反映果实的软化程度。如图1C、D所示，所有组Cx、PG活力在整个贮藏期间呈先上升后下降趋势，CK组和CPPU+O3处理组猕猴桃Cx、PG活力整体上低于CPPU处理组，在第30～75天和第105天，CPPU+O3处理组Cx活力显著低于CPPU处理组（P＜0.05），在45、75 d时，CPPU+O3处理组PG活力显著低于CPPU处理组（P＜0.05），说明O3处理可以延缓猕猴桃Cx、PG活力的升高，即延缓猕猴桃的软化。

如图1E所示，所有SSC先升高，在75 d以后趋于平缓，贮藏后期有所降低，这是由于贮藏前期淀粉转化为可溶性糖补充呼吸消耗导致SSC升高，后期随着呼吸消耗增大，转化的可溶性糖不足以补充呼吸消耗导致的SSC降低。在贮藏第15、30、45天，CPPU处理组SSC显著高于CK组和CPPU+O3处理组（P＜0.05），达到最高值以后CPPU处理组SSC下降最明显，这与此时CPPU处理组呼吸速率最高有关。

如图1F所示，贮藏前45 d，果肉硬度从大到小依次为CK组、CPPU处理组、CPPU+O3处理组，但这3 个处理组无显著性差异（P＞0.05），45 d之后CPPU+O3处理组硬度高于其他两组，说明O3对整个贮藏期果实硬度的维持具有积极作用。

如图1G、H所示，贮藏期间CPPU处理组猕猴桃VC含量、TA质量分数下降最快，且显著低于CK组（P＜0.05），第60、90、135、150天，CPPU+O3处理组猕猴桃VC含量、TA质量分数均显著高于CPPU处理组（P＜0.05），其中VC含量显著低于CK组（P＜0.05），TA质量分数与CK组无显著性差异（P＞0.05），说明O3可以减缓CPPU处理组猕猴桃VC、TA质量分数的下降。

综合而言，CPPU处理不仅加快了猕猴桃贮藏期内的呼吸速率，促进了SSC和PG、Cx活力的上升，加速了CAT活力、VC含量、TA质量分数的下降；而CPPU+O3处理在抑制呼吸速率、延缓CAT活力下降、延缓PG和Cx活力上升、抑制SSC升高、抑制VC和TA降解方面效果显著，在贮藏期能有效延缓CPPU处理组猕猴桃的衰老和VC、TA的降解，这与周慧娟等[15]研究O3处理对宫川柑橘的结果一致。

2.2 猕猴桃生理、品质与电参数的相关性

2.2.1 生理指标与电参数的相关性

图 2 不同频率下猕猴桃电参数与呼吸速率（A）和CAT（B）、Cx（C）、PG（D）活力的相关性Fig. 2 Correlation between respiration rate (A), activities of CAT (B), Cx (C),PG (D) and electrical parameters of kiwifruit at different frequencies

如图2所示，Z、Lp、Rp、X与呼吸速率、CAT活力呈正相关关系，与Cx、PG呈负相关关系；D、Cp与呼吸速率、CAT活力呈负相关关系，与Cx、PG活力呈正相关关系。综合比较，在猕猴桃果实电参数与生理指标之间，3 980 kHz下复阻抗Z与Cx活力极显著相关（P＜0.01），相关系数最大，为-0.895。

2.2.2 品质指标与电参数的相关性

图 3 猕猴桃不同频率下电参数与SSC（A）、硬度（B）、VC含量（C）、TA质量分数（D）的相关性Fig. 3 Correlation between soluble solids content (A), pulp hardness (B), VC content (C), TA content (D) and electrical parameters of kiwifruit at different frequencies

如图3所示，D、Rp、Cp与SSC呈正相关关系，与果肉硬度、VC含量、TA质量分数呈负相关关系；Z、Lp、X与SSC呈负相关关系，与果肉硬度、VC含量、TA质量分数呈正相关关系。综合比较，在猕猴桃果实电参数与品质指标之间，2 510 kHz下X与VC含量极显著相关（P＜0.01），相关系数最大，为0.956。

2.2.3 特征频率的筛选

对不同频率下猕猴桃电参数与生理、品质参数的相关系数进行主成分分析，筛选出VC含量、果肉硬度、CAT活力与电参数相关性最强的频率点为3 980 kHz，Cx、PG活力与电参数相关性最强的频率点为0.1 kHz，TA质量分数、呼吸速率与电参数相关性最强的频率点为2 510 kHz，SSC与电参数相关性最强的频率点为0.251 kHz。虽然各生理参数均找到了与电参数的综合相关性最好的频率点，但没有达到统一。因此进行主成分分析，综合相关指数排名最高的频率为筛选出的特征频率。

表 1 猕猴桃不同频率下电参数与生理、品质指标综合相关指数排名Table 1 Ranking of comprehensive correlation coefficients between electrical parameters and physiological indexes, quality parameters of kiwifruit at different frequencies

如表1所示，猕猴桃在3 980 kHz下综合相关指数排名最高，故3 980 kHz可作为‘秦美’猕猴桃电学特性检测的特征频率。

2.3 CPPU处理猕猴桃生理、品质与电参数的相关性

2.3.1 生理指标与电参数的相关性

图 4 CPPU处理的猕猴桃在不同频率下电参数与呼吸速率（A）、CAT活力（B）、Cx活力（C）、PG活力（D）的相关性Fig. 4 Correlation between respiration rate (A), activities of CAT (B),Cx (C), PG (D) and electrical parameters of CPPU-treated kiwifruit at different frequencies

如图4所示，D和Cp与呼吸速率、CAT活力呈正相关关系，与Cx、PG活力呈负相关关系；Z、Lp、Rp、X与呼吸速率、CAT活力呈负相关关系，与Cx、PG活力呈正相关关系。综合比较，CPPU处理组猕猴桃果实电参数与生理指标之间，2 510 kHz下D与PG活力显著相关（P＜0.05），其相关系数最大，为-0.882。

2.3.2 品质指标与电参数的相关性

图 5 CPPU处理猕猴桃不同频率下电参数与SSC（A）、硬度（B）、VC含量（C）、TA质量分数（D）的相关性Fig. 5 Correlation between SSC (A), pulp hardness (B), VC content (C),TA content (D) and electrical parameters of CPPU-treated kiwifruit at different frequencies

如图5所示，Z、Lp、Rp、X与SSC呈正相关关系，与果肉硬度、VC含量、TA质量分数呈负相关关系；D、Cp与SSC呈负相关关系，与果肉硬度、VC含量、TA质量分数呈正相关关系。综合比较，CPPU处理猕猴桃果实电参数与品质指标之间关系，10 kHz下Cp与果肉硬度极显著相关（P＜0.01），相关系数最大，为0.967。

2.3.3 特征频率的筛选

对不同频率下CPPU处理猕猴桃电参数与生理、品质参数的相关系数进行主成分分析，筛选出果实硬度、VC含量、TA质量分数、CAT活力与电参数相关性最强的频率点为0.1 kHz，PG、Cx活力与电参数相关性最强的频率点为631 kHz，SSC与电参数相关性最强的频率点为100 kHz，呼吸速率与电参数相关性最强的频率点为63.1 kHz。虽然各生理参数均找到了与电参数的综合相关性最好的频率点，但没有达到统一。因此进行主成分分析，综合相关指数排名最高的频率为筛选出的特征频率。

表 2 CPPU处理的猕猴桃在不同频率下电参数与生理、品质指标的综合相关指数排名Table 2 Ranking of comprehensive correlation coef fi cients between electrical parameters and physiological indexes, quality parameters of CPPU-treated kiwifruit at different frequencies

如表2所示，CPPU处理的猕猴桃在0.1 kHz下其综合相关指数排名最高，故0.1 kHz可作为CPPU处理的猕猴桃电学特性检测的特征频率。与CK组相比，特征频率发生变化的原因可能是CPPU处理加速了贮藏期间猕猴桃的呼吸速率，导致细胞衰老加速，内部水分急剧减少，进而影响细胞组织内电荷量及电荷空间分布的变化。

2.4 CPPU+O3处理组猕猴桃生理、品质与电参数的相关性

2.4.1 生理指标与电参数的相关性

图 6 CPPU＋O3处理的猕猴桃在不同频率下电参数与呼吸速率（A）和CAT（B）、Cx（C）、PG（D）活力的相关性Fig. 6 Correlation between respiration rate (A), activities of CAT (B),Cx (C), PG (D) and electrical parameters of CPPU + O3 treated kiwifruit at different frequencies

如图6所示，Z、Lp、Cp、X与呼吸速率的相关性在251 kHz附近处发生改变，与CAT的相关性在39.8 kHz附近处发生改变，与Cx的相关性在63.1 kHz附近处发生改变，而与PG的相关性在100 kHz附近处发生改变。在频率小于相关性改变点频率时，Z、Lp、X与呼吸速率、CAT活力呈负相关关系，与Cx、PG活力呈正相关关系；Cp与呼吸速率、CAT活力呈正相关关系，与Cx、PG活力呈正相关关系。当频率大于相关性改变点频率时相关性正好相反。Rp在整个频率范围内几乎完全与Cx、PG活力呈正相关关系，与呼吸速率、CAT活力呈负相关关系；D则与Rp相反。综合比较，CPPU+O3处理的猕猴桃果实电参数与生理指标之间，3 980 kHz下并联等效电感Lp与PG活力显著相关（P＜0.05），最大相关系数最大，为-0.985。

2.4.2 品质指标与电参数的相关性

图 7 CPPU＋O3处理的猕猴桃在不同频率下电参数与SSC（A）、硬度（B）、VC含量（C）、TA质量分数（D）的相关性Fig. 7 Correlation between SSC (A), pulp hardness (B), VC content (C),TA content (D) and electrical parameters of CPPU + O3 treated kiwifruit at different frequencies

如图7所示，Z、Lp、Cp、X与SSC、硬度、VC含量的相关性几乎都在251 kHz附近发生改变，而与TA质量分数的相关性在100 kHz附近发生改变。由图7A可知，对于SSC而言，在频率小于相关性改变点频率时，Z、Lp、X与其呈正相关关系，Cp与其呈负相关关系；当频率大于251 kHz时相关性正好相反。由图7B～D可知，果肉硬度、VC含量、TA质量分数与SSC的情况刚好相反。Rp在整个频率范围内几乎与SSC呈正相关关系，与果肉硬度、VC含量、TA质量分数呈负相关关系；D则与Rp相反。综合比较，CPPU+O3处理的猕猴桃果实电参数与品质指标之间，3 980 kHz下并联等效电感Lp与TA质量分数极显著相关（P＜0.01），相关系数最大，为0.977。

2.4.3 特征频率的筛选

对不同频率下CPPU+O3处理的猕猴桃电参数与生理、品质参数的相关系数进行主成分分析，筛选出呼吸速率、CAT活力、果实硬度、VC含量、TA质量分数与电参数相关性最强的频率点为3 980 kHz，PG、Cx活力与电参数相关性最强的频率点为1 kHz，SSC与电参数相关性最强的频率点为0.251 kHz。虽然各生理参数均找到了与电参数的综合相关性最好的频率点，但没有达到统一。因此进行主成分分析，综合相关指数排名最高的频率为筛选出的特征频率。

如表3所示，CPPU+O3处理的猕猴桃在3 980 kHz下综合相关指数排名最高，故3 980 kHz可作为CPPU+O3处理的猕猴桃电学特性检测的特征频率。CPPU+O3处理的猕猴桃的特征频率与CK组一样，而与CPPU处理组不一样的原因可能是O3诱导表皮气孔缩小，减少呼吸和蒸腾作用，与CPPU处理相比减少了细胞水分的损失。

表 3 CPPU＋O3处理的猕猴桃在不同频率下电参数与生理、品质指标的综合相关指数排名Table 3 Ranking of comprehensive correlation coef fi cients between electrical parameters and physiological indexes, quality parameters of CPPU + O3 treated kiwifruit at different frequencies

3 讨 论

在低温贮藏过程中，盛花后经CPPU处理的猕猴桃生理、品质均显著劣于CK组，这与王玮[10]、易春[35]等的研究结果相一致。而CPPU+O3处理能有效延缓CPPU处理猕猴桃的衰老和VC、TA的降解，这与周慧娟等[15]的研究结果相一致。但经O3处理的CPPU猕猴桃生理、品质仍劣于CK组，说明采后O3处理可以减弱CPPU对猕猴桃产生的负面影响但不足以完全抵消。通过对选定的24 个频率下不同处理组猕猴桃电参数与生理、品质参数的相关系数的主成分分析发现，CK组猕猴桃X与VC含量极显著相关（P＜0.01），且相关性最大，特征频率为3 980 kHz；经CPPU处理的猕猴桃Cp和果肉硬度极显著相关（P＜0.01），且相关性最大，特征频率为0.1 kHz；经CPPU+O3处理的猕猴桃并联等效电感Lp与TA质量分数显著相关（P＜0.05），且相关性最大，特征频率为3 980 kHz。CPPU处理组猕猴桃的特征频率与CK组相比发生了变化，主要是贮藏过程中CPPU加速了猕猴桃的呼吸速率，导致细胞衰老加速，内部水分急剧减少，进而影响细胞组织内电荷量及电荷的空间分布变化。CPPU+O3处理组猕猴桃的特征频率与CK组一致而与CPPU处理组不一致，一方面是贮藏过程中O3处理导致猕猴桃表皮气孔规则且处于关闭状态，减少了呼吸和蒸腾作用[16]，与CPPU处理组相比减少了细胞水分的损失，导致细胞组织内电荷量及电荷的空间分布发生了变化；另一方面是O3抑制了细胞壁的降解，增加了果实的贮藏性。

实验结果表明，CPPU+O3处理组猕猴桃生理、品质均优于CPPU处理组，另外在宏观电学特性方面也差异明显。CK组与CPPU+O3处理组猕猴桃电学特性检测的特征频率一样，而与CPPU处理组不一样，因此可通过宏观电学特性表明采后O3处理可减弱盛花期CPPU处理对猕猴桃产生的负面影响。