天水花牛苹果淀粉染色图谱的建立

尹健，颉敏华,2，吴小华，王学喜，陈柏，王彦淳，王强强，张雯雯

(1.甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省果蔬贮藏加工技术创新中心，甘肃 兰州 730070)

花牛苹果，甘肃省天水市特产，系指产于该市大部分区域的元帅系优良品种苹果.随着花牛苹果种植规模的日益扩大，采收时产品成熟度不一致的问题严重影响花牛苹果的产品品质和商品流通.采收成熟度高低或采收期早晚是影响果实商品品质和贮藏效果的关键要素.因此，确定适宜采收期对于花牛苹果的商品销售尤为重要[1].

大量研究表明，淀粉-碘染色法是一种简便易行的判断苹果成熟度的有效方法.苹果等园艺产品果实，成熟度较低时含有大量淀粉，随着成熟度上升，果实体内的淀粉逐步水解为可溶性糖类物质.碘能与淀粉发生反应生成深蓝至蓝黑色化合物，与糖则无化学反应发生，据此特性，研究人员对成熟度不一的苹果果实横切面逐个进行染色，建立淀粉-碘染色图谱，以此作为确定苹果成熟度的标准[2].使用淀粉-碘染色法作为判定不同品种苹果成熟度的研究由来已久.1936年，Davis[3]的研究表明，利用未成熟的苹果果实中含有大量未水解的淀粉能与碘发生化学反应生成蓝黑色化合物的特性，将不同成熟度苹果果实横切面的染色图像分为9个级别建立淀粉-碘染色图谱，从低到高依次指示苹果果实成熟度，可以客观指示苹果成熟度.此后，有关淀粉-碘染色图谱的研究不断深入.Lau[4]发现，基于淀粉-碘染色图谱得到的淀粉指数(SI)与苹果果实淀粉含量呈负相关，与内源乙烯含量呈正相关.Smith[5]的研究显示，低温环境会加快苹果果实淀粉向糖的转化，使得淀粉指数升高；提高试验容量能使淀粉-碘染色图谱更加准确的反映苹果成熟度.目前国内也已建立了多个品种的苹果淀粉-碘染色图谱，并广泛应用于生产领域[7-15]，但是花牛苹果生产上还缺乏简单可靠的成熟度测定方法.为此,本试验拟以天水地区主栽的俄矮2号和首红苹果为试验材料,制作判断其成熟度和采收期的淀粉-碘染色图谱，以期对花牛苹果的适时采收提供一定的理论参考.

1 材料与方法

1.1 材料与处理

在花牛苹果果实采收前期对不同果园栽培管理和果实成熟度调研的基础上，于2020年8～9月期间选定天水市麦积区中滩镇九龙山洁通公司一管理水平中上等的果园开展试验苹果采摘.天水花牛苹果成熟期一般为其盛花期后140～145 d，根据前期调研和果实生长发育期，在其成熟期前50 d左右，即从盛花期90 d后，每7～15 d进行一次采摘，每个采收期均从做好标记的固定10株有代表性的苹果树，随机采摘大小均匀、颜色基本一致、无病虫害、无机械伤的果实20 个.果实按要求采收后，当天运回甘肃农业科学院农产品贮藏加工研究所实验室，(20±1)℃恒温2 h后，随机取9 个果实测定基础值采收直至苹果淀粉基本水解完为止，试验共分6 个采收期.

1.2 试剂仪器与指标测定

1.2.1 果实品质指标测定 果实硬度测定：FT-327型手持硬度计测定，取果实赤道部位4个点去皮硬度的平均值.

可溶性固形物含量测定：使用PAL-1型数显糖度仪测定.

可滴定酸含量的测定：使用GMK-855F 型酸度计测定.

抗坏血酸含量测定：参照曹建康[17]的方法，采用2,6-二氯酚靛酚法测定.

1.2.2 果实成熟衰老指标测定 呼吸速率测定：CA-10 型呼吸代谢测量系统测定，气流法，气体流速600 mL/min.

乙烯释放速率测定：SP-3420 型气相色谱仪测定，色谱条件：氢火焰检测器；GDX-502型色谱柱，柱温50 ℃；FID检测室温度240 ℃；载气为N2，流速30 mL/min，外标法定量.

MDA含量测定：参照曹建康[17]的方法，采用硫代巴比妥酸法测定.

1.2.3 染色方法及淀粉指数计算 淀粉指数测定方法：(1)染色液制备.量取50 mL热蒸馏水，加入8.8 g碘化钾,搅拌至溶解后,加入2.2 g结晶碘,完全溶解后用蒸馏水稀释至1 000 mL,均匀混合装入棕色瓶内，避光保存备用.(2)测试方法.将配置好的染色液倒入直径12 cm玻璃培养皿中，染色液深5 mm左右.通过果心中部横切果实,将带果柄的一半的果实切面缓慢浸入染色液中，染色1 min后取出果实，然后重复下一个果实.染色结束后，将染色切面与Blanpied等的标准染色图谱进行对照，按染色深度及图形分别评定等级，按下式计算淀粉指数 (SI).

SI=Σ(淀粉染色级数×该级果实数) /果实总数

淀粉染色图谱制作方法：染色结束后，将染色样品横切面拍照并与Blanpied等制作的标准染色图谱进行对照，观察果实横切面染色程度，进行淀粉指数计算.从得到的染色图像中选取8个有代表性的果实染色切面分成0～7共8个等级，按染色程度由深至浅、染色面积由大到小的顺序制作淀粉染色图谱.

1.3 数据统计分析与图像处理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0软件对试验数据进行统计分析.使用Photoshop软件进行苹果淀粉染色图谱制作.

2 结果与分析

2.1 花牛苹果成熟过程中品质指标变化

如图1所示，随着采收日期的推移，俄矮2号和首红的果实硬度、可滴定酸含量和抗坏血酸含量均呈整体下降趋势.至采收末期，俄矮2号和首红的果实硬度分别为5.56 kg/cm2和6.01 kg/cm2，较第一次采收时下降26.94%和24.21%，可滴定酸含量分别为28.33%和30.67%，较第一次采收时下降28.59%和17.11%，抗坏血酸含量分别为6.67 mg/100g和6.14 mg/100g，较第一次采收时下降29.57%和31.17%.可溶性固形物含量呈整体上升趋势.至采收末期，俄矮2号和首红的可溶性固形物含量分别为13.63%和14.07%，较第一次采收上升40.52%和45.50%.

图1 花牛苹果成熟过程中硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和抗坏血酸含量变化情况Figure 1 Changes of firmness,soluble solid content，titratable acid content and ascorbic acid content during ripening of Huaniu apple

2.2 花牛苹果成熟过程中成熟衰老指标变化

采收初期俄矮2号和首红的呼吸速率较低，随着采收日期的推移，2个品种苹果的呼吸速率整体均呈现先上升后下降的趋势(图2).第3次采收时(即盛花期后113 d)，俄矮2号和首红的呼吸速率分别上升至7.68 mg/(kg·h)和7.21 mg/(kg·h).至采收末期，2个品种苹果的呼吸速率分别下降至4.81 mg/(kg·h)和3.76 mg/(kg·h)，下降幅度为37.37%和47.85%.花牛苹果成熟过程中，乙烯释放速率始终维持较低水平.在俄矮2号第4次采收(即盛花期后132 d)和首红第五次采收(即盛花期后147 d)前，2个品种苹果均未出现乙烯释放，随着采收日期的推移，2个品种苹果的乙烯释放速率呈现整体上升趋势.至采收末期，俄矮2号和首红的乙烯释放速率分别为1.32 μL/(kg·h)和2.06 μL/(kg·h).丙二醛含量呈整体上升趋势.至采收末期，俄矮2号和首红的丙二醛含量分别为0.22 μmol/g和0.26 μmol/g，较第一次采收上升115.94%和152.91%.

2.3 花牛苹果成熟过程中淀粉指数变化及其与各指标的相关性分析

如图3所示，随着采收日期的推移，俄矮2号和首红的淀粉指数均呈整体上升趋势.采收前期，2个品种苹果的淀粉指数上升较慢，淀粉指数也较低，至第4次采收(即盛花期后132 d)时，淀粉指数快速上升.第6次采收(即盛花期后155 d)时，俄矮2号和首红的淀粉指数达到最高，分别为5.83和5.56.

图2 花牛苹果成熟过程中呼吸速率、乙烯释放速率和丙二醛含量变化情况Figure 2 Changes of respiration rate，ethylene release rate and malondialdehyde content during ripening of Huaniu apple

表1 花牛苹果成熟过程中品质指标的变化及其与淀粉指数的相关性

表2 花牛苹果成熟过程中成熟衰老指标的变化及其与淀粉指数的相关性

根据表1～2淀粉指数相关性分析显示，2个品种苹果成熟过程中淀粉指数与其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗坏血酸含量、乙烯释放速率和丙二醛含量均呈显著或极显著相关，两个品种苹果的淀粉指数与其呼吸速率无显著相关性.

图3 花牛苹果成熟过程中淀粉指数变化情况Figure 3 Changes of SI of Huaniu apple

2.4 俄矮2号和首红的淀粉染色图谱

经碘-碘化钾染色液浸染的果实切面，黑色区域表示仍有淀粉存在，白色区域表示淀粉已经水解为糖.染色液中的碘可与果实切面中的淀粉发生反应生成蓝黑色化合物，而淀粉水解生成的可溶性糖类物质不与碘发生反应.据此特性，结合前人研究，从得到的染色图像中选取8个有代表性的果实染色切面分成0～7共8个等级，按染色程度由深至浅、染色面积由大到小的顺序制作淀粉染色图谱.其中0～2级为果肉区域全部染色，果心区域100%，50%和0%面积染色，3～7级为果肉区域20%，40%，60%，80%，100%面积染色.如图4所示，俄矮2号和首红的淀粉染色图谱，虽有细微差别，但染色变化趋势基本一致.结合图谱与品质指标分析可知，天水地区花牛苹果，俄矮2号和首红品种应在淀粉染色等级为3.5(即9月27日，盛花后 147 d)采收.

A： 俄矮2号；B：首红.A：Oregon Spur 2;B：Red Chief Delicious.图4 花牛苹果果实切面淀粉染色图谱Figure 4 Starch atlas of Huaniu apple fruit section

3 讨论

果肉硬度、可溶性固形物、可滴定酸是苹果的重要感官品质指标，与其商品价值有密切关系.有研究表明，苹果在其成熟过程中，多聚半乳糖醛酸酶(PG)和和纤维素酶(CX)会将果实体内的多聚半乳糖酸和纤维素降解，促使细胞壁解体，进而导致果实软化[17-18].本研究结果表明，俄矮2号和首红苹果在其成熟过程中，果实硬度整体呈下降趋势，这与前人研究相一致.秦静远[19]的研究表明，在果实成熟过程中，果实的可溶性糖含量随着淀粉的水解而升高，呼吸作用的增强使有机酸分解.本研究结果表明，俄矮2号和首红苹果在其成熟过程中，可溶性固形物含量明显升高，可滴定酸含量则呈下降趋势，这与前人研究相一致，说明过早采收的花牛苹果果实品质较差，不利于产品销售.张坤[20]的研究显示，果实成熟度较低水平下不同采收期瓦里短枝苹果，可滴定酸含量变化不显著.本研究结果显示，不同采收期的俄矮2号和首红苹果，抗坏血酸含量差异均显著，这可能与不同采收期之间间隔时间长短有关[6].

呼吸作用与乙烯释放是果蔬产品发育成熟期重要的生理代谢活动，也是衡量果蔬产品成熟度的重要指标.王志华[16]的研究表明，呼吸代谢高峰时间随着采收期的推迟而提前，加速细胞壁水解和膜脂过氧化作用产物的生成.本研究显示，随着采收日期的推移，俄矮2号和首红的乙烯释放速率和丙二醛含量呈整体上升趋势，这与前人的研究相一致，说明过晚采收会加快花牛苹果生理衰老进程，提前果实品质劣变的时间.此外，以不同方式贮藏的花牛苹果，适宜采收期也有不同.因此在生产实践中应对不同贮藏方式确定不同的淀粉指数用以确定最佳采收期.

4 结论

结果表明，随着果实成熟度的增加，俄矮2号和首红的淀粉指数均呈整体上升趋势.2个品种苹果成熟过程中淀粉指数与其硬度、可溶性固形物含、可滴定酸含量、抗坏血酸含量、乙烯释放速率和丙二醛含量均呈显著或极显著相关，淀粉指数可以客观反映苹果成熟度.根据上述结论，本研究制作了花牛苹果淀粉染色图谱.依据染色图谱，用于长期贮藏的天水地区花牛苹果应于平均淀粉指数3.5左右采收.