BioSuee膜和硅酸盐对鲜杏采后果实转色的抑制作用

许耀辉，路 帆，梁佳睿，魏 佳，孙学森，吴 斌,*

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；3.常州百利基生物材料科技有限公司，江苏 常州 213200）

新疆鲜杏（Prunus armeniacaL.）品种资源丰富，果实品质优良，栽培面积和产量均居全国各省（区）之首[1]。鲜杏作为时令性的水果之一，因其鲜亮的色泽和酸甜的口感深受大众青睐。但鲜杏属于典型的呼吸跃变型果实，采后存在明显的呼吸和乙烯高峰，使采后贮运过程中果皮快速转黄和果实后熟软化等问题突出[2]，导致鲜杏货架期较短。因此，降低呼吸和乙烯峰值或推迟其峰值的出现时间有利于延缓鲜杏的后熟进程，维持鲜杏采后品质，延长货架期。

BioSuee膜是一种可调控的淀粉基生物降解材料，在可降解的基础上向BioSuee膜中添加多孔晶体硅酸盐等材料，可改善传统淀粉基降解膜拉伸性和阻水性不足的缺点[3]，利用多孔晶体硅酸盐材料形成的独特空间结构对乙烯气体的吸附作用来达到对果蔬的保鲜效果[4-6]。同时，BioSuee膜适宜的透气性与果蔬呼吸作用的相对平衡，使包装中形成高体积分数CO2、低体积分数O2的微环境，抑制果蔬呼吸代谢及微生物的活动，可达到延长果蔬货架期的目的[7-10]。BioSuee膜作为一种安全环保的物理包装材料，对果品的采后保鲜起到重要意义。

前期研究工作表明，BioSuee膜对采后赛买提杏[7]和货架期库尔勒香梨[8]的果肉软化、腐烂以及水分散失起到明显的延缓作用，可有效延缓果实的成熟衰老。本实验针对电商物流运输过程中鲜杏存在的果皮转黄过快等问题，以新疆3 种主要的商品杏（小白杏、赛买提杏和李广杏）为材料，选用BioSuee膜结合微孔晶体硅酸盐保鲜剂对鲜杏进行包装处理，以聚乙烯（polyethylene，PE）膜作为对照组，研究BioSuee膜结合微孔晶体硅酸盐保鲜剂对鲜杏果实包装运输过程中色泽转变的影响，旨在为提高电商物流贮运过程中鲜杏果实的品质提供新的思路和方法，也为BioSuee膜在果实采后的包装应用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

抑菌保鲜型BioSuee膜，由新疆农业科学院与常州百利基生物材料科技有限公司合作研发（淀粉基生物降解材料中按质量比1∶1添加多孔晶体硅酸盐材料制膜，厚度50 μm。

微孔晶体硅酸盐保鲜剂 乌鲁木齐市格瑞德保鲜科技有限公司；PE保鲜膜（厚度25 μm）、包装盒（18 cm×14 cm×5 cm） 江苏九邦新材料科技发展有限公司。

李广杏于2020年5月采购自新疆托克逊县，小白杏于2020年6月采自新疆轮台县，赛买提杏于2020年7月采自新疆英吉沙县。挑选色泽一致、形态良好、成熟度和大小基本一致、无机械损伤、无病虫害的杏果实进行包装实验。

1-氨基环丙烷-1-羧酸（l-amino-cyclopropane-1-carboxylic acid，ACC）、S-腺苷甲硫氨酸、磷酸吡哆醛、乙二胺四乙酸、苯甲基磺酰氟、二硫苏糖醇、聚乙烯吡咯烷酮 北京中生瑞泰科技有限公司；甲醇、丙酮天津市福晨化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

Check Point III O2/CO2分析仪 丹麦PBI Dansensor公司；激光打孔机 日本HITACHI公司；7890B气相色谱 美国Agilent公司；CR-400型色差仪 日本柯尼卡美能达控股公司；UV-2600型紫外分光光度计 日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 保鲜处理的方法

实验模拟电商物流的运输销售过程，共设3 个处理：对照组（CK）采用PE膜封口包装；T1组采用抑菌保鲜型BioSuee膜封口包装；T2组在包装盒内加入微孔晶体硅酸盐保鲜剂（1 g）后采用抑菌保鲜型BioSuee膜封口包装。对各处理包装膜进行激光打孔，平均孔径约为70 μm，孔密度为4～5 个/mm2。将果园采摘挑选后的鲜杏随机分为3 组，装入下铺吸水纸的包装盒内，采用不同包装材料封口包装，（10±1）℃运输至乌鲁木齐市格瑞德保鲜科技有限公司（李广杏当天到达，小白杏在第1天到达，赛买提杏在第2天到达），置于（25±1）℃的环境中，采样当天记为第0天，一共贮藏6 d，每天测定记录相关指标。每盒装16 个果实，约300 g，每组约为25 kg，每组设3 个平行。

1.3.2 包装盒内O2、CO2体积分数的测定

采用Check Point III O2/CO2分析仪测定包装盒内CO2、O2体积分数，每个处理每次测定3 个重复。

1.3.3 乙烯生物合成相关指标的测定

乙烯释放量的测定参照Wu Bin等[11]的方法略作修改，取16 个鲜杏果实（约300 g）放入18 cm×14 cm×5 cm包装盒内，每组分别采用对应包装膜封口，密闭2 h后，抽取1 mL气体注入气相色谱仪中测定乙烯释放量，平行测定3 次，单位为µL/（kg·h）。

ACC含量采用Zhu Shuhua等[12]的方法。取3.0 g果实组织，加入10 mL去离子水在冰浴条件下研磨混匀，4 ℃、12 000×g离心20 min。分别取2 份0.5 mL上清液中加入0.1 mL HgCl2（50 mmol/L），在其中一份里加入0.1 mL 100 μmol/L ACC，另一份不加ACC作对照。用去离子水将体积补加至1.8 mL。将用橡胶垫密封后的试剂瓶置于冰上，加入0.2 mL体积比2∶1的5%（质量分数）NaClO-饱和NaOH溶液（常温），混匀1 min。在冰上反应20 min后再次混匀，用进样针抽取1 mL气体注入气相色谱仪中测定。以每克样品在单位时间内释放乙烯的物质的量表示ACC含量，单位为nmol/g。

ACC合成酶（ACC synthase，ACS）活力的测定参照曹建康等[13]的方法。取3.0 g果实组织，加入10 mL提取缓冲液（0.1 mol/L磷酸钾缓冲液（pH 8.0）、1.0 mmol/L乙二胺四乙酸、1.0 mmol/L苯甲基磺酰氟、10.0 μmol/L磷酸吡哆醛、4.0 mmol/L二硫苏糖醇和3%（质量分数）聚乙烯吡咯烷酮）提取。冰浴条件下研磨混匀，4 ℃、12 000×g离心30 min，收集上清液，即酶提取液。将0.5 mL酶提取液和1.5 mL反应缓冲液（10.0 μmol/L磷酸吡哆醛、50.0 mmol/LN-(乙-羟乙基)哌嗪-N-α-乙烷磺酸-KOH（pH 8.0）、250 μmol/LS-腺苷甲硫氨酸）加入样品瓶中，用橡胶塞密封样品瓶后，在30℃水浴中保温1 h，然后注射加入0.1 mL HgCl2（25 mmol/L）终止反应。置于冰浴10 min平衡温度，再用注射器加入0.2 mL冰浴预冷的体积比为2∶1的5%（质量分数）NaClO-饱和NaOH溶液（常温）迅速振荡5 s，放回冰浴平衡5 min，用进样针抽取1 mL气体注入气相色谱仪中测定。以每克样品在单位时间内释放的乙烯量表示ACS活力，单位为nmol/（h·g）。

ACC氧化酶（ACC oxidase，ACO）活力的测定参照Moya-León等[14]的方法。取3.0 g果实组织，加入3 mL 0.1 mol/LN-三(羟甲基)甲基甘氨酸（pH 7.5，含体积分数10%甘油、30 mmol/L抗坏血酸钠），在冰浴条件下匀浆后，4 ℃、12 000×g离心20 min。取0.3 mL上清液于密封瓶中，加入0.35 mL 0.2 mol/LN-三(羟甲基)甲基甘氨酸（pH 7.5，含20%（体积分数）甘油、60 mmol/L抗坏血酸钠、0.2 mmol/L FeSO4和40 mmol/L NaHCO3）和0.35 mL 1 mmol/L ACC，30℃水浴3 h，用进样针抽取1 mL气体测定乙烯释放量。以每克样品单位时间内释放的乙烯量表示ACO活力，单位为nmol/（h·g）。

1.3.4 色泽和色素物质含量的测定

采用CR-400型色差仪测定果实色泽。每次随机选择10 个左右的果实，对鲜杏果实的缝合线两侧均匀选取3 个点测定并记录其L*、a*、b*值。将10 个样品测定的平均值作为一次测量数据，在每个时间点对每种处理进行3 次重复。

叶绿素和类胡萝卜素含量测定[15]：分别称取鲜杏样品的果皮和果肉1.00 g，剪碎，放入研钵中，加入预冷的体积分数80%的丙酮溶液后迅速研磨，倒入10 mL刻度试管中加入80%丙酮溶液至刻度，低温避光环境里浸提48 h。然后在10 000 r/min下离心10 min，用紫外分光光度计测定上清液在470、645、646、663 nm处吸光度A470nm、A645nm、A646nm和A663nm。分别按式（1）～（4）计算叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量，结果均以鲜质量计，单位为μg/g。

1.3.5 花色苷、总酚、类黄酮水平测定

果皮和果肉中花色苷、总酚、类黄酮水平参照曹建康等[13]的方法测定，花色苷水平用每克样品OD530nm与OD600nm的差值（U＝OD530nm-OD600nm）表示，总酚、类黄酮水平分别用每克样品的OD325nm、OD280nm值表示。

1.4 数据处理与分析

所有测定指标均重复3 次取平均值。使用Graph Pad Prism 8软件作图，采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析并利用Duncan检验进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同处理对杏果实包装环境气体成分的影响

包装环境内气体成分的变化反映了果实的生理活动及不同保鲜处理方式对鲜杏果实贮运微环境的影响[16]。由图1可知，鲜杏在采后初期，O2体积分数逐渐下降，CO2体积分数逐渐升高，随后O2和CO2体积分数达到一定平衡状态。包装处理均起到一定的气调作用，气调能力存在差异，包装盒内气体成分差异较大，其中T1、T2组较CK组O2体积分数低CO2体积分数高，T1与T2组之间的O2、CO2体积分数整体上无显著差异（P＞0.05）。

图1 不同处理对鲜杏包装环境中气体成分的影响Fig.1 Effects of different treatments on gas composition in packaging atmosphere for fresh apricot fruit

2.2 不同处理对杏果实乙烯生物合成的影响

乙烯是果实新陈代谢的产物，能催化果实成熟，加速果实衰老腐烂的速率，是果蔬采后重要的生理指标之一[17]。由图2A可知，鲜杏的乙烯释放量呈现先升高后降低再升高的趋势。其中小白杏CK组在第2天出现乙烯高峰，而T1、T2组在第3天出现乙烯高峰，乙烯峰值较CK组分别降低13.16%和36.59%，且三者之间差异性明显；赛买提杏和李广杏的CK组在采后第3天出现乙烯高峰，T1、T2组在第4天出现乙烯高峰，赛买提杏乙烯峰值较CK组分别降低11.62%和27.48%，李广杏乙烯峰值较CK组分别降低8.66%和22.77%。T1、T2均可以延缓鲜杏果实乙烯高峰出现且能抑制乙烯释放量，且T2在抑制乙烯释放方面效果更显著。

图2 不同处理对鲜杏乙烯生物合成的影响Fig.2 Effects of different treatments on ethylene biosynthesis in fresh apricot fruit

由图2B可知，贮藏期间鲜杏果实中ACC含量的变化均呈先升高后降低的趋势。在贮藏前期ACC含量不断积累，其中CK组小白杏、赛买提、李广杏分别在第2、3、3天时出现高峰，而T1组在第3、4、4天时出现高峰，T2组在第3、5、5天时出现高峰，此后ACC含量不断降低。由此推断，T1、T2通过减缓鲜杏果实中乙烯前体物质ACC的积累来减少乙烯的生物合成。

如图2C所示，在贮藏前期，T1、T2抑制了鲜杏ACS的活力。在贮藏0、1 d时不同处理组间ACS活力无显著性差异，随贮藏时间延长，CK组ACS活力呈先上升后下降的趋势，且出现峰值的时间明显早于T1、T2组。如图2D所示，鲜杏ACO活力变化趋势与ACC含量类似，其中CK组ACO活力分别在第2、2、1天时达到最大值，而T1组分别在第3、4、3天时达到最大值，T2组在第4、4、1天时出现高峰，此后ACO活力不断降低，贮藏末期无显著性差异（P＞0.05）。综上可知，ACS催化S-腺苷甲硫氨酸合成ACC，ACO催化ACC生成乙烯，T1、T2处理通过抑制ACS活力来降低ACC含量积累，同时T1、T2处理还会抑制ACO活力，最终降低乙烯释放量。

2.3 不同处理对鲜杏色泽的影响

色泽是果实成熟过程中变化最明显的标志，也是判断果实成熟程度的重要依据之一。图3为不同处理组对鲜杏果实色泽及外观的比较。果实色泽常采用Lab色空间表示，其中L*值表示亮度，L*值越大，果皮色泽越亮。随着果实的成熟进程，3 种鲜杏L*值的变化相同，呈现逐渐下降的趋势（表1）。第6天，CK、T1、T2组小白杏的L*值分别下降14.10%、10.30%、8.40%（P＜0.05），赛买提杏分别下降18.76%、12.80%、6.70%（P＜0.05），李广杏分别下降21.76%、15.59%、10.94%（P＜0.05），T2有效抑制了鲜杏果实L*值的降低且对赛买提杏的作用效果更明显。

图3 不同处理鲜杏果实色泽及外观比较Fig.3 Appearance of fresh apricot fruit with different treatments during storage

a*值代表红绿度，a*值从负到正代表果实颜色由绿到红的过程。小白杏、赛买提杏和李广杏的果皮色泽差异较大，小白杏属白杏品种，果皮呈浅绿色，采后初期a*值为负值，赛买提杏和李广杏属黄杏品种。由表1可知，贮运期间3 种鲜杏果皮a*值呈上升趋势，T1、T2均能抑制鲜杏a*值的上升，对鲜杏a*值变化的影响有所差异，但小白杏果皮a*值始终低于赛买提杏和李广杏果皮a*值。贮藏6 d时，T1、T2组小白杏a*值较CK组分别降低58.28%、92.38%（P＜0.05），赛买提杏较CK组分别降低19.48%、38.59%（P＜0.05），李广杏较CK组分别降低11.90%、25.29%（P＜0.05）。T1、T2抑制了鲜杏果实a*值的上升，延缓鲜杏果实颜色从“绿”转“黄”再转“红”的趋势。

表1 不同处理对3 种鲜杏色泽的影响Table 1 Effects of different treatments on color parameters of fresh apricot fruit

续表1

b*值表示黄蓝度，正值越大越趋近于黄色，负值绝对值越大越趋近于蓝色，不同包装处理对不同品种鲜杏果皮b*值的影响效果不同。由表1可知，小白杏果实b*值的变化与贮藏期L*值的变化趋势相同，呈下降趋势，这与果皮的逐渐转黄不一致；赛买提杏和李广杏果皮b*值的变化呈先上升后下降的趋势，但b*值总体变化较小，表明b*值不适合作为评价本实验鲜杏色泽的主要指标。

2.4 不同处理对杏果果皮和果肉色素物质含量的影响

叶绿素和类胡萝卜素作为果实质体色素，其含量变化体现了果实颜色的变化过程。由图4可知，第0天时，小白杏、赛买提杏和李广杏果皮叶绿素含量分别为果肉的5.37、5.32、5.17 倍，类胡萝卜素含量分别为果肉的3.55、3.09、3.83 倍。贮运中后期，CK组叶绿素含量急速下降，T1、T2组下降速度较为平缓，且T2组始终高于CK组和T1组。鲜杏果皮和果肉类胡萝卜素含量均随贮藏时间延长呈上升趋势。采后前期不同处理间类胡萝卜素含量未表现出显著差异，中后期CK组类胡萝卜素含量快速升高，显著高于T1、T2组。与CK组相比，T1、T2均可抑制鲜杏采后叶绿素降解和类胡萝卜素积累，延缓果皮和果肉色泽的转变速率，T2具有显著的延熟保鲜作用。

图4 不同处理对杏果皮和果肉叶绿素和类胡萝卜素含量的影响Fig.4 Effects of different treatments on the contents of chlorophyll and carotenoid in pericarp and pulp of apricot fruit

花色苷是一类属类黄酮化合物的水溶性色素，杏果实色泽与类黄酮化合物含量有关，不同品种、不同部位间存在差异[18]。如图5A～D所示，与CK、T1组相比，T2显著抑制了花色苷和类黄酮的积累。第0天时，赛买提和李广杏果皮中花色苷水平分别是小白杏的0.9 倍和1.45 倍，果肉分别是小白杏的1.47 倍和1.08 倍。贮藏中后期，不同处理组花色苷水平急速增长，赛买提和李广杏果皮、果肉中的花色苷水平均明显高于小白杏，T2组花色苷水平显著低于CK、T1组。3 种鲜杏果皮类黄酮水平整体随贮藏时间延长呈上升趋势，整个贮运期T2组始终低于CK、T1组。小白杏和赛买提杏果肉类黄酮水平随时间呈先上升后下降再上升的趋势，而李广杏果肉类黄酮水平随时间呈上升趋势，贮运中后期T2组显著低于CK、T1组。如图5E～F所示，鲜杏果实总酚水平变化趋势与果肉类黄酮水平变化相似，总体而言，T1、T2组的总酚水平低于CK组。第0天时，小白杏、赛买提杏、李广杏果皮中总酚水平分别是果肉的1.28、1.50、1.89 倍。贮运后期，CK组总酚水平快速增加，各组间差异显著。

图5 不同处理对杏果皮和果肉花色苷、类黄酮和总酚水平的影响Fig.5 Effects of different treatments on the contents of anthocyanins,flavonoids and total phenols in pericarp and pulp of apricot fruit

3 讨 论

包装环境内气体成分的变化直接反映出果实的呼吸强弱。PE膜的透气特性与鲜杏呼吸作用使包装环境内外气体交换形成了动态平衡，T1、T2组包装膜中添加的硅酸盐等材料提高了包装膜的阻隔性，使鲜杏果实呼吸代谢作用消耗产生的气体与外界环境的交换受阻，造成高体积分数CO2、低体积分数O2的包装环境[19]。

乙烯是影响鲜杏转黄衰老的重要因子。乙烯的合成与释放与O2、CO2的浓度有关，相对于CK组，T1、T2组形成了高体积分数CO2、低体积分数O2的包装环境，显著抑制了果实组织中乙烯的合成和作用，延缓乙烯高峰出现时间。ACO与O2结合后作用于ACC，导致乙烯产生速率受制于O2浓度[20]。此外，高浓度CO2可以抑制ACS基因的表达以及乙烯的前体ACC向乙烯的转化进程[21]，CO2作为乙烯的竞争性抑制剂，与乙烯共同竞争受体结合位点而使乙烯作用受到抑制[22]。T1、T2组包装膜中添加的多孔晶体硅酸盐材料对乙烯气体的吸附作用，是减少包装环境内乙烯释放量的另一原因[23-25]，且T2组包装盒内的微孔晶体硅酸盐保鲜剂对乙烯气体的吸附效果显著。

果实颜色是影响消费者购买的重要指标之一。果实的色泽是叶绿素、类胡萝卜素、类黄酮和花色苷等色素物质的综合体现。色素在果实细胞中的比例不同决定着果实的色彩差异。随着果实成熟，鲜杏果皮褪绿转黄，L*值逐渐降低、a*值逐渐增加，这与鲜杏在成熟过程中亮度降低和红色加深的趋势保持一致，T2能有效延缓鲜杏果实的转色进程，且对赛买提杏色泽由绿转黄再转红的趋势具有显著抑制作用。

果实色素的合成或降解是由一系列酶促反应来完成的。叶绿素和类胡萝卜素等色素的合成或降解通过类异戊二烯途径实现，外源乙烯信号通过影响此途径中与色素合成或降解相关酶的活力来控制其含量变化[26]。与CK、T1组相比，T2组高体积分数CO2、低体积分数O2包装环境能有效抑制乙烯释放量，降低外源乙烯积累量，抑制相关酶的活力与表达，进而减缓叶绿素降解和类胡萝卜素积累，延缓鲜杏果皮和果肉色泽的转变速率。苯丙氨酸解氨酶等合成花色苷关键酶及其调控因子的活力受乙烯含量影响较大[27]，本实验中CK、T1组高含量乙烯也可能诱导苯丙氨酸解氨酶活力提高，促进了花色苷的合成与积累，加快了果实转红趋势。此外，黄烷酮3’-羟化酶作为类黄酮合成通路分支点处的关键酶，需要Fe2+、O2和抗坏血酸烟碱作为共因子[28]。与CK组相比，T1、T2组低O2的包装环境可能抑制了黄烷酮3’-羟化酶的活力和表达量，进而延缓类黄酮的积累。化学结构分类上，花色苷、类黄酮和总酚属于酚类化合物，糖类物质作为呼吸作用的底物，通过糖酵解途径产生酚类化合物合成所需的原料和能量[29]，T1、T2组高体积分数CO2、低体积分数O2的微环境通过抑制鲜杏的呼吸强度，抑制了底物向合成酚类物质方向转化。糖类物质也可以作为信号分子，通过信号转导机制参与花色苷相关基因的表达调节，促进花色苷的生物合成[30]。

4 结 论

鲜杏在采后贮运期间极易出现果皮转黄和果实软化等问题，使果实品质大幅下降。本研究采用BioSuee膜结合微孔晶体硅酸盐保鲜剂对采后小白杏、赛买提杏和李广杏进行包装处理，结果表明，T2有效推迟了乙烯峰值的出现时间并降低了其峰值，能延缓鲜杏果皮和果肉叶绿素降解，抑制类胡萝卜素、类黄酮、总酚和花色苷等物质积累，且对赛买提杏的转黄衰老具有显著抑制作用，保持其贮运期间的商品价值。