不同厚度PE 袋对冷链物流过程中荔枝褐变的影响

王淋靓，刘帅民，冯春梅, ，朱 毅，黎新荣，檀业维，陈蕊蕊

（1.广西壮族自治区亚热带作物研究所，广西南宁 530001；2.海南大学食品科学与工程学院，海南海口 570228）

荔枝（Litchi chinensisSonn）是属于无患子科荔枝属的亚热带常绿果树，因其果实诱人的红色外观、鲜美的风味和宜人的香气在国内外市场颇受欢迎[1−2]。中国大陆是全球最大规模的荔枝生产区域，产量约占全球荔枝产量的61.34%[3]。然而采后荔枝由于旺盛的呼吸速率，在环境温度下放置2～3 d，就会导致果皮出现褐变和腐烂等现象，对其外观品质产生不利的影响，并最终降低其商业价值[2−5]。失水/干燥被认为是导致荔枝果皮褐变的主要原因之一，果皮组织干燥最终可以导致果皮酚类物质与多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（Peroxidase，POD）直接接触氧化，最终导致果皮褐变[2,5]。目前，已经研究了多种方法用于控制荔枝果实的褐变和衰老，包括增强苯丙氨酸解氨途径、抑制能量代谢[2]；降低呼吸速率、延缓膜损伤[5]等。然而随着电子商务在农业领域的深入，受价格和利润的驱使，为提高适销果比率“土法”冷链物流模式（常温运输车+泡沫箱+冰块）在电商渠道规模逐渐扩大[6]。但由于相关的冷链体系不完善，包装技术不成熟，80%以上的荔枝还是只能集中在产地及周边市场销售[1,7]。

聚乙烯（Polyethene，简称PE）袋是目前包装袋中使用量最大的一种保鲜膜，主要优点在于其加工成型方便，韧性强、防潮性和热封性能良好，透气性大等，并能通过调节果实微环境气体条件实现自发气调包装（Modified atmosphere package，MAP）以增强保鲜效果[8−9]。因其操作简单、价格低廉、易于推广等优势，国内外在龙眼[10]、水萝卜[11]、平菇[12]、核桃[9]等水果或蔬菜中得到广泛应用。然而，在实际冷链物流中应用PE 膜对采后荔枝果皮褐变和脂膜氧化机制的评价相对缺乏。

本研究探索应用PE10（10 μm）、PE20（20 μm）及PE30（30 μm）3 种不同厚度PE 袋包装‘鸡嘴荔’果实，结合冰袋模拟物流包装，研究不同PE 袋对采后荔枝在当前冷链物流体系不完善情况下的保鲜效果。具体分析侧重于果实褐变，膜脂过氧化等，以期获得适宜当前冷链物流情况的PE 包装厚度，为生产上探寻简易、高效的荔枝保鲜物流技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试‘鸡嘴荔’荔枝 采摘自钦州市浦北县荔枝园，采摘后于当天立即运回果蔬保鲜实验室，挑选大小和成熟度（八成熟）一致，且无病虫害及机械伤的果实进行试验；施保功 美国富美实公司；L-苯丙氨酸、肉桂酸酯、邻苯二酚、愈创木酚 北京索莱宝科技有限公司；其他所用试剂皆为分析纯。

PE10:0.01 mm PE 袋、PE20:0.02 mm PE 袋、PE30:0.03 mm PE袋广西方彩新材料有限公司公司；3 kg 的泡沫箱、冰袋 南宁广顺包装有限公司；MinoltaCR 400 色差仪 柯尼卡美能达传感公司；FJ200-S 数显高速分散均质机 上海标本模型厂；TG16-W 微量高速离心机 美国Agilent 科技有限公司；SpectraMax 190 全波长酶标仪 美国MD 分子仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 荔枝包装实验设计 将供试荔枝用500 mg/L的施保功浸泡2 min 进行灭菌处理，随机分组后用不同厚度PE 袋封装：PE10，PE20，PE30，每袋0.5 kg进行分装（预实验分为不加包装、30 μm PE、60 μm PE 和90 μm PE 袋包装，通过观察褐变跟腐烂率不加包装跟30 μm 效果较好）。模拟电商储运条件，用泡沫箱加上冰块常温25 ℃贮藏。为了减少开箱取样造成的影响，每一组处理分装成5 箱，每箱2.5 kg，每隔2 d 分别对处理组和对照组的果实褐变指数、适销果比率、色泽和相对电导率进行测定，褐变指数、适销果比率每个生物学重复为45 个果实，色泽和相对电导率每个生物学重复15 个果实，所有实验平行3 次。与此同时，每个处理组果实进行果皮取样，用液氮速冻并捣碎，贮存于−80 ℃冰箱中以供后续生化指标测定。

1.2.2 褐变指数和适销果比率分析 褐变指数和适销果比率评定参照Jiang 等[4]的方法，荔枝果皮褐变通过目测评价每个果实表面褐变面积占总面积的比例，并将其分为五个等级：0=无褐变；1=轻微褐变（<5%）；2=<1/4 褐变；3=1/4 至1/2 褐变；4=>1/2 褐变。褐变指数计算为=∑（每类对应果实褐变等级×对应果实个数）/（4×果实总数）。通过计算未褐变的果实（褐变比例=0）相对于总果实数的比例来确定适销果比率。

1.2.3 果实色泽分析 果实色泽使用色差仪测定，根据CIE 系统提供L*、a*和b*值。L*值代表亮度。a*正值表示红色，负值表示绿色。b*正值表示黄色，b*负值表示蓝色。在赤道轴上的2 个等距点进行了两次测量。每个处理进行3 个重复，每个重复包含15 个果实。

1.2.4 花青素含量和苯丙氨酸氨裂解酶（Phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性分析 果皮中总花青素含量参照Zhang 等[13]所述的pH 差值法测定。取5 g 冷冻果皮组织加入45 mL HCl（0.1 mol/L）于25 ℃水浴中震荡提取24 h。之后分别加入2.5 mL HCl 缓冲溶液（0.4 mol/L，pH1.0）和2.5 mL Na2HPO4缓冲溶液（0.4 mol/L，pH5.0）来稀释0.5 mL 提取物的等分试样。在510 nm 处测量每种混合物的吸光度，并计算混合物在pH1.0 和5.0 下的吸光度之间的差异。花青素含量通过标准品绘制的标准曲线进行计算，单位以mg/g 鲜重（FW）表示。

PAL 活性测定参照Assis 等[14]的方法，解冻后果皮样品（2.0 g）加入20 mL 预冷的硼酸-硼砂提取缓冲液（pH8.8），均质匀浆后，于4 ℃、17000×g 离心30 min，收集上清液即为粗酶提取液，试管中加入3 mL 硼酸-硼砂缓冲液（50 mmol/L，pH8.8）和0.5 mL L-苯丙氨酸溶液（20 mmol/L），在37 ℃预保温10 min，再加入0.1 mL 酶液，混合后，以蒸馏水作为空白，灭活的酶液为对照，在290 nm 处测定吸光度，60 min 后用0.1 mL HCl（6 mol/L）终止反应。PAL活性通过在37 ℃下连续振荡60 min 产生的肉桂酸酯来确定，酶活性定义为nmol 肉桂酸/（min·g）FW。

1.2.5 果皮膜透性分析 细胞膜通透性根据果皮组织的相对电导率进行评估[15]，取来自4 个果实的12 片果皮组织，用蒸馏水漂洗干净。随后将其转移至含30 mL 蒸馏水的锥形瓶中，25 ℃静置20 min后，用电导率仪测量初始电导率（P0）。然后将果皮样品溶液煮沸20 min，然后迅速冷却至25 ℃并测定果皮样品溶液最终电导率（P1）。相对电导率（%）的计算公式为：相对电导率（%）=P0/P1×100。

1.2.6 褐变相关酶类分析 多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）粗酶提取参照Zhang 等[16]的方法，取5 g 果肉组织于40 mL 50 mmol/L 的磷酸盐缓冲液（含5%聚乙烯吡咯烷酮，pH7.0）中匀浆得到酶提取液。PPO 和POD 测定参照先前实验室确定的方法[17]，以1 mL 0.5 mol/L 邻苯二酚和1 mL 0.5 mol/L愈创木酚为底物，加入0.5 mL 酶提取液启动反应后分别在420、470 nm 波长处测定吸光度。以每mL 酶液每分钟吸光度变化0.01 为1 个酶活力单位（U），PPO 和POD 活力均表示为U/g FW。

1.3 数据处理

用SPSS 26.0 软件对实验数据进行单因素方差分析，采用Pearson 积差相关法分析参数间的相关性，用Origin 2018 软件进行图表绘制。同一贮藏时间，不同厚度误差线上所标字母不同表示差异显著（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同厚度PE 袋对果皮褐变指数、适销果比率的影响

果皮褐变是果蔬衰老的重要标志，严重影响果蔬品质和货架期[18−19]。随着贮藏时间延长，三组PE 袋包装的果实褐变指数均呈上升趋势（图1A）。在贮藏的最初4 d 内，三组果实的褐变指数没有显著性差异（P>0.05），然而在第4 d 后，PE10 和PE30包装的果实出现了显著上升（P<0.05），PE20 仍处于较平缓上升趋势，在6 至8 d 的褐变指数显著低于其它两组（P<0.05）。呼吸代谢会消耗大量营养物质，造成能量亏损加速果实褐变[20]，可能是由于PE20 对气体交换的控制作用更明显导致能量消耗相较于其它两组一直处于较低水平进而延缓了果实褐变。在贮藏2 d 起，伴随着果实褐变的发生，三组果实的适销果比率均出现下降趋势，已达到商业价值损失的条件。相比之下，PE20 包装的果实在贮藏4 d 后的外观仍然处于可接受程度，其中75%的水果仍然可供销售（图1B）。即使在第8 d，PE20 包装的果实褐变指数急剧增加（图1A），仍有50%以上果实仍然保持可接受的外部颜色，这与不同PE 袋包装杏鲍菇[21]和蓝莓[22]在保持商业价值方面取得的结果一致。

图1 不同厚度PE 袋对荔枝果皮褐变指数和适销果比率的影响Fig.1 Effect of different thickness PE bags on browning index in pericarp and commercially acceptable rate of litchi fruit

2.2 不同厚度PE 袋对果皮色泽变化的影响

采后果实色泽的变化，是反映荔枝果实商品价值的一个很重要参数[23]。随着贮藏时间的延长，不同厚度PE 袋对保持果皮红色都有很强的影响，根据色差系统L*、a*和b*对果皮颜色的客观分析表明PE20袋包装对荔枝红色的保持效果较为显著（P<0.05）。在以往报道中，荔枝的色差L*、a*和b*值在整个采后贮藏过程中伴随果皮褐变加剧都呈下降趋势[4−5,13,16]。使用PE20 膜包装的果实在大部分贮藏期内，色度a*和b*值下降受到强烈抑制，其次是PE10，表明荔枝果皮的红色可以通过PE 膜包装很好地保留（表1）。L*值的差异在所有的包装系统中仅出现在贮藏期的4～6 d。L*值可直观地反映果实在贮藏过程中果皮由于色素聚集或是酶促褐变所引起的果皮变暗程度[24−25]。荔枝果皮褐变主要分为酶促和非酶促褐变反应，酶促褐变主要发生在贮藏后期，是荔枝褐变的主要原因[26]。本研究中三组不同厚度PE 袋对应的L*、a*和b*值在前2 d 相差不明显的原因可能是3 种PE 袋包装的果实在贮藏前期发生的酶促褐变较轻微（图1A）。另外Chen 等[27]也指出在采后贮藏“妃子笑”荔枝期间，后期果皮中随着氨基酸的含量升高酶促褐变增强，加剧果皮变暗。

表1 不同厚度PE 袋对荔枝果皮色差指数的影响Table 1 Effect of different thickness PE bags on color index in pericarp of litchi fruit

2.3 不同厚度PE 袋对荔枝果皮花青素含量和PAL活性的影响

丰富的花青素含量被认为有助于荔枝果皮呈鲜红色，花青素的酶促或非酶促降解是导致采后褐变的主要因素之一[19]。PE 袋包装荔枝果实可以自发形成MAP 环境，三种PE 袋包装的荔枝果皮总花青素含量在整个贮藏过程中下降均比较显著（P<0.05）（图2A），这与壳聚糖涂膜处理‘乌叶’荔枝形成MAP的报道结果相似[4]。从贮藏的第2 d 起，PE10、PE30袋包装的荔枝果皮总花青素含量总体呈下降趋势，PE10 尤为明显，PE20 直至贮藏结束仍能保持较高水平，其果皮花青素含量在2～6 d 平均比PE10、PE30果皮含量高12.81%、14.17%。此外，本研究数据显示PAL 活性在整个贮藏期间呈现持续增加趋势，在贮藏的前4 d，PE20 袋有效抑制了PAL 活性增加，此后活性增加但仍显著低于其他两组果皮（图2B）。PAL 是苯丙氨酸途径中花青素生物合成的关键酶，随着活性增强在贮藏前期有助于提高花青素合成量保持果皮色泽。后期伴随褐变发生PAL 活性增强会为PPO、POD 催化的酶促褐变提供花青素底物加速褐变[28]。迄今为止，已对荔枝保持花青素水平和防止褐变的各种物理、化学和生物方法进行了研究[2,4,13,28]。当前结果表明，PE20 袋包装‘鸡嘴荔’荔枝在减少褐变和保持果实红色方面可能也与延迟花青素损失有关。

图2 不同厚度PE 袋对荔枝果皮花青素含量和PAL 活性的影响Fig.2 Effect of different thickness PE bags on anthocyanin content and PAL activity in pericarp of litchi fruit

2.4 不同厚度PE 袋对膜脂过氧化的影响

细胞膜相对渗漏率的增加意味着荔枝果皮细胞膜结构的完整性逐步丧失[5,23]。在整个贮藏过程中，所有PE 袋包装的荔枝果皮细胞膜的相对渗漏率迅速增加，相比之下，PE20 包装的果实相对渗漏率在前2 d 适度增加，随后从贮藏的第2 d 到第6 d 增加稍微加速，但仍低于其他两组，直至贮藏结束（图3）。细胞膜完整性的丧失会导致酶和底物去区室化接触，导致荔枝果皮褐变[13]。细胞膜的透过性增强，细胞内溶质渗透进入细胞质，也会引起组织花色苷（花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物）的结构发生变化，正常代谢受到影响，加速果皮褐变[29]，这与之前观察到的果实褐变与花青素变化结论相一致。

图3 不同厚度PE 袋对荔枝果皮质膜过氧化的影响Fig.3 Effect of different thickness PE bags on membrane lipid peroxidation in pericarp of litchi fruit

2.5 不同厚度PE 袋对POD 和PPO 活性的影响

POD 和PPO 是参与酚类化合物氧化的关键酶类，通过与酚类物质充分接触而发生酶促褐变[19,30]。在荔枝果实中，花青素酶降解花青素产生的酚类物质和花青素共同组成氧化底物被POD 和PPO 氧化成邻醌和其他化合物，导致果皮发生褐变[19]。如图4A和B 所示，三组PE 袋包装的果实POD 和PPO 活性在贮藏的前6 d 都呈稳定增加趋势，之后开始出现下降，尤其是PE10 和PE30 组中的PPO 活性下降更快。除第8 d 外，经PE20包装的荔枝果实在贮藏期间的两种酶活性均显著低于其他两组果实（P<0.05）。PE 袋包装对POD 和PPO 活性的普遍抑制可能会导致酶和底物之间的接触减少。同样，其他能被用于抑制荔枝果实中的POD 和PPO 活性延缓褐变的技术包括褪黑素[2,16]、苹果多酚[13]、壳聚糖涂膜[4]、气调包装[5]等都起到了一定效果。

图4 不同厚度PE 袋对荔枝果皮POD 活性和PPO 活性的影响Fig.4 Effect of different thickness PE bags on POD activities and PPO activities in pericarp of litchi fruit

2.6 Pearson 相关性矩阵

Pearson 相关性矩阵见表2，由表2 可知色差L*与相对电导率、PAL、PPO、POD 活性呈明显负相关（P<0.05），色差分量a*与褐变指数（P<0.01）呈高度负相关、与适销果比率（P<0.05）、花青素含量（P<0.01）呈正相关，色差分量b*与褐变指数高度负相关（P<0.01），褐变指数与适销果比率呈高度负相关（P<0.01），与相对电导率呈明显正相关（P<0.05），这表明PE 袋包装的荔枝果实在贮藏过程中的果皮变暗褐变主要是由色素聚集或酶促褐变造成的，这与Zhang 等[13]和Chen 等[27]先前研究的荔枝褐变造成的色差变化结果一致。适销果比率与相对电导率和PAL 活性呈明显负相关（P<0.05），相对电导率与PAL 活性呈明显正相关（P<0.05），褐变的启动主要由膜完整性的丧失[5]及花青素降解[19]造成，严重影响了适销果比率造成货架期消失[18−19]。花青素含量与其它酶活性之间相关性不大。这些结果表明，不同PE 袋包装处理降低果实褐变指数、提高适销果比率、保持较好的果实品质主要通过抑制荔枝表皮苯丙氨酸途径中花青素生物合成的关键酶PAL 来实现，酚类化合物氧化关键酶PPO 和POD 活性和膜透性也与其有关。

表2 各指标皮尔森相关性矩阵Table 2 Pearson correlation matrix of each indicator

3 结论

适宜厚度PE 袋包装荔枝果实可显著降低果皮褐变，提高适销果比率，延缓荔枝果皮细胞膜通透性的增加，抑制荔枝果皮中花青素物质降解，延缓荔枝果皮褐变，其中PE20 保鲜效果最佳。PE20 袋包装荔枝与其它两种厚度相比，抑制褐变主要通过抑制膜透性上升延缓细胞膜去区室化进程，阻止酚类物质与PPO，POD 接触减缓酶促褐变实现。进一步相关性分析发现花青素在果皮红色的保持方面作用明显，PE20 袋包装可有效延缓花青素流失，提高适销果比率，这都与苯丙氨酸途径中花青素生物合成的关键酶PAL 活性有关。综上所述，PE20 包装荔枝在抑制褐变，提高果实适销果比率效果较好，可作为物流运输中操作简单、高效和实用的技术参考。