紫外线辐照结合壳聚糖涂膜对哈密瓜贮藏品质的影响

宋昕昕，吕云皓，王雨菲，陈国刚，祝建波，江 英,*

（1.石河子大学食品学院，新疆 石河子 832003；2.石河子大学生命科学学院，新疆 石河子 832000）

哈密瓜（Cucumis melovar.Saccharinus）是中国新疆西北部一种重要的经济作物，因富含维生素、糖分及其他营养物质、风味独特、品质优良而深受消费者喜爱[1]。然而，哈密瓜是一种呼吸跃变型水果，成熟期较为集中，多在炎热的夏季上市，若哈密瓜采后处理不当，会导致果实的风味和营养价值迅速下降，从而造成严重的经济损失。杀菌剂可有效降低哈密瓜果实采后发病率，但对人体和环境有潜在的危害；气调贮藏与减压贮藏可有效维持哈密瓜果实采后品质，但技术成本较高；高压静电保鲜技术可以抑制果实的冷害作用，但由于电压较高而有危险性。因此，越来越多的研究者寻找更加环保、经济且对人体无害的处理方法来维持哈密瓜的贮藏品质[2-3]。

紫外线辐照是一种经济、环保、安全的保鲜技术，且操作简单，可以同时处理大量果实。短波紫外线（ultraviolet-C，UV-C）具有较强的杀菌性能，可以杀死或抑制微生物的繁殖，以降低贮藏过程中因微生物侵染而造成的果实腐烂现象。适量的UV-C辐照可以增强水果的采后氧化应激能力，诱导果实抗性的表达，提高果实的抗氧化能力和感官品质，减少采后损失，延长货架期[4]。先前有研究发现，UV-C处理可以降低果实的腐烂率与质量损失率[5]，维持果实硬度、抑制相对电导率上升[6]，提高果实中总酚含量的积累并增强抗氧化能力[7]，显著延缓了果实的衰老。

壳聚糖（chitosan，CH）是一种具有优异抗菌和涂膜性能的多糖，可以覆盖在果实表面，减缓果实的呼吸和蒸腾作用，并激活果蔬中针对多种微生物的防御机制[7]。CH具有成本效益高、可生物降解、生物相容性好、绿色、安全的特点，有助于保持果蔬的抗氧化能力和采后贮藏品质，已在果蔬采后保鲜方面得到广泛应用[8]。有研究表明质量分数1.0%的CH涂膜处理可以降低草莓的质量损失率、腐烂率以及过氧化氢含量，保持较高的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、过氧化物酶（peroxidase，POD）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活力[9]。此外，C H 涂膜处理还可以降低山楂[10]、大枣[11]、葡萄[12]和冬瓜[13]等果实的质量损失率与相对电导率，提高果实硬度与抗坏血酸含量。

目前，大量研究表明UV-C辐照和CH涂膜可用于果蔬的采后保鲜[4-13]，然而鲜有关于UV-C辐照结合CH涂膜对哈密瓜贮藏品质影响的报道。本研究以‘西州密17号’哈密瓜为原料，采用UV-C辐照结合CH涂膜对哈密瓜进行处理，探究不同处理对哈密瓜果实采后贮藏期间品质变化的影响，旨在明确UV-C辐照和CH涂膜在哈密瓜果实保鲜中是否具有协同增效作用，并为哈密瓜采后保鲜技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

哈密瓜品种为‘西州密17号’，采自新疆哈密市，采后立即运送至石河子大学果蔬贮藏保鲜研究中心实验室。所选果实大小、形状均一（质量（2.7±0.2）kg、可溶性固形物质量分数（10.0±0.2）%）、无任何视觉缺陷和病虫害，于6 ℃下预冷24 h。

CH（脱乙酰度≥90%）济南海得贝海洋生物工程有限公司；氯化钡、氢氧化钠、草酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠（均为分析纯）天津市盛奥化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TUV30W/G30T8短波紫外灯（253.7 nm）荷兰飞利浦公司；JY5002型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；Multifuge X1R高速冷冻离心机 美国赛默飞世尔科技有限公司；UV-2600紫外分光光度计、2014气相色谱仪 日本岛津仪器设备有限公司；GY-4水果硬度计浙江乐清艾德堡仪器有限公司；LB90T糖度计 广州市速为电子科技有限公司；LS126C紫外辐照计 深圳林上科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 哈密瓜处理

本课题前期预实验：短波紫外灯（253.7 nm）辐照下，采用不同UV-C辐照剂量（4、8 kJ/m2）与不同质量浓度CH（1.0、1.5 g/100 mL）涂膜处理哈密瓜，将其置于（5±1）℃的冷库中贮藏49 d，每7 d取样测定指标。经实验发现，与辐照剂量为8 kJ/m2的哈密瓜相比，辐照剂量为4 kJ/m2的哈密瓜果实腐烂率与乙烯释放速率较低，总酚与类黄酮含量较高，而两组果实的质量损失率、呼吸速率、硬度和相对电导率差异并不显著。与1.5 g/100 mL CH涂膜的哈密瓜相比，1.0 g/100 mL CH涂膜的哈密瓜果实腐烂率、呼吸强度和乙烯释放速率较低，可溶性固形物质量分数与抗坏血酸含量较高，相对电导率较低，而两组果实的质量损失率差异不显著。因此，本实验采用辐照剂量为4 kJ/m2的UV-C辐照与质量分数为1.0 g/100 mL CH对哈密瓜进行联合处理。

将哈密瓜分为4 组，每组50 个，分别进行以下处理：1）对照组：未做任何处理；2）UV-C处理组：将哈密瓜果实置于短波紫外灯（波长253.7 nm）下方约50 cm处照射32 min，照射时间完成一半时翻转果实，以确保果实正反面受到相同时间的紫外辐照，总辐照剂量为4 kJ/m2；3）CH处理组：先将CH（120 g）溶于质量分数为1.0%的乙酸溶液中（12 L），然后加入总溶液体积0.1%的吐温-80作为稳定剂，配制成1 g/100 mL的CH溶液。将哈密瓜置于1.0 g/100 mL的CH溶液中浸泡2 min，取出后在阴凉处风干；4）UV-C+CH处理组：先对哈密瓜进行UV-C辐照处理，方法参照步骤2，再进行CH涂膜处理，方法参照步骤3。将对照组与处理组的哈密瓜置于（5±1）℃、相对湿度（82±2）%的冷库中贮藏49 d，每7 d取样测定指标。

1.3.2 质量损失率的测定

质量损失率测定采用称质量法，称量并记录样品第0天的初始质量（m0/kg）与取样日的质量（m1/kg），按照下式计算哈密瓜的质量损失率。

1.3.3 硬度的测定

测定硬度时，先在哈密瓜赤道部分削去厚度为10 mm的果皮，使用探头直径为3.5 mm的GY-4型水果硬度计进行硬度测定，单位为N。

1.3.4 呼吸强度的测定

呼吸强度的测定参考Wang Yue等[14]的方法，将哈密瓜置于37 L的真空干燥器中1 h，通过草酸的消耗量计算果实呼吸产生的CO2质量，单位为mg/（kg·h）。

1.3.5 乙烯释放量的测定

乙烯释放量的测定参考Wang Yue等[14]的方法。将哈密瓜密封在37 L真空干燥器中1 h，然后使用气相色谱仪分析样品，单位为μL/（kg·h）。

1.3.6 可溶性固形物质量分数的测定

参考Ma Yanyan等[15]的方法，取10 g哈密瓜果肉研磨均浆，经4 000×g离心15 min后取上清液，使用LB90T糖度计分析可溶性固形物质量分数，单位为%。

1.3.7 可滴定酸质量分数的测定

可滴定酸质量分数的测定参考曹建康等[16]的方法，单位为%。

1.3.8 抗坏血酸含量的测定

抗坏血酸含量参考曹建康等[16]的方法测定，单位为mg/100 g，结果以鲜质量计。

1.3.9 总酚含量的测定

总酚含量的测定采用Ma Yanyan等[15]的方法，单位为mg/kg，结果以鲜质量计。

1.3.10 抗氧化酶活力的测定

SOD活力的测定参考Chu Wenjing等[17]的方法，CAT和POD活力的测定参考Zhang Qin等[18]的方法，APX活力的测定参考Ma Yanyan等[15]的方法，活力单位均为U/g（以鲜质量计）。

1.4 数据处理与分析

所有实验平行重复3 次，结果以平均值±标准差表示，采用Origin 2018软件绘图，采用DPS 7.05软件通过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 UV-C和CH处理对哈密瓜质量损失率及硬度的影响

质量损失率可以直观反映果实的新鲜程度，图1A显示，在整个贮藏过程中，哈密瓜果实的质量损失率呈持续上升趋势。在贮藏第49天，对照组、UV-C组、CH组及UV-C+CH组的哈密瓜质量损失率分别为4.53%、4.18%、4.11%和3.97%，4 组果实的质量损失率差异不显著（P＞0.05），可能是哈密瓜质量基数大所致，同时哈密瓜果实表面存在蜡质，能够阻挡水分的蒸发。硬度下降是果实成熟过程中最直观的特征，它可能与水溶性果胶、半纤维素和纤维素水平的降低有关[19]。如图1B所示，贮藏过程中，4 组哈密瓜果实的硬度持续下降，在贮藏第49天，UV-C+CH组果实的硬度为4.55 N，是对照组的1.13 倍，与UV-C组和CH组相比，UV-C+CH处理在整个贮藏期间有效维持了哈密瓜果实的硬度（P＜0.05），延缓了果实软化。

图1 UV-C和CH处理对哈密瓜贮藏期间质量损失率（A）和硬度（B）的影响Fig.1 Effect of UV-C and/or CH on mass loss rate (A) and firmness (B)of Hami melon during storage

2.2 UV-C和CH处理对哈密瓜呼吸强度及乙烯释放量的影响

由图2A可知，在整个贮藏期间，4 组果实的呼吸强度均在贮藏前期缓慢下降，而后上升再下降，贮藏末期略微上升。与对照组相比，所有处理组果实的呼吸强度高峰均延迟了7 d，UV-C+CH组的呼吸强度始终保持在较低水平，并在28 d以后保持在最低水平。在贮藏第49天，UV-C+CH组的呼吸强度为6.38 mg/（kg·h），比UV-C组、CH组和对照组分别低6.81%、7.45%和13.02%。如图2B所示，4 组果实的乙烯释放量在贮藏前期略微下降，随后在贮藏7～28 d总体呈上升趋势，在第28天达到峰值后持续下降。在贮藏第28天，对照组的乙烯释放量为16.95 μL/（kg·h），分别是UV-C组、CH组和UV-C+CH组的1.30、1.18 倍和1.32 倍。与对照组相比，UV-C、CH与UV-C+CH处理显著降低了果实的乙烯释放速率（P＜0.05），这表明UV-C与CH处理在抑制哈密瓜乙烯释放方面有效。

图2 UV-C和CH处理对哈密瓜贮藏期间呼吸强度（A）和乙烯释放量（B）的影响Fig.2 Effect of UV-C and/or CH on respiration rate (A) and ethylene release rate (B) of Hami melon during storage

2.3 UV-C和CH处理对哈密瓜可溶性固形物和可滴定酸质量分数的影响

可溶性固形物赋予了果蔬独特的风味，其含量直接影响果实的感官品质。如图3A所示，哈密瓜果实的可溶性固形物质量分数均呈现先上升后下降的趋势，与对照组相比，处理组的高峰均延迟了7 d。在贮藏0～35 d，与UV-C/CH单一处理相比，UV-C+CH处理能够将哈密瓜果实可溶性固形物质量分数维持在较低水平，在贮藏后期将其维持在较高水平。在贮藏第49天，UV-C+CH组果实的可溶性固形物质量分数为12.10%，分别是UV-C组、CH组和对照组的1.06、1.03 倍和1.14 倍。果实的口感和味道与所含酸的种类及含量有直接相关。如图3B所示，4 组哈密瓜果实的可滴定酸质量分数均在贮藏0～42 d逐渐上升，随后下降。在贮藏第49天，UV-C组、CH组和UV-C+CH组果实的可滴定酸质量分数分别是对照组的1.02、1.18 倍和1.35 倍，表明UV-C+CH处理可以有效维持哈密瓜的可滴定酸质量分数，保持哈密瓜较高的贮藏品质。

2.4 UV-C和CH处理对哈密瓜抗坏血酸和总酚含量的影响

如图4A所示，4 组哈密瓜果实在整个贮藏期间的抗坏血酸含量均先上升后下降。与对照组相比，UV-C、CH和UV-C+CH处理均将果实的抗坏血酸含量最大值出现的时间延迟了14 d，第35天时，UV-C+CH组的抗坏血酸含量分别是UV-C组与CH组的1.16 倍与1.20 倍。在贮藏第49天，UV-C+CH组的抗坏血酸含量比对照组高23.40%，但3 个处理组的抗坏血酸含量差异并不显著（P＞0.05）。实验结果表明，与UV-C/CH单一处理相比，UV-C+CH处理可以将哈密瓜果实贮藏前期的抗坏血酸含量维持在较高水平。如图4B所示，4 组哈密瓜果实的总酚含量均为先上升后下降。对照组果实的总酚含量与处理组相比始终处于较低水平。此外，在贮藏第21天，4 组样品的总酚含量均达到最大值，其中UV-C+CH处理保留了哈密瓜较高的总酚含量（102.73 mg/kg）。在贮藏第49天，UV-C+CH组的总酚含量比对照组、UV-C组和CH组分别高32.51%、25.27%和12.43%。

图4 UV-C和CH处理对哈密瓜贮藏期间抗坏血酸含量（A）和总酚含量（B）的影响Fig.4 Effect of UV-C and/or CH on ascorbic acid (A) and total phenol (B) contents of Hami melon during storage

2.5 UV-C和CH处理对哈密瓜抗氧化酶活力的影响

植物中的抗氧化酶主要包括SOD、APX、CAT和POD等，可以减少活性氧的积累，延缓果实的衰老[20]。图5A显示，对照组与处理组果实SOD活力分别在第14天和第21天上升至高峰后缓慢下降，且UV-C、CH与UV-C+CH处理的哈密瓜SOD活力显著高于对照组（P＜0.05），在贮藏第49天，分别比对照组高11.06%、11.95%和12.70%。如图5B所示，4 组哈密瓜果实CAT活力均呈现先上升后下降的趋势，其中对照组、UV-C组和CH组在贮藏第21天出现峰值，而UV-C+CH处理能推迟CAT活力高峰的出现并显著提高果实CAT活力（P＜0.05），在贮藏第49天，UV-C+CH处理组的CAT活力为7.87 U/g，分别比UV-C组、CH组和对照组高18.00%、25.53%和73.53%。图5C显示，4 组果实APX活力在贮藏0～21 d均呈升高趋势，之后逐渐降低，并且UV-C与UV-C+CH处理显著提高了果实APX活力（P＜0.05），在贮藏第49天，UV-C+CH组果实的APX活力为11.80 U/g，分别比UV-C组、CH组和对照组高15.38%、13.10%和26.43%。如图5D所示，4 组哈密瓜果实POD活力呈先上升后下降趋势，在贮藏第28～49天，UV-C、CH与UV-C+CH处理显著提高了哈密瓜果实POD活力（P＜0.05），在贮藏第49天，UV-C组、CH组与UV-C+CH组果实的POD活力分别比对照组高25.75%、5.50%和28.14%。

图5 UV-C和CH处理对哈密瓜贮藏期间SOD（A）、CAT（B）、APX（C）和POD（D）活力的影响Fig.5 Effect of UV-C and/or CH on SOD (A),CAT (B),APX (C) and POD (D) activity of Hami melon during storage

3 讨论

哈密瓜在贮藏过程中由于蒸腾、代谢和呼吸作用会发生果实失水和软化。UV-C辐照可以增加果实的抗氧化酶活力并降低乙烯释放量，还可能使果胶酸与其他多糖发生交联反应，降低细胞壁降解酶的活力，从而延缓果实的质量损失率上升与硬度下降[21-22]。此外，CH涂膜会在果实表面形成一层限制气体交换的屏障，覆盖在果实表面的气孔上抑制果实水分的蒸发，并调节果实对O2的吸收，延缓果实的代谢和酶活力的变化，从而延缓果实的质量与硬度损失[23]。本研究结果表明，UV-C、CH与UV-C+CH处理能有效抑制哈密瓜的软化，且UV-C+CH处理的效果最为显著（P＜0.05），这可能和UV-C辐照激活果实的应激能力与CH限制果实的呼吸作用有关。方晓彤[6]发现使用辐照剂量为6.6 kJ/m2的UV-C处理可以抑制鲜切甜瓜的质量损失率的增加与硬度的下降，范春丽等[10]研究发现CH涂膜可有效减少山楂的质量损失率并维持其硬度，与本研究结果相似。

哈密瓜是一种呼吸跃变型水果，在成熟过程中呼吸强度会呈现急剧增加至峰值随后下降的趋势[24]。本研究发现，与对照组相比，UV-C+CH处理显著抑制了哈密瓜的呼吸强度与乙烯释放量的增加（P＜0.05），延缓呼吸峰值的出现。相关研究发现，UV-C处理可以显著抑制桃子[25]和番茄[26]的呼吸强度和乙烯产量，这可能归因于UV-C处理抑制了果实的琥珀酸脱氢酶和细胞色素c氧化酶活力，三羧酸循环和细胞色素循环途径比例降低，导致果实呼吸速率与乙烯产量降低。此外，CH可以阻碍果实呼吸时的气体交换，降低果实的呼吸强度和乙烯释放量[23]，这与杨晓光[11]发现CH处理可以降低大枣呼吸强度的结果类似。因此，UV-C+CH处理可有效抑制哈密瓜呼吸强度与乙烯产量的上升，延缓果实的衰老。

果蔬中可溶性固形物与可滴定酸的质量分数与果蔬的风味密切相关[27]。CH与UV-C+CH处理均抑制了贮藏前期哈密瓜可溶性固形物质量分数的增加，并在贮藏后期使其维持在较高水平，可能归因于CH涂膜可以抑制果实的呼吸作用与乙烯生成，延迟果实中淀粉水解成糖，延缓果实中可溶性固形物质量分数的增加，保留果实中较高水平的可滴定酸[23,28]。Zhang Qiang等[29]发现UV-C处理通过影响甜樱桃果实中糖的转化，使可溶性固形物与可滴定酸质量分数在贮藏后期维持较高水平，这与本研究结果相似。

抗坏血酸与酚类可以一起作为果蔬非酶抗氧化系统，因此，果蔬中抗坏血酸和酚类化合物含量与果实品质变化息息相关[27]。本研究发现，UV-C+CH处理不仅能推迟哈密瓜果实抗坏血酸含量最大值的出现时间，在贮藏后期将其维持在较高水平，还能在整个贮藏期间维持较高的总酚含量，这可能归因于UV-C辐照对果实的抗坏血酸代谢途径造成了影响，并激活了苯丙氨酸解氨酶，从而延缓了果实中抗坏血酸和总酚含量的下降[2,22]。此外，CH涂膜限制了果实的透氧性，导致果实的呼吸被抑制，减少了果实细胞结构损失和代谢活动所需的O2，降低了多酚氧化酶的活力，从而减少了果实抗坏血酸的氧化并延缓总酚含量的下降[27,30]。Abdipour等[7]发现UV-C+CH处理可以有效延缓甜樱桃果实中抗坏血酸与总酚含量的下降，这可能是因为CH涂膜本身具有低透氧性，能够抑制果实的氧化酶活力，从而降低抗坏血酸与酚类物质的损失。

果实的衰老与SOD、CAT、APX和POD等几种抗氧化酶活力密切相关。研究表明，SOD、CAT、APX和POD可以清除植物中的活性氧，具有直接抗氧化的作用，而抗氧化酶活力的增加表明植物清除活性氧、抑制果实脂质过氧化和抗胁迫能力的增强，从而降低果实氧化损伤的程度并延缓果实的衰老[25,31-32]。本研究发现，UV-C+CH处理不仅提高了哈密瓜果实抗坏血酸和总酚含量，同时提高了哈密瓜果实SOD、CAT、APX和POD活力，这可能归因于UV-C辐照可以激活植物的抗氧化系统，从而提高果实中抗氧化酶活力，延缓果实的衰老[25,31]。此外，Cheng Shaobo[32]和Zhang Shaoying[33]等发现，采用CH处理能够增加枣果实中SOD、CAT、POD和APX的活力，其中UV-C+CH处理的效果更为显著。这些结果表明，UV-C+CH处理可以有效提高哈密瓜的抗氧化酶活力，清除活性氧，进而延缓果实的衰老。

综上所述，与对照组相比，UV-C+CH处理能显著抑制哈密瓜贮藏后期的呼吸强度，降低贮藏过程中乙烯的释放量，延缓果实硬度与可滴定酸质量分数的下降，维持贮藏后期较高水平的可溶性固形物质量分数，提高果实抗坏血酸和总酚含量，以及SOD、CAT、APX和POD活力，延缓果实的衰老。因此，UV-C+CH处理是改善哈密瓜贮藏品质的一种有效措施，能够为哈密瓜的保鲜技术提供一种新思路。