损伤库尔勒香梨贮藏期间衰老品质的同步检测方法与多输出预测模型研究

《Frontiers in Plant Science》：Synchronous detection method for senescence quality of damaged Korla fragrant pears during storage

本研究创新性地建立了损伤库尔勒香梨贮藏期间衰老品质的同步检测方法。通过分析超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性及超氧阴离子（O2-.）、过氧化氢（H2O2）含量等指标，构建了基于支持向量回归（SVR）的多输出预测模型，实现了五个衰老指标的高精度同步预测（R2>0.95），为水果采后品质控制提供了新策略。

　　

1 引言

库尔勒香梨作为新疆特色果品，在采后处理过程中易受机械损伤，导致果实褐变衰老加速。机械损伤会诱导活性氧（ROS）大量产生，包括超氧阴离子（O₂^-.）和过氧化氢（H₂O₂）。当ROS积累超过阈值时，会引发细胞膜脂过氧化，破坏细胞结构，加速果实衰老。抗氧化酶系统（包括SOD、CAT、POD）在清除ROS过程中发挥关键作用。因此，本研究选取这五个与梨果褐变直接相关的指标作为衰老品质评价体系，探究不同损伤程度香梨在贮藏期间衰老品质的变化规律，并构建多输出预测模型实现同步检测。

2 材料与方法

2.1 样品采集与损伤处理

实验香梨采自新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市十团十连果园。通过自制冲击损伤试验台（图1）对梨果进行不同高度的自由落体冲击，根据损伤体积将梨果分为6个损伤等级（0、905、1665、2411、3765、5126 mm3）。损伤体积采用椭圆体近似法计算（公式1）。

2.2 衰老相关因子检测

每5天取样检测各项指标：SOD活性采用WST-8法测定，以抑制超氧阴离子还原反应的50%酶量为一个活性单位（U/g）；CAT活性通过测定H₂O₂分解量计算（U/g）；POD活性以愈创木酚为底物测定470 nm吸光度变化（U/g）；O₂^-.生成速率采用羟胺氧化法（nmol/min/g FW）；H₂O₂含量通过钛盐比色法测定（μmol/g FW）。

2.3 多输出预测模型构建

分别建立偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量回归（SVR）和长短期记忆（LSTM）三种多输出模型，以损伤体积和贮藏时间为输入，同步预测五个衰老指标。采用决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和相对分析误差（RPD）评价模型性能。

3 结果与分析

3.1 衰老指标变化规律

所有损伤等级的香梨在40天贮藏期内，五种衰老指标均呈现上升趋势。损伤程度越高，指标变化速率越快。以损伤体积5697 mm3的梨果为例：SOD活性从60.211 U/g增至238.367 U/g；CAT活性从230.919 U/g增至495.439 U/g；POD活性从39 U/g增至231 U/g；O₂^-.生成速率从1593.328 nmol/min/g增至3221.728 nmol/min/g；H₂O₂含量从3.011 μmol/g增至5.312 μmol/g。而未损伤梨果的各指标增长幅度最小。

3.2 多模型预测性能比较

SVR多输出模型表现最优，在测试集上对五个指标的预测R2分别为：SOD活性0.994、CAT活性0.995、POD活性0.994、O₂^-.生成速率0.982、H₂O₂含量0.957；RPD值均大于5，表明模型具有优秀的预测能力。LSTM和PLSR模型预测精度次之，但R2也均高于0.9。

4 讨论

机械损伤通过破坏细胞区室化结构，促使酶与底物接触，加速酚类物质氧化为醌类并聚合形成褐色物质。同时，损伤应激加剧氧化应激，导致ROS大量积累，进而激活抗氧化酶系统进行防御。SVR模型凭借其处理小样本非线性数据的优势，有效捕捉了多指标间的协同关系，实现了衰老品质的精准预测。

5 结论

本研究明确了损伤加速香梨衰老的生理机制，构建的SVR多输出模型可同步高效预测五个衰老品质指标，为损伤水果的合理利用和贮藏期精准调控提供了技术支撑。该方法可推广至其他易腐水果的品质检测，对减少采后损失、提升产业效益具有重要意义。