《Food Science & Nutrition》：Postharvest Preservation of Red Apples Using Edible Coatings and Packaging
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本文对比评估了多胺基可食性涂层（亚精胺、腐胺、壳聚糖）与包装方式（裸放、保鲜膜、自封袋）对‘红元帅’苹果贮藏期间物理属性（长度、厚度、几何平均直径、重量、表面积）和化学品质（pH、总可溶性固形物（TSS）、总酚、类黄酮、抗氧化活性）的协同影响。研究通过主成分分析（PCA）等方法，揭示了涂层与包装独立作用、共同维持果实品质的机理，并推荐亚精胺涂层结合自封袋包装作为高效的采后保鲜策略，为园艺产业减少损耗、延长货架期提供了科学依据。
研究评估了可食性涂层与包装系统对“红元帅”苹果贮藏期间物理与生化品质的影响。
引言
果实采收后，细胞壁硬度降低导致软化，物理和生化变化在采后胁迫下加剧，造成品质劣变和巨大损失。果实外观直接影响其市场价值，因此优化采后处理至关重要。了解果实的物理、化学和机械特性，对于种植者、工程师、食品科学家和消费者都极为重要，有助于优化从采收、运输、包装到贮藏的整个链条。长期贮藏和包装对于维持果实品质和保证全年供应至关重要。可食性涂层通过调节呼吸速率、抑制微生物生长和减少水分流失来发挥作用。多胺（如腐胺、亚精胺和精胺）是低分子量有机多聚阳离子，参与多种生理过程，能延迟果实成熟和衰老。尽管已有研究探索多胺涂层或包装对柿子、香蕉、芒果和李子等水果的影响，但关于其对苹果的协同作用，尤其是亚精胺涂层与不同包装系统如何共同影响贮藏期间的物理稳定性和生化品质，仍缺乏比较性证据。本研究旨在填补这一空白。
材料与方法
样本制备
苹果样本购自伊朗戈勒斯坦省一家信誉良好的商业供应商。为确保一致性，根据“红元帅”品种商业成熟度的常用指标进行筛选，选取大小、形状和外部颜色均匀、无机械损伤或病害的果实。成熟度通过视觉和物理指标确定，包括80%–90%的红色表面覆盖率、约12°–13° Brix的总可溶性固形物（TSS）、实验开始时记录的初始可滴定酸度和pH值，以及根据AOAC标准测得的32%含水量。这些综合标准确保所有苹果处于相似的商业成熟阶段。
物理性质测定
使用精度为0.001 g的电子天平称重。使用数显卡尺（±0.05 mm）测量纵向直径（L）、横向直径（W）和厚度（T）以记录平均尺寸。根据提供的公式计算等效直径（De）、几何平均直径（Dg）、球形度（Φ）、表面积（S）和伸长比（R）。
准静态测试
使用配备500 N载荷传感器的万能试验机（Instron Santam STM-5）进行平边加载下的机械压缩测试。测试使用两个平行圆形板，横梁速度为5 mm/min，施加三个力水平（50、70和100 N），每个水平三个重复。单个苹果水平放置在板之间，进行单轴压缩，同时记录变形响应和时间。可动板继续压缩果实直至达到目标力，然后停止施加载荷，并绘制力-位移曲线。
苹果果实化学性质测定
所有物理和化学分析均在不同样本上进行，并独立重复三次。在贮藏期开始（作为对照）和结束时，分析每个处理组果实样本的化学性质，包括总酚、类黄酮、抗氧化活性、总可溶性固形物（TSS）、总糖、可滴定酸度（TA）、水分含量和pH。所有分析均在戈勒斯坦农业科学与自然资源大学园艺实验室进行。
新鲜果肉组织（5 g）与20 mL 80%（v/v）甲醇水溶液均质，在25°C（室温）下连续振荡孵育30分钟。然后以6000 rpm离心10分钟，上清液通过Whatman 1号滤纸过滤。所得提取物在4°C避光保存，并于同日用于后续化学分析。
总酚含量采用Folin-Ciocalteu法测定，结果以每克样品中没食子酸毫克数表示。类黄酮含量通过比色法测定，并使用槲皮素标准曲线进行校正。采用DPPH法测定自由基抑制百分比以评估抗氧化活性。使用数折射仪测量总可溶性固形物（TSS）。可滴定酸度（TA）通过用0.1 N氢氧化钠（NaOH）滴定测定，结果以苹果酸百分比表示，并计算TSS/TA比值作为风味指数。使用校准的数字pH计直接测量苹果汁提取物的pH值。
涂层溶液制备
根据苹果及其他水果采后研究中的标准方案，将亚精胺和腐胺涂层溶液分别制备为1 mM浓度。壳聚糖溶液也按标准方法配制。水溶液新鲜制备，并在制备后2小时内使用。
统计分析
经受准静态加载的样本在成像前贮藏20天。所有实验均进行三次重复，并使用SAS中的因子设计分析数据。进行相关性分析以评估几何直径、等效直径、表面积、伸长比、球形度与化学性质之间的关系。
主成分分析（PCA）
使用The Unscrambler X 10.4（64位）软件分析收集的数据。采用主成分分析（PCA）来检查不同处理（包装和涂层；得分）与物理性质（载荷）之间的相关性。PCA将相关变量转换为一组数量更少的独立主成分，从而降低数据维度、消除噪声并保留最大方差。
结果与讨论
统计分析结果
方差分析（ANOVA）结果表明，涂层和包装对苹果的物理属性均有显著但基本独立的影响，交互作用基本不显著。包装在维持尺寸稳定性（包括长度、高度、厚度和等效直径）方面起主导作用。相比之下，涂层在减少重量损失和影响特定几何指数（如几何直径）方面更为有效。这些发现表明，包装对于贮藏期间保持果实尺寸至关重要，而涂层主要控制水分流失和形状相关参数。由于交互作用通常不存在，涂层和包装策略可以独立优化。
涂层和包装处理显著影响了苹果贮藏期间的物理品质。在涂层中，壳聚糖导致果实高度、厚度、重量以及几何直径和等效直径的变化最大（约12%–14%），其次是腐胺（约12%–13%），而亚精胺始终将这些变化降至最低（约7%–9%）。同样，包装也有显著影响，无包装导致最大的尺寸和重量变化（约14%–15%），保鲜膜将变化减少至约11%–12%，而自封袋包装效果最佳（约8%–10%）。总体而言，亚精胺涂层结合自封袋包装在所有测量参数上提供了最稳定的物理特性。
亚精胺在维持物理稳定性方面的卓越能力可能归因于其在细胞水平上的保护作用。亚精胺能稳定细胞膜、降低呼吸速率并限制水分流失，从而最大限度地减少组织收缩和尺寸变化。相比之下，壳聚糖和腐胺可能促进更大的气体和水交换，导致更大的物理变化。
化学部分
方差分析（ANOVA）结果总结显示，涂层和包装对苹果品质参数（包括pH、总可溶性固形物（TSS）、酚类化合物、类黄酮和抗氧化活性）均有显著影响。涂层显著影响了pH、TSS、酚类含量和抗氧化活性。包装的影响更为显著，显著影响了pH、TSS、酚类和抗氧化活性。涂层与包装之间的交互作用对所有测量参数均不显著，表明每个因素基本上是独立作用的。
涂层和包装显著影响苹果pH。壳聚糖表现出最高的pH（约6.0），其次是腐胺（约5.6）和亚精胺（约5.2）。在包装方面，无包装苹果保持最高pH（约6.0），塑料包装导致中等pH（约5.4），而自封袋包装导致最大程度的降低（约5.0）。壳聚糖的保护作用归因于其形成半透层，调节气体交换和代谢活动，从而减轻剧烈的化学变化。
涂层和包装对苹果总可溶性固形物（TSS）有显著影响。壳聚糖表现出最高的TSS（约18.5），表明在保持糖分和可溶性化合物方面效果最佳，其次是腐胺（约17.5）和亚精胺（约16.5）。在包装方面，无包装苹果显示最高的TSS（约18.5），塑料包装保持中等水平（约18.3），而自封袋包装导致最显著的降低（约17.5）。壳聚糖涂层结合最小或无包装为保持TSS提供了最佳条件。
三种涂层对苹果果实总酚含量有统计学上的显著影响。亚精胺涂层的平均含量约为135，统计分组为A，表现出最高的酚类含量，表明能更好地保存果实组织中的抗氧化化合物和生物活性。腐胺和壳聚糖涂层的值分别约为115和110，被归入B组，效果不及亚精胺涂层。三种包装对总酚含量也有影响。自封袋包装样本的酚类含量约为130，属于A组，显示最高值。塑料包装的值约为115，属于B组，而无包装样本的酚类含量约为100，属于C组。这些结果表明，自封袋包装通过减少与氧气和水分的接触，能更好地保存酚类化合物。
三种涂层对苹果抗氧化剂含量有影响。亚精胺表现出最高的抗氧化剂水平（约90，A组），表明在保存生物活性化合物方面效果最佳，其次是腐胺（约80，B组）和壳聚糖（约70，B组）。在包装方面，无包装苹果具有最高值（约80，A组），而塑料（约60，B组）和自封袋包装（约40，B组）显示水平降低。总体而言，亚精胺涂层结合最小或无包装为保存抗氧化化合物提供了最佳条件。
主成分分析（PCA）
主成分分析（PCA）解释的方差百分比在不同涂层和包装类型之间存在差异。对于亚精胺涂层，几乎所有的方差（99%）由第一主成分（PC1）解释。腐胺涂层类似，PC1解释96%的方差。对于壳聚糖涂层，PC1解释75%的方差，PC2解释25%，反映了更复杂的二维数据结构。对于无包装样本，PC1解释84%的方差，PC2解释13%，PC3解释2%。对于自封袋和塑料包装，大部分方差由PC1捕获。总的来说，在大多数情况下，第一主成分占主导地位，数据变异基本是一维的。
PCA得分图和载荷图展示了不同处理下样本的分布和变量贡献。对于亚精胺涂层不同包装的PCA，样本主要沿PC1分布，PC1解释了99%的方差。无包装样本位于图的下半部分，而自封袋和保鲜膜包装样本聚集在上半部分且彼此接近，表明自封袋和保鲜膜包装具有区别于无包装样本的特性。在载荷图中，大多数变量（如pH、长度、高度和TSS）与PC1紧密对齐且具有高载荷，表明PC1解释了数据方差的很大一部分。
对于腐胺涂层不同包装的PCA，样本同样主要沿PC1分布，无包装样本位于下半部分，而自封袋和保鲜膜样本集中在上半部分。
对于壳聚糖涂层不同包装的PCA，样本沿PC1和PC2分布相对分离良好。无包装样本主要在右侧，自封袋样本在左侧，保鲜膜样本分散在中间。
对于无包装下不同涂层的PCA，样本沿PC1和PC2绘制，壳聚糖、腐胺和亚精胺相对分离。PC1解释84%，PC2解释13%的方差。载荷图显示，抗氧化剂、酚类和类黄酮在PC1上具有高正载荷，对区分涂层贡献最大。
对于自封袋包装下不同涂层的PCA，亚精胺样本位于右侧，与左侧和中部的壳聚糖及腐胺样本明显分离。PC1解释92%的方差，是区分数据的主要因素。
对于保鲜膜包装下不同涂层的PCA，腐胺样本位于右侧沿PC1方向，与左侧的壳聚糖和亚精胺样本明显分离。PC1解释89%的方差，PC2解释10%。载荷图中，抗氧化剂、酚类和类黄酮在PC1上具有最高的正载荷，是区分涂层的关键变量。
结论
基于本研究系统测量和统计分析得出的精确结果，可以得出结论：涂层类型和包装方式的选择显著影响红苹果贮藏期间的品质和稳定性。根据评估物理属性的标准化方法，亚精胺涂层通过形成有效的保护层，显著最小化了果实尺寸的不良变化（长度、高度和厚度的变化百分比最低）以及重量损失（约9%，而其他涂层为13%–14%）。这种优越性可能归因于亚精胺在维持细胞膜稳定性和降低呼吸速率方面的作用。另一方面，包装方法评估结果清楚地表明，与保鲜膜包装和无包装样本相比，自封袋包装创造了更有利的微环境，显著防止了水分流失和尺寸变化，在保持果实物理完整性方面提供了最佳性能。从化学角度来看，尽管包装的整体影响更大，但亚精胺涂层在保护生物活性化合物（包括酚类和抗氧化活性）方面更有效。从方差分析结果中得到的一个关键观察是，交互效应普遍不显著，这表明涂层和包装的影响可以广泛地被视为独立作用并可独立优化。
然而，亚精胺涂层与自封袋包装的联合处理被确定为最有效的方法，它结合了两种方法的优势，在同时维持果实的物理和化学性质方面取得了最大的成功。主成分分析（PCA）能够通过应用的处理来区分样本，并能有效地识别最有影响的变量（主要是物理变量），这突显了其在采后研究中的强大作用。尽管本研究对物理和化学属性进行了全面评估，但未包括微生物或感官分析，而这两者是果实整体品质和消费者接受度的关键组成部分。此外，贮藏期限制在20天，仅捕获了“红元帅”苹果早期的采后反应。虽然这个时间足以证明处理效果和潜在机制，但未来的研究应延长贮藏期（例如30-60天），并纳入微生物安全性评估和感官评价小组，以提供商业可行性的全面评估。因此，基于所应用的方案和获得的结果，本研究的实用建议是使用亚精胺涂层结合自封袋包装，作为园艺产业和贮藏设施延长红苹果货架期和减少损失的一种可行、经济高效且有效的解决方案。
