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不同藥劑處理對(duì)食用鮮木薯塊根貯藏特性的影響

2016-05-30 04:50林立銘徐緩簡純平陳常女張振文
熱帶作物學(xué)報(bào) 2016年5期
關(guān)鍵詞:方差分析塊根木薯

林立銘 徐緩 簡純平 陳常女 張振文

摘 要 以食用鮮木薯塊根為研究對(duì)象,研究不同藥劑處理后在10 ℃和85%相對(duì)濕度條件下貯藏,塊根主要生理生化特性的變化,探究主要抗氧化酶在貯藏過程的差異。結(jié)果表明:采后7 d是塊根迅速失水期,其干物率和淀粉含量呈上升趨勢(shì),3個(gè)處理均可以一定程度延緩失水速度;貯藏前期(0~30 d)NaCl和Na2S2O5溶液處理可以提高SOD和APX酶活性,抑制POD和CAT酶活性,但到了貯藏后期(30~60 d)各處理基本一致??梢?8 ℃、10 g/L的NaCl熱水和抗氧化劑Na2S2O5處理在短期內(nèi)可延緩褐變發(fā)生。方差統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),各6項(xiàng)指標(biāo)均在貯藏時(shí)期分別達(dá)極顯著差異,各處理對(duì)SOD酶活性的影響不顯著,對(duì)其他5項(xiàng)指標(biāo)的影響達(dá)顯著或極顯著水平。

關(guān)鍵詞 木薯;塊根;抗氧化劑;采后生理;方差分析

中圖分類號(hào) S533.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract The fresh edible cassava tuberous roots were subjected to analyze the difference characteristic of post-harvest physiological reaction on antioxidant enzymes during storage under 10 ℃ and 85% relative humility conditions. It showed that the dried matter and starch contents increased quickly 7 days later after harvesting and the water losing was also delayed by three treatments. The activities of superoxide dismutase(SOD)and ascorbate peroxidase(APX)enzymes of physiological indices were enhanced at the former storage state(0-30 days)by sodium chloride(NaCl)and sodium metabisulfite(Na2S2O5)solution, but the peroxidase(POD)and catalase(CAT)were reduced by these treatments. While they were the same level after storage more than 30 days at the later stage. 1% NaCl(v/v)solution and antioxidant Na2S2O5 solution could keep browning reaction delaying at former storage stage. We also made a further analysis of Anova based SAS8.0 software. It showed the all the six indices were affected most significantly after storage, and more obviously affected by different treatments during the whole storage, except the SOD enzyme activities.

Key words Cassava; Antioxidant; Post-harvest Physiology; Anova analysis

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.05.021

木薯(Manihot esculenta Crantz)是三大薯類之一,是世界第六大糧食種類、全球約8億人口的主糧[1-2]。然而,木薯塊根不耐儲(chǔ)藏,采后2~3 d內(nèi)由塊根內(nèi)部的多酚類物質(zhì)發(fā)生了酶促和非酶促氧化的生理生化變化而引起褐變,并開始變質(zhì)腐爛[3]。塊根采后變質(zhì)過程包括水分代謝、呼吸代謝和能量代謝等復(fù)雜的生理生化代謝變化,這些變化貫穿塊根生長發(fā)育的整個(gè)過程,受品種自身基因的表達(dá)水平差異和外界環(huán)境以及機(jī)械傷害等因素的影響[4-15]。研究發(fā)現(xiàn),在塊根收獲后,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、葡聚糖酶、蛋白酶、過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)是延緩采后腐爛的關(guān)鍵酶[16],而通過沙藏或封蠟來減少或杜絕與外界空氣的接觸,可以降低其生理活動(dòng)[17],減少活性氧的迅速積累[18],從而有效地延緩塊根采后變質(zhì)腐爛。類似的,使用外源抗氧化劑(如綠茶提取液)處理采后木薯塊根并用薄膜包裝,可以顯著延長其貯藏期[19],說明木薯塊根采后的氧化脅迫是其腐爛的主要因素之一。然而這些處理方式操作不方便,成本較高,只適用于小規(guī)模的生產(chǎn),且將給后期木薯塊根的食品化利用帶來污染,增加處理成本,也不適合木薯塊根的規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化的加工利用[20]。于是,更為方便有效的外源抗氧劑的應(yīng)用研究成為木薯塊根采后處理研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。

焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)是一種廣泛應(yīng)用于作物和果蔬采后保鮮的保鮮劑,具有抗氧化功能,能夠保護(hù)果實(shí)中的多酚,有效抑制酚酶的活性[21];而抗壞血酸溶液、氯化鈉(NaCl)溶液和熱水處理同樣可以抑制果蔬采后多酚酶活,延緩褐變進(jìn)程[22-24]。

因此,本研究以食用鮮木薯塊根為研究對(duì)象,通過不同藥劑和熱水處理,研究塊根低溫貯藏過程生理生化變化規(guī)律,探索采后處理保鮮技術(shù),推動(dòng)木薯塊根食品化利用進(jìn)程。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來源于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所國家薯類加工技術(shù)研發(fā)分中心,使用種植10個(gè)月的華南9號(hào)木薯塊根。

1.2 方法

1.2.1 處理方法 鮮木薯塊根收獲后,隨機(jī)選取無腐爛的薯塊,洗凈剝皮;在表1所列溶液中浸泡;在濕度85%、溫度10 ℃的培養(yǎng)箱中分別貯藏0、7、10、20、30、60 d;取樣分析,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 干物質(zhì)含量測(cè)定采用烘干法測(cè)定;淀粉含量測(cè)定采用氯化鈣-旋光法(GB/T 5514-2008)[25];過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性采用南京建成生物工程研究所試劑盒測(cè)定;抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測(cè)定采用索萊寶公司提供的試劑盒。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Sigmaplot 10.0制作圖表,顯著性和相關(guān)性分析采用SAS8.1軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 塊根干物質(zhì)含量變化

木薯塊根DMC是塊根品質(zhì)的重要指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明,CK和T1的干物含量變化趨勢(shì)類似,貯藏7 d及20 d時(shí)含量最高,但在貯藏10 d時(shí)最低(圖1-A)。這可能是貯藏7 d內(nèi)塊根失水最快,然后因?yàn)殚_始腐爛變質(zhì)并吸收水分而使塊根含水量增加,干物含量降低。從T2和T3的變化情況看,兩者變化趨勢(shì)相似,在7 d時(shí)DMC最高,但略低于CK、略高于T1??偟膩砜矗瑝K根貯藏7 d內(nèi)是塊根迅速失水期,從而使DMC相對(duì)提高;貯藏60 d后,各處理的DMC均高于對(duì)照,以T2的DMC含量最高,達(dá)42.02%。說明貯藏60 d后塊根開始腐爛,微生物降解塊根的組織,釋放出相應(yīng)的結(jié)合水或束縛水,導(dǎo)致DMC增加。

在貯藏7 d時(shí),CK和T3的淀粉含量變化趨勢(shì)基本一致,其中CK在貯藏7 d和20 d淀粉含量出現(xiàn)高峰,而T3相應(yīng)推遲,分別在貯藏10 d和30 d時(shí)出現(xiàn)高峰(圖1-B)。相應(yīng)地,T1和T2的淀粉含量隨著貯藏時(shí)間的延長而不斷增加,并在貯藏30 d時(shí)達(dá)最高值36.40%和36.52%,然后迅速下降,收獲后30 d至60 d僅下降1~2個(gè)百分點(diǎn),不能算迅速下降。推測(cè)前期淀粉含量差異較大是由各塊根不同程度的失水引起的。貯藏過程,淀粉含量呈上升趨勢(shì),其中貯藏10 d時(shí)CK淀粉含量最低,貯藏60 d時(shí)CK的淀粉含量低于各藥劑處理;這是因?yàn)橘A藏后期CK和各處理均發(fā)生腐爛,塊根失水或纖維等多糖降解引起。

為了進(jìn)一步分析貯藏期和處理方式對(duì)各指標(biāo)的影響,利用SAS8.0對(duì)各不同指標(biāo)進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表2所示。從表2的數(shù)值可知,貯藏期對(duì)各DMC和SC的影響達(dá)極顯著,而不同處理方式對(duì)SC的影響不顯著,對(duì)DMC的影響達(dá)顯著水平。

2.2 相關(guān)酶活性的變化

塊根貯藏過程中,SOD酶活性均呈上升后迅速下降的趨勢(shì)(圖2-A),并在貯藏30 d后其活性分別達(dá)最高值358.53、347.53和366.88 U/mg prot.。在貯藏7 d時(shí),T2的SOD酶活力略低于CK及其它處理,可能是前期高溫預(yù)處理抑制了SOD酶的活力[26]。在貯藏10 d時(shí),CK的SOD酶活力低于藥劑處理,而后各藥劑處理和CK無明顯差異,可能是藥劑處理主要功效體現(xiàn)在貯藏前10 d。方差統(tǒng)計(jì)分析表明,不同貯藏期SOD酶活性達(dá)極顯著差異,但不同藥劑處理間的差異不顯著。從數(shù)據(jù)來看,塊根經(jīng)外源抗氧化劑T3處理后,貯藏過程SOD活性均保持大于其他處理以及CK,說明Na2S2O5和NaCl對(duì)SOD活性有一定的保護(hù)作用[27]。

圖2-B中,CK及各藥劑處理后的POD活力基本表現(xiàn)出平緩上升,在貯藏20 d時(shí)達(dá)最高,而后迅速下降。其中,T2在貯藏過程的POD活性均處于最小,可能是NaCl對(duì)POD酶有一定的抑制作用[23,27];而其他2個(gè)處理的POD活力與CK差別不大,活力大小順序依次為CK>T3>T1>T2,說明各藥劑處理都在一定程度上抑制了POD活力的上升,尤其以短時(shí)高溫處理的抑制效果最好。

在整個(gè)貯藏期過程,CK和各處理的CAT酶差異較大,在貯藏60 d時(shí)基本一致(圖3-A)。其中,CK的CAT酶活性呈循環(huán)上升、下降的趨勢(shì),在貯藏7 d時(shí)達(dá)最大值;T2的CAT酶活性在貯藏7 d時(shí)出現(xiàn)最高值,達(dá)到7.95 U,而后迅速下降;T1和T3的酶活性均處于持續(xù)下降的趨勢(shì)??梢姛崴甆aCl溶液處理可以在短期內(nèi)(7 d)提高該酶的活性,而低濃度的NaS2O5溶液對(duì)CAT酶有一定的抑制作用。方差統(tǒng)計(jì)分析也發(fā)現(xiàn)(表3),不同貯藏期和處理均達(dá)到極顯著的差異,說明CAT與外界貯藏環(huán)境和處理方式關(guān)系密切。

對(duì)于APX酶,CK和處理T3的APX酶活性同樣呈上升后下降的趨勢(shì)(圖3-B)。其中CK和T3在貯藏7 d時(shí)活性最高,T2的活性出現(xiàn)在貯藏10 d時(shí),而T1無明顯的變化。整個(gè)貯藏過程,CK的APX酶活性較高,但在貯藏10 d時(shí)低于T2??梢姡邷靥幚恚═2)延緩了APX活性高峰的來臨,與CK相比,可以相應(yīng)地提高APX活性。進(jìn)一步方差統(tǒng)計(jì)分析表明(表3),APX酶在不同貯藏期和處理間均達(dá)到極顯著的差異。

3 討論與結(jié)論

木薯塊根采后腐爛,是受傷害脅迫和微生物入侵產(chǎn)生侵填物而引起肉質(zhì)部分腐爛的一種現(xiàn)象[28-30]。木薯塊根收獲時(shí)不可避免受到不同程度的傷害,微生物的感染也隨之而來。因此,采用有效的技術(shù)手段預(yù)防或阻止微生物入侵,將很大可能延緩木薯采后腐爛發(fā)生的進(jìn)程甚至是腐爛的發(fā)生,而外源抗氧化劑的使用是延緩采后腐爛的重要措施之一[27]。

在采后貯藏生理研究中,減少活體果蔬水分散失和降低呼吸強(qiáng)度等生理活動(dòng)的方法,有化學(xué)方法和物理方法?;瘜W(xué)方法主要是通過外源生理活性抑制劑(1-MCP、殼聚糖、水楊酸和鈣等)來調(diào)節(jié)其生理活性[21,31-35],而物理方法有預(yù)熱處理、微波和紫外線等[36-40]。這些方法主要針對(duì)活體且機(jī)械傷害不明顯的果蔬,處理效果才明顯。本研究研究對(duì)象為經(jīng)脫皮后木薯塊根的肉質(zhì)部分,具有較明顯的機(jī)械傷害,于是采用物理和化學(xué)兼用進(jìn)行貯藏試驗(yàn)。結(jié)果表明,經(jīng)NaCl和Na2S2O5溶液處理后,貯藏前10 d SOD酶活性高于CK,可能是Na2S2O5參與脅迫反應(yīng),從而引起SOD活力升高[41-44];然而,熱水預(yù)處理后在短期(7 d)內(nèi)卻不利于SOD活力的提高,說明熱處理雖然能提高SOD活力,但同時(shí)也一定程度損傷了抗氧化系統(tǒng)。另外,預(yù)熱處理對(duì)不同作物和不同組織的POD活力影響不盡相同,這是由于POD在活性氧代謝中有雙重功能,既具備清除活性氧能力,也會(huì)在酶促反應(yīng)中產(chǎn)生活性氧提高抗病性,從而延緩褐變的發(fā)生[38,43-44]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),預(yù)熱處理后延緩了POD活性的提高,在貯藏期內(nèi)均低于CK,且貯藏前期不斷上升,并在貯藏20 d時(shí)達(dá)最大值,這說明短時(shí)高溫預(yù)處理可以延緩褐變發(fā)生[24,44]。雖然預(yù)熱結(jié)合NaCl處理不僅能夠有效延緩褐變,且在貯藏結(jié)束后,干物含量和相對(duì)淀粉含量維持在較高水準(zhǔn),但高溫預(yù)熱處理使得薯塊表面被燙熟,淀粉發(fā)生糊化,在貯藏10 d后薯塊表面開始出現(xiàn)酸味,說明薯塊表面因微生物的發(fā)酵作用,產(chǎn)生酸味,從而影響了貯藏品質(zhì)。因此,高溫預(yù)熱處理的時(shí)間和方法有待進(jìn)一步研究。此外,本試驗(yàn)還探討了化學(xué)處理對(duì)貯藏過程APX和CAT活性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),預(yù)熱處理在貯藏前期(10 d)可以提高或保護(hù)APX酶和CAT酶活力,而Na2S2O5處理可以延緩CAT活性的降低速度,與李英麗[45]的研究結(jié)果基本一致,同樣也存在對(duì)時(shí)間響應(yīng)的問題。

植物采后生理是個(gè)復(fù)雜的生理生化過程,涉及果蔬品種特征特性、生長發(fā)育與成熟中品質(zhì)形成及采后品質(zhì)變化與控制,與生物體的基因和蛋白質(zhì)以及代謝的表達(dá)與調(diào)控密切相關(guān)[46],特別是果蔬貯藏過程中激素水平對(duì)抗氧酶系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是貯藏保鮮的關(guān)鍵[47]。本試驗(yàn)的研究對(duì)象是木薯塊根的肉質(zhì)部分,塊根已經(jīng)受到嚴(yán)重傷害,這種傷害加速了組織的衰老和腐敗,因?yàn)闄C(jī)械傷害可以刺激信號(hào)分子的產(chǎn)生、運(yùn)轉(zhuǎn)、感知、接受和轉(zhuǎn)導(dǎo),而有效的外源生長調(diào)節(jié)劑可以誘發(fā)鮮切果蔬整體協(xié)調(diào)產(chǎn)生防御反應(yīng),有效抑制微生物對(duì)受傷部位的侵染[47],從而減輕機(jī)械損傷對(duì)木薯塊根品質(zhì)的影響。為此,在今后木薯塊根采后貯藏研究中,在食品安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),考慮通過外源生長調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑或涂膜的方法或手段進(jìn)行研究[48],并重點(diǎn)探討木薯塊根貯藏過程激素水平的影響。另一方面,本文僅從抗氧化酶的角度來分析外源抗氧化劑對(duì)木薯塊根采后貯藏特性的影響,還需要從外觀評(píng)價(jià)和分子水平上(如相關(guān)酶的表達(dá)情況)來進(jìn)一步驗(yàn)證外源抗氧化劑的時(shí)效性,才能更為全面和可靠地評(píng)價(jià)其貯藏特性。

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