高 芳,郝 義,郝邢維,紀淑娟,周 鑫,周 倩
(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學 食品學院,沈陽 110161;2.遼寧省果樹科學研究所,遼寧營口 115009)
國峰2號李果實為薔薇科(Rosaceae)植物李屬(Prunus
)的果實,是晚熟香蕉李與獵人李雜交而成的新品種。我國遼寧省部分地區(qū)盛產(chǎn),成熟后果肉出現(xiàn)淡黃色,其富含糖、有機酸、類黃酮和酚類物質(zhì),具有天然的抗氧化能力。李果實采收季節(jié)為夏末初秋,該時期氣溫較高,采后逐漸后熟軟化,不易貯運,并且在貯藏過程中容易出現(xiàn)腐爛及果肉褐變現(xiàn)象。果實采后活性氧代謝平衡被破壞,造成更多的活性氧自由基積累,加劇細胞膜脂過氧化作用,加快了果實的成熟衰老。因此,尋求一種高效安全的處理方式來提升采后李果實的抗氧化能力,延緩果實品質(zhì)下降是研究人員的重要方向。1-甲基環(huán)丙烯(1-Methylcyclopropene,1-MCP)是一種安全有效的乙烯受體抑制劑,其主要作用是與乙烯競爭受體,造成乙烯無法與受體結(jié)合,從而消除乙烯效應(yīng)。研究報道,1-MCP可以顯著提高鱷梨的總酚、類黃酮和總抗氧化能力水平,適當提高1-MCP濃度則效果更佳顯著。同時,1-MCP可抑制低溫下“拉里安”李果實乙烯的產(chǎn)生和ACC的積累,降低果實的冷害癥狀,并對果實的抗氧化能力產(chǎn)生直接的影響。已有文獻證明,采摘后的蘋果經(jīng)過1-MCP保鮮后可降低果皮和果肉中超氧陰離子(O)和過氧化氫(HO)的積累,不同程度地提高了超氧化物歧化酶的活性。1-MCP熏蒸果實過程中,若未進行包裝則會大量散發(fā)流失,熏蒸不完全。PE保鮮膜能夠有效地抑制1-MCP氣體流失,與1-MCP結(jié)合廣泛用于多種水果的保鮮,如獼猴桃、蘋果、藍莓等。目前缺少1-MCP結(jié)合PE保鮮膜對采后李果實保鮮效果以及抗氧化能力變化的研究。因此,本研究以國峰2號李果實為試材,探索低溫下1-MCP結(jié)合PE保鮮膜對果實品質(zhì)指標的影響,并探索結(jié)合處理對李果實抗氧化能力的影響,以期為1-MCP結(jié)合PE保鮮膜在李果實保鮮貯藏中的作用提供理論依據(jù)。
國峰2號李果實采自遼寧省營口市蓋州市小石棚鄉(xiāng)(40.25°N,122.45°E)。剔除病果、傷果,挑選大小均一、成熟度一致的新鮮成熟果實。1-MCP果蔬保鮮劑,采購于青島綠諾生物科技有限公司。PE保鮮膜來自國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程研究中心生產(chǎn)的果蔬專用保鮮袋,大小為650mm×650mm。試劑:乙二胺四乙酸二鈉、硫代巴比妥酸、抗壞血酸,均由國藥集團化學試劑有限公司提供,為國產(chǎn)分析純;鄰苯二酚(純度>99%)、愈創(chuàng)木酚(化學純)、聚乙烯吡咯烷酮(優(yōu)級純),均由上海源葉生物有限公司提供;聚乙二醇(6000)、核黃素(生化試劑)、曲拉通(純度>99%)、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)、鹽酸羥胺(純度>98.5%)、對氨基苯磺酸(分析純),均由北京鼎盛昌盛生物技術(shù)有限公司提供;L-甲硫氨酸(純度>99%)、氯化硝基四氮唑藍(純度>98%)、二硫代蘇糖醇(純度>99%)、四氯化鈦(分析純)、α-萘胺(分析純),均由上海瑞永生物科技有限公司提供。
CR-100色差儀(日本Konica Minolta公司)、WYT手持折光儀(杭州陸恒生物科技有限公司)、TU-1810紫外-可見分光光度計(北京普析通用有限公司)、CT3質(zhì)構(gòu)儀(美國Brookfield Engineering Laboratoriesa公司)、AR5120電子天平(美國AHOMS公司)、臺式高速離心機(上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司)。
1.3.1 試驗材料處理 由表1可知,李果實分成10組,任選一組不做處理作為對照組,記為CK;隨機選取李果實裝入厚度分別為0.01,0.02,0.03mm的PE袋中,每袋裝入70個李果實,用濃度分別為0.4,0.8,1.2μL·L1-MCP進行處理,即加入2,4,6袋便攜式1-MCP小包(0.2μL·L·包),用40℃溫水浸濕后立即放入PE袋內(nèi)扎口后置于(0±0.5)℃、相對濕度85%~90%的恒溫庫中,每組設(shè)置3次生物學重復,每隔7d取樣對相關(guān)指標測定。
表1 不同濃度1-MCP結(jié)合不同厚度PE膜處理李果實
Table 1 Different concentrations of 1-MCPcombined with different thicknesses of PE film treated plum fruit
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1.3.2 果實硬度的測定 參照王亮等方法,略作修改。采用質(zhì)構(gòu)儀進行測定,預(yù)測試速度1.00mm·s,測試速度2.00mm·s,測試深度10mm,觸發(fā)點負載50g。
1.3.3 果皮亮度的測定 采用色差儀測定,測定點對稱分布于果實赤道面,每個處理取3個果,每果測3個點,記錄每個點L*、a*值。
1.3.4 品質(zhì)指標的測定 抗壞血酸采用肖麗梅等的測定方法,2,6-二氯酚靛酚法測定。還原糖采用曹建康等方法,3,5-二硝基水楊酸法測定,并制定標準曲線。可溶性固形物(total soluble solids,TSS)采用千春錄等的測定方法??傻味ㄋ幔╰itrated acid,TA)采用周志強等的測定方法。
1.3.5 相對電導率和丙二醛含量的測定 相對電導率采用金怡等的測定方法;丙二醛(malondialdehyde,MDA)采用王艷穎等的測定方法。
1.3.6 超氧陰離子和過氧化氫含量的測定 超氧陰離子(superoxide anion,O)、過氧化氫(hydrogen,HO)含量采用曹建康等的測定方法,并根據(jù)具體測定方法制作標準曲線。
1.3.7 總酚、類黃酮的測定 總酚、類黃酮含量采用曹建康等的測定方法。
1.3.8 抗氧化酶活性的測定 多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性采用曹建康等的測定方法。
試驗數(shù)據(jù)采用Origin 8.5進行統(tǒng)計并繪圖,采用SPSS20.0軟件進行差異性顯著分析,顯著水平為0.05。采用SIMCA軟件進行主成分分析。
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<0.05),效果最佳。表2 1-MCP結(jié)合PE保鮮膜處理對冷藏42d的李果實品質(zhì)指標的影響
Table 2 Effects of 1-MCPcombined with PE film treatment on plum fruit quality indexes after 42 days of cold storage
注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表差異顯著。
Note:Different lowercase letters after data in the same column indicated significant difference.
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TSS含量可以反映李果實中糖含量和營養(yǎng)物質(zhì)的多少。在貯藏過程中,不同濃度的1-MCP結(jié)合不同厚度的PE膜處理的果實中TSS均顯著高于CK(p
<0.05),各處理組間有明顯的差異。貯藏至42d,T5處理后的李果實TSS含量最高。TA含量是評價李果實風味的重要指標。貯藏后期,果實TA含量逐漸降低,T5處理果實的酸度值顯著高于CK(p
<0.05)。果皮亮度值可以粗略反映果皮褐變情況。T5中亮度值均顯著高于CK(p
<0.05),T5處理果實后果肉的亮度值最佳,表明褐變程度最輕。綜上可知,0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜處理為維持李果實品質(zhì)的最佳處理,以此保鮮組合處理李果實,進一步驗證1-MCP結(jié)合PE膜對李果實低溫貯藏中的保鮮效果。
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<0.05),這是由于貯藏前期對照組果實成熟度高,而抗壞血酸含量高。貯藏第21天,抗壞血酸含量達到峰值。貯藏從21d起,各組李果實抗壞血酸含量呈下降的趨勢,貯藏后期,1-MCP結(jié)合PE膜處理組果實抗壞血酸含量顯著高于對照組(p
<0.05),表明T5處理更顯著延緩果實抗壞血酸含量的降低。圖1 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實抗壞血酸含量的影響Figure 1 Effect of 1-MCPcombined with PE film treatment on ascorbic acid content in plum
圖2為還原糖標準曲線。由圖3可知,在整個貯藏期間,還原糖含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,貯藏前期上升幅度較大,貯藏后期下降幅度較慢,且在貯藏28d時達到高峰,對照與處理組最大含量值分別為4.8%和5.8%,并且處理組始終保持著較高水平。表明處理組推遲了還原糖高峰的出現(xiàn),為果實提供能量。
圖2 還原糖標準曲線Figure 2 Standard curves of reducing sugar
圖3 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實還原糖含量的影響Figure 3 Effect of 1-MCPcombined with PE film treatment on reducing sugar content in plum
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<0.05)。貯藏第21天,對照和T5組李果實總酚、類黃酮含量均達到峰值。從21d起,總酚和類黃酮含量呈現(xiàn)下降趨勢,處理組果實的總酚、類黃酮含量顯著高于對照組(p
<0.05),這是由于處理組出現(xiàn)的后熟效應(yīng)慢于對照組。整個貯藏后期,T5理組果實總酚、類黃酮含量始終處于較高水平,表明結(jié)合處理有效延緩果實的后熟,并且顯著延緩果實總酚、類黃酮含量的降低(p
<0.05)。圖4 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實總酚(a)和類黃酮(b)含量的影響Figure 4 Effect of 1-MCPcombined with PE film treatment on total phenol(a)and flavonoid(b)in plum
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<0.05),保持較低水平,貯藏至42d,對照組電導率值增長77.8%,處理組電導率值增長50.7%。由圖5b可知,整個貯藏期間,對照組和處理組MDA含量呈現(xiàn)整體上升趨勢,對照組MDA含量始終高于處理組。貯藏至35d,MDA含量最高,表明膜脂過氧化程度最高。T5組李果實在貯藏28,35,42d時MDA含量分別為5.06,7.73,5.85nmol.gFW,均顯著低于同期對照組(p
<0.05),說明0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜處理能夠抑制果實MDA含量的積累,維持細胞正常代謝。圖5 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實相對電導率(a)和丙二醛(b)含量的影響Figure 5 Effect of 1-MCPcombined with PE film treatment on relative conductivity(a)and MDA(b)content in plum
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<0.05)。貯藏至14d,T5組中O生成速率比對照組低20%。貯藏至35d時,對照組出現(xiàn)峰值,O產(chǎn)生的速率值達到最大,O產(chǎn)生的速率增加36.5%。貯藏末期,由于果實的衰老O生成速率均下降。由圖7b可知,在整個貯藏期間,HO含量呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢。對照組HO含量始終顯著高于T5組(p
<0.05),貯藏至14d,對照和T5組均出現(xiàn)了峰值,此時對照組中HO含量達到8.2μmoL·g。貯藏后期,HO含量緩慢下降,0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜處理有效延緩HO含量的累積。圖6 超氧陰離子(a)和過氧化氫(b)標準曲線Figure 6 Standard curves of superoxide(a)and anionhydrogen(b)
圖7 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實O2(-a)產(chǎn)生速率和H 2O(2b)含量的影響Figure 7 Effect of 1-MCP combined with PE film treatment on the O2-yield rate(a)and H 2O(2b)content in plum
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<0.05),表明0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜能夠延緩POD活性下降,果實POD活性始終保持較高水平。圖8 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實多酚氧化酶(a)和過氧化物酶(b)活性的影響Figure 8 Effect of 1-MCPcombined with PE film treatment on PPO(a)and POD(b)activity in plum
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<0.05)。結(jié)果表明0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜處理顯著減緩果實APX活性的下降趨勢。圖9 1-MCP結(jié)合PE膜處理對李果實SOD(a),CAT(b)和APX(c)活性的影響Figure 9 Effect of 1-MCP combined with PE film treatment on SOD(a),CAT(b)and APX(c)activity in plum
主成分分析(principal component analysis,PCA)可以考察多個變量之間的相關(guān)性。利用本試驗測得的感官品質(zhì)、營養(yǎng)指標、抗氧化酶活性等共計17個指標,自動擬合出2個主成分。由圖10可知,第一主成分與第二主成分貢獻率分別為50.4%與18.7%,總貢獻率為69.1%。由空間位置分布可見,對照組幾乎完全分布于縱坐標的正半軸,負半軸幾乎涵蓋了整個處理組,可見二者差異顯著。由載荷圖可看出處理組與TSS、TA、L*、O、還原糖、POD、APX等指標相關(guān)性強,對照組與硬度、Vc、MDA、相對電導率、過氧化氫、總酚、類黃酮、PPO、SOD等指標相關(guān)度較強。
圖10 (PCA-X)不同處理李果實的PCA得分圖(a)與載荷圖(b)Figure 10(PCA-X)Effect of different treatment on Principal Component Analysis score scatter plot(a)and loading plot(b)of plum fruits
為直觀看出李果實不同處理間的差異較大的指標,利用OPLS-DA模型中的SUS-plot圖和VIP值對本試驗測定的17個指標進行統(tǒng)計分析,通過模型擬合后得到圖11。由圖11b可知,VIP值大于1的指標為圖中從左到右—L*到相對電導率。因此對照組和處理組的主要差異指標為L*、PPO、POD、TSS、TA、相對電導率。表現(xiàn)果實品質(zhì)的主要差異指標是L*、TSS、TA,表示衰老褐變的主要指標為PPO、POD、相對電導率。結(jié)合圖11a可看出,圖11b中的主要差異指標分布在SUS-Plot圖的兩端,Y軸正半軸與負半軸的指標呈現(xiàn)一定的負相關(guān)。例如POD活性的上升,PPO活性下降。
圖11 不同處理李果實的共享獨有結(jié)構(gòu)圖SUS-plot(a)與變量投影重要度VIP值(b)Figure 11 Effect of different treatment on SUS-plot(a)and VIPgraph(b)of plum fruits
1-MCP在呼吸躍變型果實的貯藏保鮮上具有良好的效果。PE膜包裝是果蔬依賴呼吸作用,調(diào)節(jié)薄膜透氣性之間的動態(tài)平衡,內(nèi)部形成高CO濃度、低O濃度的微環(huán)境,抑制果蔬的代謝作用,從而延長保鮮期。1-MCP結(jié)合PE保鮮膜貯藏成本大大低于氣調(diào)貯藏成本。研究發(fā)現(xiàn),PE膜的厚度影響保鮮效果,可能是PE膜厚度與其透濕性和透氣性有關(guān)。PE膜越厚,透氣性越差,影響果蔬呼吸,從而對其品質(zhì)指標產(chǎn)生影響。因此,試驗得出0.02mmPE膜包裝內(nèi)形成的微環(huán)境結(jié)合1-MCP抑制果實進行呼吸作用,最終達到果實保鮮效果。
由于李果實采后代謝活動仍然進行,衰老與外界脅迫會促使果實品質(zhì)下降。本研究利用不同濃度1-MCP結(jié)合不同厚度PE膜處理李果實,在0℃貯藏42d以后,觀測得0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜可以顯著延緩果實硬度、TSS含量和TA含量的下降,并維持果皮亮度值。這與穆茜等的報道相似,即1-MCP可維持“麗格”海棠果硬度、可溶性固形物,延遲呼吸高峰的出現(xiàn),并提高了果實風味。此外,王志華等發(fā)現(xiàn)1-MCP處理能明顯延緩‘紅香酥’果皮轉(zhuǎn)黃,提高果皮色澤和亮度,延長果實貯藏期。
有研究證實,抗氧化物質(zhì)的含量和抗氧化酶活性在一定程度上能夠反映果實的抗氧化能力。APX可以將抗壞血酸分解為脫氫抗壞血酸。貯藏后期APX活性同抗壞血酸含量一并逐漸降低,表明二者具有一定的相關(guān)性。本研究得出1-MCP結(jié)合PE膜處理后的李果實保持了較高的抗壞血酸含量和APX活性,總酚、類黃酮的含量也處于較高水平??偡雍皖慄S酮作為次生代謝產(chǎn)物,結(jié)合處理提高了果實次生代謝產(chǎn)物的合成,即提高了果實的抗氧化能力。
采后果實受到脅迫致使細胞膜損傷加重,出現(xiàn)相對電導率、O-的產(chǎn)生速率不斷上升的狀態(tài),但這種趨勢處理組遠遠低于對照組果實,說明處理組可以有效緩解ROS及超氧自由基的生成速率,從而降低細胞膜受損害程度。隨著貯藏時間的延長,果實相對電導率逐漸增加,表明果實細胞中電解質(zhì)嚴重外滲,細胞膜透性增加。1-MCP結(jié)合PE膜能夠提高李果實抗氧化能力,維持細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,從而減輕了細胞膜的損傷。果實HO含量從21d后出現(xiàn)下降的趨勢,可能是POD、CAT在貯藏后期將HO分解生成HO,有效緩解果實衰老。膜透性的變化是細胞膜損傷的重要標志,MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物。大量MDA的積累不僅能破壞細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,而且是果實衰老的標志。本研究得出果實經(jīng)處理后MDA含量趨于穩(wěn)定的變化,并顯著低于對照組。說明處理組能夠保護細胞膜減少損害,并延緩果實的細胞膜透性。成協(xié)設(shè)研究和MDA與李果實果肉褐變具有顯著相關(guān)性這一結(jié)論,說明果肉褐變與膜脂過氧化作用關(guān)系密切。處理后的果實PPO活性一直處于較低水平,POD活性處于較高水平。王榮花等研究1-MCP處理有效抑制MDA含量的增加和PPO活性的上升,減輕了果肉褐變。陳柏等同樣證實了1-MCP處理皇冠梨果實極顯著提高果心的SOD、POD活性并抑制PPO活性的增加和MDA含量的累積,極顯著抑制皇冠梨褐心病發(fā)病趨勢。
酶促消除體系主要包括SOD、CAT、APX、POD等多種酶,這幾種酶協(xié)同作用清除植物體內(nèi)的HO和O。SOD、CAT、POD的主要作用是清除細胞的ROS,而SOD是將O轉(zhuǎn)化為HO,POD和CAT則將HO催化生成HO,這3種酶相互發(fā)揮協(xié)同作用,才能夠使果實處于一個低水平活性氧狀態(tài)。試驗結(jié)果表明,采后的李果實貯藏過程中SOD、CAT高峰出現(xiàn)的峰值一致同為21d,證明酶之間需要互相協(xié)同來抵御ROS及自由基對細胞膜造成的損害,不難解釋到可能是1-MCP直接參與了李果實貯藏過程中對ROS的清除作用。1-MCP結(jié)合PE膜處理提高了SOD、CAT、POD等活性,即提高了果實的抗氧化能力,可能是1-MCP結(jié)合PE膜處理后改變了細胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài),從而提高了抗氧化酶活性,也可能是抗氧化酶之間的相互作用以及抗氧化物質(zhì)含量的變化而起到提高抗氧化能力的作用,直接減弱果實的氧化傷害,進而有助于維持細胞膜結(jié)構(gòu)完整性,延長果實的貯藏期,提高果實的保鮮效果。因此,0.8μL·L1-MCP結(jié)合0.02mmPE膜處理李果實后保鮮效果顯著優(yōu)于對照。較好地維持了抗壞血酸、總酚、類黃酮含量,延緩相對電導率、MDA含量的上升,保持果實品質(zhì)的同時延緩了果實衰老;顯著提高了果實的總抗氧化能力,減弱了PPO的活性,從而減輕了細胞膜的氧化損傷,延長果實的貯藏期。