董桂君,喬勇進(jìn),柳洪入,王春芳,劉晨霞,劉樹澤
1(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心,上海,201403)2(上海理工大學(xué) 健康科學(xué)與工程學(xué)院,上海,200093) 3(上海農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工工程技術(shù)研究中心,上海,201403)4(濱州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,山東 濱州,256600)
西葫蘆(CucurbitapepoL.)又名角瓜,屬于葫蘆科南瓜屬,其適應(yīng)性強(qiáng)、栽培技術(shù)簡(jiǎn)單,且營養(yǎng)豐富、清脆可口,因此頗受廣大消費(fèi)者喜愛,是我國主要瓜類蔬菜之一[1]。但西葫蘆采后生理代謝旺盛,在常溫放置易發(fā)生表皮褪色、組織松軟,甚至腐爛變質(zhì),易失去食用與商品價(jià)值[2]。目前低溫貯藏是果蔬保鮮中應(yīng)用最廣且簡(jiǎn)單有效的方法[3]。但西葫蘆屬于冷敏型果實(shí),研究發(fā)現(xiàn)7 ℃以下貯藏會(huì)發(fā)生冷害,造成表面點(diǎn)蝕、果皮褐變、組織塌陷和果皮表面凹陷[1]。因此,如何控制西葫蘆在采后貯藏中冷害的發(fā)生具有重要的研究意義。
熱處理作為一種安全而環(huán)保的物理保鮮技術(shù),在減緩西紅柿[4]、黃瓜[5]、桃子[6]等果蔬的采后腐爛、提高冷藏過程中果實(shí)的抗冷性及控制采后生理紊亂等方面效果顯著。但連續(xù)熱處理的溫度過高或時(shí)間過長,果蔬的熱應(yīng)力會(huì)繼續(xù)增加和積累,可能會(huì)造成熱損傷,出現(xiàn)果皮變色和抗氧化能力降低等[7]。而間歇熱處理不僅可以中斷熱應(yīng)力的連續(xù)積累,減少熱傷害,還有助于應(yīng)激效應(yīng)的產(chǎn)生和積累[8]。ZHANG等[9]研究發(fā)現(xiàn)間歇熱處理能夠減少黃瓜的熱傷害,可以更好地保持黃瓜的感官品質(zhì),具有提高抗氧化酶的活性和減少膜脂過氧化的作用。程玉嬌等[10]的研究表明與連續(xù)熱處理相比,間歇熱處理通過維持血橙較高的抗氧化能力達(dá)到最佳的保鮮效果。閆凱亞等[8]發(fā)現(xiàn)對(duì)鮮切甘薯進(jìn)行間歇熱處理后,其抗冷性和保鮮效果均優(yōu)于連續(xù)熱處理組。由此推測(cè)間歇熱處理可能更有利于減輕采后果實(shí)的冷害。
果蔬冷害的發(fā)生與活性氧代謝失調(diào)有關(guān)[11],間歇熱處理是否可以通過調(diào)節(jié)活性氧代謝來減輕西葫蘆的冷害還未見報(bào)道。因此,本研究以“盛美一號(hào)”西葫蘆為試材,分別對(duì)其進(jìn)行連續(xù)熱處理和間歇熱處理,測(cè)定間歇熱處理對(duì)西葫蘆低溫貯藏期間冷害指數(shù)、品質(zhì)指標(biāo)及酶活性的影響,為冷害研究和間歇熱處理技術(shù)應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。
試驗(yàn)材料為“盛美一號(hào)”西葫蘆,采購于上海豐偉果蔬合作社,選取大小一致,無病蟲害、機(jī)械損傷,色澤均勻,單果質(zhì)量約350 g的果實(shí)。
三氯乙酸、硫代巴比妥酸、氫氧化鈉、愈創(chuàng)木酚、聚乙烯吡咯烷酮,上海泰坦科技股份有限公司;丙酮、無水乙醇、愈創(chuàng)木酚、30%(體積分?jǐn)?shù))H2O2、冰醋酸、濃硫酸,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。試驗(yàn)所用試劑均為分析純。
BP301S型電子天平, 德國賽多利斯公司;D37520 Osterode型高速冷凍離心機(jī),德國Biofuge公司;DKS-16恒溫水浴鍋,艾萬拓威達(dá)優(yōu)爾國際貿(mào)易(上海)有限公司;WYA-ZT阿貝折光儀,上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司;CM-5分光測(cè)色計(jì),日本柯尼卡美能達(dá);μQuant酶標(biāo)儀,德國BIO-TEK 公司;TA.XT物性測(cè)定質(zhì)構(gòu)儀,英國SMS公司;S230電導(dǎo)率儀,深圳市德優(yōu)平科技有限公司;DW-86L626超低溫冰箱,海爾集團(tuán)。
1.3.1 處理方法
將試驗(yàn)材料隨機(jī)分成3組,分別進(jìn)行以下處理:對(duì)照組(室溫20 ℃清水浸泡10 min)、連續(xù)熱處理組(40 ℃熱水浸泡10 min)、間歇熱處理(40 ℃/200 s+20 ℃/10 min+40 ℃/200 s+20 ℃/10 min+40 ℃/200 s+20 ℃/10 min)。每組處理180根,處理后晾干,用0.04 mm聚乙烯袋包裝(40 cm×60 cm,湖北武漢共創(chuàng)塑業(yè)一站式批發(fā)店),置于溫度為(3±1) ℃、相對(duì)濕度為80%~85%的冷庫中貯藏18 d,每次試驗(yàn)重復(fù)3次,每3 d隨機(jī)取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。
1.3.2 冷害指數(shù)的測(cè)定
冷害的評(píng)定參照張苗等[1]的方法。按西葫蘆表皮冷害面積的大小分為5級(jí),評(píng)分方案如下:0級(jí):無冷害;1級(jí):0%<冷害面積≤25%;2級(jí):25%<冷害面積≤50%;3級(jí):50%<冷害面積≤75%;4級(jí):75%<冷害面積≤100%。冷害指數(shù)計(jì)算如公式(1)所示:
(1)
1.3.3 失重率的測(cè)定
西葫蘆失重率的測(cè)定采用稱量法。測(cè)量第0天的初始重量M0,貯藏固定時(shí)間后的質(zhì)量M1。計(jì)算如公式(2)所示:
(2)
1.3.4 硬度、a*和b*值的測(cè)定
西葫蘆硬度采用TA.XT質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定,選用P/5型探頭,測(cè)量果實(shí)赤道部位的硬度,結(jié)果以g表示。
西葫蘆a*、b*值采用CM-5分光測(cè)色計(jì),測(cè)量西葫蘆果皮赤道部位的a*、b*值。
1.3.5 可溶性固形物和可溶性蛋白含量的測(cè)定
可溶性固形物和可溶性蛋白含量的測(cè)定參照曹建康等[12]的方法,其中可溶性固形物含量以%表示,可溶性蛋白含量用mg/g表示。
1.3.6 相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的測(cè)定
相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定參照姜雪等[13]的方法并略加修改,用打孔器將西葫蘆果皮制成直徑為5 mm的組織圓片,取5片圓片于燒杯中并加入40 mL的蒸餾水,用電導(dǎo)率儀測(cè)定果實(shí)的電導(dǎo)率C0,然后靜置30 min 后測(cè)定電導(dǎo)率C1,再煮沸5 min,冷卻至常溫后測(cè)定電導(dǎo)率C2。相對(duì)電導(dǎo)率計(jì)算如公式(3)所示:
(3)
MDA含量的測(cè)定參考ZHANG等的方法[14],采用酶標(biāo)儀測(cè)定,結(jié)果以μmol/g表示。
1.3.7 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、過氧化物酶(peroxidase,POD)活性的測(cè)定
SOD活性采用南京建成的SOD試劑盒進(jìn)行測(cè)定,以1 g組織在1 mL反應(yīng)液中SOD抑制率達(dá)50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的SOD量為1個(gè)SOD活力單位,結(jié)果以U/g表示。
CAT活性參考HAN等[15]的方法測(cè)定,以1 g樣品1 min在240 nm處吸光值降低0.01為1個(gè)活性單位,結(jié)果以U/g表示。
POD活性的采用曹建康等[12]方法測(cè)定,以1 min吸光度變化值增加0.01時(shí)為1個(gè)過氧化物酶活性單位,結(jié)果以U/g表示。
H2O2含量采用北京索萊寶試劑盒進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果以μmol/g表示。
采用Excel 2014整理數(shù)據(jù),采用SPSS 25.0版軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用方差分析和鄧肯的多重比較檢驗(yàn),P<0.05時(shí)差異顯著,P<0.01時(shí)差異極顯著,用Origin 2018繪圖軟件進(jìn)行圖表制作。
冷害指數(shù)可以較為直觀地判斷果實(shí)冷害發(fā)生的程度。如圖1所示,西葫蘆冷害指數(shù)在低溫貯藏期間呈不斷上升的趨勢(shì),在貯藏前3 d,各組均未發(fā)生冷害。第6天,對(duì)照組和連續(xù)熱處理組的西葫蘆出現(xiàn)不同程度的冷害癥狀,主要表現(xiàn)為西葫蘆表面開始失去光澤和出現(xiàn)水浸斑,而間歇熱處理組的西葫蘆未出現(xiàn)冷害,表明間歇熱處理能夠增強(qiáng)西葫蘆低溫貯藏期間的抗冷性。在貯藏結(jié)束時(shí),間歇熱處理組冷害指數(shù)最低,顯著低于連續(xù)熱處理組(P<0.05),極顯著低于對(duì)照組(P<0.01)。該結(jié)果表明間歇熱處理可以顯著減少西葫蘆冷害的發(fā)生。
圖1 間歇熱處理對(duì)西葫蘆冷害指數(shù)的影響Fig.1 The effect of intermittent heat treatment on the chilling injury index of zucchini注:不同小寫字母表示同一時(shí)間處理間差異顯著(P<0.05)(下同)
果蔬貯藏時(shí)由于水分的消耗,會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量的減少和品質(zhì)的變化。由圖2可知,在貯藏過程中各組失重率均不斷上升。在整個(gè)貯藏期間,與對(duì)照組相比,2種熱處理均能減少西葫蘆的失重率,其中間歇熱處理組的失重率始終處于顯著低于其他2組(P<0.05)。貯藏結(jié)束時(shí),間歇熱處理組失重率僅為1.9%,極顯著低于對(duì)照組和連續(xù)熱處理組(P<0.01),表明間歇熱處理對(duì)西葫蘆冷藏期間失重率的增加有抑制作用,有助于減少西葫蘆水分流失。
圖2 間歇熱處理對(duì)西葫蘆失重率的影響Fig.2 The effect of intermittent heat treatment on the weight loss rate of zucchini
硬度和色澤可以直觀地反映果蔬的貯藏品質(zhì),是影響果蔬采后商品價(jià)值的2個(gè)重要指標(biāo)。果蔬貯藏過程中會(huì)隨著水分的流失逐漸變軟,甚至萎蔫,直接影響果蔬的質(zhì)地和口感。間歇熱處理對(duì)西葫蘆硬度的影響如圖3-a所示,在低溫貯藏過程中,各處理組的硬度值均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),其中對(duì)照組在貯藏結(jié)束時(shí)已降至初始值的84.82%,表明低溫貯藏時(shí)西葫蘆果實(shí)的軟化程度較為嚴(yán)重。而間歇熱處理組果實(shí)的硬度顯著高于同時(shí)期的對(duì)照組(P<0.05),同時(shí)在第12、15和18天也均顯著高于同期連續(xù)熱處理組(P<0.05)。此外,在貯藏結(jié)束時(shí)間歇熱處理組果實(shí)硬度與貯藏初期相比僅降低了7.69%,極顯著高于連續(xù)熱處理組(P<0.01),這表明間歇熱處理可以更有效地延緩西葫蘆的軟化。
西葫蘆采后貯藏期間表皮顏色會(huì)逐漸變黃,a*值和b*值分別反映果皮顏色偏綠和偏黃的程度,其中a*值越小代表果皮越綠,b*值越大果皮越黃。由圖3-b和圖3-c可知,西葫蘆的a*、b*值均隨貯藏時(shí)間的延長逐漸增大,但各組果實(shí)a*、b*值增加程度存在一定差異。貯藏后期(12~18 d),2種熱處理組的a*、b*值增長程度均顯著低于對(duì)照組 (P<0.05)。此外,在貯藏過程中,間歇熱處理組a*、b*值一直處于較低水平,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05),表明間歇熱處理護(hù)色效果顯著。
如圖4-a所示,西葫蘆可溶性固形物的含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)。在0~6 d時(shí)各組可溶性固形物含量不斷上升,這與果蔬在貯藏過程中淀粉等大分子物質(zhì)在水解酶的作用下水解成單糖導(dǎo)致糖分的積累有關(guān),這有利于維持原生質(zhì)和環(huán)境之間的滲透平衡,提高西葫蘆的抗冷性[13,16]。在第6天時(shí)各組可溶性固形物含量達(dá)到峰值,其中間歇熱處理組可溶性固形物含量上升最高,表明此處理組有利于提高西葫蘆的抗冷性,這與冷害指數(shù)同步。貯藏結(jié)束時(shí),2種熱水處理組的可溶性固形物含量均高于對(duì)照組,且差異顯著(P<0.05),這可能是由于對(duì)照組冷害程度加深造成細(xì)胞膜透性增加,進(jìn)而加劇有機(jī)物的消耗。此外,間歇熱處理組西葫蘆可溶性固形物含量均高于同時(shí)期其他試驗(yàn)組,表明間歇熱處理對(duì)維持西葫蘆可溶性固形物含量更具優(yōu)勢(shì)。
a-硬度;b-a*;c-b*圖3 間歇熱處理對(duì)西葫蘆硬度、果皮色差a*和b*值的影響Fig.3 The effect of intermittent heat treatment on the hardness and the color difference a*and b*of the zucchini
可溶性蛋白是果蔬的重要的營養(yǎng)物,其含量的積累能夠提高植物體的滲透調(diào)節(jié),對(duì)果蔬抗寒性和抗冷性具有積極作用[17]。由圖4-b可知,各組可溶性蛋白含量在18 d貯藏期內(nèi)均呈先升高后降低的趨勢(shì)。在貯藏前6 d,不同處理組的可溶性蛋白含量明顯上升,這可能是冷敏果實(shí)在低溫逆境下受到低溫刺激自身合成一些小分子蛋白以增強(qiáng)其抗逆性[18]。2個(gè)熱水處理組的可溶性蛋白含量上升程度均高于對(duì)照組,這可能是由于熱水處理促使果實(shí)產(chǎn)生了熱激蛋白導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量高于對(duì)照組,其中間歇熱處理組的可溶性蛋白含量上升率為22.99%,顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。在貯藏第6天后,各處理組可溶性固形蛋白含量逐漸下降,且差異顯著(P<0.05),對(duì)照組西葫蘆果實(shí)可溶性蛋白含量下降最快,這是由于果實(shí)冷害程度加深促使細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性被破壞,進(jìn)而抑制了蛋白質(zhì)的合成。貯藏第18天時(shí),對(duì)照組、連續(xù)熱處理組和間歇熱處理組可溶性蛋白含量分別比貯藏初期低41.79%、25.37%和15.92%。結(jié)果表明間歇熱處理可以顯著抑制可溶性蛋白質(zhì)含量的下降,有利于西葫蘆營養(yǎng)品質(zhì)的保持。
a-可溶性固形物;b-可溶性蛋白圖4 間歇熱處理對(duì)西葫蘆可溶性固形物和可溶性 蛋白含量的影響Fig.4 The effect of intermittent heat treatment on the soluble solids and soluble protein content of zucchini
果蔬在受到低溫脅迫時(shí),會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜受到損傷、透性增大,致使胞內(nèi)電解質(zhì)外滲,導(dǎo)致相對(duì)電導(dǎo)率升高[19]。由圖5-a所示,在貯藏期間,各組西葫蘆的相對(duì)電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)。在6 d時(shí)對(duì)照組相對(duì)電導(dǎo)率上升速率加快,而2種熱處理組能抑制果實(shí)相對(duì)電導(dǎo)率的升高,這與對(duì)照組冷害程度的加深有關(guān)。貯藏結(jié)束時(shí),間歇熱處理組的相對(duì)電導(dǎo)率分別比連續(xù)熱處理組和對(duì)照組低53.22%和22.97%,且差異顯著(P<0.05)。這表明間歇熱處理有助于維持西葫蘆細(xì)胞膜的完整性。
MDA含量的變化與相對(duì)電導(dǎo)率一樣表征細(xì)胞膜受傷害的程度,可以作為評(píng)價(jià)果蔬細(xì)胞膜完整性與冷害程度的指標(biāo)[20]。如圖5-b所示,各組西葫蘆的MDA含量不斷增加,說明果蔬在受到低溫脅迫時(shí),脂質(zhì)自由基進(jìn)一步誘發(fā)膜脂過氧化,進(jìn)而促使MDA的積累。貯藏期間,2種熱處理組MDA含量始終顯著低于對(duì)照組(P<0.05),其中間歇熱處理組的MDA含量最低。貯藏第18天時(shí),間歇熱處理組MDA含量最低為1.52 μmol/g,與其他各組差異顯著(P<0.05),這表明間歇熱處理可以有效緩解低溫應(yīng)激下西葫蘆的膜脂質(zhì)過氧化作用,維持細(xì)胞膜的完整性,提高果實(shí)的耐冷性。
a-相對(duì)電導(dǎo)率;b-MDA含量圖5 間歇熱處理對(duì)西葫蘆相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量的影響Fig.5 The effect of intermittent heat treatment on the relative conductivity and MDA content of zucchini
CAT是植物細(xì)胞內(nèi)重要的活性氧清除酶,能夠分解植物體內(nèi)的H2O2,以減少H2O2的積累對(duì)果實(shí)組織造成氧化損傷[19]。如圖6-b所示,各組西葫蘆CAT活性變化呈先增加后降低趨勢(shì),且均在第9天達(dá)到峰值。在第9天時(shí),對(duì)照組的CAT值最低,比同時(shí)期連續(xù)熱處理組和間歇熱處理組分別低了18.96%和23.60%,表明熱處理可以誘導(dǎo)西葫蘆中CAT活性的升高,維持西葫蘆果實(shí)細(xì)胞膜的穩(wěn)定性,從而延緩了冷害的發(fā)生,這與西葫蘆果實(shí)冷害指數(shù)結(jié)果保持一致。貯藏第18天,間歇熱處理組顯著高于同一時(shí)期的其他處理組 (P<0.05),故間歇熱處理可以維持較高的CAT活性,對(duì)于延緩低溫貯藏下西葫蘆果實(shí)的衰老更具有優(yōu)勢(shì)。
POD也是果蔬內(nèi)清除H2O2的主要酶類,具有延緩膜脂過氧化進(jìn)程及維持膜結(jié)構(gòu)完整性的作用[22]。如圖6-c所示,各組POD活性不斷增加,其中2種熱處理后的西葫蘆POD活性始終顯著高于同時(shí)期的對(duì)照組 (P<0.05)。在整個(gè)貯藏期間,間歇熱處理組的POD活性一直處理最高水平,直至第18天時(shí)間歇熱處理組POD活性分別為連續(xù)熱處理組和對(duì)照組的1.09和1.28倍。研究結(jié)果表明低溫貯藏時(shí),間歇熱處理能夠誘導(dǎo)西葫蘆果實(shí)POD活性的升高,有效地減輕細(xì)胞膜脂過氧化對(duì)細(xì)胞的損傷,提高了抗冷性。
a-SOD活性;b-CAT活性;c-POD活性圖6 間歇熱處理對(duì)西葫蘆SOD、CAT和POD含量的影響Fig.6 The effect of intermittent heat treatment on the content of SOD, CAT and POD in zucchini
a-H2O2含量;含量圖7 間歇熱處理對(duì)西葫蘆H2O2和含量的影響Fig.7 The effect of intermittent heat treatment on the H2O2和
冷藏是保持采后果蔬營養(yǎng)品質(zhì)并延長保鮮期的有效方法之一。但西葫蘆在低溫貯藏時(shí)極易發(fā)生冷害,表現(xiàn)出表面點(diǎn)蝕、凹陷病變和脫水軟化等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響采后西葫蘆的貯藏保鮮[1]。本試驗(yàn)中,連續(xù)熱處理和間歇熱處理均能有效減輕西葫蘆的冷害,減輕果實(shí)的失重和軟化,維持果實(shí)較高的a*、b*值、可溶性固形物和可溶性蛋白含量,從而保持較好的營養(yǎng)品質(zhì)和商品價(jià)值,且以間歇熱處理的效果最佳。在血橙[10]和甘薯[8]的研究上也發(fā)現(xiàn)采用間歇熱處理可更好地提高果實(shí)的抗冷性,延長貯藏期。這表明,間歇熱處理可以更有效地保持西葫蘆的品質(zhì)。
MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率是評(píng)估組織細(xì)胞完整性重要的生理指標(biāo),果蔬在受到冷害時(shí),會(huì)發(fā)生膜脂相變,破壞了細(xì)胞膜的完整性,導(dǎo)致膜滲透性增加,從而造成果實(shí)中MDA 含量和相對(duì)電導(dǎo)率升高[20]。已有研究表明,熱處理可以通過抑制西葫蘆果實(shí)MDA含量的積累和相對(duì)電導(dǎo)率的上升,使得細(xì)胞膜得到保護(hù)并減緩冷害指數(shù)的升高[13]。本研究表明,冷害指數(shù)與相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著正相關(guān)(r=0.829,r=0.904,P<0.05;r=0.841,r=0.912,P<0.01)。據(jù)此認(rèn)為,西葫蘆果實(shí)冷害的發(fā)生與MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率升高導(dǎo)致的細(xì)胞完整性被破壞有關(guān),這一推斷與何歡等[11]在杏果實(shí)的研究結(jié)果一致。與對(duì)照組相比,間歇熱處理能夠抑制西葫蘆MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率含量的升高,且差異顯著(P<0.05),這說明間歇熱處理更好地維持了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性,更有利于緩解低溫對(duì)果實(shí)細(xì)胞膜的傷害。
本實(shí)驗(yàn)表明,連續(xù)熱和間歇熱處理均可以延緩西葫蘆的冷害,保持果實(shí)較好的品質(zhì)和營養(yǎng)成分,減少了相對(duì)電導(dǎo)率的增加,并抑制了MDA的積累,從而減少了果實(shí)細(xì)胞膜的損傷程度;同時(shí)能誘導(dǎo)西葫蘆內(nèi)SOD、CAT和POD活性的增強(qiáng),維持果實(shí)內(nèi)的活性氧代謝平衡,有利于西葫蘆的貯藏保鮮。其中間歇熱處理對(duì)減輕西葫蘆果實(shí)冷害和提高貯藏品質(zhì)的效果最為顯著,其冷害指數(shù)分別比對(duì)照組和連續(xù)熱處理組低36.36%、15.52%。本研究從活性氧代謝的角度探討了間歇熱處理減輕西葫蘆果實(shí)冷害的原因,可為西葫蘆冷害的控制提供參考。