外源乙烯對鮮切甘薯傷害生理效應的影響

鄭亞男，胡文忠 ，姜愛麗，畢 陽

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州 730070;2.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連 116600)

外源乙烯對鮮切甘薯傷害生理效應的影響

鄭亞男1，胡文忠2，*，姜愛麗2，畢 陽1

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州 730070;2.大連民族學院生命科學學院，遼寧大連 116600)

采用新鮮甘薯為實驗材料，經切割處理后，在4℃條件下，將鮮切甘薯在濃度為100、1000、10000μL/L的乙烯環境中密閉處理4℃，24h后進行貯藏。貯藏期間分析測定了鮮切甘薯顏色、失重率、呼吸強度、MDA(丙二醛)含量、LOX(脂氧合酶)和PPO(多酚氧化酶)活性等生理生化指標。結果發現:與對照相比，不同濃度的乙烯處理均可保持鮮切甘薯的色澤和失重率。低濃度的外源乙烯可抑制MDA含量的增加，外源乙烯對LOX的作用與其對MDA的作用一致。高濃度的外源乙烯可提高貯藏前期鮮切甘薯PPO活性，低濃度外源乙烯則提高了貯藏后期鮮切甘薯PPO活性，高濃度的外源乙烯處理可能通過增加了內源乙烯的合成，進而加速了呼吸代謝和衰老的速率。綜合考慮，100μL/L的外源乙烯處理提高了鮮切甘薯的品質和抗性。

鮮切，甘薯，外源乙烯，貯藏

甘薯是一種多用途作物，可作為糧食和工業原料。國內外大量研究表明，甘薯在解決21世紀全球糧食、能源、自然資源和環境問題方面將會起到越來越重要的作用［1］。果蔬在鮮切加工時使果蔬表面瞬間同時承受擠壓、摩擦和剪切等作用，果蔬的變形主要以塑性變形為主，并且鮮切果蔬的受傷面積大，對果蔬細胞的破壞作用也較大，由此會引發一系列更為顯著的生理生化變化。為此，人們除了關注果蔬機械傷害所產生的一系列生理生化異常變化，如水分喪失、呼吸消耗加劇、風味品質下降以外，更加關注鮮切果蔬對機械傷害的適應性能力、傷害防御反應與應答［2］，以及這些反應對鮮切果蔬品質的影響與調控。乙烯作為一種植物自然代謝產生的兩個碳原子的氣體分子，對植物的代謝調節可貫穿其整個生活周期，是調節園藝產品成熟、衰老最重要的植物激素。切割傷害誘發產生的乙烯在生物學系統中充當了一個信號分子的角色，具有遇激而增，傳信應變的性質與作用。甘薯屬于呼吸躍變型果實，鮮切甘薯對乙烯的敏感性至今未見系統的研究。因此，本實驗研究了外源乙烯處理后對鮮切甘薯的生理生化和呼吸代謝的變化的影響，以期為外源乙烯作為防御激活因子在果蔬鮮切中的應用提供理論依據，還可用于指導生產實踐，具有一定的應用價值和學術意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯［Ipomoea batatas(L)Lam］ 購于超市，挑選無病蟲害、機械傷、大小和成熟度基本一致的甘薯為實驗材料。實驗前，先將果實貯藏在4℃條件下預冷8h，然后進行實驗。用蒸餾水將果實洗凈，并用濾紙擦干。然后用不銹鋼刀去皮并切成1cm×1cm×1cm的方塊。將切好的甘薯隨機分組以便進行下一步的處理。將切塊密閉于真空干燥器中，向干燥器內注入折算好體積數的純乙烯氣體，分為4組處理:第 1、2、3 組加入的乙烯濃度分別為 100、1000、10000μL/L，第4組為對照，只做密閉處理，密封時間均為24h后，分別放入保鮮盒用保鮮膜封裝，每盒約50g，放置于4℃條件下貯藏，每隔1d測定各項指標，其中第0d在切后1h取樣測定;乙烯、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、乙醇、抗壞血酸、亞油酸、過氧化氫、鄰苯二酚、愈創木酚、三氯乙酸、2－硫代巴比妥酸、聚乙烯吡咯烷酮等 均為分析純。

Lambda－25型紫外可見分光光度計 美國PE;T－25型勻漿機 德國IKA公司;UV－2100型紫外可見分光光度計 尤尼柯上海儀器有限公司;電子天平 梅特勒－托利多儀器上海有限公司;BR4i型臺式高速冷凍離心機 法國Jouan;Sim－F140型制冰機日本三洋;CR400/CR410型色差計 日本KonicaMinolta。

1.2 實驗方法

1.2.1 顏色的測定 鮮切甘薯塊從貯藏環境中取出后在室溫下平衡1h，然后在20℃條件下進行顏色的測定。L*、a*、b*值:采用CR400/CR410型色差計進行測定，參照 Holcroft等的方法［3］，對甘薯切塊的亮度L*值、顏色飽和度C*值比較分析。

1.2.2 失重率 采用稱量法，重復三次。

1.2.3 呼吸強度的測定 將5g樣品放入已知體積的玻璃密封容器中，在其貯藏溫度下放置2h，用1mL注射器從中取出0.5mL氣體進行CO2測定，從而推測出呼吸強度，呼吸強度用 mL CO2kg－1·h－1表示。測定呼吸強度的色譜條件:1.8mm×0.25mm填充柱，熱傳導檢測器(TCD)，載氣為氦氣，流速3mL/min，進樣口和檢測器溫度均為120℃，柱溫保持在35℃。

1.2.4 MDA含量的測定 含量的測定參照Heath和Pacontroler的方法［4］:取1g樣品，加入含有 0.1g 聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)的20mL 0.2mol/L的磷酸鹽緩沖液(pH6.4)，冰浴勻漿，4℃下10000×g離心30min，取上清液為酶的粗提液。將1.5mL粗酶提取液加入2.5mL0.5%的硫代巴比妥酸(TBA，用15%的三氯乙酸配成)溶液中，混勻后在沸水浴中煮沸18min，迅速用自來水冷卻并在10000×g離心10min。取上清液在532nm和600nm波長下分別測定光密度值，并按下式計算MDA含量:

式中:A:反應液總量(4mL);V:提取液總量;a:測定提取液量(1.5mL);W:材料重(g);1.55×10－1為MDA的微摩爾消光系數。

1.2.5 LOX活性測定 參照 Cherif的方法［5］，LOX采用與MDA相同的提取液，2.7mL 0.2mol/L的磷酸緩沖液中加入0.2mL 0.5%的亞油酸鈉溶液(含0.25%的吐溫20)，然后加入0.1mL酶液，5s后掃描混合物在234nm下吸光度的變化，酶活性以ΔOD234nm/(min·g FW)表示。

1.2.6 PPO活性的測定 參照Galeazzi等的方法［6］并加以改進:PPO采用與MDA相同的提取液，將0.5mL粗酶提取液加入3mL 0.5mol/L的鄰苯二酚溶液(用0.2mol/L pH=6.4的磷酸鹽緩沖液配成)中。反應溫度為25℃，加酶液后5s開始掃描30s內398nm處吸光度值變化，酶活性以ΔOD398/(min·g FW)表示。

1.2.7 數據處理 結果以平均值±SD(n=3)表示，采用SPSS 11.7軟件進行方差分析(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 顏色的變化

色澤是消費者購買產品時最主要的選擇標準之一，具有良好色澤的產品更受消費者歡迎。L*值表示切塊的亮度，是在貯藏過程中由于酶促褐變或色素聚集引起表層變暗的一個指標性參數，L*值越低，褐變越嚴重。鮮切甘薯的L*值變化見圖1，對照組的顏色均低于外源乙烯各處理組，在3個乙烯處理濃度條件下L*值都隨貯藏時間延長而下降，鮮切甘薯的褐變隨時間的延長而嚴重，且乙烯濃度越高，L*值下降越快，第8d，100μL/L乙烯處理顯著高于對照、1000μL/L和 10000μL/L乙烯處理(p＜0.05)。C*值代表顏色飽和度，是反映色彩接近自然色光的程度，越接近自然色，純度越高，反之越低。由圖1可見，在整個貯藏期間C*逐漸減小，后期趨于穩定。而且由圖1還發現，對照組鮮切甘薯變化較大，有可能因為沒有外源乙烯的參與，失水較多造成的。綜上分析，在貯藏前期100μL/L的外源乙烯能更好地保持切塊原有的顏色，對褐變也有較好的抑制效果，說明外源乙烯對鮮切甘薯的顏色影響較大。

2.2 失重率的變化

果蔬切割后，由于失水、物質代謝等原因會使其重量減少。由圖2可見，在貯藏期間各處理的鮮切甘薯的失重率均呈上升趨勢，對照組貯藏末期失重率達到1.39%，顯著高于低濃度外源乙烯處理組。而在外源乙烯處理組中，10000μL/L的鮮切甘薯的失重率最高達到1.50%，顯著高于對照和其他處理(p＜0.05);100μL/L的鮮切甘薯失重率最低為1.25%。結果表明，低濃度的外源乙烯能夠降低鮮切甘薯失重率，高濃度的外源乙烯會加快鮮切甘薯的失水。

2.3 呼吸強度的變化

圖1 外源乙烯處理對鮮切甘薯的L*和C*的影響Fig.1 Effect of exogenous ethylene treatments on L*and C*of fresh－cut sweet potaoes

圖2 外源乙烯處理對鮮切甘薯失重率的影響Fig.2 Effect of exogenous ethylene treatments on weight lost of fresh－cut sweet potaoes

呼吸作用是造成果實品質下降的重要原因之一。在相同條件下，呼吸作用越強，果實中糖、酸作為呼吸基質被消耗越多，品質下降越快。機械損傷會導致果蔬組織呼吸速率顯著增加，并隨著衰老過程而進一步加強。鮮切甘薯的呼吸強度在貯藏過程中均呈上升趨勢(圖3)，但100μL/L和1000μL/L的鮮切甘薯能有效抑制呼吸強度上升的速度，兩種處理的呼吸強度在6～10d低于對照和10000μL/L的鮮切甘薯。而10000μL/L的鮮切甘薯加速了果實呼吸代謝速率，表現為第1d時呼吸強度的急劇上升，顯著高于對照和其他處理(p＜0.05)。

圖3 外源乙烯處理對鮮切甘薯呼吸強度的影響Fig.3 Effect of exogenous ethylene treatments on respiration rate of fresh－cut sweet potaoes

2.4 MDA含量的變化

植物在逆境條件下或成熟過程中，會發生膜脂的氧化作用。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化產物之一，其濃度表示脂質過氧化強度和膜系統傷害程度，故為逆境生理指標［7］。從圖4中可以看出，在貯藏過程中鮮切甘薯的MDA含量均是先上升后下降的過程，分別在2、8d時，100μL/L的鮮切甘薯顯著低于對照和其他處理(p＜0.05)。在貯藏末期，10000μL/L的鮮切甘薯顯著高于對照(p＜0.05)，高濃度乙烯會加劇膜脂過氧化作用。

圖4 外源乙烯處理對鮮切甘薯MDA含量的影響Fig.4 Effect of exogenous ethylene treatments on MDA content of fresh－cut sweet potaoes

2.5 LOX活性的變化

脂氧合酶(LOX)在植物中普遍存在，其作用的底物主要為來自細胞質膜的多元不飽和脂肪酸，如亞油酸、甲基亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸等。LOX與果蔬細胞脂質的過氧化作用、后熟衰老過程的啟動和逆境脅迫、傷誘導、病原侵染信號的產生和識別等有密切關系［8］。由圖5可見，經切割加工后的甘薯在貯藏期間LOX活性先增加后減少。在貯藏第2d，10000μL/L的鮮切甘薯顯著高于對照和其他處理(p＜0.05)，可能與膜脂過氧化作用加劇有關。100μL/L乙烯處理抑制鮮切甘薯的LOX活性。

圖5 外源乙烯處理對鮮切甘薯LOX活性的影響Fig.5 Effect of exogenous ethylene treatments on LOX activity of fresh－cut sweet potaoes

2.6 PPO活性的變化

多酚氧化酶(PPO)是植物中重要的氧化酶，是催化多酚類物質氧化的主要酶［9］。由圖6可見，PPO活性在整個處理過程中有兩個高峰，第一個高峰出現在處理后第1d，之后PPO活性有小幅下降，處理后第8d，PPO活性迅速升高并達到第二個高峰，第二個峰值遠高于第一個峰值。在貯藏前期，10000μL/L鮮切甘薯的PPO活性高于對照和其他處理;而在貯藏后期第8d，100μL/L鮮切甘薯的PPO活性顯著高于對照和其他處理(p＜0.05)。

圖6 外源乙烯處理對鮮切甘薯PPO活性的影響Fig.6 Effect of exogenous ethylene treatments on PPO activity of fresh－cut sweet potaoes

3 討論

10000μL/L乙烯處理提高了果實呼吸強度，其他兩組乙烯處理均降低了果實呼吸強度。外源乙烯處理均減緩了鮮切甘薯失重率的下降速度，且在一定程度上影響鮮切甘薯的色澤。

在很大程度上逆境對植物的傷害是通過活性氧進行的，大量的活性氧進攻生物膜，造成膜脂過氧化，產生MDA。本研究結果表明，外源乙烯處理鮮切甘薯的MDA含量呈升高趨勢，并在第2d達到最大值隨后下降，表明對照和外源乙烯均在一定程度上引起鮮切甘薯的膜脂過氧化，其中，100μL/L在貯藏期間低于對照，后期趨于穩定。植物組織膜脂過氧化的啟動需要LOX，LOX及其過氧化產物直接參與組織的衰老進程［10］。由此看來，外源乙烯可以通過抑制LOX活性來控制鮮切甘薯的膜脂過氧化。研究表明，100μL/L乙烯處理抑制鮮切甘薯的LOX活性。由此可見，鮮切甘薯LOX活性的變化與MDA含量的變化存在相關性。

PPO在常態下與酚類底物被細胞區域化分隔而不發生反應，植物細胞受到病原菌浸染或衰老等逆境脅迫時，PPO酶活性被激發，酚類物質形成O－醌，降低蛋白的營養，成抗營養機制的保護性屏蔽，抵御病原菌入侵［11］。由于細胞結構解體，細胞的分室作用被破壞，O－醌引起組織發生酶促褐變反應，從而降低果蔬感官品質和貨架壽命。本研究還表明，在貯藏初期，100μL/L外源乙烯可以在一定程度抑制PPO活性，防止固有PPO的溶解性增加或保持其束縛狀態從而提高鮮切甘薯的貯藏品質;在貯藏后期，PPO活性增加，盡管鮮切甘薯抗性增強，但加速了鮮切甘薯的酶促褐變的發生。

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Effect of exogenous ethylene on the wounding physiological reaction for fresh－cut sweet potato

ZHENG Ya－nan1，HU Wen－zhong2，*，JIANG Ai－li2，BI Yang1
(1.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China;2.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China)

The changes in physio－biochemistry of fresh－cut sweet potato were investigated，fresh－cut sweet potato were exposed to concentrations of ethylene of 100，1000，10000μL/L at 4℃ for 24h and then transferred to air condition for storage.The color of fresh－ cut sweet potato，color changes，weight loss，respiration rate，MDA content，LOX，PPO activities and other physiological and biochemical indicators was determined during storage.The results showed that different concentrations of ethylene could maintain fresh－cut sweet potato color and weight loss，compared with the control.Low concentrations of exogenous ethylene inhibited the increase of MDA content.The effects of exogenous ethylene on LOX and MDA were similar.The treatment of exogenous ethylene with 10000μL/L concentration could increase the PPO activity in the early storage period，while exogenous ethylene with 100μL/Lconcentration could increase the PPO activity in the late period.Nevertheless，10000μL/L ethylene treatment might be through increased the biosynthesis of endogenous ethylene and accelerated the metabolism rate and senescence process.Considering the comprehensive effects of 100μL/L ethylene treatments promoted the resistance ability and storability of fresh－cut sweet potato.

fresh－cut;sweet potato;exogenous ethylene;storage

TS255.3

A

1002－0306(2012)15－0346－04

2011－12－05 *通訊聯系人

鄭亞男(1986－)，女，碩士研究生，研究方向:采后生物學。

國家自然科學基金項目(30972038，31172009)。