不同濃度CO2對貯藏期間馬鈴薯生理品質的影響

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(1.蘭州理工大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730050；2.甘肅省農科院農產品貯藏加工研究所,甘肅蘭州 730070)

不同濃度CO2對貯藏期間馬鈴薯生理品質的影響

張丙云1,秦躍龍1,田世龍2,*,李守強2,李梅2,程建新2

(1.蘭州理工大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730050；2.甘肅省農科院農產品貯藏加工研究所,甘肅蘭州 730070)

以克新6號馬鈴薯為試材,將愈傷后的馬鈴薯放入自制的氣調箱,設定不同的CO2濃度,研究貯藏在9～11℃,濕度85%～95%條件下不同濃度CO2對馬鈴薯生理品質的影響。結果表明,適當的CO2濃度(1.00%)能有效減緩塊莖淀粉的降解,抑制總酚含量的下降,保持貯藏期間較低的還原糖水平和較高的POD活性,抑制PPO酶活性。CO2濃度過高(1.5%CO2、2.0%),不利于塊莖淀粉積累,使還原糖含量的增加,總酚含量降低,POD活性升高,在貯藏120d時部分塊莖開始發芽。由此表明,CO2濃度為1%可延長塊莖的休眠,利于馬鈴薯的貯藏,通過控制CO2濃度可以延長馬鈴薯的保鮮期。

馬鈴薯,CO2濃度,生理品質

馬鈴薯是一種世界性經濟作物,分布廣泛,容易栽培,宜糧宜飼,宜做多種原料,而且營養豐富,糧菜兼用。2010年,我國馬鈴薯種植面積超過667萬公頃,總產量約為7500萬t,種植面積和總產量均居世界第1位[1-4]。馬鈴薯采收后仍然是一個活的有機體,繼續進行著各種生理活動,塊莖自身的呼吸、發芽、病害等原因,使得淀粉、還原糖等營養物質發生變化,影響馬鈴薯的貯藏品質。塊莖呼吸作用會導致貯藏環境中二氧化碳的增加,特別是貯藏前期,呼吸比較旺盛。Bob Pringle等認為馬鈴薯貯藏環境中的二氧化碳濃度達到一定水平會使塊莖內部變黑,二氧化碳濃度超過0.5%對塊莖有危害[5]。Mark Sherman等指出馬鈴薯塊莖貯藏環境溫度在8～10℃時,增加二氧化碳濃度會引起糖尤其是蔗糖的增加[6]。Warren等報道縮短馬鈴薯休眠期,使其盡快萌芽的最有效氣體組合方式是20% CO2和40% O2或者是60% CO2和18%～20% O2,增加濃度為50ppm的乙烯效果會更好[7]。孟衛芹等人認為高二氧化碳處理可以明顯延緩馬鈴薯綠變的產生,對龍葵素的抑制作用不明顯[8]。本實驗以克新6號馬鈴薯為研究對象,對不同濃度CO2條件下馬鈴薯生理品質的變化進行了初步研究,旨在為馬鈴薯貯藏提供理論指導。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

克新6號馬鈴薯 由甘肅省農業科學院提供。

紫外-可見分光光度計 Cary100美國瓦里安中國有限公司；便攜式氣體探測儀GasAlertMicro5 加拿大BW公司；室內空氣質量監測儀 IAQ-Calc7545 美國TSI公司；氣調箱自行設計,由高純度氮氣、氧氣、二氧化碳鋼瓶提供氣源,由流量計和氣體分析儀分配檢測氣調箱內二氧化碳濃度和濕度大小。

1.2處理方法

選取大小均勻一致、無病蟲害和機械損傷的馬鈴薯塊莖,在較高的溫濕條件下(10～15℃,相對濕度95%)蔭暗愈傷14d。

將愈傷后的馬鈴薯分別放入6個氣調箱(53.5cm×43cm×29cm)中,各箱CO2濃度分別設定為0.03%(CK)、0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,O2濃度均為20%,各氣調箱溫度9～11℃,濕度85%～95%。在貯藏0、15、30、60、90、120d時取樣并測定相關指標。

1.3測定指標

1.3.1 淀粉含量的測定 碘-淀粉比色法[9]。

1.3.2 還原糖含量的測定 3,5-二硝基水楊酸法[9]。

1.3.3 總酚含量的測定 Folin-Ciocalteu比色法測定[10]。

1.3.4 過氧化物酶(POD)活性的測定 愈創木酚法[9]。

1.3.5 多酚氧化酶(PPO)活性的測定 鄰苯二酚法[9]。

1.4統計分析

應用SPSS 19.0軟件對數據進行方差分析(ANOVA),利用鄧肯式多重比較對差異顯著性進行分析,p<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1不同濃度CO2處理對馬鈴薯淀粉的影響

淀粉是馬鈴薯塊莖中的主要貯藏物質,塊莖在整個貯藏期,淀粉-蔗糖-葡萄糖-淀粉之間不斷發生著相互轉化的可逆反應。

由圖1可知,在整個貯藏過程中,各組淀粉含量均呈現“下降—上升—下降”趨勢,貯藏至15d時淀粉含量降至較低點,原因可能是呼吸消耗使得淀粉含量下降,隨后又迅速上升,貯藏30d時各組淀粉含量均上升達到最大值,原因可能是薯塊含水量有所下降導致淀粉含量上升,1.0% CO2處理組淀粉含量達到19.6%,極顯著高于其他各組(p<0.01),CK組與0.1% CO2、0.5% CO2、1.5% CO2、2.0% CO2的淀粉含量不存在顯著性差異(p>0.05),120d時,1.5% CO2和2.0% CO2最低,1.0% CO2處理組淀粉含量降至16.05%,仍高于CK組15.67%。可見,1.0% CO2處理組的馬鈴薯淀粉含量始終高于其他各組,延緩淀粉降解的效應明顯。

圖1 不同濃度CO2處理對馬鈴薯淀粉含量的影響Fig.1 Effect of different CO2 concentration treatment on potato starch content

2.2不同CO2濃度處理對馬鈴薯還原糖含量的影響

馬鈴薯在貯藏期間淀粉和還原糖的相互轉化過程受到多種代謝物、酶類和其它因素的調節[11]。貯藏環境中的氣體成份會影響馬鈴薯塊莖中糖含量[12]。塊莖中的還原糖和α-氨基酸會發生Maillard反應,產生棕色苦味物質,影響馬鈴薯的加工品質。

由圖2可知,馬鈴薯還原糖含量變化趨勢基本相同,貯藏至15d時,還原糖含量上升出現一個峰值,隨后在貯藏至30d時,達到最低值,原因是剛收獲的馬鈴薯呼吸仍比較旺盛,一些營養物質被消耗掉,還原糖含量降至最低。隨后還原糖含量隨貯藏期延長呈上升趨勢。原因可能是塊莖休眠呼吸減弱,還原糖消耗減少,淀粉降解使得還原糖得到積累。貯藏至120d時,1.5% CO2和2.0% CO2處理組還原糖含量最高,CK組和0.1% CO2次之,0.5% CO2和1.0% CO2處理組極顯著低于CK組(p<0.01)?？梢?貯藏環境中適當的二氧化碳濃度(0.5% CO2和1.0% CO2)可以有效抑制還原糖含量的增加,較高的二氧化碳濃度反而會使還原糖含量的增加,影響馬鈴薯加工品質,這與Reust W[13],Mazza G[14]所報道的結果一致。

圖2 不同CO2濃度處理對馬鈴薯還原糖含量的影響Fig.2 Effect of different CO2 concentration treatment on potato reduce sugar content

2.3不同CO2濃度處理對馬鈴薯總酚含量的影響

酚類化合物是植物的次生代謝產物,與抵抗細菌性、真菌性、病毒性病害的能力有關,具有抗癌、抗血糖等保健作用及抗氧化作用。由圖3可知,馬鈴薯塊莖在貯藏初期,總酚含量急劇下降,15～30d降至最低,之后開始上升,60d時,出現一個最大峰值,1.0% CO2處理組總酚含量達到0.33mg/g,極顯著(p<0.01)高于其它各組,CK組與0.1% CO2、0.5% CO2、1.5% CO2、2.0% CO2處理組之間無顯著性差異,隨后總酚含量迅速下降,120d時,1.00% CO2處理組總酚含量降至0.17mg/g,極顯著(p<0.01)高于CK組(0.14mg/g),0.5% CO2處理組顯著(p<0.05)高于CK組。1.5% CO2、2.0% CO2處理組顯著低于CK組(p<0.05),說明高濃度CO2抑制總酚的積累。

圖3 不同CO2濃度處理對馬鈴薯總酚含量的影響Fig.3 Effect of different CO2 concentration treatment on potato total phenolic content

2.4不同CO2濃度處理對馬鈴薯過氧化物酶(POD)活性的影響

過氧化物酶(POD)是一種重要的抗氧化酶,是細胞內重要的內源性氧清除劑,并與植物抗病性相關[15]。此外,POD作為生長素(IAA)的側鏈氧化酶,可以控制IAA的濃度。IAA促進打破馬鈴薯塊莖的休眠。POD活性低則IAA含量會增加,促進休眠的解除[16]。因此POD活性高可以抑制貯藏期馬鈴薯發芽、增加抗病性。

由圖4可知,POD活性穩定一定時間后先升高后下降,而后又呈略微上升的趨勢,在貯藏30d時,各組POD酶活性達到最高,1.0%經CO2處理組達到76.32ΔOD/min·g,是CK組(47.77ΔOD/min·g)的1.7倍,具有極顯著差異(p<0.01),顯著高于其他濃度CO2處理組(p<0.05),120d時,1.00% CO2處理組酶活性達到45.04ΔOD/min·g,仍顯著(p<0.05)高于CK組(36.95ΔOD/min·g)。1.5% CO2、2.0% CO2處理組極顯著(p<0.01)低于CK組,破壞了POD活性。

圖4 不同CO2濃度處理對馬鈴薯過氧化物酶活性的影響Fig.4 Effect of different CO2 concentration treatment on potato POD activity

2.5不同CO2濃度處理對馬鈴薯多酚氧化酶(PPO)活性的影響

多酚氧化酶(PPO)是一種含銅氧化酶,在植物受到機械損傷或病菌感染后,催化酚類氧化成醌,醌與蛋白質、氨基酸等生成高分子絡合物而導致黑色素的生成,使馬鈴薯易褐變。同時機體內酚類物質含量的變化主要是PPO與其作用的結果。

由圖5可知,在貯藏過程中,各組PPO酶活性均先上升后下降,之后趨于平穩。60d時各組PPO酶活性達到最大,同2.3結果比較,與出現最大酚含量時間一致,說明細胞中作為底物的酚類物質含量越高,PPO越活躍。1.5% CO2、2.0% CO2處理組極顯著(p<0.01)高于其它處理組,CK組酶活性達到3.27ΔOD/min·g,極顯著(p<0.01)高于0.1% CO2、0.5% CO2、1.0% CO2處理組。120d時,CK組PPO酶活性顯著高于其他各組(p<0.05),各濃度CO2處理組之間無顯著性差異,由此可知,60d時,高濃度CO2處理能增加PPO活性,較低濃度的二氧化碳可以抑制PPO酶活性,隨貯存時間延長,不同濃度CO2處理對PPO酶活性抑制作用趨于一致。

圖5 不同CO2濃度處理對馬鈴多酚氧化酶活性的影響Fig.5 Effect of different CO2 concentration treatment on potato PPO activity

3 結論與討論

馬鈴薯貯藏時,一定的CO2濃度(<1.0%)會抑制還原糖的積累,這與Voss報道的結論相一致[17],高濃度的CO2(>1.0%)會引起還原糖含量的升高,這和G?kmen提出的論點相一致[18]。氣調貯藏下氣體對馬鈴薯自身代謝相關的酶的影響尚未見有報道。馬鈴薯貯藏期間淀粉與還原糖含量變化趨勢基本相反,糖含量的增加主要是蔗糖、葡萄糖及果糖的增加,淀粉、蔗糖和還原糖之間不斷發生著相互轉化,淀粉與糖含量處于動態平衡狀態。淀粉酶和淀粉磷酸化酶可以將淀粉分解為糖,為塊莖提供能量,蔗糖在轉化酶作用下可以分解形成葡萄糖和果糖,在蔗糖合成酶作用下又可以形成淀粉合成的前體物質。馬鈴薯貯藏過程中與碳水化合物代謝相關酶的反饋抑制作用尚不明確仍需要進一步的研究。

通過測定不同濃度CO2處理貯藏于9～11℃,濕度85%～95%條件下馬鈴薯的生理指標,結果表明,適當的CO2濃度(1.00%)能有效減緩馬鈴薯塊莖淀粉的降解,抑制總酚含量的下降,保持貯藏期間較低的還原糖水平和較高的POD活性,抑制PPO酶活性,延長塊莖的休眠及衰老,較高保持馬鈴薯加工品質。但CO2濃度過高(1.5% CO2、2.0%),不利于塊莖淀粉積累,使還原糖含量的增加,總酚含量降低,PPO活性升高,在貯藏120d時部分塊莖開始發芽。CO2濃度為1%可延長塊莖的休眠,利于馬鈴薯的貯藏,通過控制CO2濃度可以延長馬鈴薯的保鮮期,CO2對馬鈴薯生理品質影響的機理有待進一步研究探討。

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Effects of different CO2concentrations on physiological quality changes of potato during storage

ZHANGBing-yun1,QINYue-long1,TIANShi-long2,*,LIShou-qiang2,LIMei2,CHENGJian-xin2

(1.Lanzhou University of Technology,College of life science and engineering,Lanzhou 730050,China;2.Agricultural Product Storage and Processing Research Insitute,Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou 730070,China)

In the experiment,potato tubers of KeXin No. 6 were used to put into self-made controlled atmosphere boxes after wound healing so as to explore the effects of different CO2concentrations on physiological quality changes of potato during storage. Results showed that proper CO2concentrations could effectively reduce starch degradation,inhibit total phenol content decline and PPO activity,reduce sugar kept at a lower level and higher POD activity. Starch accumulation in the root tuber,increased reduce sugar,declined total phenol content,increased POD activity were went against at a higher CO2concentrations(1.5% CO2,2.0%)after storage 120d. Thus,potato dormancy could be prolonged by 1% CO2concentration which also contributed to storage,the shelf life could be postponed through controlled CO2concentrations.

potato；CO2concentrations；physiological quality

2014-02-10 *通訊聯系人

張丙云(1968-)，女，副教授，碩士生導師，從事食品貯藏與保鮮技術研究。

國家自然科學基金31060230；現代農業產業技術體系專項資金(CARS-10)；公益性行業(農業)科研專項資金(201003077)。

TS255.3

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001