1-MCP結合生物保鮮劑對富士蘋果貯后 貨架品質和生理變化的影響

張 鵬,秦 驊,李江闊,*,顏廷才,李博強

(1.國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津),天津市農產品采后 生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384; 2.沈陽農業(yè)大學食品學院,遼寧沈陽 110866; 3.中國科學院植物研究所資源植物重點實驗室,北京 100093)

富士蘋果(MalusdomesticaBorkh. cv. Red Fuji)富含礦物質和維生素,是人們最常食用的水果之一[1]。但采后的蘋果仍然是一個生命體,在成熟和衰老的過程中，依然會有一系列的生理活動,如果實軟化、各種營養(yǎng)物質含量變化等[2]。由于蘋果屬于典型的呼吸躍變型果實,采后品質下降嚴重,因此需要研究出適用的保鮮方法,減緩品質的下降。

ξ-聚賴氨酸(ξ-polylysine)是一種白色鏈球菌的代謝產物,具有抑菌的廣譜性、高效性及無毒副作用的特點[3],是一種天然的防腐劑,同時還具有熱穩(wěn)定性、水溶性好等優(yōu)點。因此,ξ-聚賴氨酸十分適合作為食品防腐劑。在水果保鮮方面,已有在藍莓[4]和櫻桃[5]中應用的相關報道,ξ-聚賴氨酸能夠有效地減緩呼吸強度和乙烯生成速率,抑制脂氧合酶(LOX)的增長,有效地減緩VC含量的降低,減緩其腐爛率等[7]。實驗前期進行了500、1000、1500 mg/L ξ-聚賴氨酸三種濃度篩選,優(yōu)選出ξ-聚賴氨酸最佳處理濃度為1000 mg/L[6]。納他霉素稱游鏈霉素(Natamycin)是一種重要的多烯類抗菌素,能夠專一性地抑制酵母菌和霉菌,因此廣泛應用于各類加工食品中[8]。近年來,納他霉素在果蔬保鮮上已有相關研究,如林本芳等[9]研究了納他霉素對西蘭花冷藏品質的影響,周文麗等[10]研究納他霉素在葡萄中的作用效果,郭園園等[11]研究了納他霉素對青皮核桃的保鮮效果。實驗前期開展了納他霉素在蘋果保鮮中的研究表明,1-MCP結合納他霉素能夠延緩蘋果營養(yǎng)成分的降低,維持較好的香氣成分,并且使用800 mg/L的效果最好[12]。

1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)作為一種乙烯抑制保鮮劑[13],研究先后報道了1-MCP處理對番茄、李子、香蕉、藍莓、芒果等果蔬生理的影響[14-18]。盡管1-MCP在蘋果中運用的研究已經有很多,但1-MCP結合生物保鮮劑研究并不多見,特別是1-MCP結合不同的生物保鮮劑(ξ-聚賴氨酸、納他霉素)在蘋果保鮮中的對比研究未見報道。本研究以富士蘋果為試材,研究1-MCP處理,并結合ξ-聚賴氨酸、納他霉素噴霧處理,研究貯后貨架期富士蘋果的品質和生理的變化,并基于電子鼻技術，探究不同處理間蘋果貯后貨架風味物質差異,從而確定最佳處理組合。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果 采自北京平谷蘋果示范園,采收當天運回實驗室進行處理;1-MCP(便攜式包裝) 國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津);ξ-聚賴氨酸試劑、納他霉素試劑 浙江新銀象生物工程有限公司。

精準溫控庫(-0.5±0.3) ℃ 國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津);TA.XT.Plus物性儀 英國SMS公司;PAL-1便攜式手持折光儀 日本Atago公司;916 Ti-Touch電位滴定儀 瑞士萬通中國有限公司;Check PiontⅡ便攜式殘氧儀 丹麥Dansensor公司;島津2010氣相色譜儀 美國Finnigan公司;TU-1810紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 試材處理方法 將富士蘋果每10 kg裝入襯有微孔袋的紙箱內,而后將1袋1-MCP(便攜式包裝)用蒸餾水浸濕后，立即放入微孔袋內扎口存放(每袋1-MCP處理10 kg水果,揮發(fā)后包裝內實際濃度為1 μL/L),以未加1-MCP作為對照(CK),將CK組、1-MCP組果實均置于(-0.5±0.3) ℃精準溫控庫下貯藏10個月后取出。然后將1-MCP處理果實進行生物保鮮劑處理,將1000 mg/L的ξ-聚賴氨酸水溶液用噴霧器均勻地噴灑到經1-MCP處理的果實表面,自然晾干,記作1-MCP+ξ-PL;將800 mg/L的納他霉素水溶液用噴霧器均勻地噴灑到經1-MCP處理的果實表面,自然晾干,記作1-MCP+NATA。

以上處理蘋果做常溫(28±1) ℃ 裸果貨架實驗,每個處理設3次重復。

1.2.2 測定指標與方法

1.2.2.1 可溶性固形物(total soluble solids,TSS) 采用折光儀測定。

1.2.2.2 可滴定酸(titratable acid,TA)含量 使用電位滴定儀法[19]。

1.2.2.3 果實硬度 采用英國產TA.XT.PLus物性測定儀測定,果實在胴部帶皮測定,每個處理重復12次,取其平均值。測試參數為深度10 mm,P/2探頭(Φ=2 mm),測試速度為2 mm/s。

1.2.2.4 呼吸強度 采用靜置法測定;將4個果實置于密封保鮮盒內,密閉3 h后測定頂空CO2含量,每個處理重復3次。

1.2.2.5 乙烯生成速率 采用氣相色譜法測定[20]。島津2010氣相色譜儀程序升溫法測定,FID檢測器,檢測器溫度160 ℃,DB-5毛細管柱,程序升溫為46 ℃保留0.5 min,以1.50 ℃/min升至60 ℃,再以30 ℃/min升至120 ℃,進樣口溫度150 ℃,載氣為N2,流速14 mL/min,采用面積外標法計算,乙烯標樣的體積分數為50 μg·mL-1。

1.2.2.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性 采用兒茶酚比色法測定[21]。1 g樣品于預冷的研缽中,加入適量0.05 moL/LpH7.8的磷酸緩沖液(總用量20 mL),冰浴研磨成勻漿,4 ℃ 10000 r/min離心10 min,上清液即為酶提取液。取3.9 mL 0.05 moL/L pH7.8的磷酸緩沖液,然后加入1 mL 0.1 moL/L兒茶酚和1.0 mL酶提取液,37 ℃水浴保溫10 min,迅速放入冰浴中立即加入2 mL 20%的三氯乙酸終止反應,在420 nm下測定吸光度值,以磷酸緩沖液代替酶液為對照調零。

1.2.2.7 過氧化氫酶(catalase,CAT) 采用紫外吸收法測定[22]。取3 g果肉,加入10 mL預冷的pH7.5 0.05 mol/L的磷酸緩沖液(內含5 mmol/L二硫蘇糖醇和2% PVP)，在冰浴中研磨成勻漿,12000×g 4 ℃下離心20 min,收集上清液立即用于CAT 酶活測定。CAT反應體系包括粗酶液200 μL和3 mL 20 mmol/L H2O2,在240 nm處測定2 min內的樣品吸光度。

1.2.2.8 脂氧合酶(lipoxygenase,LOX) 參考徐昌杰[23]的方法測定。底物為10 mmol/L的亞油酸鈉,取蘋果2 g,冰浴研磨,加入0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH7.0),并使最終體積為20 mL,于4 ℃下15000 r/min離心30 min,上清液為LOX的提取液。加入亞油酸鈉25 μL,pH7.0磷酸緩沖液2.775 mL,30 ℃溫育,加200 μL酶液后20 s開始計時,記錄 234 nm 處測定1 min內吸光度,重復3次。

1.3 數據處理

數據采用Excel 2010軟件制圖,采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計學分析,差異顯著性采用鄧肯氏新復極差法分析。

2 結果與分析

2.1 對富士蘋果貯后貨架TSS含量的影響

由圖1可知,不同處理富士蘋果TSS含量在整個貨架期間整體呈現下降趨勢,對照組TSS含量均顯著低于其他處理(p<0.05)。貨架10 d時,1-MCP+ξ-PL處理的TSS含量最高,其次為1-MCP+NATA組,二者均顯著高于1-MCP處理組(p<0.05)。貨架15 d時,1-MCP+ξ-PL處理的TSS含量最高,顯著高于1-MCP+NATA組(p<0.05),在整個貨架期間TSS含量下降可能是由于在貨架期間TSS充當了蘋果生理活動的能量物質被消耗[24],也可能是果實品質的下降所導致。以上分析表明,1-MCP結合生物保鮮劑處理在延緩貨架后期TSS含量的降低方面,優(yōu)于單獨使用1-MCP處理,起到了增效的作用。其中,1-MCP結合ξ-聚賴氨酸的效果最好,其次為1-MCP結合納他霉素處理。

圖1 不同處理對富士蘋果TSS含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on TSS content in Fuji apple注:不同小寫字母表示4組處理間差異顯著

2.2 對富士蘋果貯后貨架TA含量的影響

可滴定酸是影響果實風味品質的重要因素,對于蘋果果實來說,保持較好的酸度,是衡量蘋果價值的重要指標。由圖2可知,在整個貨架期間,對照組TA含量顯著低于其他處理組(p<0.05)。貨架5 d時，1-MCP處理組、1-MCP+ξ-PL處理組TA含量顯著高于對照組(p<0.05),1-MCP+NATA處理組最高(p<0.05)。貨架10 d時,1-MCP+ξ-PL處理的TA含量最高,其次為1-MCP+NATA、1-MCP、CK,且均達顯著性差異(p<0.05)。貨架15 d時,1-MCP結合生物保鮮劑處理組TA含量均高于單獨使用1-MCP處理組,且差異顯著(p<0.05),而1-MCP+ξ-PL處理的蘋果TA含量也顯著大于1-MCP+NATA處理組(p<0.05)。因此,使用1-MCP處理、1-MCP結合生物保鮮劑處理后,能夠有效地減緩TA含量的降低,保持較好的口感。從整個貨架時間來看，1-MCP結合生物保鮮劑處理延緩TA含量降低方面作用效果優(yōu)于單獨使用1-MCP處理,其中1-MCP+ξ-PL 效果最好。

圖2 不同處理對富士蘋果TA含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on TA content of Fuji apple

2.3 對富士蘋果貯后貨架果實硬度的影響

從圖3可以看出,在貨架期間,各個處理的果實硬度均呈下降趨勢,其中對照組果實硬度下降最為迅速。貨架5 d時,1-MCP+ξ-PL、1-MCP+NATA、1-MCP處理組的果實硬度分別為28.87、25.15、23.21 kg·cm-2,1-MCP+ξ-PL顯著高于其他處理(p<0.05)。貨架10 d時,1-MCP+ξ-PL處理果實硬度仍然最高,其次為1-MCP+NATA、1-MCP、CK,且均達顯著性差異(p<0.05)。貨架期間果實的軟化主要與細胞壁物質和細胞膜的降解有關[25],在衰老的過程中,活氧量不斷提高,破壞了膜的穩(wěn)定性[26]。通過以上分析表明,1-MCP結合不同的生物保鮮劑處理后,能夠有效地延緩果實硬度的下降,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

圖3 不同處理對富士蘋果硬度的影響Fig.3 Effects of different treatments on the firmness of Fuji apple

2.4 對富士蘋果貯后貨架呼吸強度的影響

蘋果采后仍然是一個生命體,會進行各種生理活動,另外,蘋果是典型的呼吸躍變型果實[27],呼吸強度能夠作為衡量果實生理生化反應的重要指標。從圖4可以看出,在常溫貨架期間各處理呼吸強度整體呈現下降趨勢,對照組在貨架期間始終最高,且和其他各組處理差異顯著(p<0.05)。貨架5 d時,對照組的呼吸強度是28.68 mgCO2·kg-1·h-1,顯著高于1-MCP、1-MCP結合生物保鮮劑組(p<0.05),但1-MCP結合生物保鮮劑間差異不顯著(p>0.05),并且除對照組外,其他各組的呼吸強度均達到最高峰。貨架10 d時,蘋果呼吸強度由大到小的次序為CK、1-MCP、1-MCP+NATA、1-MCP+ξ-PL,其中1-MCP+ξ-PL處理呼吸強度顯著低于其他處理組(p<0.05)。可以看出,隨著貨架時間的延長,1-MCP結合生物保鮮劑處理在抑制呼吸強度效果優(yōu)于單獨使用1-MCP。說明使用1-MCP、1-MCP結合生物保鮮劑能夠有效地抑制果實呼吸強度,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

圖4 不同處理對富士蘋果呼吸強度的影響Fig.4 Effects of different treatments on respiratory intensity of Fuji apple

2.5 對富士蘋果貯后貨架乙烯生成速率的影響

乙烯對果實的成熟和衰老有著重要的影響,由圖5可知,在常溫貨架期間,對照組和1-MCP組果實乙烯生成速率呈現逐漸上升的趨勢，而1-MCP+ξ-PL和1-MCP+NATA果實乙烯生成速率則呈現先下降后上升的趨勢。貨架5 d時,對照組乙烯生成速率顯著升高(p<0.05),而其他處理組變化不顯著(p>0.05)。貨架10 d時,對照組乙烯生成速率仍顯著高于其他處理組(p<0.05),而1-MCP結合不同生物保鮮劑組乙烯生成速率顯著低于1-MCP處理組(p<0.05)。貨架15 d時,1-MCP、1-MCP+ξ-PL、1-MCP+NATA的乙烯生成速率分別為10.26、2.07、2.81 μL·kg-1·h-1,1-MCP處理組顯著高于1-MCP結合生物保鮮劑組(p<0.05),1-MCP結合生物保鮮劑組間差異不顯著(p>0.05)。表明隨著貨架期的延長,1-MCP結合生物保鮮劑效果越明顯,優(yōu)于1-MCP單獨使用。綜上,1-MCP、1-MCP結合生物保鮮劑能夠有效地抑制乙烯生成速率,而1-MCP+ξ-PL最佳。

圖5 不同處理對富士蘋果乙烯生成速率的影響Fig.5 Effect of different treatments on ethylene production rate of Fuji apple

2.6 對富士蘋果貯后貨架PPO活性的影響

多酚氧化酶(PPO)普遍存在于植物、真菌、昆蟲的質體中,能夠催化酚類物質轉化為醌類物質,然后發(fā)生褐變反應[29]。由圖6可知,隨著貨架期的延長,CK、1-MCP處理果實的PPO活性呈現了上升的趨勢,而1-MCP+ξ-PL 和1-MCP+NATA處理蘋果中PPO活性呈現先上升后下降再上升的趨勢。貨架10 d時,對照組的PPO活性顯著高于其他各組處理(p<0.05),說明1-MCP、1-MCP結合生物保鮮劑能夠有效地抑制果實的褐變,其中1-MCP結合不同的生物保鮮劑處理組顯著低于1-MCP處理組(p<0.05)。貨架15 d時,1-MCP處理PPO活性最高,然后依次為1-MCP+NATA、1-MCP+ξ-PL,1-MCP+ξ-PL顯著低于其他處理(p<0.05)。說明使用1-MCP結合生物保鮮劑能夠有效地抑制果實PPO活性,延緩果實褐變,提升果實品質,其中,1-MCP+ξ-PL效果最好。

圖6 不同處理對富士蘋果PPO活性的影響Fig.6 Effect of different treatments on PPO activity of Fuji apple

2.7 對富士蘋果貯后貨架CAT活性的影響

過氧化氫酶(CAT)普遍存在于能呼吸的生物體內,主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內質網、動物的肝和紅細胞中,其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理,能夠清除過剩的自由基[30]。由圖6可知,對照組的CAT活性整體呈下降的趨勢,其他各組呈現先上升后下降的趨勢。貨架5 d時,除對照組外,其他各組達到了酶活性的高峰,說明經過處理的果實,有效地延緩了酶活性高峰的出現,其中1-MCP+ξ-PL顯著高于1-MCP處理組(p<0.05),說明1-MCP結合不同生物保鮮劑處理的果實CAT活性得到提高,清除自由基能力增強。貨架10 d時,蘋果CAT活性由大到小的次序為1-MCP+ξ-PL<1-MCP+NATA<1-MCp>CK,其中1-MCP+ξ-PL顯著高于其他處理(p<0.05)。貨架15 d時,1-MCP+ξ-PL 處理果實CAT活性最高,顯著高于1-MCP+NATA、1-MCP(p<0.05)。說明隨著貨架時間的延長,1-MCP結合生物保鮮劑效果越明顯,能夠保持CAT較好的活性,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

2.8 對富士蘋果貯后貨架脂氧合酶(LOX)活性的影響

LOX能夠破壞細胞膜結構,導致果實品質的下降及果實的衰老[31]。由圖7可知,隨著貨架期的延長,不同處理果實LOX活性呈現了先升高后下降的趨勢,其中對照組的LOX活性始終高于其他處理組(p<0.05)。貨架10 d時,1-MCP處理組的果實顯著高于1-MCP結合不同的生物保鮮劑處理組(p<0.05),1-MCP+ξ-PL處理組的LOX活性最低,說明了使用1-MCP+ξ-PL處理能夠有效地抑制果實LOX活性,減緩了細胞膜的破壞,抑制了果實的衰老進程。貨架15 d時,不同處理LOX活性由小到大的次序為1-MCP+ξ-PL<1-MCP+NATA<1-MCP,但1-MCP結合生物保鮮劑組間差異不顯著(p>0.05)。說明隨著貨架時間的延長,1-MCP結合生物保鮮劑的效果越好,其中1-MCP+ξ-PL處理后效果最好。

圖7 不同處理對富士蘋果CAT活性的影響Fig.7 Effect of different treatments on CAT activity of Fuji apple

圖8 不同處理對富士蘋果LOX活性的影響Fig.8 Effect of different treatments on LOX activity of Fuji apple

3 討論與結論

TSS和TA在貨架期間會逐漸下降,維持較好的糖酸比,能夠保持蘋果較好的口感和風味,與對照組相比,使用了不同的生物保鮮劑處理后,能夠顯著地減緩貨架后期TSS和TA含量的降低(p<0.05),并且延緩果實硬度的下降,1-MCP+ξ-PL維持果實的品質效果最好。蘋果最為典型的呼吸躍變型果實,在貨架期間仍然會進行呼吸作用,生成乙烯,與對照組相比,使用了1-MCP結合不同生物保鮮劑處理可以使蘋果的呼吸強度和乙烯生成速率得到有效控制,進而延緩果實的成熟與衰老。在貨架期間,使用了1-MCP結合生物保鮮劑處理果實的呼吸強度和乙烯生成速率均低于1-MCP單獨處理,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

綜上,1-MCP結合不同的生物保鮮劑能夠有效維持貯后貨架的果實品質,保持良好的營養(yǎng)成分,其中1-MCP+ξ-PL處理最優(yōu)。

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