腐胺對機械傷青椒果實生理品質(zhì)和抗氧化能力的影響

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(1.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心,農(nóng)業(yè)部蔬菜產(chǎn)后處理重點實驗室,果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點實驗室,農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室,農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(北方)重點實驗室,北京 100097;2.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

青椒(CapasicumanmuumL.)茄科,辣椒屬,是世界上重要的園藝作物之一[1]。但在收獲和運輸過程中易受到機械傷,引起腐爛。機械傷是一種非生物脅迫,會破壞果實的組織結(jié)構(gòu),引起果實生理代謝紊亂以及微生物侵染,加速果實的衰老和腐爛[2]。青椒所受的機械傷會導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟效益損失[3],目前已經(jīng)有新型的運輸方法和智能物流來減少采后機械傷的影響[4]。多胺是一種幾乎存在于所有生物體中的低分子量的聚陽離子有機代謝物,其包含腐胺、尸胺、亞精胺和精胺等,均具有較高的生物活性[5-6]。腐胺是一種與植物許多代謝過程相關(guān)的生長調(diào)節(jié)劑,可以調(diào)節(jié)果實的成熟、軟化和衰老過程[7]。

近年來,腐胺在果蔬保鮮方面的研究取得了一些進展,腐胺可以作為活性氧清除劑來保護生物膜和生物分子免受損傷[8],也可以通過激活抗氧化酶來抵抗氧化應(yīng)激[9],同時還可以抑制乙烯的生成,從而維持果實硬度,延緩衰老[10]。然而,關(guān)于外源腐胺處理對受機械傷的青椒在貯藏期間生理品質(zhì)變化的研究較少。

因此,本實驗研究了腐胺處理對受到機械傷的青椒在20 ℃貯藏期間生理品質(zhì)的變化的影響,以期延長青椒的貯藏期,為腐胺在青椒保鮮上提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青椒 采收于北京市順義區(qū),品種為京甜,采后立即運回北京農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心實驗室,挑選大小、顏色一致,無病蟲害,無機械損傷,達到商業(yè)成熟度的青椒備用;腐胺 純度98%,試劑純;草酸 食用級;30%過氧化氫、高錳酸鉀 分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;三氯乙酸、石英砂 分析純,北京化工廠;聚乙烯吡咯烷酮、鄰苯二酚、濃鹽酸、甲醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、愈創(chuàng)木酚、過氧化氫、苯丙氨酸等 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

CR400/CR410色差計 日本Konica Minolta公司;UV-1800紫外分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司;TGL-16G-A高速冷凍離心機 廣州晟龍實驗儀器有限公司;HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 青椒的處理 將青椒從1 m高處跌落來模擬運輸過程中所受機械損傷,用2 mmol/L的腐胺溶液浸泡20 min,對照組為去離子水,自然晾干后,置于20 ℃貯藏,于0、2、6、10、14、18 d取樣后立即用液氮冷凍,打磨成粉后,置于-80 ℃貯藏。

1.2.2 指標(biāo)測定

1.2.2.1 色度 采用色差計測定L*值和a*值,L*值表示明亮度,a*值表示由紅轉(zhuǎn)綠。

1.2.2.2 維生素C(VC)含量 采用鉬酸銨測定法[11],1 g樣品與5 mL 0.05 mol/L的草酸-EDTA溶液于4 ℃下13000×g離心20 min,收集上清液,反應(yīng)體系為1 mL上清液,4 mL 0.05 mol/L的草酸-EDTA溶液,0.5 mL偏磷酸-乙酸,1 mL 5%硫酸,2 mL 5%鉬酸銨,混合均勻后,在80 ℃水浴中靜置10 min,取出冷卻至室溫后測定反應(yīng)體系在760 nm處的吸光值,重復(fù)3次。計算公式為:

式中,cVC濃度=80.131×A760+1.5749,為做得的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2.3 葉綠素含量 采用Sun等[12]的方法并稍作修改。0.5 g樣品加入6 mL丙酮∶乙醇(2∶1)提取液,于4 ℃下13000×g離心10 min,收集上清液,測定上清液在645和663 nm處的吸光值,重復(fù)3次。計算公式為:

葉綠素含量(g/kg)

其中，A645為645 nm下的吸光值，A663為663 nm下的吸光值，V提取液為提取液的體積，m為樣品的質(zhì)量。

1.2.2.4 丙二醛(MDA)含量 采用Pongprasert等[13]的方法,1 g樣品與5 mL 100 g/L 三氯乙酸在4 ℃下13000×g離心20 min,收集2 mL上清液,加入2 mL 6.7 g/L硫代巴比妥酸煮沸20 min,冷卻至室溫后,測定其在450、532和600 nm處的吸光值,重復(fù)3次。計算公式為:

MDA含量={[6.45×(OD532-OD600)-0.56×OD450]×V提取液}/(V樣品×m×1000)

其中，OD532為532 nm下的吸光值，OD600為600 nm下的吸光值，OD450為450 nm下的吸光值，V提取液為提取液的體積，V樣品為樣品上清液的體積，m為樣品的質(zhì)量。

1.2.2.5 過氧化物酶(POD)活性 采用愈創(chuàng)木酚法[14]。1 g樣品與5 mL 0.1 mol/L pH7.8 的磷酸緩沖溶液(PBS)在4 ℃下13000×g離心30 min,收集上清液,反應(yīng)體系為1 mL 0.1 mol/L pH7.8的PBS,0.9 mL 0.2%愈創(chuàng)木酚,0.1 mL上清液,1 mL 0.3% H2O2,測定反應(yīng)體系在470 nm處吸光值的變化,一個酶活性單位為U,U定義為0.01ΔOD470 nm/g·min。

1.2.2.6 過氧化氫酶(CAT)活性 采用Azevedo等[15]的方法。1 g樣品與5 mL 0.1 mol/L pH7.8 的磷酸緩沖溶液(PBS)在4 ℃下13000×g離心30 min,收集上清液,反應(yīng)體系為:1.9 mL 0.1 mol/L pH7.8的PBS,1 mL 0.3% H2O2和0.1 mL上清液,測定反應(yīng)體系在240 nm處吸光值的下降,一個酶活性單位為U,U定義為0.01ΔOD240 nm/g·min。

1.2.2.7 抗壞血酸過氧化物酶(APX)活力 采用Zhang等[16]的方法,1 g樣品與5 mL 0.1 mol/L pH7.5含0.1 mmol/L EDTA,1 mmol/L抗壞血酸以及含2% PVPP 的PBS在4 ℃下13000×g離心20 min,收集上清液,反應(yīng)體系為:2.6 mL含2% PVPP 的PBS,0.3 mL 2 mmol/L H2O2和0.1 mL上清液在290 nm處抗壞血酸吸收率的降低值,一個酶活性單位為U,U定義為0.01ΔOD290 nm/g·min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 腐胺處理對青椒色度的影響

顏色是青椒品質(zhì)表現(xiàn)的重要外觀指標(biāo)之一,隨著青椒的成熟和衰老,青椒的顏色會從綠色轉(zhuǎn)為紅色。由圖1可知,在貯藏期間,對照組和腐胺處理的青椒的L*值和a*值都發(fā)生明顯變化。對照組的L*值在貯藏10 d后明顯降低,而腐胺處理顯著抑制了的L*值的下降(p<0.05)(圖1A)。a*值在貯藏過程中穩(wěn)定增加,但腐胺處理在貯藏期間(10～18 d)顯著抑制了青椒轉(zhuǎn)紅(圖1B)(p<0.05)。

圖1 腐胺處理對青椒L*值(A)和a*值(B)的影響Fig.1 Effects of putrescine treatment on L*(A)and a*(B)of green bell pepper注:不同小寫字母表示與對照組相比差異顯著,p<0.05;圖2～圖5同。

2.2 腐胺處理對青椒VC含量的影響

圖2 腐胺處理對青椒VC含量的影響Fig.2 Effects of putrescine treatment on VC content of green bell pepper

2.3 腐胺處理對青椒葉綠素含量的影響

在兩組處理中,葉綠素含量均呈先上升后下降的趨勢,且腐胺處理的青椒葉綠素含量始終高于對照組(p<0.05)。隨著植物的成熟和衰老,葉綠素會逐漸降解成無色產(chǎn)物,從而使植物褪綠。腐胺抑制葉綠素的降解,主要是通過維持細胞膜的穩(wěn)定性并誘導(dǎo)較高的抗氧化活性實現(xiàn)的,這與Ferruzzi等[20]的結(jié)果一致。在本研究中,腐胺處理的葉綠素含量顯著高于對照組(p<0.05),這與上文腐胺處理抑制了青椒的顏色變化一致。

圖3 腐胺處理對青椒葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of putrescine treatment on chlorophyll content of green bell pepper

2.4 腐胺處理對青椒MDA含量的影響

MDA是氧化損傷的標(biāo)志,并且是膜脂過氧化的重要產(chǎn)物之一[21]。由圖4可知,腐胺處理抑制了MDA的積累,表明腐胺處理可以抑制機械傷對青椒造成的氧化損傷,減緩膜脂過氧化程度,推測其有利于維持膜的完整性,從而保持青椒品質(zhì)。在報道的腐胺處理西葫蘆中也出現(xiàn)了類似結(jié)果[22]。

圖4 腐胺處理對青椒MDA含量的影響Fig.4 Effects of putrescine treatment on MDA content of green bell pepper

2.5 腐胺處理對青椒POD活性的影響

POD是一種廣泛存在于植物體內(nèi)的氧化還原酶,它通過催化氧化還原反應(yīng)中H2O2的產(chǎn)生[25],從而抑制活性氧損傷。抗氧化酶作為細胞內(nèi)防御的主要成分,具有抵抗氧化應(yīng)激的作用[24]。如圖5所示,POD活性在貯藏期間成下降趨勢,腐胺處理顯著延緩了POD活性的下降(p<0.05)。機械傷會誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生,高濃度的活性氧可能會導(dǎo)致細胞死亡[23]。

圖5 腐胺處理對青椒POD活性的影響Fig.5 Effects of putrescine treatment on POD activity of green bell pepper

2.6 腐胺處理對青椒CAT活性的影響

如圖6所示,CAT活性在貯藏期間呈下降趨勢,腐胺處理較對照組有較高的CAT活性(p<0.05)。CAT主要通過分解H2O2來抑制H2O2對組織造成的氧化損傷[26]。

圖6 腐胺處理對青椒CAT活性的影響Fig.6 Effects of putrescine treatment on CAT activity of green bell pepper

2.7 腐胺處理對青椒APX活性的影響

如圖7所示,APX活性在貯藏期間呈下降趨勢,腐胺處理顯著的延緩了APX活性的下降(p<0.05)。APX是一種重要的抗氧化酶,在植物細胞中起到防御外界氧化脅迫以及植物本身的活性氧代謝的作用,可以降低H2O2對植物細胞產(chǎn)生的氧化損傷[27]。POD、CAT和APX都催化了H2O2向水轉(zhuǎn)化,從而限制了氧化損傷[28-29]。這與Verma等[30]用腐胺處理芒果所得的結(jié)果相同。

圖7 腐胺處理對青椒APX活性的影響Fig.7 Effects of putrescine treatment on APX activities of green bell pepper

3 討論

顏色是決定青椒質(zhì)量的重要因素之一,因為隨著青椒的成熟和衰老,其顏色會從綠色轉(zhuǎn)為紅色,在本研究中,腐胺處理的青椒a*值較低,且顏色變化更慢,而這種由綠轉(zhuǎn)紅的顏色變化可能是由于葉綠素降解所導(dǎo)致的,葉綠素在植物的衰老和果實成熟過程中會不斷降解,而機械傷作為一種非生物脅迫會加速其降解的速率。在本研究中,葉綠素含量在貯藏期間呈下降趨勢,但腐胺處理的葉綠素含量顯著高于對照組。上述結(jié)果表明,腐胺抑制青椒的顏色變化是通過抑制其葉綠素降解實現(xiàn)的,這與Serafini-Fracassini等[31]的研究結(jié)果相似。VC是一種重要的營養(yǎng)物質(zhì),具有高抗氧化能力和生物活性,受到機械損傷的青椒VC含量均迅速下降,但腐胺處理抑制了其下降速率,這與腐胺處理芒果[19]的研究結(jié)果一致,而受到機械損傷的青椒VC含量下降可能是由于APX活性增加所導(dǎo)致的。機械損傷會導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生,高濃度的活性氧會導(dǎo)致細胞死亡[23]。而抗氧化酶是植物組織中維持活性氧代謝的關(guān)鍵因素,在本研究中,腐胺處理的青椒較對照組有更高的抗氧化酶活性,可減輕機械傷所造成的氧化損傷,從而抑制了膜脂過氧化的重要產(chǎn)物MDA的積累,保持青椒品質(zhì)。

4 結(jié)論

本文采用2 mmol/L腐胺浸泡青椒處理,發(fā)現(xiàn)其可有效地保持青椒的生理品質(zhì),延緩青椒轉(zhuǎn)紅,抑制VC和葉綠素的降解以及MDA的積累,同時提高了抗氧化酶POD、CAT和APX的活力。因此,腐胺處理可保持受機械傷的青椒品質(zhì),為以后抑制采后機械損傷提供新的發(fā)展思路和理論依據(jù)。