O2/CO2主動自發氣調對西蘭花活性氧代謝及保鮮效果的影響

陳 勇，張玉笑，郭衍銀，王 亮，員麗蘋，劉莎莎

(山東理工大學 農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255049)

西蘭花具有很高的營養價值和保健功能，特別是含有不飽和脂肪酸、維生素、抗氧化物質等多種可以延緩衰老的物質[1-2]。但西蘭花常溫下難以貯藏并迅速衰老，2～3 d花蕾松軟黃化，營養物質損失嚴重，甚至喪失食用價值[3]。因此，西蘭花的保鮮研究尤為重要。采后西蘭花的衰老常常伴隨著活性氧物質(Reactive oxygen species；ROS)的增加[4]，脅迫生物機能并對脂質、蛋白質及DNA等造成損傷[5]。

迄今為止，眾多氣調保鮮研究[6-7]集中于調節ROS產生、維持果蔬內氧化還原平衡性，減輕脂質過氧化，提高各種產品的品質以及貯藏期。據報道，在5 ℃下，3% O2+97% N2的傳統氣調(Controlled atmosphere, CA)處理能延長西蘭花保鮮期至17 d[8]；Gajewski等[9]也指出，2% O2+5% CO2的低溫處理能較好保持西蘭花的色澤。但這種CA保鮮方式需要持續通入氣體以保證果蔬一直貯藏于相應的大氣環境中，不能移動，并且成本較高，難以在物流保鮮中實現。目前氣調保鮮的研究以自發氣調(Modified atmosphere packaging, MAP)居多，大部分重點都針對于包裝材料的研究。Guo等[10]證明了高阻隔材料的MAP處理提高了萵苣的抗氧化能力，通過保護線粒體結構和維持電子傳遞鏈平衡來延緩品質的衰老。此外，類似的保鮮效果在聚丙烯微孔薄膜[11]、聚乙烯薄膜[12]以及30 μm FlexfreshTM生物聚合薄膜[13]等包裝材料上得到了肯定。然而，各種微孔保鮮材料上的微孔大小以及數目才是MAP保鮮的核心內容，并決定了包裝內外氣體的傳輸速率，這使得MAP材料在應用上非常繁瑣；同時各種包裝材料的種類繁多且特性不一，難以制定統一的MAP保鮮標準；再者，若應用在物流運輸中，由于MAP內的氣體不斷與外界交換，引起運輸空間內的氣體比例變化，最終影響MAP的保鮮效果。

主動自發氣調(Active modified atmosphere packaging, AMAP)是指在密閉環境中，果蔬依靠充入環境中的初始氣體進行生命活動，通過自身呼吸作用達到氣體平衡以維持基礎代謝的一種氣調方式[14]。Jemni等[15]研究發現，在20 ℃的AMAP下，60 kPa CO2處理最有利于維持棗果的感官品質；Singh等[16]指出8±1 ℃下AMAP處理對青椒有良好保鮮效果；Oms-Oliu等[17]也證明了4 ℃下的AMAP(70% O2)處理較好地維持了甜瓜的硬度和嚼勁。

本研究采用O2/CO2AMAP處理，通過充入不同比例的初始O2/CO2氣體，研究O2/CO2AMAP對西蘭花保鮮效果以及ROS代謝的影響，以期為西蘭花的物流保鮮提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：西蘭花花球采自山東省壽光市劉家茅坨村實驗基地，采收形態一致的花球并立即運到山東理工大學農業工程與食品科學學院農產品貯藏實驗室冷庫內，3 ℃預冷12 h后，選取花球直徑 13～14 cm、花球緊密、色澤鮮綠、無病蟲害和機械傷的西蘭花進行氣調處理。

試劑：鹽酸羥胺、氯化三苯基四氮唑、2,4-二硝基苯肼，上海展云化工試劑有限公司；硫脲、偏磷酸、冰醋酸、氫氧化鈉、95%乙醇、丙酮、三氯乙酸、氯化鈉，天津致遠化學藥劑有限公司；濃硫酸，國藥集團化學試劑有限公司；2,6-二氯酚靛鈉，上海索萊寶生物科技有限公司；核黃素、過氧化氫、EDTA-Na2、硫代巴比妥酸、對氨基苯磺酸、Triton-X100、愈創木酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，天津市凱通化學試劑有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

UV-1750型紫外可見分光光度計，島津國際貿易有限公司；iNose-cp型手持便攜式O2/CO2分析儀，上海瑞玢國際貿易有限公司；GL-20G-2型臺式多功能高速冷凍離心機，上海安亭儀器制造廠； RDL380P型氣調包裝機，羅迪波爾機械設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計

將預冷后的西蘭花分為5組，每組50個西蘭花，其中每個氣密箱(302.9 mm × 243.8 mm × 259.1 mm)裝5個西蘭花，即每組10個氣密箱。西蘭花裝箱時分散放入30 g干燥劑和20 g乙烯脫除劑，然后利用氣調包裝機置換充入初始O2/CO2氣體。5組西蘭花分別置換充入西蘭花體積3.5倍左右的60% O2+40% CO2、70% O2+30% CO2、80% O2+20% CO2、90% O2+10% CO2和自然空氣(CK)。所用密封膜為無孔聚乙烯(PE)材料(厚約0.05 mm；上海創發包裝材料有限公司)。然后，氣密箱置于10 ±0.5 ℃冷庫中貯藏，每4 d取樣1次，并進行相應指標的測定，3次重復。

1.3.2 指標測定

1.4 數據處理

所得數據使用SPSS 19.0軟件進行LSD顯著性分析及相關性分析，差異顯著水平P≤0.05，并用Excel軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 O2/CO2自動自發氣調對密封箱內O2和CO2含量的影響

圖1表明，隨著貯藏時間的延長，氣密箱內的CO2的逐漸增加，O2隨之降低。CK處理的O2在12 d時幾乎全部耗盡并轉變成CO2。在貯藏前期，90%O2+10% CO2處理的CO2含量增加最快，在8 d后也表現出較高的CO2水平，僅次于60% O2+40% CO2處理。80% O2+20% CO2處理的CO2水平在8～12 d內相對平穩，相比之下，70% O2+30% CO2處理在8 d后具有更加平穩的表現，表明在此階段，呼吸水平相對較弱，代謝較為緩慢，有利于維持西蘭花的貯藏品質。

(a)O2

(b)CO2圖1 O2/CO2主動自發氣調對密封箱內O2和CO2含量的影響Fig.1 Effects of O2/CO2 active modified atmosphere packaging on oxygen and carbon dioxide contents in sealed container

2.2 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花和H2O2 含量的影響

(a)O2

由圖2(b)可知，各處理的H2O2含量呈先升高后下降趨勢，其峰值出現的時間差異較大。其中，80% O2+20% CO2處理在8 d 出現峰值，而90% O2+10% CO2和CK處理出現在12 d，70% O2+30% CO2處理的峰值出現在第16 d且含量最低。

2.3 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花SOD和POD活性的影響

(a)SOD

(b)POD圖3 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花SOD和POD活性的影響Fig.3 Effects of O2/CO2 active modified atmosphere packaging on the activities of SOD and POD in broccoli

在貯藏8 d后，70% O2+30% CO2處理展現出最高的POD活性，其次為80% O2+20% CO2處理，90% O2+10% CO2處理的POD活性則表現最低如圖3(b)所示。

2.4 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花MDA含量的影響

由圖4可知，所有處理均呈現增加趨勢。70% O2+ 30% CO2處理的MDA含量增幅最小，每日平均增量為8.28%。90% O2+ 10% CO2、80% O2+ 20% CO2、CK和60% O2+ 40% CO2處理的MDA含量日平均增長率分別為29.01%、16.46%、23.41%和35.29%。

圖4 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花MDA含量的影響Fig.4 Effects of O2/CO2 active modified atmosphere packaging on the content of MDA in broccoli

2.5 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花葉綠素和VC含量的影響

在整個貯藏期間，西蘭花葉綠素與VC含量均呈下降趨勢(圖5)，90% O2+ 10% CO2、60% O2+ 40% CO2和CK處理的葉綠素與VC含量下降速度較快，而70% O2+ 30% CO2和80% O2+ 20% CO2處理的葉綠素和VC含量顯著高于其他處理(P<0.05)，且70% O2+ 30% CO2處理的含量最高。

(a)葉綠素

(b)VC圖5 O2/CO2主動自發氣調對西蘭花葉綠素和VC活性的影響Fig.5 Effects of O2/CO2 active modified atmosphere packaging on the contents of chlorophyll and VC in broccoli

3 討論

氣調手段已被廣泛應用到各種園藝產品的采后處理，而最佳的CA氣體組合通常范圍為1%～5% O2+適當高的CO2，超過12%的CO2則被認為是過量、有損傷的范圍[22]。然而，Li等[23]證實常溫下，杏鮑菇在2% O2+ 30% CO2處理下5 d內具有最佳品質；Li等[24]也指出15 ℃下，40% O2+ 60% CO2CA處理的西蘭花在17 d是仍然具有商品性。這一事實表明園藝產品對高CO2氣調的耐受性與果蔬品種及氣體配比有關，該結果同樣適于AMAP氣調。本研究中，在沒有內外氣體交換的密閉氣調箱內，果蔬自身呼吸代謝完全依靠于初始充入的氣體。過高的初始O2比例如90% O2+10% CO2易造成西蘭花急劇呼吸，進而過量積累CO2(圖1)；而過高的初始CO2比例如60% O2+40% CO2因初期CO2基數含量很高，也會造成CO2的大量積累；只有合適的初始O2/CO2比例，才能更好地營造穩定的O2、CO2環境，因而利于西蘭花品質的維持(圖5)。

本課題組前期進行的O2/CO2CA研究表明，0 ℃、10 ℃和20 ℃時西蘭花適宜的O2/CO2氣調比例分別為60% O2+40% CO2、50% O2+50% CO2和40% O2+60% CO2，說明不同溫度下適宜的氣體比例不同[29]。本研究中，10 ℃下西蘭花適宜的O2/CO2AMAP氣體比例為70% O2+30% CO2，這主要是由于CA是持續充入恒定比例的O2/CO2氣體(適宜氣體為50% O2+50% CO2)，兩者的差異主要是CA和AMAP兩者不同處理方式所致。至于其他溫度下適于西蘭花AMAP保鮮的初始O2/CO2比例，需要進一步研究。

在對于物流保鮮環節，AMAP具有其他氣調方式無可比擬的優勢與可行性。只要是密閉、不透氣的包裝材料即可，既不受儀器設備和包裝材料的限制，也不會因密集放置而降低保鮮效果，這在冷鏈設施不完備國家尤為適用。需要說明的是，本研究使用的容器大小為302.9 mm × 243.8 mm × 259.1 mm，是ISO 668: 2013(1CC)[30]物流標準的1/10，該容器規格可迅速應用于物流環節；為了避免物流運輸中乙烯和過高相對濕度的影響，在氣密箱內放置了適當的乙烯脫除劑和干燥劑。

總之，70%O2+30%CO2AMAP可有效維持密封箱內O2、CO2的平衡，通過增強SOD、POD等活性氧防御酶活性抑制ROS水平的增加，減輕膜脂過氧化程度，進而有效保持西蘭花的貯藏品質。該研究成果可為西蘭花的O2/CO2AMAP的物流保鮮提供依據。