微環境氣體調控對磨盤柿冰溫貯藏期品質的影響

顏碧,張鵬,賈曉昱,段玉權,李江闊*

1(沈陽農業大學 食品學院,遼寧 沈陽,110866) 2(國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津),農業農村部農產品貯藏保鮮重點實驗室,天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津,300384) 3(中國農業科學院,農產品加工研究所,北京,100089)

柿屬于柿科柿屬漿果類水果,又名侯棗、朱果、紅嘟嘟,原產于中國。2016年我國柿子產量達398.9萬t,占世界總產量的73%,產量以每年6%～8%的速度增長[1-2]。柿果實是我國重要的經濟作物,為四大水果(蘋果、梨、葡萄、柿果實)之一[3]。柿廣泛分布在許多亞洲國家[4],在我國,主要分布在河北、陜西、河南等地。果實形狀多樣,香甜多汁,具有較好的營養價值和藥用價值,深受消費者的喜愛[5]。磨盤柿屬于呼吸躍變型果實,采后貯藏極易發生軟化、褐變等問題,導致果實營養成分的損失,從而縮短貯藏時間,降低商品價值。柿果現有的保鮮技術保鮮時間較短,成本較高,操作較復雜。因此,為延長果實的貯藏期,減少營養成分的損失,一套完善的貯藏保鮮技術對于磨盤柿產業發展尤為重要。

果蔬貯藏微環境氣體調控是一種新式氣調方式,在原始的箱式氣調基礎上引入新式氣體進行雙控氣調,造成低 O2和高 CO2的貯藏環境,并抑制果實生理代謝,進而減少柿果實的生命活動,達到延長柿果實貯藏期和保鮮的目的[6]。1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)是一種人工合成的無毒、高效、無氣味、穩定性好、易于合成的乙烯受體抑制劑,可阻止乙烯與受體結合,阻礙乙烯引起的成熟反應過程,延緩果實的成熟和衰老[7]。研究發現,柿果實在貯藏期間,采用 1-MCP 處理能夠抑制果實硬度降低、呼吸強度和營養成分的流失,維持較好的品質[8-11]。1-MCP對果實有較好保鮮效果,因其成本低,備受關注,在果蔬保鮮方面研究較多。冰溫貯藏是將果蔬貯藏在0 ℃以下至各自的凍結點范圍內,使果蔬內部組織液未發生凍結的同時仍能有效保持細胞活體狀態[12]。與普通低溫貯藏相比,冰溫貯藏可較好地維持貯藏溫度的穩定,且貯藏溫度低于普通低溫,所以能較好地維持果實的營養成分。研究表明,冰溫貯藏可有效抑制柿果營養成分損失,較好地維持貯藏品質,延緩果實的衰老軟化以及褐變[13-15]。目前,在冰溫貯藏條件下,微環境氣體調控(micro-environment modified atmosphere package+1-methylcyclopropene，mMAP+1-MCP)對磨盤柿貯藏品質的影響相關報道較少。本文以磨盤柿為實驗材料,通過mMAP+1-MCP結合冰溫貯藏果實,研究不同處理對磨盤柿品質的調控,并對磨盤柿貯藏期間感官指標、營養品質、生理指標進行綜合評分得出最優處理,測定指標間相關性,以期為柿果微環境貯藏保鮮提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

磨盤柿產自北京房山,于2019年10月采收,果實表面70%以上呈橙黃色,果底部分為黃綠色,為八成熟。選擇大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的果實作為實驗用果。保鮮箱(長0.28 m×寬0.22 m×高0.12 m),寧波國嘉農產品保鮮包裝技術有限公司;PE袋(厚度0.03 mm)、1-MCP便攜包,國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津)。

精準溫控庫(冰溫庫),國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津)；Sigma3-30K高速離心機,德國SIGMA離心機公司；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；F-900便攜式乙烯分析儀,美國FELIX儀器公司；TA.XT.Plus 質構儀,英國SMS公司；CM-700 d色差儀,日本柯尼卡美能達；DDS-307A電導率儀,上海儀電科學儀器股份有限公司；Multiskcan FC酶標儀,Thermo Scientific。

甲醇、磷酸、磷鉬酸、飽和碳酸鈉溶液、NaOH、草酸、EDTA、偏磷酸醋酸、硫酸、鉬酸銨、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、福林酚,天津市江天化工有限公司。

1.2 實驗方法

挑選后的磨盤柿裝入PE袋中,每箱10 kg,1-MCP處理組在PE袋內放入1袋1-MCP便攜包(濃度為1.0 μL/L)扎口存放[16-17],對照組果實不加入1-MCP便攜包。采收當天運至實驗室,從采收封箱開始計時,18 h后打開箱體,通風2 h進行如下處理。

將磨盤柿果實分為對照(CK)、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP四組,每組2.4 kg果實,分裝于保鮮箱內貯藏。CK組：柿果置于保鮮箱中,于冰溫(-0.5±0.3)℃,相對濕度80%～90%的條件下貯藏；mMAP組：柿果置于保鮮箱中,保鮮箱貼上氣調元件,于冰溫(-0.5±0.3)℃,相對濕度80%～90%的條件下貯藏；1-MCP組：將1-MCP處理的柿果置于保鮮箱中,于冰溫(-0.5±0.3)℃,相對濕度80%～90%的條件下貯藏；mMAP+1-MCP組：將1-MCP處理的柿果置于保鮮箱中,在保鮮箱表面貼上氣調元件,于冰溫(-0.5±0.3)℃,相對濕度80%～90%的條件下貯藏。隔15 d測定1次指標,每個處理設置3次重復。

1.3 測定指標及方法

箱體內氣體含量：使用便攜式氣體測定儀每隔15 d測量氣調箱內的頂空氣體含量；果皮強度：使用質構儀測定，每個處理取6個果實，分別在胴部對立面測2個點，取平均值。測定參數：探頭型號P/2；直徑2 mm；測試速度2.00mm/s；測定深度6 mm；最小感知力25 g。色澤：使用色差儀測定L*、a*值；可溶性單寧含量：采用Folin-Denis法測定[18]；可溶性固形物含量：使用便攜式手持折光儀測定；可滴定酸含量：采用自動電位滴定的方法測定[19]；VC含量：采用鉬藍比色法測定[20]；總酚含量：采用Folin-Ciocalteu法測定[21]；相對電導率：使用電導儀測定；丙二醛含量：采用硫代巴比妥酸法測定[22]；呼吸強度：采用靜置法測定[23]；乙烯生成速率：使用便攜式乙烯分析儀測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2010對數據進行統計分析與作圖；SPSS 19.0進行綜合評分；DPS軟件對所測平均值最小顯著性差異法進行顯著性分析(P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著)；SIMCA軟件進行主成分分析和正交偏最小二乘判別分析(orthogonality partial least squares discrimination analysis，OPLS-DA),檢驗其相關性。

2 結果與分析

2.1 mMAP+1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間箱體氣體成分含量的影響

果實所處環境的氣體成分含量是影響其成熟軟化的主要原因之一。由圖1-a可知,隨著貯藏時間的延長,磨盤柿果實所處環境中的O2含量逐漸減少,其中mMAPmMAP+1-MCP。表明mMAP+1-MCP可抑制果實生理代謝,進而減少柿果實的生命活動,從而抑制了箱體內CO2含量的升高,O2含量的減低。

圖1 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間箱體氣體成分的影響Fig.1 Effect of mMAP combined with 1-MCP on the gas composition of Mopan persimmon during storage

2.2 mMAP+1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間色澤和硬度的影響

L*表示黑白或者亮暗,由大到小表示顏色由亮向暗的漸變[24]。4種經過不同處理后果實60 d的色澤見表1。4個處理的磨盤柿L*值呈現逐漸降低的趨勢,不同處理間磨盤柿L*值差異較小,相對CK組,各處理組均可較好地維持磨盤柿色澤。在整個貯藏期間,CK組L*最低,可能是CK組柿果所處環境的O2濃度較高,適宜果實表面微生物和致病菌的生長,且生理代謝較旺盛,導致果實衰老加速,黑色素沉積,顏色變暗,處理組具有隔絕O2的效果,所以顏色較亮。a*值由正向負分別表示顏色由紅向綠漸變,在貯藏整個周期,不同處理之間的a*差異較小,其中CK>mMAP>1-MCP>mMAP+1-MCP?？赡苁且驗殡S著貯藏時間的延長,果實的成熟度存在差異,成熟度低的柿果中葉綠素含量高,而成熟度高的柿果類胡蘿卜素含量較高,從而使柿果表面存在色澤區別。

表1 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間色澤和硬度的影響Table 1 Effects of mMAP combined with 1-MCP on color and hardness of Mopan persimmon during freezing point storage

果皮強度能夠直觀反映出柿果實果皮受到外力時的耐受程度。如表1所示,在冰溫的貯藏條件下,不同處理的磨盤柿果皮強度隨著貯藏時間的延長逐漸降低,其中1-MCP和mMAP+1-MCP可較好地維持果皮強度,mMAP+1-MCP效果最好。mMAP+1-MCP通過維持果實較強的硬度,進而延緩軟化衰老,從而達到保鮮的效果,維持果實較好的品質。

2.3 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間營養品質的影響

磨盤柿是單寧含量最高的水果,單寧不但是產生澀味的主要成分,其含量的變化還顯示了柿果的貯藏特性[24-25]。由圖2-a可知,貯藏過程中,果實的可溶性單寧含量呈現逐漸降低趨勢,果實的澀味逐漸降低,隨著時間的延長,可達到緩慢脫澀的效果。在整個貯藏期間,處理組的單寧含量始終高于對照組。

a-可溶性單寧;b-VC;c-可溶性固形物;d-可滴定酸圖2 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間營養品質的影響Fig.2 Effects of mMAP combined with 1-MCP on nutritional quality of Mopan persimmon during freezing point storage

磨盤柿幼果含有大量VC,隨著柿果的成熟,VC含量逐漸下降[25]。由圖2-b可知,在mMAP結合1-MCP的條件下,磨盤柿的VC含量隨著貯藏時間的延長逐漸降低。貯藏時間為60 d時,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP組的VC分別降低了40.624、30.447、30.447、24.608 mg/100 g。在整個貯藏周期中,可看出mMAP 與1-MCP處理差異較小,mMAP+1-MCP處理的磨盤柿VC含量最高,該處理可較好的維持果實VC含量。

可溶性固形物(total soluble solid,TSS)是評價果實品質的重要指標之一,它由大量的水溶性營養物質組成,成分較復雜。由圖2-c可看出,在整個貯藏時間,各處理組果實的可溶性固形物含量呈現逐漸升高的趨勢,可能是隨著果實成熟,原果膠水解為可溶性果膠，淀粉水解為糖,可溶性固形物含量增多。mMAP+1-MCP處理組可溶性固形物較低,說明該處理對磨盤柿具有較好的保鮮效果,可較好地維持果實品質。

磨盤柿含酸量雖少,但它是影響果實風味品質的重要指標[24]。由圖2-d可看出,各處理組結合冰溫貯藏對磨盤柿的可滴定酸含量影響較小,在整個貯藏周期中呈現較小的降低趨勢。當貯藏時間在0 d時,果實的可滴定酸含量最高,貯藏60 d時最低,各處理組可滴定酸含量排序為mMAP+1-MCP>mMAP>1-MCP>CK。可能是隨著貯藏時間的延長,果實成熟,生理代謝增強,有機酸作為代謝底物被逐漸消耗。

2.4 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間生理指標的影響

2.4.1 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間丙二醛和相對電導率的影響

丙二醛含量是評價果實衰老的重要指標之一,也是膜脂過氧化作用的主要產物之一,其含量的增加,是膜脂過氧化加強,膜受傷而加劇衰老的表現,其含量可反映細胞膜脂過氧化的程度[25]。由圖3-a可知,隨著貯藏時間的延長,磨盤柿的丙二醛含量呈現上升的趨勢,可明顯看出,3種處理組的丙二醛含量明顯低于CK組。當貯藏60 d時,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP結合冰溫組的丙二醛含量均達到最大值,分別為4.466、3.828、3.874、3.565 mmol/g。

圖3 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間丙二醛含量(a)和相對電導率(b)的影響Fig.3 Effects of MAP combined with 1-MCP on MDA content (a) and relative conductivity (b) of Mopan persimmon during freezing point storage

膜在植物組織的新陳代謝過程中具有重要作用,細胞膜透性的高低可以反映細胞膜的完整程度和穩定性,在一定程度上也反映了細胞受傷害的程度[25]。相對電導率是反映組織細胞膜透性的重要指標,細胞膜相對電導率越高,說明細胞膜透性越大,膜受傷的程度也越大。由圖3-b可看出,隨著貯藏時間的延長,磨盤柿相對電導率逐漸升高,當貯藏時間為60 d時,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP結合冰溫貯藏的磨盤柿相對電導率分別為43.582%、37.655%、35.883%、35.216%,說明mMAP+1-MCP可維持果實較好的細胞膜完整程度。

2.4.2 mMAP+1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間呼吸強度和乙烯生成速率的影響

果實的呼吸強度也是影響果實成熟軟化的重要指標之一。由圖4-a可知,4個處理的磨盤柿果實呼吸強度呈先升高后降低的變化趨勢,當貯藏45 d時,CK、mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP處理的呼吸強度達到最大值?？擅黠@看出,在整個貯藏過程中,CK組的呼吸強度始終高于處理組,說明mMAP、1-MCP、mMAP+1-MCP均可抑制磨盤柿呼吸強度,進一步延緩果實的衰老成熟。

圖4 mMAP結合1-MCP對磨盤柿冰溫貯藏期間呼吸強度(a)和乙烯生成速率(b)的影響Fig.4 Effects of mMAP combined with 1-MCP on respiration rate (a) and ethylene production rate of (b) Mopan persimmon during freezing point storage

由圖4-b可看出,隨著貯藏時間的延長,磨盤柿果實的乙烯生成速率呈現先升高后降低的變化趨勢,在貯藏時間為45 d時達到最大值。其中CK>1-MCP>mMAP>mMAP+1-MCP,說明mMAP+1-MCP結合冰溫可較好地抑制果實的乙烯生成速率。乙烯是一種可以促進果實成熟的植物激素,mMAP+1-MCP結合冰溫通過抑制果實的乙烯生成速率,從而降低乙烯的含量,延緩果實的成熟軟化進程,最終達到保鮮的效果。

2.5 主成分分析法綜合評價磨盤柿品質

利用磨盤柿不同貯藏期測定的L*、a*、VC含量、可滴定酸含量、可溶性固形物含量、可溶性單寧含量、果皮強度、丙二醛含量、相對電導率、呼吸強度、乙烯生成速率作為不同緯度作主成分分析,自動擬合成2個主成分,如表2所示。

表2 主成分特征值及貢獻率Table 2 Eigenvalues and contribution rate of principal components

由表2可以看出,用主成分分析法可以提取出2個主成分,包含的信息量占總信息量的96.017%,可以充分反映原始數據的主要信息。

根據主成分得分計算相關性綜合得分(F),計算公式為F=(F1×88.989+F2×7.119)/96.017,由此計算出貯藏期間4種處理方式與磨盤柿品質指標綜合相關性的相對程度。綜合得分越高,說明該種處理方式所得的磨盤柿品質越好,排名越高，反之則越低。在貯藏期間,綜合得分CK

表3 主成分得分表Table 3 Score table of principal components

2.6 基于多元化變量統計分析法研究mMAP+1-MCP結合冰溫對磨盤柿品質的影響

本文使用主成分分析、OPLS-DA,以更全面的方式分析柿果理化指標與處理方式的關系,以探索它們的相對變異性。

利用測得的磨盤柿L*、a*、TSS、VC、可滴定酸含量、可溶性單寧含量、丙二醛含量、相對電導率、乙烯生成速率、呼吸強度、果皮強度指標作為不同維度進行主成分分析,自動擬合出2個主成分。如圖5所示,第1主成分與第2主成分貢獻率分別為88.9%與7.12%,累計貢獻率96.02%,基本代表所有信息。每個貯藏時間,CK組與mMAP+1-MCP與其他處理組相隔較遠,差異極顯著,CK組與mMAP、1-MCP之間差異較顯著,mMAP和1-MCP差異較小。60 d時各處理對應載荷圖在第3象限,CK組、mMAP、1-MCP與磨盤柿丙二醛、相對電導率相關性較高。

A-CK;B-mMAP;C-1-MCP;D-mMAP+1-MCP圖5 主成分分析得分圖(a)與載荷圖(b)Fig.5 PCA score plot (a) and loading plot (b)

為體現磨盤柿不同處理間的具體差異指標,利用OPLS-DA 模型中 SUS-plot和變量投影重要度(variable importance in the projection，VIP)進行分析,根據VIP>1，mMAP+1-MCP組與其他3組的差異指標為VC、呼吸強度和相對電導率(圖6)。VC為特征指標,主要原因可能是CK組果實在貯藏中期已經進入衰老期,而經處理的果實還未進入衰老的狀態,因此 VC含量較高,使CK組與其他3種處理組分開。呼吸強度為特征指標的主要原因可能是果實逐漸成熟衰老,出現乙烯躍變峰等現象,導致不同處理組區分開來。相對電導率為特征指標的主要原因可能是隨著果實的衰老軟化,組織細胞膜透性增大,細胞膜相對電導率增高。

1-VC;2-呼吸強度;3-相對導電率;4-L*;5-a*;6-乙烯生產速率;7-丙二醛;8-可滴定酸;9-TSS;10-果皮強度;11-可溶性單寧圖6 SUS-plot圖(a)和VIP 圖(b)Fig.6 SUS-plot (a) and VIP graph (b)

3 結論與討論

本文采用mMAP+1-MCP結合冰溫貯藏磨盤柿,研究貯藏期品質的變化。研究表明,與對照和其他2種處理相比,mMAP+1-MCP處理可較好地維持果實原有色澤,減緩果皮強度的下降、延緩果實貯藏期間VC含量、總酚含量、可溶性單寧含量的降低,減緩箱體O2消耗,降低果實呼吸強度和乙烯生成速率,抑制果實相對電導率、丙二醛含量、箱體內CO2上升。原因可能是微環境氣調營造了一個適宜磨盤柿貯藏的環境,以及1-MCP阻止乙烯與受體的結合,阻礙乙烯引起的成熟反應過程,延緩果實的成熟和衰老。SPSS綜合評分顯示,mMAP+1-MCP處理組綜合得分最高,果實的品質最佳。主成分分析顯示,貯藏60 d,用主成分分析法可以提取出2個主成分，包含的信息占總信息量的96.02%,mMAP+1-MCP處理方式與丙二醛含量、相對電導率的相關性較低。通過SUS-plot 圖和VIP值具體分析可得,磨盤柿mMAP+1-MCP與其他3組的差異指標為VC、呼吸強度和相對電導率。說明mMAP+1-MCP結合冰溫貯藏磨盤柿可較好地維持果實品質。

在整個貯藏期間,與對照相比,1-MCP、mMAP和mMAP+1-MCP處理均可較好地維持磨盤柿原有感官品質和營養品質,降低果實呼吸強度和乙烯生成速率,對果實的軟化衰老具有延緩的作用,其中處理mMAP+1-MCP效果最佳,優于1-MCP和mMAP。