泡沫箱包裝的逐漸降溫功能對黃瓜冷害的抑制

代慧，何曉梅，段志蓉，吳姍鴻，張敏*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(西南大學, 食品貯藏與物流研究中心，重慶，400715)3(農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(重慶)，重慶，400715)

黃瓜果實脆甜清香，營養價值豐富，在我國的種植規模及產量均位居世界第一。但黃瓜在7～10 ℃的低溫環境下易發生冷害[1]，造成黃瓜在貯運中損失嚴重。在抑制冷害方面，目前常用的方式有植物生長調節劑、化學物質處理[2]、熱處理及控制貯運溫度等。前兩者的處理方式雖效果顯著，但消費者甚至商家由于不具備專業知識，即使是安全的處理技術，也因無法確信其是否安全而影響其推廣使用；熱處理則由于影響因素較多效果難控制，且處理時間長效率較低[3]；控溫車貯運成本過高，實際應用困難。

包裝是產品流通的必備材料，如果能拓展其功能，成為一種控制農產品冷害的方法，實現在不增加成本的情況下，一物多能，不失為一種很有意義的方式。農產品在采摘后進入冷庫貯藏前，為避免發生因溫度下降太快而導致的冷害現象，會采用逐漸降溫的方式，使產品適應溫度變化后，再進入最終目標溫度下貯藏。有研究表明李果[4]、獼猴桃[5]、哈密瓜[6]等果實通過恰當的降溫處理能夠明顯減輕其冷害癥狀，使果蔬保持長期的貯藏品質。根據這一原理，利用泡沫箱材料的溫度低傳導性，用其包裝農產品后，直接放入目標溫度環境，泡沫箱內的溫度可緩慢降至冷庫溫度，實現逐漸降溫的效果，避免了冷庫調溫或準備多個冷庫進行梯度降溫的成本增加及效率降低等問題。此外，“膜脂相變”是冷害機制研究中最被認可的一種機制，其理論認為，在低溫下細胞膜脂會由液晶態轉變為凝膠態，導致細胞膜的膜相發生分離，進而細胞膜滲透性增大，細胞內的可溶性物質和電解質滲漏加劇，最終造成冷害的產生[7]。但目前有關泡沫包裝箱對果蔬冷害作用的研究文獻較少。本試驗研究了薄膜包裝、泡沫箱包裝、薄膜泡沫箱復合包裝3種不同包裝方式對黃瓜冷害的抑制作用，為黃瓜高效低成本貯運提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

表面完好無損、無病蟲害的長黃瓜，購于天生農貿市場;原生態3號EPS(可發性聚苯乙烯)包裝箱泡沫箱，其外尺寸：41.5 cm×31 cm×20 cm，內尺寸：36.5 cm×26 cm×15.5 cm，壁厚：2.4 cm,購于成都泡沫箱工廠店;食品用妙潔PE保鮮膜,購于天生街道永輝超市;化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

RXZ-8000智能人工氣候箱，寧波東南儀器有限公司；UV-2450PC紫外可見分光光度計，日本島津公司；DDS-307A電導率儀，上海雷磁公司；GY-4數顯式果實硬度計，浙江樂清艾德堡儀器有限公司；GSP-6溫濕度記錄儀，江蘇省精創電氣股份有限公司；DHG-9245A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品準備

將長黃瓜的表面附著物及泥土清理干凈后備用。本試驗黃瓜隨機分為4個組，分別進行以下4組處理：(1)對照(CK)組：無包裝；(2)A組：聚乙烯(polyethene,PE)薄膜組，用PE薄膜將黃瓜包裹3層；(3)B組：泡沫箱組，將黃瓜置于泡沫箱內，做好密封；(4)C組：PE薄膜泡沫箱復合組，將黃瓜用薄膜包裹3層后放入泡沫箱中密封。每組每箱2 000 g左右，每個處理設置3個重復。將各組包裝好的黃瓜置于人工氣候箱內，箱中環境設置為4 ℃、相對濕度(relative humidity，RH)85%～95%，在該條件下貯藏6 d，每天隨機取樣1次，測定各項指標。

1.3.2 指標檢測

1.3.2.1 中心溫度

參考程曦[8]的方法進行測定，并稍作修改。用溫濕度計測定。將探頭插入黃瓜中間位置，保證探頭在各個黃瓜內位置一致，每1 h記錄1次讀數，讀數穩定后記錄測量結果即為黃瓜中心溫度。

1.3.2.2 冷害指數

參考艾文婷等[9]的方法進行測定，黃瓜冷害癥狀一般表現為：表面凹陷或出現水漬斑、褐色斑，果柄一端開始腐爛等。將黃瓜的冷害程度分為4級：1級—冷害面積≤25%；2級—冷害面積25%～50%；3級—冷害面積50%～75%；4級—冷害面積≥75%。冷害指數計算見公式(1)：

(1)

1.3.2.3 呼吸強度

參考曹建康等[10]的靜置法進行測定。將1 kg左右的黃瓜果實置于干燥器中，底部放入盛有10 mL 0.4 mol/L NaOH的培養皿，封蓋密閉1 h后取出培養皿，用0.2 mol/L的草酸溶液進行滴定，根據滴定結果計算黃瓜的呼吸強度，單位以mg CO2/(kg·h)表示。

1.3.2.4 失重率

采用稱重法測定，失重率計算如公式(2)所示：

(2)

1.3.2.5 硬度

使用艾德堡GY-4硬度計進行黃瓜硬度的測定，選用的探頭直徑為11 mm。將黃瓜削去果皮后，在黃瓜的瓜頭、瓜身、瓜尾3個部位各隨機取3個點進行測定[11]。測定時探頭垂直于待測黃瓜表面，勻速將壓頭壓入果實內10 mm，讀取電子屏幕示數，即黃瓜的硬度值單位以N表示。計算平均值及標準差。

1.3.2.6 相對電導率

參照曹建康等[10]的方法并稍作修改，先用直徑4 mm的打孔器在厚度為5 mm的黃瓜切片橫截面上打取圓塊，稱取3.0 g圓塊置于100 mL的燒杯中并加入40 mL蒸餾水進行浸泡，1 h后測定浸泡液中的電導率(γ1)。然后在燒杯上覆蓋雙層保鮮膜后沸水浴15 min，取出冷卻至室溫后再次測定其電導率(γ0)，根據煮沸前后的電導率計算得出相對電導率(γe)，計算見公式(3):

(3)

1.3.2.7 丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量

采用硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)法[10]進行測定。稱取1.0 g黃瓜鮮樣放于經預冷后的研缽中，其中加入4.0 mL 100 g/L 三氯乙酸溶液，冰浴條件下研磨成勻漿，并于4 ℃、10 000 r/min離心20 min，收集上清液備用。取2.0 mL上清液并向其中加入2.0 mL 6.7 g/L TBA溶液，在沸水浴中處理20 min，取出冷卻后再離心1次，分別測定樣品在450、532、600 nm處的吸光度。每克黃瓜鮮樣中的MDA含量用nmol/g表示。

1.3.2.9 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性

參照曹建康等[10]的方法并稍作修改，稱取2.0 g黃瓜鮮樣于經預冷后的研缽中，向其中加入3.0 mL提取緩沖液，冰浴研磨成勻漿后于4 ℃、12 000 r/min離心30 min，收集上清液低溫保存。利用氮藍四唑(nitro-blue tetrazolium，NBT)還原法來測定SOD活性，以每克黃瓜鮮樣在560 nm處每分鐘對NBT光化還原抑制達50%為1個SOD活性單位(U)。

1.3.2.10 過氧化氫酶(catalase，CAT)活性

參照曹建康等[10]的方法，并稍作修改。稱取1.0 g黃瓜鮮樣于經預冷后的研缽中，向其中加入4.0 mL提取緩沖液，冰浴研磨成漿后于4 ℃、12 000 r/min離心30 min，收集上清液低溫保存。往試管中加入100 μL酶液和2.9 mL 0.02 mol/L H2O2溶液，以蒸餾水作參比，測定反應液在240 nm處的吸光度值，以每克黃瓜樣品每分鐘吸光度變化0.01為1個CAT酶活性單位，表示為0.01ΔOD240/(min·g)。

1.3.2.11 過氧化物酶(peroxidase，POD)活性

參考許婷婷等[13]的方法并稍作修改。稱取2.0 g黃瓜鮮樣于經預冷后的研缽中，向其中加入4.0 mL提取緩沖液，冰浴研磨成勻漿后于4 ℃、12 000 r/min離心30 min，收集上清液低溫保存。向試管中加入3.0 mL 25 mmol/L愈創木酚溶液及500 μL酶提取液，加入200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液后啟動反應。記錄反應在470 nm處的吸光度變化，以每克黃瓜鮮樣每分鐘吸光度變化1為1個POD活性單位，表示為ΔOD470/(min·g)。

1.3.2.12 游離脯氨酸含量

參考ZENG等[14]的方法并稍作修改。稱取2.0 g黃瓜鮮樣于經預冷后的研缽中，向其中加4 mL 30 g/L磺基水楊酸，冰浴研磨成勻漿后在沸水浴下提取10 min，冷卻后于4 ℃、10 000 r/min離心20 min，收取上清液備用。吸取2.0 mL上清液于試管中，向其中加入2.0 mL冰醋酸和3.0 mL酸性茚三酮溶液后沸水浴提取30 min，冷卻后加入4.0 mL甲苯并搖勻振蕩 30 s，待靜置分層后于520 nm下測定上清液吸光度，根據標準曲線查詢計算游離脯氨酸含量，單位為μg/g。

1.4 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2016對試驗數據進行整理計算，使用SPSS 18.0單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多重比較分析對各項指標進行顯著性分析，P<0.05表示有顯著性差異，P<0.01表示有極顯著性差異，P>0.05表示差異不顯著；用Origin 8.6對數據結果進行作圖。

2 結果與分析

2.1 中心溫度

如圖1所示，各組的中心溫度隨著貯藏時間的延長均在逐漸下降，其中，CK組下降速度最快，在第10小時溫度降為2.2 ℃；A組溫度下降速度較CK組慢，在第14 h溫度降為2.4 ℃；而B、C組溫度下降較平緩，在第36 h溫度分別降為4.2和4.3 ℃，2組間差異不大，并且經包裝后的黃瓜最終中心溫度稍高于未包裝的CK組。表明包裝處理可以延緩箱內黃瓜中心溫度的變化，其中泡沫箱保溫效果最好，這與折彎彎等[15]的研究結果一致。而薄膜包裝雖然對溫度下降有延緩作用，但溫度控制能力較弱。

圖1 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下中心溫度的影響Fig.1 Effect of different packaging materials on the central temperature of cucumbers under low temperature storage

2.2 冷害指數

冷害指數是果實內部一系列冷害相關生理生化反應的綜合體現，可以較為直觀地判斷果實冷害發生的程度[9]。如圖2所示，在低溫貯藏環境下，CK、A組在第3天就發生了輕微的冷害癥狀，并且隨著貯藏時間的延長，2組的冷害程度逐漸加深，到貯藏第6天，CK組的冷害指數達到了0.35，A組冷害指數也達到了0.15。而B、C組則在整個貯藏期間均未出現冷害癥狀。原因可能是B、C組由于泡沫箱的保溫作用，箱內溫度下降緩慢，并且在緩慢降溫期間2組對低溫有了一定的抵抗能力，即完成了冷馴化。而A組雖然對于冷害有一定的抑制作用，但效果并不理想，可能是因為薄膜包裝對減緩溫度下降的效果不明顯。因此，B、C組對于抑制冷害具有顯著作用，說明泡沫箱包裝可以明顯抑制冷害癥狀的出現。

圖2 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下冷害指數的影響Fig.2 Effect of different packaging materials on cold injury index of cucumber under low temperature storage

2.3 呼吸強度

LYONS[7]指出，當果蔬受到冷害后，呼吸會異常升高，并且隨著冷害的發展，其呼吸強度又會出現顯著的下降，這是其不可逆生理傷害的開始。如圖3所示，由于在貯藏第3天前各組中心溫度逐漸降低，且冷害癥狀尚未出現，各組呼吸強度隨時間延長均在降低，并且CK、A組由于中心溫度下降更快而呼吸強度略低于B、C組。而由于CK、A組在貯藏后期發生冷害，因此第3天后呼吸強度急劇上升，第4天到達最高峰26.41 mg CO2/(kg·h)；A組較CK組上升較慢，在第5天到呼吸最高峰22.72 mg CO2/(kg·h)；而B、C兩組在第3天后呼吸強度繼續降低并逐漸趨于平緩，與CK、A組差異極顯著(P<0.01)，但2組間差異并不顯著(P>0.05)，可能是由于2組并未發生冷害癥狀，使得2組泡沫箱箱內黃瓜呼吸受到抑制。因此，泡沫箱包裝能夠明顯抑制黃瓜呼吸強度的急速上升，保持黃瓜品質。這與李躍紅等[16]的研究結論一致。

圖3 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下呼吸強度的影響Fig.3 Effects of different packaging materials on the respiration intensity of cucumber under low temperature storage

2.4 失重率

采后果蔬的生命活動仍然在繼續，并且隨著蒸騰作用及呼吸作用的進行，果蔬中的水分及營養物質也會隨之消耗，從而造成果蔬的重量損失[17]。如圖4所示，各組黃瓜失重率隨貯藏時間的延長而增大，其中CK組失重率上升最快，從第1天起就與其他各組就形成了極顯著差異(P<0.01)，至第6天時CK組失重率達到8.88%；A組失重率上升幅度較CK組明顯減弱，但第3天后與B、C組有顯著差異(P<0.05)，至貯存期結束失重率達到1.14%；而B、C組失重率增加最為緩慢，且2組差異不顯著(P>0.05)，至貯藏期結束失重率僅分別為0.12%和0.058%。表明包裝可以明顯抑制失重率的上升，減少了黃瓜重量的損失，這與TEKALE等[18]的研究結論一致。原因可能是包裝降低了黃瓜呼吸速率的上升，減弱了蒸騰作用，而且泡沫箱包裝和泡沫箱薄膜復合包裝效果最好。

圖4 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下失重率的影響Fig.4 Effect of different packaging materials on weight loss rate of cucumber under low temperature storage

2.5 硬度

果蔬的硬度與細胞壁中纖維素、果膠和半纖維素形成的交聯結構緊密相關，在低溫脅迫下，細胞壁結構會發生降解[19]，進而果蔬硬度就會下降。如圖5所示，各組黃瓜隨貯藏時間的延長硬度逐漸降低。在第2天開始，CK組與其他組差異顯著(P<0.05)，并且在第5天后差異極顯著(P<0.01)，至貯藏期結束硬度降為初始值的73%。其原因可能是CK組失重率的持續增大及后期呼吸速率的急劇上升，使得黃瓜內水分及干物質迅速被消耗[17]，并且冷害產生后細胞壁結構發生降解，導致硬度下降；A、B、C 3組硬度降低速度較CK組明顯減弱，但A組仍下降較快，貯藏期結束時硬度降為初始值的87%；而B、C組至貯藏結束硬度仍保持在初始硬度的90%以上。綜合而言，泡沫箱包裝組和泡沫箱薄膜復合包裝組硬度下降最慢，對硬度的保持最好，延緩了黃瓜的軟化。

圖5 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下硬度的影響Fig.5 Effect of different packaging materials on the hardness of cucumber under low temperature storage

2.6 相對電導率

在低溫逆境時，植物膜透性會增加，導致電解質大量外滲[20]，因此，相對電導率可直接反映出細胞膜透性的改變以及細胞被破壞情況。如圖6所示，各組相對電導率隨貯藏時間的延長而增大，其中CK組上升速度最快，至貯藏結束相對電導率達到57.55%，并且在貯藏期間與B、C組差異極顯著(P<0.01)；A組較CK組相對電導率相對較小，貯藏結束達到47.68%，并且在第2天～第5天與B、C組差異顯著(P<0.05)；B、C組相對電導率增加幅度最小，在貯藏結束時數值分別為40.71%、41.46%，且2組差異不顯著(P>0.05)。綜合而言，包裝能夠明顯降低細胞電解質的泄露，保護細胞不被破壞[21]，其中，泡沫箱包裝組和泡沫箱薄膜復合包裝組保護效果最佳。

圖6 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下相對電導率的影響Fig.6 Effect of different packaging materials on the relative conductivity of cucumber under low temperature storage

2.7 MDA含量

MDA是膜脂過氧化作用的主要產物之一，通常將其含量作為脂脂過氧化指標，反應細胞膜脂過氧化的程度[10,22]。如圖7所示，各組在低溫環境下MDA含量隨貯藏時間的延長而增大，并且CK組上升最快，至貯藏期結束MDA含量達到2.06 nmol/g；A組MDA含量上升較CK組慢，至貯藏期結束含量也達到了1.87 nmol/g，并且貯藏期間與CK組差異顯著(P<0.05)；B、C則至貯藏期結束MDA含量分別僅為1.20、1.35 nmol/g，與CK組差異極顯著(P<0.01)。結果表明包裝可以顯著降低MDA含量，降低細胞膜脂過氧化的程度，其中，泡沫箱包裝組和泡沫箱薄膜復合包裝組效果最好。

圖7 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下MDA的影響Fig.7 Effect of different packaging materials on cucumber MDA under low temperature storage

圖8 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下的影響Fig.8 Effects of different packaging materials on under low temperature storage of cucumber

2.9 SOD活性

圖9 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下SOD活性的影響Fig.9 Effect of different packaging materials on SOD of cucumber under low temperature storage

2.10 CAT活性

圖10 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下CAT活性的影響Fig.10 Effect of different packaging materials on CAT of cucumber under low temperature storage

2.11 POD活性

POD是通過催化一些底物與H2O2發生氧化還原反應，在底物被氧化的同時H2O2也被分解[28]，與SOD、CAT等酶可以相互協調，及時清除植物體內過多的活性氧和自由基。如圖11所示，各組POD活性隨貯藏時間的延長整體呈現先上升后下降的趨勢，其中B、C組活性始終高于CK、A組，除第2天外差異顯著(P<0.05)，且第3天起2組與CK組差異極顯著(P<0.01)。在第1天時B、C組的POD活性上升，可能是由于2組黃瓜中心溫度較高，呼吸強度也較強，而后黃瓜中心溫度降低使得POD活性下降。第2天后各組活性逐漸上升，并在先后到達高峰后開始下降，其中B、C組無顯著差異(P>0.05)且下降速度明顯低于CK、A組。表明包裝可以明顯提升POD活性并延緩貯藏后期的下降，維持黃瓜內較高的POD活性，與CAT、SOD協同清除黃瓜內自由基，保持黃瓜免受冷害，并且B、C組效果最佳。

圖11 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下POD活性的影響Fig.11 Effect of different packaging materials on POD of cucumber under low temperature storage

2.12 游離脯氨酸含量

植物脯氨酸的積累同其對逆境的耐受能力呈正相關[29]。當植物面對低溫等非生物脅迫時，會使脯氨酸大量合成和積累[30]。如圖12所示，在第1天時，各組游離脯氨酸的含量都會出現上升現象，并且由于CK組溫度下降最快而使得游離脯氨酸含量上升最高，達到42.22 μg/g，與其他組差異顯著(P<0.05)；從第2天起，各組游離脯氨酸含量呈現先上升后下降的趨勢，這與殷建東[19]的研究結果一致。在貯藏前期，各組游離脯氨酸含量持續升高，在第4天到達高峰，之后開始逐漸下降，包裝可以促進貯藏期間游離脯氨酸的合成和積累，各組間差異顯著(P<0.05)，并且B、C組與CK組差異極顯著(P<0.01)。說明包裝處理可有效促進黃瓜游離脯氨酸的合成與積累，并能抑制其在冷藏后期的降解，其中，泡沫箱包裝和泡沫箱薄膜復合包裝組效果最好。

圖12 不同包裝材料對黃瓜低溫貯藏下游離脯氨酸含量的影響Fig.12 Effect of different packaging materials on free proline in cucumber under low temperature storage

3 結論

本實驗探究了泡沫箱對抑制黃瓜冷害的影響，結果表明,所有包裝處理都能夠延緩箱內黃瓜中心溫度的變化，減弱其蒸騰作用和呼吸速率，抑制失重率增大和硬度下降。但薄膜包裝對溫度控制能力較弱，導致黃瓜在后期遭受低溫脅迫，呼吸速率升高又下降。泡沫箱組和泡沫薄膜復合組都能更好地抑制黃瓜相對電導率及MDA含量增加，說明泡沫箱作為隔熱材料能使產品實現逐漸降溫的作用，增強黃瓜抗冷性，減少瞬間低溫對細胞膜的傷害，降低細胞膜脂過氧化程度及細胞電解質的泄露[31]，保護了細胞，使其細胞膜脂不會由液晶態轉變為凝膠態，避免了細胞膜膜相發生分離[7]，以及膜和膜相關蛋白功能的下降[32]，達到抑制冷害發生的目的。

綜上所述，泡沫箱的隔熱作用，使箱內溫度下降緩慢，黃瓜對低溫有了一定的抵抗能力，完成了黃瓜的冷馴化，從而抑制了冷害癥狀的產生，所以泡沫箱組和泡沫薄膜復合組都能更好地抑制黃瓜冷害，具有良好的保鮮效果，其中泡沫箱的性價比更高，可優先考慮采用。泡沫箱是一般情況下產品流通的必需品，本研究表明，只要使用得當，完全可以在不增加成本的情況下，增加防止冷害的功能，更好地保持易冷害果蔬流通時的品質。