真空預(yù)冷結(jié)合氮?dú)馓幚韺?duì)新疆小白杏采后品質(zhì)的影響

田全明,王曼,魏佳,張政,吳斌*,張健

1(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆 烏魯木齊,830052) 2(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院,新疆 烏魯木齊,830052) 3(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所,新疆 烏魯木齊,830091)

新疆杏品種資源豐富,2019年全區(qū)杏種植面積為10.9萬(wàn)hm2,產(chǎn)量84.38萬(wàn)t[1]。小白杏是南疆地區(qū)主栽品種之一,因其酸甜可口、顏色鮮亮等特點(diǎn),深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)。小白杏是典型的呼吸躍變型果實(shí),采收期短,且果實(shí)采后會(huì)在短期內(nèi)迅速出現(xiàn)后熟現(xiàn)象,嚴(yán)重影響物流運(yùn)輸過(guò)程中的商品價(jià)值[2]。為提高小白杏的物流品質(zhì),亟需尋找一種新型有效的保鮮方式以防控小白杏果實(shí)在貯運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的果實(shí)軟化和腐爛等問(wèn)題。

真空預(yù)冷是國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的果蔬預(yù)冷技術(shù)之一,其冷卻時(shí)間短,能夠快速去除采后杏果實(shí)中的田間熱,進(jìn)而提升鮮杏采后的貯藏品質(zhì)[3]。研究發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷可以顯著延緩澳洲芒果果實(shí)的軟化,抑制呼吸作用,減少營(yíng)養(yǎng)成分流失[4]。劉芬等[5]通過(guò)測(cè)定呼吸強(qiáng)度、乙烯釋放量、腐爛率和可溶性固形物等指標(biāo),發(fā)現(xiàn)真空預(yù)冷處理具有延緩杏果實(shí)衰老的作用。

N2熏蒸是一種氣體熏蒸保鮮方式,現(xiàn)已有大量關(guān)于其在新鮮果蔬采后貯藏領(lǐng)域的研究。當(dāng)N2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到86.6%時(shí),N2熏蒸對(duì)白玉菇有很好保鮮效果,可使保鮮時(shí)間延長(zhǎng)5 d以上[6]。侯玉茹等[7]發(fā)現(xiàn)使用90%～95%的N2處理草莓,可減少貯藏過(guò)程中草莓果實(shí)病害的發(fā)生,保持果實(shí)硬度,延緩維生素C、總酚含量的下降以及花青素的積累,從而延長(zhǎng)了草莓的貯藏時(shí)間。真空預(yù)冷和N2處理雖然能延緩一些新鮮果蔬的成熟衰老進(jìn)程,改善貯藏品質(zhì),但其在延緩杏果實(shí)軟化和腐爛等問(wèn)題上的研究不夠深入。本研究擬采用真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸對(duì)小白杏進(jìn)行采后處理,研究其對(duì)杏果實(shí)采后品質(zhì)及細(xì)胞壁相關(guān)酶活性的影響,為真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸方式在杏果實(shí)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠熟期小白杏(可溶性固形物≥12.18%)于2020年5月采自新疆庫(kù)車縣小白杏種植基地。挑選無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)機(jī)械損傷,且大小、顏色、外觀一致的小白杏,利用真空預(yù)冷機(jī)將果心溫度預(yù)冷至4 ℃ 備用。

2,6-二氯酚靛酚、草酸、抗壞血酸、NaHCO3、三氯乙酸、NaOH、多聚半乳糖醛酸,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;乙醇、葡萄糖、檸檬酸、檸檬酸鈉、果膠、硫酸、羧甲基纖維素,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GY-4型數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì),艾德堡儀器有限公司;PAL-1型數(shù)顯糖度計(jì),日本Atago公司;P902型電導(dǎo)率儀,上海佑科儀器儀表有限公司;UV-2600型紫外分光光度計(jì),日本島津公司;A11型研磨機(jī),廣州IKA實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司;激光打孔機(jī),日本HITACHI公司;GD1913型氣調(diào)包裝機(jī),廣州行遠(yuǎn)包裝機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

將氣調(diào)包裝機(jī)的氣調(diào)比例調(diào)到100% N2,通過(guò) O2和 CO2檢測(cè)器測(cè)量確定保鮮盒中的O2濃度≤0.05%(體積分?jǐn)?shù))。將預(yù)冷后的果實(shí)放入保鮮盒中(每盒 20個(gè))進(jìn)行氣調(diào)包裝。用激光打孔機(jī)分別于2、4、6 h后打孔,貯于10 ℃恒溫箱中,每隔3 d測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)。杏果實(shí)用液氮凍樣后,放入-40 ℃冰箱貯存。真空預(yù)冷4 ℃、真空預(yù)冷4 ℃結(jié)合N2熏蒸 2、4、6 h 分別表示為CK、N2-2、N2-4和N2-6。

1.4 指標(biāo)測(cè)定方法

1.4.1 硬度的測(cè)定

參考曹建康等[8]的方法,每盒隨機(jī)選擇15個(gè)杏果,圍繞果實(shí)的赤道部位,間隔等距離的3個(gè)位置,分別削去果皮(厚約1 mm),使用果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定各個(gè)位置果肉的硬度,重復(fù)3次。最終結(jié)果以平均值計(jì),單位為 N。

1.4.2 細(xì)胞膜透過(guò)性

采用電導(dǎo)率儀法[9],如公式(1)所示:

(1)

1.4.3 腐爛率的測(cè)定

腐爛率的測(cè)定如公式(2)所示:

(2)

1.4.4 原果膠、可溶性果膠及纖維素含量的測(cè)定

原果膠和可溶性果膠含量的測(cè)定參照YANG等[10]的方法,略有修改。取5 g冷凍組織于10.0 mL 95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇中研磨,8 000 r/min離心15 min,加入5.0 mL 80%(體積分?jǐn)?shù))乙醇洗滌沉淀物。恒溫水浴1 h后,收集上清液,稀釋至100 mL,作為原果膠提取物。傾去上清液,向沉淀物中添加0.5 mol/L H2SO4,沸水浴煮45 min,冷卻至室溫,8 000 r/min離心15 min,即為可溶性果膠。分別取1.0 mL 原果膠與可溶性果膠,并向試管中加入6.0 mL濃硫酸,煮沸10 min。待溶液冷卻至室溫后再加入0.2 mL 1.5 g/L咔唑試劑,混勻,于530 nm處測(cè)定吸光度。根據(jù)半乳糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算原果膠和可溶性果膠的含量并用%表示。

纖維素含量的測(cè)定參照Z(yǔ)HAO等[11]的方法。將原果膠和可溶性果膠提取后的沉淀物放入105 ℃烘箱中烘干后稱取質(zhì)量,至質(zhì)量恒定。損失的質(zhì)量即為纖維素含量。

1.4.5 酶液的提取

參照GE等[12]的方法,稍作修改。取5.0 g冷凍組織于10.0 mL 95%乙醇中研磨,8 000 r/min離心15 min,去除上清液,加入5.0 mL 80%乙醇洗滌沉淀物。用5.0 mL 50 mmol/L乙酸鹽緩沖液(pH 5.5,含1.8 mol/L NaCl)提取沉淀。4 ℃、12 000 r/min離心10 min,收集上清液,分析果膠甲酯酶(pectin methyl esterase,PME)、多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)、纖維素酶(cellulase,Cx)活性。

1.4.6 果膠甲酯酶活性的測(cè)定

參照PRESSEY等[13]的方法,稍作修改。將0.5 mL粗酶、0.5 mL 10 g/L果膠和1.0 mL 50 mmol/L醋酸緩沖液(pH 5.5)加入試管中,混勻后置于37 ℃恒溫水浴1 h,再加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)終止反應(yīng),煮沸5 min,迅速冷卻至室溫,記錄540 nm吸光度。酶活力通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)吸光度的變化來(lái)表示,1個(gè)PME酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內(nèi)變化0.1表示,PME酶活性表示為U/g。

1.4.7 多聚半乳糖醛酸酶活性的測(cè)定

PG活性測(cè)定參照GE等[14]的方法。向試管中加入0.50 mL粗酶,0.50 g/L半乳糖醛酸,37 ℃恒溫水浴1 h后,加入1.5 mL DNS終止反應(yīng),冷卻至室溫,以蒸餾水稀釋至25 mL刻度處,混勻。在波長(zhǎng)540 nm處測(cè)定各管中溶液的吸光度。酶活力通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)吸光度的變化來(lái)表示,一個(gè)PG酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內(nèi)變化0.1表示,PG酶活性表示為U/g。

1.4.8 纖維素酶活性的測(cè)定

Cx活性參照WU等[15]的方法測(cè)定。向試管中加入0.5 mL酶提取物和1 mL 10 g/L羧甲基纖維素。37 ℃恒溫水浴1 h,加入1.5 mL DNS停止反應(yīng),沸水浴5 min,然后迅速冷卻至室溫,記錄540 nm處吸光度值。酶活力通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)吸光度的變化來(lái)表示,1個(gè)Cx酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內(nèi)變化0.1表示,Cx酶活性表示為U/g。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

使用 GraphPad Prism 8.0軟件作圖,SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及利用Duncan法來(lái)比較均值。P≤0.05表示差異顯著,P≤0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸對(duì)小白杏硬度、腐爛率、細(xì)胞膜透性的影響

在貯藏期間,杏果實(shí)硬度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(表1)。第15天時(shí),CK、N2-2、N2-4、N2-6的硬度分別為4.12、6.60、4.03、4.46 N,N2-2硬度高于對(duì)照組2.48 N,且CK、N2-4、N2-6果實(shí)硬度無(wú)明顯差異,N2-2與其他組相比差異顯著(P<0.05)。表明N2-2處理能顯著減緩杏果實(shí)硬度的下降。

由表1可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),對(duì)照組和N2-4、N2-6的杏果實(shí)腐爛加劇。第18 天,對(duì)照組杏果實(shí)的腐爛率達(dá)到了(21.52±0.39)%;N2熏蒸的杏果實(shí)的腐爛程度要顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。在貯藏結(jié)束時(shí),N2-2、N2-4、N2-6杏果實(shí)的腐爛率分別比對(duì)照組低15.96%、14.73%、12.94%。N2-2抑制小白杏腐爛的效果要顯著優(yōu)于N2-4和N2-6(P<0.05)。說(shuō)明N2-2能通過(guò)延緩果實(shí)硬度的下降從而抑制果實(shí)的腐爛,延長(zhǎng)小白杏的貯藏期。

細(xì)胞膜透性在一定程度上反映了細(xì)胞受傷害和果品的衰老程度[16]。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),杏果實(shí)采后細(xì)胞膜透性持續(xù)上升,而N2熏蒸處理有利于保持細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),從而抑制果實(shí)中細(xì)胞膜透性的增加。第18天時(shí),各組細(xì)胞膜透性分別是78.48%、71.71%、76.42%、75.48%,與對(duì)照組相比,N2-2處理能維持膜透性的穩(wěn)定性,保持細(xì)胞膜的完整性。

綜上所述,選擇真空預(yù)冷后N2-2作為后續(xù)試驗(yàn)條件,研究真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸對(duì)小白杏果實(shí)采后品質(zhì)的影響。

表1 真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸對(duì)小白杏硬度、腐爛率、細(xì)胞膜透性的影響Table 1 Vacuum pre-cooling combined with N2 fumigation on the firmness,decay rate and cell membrane permeability of Xiaobai apricot

續(xù)表1

2.2 N2-2處理對(duì)小白杏原果膠、可溶性果膠、纖維素含量的影響

由圖1可知,小白杏在貯藏過(guò)程中原果膠的含量逐漸降低,可溶性果膠的含量逐漸上升,鮮杏在貯藏期間硬度與原果膠變化規(guī)律一致,而與可溶性果膠的變化規(guī)律相反。對(duì)照組(CK)原果膠含量下降較快,N2-2處理在貯藏15 d時(shí),原果膠的含量是對(duì)照組的1.25倍，可溶性果膠的含量是對(duì)照組的25.00%、71.63%。由圖1-c可知,纖維素的含量呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。第3天時(shí),對(duì)照組達(dá)到最大為0.34%,第6天時(shí),N2-2達(dá)到最大值為0.34%。第12 天時(shí),N2-2處理纖維素含量是對(duì)照組的1.55倍。與對(duì)照組相比,N2-2能有效抑制原果膠的分解、可溶性果膠的增加、細(xì)胞壁物質(zhì)減少,從而延緩果實(shí)硬度下降。這說(shuō)明N2-2通過(guò)抑制細(xì)胞壁物質(zhì)的分解來(lái)延緩果實(shí)的軟化。

2.3 N2-2處理對(duì)小白杏細(xì)胞壁相關(guān)酶活性的影響

由圖2-a可知,在整個(gè)貯藏期間,處理組和對(duì)照組PME的活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。對(duì)照組與N2-2處理組酶活性在第12天達(dá)到最大值,分別為13.46、12.86 U/g。N2-2處理顯著抑制PME活性(P<0.05),在整個(gè)貯藏期間PME都相對(duì)穩(wěn)定,并處于較低的活性水平。

a-原果膠含量;b-可溶性果膠含量;c-纖維素含量圖1 N2-2處理對(duì)小白杏原果膠、可溶性果膠、纖維素含量的影響Fig.1 Effects of N2-2 treatment on contents of pectin,soluble pectin and cellulose in Xiaobai apricots

由圖2-b可知,PG活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),其中N2-2處理組的PG活性始終低于對(duì)照組。對(duì)照組與N2-2處理組PG活性分別于第9、12天達(dá)到最大值,分別為12.78、11.86 U/g。N2-2處理能夠延緩PG活性高峰的出現(xiàn)。

如圖2-c所示,0～9 d對(duì)照組果實(shí)Cx活性逐漸升高,之后逐漸下降。而N2-2處理組中的Cx活性在貯藏0～12 d內(nèi)逐漸升高,隨后呈下降趨勢(shì)。第9天時(shí),對(duì)照組比試驗(yàn)組纖維素酶活性高2.69%。與N2-2處理組相比,對(duì)照組在整個(gè)貯藏時(shí)間內(nèi)均保持較高的Cx活性,N2-2顯著抑制采后小白杏Cx活性,從而減少纖維素的降解。

a-PME活性;b-PG活性;c-Cx活性圖2 N2-2處理對(duì)小白杏細(xì)胞壁相關(guān)酶活性的影響Fig.2 Effects of N2-2 treatment on enzyme activities of cell wall in Xiaobai apricot

3 討論

果實(shí)硬度的變化是反映果實(shí)軟化的重要指標(biāo),與此同時(shí)硬度與果實(shí)成熟度也有著密切的聯(lián)系,在果實(shí)成熟的同時(shí),其硬度也相應(yīng)地降低。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),果實(shí)硬度逐漸下降,細(xì)胞膜透性增加。這可能是因?yàn)楣麑?shí)在采摘后期的成熟進(jìn)程中,分子量較大的物質(zhì)逐步分解成分子量較小的物質(zhì),使得分子間的空隙加大,使完好的細(xì)胞壁受到損壞[17]。真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸延緩了果實(shí)中大分子的分解,從而抑制果實(shí)中細(xì)胞膜透性的增加,維持了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,進(jìn)而延緩了小白杏果實(shí)的軟化,降低了小白杏果實(shí)的腐爛率。

細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的松散和細(xì)胞壁多糖的降解是果實(shí)軟化的主要原因之一。果膠和纖維素是植物細(xì)胞壁中膠層的主要成分,中膠層的消融會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞間隙增大和細(xì)胞游離,進(jìn)一步導(dǎo)致果實(shí)的軟化[18]。在柿果[19]中發(fā)現(xiàn)果實(shí)在冷藏過(guò)程中能有效地抑制原果膠的分解、可溶性果膠的增加、細(xì)胞壁物質(zhì)減少,從而延緩果實(shí)硬度下降,這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。這說(shuō)明N2-2通過(guò)抑制原果膠的分解來(lái)延緩果實(shí)的軟化。

纖維素、半纖維素是構(gòu)成果實(shí)細(xì)胞壁的主要成分,維持果實(shí)的結(jié)構(gòu)。纖維素-半纖維素結(jié)構(gòu)的松散會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壁成分降解,加速果實(shí)軟化[20]。草酸處理能夠在貯藏前期降低芒果中纖維素酶活性,從而延緩果實(shí)中纖維素的降解[21]。對(duì)照組果實(shí)中纖維素酶活性較高,導(dǎo)致纖維素分解加速,促進(jìn)果實(shí)的軟化和腐爛,這嚴(yán)重影響小白杏果實(shí)的商品價(jià)值。然而,真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸能抑制纖維素酶活性,從而抑制小白杏果實(shí)中纖維素的降解,延緩小白杏果實(shí)的軟化進(jìn)程。

果實(shí)軟化過(guò)程中細(xì)胞壁成分的降解是果實(shí)中細(xì)胞壁代謝相關(guān)酶協(xié)同作用的結(jié)果,這些酶主要包括PME、PG、Cx等[22]。PME主要作用位點(diǎn)是多聚半乳糖醛酸的半乳糖醛酸殘基的C-6酯化基團(tuán),使果膠去甲酯化,隨之PG水解去甲酯化的多聚半乳糖醛酸聚糖,可溶性果膠含量增加致使細(xì)胞壁膨脹,導(dǎo)致果實(shí)軟化[23]。PG在果實(shí)軟化過(guò)程中與果膠物質(zhì)的降解有關(guān),且在貯藏前期與中期促進(jìn)果實(shí)軟化。番茄果實(shí)的軟化與PG活性密切相關(guān),軟化進(jìn)程的加劇往往都伴隨著PG活性的增加[24]。此外,PME活性增加也與果實(shí)的軟化有關(guān)[25]。雖然,PME不直接參與果膠的降解過(guò)程,但其能有效地為PG提供底物[26]。因此,PME可能也是杏果實(shí)采后軟化的關(guān)鍵酶。本研究表明,經(jīng)真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸鮮杏中PG、PME活性顯著低于對(duì)照組。在甜瓜果實(shí)軟化過(guò)程中Cx對(duì)纖維素的分解具有專一性,可能是纖維素酶使細(xì)胞壁中粗纖維解體[27]。本試驗(yàn)中,纖維素酶活性的升高會(huì)加速纖維素的分解,導(dǎo)致小白杏果實(shí)結(jié)構(gòu)松散,細(xì)胞膜透性增加,果實(shí)迅速軟化。真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝,降低了杏果實(shí)在貯藏期間PG、PME、Cx的活性,抑制了杏果實(shí)細(xì)胞壁物質(zhì)的降解,從而抑制了果實(shí)的軟化。

4 結(jié)論

小白杏果實(shí)軟化與細(xì)胞壁代謝密切相關(guān)。真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸通過(guò)抑制PME活性和延緩PG、Cx活性高峰的出現(xiàn),延緩了原果膠、纖維素的分解和水溶性果膠含量的增加,從而抑制細(xì)胞膜透性的增加,降低果實(shí)腐爛率,維持果實(shí)硬度。因此,真空預(yù)冷結(jié)合N2熏蒸技術(shù)作為一種安全有效、便于應(yīng)用的保鮮技術(shù),可為小白杏采后保鮮貯藏及提高果實(shí)物流品質(zhì)提供理論和技術(shù)支持。