真空預冷結合氮氣處理對新疆小白杏采后品質的影響

田全明,王曼,魏佳,張政,吳斌*,張健

1(新疆農業大學 食品科學與藥學學院,新疆 烏魯木齊,830052) 2(新疆農業大學 林學與園藝學院,新疆 烏魯木齊,830052) 3(新疆農業科學院 農產品貯藏加工研究所,新疆 烏魯木齊,830091)

新疆杏品種資源豐富,2019年全區杏種植面積為10.9萬hm2,產量84.38萬t[1]。小白杏是南疆地區主栽品種之一,因其酸甜可口、顏色鮮亮等特點,深受廣大消費者喜愛。小白杏是典型的呼吸躍變型果實,采收期短,且果實采后會在短期內迅速出現后熟現象,嚴重影響物流運輸過程中的商品價值[2]。為提高小白杏的物流品質,亟需尋找一種新型有效的保鮮方式以防控小白杏果實在貯運過程中出現的果實軟化和腐爛等問題。

真空預冷是國內外廣泛應用的果蔬預冷技術之一,其冷卻時間短,能夠快速去除采后杏果實中的田間熱,進而提升鮮杏采后的貯藏品質[3]。研究發現真空預冷可以顯著延緩澳洲芒果果實的軟化,抑制呼吸作用,減少營養成分流失[4]。劉芬等[5]通過測定呼吸強度、乙烯釋放量、腐爛率和可溶性固形物等指標,發現真空預冷處理具有延緩杏果實衰老的作用。

N2熏蒸是一種氣體熏蒸保鮮方式,現已有大量關于其在新鮮果蔬采后貯藏領域的研究。當N2質量分數達到86.6%時,N2熏蒸對白玉菇有很好保鮮效果,可使保鮮時間延長5 d以上[6]。侯玉茹等[7]發現使用90%～95%的N2處理草莓,可減少貯藏過程中草莓果實病害的發生,保持果實硬度,延緩維生素C、總酚含量的下降以及花青素的積累,從而延長了草莓的貯藏時間。真空預冷和N2處理雖然能延緩一些新鮮果蔬的成熟衰老進程,改善貯藏品質,但其在延緩杏果實軟化和腐爛等問題上的研究不夠深入。本研究擬采用真空預冷結合N2熏蒸對小白杏進行采后處理,研究其對杏果實采后品質及細胞壁相關酶活性的影響,為真空預冷結合N2熏蒸方式在杏果實中的應用提供理論依據。

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月采自新疆庫車縣小白杏種植基地。挑選無病蟲害、無機械損傷,且大小、顏色、外觀一致的小白杏,利用真空預冷機將果心溫度預冷至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,天津市光復精細化工研究所;乙醇、葡萄糖、檸檬酸、檸檬酸鈉、果膠、硫酸、羧甲基纖維素,天津市致遠化學試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

GY-4型數顯果實硬度計,艾德堡儀器有限公司;PAL-1型數顯糖度計,日本Atago公司;P902型電導率儀,上海佑科儀器儀表有限公司;UV-2600型紫外分光光度計,日本島津公司;A11型研磨機,廣州IKA實驗室技術有限公司;激光打孔機,日本HITACHI公司;GD1913型氣調包裝機,廣州行遠包裝機械有限公司。

1.3 試驗方法

將氣調包裝機的氣調比例調到100% N2,通過 O2和 CO2檢測器測量確定保鮮盒中的O2濃度≤0.05%(體積分數)。將預冷后的果實放入保鮮盒中(每盒 20個)進行氣調包裝。用激光打孔機分別于2、4、6 h后打孔,貯于10 ℃恒溫箱中,每隔3 d測定各項生理指標。杏果實用液氮凍樣后,放入-40 ℃冰箱貯存。真空預冷4 ℃、真空預冷4 ℃結合N2熏蒸 2、4、6 h 分別表示為CK、N2-2、N2-4和N2-6。

1.4 指標測定方法

1.4.1 硬度的測定

參考曹建康等[8]的方法,每盒隨機選擇15個杏果,圍繞果實的赤道部位,間隔等距離的3個位置,分別削去果皮(厚約1 mm),使用果實硬度計測定各個位置果肉的硬度,重復3次。最終結果以平均值計,單位為 N。

1.4.2 細胞膜透過性

采用電導率儀法[9],如公式(1)所示:

(1)

1.4.3 腐爛率的測定

腐爛率的測定如公式(2)所示:

(2)

1.4.4 原果膠、可溶性果膠及纖維素含量的測定

原果膠和可溶性果膠含量的測定參照YANG等[10]的方法,略有修改。取5 g冷凍組織于10.0 mL 95%(體積分數)乙醇中研磨,8 000 r/min離心15 min,加入5.0 mL 80%(體積分數)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處測定吸光度。根據半乳糖醛酸標準曲線計算原果膠和可溶性果膠的含量并用%表示。

纖維素含量的測定參照ZHAO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量,至質量恒定。損失的質量即為纖維素含量。

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,煮沸5 min,迅速冷卻至室溫,記錄540 nm吸光度。酶活力通過單位時間內吸光度的變化來表示,1個PME酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內變化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定

PG活性測定參照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,冷卻至室溫,以蒸餾水稀釋至25 mL刻度處,混勻。在波長540 nm處測定各管中溶液的吸光度。酶活力通過單位時間內吸光度的變化來表示,一個PG酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內變化0.1表示,PG酶活性表示為U/g。

1.4.8 纖維素酶活性的測定

Cx活性參照WU等[15]的方法測定。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,沸水浴5 min,然后迅速冷卻至室溫,記錄540 nm處吸光度值。酶活力通過單位時間內吸光度的變化來表示,1個Cx酶活性單位(U)以540 nm下的吸光度在1 min內變化0.1表示,Cx酶活性表示為U/g。

1.5 數據分析方法

使用 GraphPad Prism 8.0軟件作圖,SPSS 20.0進行數據分析以及利用Duncan法來比較均值。P≤0.05表示差異顯著,P≤0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 真空預冷結合N2熏蒸對小白杏硬度、腐爛率、細胞膜透性的影響

在貯藏期間,杏果實硬度呈現下降趨勢(表1)。第15天時,CK、N2-2、N2-4、N2-6的硬度分別為4.12、6.60、4.03、4.46 N,N2-2硬度高于對照組2.48 N,且CK、N2-4、N2-6果實硬度無明顯差異,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硬度的下降。

由表1可知,隨著貯藏時間的延長,對照組和N2-4、N2-6的杏果實腐爛加劇。第18 天,對照組杏果實的腐爛率達到了(21.52±0.39)%;N2熏蒸的杏果實的腐爛程度要顯著低于對照組(P<0.05)。在貯藏結束時,N2-2、N2-4、N2-6杏果實的腐爛率分別比對照組低15.96%、14.73%、12.94%。N2-2抑制小白杏腐爛的效果要顯著優于N2-4和N2-6(P<0.05)。說明N2-2能通過延緩果實硬度的下降從而抑制果實的腐爛,延長小白杏的貯藏期。

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

綜上所述,選擇真空預冷后N2-2作為后續試驗條件,研究真空預冷結合N2熏蒸對小白杏果實采后品質的影響。

表1 真空預冷結合N2熏蒸對小白杏硬度、腐爛率、細胞膜透性的影響Table 1 Vacuum pre-cooling combined with N2 fumigation on the firmness,decay rate and cell membrane permeability of Xiaobai apricot

續表1

2.2 N2-2處理對小白杏原果膠、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律一致,而與可溶性果膠的變化規律相反。對照組(CK)原果膠含量下降較快,N2-2處理在貯藏15 d時,原果膠的含量是對照組的1.25倍，可溶性果膠的含量是對照組的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。第3天時,對照組達到最大為0.34%,第6天時,N2-2達到最大值為0.34%。第12 天時,N2-2處理纖維素含量是對照組的1.55倍。與對照組相比,N2-2能有效抑制原果膠的分解、可溶性果膠的增加、細胞壁物質減少,從而延緩果實硬度下降。這說明N2-2通過抑制細胞壁物質的分解來延緩果實的軟化。

2.3 N2-2處理對小白杏細胞壁相關酶活性的影響

由圖2-a可知,在整個貯藏期間,處理組和對照組PME的活性呈現先上升后下降的趨勢。對照組與N2-2處理組酶活性在第12天達到最大值,分別為13.46、12.86 U/g。N2-2處理顯著抑制PME活性(P<0.05),在整個貯藏期間PME都相對穩定,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活性呈現先上升后下降的趨勢,其中N2-2處理組的PG活性始終低于對照組。對照組與N2-2處理組PG活性分別于第9、12天達到最大值,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。

如圖2-c所示,0～9 d對照組果實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內逐漸升高,隨后呈下降趨勢。第9天時,對照組比試驗組纖維素酶活性高2.69%。與N2-2處理組相比,對照組在整個貯藏時間內均保持較高的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處理對小白杏細胞壁相關酶活性的影響Fig.2 Effects of N2-2 treatment on enzyme activities of cell wall in Xiaobai apricot

3 討論

果實硬度的變化是反映果實軟化的重要指標,與此同時硬度與果實成熟度也有著密切的聯系,在果實成熟的同時,其硬度也相應地降低。本試驗發現,隨著貯藏時間的延長,果實硬度逐漸下降,細胞膜透性增加。這可能是因為果實在采摘后期的成熟進程中,分子量較大的物質逐步分解成分子量較小的物質,使得分子間的空隙加大,使完好的細胞壁受到損壞[17]。真空預冷結合N2熏蒸延緩了果實中大分子的分解,從而抑制果實中細胞膜透性的增加,維持了細胞膜結構的完整性,進而延緩了小白杏果實的軟化,降低了小白杏果實的腐爛率。

細胞壁結構的松散和細胞壁多糖的降解是果實軟化的主要原因之一。果膠和纖維素是植物細胞壁中膠層的主要成分,中膠層的消融會導致細胞間隙增大和細胞游離,進一步導致果實的軟化[18]。在柿果[19]中發現果實在冷藏過程中能有效地抑制原果膠的分解、可溶性果膠的增加、細胞壁物質減少,從而延緩果實硬度下降,這與本試驗結果一致。這說明N2-2通過抑制原果膠的分解來延緩果實的軟化。

纖維素、半纖維素是構成果實細胞壁的主要成分,維持果實的結構。纖維素-半纖維素結構的松散會導致細胞壁成分降解,加速果實軟化[20]。草酸處理能夠在貯藏前期降低芒果中纖維素酶活性,從而延緩果實中纖維素的降解[21]。對照組果實中纖維素酶活性較高,導致纖維素分解加速,促進果實的軟化和腐爛,這嚴重影響小白杏果實的商品價值。然而,真空預冷結合N2熏蒸能抑制纖維素酶活性,從而抑制小白杏果實中纖維素的降解,延緩小白杏果實的軟化進程。

果實軟化過程中細胞壁成分的降解是果實中細胞壁代謝相關酶協同作用的結果,這些酶主要包括PME、PG、Cx等[22]。PME主要作用位點是多聚半乳糖醛酸的半乳糖醛酸殘基的C-6酯化基團,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胞壁膨脹,導致果實軟化[23]。PG在果實軟化過程中與果膠物質的降解有關,且在貯藏前期與中期促進果實軟化。番茄果實的軟化與PG活性密切相關,軟化進程的加劇往往都伴隨著PG活性的增加[24]。此外,PME活性增加也與果實的軟化有關[25]。雖然,PME不直接參與果膠的降解過程,但其能有效地為PG提供底物[26]。因此,PME可能也是杏果實采后軟化的關鍵酶。本研究表明,經真空預冷結合N2熏蒸鮮杏中PG、PME活性顯著低于對照組。在甜瓜果實軟化過程中Cx對纖維素的分解具有專一性,可能是纖維素酶使細胞壁中粗纖維解體[27]。本試驗中,纖維素酶活性的升高會加速纖維素的分解,導致小白杏果實結構松散,細胞膜透性增加,果實迅速軟化。真空預冷結合N2熏蒸通過調節細胞代謝,降低了杏果實在貯藏期間PG、PME、Cx的活性,抑制了杏果實細胞壁物質的降解,從而抑制了果實的軟化。

4 結論

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