熱水處理后環境放置期間黃瓜果實溫度及抗氧化系統變化

胡均如,張敏,2,3,4*,蓋曉陽,李佳樂,凌玉,鄭凱,方佳琪,賈淼,李奇勛

1(上海海洋大學 食品學院,上海,201306) 2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心,上海,201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節能評價專業技術服務平臺,上海,201306) 4(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學),上海,201306)

黃瓜(CucumissativusL.)是典型的亞熱帶冷敏果實,是我國主要的夏季蔬菜之一,因其采后仍在進行新陳代謝等生命活動,且含水量高,容易受機械損傷,在常溫下貯藏容易失水皺縮、營養流失[1]。低溫貯藏是廣泛使用的黃瓜果實采后貯藏技術,其在維持黃瓜果實正常生命活動的前提下,最大限度地抑制新陳代謝,從而減少果實的物質消耗、延長采后貯藏期[2]。然而,國內外學者研究發現低溫雖能顯著延長果蔬的貯藏期,但冷敏果蔬在低溫下貯藏和運輸時會產生低溫脅迫,造成細胞生理功能紊亂從而導致冷害等現象發生[3],癥狀包括嚴重的點蝕、局部凹陷、花萼變黑、果體浸水和腐爛等[4],冷害現象通常在果蔬從低溫環境轉移到室溫環境一定時間后才會表現出來,這會影響到黃瓜的品質和貨架期等[5]。

近年來關于果蔬熱處理技術的研究大都著重于熱處理的參數,如處理溫度和持續時間,很少考慮到熱水處理后在室溫下放置時間這一重要因素。在實際操作中,熱水處理后在非低溫貯藏環境中的停留時間對果實機體抗氧化系統有著不可忽略的影響,是重要的商業考慮因素,熱水處理后的果實應在處理后立即轉移到低溫貯藏環境中,還是在低溫貯藏之前于室溫下放置一段時間以使其適應環境,這取決于果實機體的生理狀態,而關于熱水處理后環境放置期間果實溫度及抗氧化系統變化的研究鮮有報道。因此,本研究以申青黃瓜為實驗材料,根據前期試驗篩選出的最佳熱水處理條件(40 ℃熱水處理20 min),測定了熱水處理后環境放置期間(0、1、2、4、8 h)黃瓜果實果體溫度、活性氧水平及抗氧化酶活性；研究了熱水處理后在非低溫貯藏環境放置期間黃瓜果實果體溫度及抗氧化系統變化,旨在為采后黃瓜果實貯前熱水處理技術的實踐與進一步研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料與處理

申青黃瓜,中國上海南匯新城種植園,采摘當天裝于泡沫箱運回實驗室。黃瓜的長度約為(30±2) cm,平均直徑約為(4±0.5) cm,單個果實的平均質量為(250±20) g。在恒溫恒濕箱中將黃瓜復溫至(20±1) ℃,選擇成熟度相同、無病蟲害、無機械損傷的果實進行實驗處理。將黃瓜果實表面塵土拭凈后隨機分2組,分別為熱水處理(hot water treat,HWT)組和CK(未處理),每組450根。每個組再分為5個亞組(每個亞組3個平行,每個平行3根)：HWT0(熱處理后0 h)、HWT1(熱處理后1 h)、HWT2(熱處理后放置2 h)、HWT4(熱處理后放置4 h)、HWT8(熱處理后放置8 h)；CK0(放置0 h)、CK1(放置1 h)、CK2(放置2 h)、CK4(放置4 h)、CK8(放置8 h)。根據前期預實驗結果,將黃瓜果實置于40 ℃熱水浴中20 min,熱水處理完畢后立即輕拭水分并轉移至實驗室干凈的工作臺上[(20±1) ℃],立即開始測定果體溫度,此外分別在0、1、2、4、8 h對HWT和CK組的果實進行取樣(用潔凈的小刀快速除去果皮和果瓤,取赤道部位中果肉),測定其活性氧水平及抗氧化酶活性變化。并在每個時間點,將黃瓜果實裝于帶有小孔的聚乙烯保鮮袋(厚度0.02 mm)中,放于冷庫[(4±0.5) ℃,相對濕度(relative humidity,RH)(80±5)%]貯藏,于貯藏6 d后取出黃瓜果實觀察冷害指數。

1.2 試劑與儀器

丙二醛測試盒,上海蘭拓生物科技有限公司；抗壞血酸檢測試劑盒,上海源葉生物科技有限公司；超氧陰離子自由基測試盒、過氧化氫測試盒、谷胱甘肽測定試劑盒、超氧化物歧化酶測試盒、過氧化氫酶測定試劑盒、過氧化物酶測試盒、抗壞血酸過氧化物酶活性測試盒,南京建成生物工程研究所。

BPS-100CA型恒溫恒濕箱,上海一恒科學儀器有限公司；HSWX-600BS型電熱恒溫水溫箱,上海圣科儀器設備有限公司；H-2050R-1型高速冷凍離心機,長沙湘儀離心機有限公司；BJ2100D型數字孔式電子天平、福祿克F2640多點溫度采集儀、紫外可見分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 測定方法

1.3.1 黃瓜果實果體溫度測定

采用福祿克F2640多點溫度采集儀,將測溫探針(直徑0.2 mm)從完整的黃瓜果實赤道部位垂直刺入果肉(1/2黃瓜果體直徑處),每隔3 s采集黃瓜果實中心溫度,測量精度為±0.1 ℃。

1.3.2 MDA 含量測定

丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量的測定參照MDA 測試盒說明書,結果以 nmol/g 表示。

1.3.4 AsA、GSH含量測定

抗壞血酸(ascorbic acid,AsA)含量的測定參照AsA測定試劑盒說明書,結果以mg/100 g表示。還原型谷胱甘肽(reduced glutathione,GSH)含量的測定參照GSH測定試劑盒說明書,結果以mgGSH/g表示。

1.3.5 SOD、CAT、POD、APX活性測定

SOD活性的測定參照 SOD 測試盒說明書,以每克組織在1 mL反應液中SOD抑制率達50%時所對應的 SOD 量為1個SOD活力單位(U),結果以U/g表示。CAT活性的測定參考CAT測定試劑盒說明書,以每克樣品每分鐘吸光度變化值減少0.01為1個CAT活性單位(U),結果以 U/g 表示。過氧化物酶(peroxidase,POD)活性的測定參考測試盒說明書,以每克樣品每分鐘吸光度變化值增加1時為1個POD活力單位(U),結果以U/g 表示。抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性的測定參考APX測定試劑盒說明書,以每克樣品每分鐘吸光度變化值降低0.01為1個酶活力單位(U),結果以 U/g 表示。

1.3.6 冷害指數測定

冷害指數的測定參考ZHANG等[8]的方法,在低溫貯藏6 d后每組隨機選取12根黃瓜,對黃瓜果實外表面點蝕和凹陷區域進行視覺評級(0～4級)后計算冷害指數,見公式 (1)。0級=無傷害；1級=輕度,損傷面積25%；2級=中度,損傷面積26%～50%；3級=中度嚴重,損傷面積51%～75%；4級=嚴重,損傷面積76%～100%。

(1)

1.4 數據分析

采用 SPSS21.0軟件對數據進行單因素方差分析及 Duncan 多重比較,顯著性水平設為 0.05。

2 結果與分析

2.1 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實果體溫度變化

如圖1所示,熱水處理后黃瓜果體即刻溫度(熱水處理后0 h)為36.5 ℃,熱水處理后0～10 min黃瓜果體溫度由36.5下降到32.79 ℃,平均下降速率高達0.37 ℃/min；10～30 min黃瓜果體溫度由32.79下降到28.70 ℃,平均下降速率為0.20 ℃/min,與0～10 min相比減少了45.9%；在隨后的30～60 min、1～1.5 h黃瓜果體溫度下降速度逐漸放緩,平均下降速率分別為0.11、0.06 ℃/min,與0～10 min相比分別減少了70.3%和83.8%；熱水處理1.5～2 h,黃瓜果體溫度由23.74 ℃下降到22.39 ℃,平均下降速率為0.04 ℃/min,與0～10 min相比減少了89.2%。此外,熱水處理2～4 h內黃瓜果體溫度下降到20.37 ℃,與CK組黃瓜果體溫度逐漸接近,且與環境溫度相一致(20±1) ℃,而在隨后的4～8 h,熱水處理黃瓜果體溫度與CK組保持相接近的狀態且穩定在環境溫度范圍。由此可見,熱水處理后將黃瓜果實置于環境中一定時間使其適應環境是有必要的,且在熱水處理后2～4 h黃瓜果體溫度變化逐漸穩定,說明在此時間段內黃瓜果實機體自我調節可能達到了平衡狀態。

圖1 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實果體溫度變化Fig.1 Change of temperature in cucumber fruit during environmental storage after HWT

2.2 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實抗氧化能力變化

圖2 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中變化Fig.2 Change of in cucumber fruit during environmental storage after HWT注：各階段HWT組中不含相同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)； 同一階段HWT和CK組中不含相同小寫字母表示差異顯著 (P<0.05)(下同)

如圖3所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實中H2O2含量隨放置時間呈先上升后下降再上升的趨勢,而CK組H2O2含量隨著時間持續升高。熱水處理后0 h黃瓜果實H2O2含量相較熱水處理前增加了20.72%,差異具有顯著性(P<0.05)；熱水處理后1～2 h黃瓜果實H2O2含量逐漸降低,到2 h時H2O2含量達到最低水平且顯著低于CK組(P<0.05),僅為CK的57.1%；而隨后的2～8 h H2O2含量逐漸升高,但CK 組與熱水處理后1～8 h黃瓜果實H2O2含量之間始終存在顯著性差異(P<0.05)。這表明,熱水處理能顯著降低黃瓜 H2O2含量的積累,抑制果實膜脂過氧化進程,且在熱水處理后2 h左右對H2O2含量的抑制作用最顯著。

圖3 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中H2O2含量變化Fig.3 Change of H2O2 content in cucumber fruit during environmental storage after HWT

2.2.2 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實MDA含量變化

MDA被廣泛用作指示果蔬機體氧化損傷程度的指標,因此,可以通過測量MDA的含量來表征植物細胞脂質過氧化的程度[8]。如圖4所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實中MDA含量隨放置時間呈先上升后下降再上升的趨勢,而CK組MDA含量隨著時間緩慢升高。熱水處理后0 h黃瓜果實MDA含量相較熱水處理前顯著升高(P<0.05),這可能是由于熱處理后黃瓜果體溫度接近植物組織中酶的最適溫度[15],激發了脂氧合酶的活性,促進了組織中多不飽和脂肪酸的氧化反應,導致了作為次級終產物的MDA的瞬時積累。在熱水處理后1～4 h MDA含量降低,2和4 h時MDA含量均顯著低于0 h時,也顯著低于CK(P<0.05),相較于CK分別降低了0.41和1.11 μmol/g；而隨后的4～8 h MDA含量逐漸升高,但低于CK組,且 CK 組與熱水處理后2～8 h黃瓜果實MDA含量之間存在顯著性差異(P<0.05)。這表明熱水處理能抑制果實膜脂過氧化進程,且在熱水處理后2～4 h熱激抑制作用最顯著。

圖4 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中MDA含量變化Fig.4 Change of MDA content in cucumber fruit during environmental storage after HWT

2.2.3 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實AsA、GSH含量變化

如圖5所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實中AsA含量隨放置時間呈先上升后下降的趨勢,且1～4 h均顯著高于CK組(P<0.05)。熱水處理后0～4 h黃瓜果實AsA含量相較熱水處理前持續升高,放置2、4 h時黃瓜果實AsA含量顯著高于熱水處理前(P<0.05),分別增加了0.39和0.56 mg/100 g；而4～8 h黃瓜果實AsA含量逐漸降低,8 h時處于最低水平,略低于CK,但差異不具有顯著性(P>0.05)。這表明適度的熱脅迫有助于果蔬體內AsA的生物合成,且在熱水處理后0～4 h均能有效維持AsA含量的升高,而熱水處理后8 h的AsA含量降低可能是由于放置時間過長導致熱激效應的消失。

圖5 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中AsA含量變化Fig.5 Change of AsA content in cucumber fruit during environmental storage after HWT

如圖6所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實中GSH含量隨放置時間呈先上升后下降再上升的趨勢。熱水處理后0 h黃瓜果實GSH含量相較熱水處理前顯著降低(P<0.05),為熱水處理前的80.5%；但在熱水處理1 h后GSH逐漸升高,到放置2 h時黃瓜果實GSH含量達到熱水處理后的最高水平,相較于CK及熱水處理前分別增長了26.8%和24%,且差異具有顯著性(P<0.05),這與放置2 h時最低的H2O2含量相呼應。

而4～8 h黃瓜果實GSH含量又恢復到與0～1 h相當的水平；相對應的,0～8 h CK的GSH含量也呈波動變化。這可能由于GSH是果蔬機體內GSH-AsA循環的主要成分,受GSH-AsA循環和其他抗氧化酶物質的多級調控[4],使其含量在熱水處理后0～8 h呈波動變化。但熱水處理后2 h黃瓜果實仍有顯著最高的GSH含量,這表明熱水處理后放置2 h對于正向熱激作用的發揮是有益的。

圖6 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中GSH含量變化Fig.6 Change of GSH content in cucumber fruit during environmental storage after HWT

2.2.4 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實 SOD、CAT、APX和POD活性的變化

如圖7所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實SOD含量呈先上升后下降再上升的趨勢,且在熱水處理后2～8 h熱水處理組黃瓜SOD活力均顯著高于CK。熱水處理后0 h黃瓜果實SOD活性較熱水處理前顯著下降,降低了20.6 U/g,這可能是由于黃瓜果實剛離開熱水環境,濕度溫度差導致調控SOD酶生成的途徑受到影響[16-17]；而在隨后的1～2 h 黃瓜果實SOD活性升高,并在2 h達到最高水平,相較于CK和熱水處理前分別增加了17.01和32.2 U/g,差異具有顯著性(P<0.05)；且在隨后的4～8 h熱水處理黃瓜果實SOD活性也處于高于CK和熱水處理前的狀態。這說明適宜的熱水處理能顯著提高SOD的活性,但此熱激效果的發揮需要給黃瓜果實適應環境的時間,在放置2 h左右熱激效果得到發揮。

圖7 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中SOD活性變化Fig.7 Change of SOD activity in cucumber fruit during environmental storage after HWT

如圖8所示,熱水處理后和CK組黃瓜果實0～8 h CAT含量隨時間呈波動式緩慢下降的趨勢,且在熱水處理后0～8 h熱水處理組黃瓜CAT活力均顯著高于CK(P<0.05)。但在熱水處理后0 h,黃瓜果實CAT活性較熱水處理前下降了0.36 U/g,這可能是由于瞬時溫度差造成了黃瓜果實機體調節失衡；熱水處理后1 h黃瓜果實CAT活力緩慢回升到與熱處理前相當,且達到顯著高于CK的水平,在之后的1～8 h熱水處理黃瓜果實CAT活性始終顯著高于CK(P<0.05)。這表明,相較于CK,熱水處理能延緩CAT活性的下降,并可在果體溫度接近最適酶活溫度時促進CAT的活力。

圖8 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中CAT活性變化Fig.8 Change of CAT activity in cucumber fruit during environmental storage after HWT

如圖9所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實POD活性呈先下降后上升的趨勢且均顯著高于CK(P<0.05)。熱水處理后0 h黃瓜果實POD活性較熱水處理前顯著升高,而在0～2 h逐步下降,這可能是由于0 h為熱水處理環境與放置環境的臨界點,溫度濕度差使黃瓜機體POD活性瞬時升高。熱水處理后2 h黃瓜果實POD活性為最低水平但仍然顯著高于CK(P<0.05)。這表明熱水處理能夠提高POD的活性,且熱水處理后2 h的放置使熱脅迫的損傷效果降低。

圖9 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中POD活性變化Fig.9 Change of POD activity in cucumber fruit during environmental storage after HWT

如圖10所示,熱水處理后0～8 h黃瓜果實APX活性呈先上升后下降的趨勢,且顯著高于CK和熱水處理前(P<0.05)。熱水處理后0 h黃瓜果實APX 含量相較于熱水處理前顯著升高(P<0.05),并在隨后的0～2 h持續升高,在2 h 時達到最高水平(P<0.05)；而在隨后的2～8 h APX活性緩慢下降。這表明熱水處理上調黃瓜果實中APX活性效果顯著,且在熱水處理后2 h達到最高活性。

圖10 熱水處理后環境放置期間黃瓜果實中APX活性變化Fig.10 Change of APX activity in cucumber fruit during environmental storage after HWT

2.3 熱水處理后不同環境放置時間對黃瓜果實冷藏6 d冷害指數的影響

低溫貯藏可能會造成冷敏果實的冷害現象,從而降低水果和蔬菜的感官品質、營養品質和商業價值,而冷害指數是反映冷敏果蔬低溫貯藏期間冷害發生情況的指標。如表1所示,低溫貯藏黃瓜果實的冷害程度受熱水處理后放置時間影響顯著,在整個貯藏期間,所有熱水處理組黃瓜果實的冷害指數均顯著低于CK(P<0.05)；而在所有熱水處理組之間,熱水處理后放置2 h組的冷害指數始終保持最低水平(0.28)且其差異具有顯著性(P<0.05),而對照組則高達0.58。在本研究中,即使熱水處理后的不同放置時間對低溫貯藏過程中黃瓜果實的冷害指數有影響,但熱水處理后所有不同放置時間組的冷害指數仍顯著低于對照組,尤其是放置2 h組始終表現出最低的冷害指數。這可能表明熱水處理后放置2 h是誘導黃瓜抗冷性并減輕黃瓜在貯藏期間冷害癥狀的有效方法。

表1 熱水處理后不同環境放置時間對黃瓜果實冷藏6 d冷害指數的影響Table 1 Effect of after HWT storage time on chilling injury index of cucumber cold storage for 6 d

3 討論

GSH-AsA循環是果蔬機體中抗氧化系統重要的一環[22],因此,維持AsA和GSH水平對果蔬機體尤為重要。AsA不僅是評估果蔬品質的重要指標,還是清除果蔬中活性氧的重要抗氧化劑[7]。環境脅迫中低溫或高溫脅迫都可能會激活AsA的生物合成基因以及維持AsA合成前體物質的含量,這表明人為施加適當的溫度脅迫時可能有助于植物體內AsA的生物合成[23-24]。在本研究中,適度的熱脅迫有助于果蔬體內AsA的生物合成,且在熱水處理后0～4 h內均能有效維持AsA含量的升高。GSH是一種重要的生物功能因子,廣泛分布于植物機體內,具有抗氧化、清除自由基的作用,在維持細胞生理功能方面起著重要的作用[22]。GSH作為植物體活性氧清除系統中十分重要的非酶類抗氧化劑,是組成GSH-AsA循環的非常關鍵的部分,該循環在清除H2O2的過程中起著重要作用。其含量能直接指示果蔬抵抗活性氧有害影響的能力[25]。在本研究中,熱水處理后2 h黃瓜果實仍有最高的GSH含量,這表明熱水處理后放置2 h對于正向熱激作用的發揮是有益的。

4 結論