采后熏蒸1-甲基環丙烯對西蘭花保鮮效果的影響及主成分分析

曾 媛，韓欣如，薛思玥，白?昌，姜 麗

（南京農業大學食品科技學院，江蘇南京 210095）

西蘭花（Brassica oleracea L.var.italicPlanch.）別稱花椰菜，屬十字花科蕓薹屬甘藍的變種之一，其食用部分為綠色花球及肥嫩花莖。西蘭花有“蔬菜皇冠”的美譽，其富含多種營養素及生物活性成分，如多酚類、硫代葡萄糖苷、類黃酮等[1]，可以減少許多慢性心血管疾病、腫瘤的發生[2]。西蘭花采后呼吸、代謝旺盛，水分易散失，運輸過程中易出現機械損傷，常溫下24 h花球就會發生黃化，失去商品價值[3]。我國是西蘭花生產大國，但是采后及時預冷的條件依舊不足，給菜農造成的經濟損失較大。

目前，1-甲基環丙烯（1-Methylcyclopropene，1-MCP）已廣泛運用于果蔬的采后貯藏保鮮中。呂真真等[4]在采后用1 μL/L1-MCP密閉熏蒸桃果實24 h，發現在貯藏前期可以顯著性延緩桃果實硬度下降。Gamrasni D等[5]用1-MCP處理番茄，基于分子生物學水平的研究發現，1-MCP處理影響了蛋氨酸生物合成相關代謝物的水平，從而影響乙烯的生成與作用。唐欣影[6]研究發現，常溫下1-MCP處理能有效延緩西蘭花衰老，保持了葉綠素含量，降低了呼吸強度，延緩花球黃化，提高了西蘭花的感官品質。許鳳[7]研究發現，1-MCP處理通過調控糖代謝并維持較高水平可溶性糖來延緩西蘭花的衰老，在分子生物學水平上調控一些基因的表達，從而抑制葉綠素的降解，延緩西蘭花的黃化。

研究表明，1-MCP熏蒸處理在常溫條件下效果最好[8]，而常溫1-MCP處理與及時預冷不可兼得，因而研究是否可以通過采后立即1-MCP處理提高西蘭花保鮮品質，以期彌補西蘭花采后無法及時冷鏈的問題，具有實際價值。本論文擬通過研究采后1-MCP處理的生理生化變化，數據分析比較，探討1-MCP處理對采后3 d內西蘭花的保鮮效果，以期為西蘭花的冷鏈運輸和產業化提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西蘭花 采摘于江蘇鹽城響水縣，要求材料大小均一，成熟度一致，無機械損傷；1-MCP果蔬保鮮劑 有效濃度3.3%，購于咸陽西秦生物科技有限公司。

Dansensor CheckMate3頂空分析儀 丹麥PBI Dansensor公司；CR-400型色差儀 日本柯尼卡美能達公司；Alpha-1860A紫外-可見分光光度計 上海譜元有限公司；HH-6數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；TGL 16M臺式高速冷凍離心機 長沙維爾康湘鷹離心機有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料處理 將實驗西蘭花隨機分為三組，每組30顆，第一組為1-MCP處理組，采用1 μL/L[9]的1-MCP在20±2 ℃條件下[8]密閉熏蒸6 h，熏蒸完畢后置于泡沫保溫箱于20±2 ℃放置；第二組為預冷+冷藏處理組，采后立即0±1 ℃預冷18 h后置于4±1 ℃冰箱保存；3第三組為對照（CK）組，置于泡沫保溫箱于20±2 ℃放置。分別于0、1、2、3 d取樣并測定相關指標，取樣部位為西蘭花花球，用液氮速凍置于-20±2 ℃冰箱保存。

1.2.2 感官評定方法 采用張娜等[10]方法，對不同處理及不同貯藏天數的西蘭花，從色澤、氣味、組織狀態、腐敗情況、花蕾開放程度五個方面進行評定。單項評分為9分，精確到0.1，總分取五項均值，5分及以下判定為西蘭花基本失去商品價值。具體評定標準見表1，評定結果由10名經過培訓的評定員給出。

表1 西蘭花感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of broccoli

1.2.3 呼吸強度測定 取質量相同的西蘭花樣品置于密封罐中，室溫放置1 h后，用頂空分析儀測定。

1.2.4 色差測定 使用彩色色差儀測定，每個樣品取中間和四周共5個點，測定取平均值。

1.2.5 葉綠素含量測定 參照張憲政等[11]方法，稍加改進，以95%乙醇代替丙酮-乙醇混合液提取。稱取磨碎樣品2 g，加3～5 mL 95%乙醇，混勻，于4 ℃、12000 ×g離心后取上清液，用95%乙醇定容到10 mL，以乙醇為空白，用分光光度計在波長665、649 nm處測定吸光度。葉綠素含量的計算公式為C=Ca+Cb，Ca=13.95A665nm-6.88A649nm，Cb=24.96A649nm-7.32A665nm（Ca為葉綠素a含量，Cb為葉綠素b含量）結果以mg/g表示。

1.2.6 過氧化氫含量測定 參照張帆等[12]方法，稱取磨碎樣品0.5 g，用5 mL丙酮溶解，于4 ℃、10000×g離心15 min。吸取1 mL上清液，加入0.1 mL 20%硫酸鈦和0.2 mL濃氨水，于25℃反應10 min后離心去上清液，沉淀中加2 mL丙酮，混勻離心，取沉淀加入3 mL 2 mol/L的硫酸，等沉淀完全溶解后定容至10 mL，取上清液測定415 nm下吸光值，按同樣的方法制作H2O2標準曲線，最終的H2O2含量表示為C（μmol/g·FW）=（n×V）/（m×Vs），n （μmol） 為標曲中查得的H2O2濃度，V（mL）為樣品提取液總體積，VS（mL）為測定時所用提取液體積，m（g）為樣品質量。

1.2.7 總硫代葡萄糖苷測定 參照許鳳[7]方法略加改動，用蒽酮比色法測定。稱取兩份0.5 g磨碎樣品，測定管加2 mL蒸餾水，對照管加2 mL 40%酸化甲醇，靜置20 min后，測定管和對照管同時加40%酸化甲醇至10 mL。充分混勻后，10000 ×g離心15 min，取上清液至50 mL容量瓶中，加5 mL蒸餾水混勻，加入5 mL 21.9%乙酸鋅溶液和5 mL 10.6%亞鐵氰化鉀溶液，定容至刻度，混勻后靜置30 min，用濾紙過濾，所得樣品濾液備用。準確吸取測定管和對照管液體各1 mL加入冰浴的試管中，加入4 mL蒽酮-硫酸溶液混勻，沸水浴10 min，冷卻10 min后，測定620 nm下吸光值。按相同方法制作葡萄糖標準曲線，根據標曲讀取對應吸光度的總硫苷含量（mg），再根據樣品質量獲得每克樣品總硫苷含量（mg/g）。

1.2.8 過氧化物酶活性測定 采用愈創木酚法[13]，測定470 nm處吸光值。稱取磨碎樣品0.5 g，加入5 mL磷酸鈉緩沖液，混勻，于4 ℃、10000 ×g離心15 min。取上清液0.05 mL，加入3 mL POD反應液（100 mmol/L pH6.0磷酸緩沖液+0.56 mL愈創木酚+0.38 mL 30%過氧化氫），每隔1 min記錄570 nm下吸光值，連續記錄3～5 min。以每分鐘吸光值變化0.01為一個酶活力單位，結果表示為U·min-1·g-1·Fw。

1.2.9 過氧化氫酶活性測定 參照許宙等[14]方法，測定240 nm處吸光值。稱取磨碎樣品0.5 g，加入6 mL磷酸緩沖液，混勻，于4 ℃、10000 ×g離心15 min。取上清液0.05 mL，加入1.7 mL蒸餾水、1 mL Tris-HCL，25 ℃水浴3 min，再加入0.2 mL 200 mmol/L過氧化氫，測定時加入0.05 mL上清液，測定240 nm下吸光值變化，每隔30 s測定一次，連續反應3 min。以每分鐘吸光值變化0.01為一個酶活力單位，結果表示為U·min-1·g-1·Fw。

1.2.10 抗壞血酸過氧化物酶活性測定 參照Nakano等[15]方法，測定290 nm處吸光值。稱取磨碎樣品0.5 g，加入6 mL 50mmol/L pH7.0 PBS緩沖液，混勻，于4 ℃、4000 r/min離心10 min，取上清液0.1 mL，加入1.4 mL APX反應液（150 mmol/L PBS緩沖液+0.3 mmol/L抗壞血酸+0.06 mmol/L過氧化氫），室溫下連續反應3 min，每30 s記錄一次290 nm處吸光值。以每分鐘吸光值變化0.01為一個酶活力單位，結果表示為U·min-1·g-1·Fw。

1.2.11 超氧化物歧化酶活性測定 采用氮藍四唑法[16]，以抑制NBT光化還原的50%為一個酶活力單位[17]。稱取磨碎樣品0.5 g，加入5 mL PBS緩沖液，于4 ℃、12000 ×g離心30 min，取上清液備用。測定管和對照管分別加入1.7 ml 50 mmol/L磷酸緩沖液，0.3 mL 130 mmol/L MET溶液，0.3 mL 750 μmol/L NBT溶液，0.3 mL 100 μmol/L EDTA-Na2溶液，0.3 ml 20 μmol/L核黃素溶液，測定管加0.1 ml酶液，對照管以緩沖液代替。混勻后將1支對照管置于暗處，其他各管置于4000 lx日光燈反應15 min后，立即取出，置于暗處終止反應，于560 nm處測定吸光值。

1.3 數據處理

各組實驗數據重復三次，基礎數據采用Excel 2013進行統計分析，采用Origin Pro2018 軟件作圖，采用SPSS23軟件進行主成分分析（P＜0.05代表顯著性差異，P＜0.01代表極顯著差異）。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對西蘭花貯藏期感官品質的影響

感官評價可以直觀地看出兩種處理對于西蘭花品質的影響。如圖1所示，預冷+冷藏處理以及1-MCP熏蒸處理在采后1 d內均顯著延緩了西蘭花感官品質的下降（P＜0.05）。與CK組比較，1-MCP處理在采后1 d內效果顯著，保留了較好的感官品質。以感官評定得分低于5分來判定西蘭花基本失去商品價值，1-MCP處理組在采后1 d內依舊具有良好的商品價值。

圖1 不同處理對西蘭花感官品質的影響Fig.1 Different treatments on sensory quality of broccoli

2.2 不同處理方式對西蘭花呼吸強度的影響

西蘭花在采后呼吸作用旺盛，因而呼吸強度是衡量其代謝的重要指標。如圖2所示，貯藏1 d時，預冷+冷藏處理及1-MCP處理均顯著降低了西蘭花的呼吸強度（P＜0.05）。但2 d 以后1-MCP處理與CK組無顯著性差異。與CK組比較，1-MCP處理延緩了西蘭花呼吸高峰的出現，在1 d以內能夠有效提高西蘭花短期貯藏的品質。

圖2 不同處理對西蘭花呼吸強度的影響Fig.2 Different treatments on respiratory intensity of broccoli

2.3 不同處理方式對西蘭花色差a*、b*的影響

a*越小表明被測物越偏綠色，b*值越大表明被測物越偏黃色[18]。由圖3可知，CK組與兩個處理組的a*值都在上升，在第1 d，出現顯著性差異（P＜0.05）。CK組與1-MCP組的b*值變化規律一致，都是先上升再下降最后又上升，在貯藏第1 d出現顯著性差異（P＜0.05），此變化過程與葉綠素酶和脫鎂葉綠素酶的活性有關，這兩種酶在代謝過程中能產生合成葉綠素b的中間產物[19]。采后1 d內1-MCP處理對抑制a*值增大有效，可以顯著地保持西蘭花的綠色。

圖3 不同處理對西蘭花色差（a*、b*）的影響Fig.3 Different treatments on color difference(a*, b*) of broccoli

2.4 不同處理方式對西蘭花葉綠素含量的影響

新鮮西蘭花的花球呈鮮綠色，葉綠素是形成這種綠色的重要成分，故西蘭花的葉綠素含量可以直觀反映其新鮮程度。由圖4可知，貯藏期間，西蘭花葉綠素含量整體呈下降趨勢。但是，在采前1 d內1-MCP處理及預冷+冷藏處理對葉綠素的影響都不顯著，第2 d出現顯著性差異（P＜0.05）。

圖4 不同處理對西蘭花葉綠素含量的影響Fig.4 Different treatments on chlorophyll content of broccoli

2.5 不同處理方式對西蘭花過氧化氫含量的影響

H2O2是植物體內正常代謝或者受到脅迫刺激而產生的一種活性氧，微量H2O2可以調控植物的生理生化反應，大量H2O2則會對植物體產生傷害。由圖5可知，采后3 d H2O2含量呈上升趨勢，1-MCP處理和預冷+冷藏處理促進了H2O2的上升，在采后第1 d出現顯著性差異（P＜0.05），可能與1-MCP和預冷+冷藏處理加重了西蘭花對逆境脅迫的反應有關[20]。

圖5 不同處理對西蘭花過氧化氫含量的影響Fig.5 Different treatments on hydrogen peroxide content in broccoli

2.6 不同處理方式對西蘭花總硫代葡萄糖苷含量的影響

硫代葡萄糖苷是西蘭花富含的一種生物活性物質，其含量是衡量西蘭花營養價值的重要指標[21]。由圖6可見，1-MCP處理組和CK組硫苷含量的變化趨勢一致，在貯藏第1 d上升后又趨于下降。在采后1 d內，1-MCP處理和預冷+冷藏處理均抑制了硫代葡萄糖苷的合成，且二者之間差異不顯著，但與CK組差異顯著（P＜0.05）。采后第2、3 d 1-MCP處理與預冷＋冷藏處理組出現顯著性差異（P＜0.05），可見僅在采后1 d內1-MCP代替預冷具有良好的效果。

圖6 不同處理對西蘭花硫代葡萄糖苷含量的影響Fig.6 Different treatments on glucosinolates content in broccoli

2.7 不同處理方式對西蘭花POD活性的影響

過氧化物酶是一與類血紅素相關的酶，一方面可以催化H2O2反應[22]，一方面與果蔬貯藏期間發生的褐變密切相關[23]。如圖7所示，貯藏1 d內POD活性上升，出現顯著性差異（P＜0.05）。貯藏1 d內，1-MCP處理及預冷+冷藏處理都促進了POD活性的提高。POD酶活性的提高會刺激果實產生H2O2，與上文采后H2O2含量的測定結果具有一致性。

圖7 不同處理對西蘭花POD活性的影響Fig.7 Different treatments on peroxidase activity of broccoli

2.8 不同處理方式對西蘭花CAT活性的影響

由圖8可知，采后短期貯藏中，CAT活性呈上升趨勢，1-MCP處理和預冷+冷藏處理抑制了CAT酶活性的上升，在貯藏第2 d才出現顯著性差異（P＜0.05），采后1 d內基本沒有差異。結果表明，采后1 d內1-MCP處理及預冷+冷藏處理對CAT活性的抑制效果差不多。

圖8 不同處理對西蘭花CAT活性的影響Fig.8 Different treatments on catalase activity of broccoli

2.9 不同處理方式對西蘭花APX活性的影響

抗壞血酸過氧化物酶是植物活性代謝的重要抗氧化酶之一，其活性提高，可以降低超氧陰離子的產生速率，從而減少對細胞的損失[24]。由圖9可知，采后1-MCP處理及預冷+冷藏處理促進了APX活性的增強，在貯藏第1 d出現顯著性差異（P＜0.05），有利于減少植物體內活性氧的積累，從而延緩植物衰老。雖然1-MCP處理對APX活性的促進效果要低于預冷+冷藏處理，但與CK組相比，在采后預冷條件不足時仍能取到很好的效果。

圖9 不同處理對西蘭花APX活性的影響Fig.9 Different treatments on ascorbate peroxidase activity of broccoli

2.10 不同處理方式對西蘭花SOD活性的影響

超氧化物歧化酶是植物代謝過程中重要的自由基清除劑之一，與植物的衰老密切相關[20]。由圖10可知，采后西蘭花的SOD活性呈先上升后下降趨勢，1-MCP處理促進了SOD活性的提高，在貯藏第1 d出現顯著性差異（P＜0.05）。因此，在通過SOD作用清除自由基的這條代謝途徑中，1-MCP處理的效果要優于預冷+冷藏處理。

圖10 不同處理對西蘭花SOD活性的影響Fig.10 Different treatments on superoxide dismutase activity of broccoli

2.11 Pearson相關性分析及主成分分析

對西蘭花10種理化指標：a*（X1）、b*（X2）、呼吸強度（X3）、葉綠素（X4）、H2O2（X5）、硫代葡萄糖苷（X6）、CAT（X7）、POD（X8）、APX（X9）、SOD（X10）進行Pearson相關性分析及主成分分析，結果見表2、表3、圖11。

圖11 西蘭花理化指標PCA圖Fig.11 PCA chart of broccoli physical and chemical indexes

表3 成分矩陣Table 3 Component matrix

2.11.1 Pearson相關性分析 由表2，對不同處理組的西蘭花10項理化指標進行Pearson相關性分析，結果如下：a*值與b*值呈顯著負相關（P＜0.05），表明當a*值呈負值且越小，b*值越小時，西蘭花的色澤越綠。呼吸強度與APX活性呈顯著負相關（P＜0.05），表明APX活性升高可能加快了活性氧的清除，減少植物體的氧化應激，在某種程度上減緩了呼吸作用，延緩西蘭花的衰老[24]。葉綠素含量與硫代葡萄糖苷含量呈極顯著正相關（P＜0.01），表明通過西蘭花的黃化程度可以判斷它的部分營養成分的流失情況。葉綠素含量與CAT活性呈顯著負相關（P＜0.05），CAT活性增加，可以加快活性氧的清除，減緩對細胞的損害[17]，可能在一定程度上增加了葉綠素酶等相關酶的活性，加快了葉綠素的降解。硫代葡萄糖苷含量與CAT活性及POD活性均呈顯著負相關（P＜0.05），因為西蘭花在貯藏期間，硫苷作為營養物質不斷流失，相關抗氧化酶活性提高。

表2 10種測定指標的Pearson相關性分析Table 2 Pearson correlation analysis of 10 measurement indexes

2.11.2 主成分分析 對10種西蘭花理化指標：a*（X1）、b*（X2）、呼吸強度（X3）、葉綠素（X4）、H2O2（X5）、硫代葡萄糖苷（X6）、CAT（X7）、POD（X8）、APX（X9）、SOD（X10）進行主成分分析，主成分見圖11，特征矩陣見表3。以特征值大于1，提取出3個主成分，累積貢獻率為80.5%，可以代表原始數據的絕大部分信息。

由圖11、表3可知，第一主成分貢獻率為40.9%，呼吸強度（X3）載荷0.790、葉綠素（X4）載荷-0.903、硫代葡萄糖苷（X6）載荷-0.932、CAT（X7）載荷0.795占比最高；結合表2，由于葉綠素和硫代葡萄糖苷呈極顯著正相關（P＜0.01），且二者與CAT活性呈顯著負相關（P＜0.05），所以只提取硫代葡萄糖苷和呼吸強度作為代表性指標，分別為營養指標和代謝指標。由圖11，第二主成分貢獻率為29.3%；由表3，a*（X1）載荷0.947、H2O2（X5）載荷0.736、b*（X2）載荷-0.714占比最高；結合表2，由于a*值與b*值呈顯著負相關（P＜0.05），所以提取a*、H2O2為代表性指標，分別為品質指標和抗氧化指標。第三主成分貢獻率為10.3%；由表3，CAT（X7）載荷-0.482占比最高，提取為代表性抗氧化指標。綜上，本試驗提取a*（X1）、呼吸強度（X3）、H2O2（X5）、硫代葡萄糖苷（X6）、CAT（X7）作為評定西蘭花感官品質的核心指標。

2.11.3 綜合評價 以3個主成分作為自變量，感官品質得分作為因變量，進行多元線性回歸分析，得到感官品質與各理化指標的線性回歸模型（R2=0.802，P＜0.05）如下：

此模型消除了回歸分析中相關性帶來的誤差，有助于根據各因子的占比，更好地觀測影響西蘭花感官品質的理化指標。

3 討論與結論

西蘭花采后生理代謝旺盛，衰老迅速，主要體現在呼吸作用旺盛，營養物質降解，花球黃化、開花等方面[25]。本實驗表明，采后一天內，1-MCP處理顯著抑制了色差a*值的增加，在貯藏前期顯著延緩了葉綠素的降解，與陳錦等[26]采用低溫貯藏研究龍眼果實的耐貯性研究結果一致。葉綠素含量影響西蘭花花球的黃化和營養狀況[27]，其降解與有關葉綠素酶活性密切相關。謝曉宇等[28]研究發現，預冷結合低溫貯藏可以顯著抑制葉綠素酶活性，從而減少西蘭花貯藏期間葉綠素的降解。1-MCP處理具有和預冷結合冷藏處理相同的作用。

呼吸強度是體現果蔬生理代謝活性的重要指標。果蔬采后由于逆境脅迫[29]，呼吸強度會增強。西蘭花屬于呼吸躍變型果實，采后會出現呼吸高峰，呼吸強度呈先上升后下降趨勢[30]。本實驗研究表明，1-MCP處理顯著降低了西蘭花貯藏期間的呼吸強度，延緩了呼吸高峰的出現。用1-MCP處理桃[31]、番石榴[32]、番茄[33]和娃娃菜[34]等都顯著降低了果蔬的呼吸強度，與本實驗研究結果一致。

硫代葡萄糖苷主要存在于十字花科植物中，是一種富含氮、硫的植物刺激代謝產物，可以賦予植物特殊的風味[35]，并且具有一定的生物活性，可以起到抗腫瘤的作用[36]。本實驗的1-MCP處理顯著延緩了西蘭花硫代葡萄糖苷含量的下降，保持了西蘭花貯藏期間的營養品質。

一般情況下，植物體內的活性氧（ROS）代謝處于動態平衡狀態，逆境脅迫會使植物體內的ROS代謝失衡，導致其在植物體內蓄積，造成氧化傷害[37-38]。本實驗1-MCP處理調節了西蘭花的抗氧化系統，提高了相關抗氧化酶的活性，加快了植物體對活性氧自由基的清除能力，有效延緩了西蘭花的衰老。千春錄等[39]用1-MCP處理獼猴桃發現顯著提高了SOD、APX活性。王玉玲等[40]研究發現1-MCP處理藍莓顯著抑制了果實總抗氧化能力的下降。本實驗發現，在采后1 d內1-MCP處理促進了西蘭花POD活性的上升。同時本實驗1-MCP處理及預冷+冷藏處理均未能降低H2O2的含量，可能是處理加劇了西蘭花貯藏前期的氧化應激[20]。Mittler[41]研究發現H2O2可以誘導POD的合成，從而增加POD活性，與本實驗結果一致。

本研究表明，采后用1 μL/L 1-MCP熏蒸6 h并于20 ℃放置，在采后1 d內，有效抑制了西蘭花呼吸強度，抑制了a*值的增加，維持了西蘭花的感官品質；對葉綠素和硫代葡萄糖苷的含量的影響與預冷+冷藏處理的效果相同，無顯著性差異；對于H2O2和CAT的作用與預冷+冷藏組趨勢一致，都可能引起了西蘭花的氧化應激；同時，1-MCP處理顯著提高了POD、APX、SOD活性，提高了西蘭花的抗氧化能力，在一定程度上延緩了西蘭花的衰老，顯著延長了西蘭花的貨架期。主成分分析表明，色差a*、呼吸強度、H2O2、硫代葡萄糖苷和CAT活性是影響西蘭花保鮮效果的關鍵性指標。綜上，西蘭花采后用1-MCP處理效果比較理想，可以在預冷條件不足的情況下起到替代作用，本實驗為后續的西蘭花的冷鏈運輸和工業化提供了理論依據。