不同1-甲基環丙烯熏蒸處理對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

魏敬汶 吳世雨 呂尊富 崔 鵬 徐錫明 龐林江 陸國權,* 季少珍

(1浙江農林大學現代農學院/浙江省農產品品質改良重點實驗室 浙江 杭州 311300；2浙江農林大學薯類作物研究所 浙江 杭州 311300； 3綠潔食品有限公司，浙江 杭州 311300)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]屬旋花科甘薯屬，是世界第七大糧食作物[1]，同時也是重要的飼料、工業原料和新型能源原料[2]。但因其塊根體積較大、水分含量高，采收后在常溫下貯藏呼吸強度增加，極易發生失水、發芽、糠心等問題。

1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)作為一種生產上常用的乙烯受體抑制劑，具有安全、高效、無毒[3]、無殘留[4]等優點，能夠有效阻斷內源乙烯與受體蛋白的結合，從而阻礙乙烯信號轉導，抑制果蔬的呼吸及衰老進程，提高果蔬的耐貯性[5]。1-MCP的保鮮效果與處理溫度有關，Blankenshihip等[6]發現在一定溫度范圍內高溫處理保鮮效果優于低溫，Ku等[7]研究發現高溫條件更有利于1-MCP與乙烯位點的結合，Sisler等[8]研究發現低溫條件下1-MCP作用效果明顯下降的原因可能與低溫改變膜上受體蛋白構象有關。相關研究表明，1-MCP抑制作用效果在呼吸躍變型果實上更為明顯，如蘋果[9]、梨[10]、水蜜桃[11]等。孫愛萍等[12]研究發現，1-MCP處理可顯著降低活性氧的產生速率，抑制MDA的產生，有效延緩甜瓜果實采后衰老。在甘薯保鮮貯藏方面，鄧代輝等[13]研究發現1-MCP和水楊酸(salicylic acid, SA)能使甘薯在貯藏期間保持較好的品質，降低腐爛率。彭勇等[14]研究表明，與乙烯、氧苯胺靈(chlorpheniramine, CIPC)、熱水處理等相比，1-MCP緩釋劑是抑制甘薯采后發芽及延長貯藏期的最佳處理方法，其中29℃愈傷與1-MCP聯合處理對甘薯防腐效果較好。張小村等[15]用1 μL·L-11-MCP 處理鮮食型甘薯品種，發現1-MCP對甘薯塊根中可溶性糖、直鏈淀粉含量等品質相關指標有顯著影響。

目前，1-MCP處理作為保持果實品質，延緩果實衰老，延長貯藏及貨架供應期的關鍵技術在呼吸躍變型果蔬貯藏上被廣泛應用，而關于不同熏蒸濃度、不同熏蒸時間1-MCP處理對新鮮甘薯的保鮮效果和抗氧化能力的影響鮮有系統的研究報道。本研究旨在明確不同1-MCP熏蒸濃度、不同熏蒸時間對甘薯貯藏保鮮效果的影響，并篩選出適合甘薯貯藏保鮮的最佳1-MCP處理方式，以期為甘薯采后保鮮提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯(煙薯25號)，于2020年10月統一采自浙江農林大學東湖校區薯博園；1-MCP：白色粉劑，有效成分3%，購于山東奧維特生物科技有限公司；8.5 L雙扣式密封保鮮盒(38 cm×26 cm×13 cm)，購于廣州市馳鋼貿易有限公司。

1.2 主要儀器與設備

iCEN-24R型高速冷凍離心機，杭州奧盛儀器有限公司；HH6數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；MV9000紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；PBI-Dansensor CheckPoint II便攜式頂空分析儀，上海連航機電科技有限公司，PRX-15013智能人工氣候箱，寧波海曙賽福實驗儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 1-MCP溶液的制備 參考頡敏華等[16]的方法計算不同熏蒸濃度1-MCP處理(0.5、1、2、4、8 μL·L-1) 所需粉劑的量，稱取相應質量的粉劑于5 mL指形試管內，加入體積比1∶20的超純水，立即密封搖勻。

X=(C×V×ρ)/(A×106)

式中，X為1-MCP粉劑用量，g；C為設定1-MCP的質量濃度，μL·L-1；V為處理空間體積，L；ρ為相應處理溫度下1-MCP的密度，g·L-1；A為所用1-MCP粉劑的質量分數，%。

1.3.2 薯塊收獲與處理 2020年10月13日上午在浙江農林大學東湖校區薯博園統一收獲后立即運至薯類作物研究室。挑選無病蟲害、無機械損傷、200～250 g的紡錘形薯塊。每個處理箱中隨機放入20個薯塊，再放入裝有1-MCP溶液的指形試管，打開試管蓋后立即加蓋保鮮膜封箱，放入恒溫培養箱中(溫度29℃，相對濕度85%～90%)進行愈傷與1-MCP熏蒸聯合處理[14]，對應處理組編號如表1所示。不同熏蒸處理結束后，打開箱蓋通風30 min，放置于恒溫培養箱(溫度25±0.5℃、相對濕度85%～90%)貯藏120 d。每隔5 d進行發芽情況統計，生理指標在貯藏前30 d內每7 d取樣1次進行測定，之后每30 d取樣1次進行測定[15]。試驗進行3次重復，每個處理60個塊根。

表1 不同1-MCP處理組參數及編號Table 1 Parameters and numbers of different 1-MCP treatment groups

1.3.3 發芽率的測定 采用計數法，以薯皮出現肉眼可見的芽點(大于2 mm)視為發芽。按照以下公式計算發芽率：

發芽率=(發芽甘薯個數/甘薯總個數)×100%

(1)。

1.3.4 發芽指數的測定 參考Pankomera[17]的方法，按照以下公式計算發芽指數：

(2)

式中，i為發芽級數(1級=0芽，2級=1～3芽，3級=4～6芽，4級=7～9芽，5級=10芽及以上)；Xi為發芽i級的甘薯個數；K為甘薯總個數。

1.3.5 呼吸強度的測定 采用靜置法，參考曹建康等[18]的方法。

1.3.6 失重率的測定 采用稱重法，計算公式如下：

甘薯失重率=(貯前甘薯鮮重-貯后甘薯鮮重)/貯前甘薯鮮重×100%

(3)。

1.3.7 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的測定 采用Hodges等[19]的方法測定。

1.3.8 抗氧化酶活性的測定 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、抗壞血酸過氧化酶(ascorbate peroxidase, APX)活性的測定參考文獻[20-22]的方法。

(4)

采用熵權法確定各觀測指標所占權重。各指標熵按公式(5) (6)計算。

(5)

(6)

式中，En為第n個指標的熵權值；fij為歸一化后矩陣中第i行、第j列的數值。

為使 ln(fij)有意義，當fij=0時定義fijln(fij)=0。各指標熵權通過公式(7)計算，計算結果組成熵權矩陣Wi。

(7)

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數據統計，SPSS 21.0軟件進行單因素、雙因素方差分析，Origin 2018軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同熏蒸濃度對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

由圖1可知，不同1-MCP濃度處理對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響存在差異。常溫貯藏條件下，不同濃度1-MCP處理組均能有效抑制甘薯發芽率及發芽指數的上升(圖1-A、B)，其中8 μL·L-1處理組極顯著低于CK組(P<0.01)，抑芽效果最好。甘薯在貯藏3 d時達到呼吸躍變峰值(圖1-C)，1 μL·L-1處理組在貯藏60 d以后呼吸強度始終處于最低，與其他處理組相比差異顯著(P<0.05)。CK組甘薯失重率(圖1-D)較1-MCP處理組上升迅速,至貯藏120 d時，0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 μL·L-11-MCP處理組甘薯失重率分別比CK組低4.50、10.26、6.09、11.78、9.32個百分點，處理間差異不顯著。8 μL·L-1處理組甘薯MDA含量(圖1-E)始終顯著低于其他處理組(P<0.05)。甘薯SOD、POD、CAT和APX活性(圖1-F～I)在整個貯藏期間總體呈下降趨勢，其中 2 μL·L-1處理組甘薯的抗氧化酶活性與其他處理相比在貯藏后期仍能保持較高水平，效果最好。

2.2 不同熏蒸時間對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

由圖2可知，不同1-MCP時間處理對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響存在差異。CK組在高溫愈傷結束即觀察到芽點(圖2-A、B)，各處理組出芽時間均有所延遲，至貯藏20 d時，CK組甘薯全部發芽，發芽指數顯著高于各處理組(P<0.05)。貯藏3 d時，CK組甘薯的呼吸強度(圖2-C)顯著高于其他處理組(P<0.05)，12 h處理組甘薯的呼吸強度在貯藏30～120 d始終處于最低，說明該處理可顯著降低甘薯的呼吸強度。貯藏前15 d，甘薯的失重率和MDA含量(圖2-D、E)快速上升，至貯藏120 d時，6、12、24、36、48 h處理組的甘薯失重率與對照組相比分別下降9.34、13.78、5.85、11.54、7.80個百分點，MDA含量分別比CK組低3.11%、8.59%、6.43%、10.58%、5.70%。貯藏30～120 d，12 h處理組甘薯的SOD、POD、CAT和APX活性(圖2-F～I)始終保持較高，SOD、POD、APX活性顯著高于CK組(P<0.05)，CAT活性顯著高于CK組和48 h處理組(P<0.05)。

圖1 不同1-MCP濃度處理對甘薯貯藏期生理指標及抗氧化酶活性的影響Fig.1 Effects of different 1-MCP concentrations on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

圖2 不同1-MCP薰蒸時間對甘薯貯藏期生理指標及抗氧化酶活性的影響Fig.2 Effects of different 1-MCP time treatments on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

2.3 熏蒸濃度和熏蒸時間對甘薯采后貯藏效果的交互作用

雙因素方差分析結果表明(表2、表3)，濃度(C)、時間(T)及濃度與時間的互作(C×T)對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響與貯藏天數有關。C、T及C×T從貯藏10 d起顯著影響甘薯發芽(P<0.05)，貯藏10～30 d、15～35 d時，C對甘薯發芽率、發芽指數的影響分別達到極顯著水平(P<0.01)。在0～90 d內，C、T及C×T極顯著影響甘薯呼吸強度(P<0.01)，C×T貢獻度最大；貯藏15 d及以后，C顯著或極顯著影響甘薯失重率(P<0.01)；C、C×T在貯藏0～60 d顯著影響甘薯MDA含量的累積(P<0.05)，貢獻度表現為C>C×T；貯藏7～30 d、7～90 d，C、T分別對甘薯SOD活性產生極顯著影響(P<0.01)，T貢獻度最大；貯藏0～30 d，C×T對甘薯POD活性產生顯著影響(P<0.05)；C、T及C×T對甘薯CAT、APX活性產生的顯著影響主要集中在貯藏7～30 d，貢獻度總體表現為C>T>C×T。綜上，處理濃度是影響甘薯發芽率、發芽指數、失重率、含量MDA含量及CAT、APX活性的主要因子，處理時間是影響甘薯SOD活性的主要因子，濃度×時間主要影響甘薯的呼吸強度。

表2 濃度(C)與時間(T)對甘薯發芽指標影響的雙因素方差分析Table 2 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on the germination index of sweet potato

2.4 貯藏效果的模糊綜合評價模型

為進一步明確不同1-MCP處理下甘薯在不同貯藏時間中的動態變化影響，利用模糊評價方法對前文獲得的除發芽率、發芽指數外的7個有統計差異的數據指標進行量化綜合評價。

2.4.1 計算模糊評價指標綜合值 采用方差貢獻法計算各組間方差貢獻率相對大小。根據公式(4)計算各貯藏天數權重，不同處理組間各指標構成的方差矩陣V和標準化矩陣W如下所示。

表3 濃度(C)與時間(T)對甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力指標影響的雙因素方差分析Table 3 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on storage and antioxidant capacity of sweet potato

將各處理下甘薯的不同指標觀測值進行有關貯藏天數的加權計算，最終得到模糊評價矩陣R。

2.4.3 平均指標熵權計算 根據公式(5)(6)分別計算失重率、呼吸強度、MDA、SOD、POD、CAT、APX的熵權構成熵權矩陣En，然后將各指標熵權歸一化后構成各指標權重矩陣Wi。

通過公式(7)對各處理組與標準物元組的貼近度進行度量，構成最終矩陣Rnm。各處理組甘薯貯藏綜合效果隨處理濃度、處理時間的變化如圖3所示。因此，各處理組甘薯貯藏效果由高到低為：3-2>3-1>3-3>2-3>2-2>3-4>1-4>4-2>4-1>1-1>1-3>2-5>4-3>2-1>2-4>5-4>5-2>4-4>5-1>5-3>4-5>3-5>1-5>1-2>5-5。即2 μL·L-11-MOP密閉熏蒸12 h保鮮效果最好。

圖3 處理組與標準組的貼近度Fig.3 Euclide degree between treatment groups and standard matter-element

3 討論

甘薯采后因蒸騰失水、物質代謝而使其重量逐漸損失[24-25]。本研究中，甘薯在常溫貯藏期間失重率不斷上升，其中貯藏0～15 d、90～120 d失重率變化幅度較大，薯塊處于迅速失水狀態，這與閆海鋒等[26]研究不同貯藏溫度對甘薯失重率的影響、王煒等[27]研究兩種甘薯在貯藏中后期失重率的變化規律相一致。呼吸作用是了解農產品采后生理狀態和影響貯藏效果的重要因素，各甘薯品種發生呼吸躍變的時間一般集中在貯藏0～10 d內[28]。本研究中，煙薯25在貯藏3 d時發生呼吸躍變，達到呼吸強度峰值，說明薯塊在貯藏時已經解除休眠，生理狀態較為活躍。何欣遙等[29]研究發現，甘薯在常溫條件下貯運18 d時，發芽率和發芽指數分別高達83.33%和2.7，本研究中，對照組甘薯在常溫貯藏20 d時已全部發芽，發芽指數達2.74，這與前人研究趨勢相一致。

抗氧化酶活性與外界環境溫度、水分脅迫、不同植物器官的發育階段等內外因素的變化有關[30]。本研究發現，SOD、CAT和APX活性在貯藏前15 d迅速下降，之后緩慢回升，這與李建梅等[31]關于甘薯塊根中SOD和APX活性在水分脅迫誘導下的變化趨勢相一致。由此推測，在甘薯常溫貯藏初期，薯塊發生呼吸躍變，導致水分急速下降是影響抗氧化酶活性變化的關鍵原因之一。另外，將1-MCP處理下甘薯貯藏前15 d的生理指標與抗氧化酶活性進行相關性分析，發現發芽率、發芽指數、失重率與SOD、CAT、APX活性存在極顯著負相關(P<0.01)，呼吸強度與POD活性存在極顯著負相關(P<0.01)，這也進一步證實了上述猜測。

1-MCP作為一種乙烯作用的競爭性抑制劑，其使用濃度、作用時間都會影響果蔬的成熟衰老進程和品質。祝美云等[32]研究表明，1 μL·L-11-MCP處理西洋梨果皮組織的效果好于0.5 μL·L-11-MCP， 王寧等[33]對無核白葡萄進行不同時間1-MCP熏蒸處理，結果表明，在5℃低溫下1-MCP處理無核白葡萄48 h比24 h更能夠有效抑制葡萄生理代謝并保持果實較好品質。本研究結果表明，1-MCP熏蒸處理能顯著降低甘薯呼吸強度、延緩MDA含量累積，保持較低的失重率、發芽率和發芽指數，提高抗氧化酶活性,這與鄧代輝等[13]研究1-MCP、水楊酸、草木灰浸出液對甘薯儲藏影響的結論一致，并且在油[34]、菠蘿蜜[35]、蘋果[36]等的研究中也有相似的結論。

本研究進一步發現，在相同熏蒸時間處理下，高濃度1-MCP處理顯著抑制甘薯發芽率及發芽指數的上升，但在中長期貯藏過程中(15 d以后)不利于保持較高的SOD、POD、CAT、APX活性，這可能與高濃度 1-MCP 與薯塊體內乙烯受體的結合出現飽和現象有關[37-38]；在相同熏蒸濃度處理下，12 h熏蒸處理與其他處理組相比能顯著降低甘薯的呼吸強度，這可能是由于熏蒸時間太短不足以激活呼吸所必需的相關酶及基因表達[39]，熏蒸時間太長，氧氣不足時，甘薯進行無氧呼吸，造成薯塊組織傷害，加快呼吸作用[40]；雙因素方差分析結果表明，熏蒸濃度、熏蒸時間及其交互作用對甘薯貯藏效果的各指標影響不同，且隨貯藏天數延長呈現不同的變化規律。一般情況下, 1-MCP處理時間愈長, 所需濃度愈低；反之處理時間愈短, 所需濃度愈高[41-42]，其互作機理及影響因素仍需進一步深入探索。

4 結論

本研究結果表明，1-MCP作為乙烯作用的新型受體抑制劑，對甘薯有較好的保鮮效果，在實際生產中可緩解常溫貯藏帶來的失重、腐爛、發芽等現象，具有一定的應用前景，但1-MCP的處理時間和處理濃度具有特異性，高濃度長時間的熏蒸處理會對果實造成傷害。模糊綜合評價模型表明，29℃愈傷聯合 2 μL·L-11-MCP密閉熏蒸12 h對甘薯貯藏效果最好，可顯著延緩甘薯在采后常溫貯藏中(溫度25±0.5℃，相對濕度85%～90%)出現的失重、腐爛和發芽現象，有效抑制塊根的呼吸速率和MDA含量累積，同時能保持較強的抗氧化能力，從而有效延長貯藏期至120 d。