熱燙和1-MCP 聯合處理對鮮切芹菜貯藏品質的影響

孔倩倩, 張建華, 鐘耀廣, 程 楊

(1. 上海海洋大學食品學院, 上海 201306; 2. 上海交通大學農業與生物學院, 上海 200240)

芹菜采收后容易失水萎蔫、黃化和腐爛, 使貨架期縮短[1]. 鮮切芹菜因機械損傷使其組織被破壞, 導致乙烯異常增多, 呼吸作用旺盛, 內源酶活性增加, 使切面褐變加快. 同時, 貯藏期間的失水會加劇芹菜葉柄膜脂的過氧化水平, 導致顏色、質地和風味劣變的發生[2]. 基于此,開發抑制其呼吸作用和褐變的新技術, 更好地保持鮮切芹菜的感官和營養價值, 非常重要.

熱燙處理可以降低蔬菜表面的微生物數量, 抑制酶促褐變. Rehman 等[3]發現熱處理可使甜椒冷害程度、失重率、活性氧和丙二醛(malonaldehyde, MDA) 含量降低, 抗氧化酶活性顯著提高. 但高溫長時間熱燙會使蔬菜組織細胞受熱被破壞, 導致細胞壁收縮、細胞間的結合力降低, 造成蔬菜軟化, 且因部分葉綠素熱降解, 使其綠色減退, 因此適當的熱處理可能會對冷藏鮮切芹菜的品質產生重要影響[4].

1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP) 可阻斷乙烯與其受體的結合, 抑制乙烯發揮生理效應, 抵御貯藏過程中自由基引起的氧化損傷, 使蔬菜保持新鮮[5]. 1-MCP 保鮮劑主要為粉末型產品, 溶解后氣體釋放快, 需要快速封閉容器, 小規模使用時易出現有效處理濃度不精確的問題. 本工作使用的安喜貼(Ansi-LS) 是一種新型的緩釋貼片, 可通過改變貼片面積獲得所需1-MCP 氣體的濃度, 具有使用方便、濃度控制精確等優點, 也可在運輸中使用.

單獨的保鮮技術對延長果蔬保質期的效果有限. 例如, 熱燙處理對果蔬有一定的護色作用, 但不能抑制后熟和減少失重; 而乙烯抑制劑1-MCP 能有效抑制后熟. 因此, 聯合保鮮技術是一個新的發展趨勢. 本工作探究了熱燙、1-MCP 單獨處理和聯合處理對鮮切芹菜在低溫貯藏過程中各項生理指標的影響及其作用機制, 以期為鮮切芹菜的貯藏保鮮提供技術參考和理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗材料: 新鮮香芹(上海揚升農副產品合作社); 安喜貼(臺灣利統股份有限公司).

實驗儀器: SLFPTAD 型多功能酶標儀(美國伯騰儀器有限公司); HH-S 型數顯恒溫水浴鍋(金壇市正基儀器有限公司); UV-1100 型紫外可見分光光度計(上海美譜達儀器有限公司);CR-10 便攜式色差儀(上海右一儀器有限公司); TA.XT Plus 型質構儀(英國Stable Micro System 公司); H-2050R-1 型高速冷凍離心機(長沙湘儀離心機有限公司).

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品預處理

芹菜采摘后裝入泡沫箱運送至實驗室. 選取成熟度一致、粗細均勻、無病蟲害和機械損傷的芹菜, 洗去表面污物. 將綠葉、根部和受損的莖部去掉, 其余葉柄部分用鋒利的不銹鋼刀手工切成5 cm 的小段, 每組1 000 g.

1.2.2 熱燙處理(HW 組)

用50°C 熱水處理鮮切芹菜, 熱燙時間分別為0、20、40、60、80 s, 其中以熱燙時間為0 s作為對照(CK). 冷卻至室溫后測定相關指標, 確定熱燙處理的最佳時間.

1.2.3 1-MCP 熏蒸處理(1-MCP 組)

取7 個60 L 的泡沫箱, 各放入1 000 g 鮮切芹菜. 取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 片安喜貼, 在其上噴灑少量蒸餾水后, 分別貼在泡沫箱中. 密封泡沫箱, 使箱內1-MCP 的體積分數分別為0、0.3、0.6、0.9、1.0、1.5、1.8 μL/L (其中以體積分數為0 μL/L 作為對照(CK)),在(20±1)°C 下熏蒸24 h. 將處理后的鮮切芹菜放置于聚乙烯保鮮袋內, 在(4±1)°C 下貯藏.分別于第0、2、4、6、8 天取樣測定相關指標, 確定1-MCP 處理的最佳體積分數.

1.2.4 熱燙和1-MCP 聯合處理(HM 組)

鮮切芹菜于50°C 熱燙20 s. 冷卻至室溫后, 在(20±1)°C 下使用0.9 μL/L 的1-MCP進行24 h 的熏蒸處理. 將處理后的鮮切芹菜放置于聚乙烯保鮮袋內, 在(4±1)°C 下貯藏. 分別于第0、3、6、9、12 天取樣測定相關指標, 并以不經任何處理組(CK 組)、HW 組和1-MCP組為對照.

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 色差的測定

采用CR-10 便攜式色差計測定樣品表面的顏色變化, 記錄紅綠色a*值和黃藍色b*值.

1.2.5.2 MDA 質量摩爾濃度的測定

參考張夢媛等[6]的方法, 采用硫代巴比妥酸法測定MDA 的質量摩爾濃度,結果以μmol/g表示.

1.2.5.3 葉綠素質量分數的測定

取0.5 g 樣品置于研缽中, 加入少量石英砂和碳酸鈣粉及2 mL 80%的丙酮溶液研磨成勻漿, 再加入80% 的丙酮溶液5 mL, 繼續研磨至組織變白. 定容到50 mL 后搖勻, 用濾紙過濾.用分光光度計檢測濾液在663 和645 nm 處的吸光值. 葉綠素質量分數的計算公式為

式中:m為所取的樣品質量;V為所用丙酮提取液的體積.

1.2.5.4 硬度的測定

參考葉宏宇等[7]的方法并略作修改. 選用直徑為5 mm 的P5 探針, 壓力元件為1 kg, 測定條件如下: 壓縮模式; 測前、測中、測后的速度均為1 mm/s; 壓縮30%. 取每段芹菜的中間部位測定其硬度.

1.2.5.5 失重率的測定

采用稱重法. 每個實驗組取30 根芹菜, 稱重. 新鮮芹菜初始質量記為m0, 低溫貯藏不同天數后再次稱重的質量記為m. 失重率計算公式為

1.2.5.6 各項生理指標的測定

維生素C(vitamin C, VC)、還原型谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH) 的質量分數均按南京建成生物工程研究所試劑盒說明書進行測定.

過氧化物酶(peroxidase, POD) 活性測定參考了王亞楠等[4]的方法. 單位活性以每克樣品每分鐘在410 nm 波長處的吸光度值變化0.001 表示, 結果以U/(g·min) 表示.

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、超氧陰離子(superoxide anion, O-2·) 的活性, 以及過氧化氫(H2O2) 的質量摩爾濃度均按照南京建成生物工程研究所試劑盒說明書進行測定.

1.3 數據處理

所有數據均取3 組平行實驗的平均值. 采用Excel 2021 進行統計分析, Origin 2018 軟件作圖, SPSS 22.0 軟件檢驗差異顯著性,P ＜0.05 表示差異顯著.

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 不同熱燙時間對鮮切芹菜色澤、MDA 質量摩爾濃度和葉綠素質量分數的影響

色澤是反映果蔬感官品質的重要指標[8]. 葉綠素對熱敏感, 加熱會致其質量分數變化, 從而影響果蔬的色澤. 加熱也會導致果蔬膜脂的過氧化水平提高, 使MDA 的質量摩爾濃度增加[9]. 50°C 不同熱燙時間對鮮切芹菜色澤、MDA 質量摩爾濃度和葉綠素質量分數的影響如表1 所示.

表1 不同熱燙時間對鮮切芹菜色澤、MDA 和葉綠素的影響Table 1 Effects of blanching time on color, MDA and chlorophyll of fresh-cut celery

由表1 可以看出: 隨著熱燙時間延長, a*值逐漸降低, b*值逐漸增大, 表明綠色和黃色逐漸增強. 這可能是由于熱燙破壞了鮮切芹菜的葉綠體組織, 藍綠色的葉綠素a 和黃綠色的葉綠素b 被釋放的結果[10]. 另外, 長時間的熱燙會促進葉綠素降解, 使其轉變為脫鎂葉綠素, 色澤由綠轉黃[11].

由表1 還可以看出: 經過熱燙處理的芹菜, 其MDA 的質量摩爾濃度均顯著低于CK 組,表明熱燙能夠減緩膜脂過氧化程度, 這與曹明明等[12]在葡萄熱燙時的發現有相似趨勢; 葉綠素質量分數與熱燙時間呈負相關, 熱燙時間為20 s 的芹菜的葉綠素質量分數損失最小, 只有0.58%, 且該時間也是色澤和MDA 質量摩爾濃度變化的拐點. 因此, 本工作選擇50°C、20 s為熱燙的條件.

2.1.2 不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜硬度、MDA 質量摩爾濃度和失重率的影響

果蔬切割后, 切割面組織暴露在空氣中, 水分流失加速并降低細胞的膨脹壓力, 改變了結構特征并影響其硬度. 果蔬采摘后的呼吸和蒸騰作用使水分和營養物質不斷流失, 質量逐漸減少, 因此失重率可作為評定果蔬新鮮度的指標之一[9].

不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜硬度的影響如圖1 所示, 其中不同小寫字母表示差異顯著. 可以看出, 1-MCP 處理組的硬度始終高于CK 組, 且自第6 天開始, 與CK 組差異顯著. 這說明1-MCP 處理可以延緩鮮切芹菜軟化, 可能的原因是1-MCP 可以抑制細胞壁降解相關酶活性[6]. 0.9 μL/L 組的硬度要高于其他處理組, 第8 天時與其他各組差異顯著, 因此選擇該體積分數為1-MCP 的處理條件. 王波等[13]發現: 1-MCP 處理效果與其體積分數并不成正相關; 體積分數過高可能會刺激果蔬的一些生理變化, 導致其代謝紊亂, 使果蔬品質劣變.

圖1 不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜硬度的影響Fig.1 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on hardness of fresh-cut celery

不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜MDA 質量摩爾濃度的影響如圖2 所示, 其中不同小寫字母表示差異顯著. 可以看出: MDA 質量摩爾濃度在貯藏期間均呈增加的趨勢;0.9 μL/L 處理組的MDA 質量摩爾濃度始終保持最低水平, 在貯藏0～8 d 時僅從0.066 增加至0.086 μmol/g. 安容慧等[14]發現, 用1-MCP 處理娃娃菜也可顯著降低其MDA 質量摩爾濃度.

圖2 不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜MDA 質量摩爾濃度的影響Fig.2 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on MDA content of fresh-cut celery

不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜失重率的影響如圖3 所示, 其中不同小寫字母表示差異顯著. 可以看出: 失重率隨貯藏時間的延長均呈上升趨勢; 0.9 μL/L 處理組與其他各組差異顯著(P ＜0.05). 這與Hassan 等[5]用1-MCP 處理香菜的結果相似.

圖3 不同體積分數的1-MCP 處理對鮮切芹菜失重率的影響Fig.3 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on weight loss rate of fresh-cut celery

2.2 熱燙與1-MCP 聯合處理對鮮切芹菜低溫貯藏期間保鮮效果的影響

2.2.1 熱燙與1-MCP 聯合處理對失重率、硬度和色澤的影響

鮮切芹菜在貯藏期間的水分流失和有機物消耗會導致其質量減少. 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對失重率、硬度和色澤的影響如圖4 所示, 其中不同小寫字母表示差異顯著. 由圖4(a) 可以看出: 隨著貯藏時間的延長, 失重率均呈上升趨勢; 熱燙和1-MCP 處理均可降低質量損失, 其中以HM 組效果更佳; CK 組第6 天和第9 天的失重率分別為4.50% 和8.541%,HM 組第12 天的失重率為5.568%, 介于二者之間, 表明熱燙與1-MCP 聯合處理可延緩質量損失3～6 d. 王斌等[15]的研究也發現, 熱燙處理可以降低鮮切芋頭的失重率, 并延緩芋頭的軟化. 苗澤鈺等[16]也通過熱燙處理使鮮切荸薺的貯藏期延長了2～3 d.

圖4 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對失重率、硬度、色澤的影響Fig.4 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on weight loss rate,hardness, and color of fresh-cut celery during storage

由圖4(b) 可以看出: 隨著貯藏時間的延長, 硬度均呈下降趨勢, 熱燙和1-MCP 處理均可抑制軟化進程; 第6 天后, HM 組與其他3 組差異顯著(P ＜0.05); HM 組貯藏12 d 的硬度值與CK 組第6 天的值較接近, 表明該處理可以將軟化延遲6 d. Frempong 等[17]對檸檬和Huan 等[18]對獼猴桃進行1-MCP 處理時也發現有延緩軟化的作用. 熱燙處理可能通過激活果膠甲基酯酶, 1-MCP 處理則通過抑制細胞壁的分解來延緩軟化[6,19].

由圖4(c) 可以看出: 隨著貯藏時間的延長, a*值和b*值均呈上升趨勢, 說明鮮切芹菜逐漸褪綠轉黃; HM 組在第9 天的a*值和b*值分別為-6.6、22.5, 與其他3 組差異顯著(P ＜0.05), 與CK 組第6 天的值(-6.4、22.8) 接近. 這說明熱燙與1-MCP 聯合處理可以將黃化過程推遲3 d.

2.2.2 熱燙與1-MCP 聯合處理對VC 和GSH 質量分數的影響

VC 可以清除活性氧(reactive oxygen species, ROS) 等自由基, 是果蔬組織內重要的營養物質[20]. 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對VC 質量分數的影響如圖5(a)所示. 由圖可知,各組的VC 質量分數在貯藏過程中均不斷下降, 但1-MCP 組和HM 組的降幅不顯著. 這說明1-MCP 單獨處理或與熱燙聯合處理均可有效減緩VC 的流失. 這與李金金等[21]用1-MCP 結合保鮮劑有效抑制鮮切甘藍VC 質量分數下降的結果相似.

圖5 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對VC 和GSH 質量分數的影響Fig.5 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on VC and GSH mass fractions of fresh-cut celery during storage

GSH 可以直接與自由基結合并將其清除, 或將脫氫抗壞血酸還原為抗壞血酸, 從而發揮抗氧化的作用[22]. 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對GSH 質量分數的影響如圖5(b) 所示. 由圖可知, 各組的GSH 質量分數在貯藏過程中呈現先升后降的趨勢, 但都顯著高于CK組(P ＜0.05).

HM 組保持了較高的VC 和GSH 質量分數. 這可能是因為熱燙處理和1-MCP 處理可以抑制呼吸作用, 從而減少VC 合成前體物質己糖的消耗[22-23], 維持較高水平的GSH 和VC 質量分數, 發揮抗壞血酸-GSH 代謝循環的正常作用, 減少自由基的形成及氧化應激對鮮切芹菜的損傷.

2.2.3 熱燙與1-MCP 聯合處理對POD、SOD、CAT、H2O2和的影響

果蔬在正常環境下, 細胞內ROS 的代謝保持動態平衡. 當果蔬受到脅迫時, ROS 的動態平衡被打破, 加速ROS 的產生. 同時, ROS 清除酶的活性和內源性抗氧化物質含量下降, 大量ROS 積累, 導致果蔬細胞膜脂質過氧化, 加速了植物組織的老化和死亡[24]. H2O2質量摩爾濃度變化在一定程度上可反映ROS 的積累情況. 由圖6(a) 可知, 在貯藏過程中, 不同處理組H2O2質量摩爾濃度上升的速度為HM 組＞HW 組＞1-MCP 組＞CK 組, 且各組間差異顯著(P ＜0.05).

圖6 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對H2O2 質量摩爾濃度、POD、SOD、CAT 和· 活性的影響Fig.6 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on H2O2 content and POD,SOD, CAT and activities of fresh-cut celery during storage

評估果蔬抗氧化能力的關鍵指標是POD、SOD 和CAT 的活性. SOD 可以催化植物體內毒性較高的超氧自由基生成毒性較低的H2O2和O2[25]. POD 可清除自由基, 減輕H2O2對果蔬的損害, 在維持ROS 系統的代謝平衡方面發揮重要作用[26]. CAT 能在果蔬遭遇脅迫時直接將積累的H2O2分解為H2O 和O2, 避免其生成氧化性更強的·OH-, 從而減少H2O2對果蔬細胞的傷害[27-28]. 熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對POD、SOD 活性的影響如圖6(b) 和(c) 所示. 由圖可知: 隨著貯藏時間的延長, POD、SOD 活性呈先升后降的趨勢, 其中CK 組和處理組的POD 活性分別于第6 天和第9 天達到峰值; 在貯藏中后期, HM 組的POD、SOD 活性要顯著高于1-MCP 處理組和HW 組(P ＜0.05). 這與許婷婷等[29]發現熱處理可以誘導黃瓜POD 活性上升, 及王通等[30]認為1-MCP 可增強采后黃花菜抗氧化能力的結果相似.

熱燙、1-MCP 單獨處理及聯合處理對CAT 活性的影響如圖6(d) 所示. 由圖可知: 隨著貯藏時間的延長, 各組的CAT 活性均不斷下降, 但仍顯著高于CK 組(P ＜0.05); HM 組活性提高更顯著, 在貯藏第12 天時達22.72 U/g. 這與Chen 等[31]發現1-MCP 處理可以使鮮切藕片保持較高的CAT 活性, 從而提高抗氧化能力, 延長保質期的結果相似.

綜上, 熱燙與1-MCP 聯合處理不僅可以通過保持較高水平的GSH 和VC 質量分數, 發揮抗壞血酸-GSH 代謝循環的正常作用, 減少自由基的形成, 而且可以通過提高POD、SOD和CAT 等抗氧化酶的活性, 促進H2O2分解, 降低· 活性, 從而提高抗氧化能力.

2.2.4 熱燙與1-MCP 聯合處理對MDA 質量摩爾濃度的影響

熱燙與1-MCP 聯合處理對MDA 質量摩爾濃度的影響如圖7 所示. 可以看出: 隨著貯藏時間的延長, MDA 質量摩爾濃度均有不同程度的上升; 第6～12 天, HW 組與1-MCP 組MDA 質量摩爾濃度的變化趨勢與CK 組相似, 但上升更緩慢; 至第12 天, HM 組的MDA質量摩爾濃度仍顯著低于其他組(P ＜0.05), 與H2O2和· 的趨勢一致. 這說明熱燙與1-MCP 聯合處理可能通過減少ROS 的產生, 抑制MDA 質量摩爾濃度的上升, 保持細胞膜的完整性及透性.

圖7 熱燙、1-MCP 單獨及聯合處理對MDA 質量摩爾濃度的影響Fig.7 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on MDA content of fresh-cut celery during storage

3 結束語

本工作通過分析鮮切芹菜的色澤、硬度、失重率、葉綠素和MDA 質量摩爾濃度等指標,確定了最佳熱燙條件為50°C 20 s, 最佳1-MCP 處理條件為在(20±1)°C 下用0.9 μL/L 的1-MCP 熏蒸24 h. 經過熱燙與1-MCP 聯合處理的樣品, 在貯藏6 d 后可以顯著減少水分和營養物質的流失, 保持良好的硬度和色澤, 可將貯藏期延長3～6 d. 熱燙與1-MCP 聯合處理能減緩鮮切芹菜VC 和GSH 等內源抗氧化物質的流失, 維持較高的SOD、POD 和CAT 的活性, 從而提高ROS 清除能力, 減少· 和H2O2等ROS 的積累, 降低其對細胞膜的傷害程度, 減少膜脂過氧化產物MDA 的增加. 通過以上機制, 熱燙與1-MCP 聯合處理延緩了冷藏鮮切芹菜的衰老和劣變.