高濃度CO2應激調控對秋季鮮枸杞貯藏品質的影響

李愛光，邵金升，侯雙迪，張敬燕，范艷麗，劉霞*

（1.天津科技大學 食品科學與工程學院，天津 300457；2.天津科技大學 省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，天津 300457；3.天津鮮食原品生物科技有限公司，天津 300457；4.寧夏大學 食品與葡萄酒學院，寧夏 銀川 750021）

枸杞（Lycium barbarum L.）是我國重要的藥用植物資源，主要生長在我國西北地區[1]。枸杞鮮果屬于漿果，富含人體所需的蛋白質、維生素、氨基酸和微量礦物質元素等營養物質，能增強人體免疫力，還具有抗衰老、抗癌和抗氧化的功效[2-3]。枸杞的傳統食用方法主要是干果泡水飲用，然而，干果制備過程中抗壞血酸、類胡蘿卜素和各種維生素流失嚴重[4]。新鮮枸杞具有獨特的風味和豐富的多糖等活性物質，因此深受消費者的喜愛[5]。但是新鮮枸杞水分含量高、皮薄，采后易腐爛。因此，延長新鮮枸杞的貯藏期和提升枸杞貯運品質對于商業價值提升意義重大[6-7]。常用的貯藏方法有低溫貯藏法、氣調貯藏法、涂膜貯藏法等。其中低溫貯藏法受限于枸杞最適貯藏溫度（0±1）℃，因此其效果有限。氣調貯藏法中的1-甲基環丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）可以抑制枸杞鮮果的呼吸作用從而延長貯藏期，但僅能減緩貯藏后期腐敗味的產生，對枸杞外觀品質沒有明顯改善。涂膜法存在化學試劑、水分殘留導致的商品價值降低等問題。

在鮮果產銷鏈“預冷-誘抗-貯藏-運輸-銷售”五大環節中“誘抗”往往被忽視，通常通過短時的冷、熱、光、缺氧、高氧等不同的誘抗因子刺激果蔬，改變果蔬原有的代謝行為，實現貯藏期過程“抗性”增強[8-10]。同時，果蔬氣調貯藏廣泛應用于果蔬貯藏，通過改變貯藏環境中氣體濃度降低果蔬呼吸強度，具有高效、安全、無污染、操作簡單等優點[11-12]。而關于枸杞鮮果在短時高濃度CO2等氣體應激條件下鮮果品質的變化的研究較少。因此，本文采用不同高濃度二氧化碳短時間應激耦合1-MCP 熏蒸處理枸杞鮮果，探究高濃度二氧化碳短時間應激耦合1-MCP 熏蒸對枸杞鮮果貯藏期品質的調控規律，以期為簡單、高效、綠色的枸杞節能應激保鮮技術體系構建提供支持。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

枸杞鮮果：選用寧夏回族自治區中衛市中寧縣的“寧杞9 號”秋季果，田間采摘形態飽滿、色澤鮮亮、帶梗枸杞后，12 h 內空運至天津科技大學省部共建食品營養與安全國家重點實驗室。

L-苯丙氨酸：上海源葉生物科技有限公司；聚乙烯聚吡咯烷酮（polyvinylpolypyrrolidone，PVPP）（分析純）：深圳市杜奧科技有限公司；愈創木酚（分析純）：上海瀚香生物科技有限公司；30% H2O2（分析純）：上海時代生物科技有限公司；三氯乙酸（分析純）：上海太倉滬試試劑有限公司；1-甲基環丙烯：山東奧維特生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

CheckPoint 3 （O2/CO2） 氣體成分分析儀：丹麥Dansensor 公司；EPOCH-1908028 酶標儀：美國博騰儀器有限公司；PAL-1 數顯折光儀：ATAGO（愛拓）中國分公司；GXH-3051H 果蔬呼吸測定儀：北京均方理化科技研究所。

1.3 試驗方法

預處理方案參考王瑞慶等[13]的方法并稍作修改，枸杞鮮果運至實驗室后，選用形狀、顏色、大小均勻，無裂痕、瑕疵、水漬的鮮果，放入溫度（0±1）℃、相對濕度（93±3）%，0.1 μL/L 的1-MCP 密封環境下進行預冷熏蒸24 h。然后將熏蒸好的50 kg 鮮枸杞平均分成4 個組別，除對照組外，其余3 組分別放入密閉氣調箱中，用氮氣迅速排盡箱中空氣（O2濃度＜0.1 %），分別充入不同體積的二氧化碳，使箱內氣體濃度分別達到20%CO2、50% CO2、80% CO2，進行短時30 min 密閉應激處理。最后4 組鮮果貯藏于（0±1）℃、相對濕度（93±3）%的環境下15 d，每3 d 隨機對枸杞進行指標評價。各組做3 個重復。

1.3.1 呼吸強度

枸杞鮮果呼吸強度采用果蔬呼吸測定儀測量，每次稱量（20.5±0.5）g 鮮果放入果蔬呼吸測定儀的氣室，測量氣室內CO2生成量的變化，并重復3 次[14]。呼吸強度[A，mg/（kg·h）]計算公式如下。

式中：C0為空白試驗呼吸罐中CO2總量，%；C1為測定后呼吸罐中CO2總量，%；M 為CO2的摩爾質量，44.01 g/mol；V 為氣室體積，L；V0為測定溫度下CO2摩爾體積，44.7 mL/mol；m 為鮮果質量，kg；t 為測量時放入氣室中的時間，h。

1.3.2 失重率

枸杞貯藏前從各處理組中分別隨機取出適量鮮果放入保鮮盒內，記錄第0 天枸杞樣本質量為M0，貯藏期內每3 d 測定樣本質量Mt，每組重復3 次稱重[15]。失重率（B，%）以初始總重的減重百分比表示，公式如下。

式中：M0為貯藏第0 天待測樣本質量，kg；Mt為貯藏期內待測樣本質量，kg。1.3.3 腐爛指數

貯藏的枸杞鮮果根據枸杞鮮果表面的腐爛程度進行分級（0～4 級）。評定標準：腐爛面積總面積50%～100%為4 級腐爛程度；25%～50%為3 級腐爛程度；10%～25%為2 級腐爛程度；0%～10%為1 級腐爛程度；果面無生霉腐爛現象為0 級腐爛。腐爛指數（C，%）的計算公式如下。

式中：Rt為腐爛級別；Nt為腐爛級別對應的鮮果腐爛數量；R 為腐爛最高級別；N 為總果數量。

1.3.4 可溶性固形物含量

可溶性固形物（soluble solid content，SSC）含量通過數顯折光儀顯示的數值確定，以質量分數（%）表示[16]。

1.3.5 脂氧合酶活性

脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）的活性采用曹建康等[17]的方法。以每克果蔬樣品每分鐘吸光值變化值增加0.01 為一個LOX 活力單位（U），單位為U/（min·g）。

1.3.6 過氧化物酶活性

過氧化酶（peroxidase，POD）的活性采用曹建康等[17]的方法。每克果蔬樣品每分鐘吸光值變化值增加1 為1 個過氧化物酶活力單位（U），單位為U/（min·g）。

1.3.7 苯丙氨酸解氨酶活性

苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性測定采用曹建康等[17]的方法。每小時每克果蔬組織（鮮重）酶促反應體系吸光值增加0.01 為1 U，單位為U/（h·g）。

1.3.8 丙二醛含量

參考曹建康等[17]的方法。采用硫代巴比妥酸法測定果實中丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量，單位為μmol/g。

1.4 數據處理與分析

每個測量數據進行3 個平行，采用SPSS 13.0 進行數據分析，所得數據為平均數±標準差。

2 結果和分析

2.1 不同濃度CO2 應激對鮮食枸杞采后失重率和腐爛指數的影響

CO2應激對枸杞鮮果外觀品質影響見圖1。

圖1 枸杞鮮果不同處理組在貯藏期15 d 后的外觀差異Fig.1 Appearance of fresh goji berries treated with different methods and stored for 15 d

由圖1 可知，50%高CO2應激處理組在15 d 貯藏后外觀品質最好，仍能保持較好的光澤和顏色。

枸杞鮮果在貯藏期15 d 內失重率的變化見圖2。

圖2 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內失重率的變化Fig.2 Changes in weight loss rate of fresh goji berries within 15 d of storage

由圖2 可知，隨著貯藏時間的延長失重率逐漸上升，3 個高濃度CO2應激處理組均低于對照組，其中50% CO2應激處理組失重率表現最佳，20% CO2應激處理組次之，對照組最差，這也與枸杞鮮果呼吸強度變化趨勢相似，可能是因為高濃度CO2處理通過抑制呼吸作用，從而減少了因呼吸產生的水分流失。貯藏15 d 時50% CO2應激處理組失重率為（0.31±0.01）%，對照組為（0.48±0.01）%。高濃度CO2應激可降低枸杞秋果貯藏期間水分流失或自身營養物質的消耗，這與焦麗霞等[18]研究的100% CO2處理4 h 能延緩蒜薹衰老的結果相似。

CO2應激處理的枸杞鮮果腐爛指數變化規律見圖3。

圖3 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內腐爛指數的變化Fig.3 Changes in the decay index of fresh goji berries within 15 d of storage

由圖3 可知，貯藏期內CO2應激處理組的鮮果腐爛指數均低于對照組，其中50% CO2應激處理組表現最佳，80% CO2應激處理組次之，均明顯降低了鮮果腐爛指數的升高。貯藏第15 天時50% CO2處理組的腐爛指數僅為（9.60±0.07）%，而對照組高達（53.32±0.26）%。說明50%、80%濃度的CO2應激處理可以抑制枸杞鮮果腐爛，可能是激發了枸杞抗病反應機制，這也與PAL活性變化趨勢相符。

2.2 不同濃度CO2 應激對鮮食枸杞采后呼吸強度和SSC 的影響

呼吸強度是果蔬采后生理代謝強度的重要指標，低溫、氣調均是降低果蔬采后呼吸強度的重要手段[19]。1-MCP 與高濃度CO2應激對枸杞鮮果呼吸強度和可溶性固形物含量的影響見圖4～圖5。

圖4 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內呼吸強度的變化Fig.4 Changes in the respiratory intensity of fresh goji berries within 15 d of storage

圖5 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內可溶性固形物含量的變化Fig.5 Changes in the soluble solids of fresh goji berries within 15 d of storage

由圖4 可知，枸杞各處理組在第3、9 天均出現明顯的呼吸峰，而高濃度CO2應激并沒有改變新鮮枸杞呼吸峰的出現時間，但在貯藏中CO2處理均表現出了對呼吸強度不同程度的抑制，與趙游麗等[20]用低溫脅迫可降低枸杞呼吸強度的研究結果相似。從整體上看50% CO2處理組在貯藏前期抑制效果最佳，20% CO2處理組在貯藏后期同樣具備良好的抑制效果。

由圖5 可知，枸杞鮮果隨著貯藏時間的延長SSC變化波動較大，50%高濃度CO2應激改變了SSC 的變化趨勢，整體表現優于對照組，這與真空預冷結合微孔膜包裝處理枸杞后變化結果一致[21]。80% CO2組和20% CO2組則明顯低于對照組的SSC 含量，不利于SSC 的積累。而50% CO2短激處理，快速改變了鮮果代謝途徑，與對照組相比，貯藏前期提高了可溶性固形物含量積累，貯藏后期含量保持在較高水平，說明該處理能夠更有效保持鮮果營養成分，在貯藏過程中使鮮果能保持良好的風味。

2.3 不同濃度CO2 應激對鮮食枸杞貯藏期間PAL 和POD 活性的影響

PAL 是一種抵御病原菌或響應應激反應的關鍵酶，常在果蔬抵御病原菌侵害過程起著重要作用[22]。高濃度CO2應激對枸杞鮮果貯藏期間PAL 活性的調控效應見圖6。

由圖6 可知，除了第6 天，50% CO2組和80% CO2組的PAL 活性相較于對照組有明顯提高，而20% CO2組與對照組的鮮果PAL 活性變化無明顯差異。可見在一定范圍內，高濃度的CO2短時處理可以誘導鮮食枸杞的應激效應，有效提高枸杞鮮果貯藏期間的鮮果抗性，這與水核蘋果在脈沖CO2氣調貯藏中PAL 活性升高的結果一致[23]。

POD 作為一種果蔬組織內重要的抗氧化酶，是果蔬清除自由基的關鍵酶[24]。CO2應激處理對枸杞鮮果POD 的活性調控見圖7。

圖7 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內過氧化物酶活性的變化Fig.7 Changes in the peroxidase activity of fresh goji berries within 15 d of storage

由圖7 可知，隨著貯藏時間的延長，各組的POD活性整體均呈上升趨勢，高濃度CO2應激處理較對照組在貯藏前期有效提高了POD 活性水平，這與Lin 等[25]利用95% CO2處理雙孢菇12 h 明顯提高POD 活性增強其抗氧化能力的研究結果一致。由此可見，高濃度CO2應激在前期有效提升了枸杞鮮果清除自由基的能力，可能是果蔬應激后抗性自由基提升的對應效果，而貯藏后期清除自由基的代謝途徑回歸正常。

2.4 不同濃度CO2 應激對鮮食枸杞貯藏期間MDA 含量和LOX 活性的影響

MDA 是膜脂氧化中間產物的重要指示性指標，其積累會造成果蔬細胞質和細胞膜的傷害[26]。CO2應激處理對枸杞鮮果MDA 含量的影響見圖8。

圖8 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內丙二醛含量的變化Fig.8 Changes in the malondialdehyde content of fresh goji berries with 15 d of storage

由圖8 可知，MDA 含量隨著貯藏時間的延長整體呈現上升趨勢。20% CO2應激可延緩枸杞鮮果的MDA積累，而50%和80% CO2應激處理組的MDA 含量除第0、9 天外，均明顯高于對照組。這可能由于CO2應激后細胞應激代謝造成一定的過氧化反應[27]。過高濃度的CO2應激處理對于枸杞細胞膜結構有一定的損害。

LOX 作為能特異性催化膜脂不飽和脂肪酸氧化的關鍵酶，枸杞鮮果在貯藏期15 d 內脂氧合酶活性的變化見圖9。

圖9 枸杞鮮果在貯藏期15 d 內脂氧合酶活性的變化Fig.9 Changes in the lipoxygenase activity of fresh goji berries within 15 d of storage

由圖9 可知，隨著貯藏時間的延長，LOX 活性呈整體下降的趨勢。貯藏前期高濃度CO2應激可有效抑制LOX 活性，當貯藏第6 天時，50%、80% CO2應激處理組LOX 活性高于對照組。除第6 天外，12 d 內CO2應激處理組的LOX 活性明顯低于對照組。這一研究結果與提高豆芽生長環境中的CO2濃度降低LOX 活性和95% CO2處理雙孢菇12 h 緩解細胞氧化損傷的結果相似[25，27]。適宜濃度高二氧化碳應激處理雖能刺激MDA 的積累、但也能抑制LOX 活性。

3 結論

果蔬采后在短時間內其呼吸作用會有明顯增強，這不利于果蔬采后的貯藏運輸，而通過1-MCP 進行預冷熏蒸，可降低因采后田間熱和呼吸作用增強造成的失水以及腐爛變質。本文在此基礎上，以高濃度CO2應激保鮮技術結合1-MCP 對鮮食枸杞秋果貯藏期的保鮮效果進行了探究。結果表明，高濃度CO2應激處理可與1-MCP 進行有機結合，通過高濃度CO2對枸杞的短時應激作用，通過提高PAL、POD 等抗性酶活力，抑制LOX 活力并與抑制呼吸作用的1-MCP 共同作用，減少鮮果內部因呼吸代謝造成的品質劣變及不必要的營養消耗。與單一的1-MCP 處理組進行對比，復合處理組的保鮮效果更為突出，CO2短時應激可以明顯改善1-MCP 對外觀品質無法起到良好保護作用的缺點。復合處理的枸杞鮮果在貯藏期間的呼吸強度和腐爛指數都得到了明顯的抑制，并降低了鮮果采后失重率，改善枸杞貯藏中外觀品質下降的問題，提高鮮果自身抗性，延長了新鮮秋枸杞的貯藏貨架期。綜上，50% CO2應激處理30 min 對鮮食枸杞秋季鮮果貯藏期品質調控效果最佳，失重率最低，短期內對抗脅迫關鍵酶PAL 的激活效果最佳。