6-酮型螺甾烷類化合物對‘徐香’獼猴桃采后貯藏品質的影響

劉金娜,張迪,周蒙,葉嘉怡,查子河,張存莉

1(楊凌職業技術學院 藥物與化工學院,陜西 楊凌,712100) 2(西北農林科技大學 生命科學學院,陜西 楊凌,712100)3(楊凌職業技術學院 生物與工程學院,陜西 楊凌,712100)

獼猴桃(Actinidiachinensis)屬獼猴桃科獼猴桃屬(Actindia)落葉藤本果樹,是20世紀初馴化栽培而來的綠肉水果,全球約有獼猴桃54種,21變種,其中52種分布在中國(包括44個特有種)[1]。獼猴桃美味多汁,其維生素C及膳食纖維等多種營養成分含量豐富,深受消費者的喜愛。據統計,2016年中國獼猴桃栽培面積達14萬hm2,居世界第一,產量達237萬t,比2015年增加了8.22%;陜西省作為中國獼猴桃生產第一大省,獼猴桃種植面積近6.9萬hm2,產量達到了131萬t,成為了陜西省繼蘋果之后的又一個特色產業,同時也是農民脫貧致富的重要經濟來源[2-3]。

為了追求產量獲得更大的經濟價值,膨大劑在獼猴桃生產上大面積過度使用,產量提高了50%以上,但同時也帶來了一定的負面影響,嚴重威脅到了獼猴桃的貯存[4-6]。獼猴桃本身就屬于典型的呼吸躍變型果實,對乙烯非常敏感,低濃度就能促進果實軟化衰老,膨大劑的使用可使果實貯藏期縮短25～40 d,腐爛率和冷害率明顯增加[4,7],目前常用的獼猴桃保鮮技術有低溫冷藏、1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)處理[8]、氣調貯藏[9]、臭氧處理[10]、二氧化氯處理[11]、涂膜處理[12],而生產實踐中低溫結合1-MCP處理為最常見且經濟的貯藏方法,1-MCP作為乙烯的競爭抑制劑,抑制了乙烯的生理效應,延緩了果實衰老,延長了貯藏期,同時也會抑制果實內酯類芳香物質的產生[13-14],不利于果實維生素C的保留[15],導致果實出庫后難以成熟、果皮皺縮、果心硬化,軟熟后果肉易褐化、風味大減,腐爛率達到了25%以上。因此亟需尋找出適合獼猴桃保鮮耐貯藏的方法[16-17]。近年來食品安全問題愈見突出,在獼猴桃及其他水果上使用的化學農藥也受到了前所未有的質疑,因此,開發出一種綠色、環保、健康的植物源農藥將有很大的市場前景,雖有茉莉酸甲酯和肉桂提取物在獼猴桃保鮮上發揮出了一定的積極作用,但其生產成本較高,貯存前需要專門施藥處理,肉桂提取物發揮作用的成分也不明確[18-20]。

拉肖皂苷元(laxogenin,LA)屬于螺甾烷類化合物,來源于藥用植物黑刺菝葜,3,6-二羰基螺甾烷(3, 6-dicarbonyl spirosterane,3,6-TCS)為其類似物,可以通過薯蕷皂苷元合成獲得,兩者B環上均含有6-羰基活性官能團,表現出了一定的油菜甾醇類化合物(brassinosteroids,BRs)的活性[21-22]。本試驗以美味獼猴桃“徐香”為試驗材料,研究了(4.0±0.5) ℃冷藏條件下,LA、3,6-TCS及氯吡脲(forchlorfenuron,CPPU)處理對果實各品質指標的影響,通過主成分分析法評價了各處理的耐貯性,為獼猴桃大規模商業化貯藏提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗于2017年6月1日(獼猴桃花后15 d)在陜西咸陽市楊陵區蔣家寨獼猴桃示范基地進行。供試植株為4a生‘徐香’獼猴桃,供試植株生長健壯,樹勢基本一致。所用的螺甾烷類化合物LA、3,6-TCS是經本實驗室提取、合成而來;維生素C標準品來自于中國食品藥品檢定研究院,純度為100%;CPPU來自于四川省蘭月科技有限公司,農業常用質量濃度為10.0 mg/L。

1.2 儀器與設備

Agilent1200高效液相色譜儀,美國Agilent公司;5810R高速冷凍離心機,德國艾本德股份公司;DW-HL388超低溫冷凍儲存箱,中科美菱低溫科技股份有限公司;FA1004電子天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;GY-4-J水果硬度計,浙江托普儀器有限公司;PAL-BX/ACID 8糖酸一體機,日本ATAGO公司;UV-VIS300紫外分光光度計,美國賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

試驗采用隨機區組設計,設10.0 mg/L CPPU、0.500 mg/L LA、0.500 mg/L 3,6-TCS,共3個處理,以清水為對照(CK),LA和3,6-TCS處理的質量濃度通過水稻葉片傾斜法(rice leaf tilt method,RLIT)和胚軸伸長法(cotyl elongation method,HEB)模型下篩選出的最佳質量濃度,每個處理3棵樹,重復3次,劃分為4個小區,周圍設保護行。施藥時間選在在獼猴桃樹開花后15 d(2017年6月1日),試劑現用現配,蘸果處理,確保果柄部分也能充分浸蘸。蘸果處理后20 d(2017年6月22日),改為相同質量濃度噴施處理,每隔10 d進行1次,連續噴施3次,噴施量為1 L/棵,試驗期間天氣以晴為主,間或多云,夜間沒有降雨,正常管理。

果實平均可溶性固形物含量達到6.0%～6.5%時,各小區內混合采收。采收后當天運回實驗室,挑選成熟度一致、大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的果實作為實驗用果,并隨機從每個處理中抽取10個果進行果品品質的測定,其他果實放入(4.0±0.5) ℃、相對濕度80%～90%的冷庫貯藏。每隔7 d取樣測定果實的硬度,并將果皮去皮,切塊于液氮中速凍,-80 ℃保存用于統一測定獼猴桃品質各指標。試驗設置3次重復。同時,每個處理隨機抽取30個果實移至20 ℃室溫條件下,模擬貨架期,放置10 d,測定果實硬度及相關品質指標。

1.3.2 指標測定

果實硬度采用果實硬度計測定,糖酸一體機測定果實的糖度、酸度及糖酸比[23],高效液相色譜法測定果實中維生素C的含量,果實可溶性蛋白的含量采用考馬斯亮藍法[24-25]。

1.4 數據處理

采用Excel 2003進行數據統計,SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析。用R語言進行主成分分析,數據標準化處理選擇“Z-標準化”分析,標準化公式如公式(1)所示:

(1)

2 結果與分析

2.1 三種生長調節劑對不同溫度處理下獼猴果實硬度的影響

硬度是反映果實貯藏效果的重要指標。由圖1可知,不同處理之間果實硬度差異顯著(P<0.05),其中CPPU處理果實硬度最低,隨著貯藏時間的延長,果實的硬度呈下降的趨勢,前期下降緩慢,后期下降迅速近趨于緩慢(圖1)。25 ℃貯藏下,LA處理果實于第6天開始硬度驟然下降,10 d后果實硬度為3.60 kg/cm2,較其他處理高,3,6-TSC處理于第5天開始驟然下降,CK處理和CPPU處理于第4天開始驟然下降,貯藏第11天,CPPU處理果實的硬度最低為0.4 kg/cm2,降幅高達94.90%,平均每天下降8.63%。LA、3,6-TSC及CK處理,降幅分別為74.82%、83.70%、94.35%。綜上所述,室溫條件下不利于獼猴桃果實的長期保存,LA處理有利于延緩果實硬度的降低。

a-25 ℃;b-4 ℃圖1 不同處理對獼猴桃果實硬度的影響Fig.1 Effect of different treatments on firmness of kiwifruit under 4 ℃注:不同字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)。

低溫可以延緩后熟型果實呼吸高峰的出現,并降低乙烯的釋放速率。4 ℃貯藏效果明顯優于室溫貯藏(P<0.05)。CK處理于第7天開始果實硬度驟然下降,其他處理均于第14天開始迅速下降,其中LA處理果實硬度一直高于其他處理,貯藏第49天 CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理果實硬度分別比采收時下降了91.57%、65.28%、71.58%、85.27%,LA處理果實硬度最高為4.05 kg/cm2,其次為CPPU處理,第49天后開始,所有處理果實硬度差異趨于一致,經過63 d的貯藏,CK、CPPU、LA、3,6-TCS處理果實硬度均低于1.00 kg/cm2,分別為0.93、0.95、0.93、0.85 kg/cm2。

2.2 三種生長調節劑對獼猴果實品質變化的影響

獼猴桃采摘后,隨著貯藏時間的延長,果實內營養成分作為呼吸基質快速耗損,果實軟化,品質也會產生很大的變化。

2.2.1 不同處理對果實糖度的影響

糖含量是果實風味的主要成分,由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,果實的糖度呈先升后降的趨勢,LA處理果實糖度在第28天達到最大值14.84%,CPPU處理及3,6-TCS處理在第35天達到最大值13.90%和14.38%,CK處理于第42天達到最大值12.97%,不同處理糖度含量最大增幅值不同,CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理最大增幅分別為98.93%、70.34%、72.34%和34.64%,這表明LA處理有利于獼猴桃果實糖含量的積累和品質的提高。

圖2 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實糖度的影響Fig.2 Effect of different treatments on soluble sugar of kiwifruit under 4 ℃

2.2.2 不同處理對果實酸度的影響

酸味是果實的主要風味之一,也是果實的呼吸基質之一,其含量是衡量果實成熟度的一個重要指標。在整個貯藏過程中,各處理果的酸度呈整體下降的趨勢(圖3)。貯藏0～63 d,CPPU、LA及3,6-TCS處理果的酸度均低于對照(P<0.05),貯藏期間三者酸度的降幅分別為75.82%、78.69%、77.78%,均高于74.68%(CK處理可滴定酸降幅),貯藏第14天,3,6-TCS處理果的酸度與CK處理差值最大為0.27%,貯藏第21天,CPPU處理和LA處理與對照處理果酸度含量相差最大,分別比CK處理低了0.46%和0.45%。可見3種生長調節劑均能不同程度地加速獼猴桃果實中酸類物質的分解,促進了果實的成熟與衰老。

圖3 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實酸度的影響Fig.3 Effect of different treatments on titrstable acid of kiwifruit under 4 ℃

2.2.3 不同處理對果實糖酸比的影響

獼猴桃的糖酸比在一定程度上決定了獼猴桃的風味。由圖4可見,隨著貯藏時間的延長,獼猴桃果實的糖酸比逐漸上升后緩慢下降,第14天開始,各處理的糖酸比迅速上升,貯藏49 d,CPPU處理和LA處理糖酸比值達到最大值分別為36.20和35.72,3,6-TCS處理果的糖酸比在貯藏第42天達到最大值28.84,但與貯藏第49天比較差異不明顯,CK處理糖酸比最高可達18.79,但低于其他處理的最大值,分別較CPPU、LA及3,6-TCS處理的最大值降低了17.41、16.93和10.05。可見3種生長調節劑均可提高果實的糖酸比,CPPU處理和LA處理提高幅度較大,在改善獼猴桃感官品質上作用明顯。

圖4 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實糖酸比的影響Fig.4 Effect of different treatments on sugar acid ratio of kiwifruit under 4 ℃

2.2.4 不同處理對果實維生素C含量的影響

獼猴桃是一類富含維生素C的果實,但果實中維生素C含量很不穩定,在貯藏過程中易分解。由圖5可知,各處理維生素C含量遂貯藏時間的延長呈下降的趨勢,在整個貯藏過程中,CPPU、LA及3,6-TCS處理,維生素C含量分別下降了56.18%、52.95%和57.72%,但均高于CK處理(CK處理維生素C含量下降了52.44%)。貯藏63 d,各處理維生素C含量均為貯藏期最低值,其中LA處理維生素C含量最高為0.08%。就果實中維生素C含量而言,LA處理效果最佳。

圖5 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實維生素C含量的影響Fig.5 Effect of different treatments on vitamin C of kiwifruit under 4 ℃

2.2.5 不同處理對果實可溶性蛋白的影響

可溶性蛋白是重要的滲透調節物質和營養物質,由圖6可知,0～63 d貯藏期內,果實中可溶性蛋白含量呈先上升后迅速下降的趨勢,貯藏49 d,CPPU、LA及3,6-TCS處理果中可溶性蛋白含量均達到最大值分別為0.65、0.68、0.76 mg/g,且均高于對照處理(P<0.05),其中LA處理增幅比對照高了16.60%,CPPU和3,6-TCS處理增幅較對照低了3.81%和24.42%。第49天后,各處理果中可溶性蛋白含量迅速下降,貯藏第63天,CPPU、LA、3,6-TCS及CK處理果中蛋白含量分別較第49天最大值下降了76.84%、72.66%、72.35%和75.95%,其中LA處理果實中可溶性蛋白的含量高于采收時果實中可溶性蛋白的含量(0.16 mg/g),高出了0.03 mg/g,其他處理均低于采收時果實中可溶性蛋白的含量。可見LA處理有利于貯藏期獼猴桃果實中可溶性蛋白的積累。

圖6 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實可溶性蛋白的影響Fig.6 Effect of different treatments on soluble protein content of kiwifruit under 4 ℃

2.3 貯藏期間各處理果實各品質指標的主成分分析

2.3.1 主成分的選取

獼猴桃果實硬度結合相應品質指標(糖度、酸度、糖酸比、維生素C含量)對不同處理不同貯藏時段的獼猴桃進行了主成分分析,結果見表1。由表1可知,前2個主成分的特征值均大于1,累計方差貢獻率超過了85%,說明第一、第二主成分基本保留了原有變量的大部分信息,因此前2個因子在獼猴桃果實品質評價中起到了主導作用。

表1 獼猴桃各指標中主成分的特征值及貢獻率Table 1 The eigenvalue and contribution rate of principal component analysis with kiwifruit

由表2可知,獼猴桃第一主成分對應的載荷矩陣中,酸度、維生素C和硬度這3個指標均為負值,三者體現了果實的貯藏品質,其余分量均為正值,糖酸比影響最大。第一主成分反映了原始數據63.61%的信息量,可歸為貯藏特性因子。第二主成分載荷矩陣中,酸度為負值,其余指標均為正值,其中糖度的正值最高,其反映了果實內主要物質的變化過程,可歸為風味因子。

表2 獼猴桃果實各指標的初始載荷矩陣Table 2 The component matrix of each indicator with kiwifruit

2.3.2 主成分綜合模型構建

以第一、二主成分的方差貢獻率a1、a2為權數,F1、F2為特征向量因子,構建綜合評價模型為F=a1F1+a2F2,式中,F為綜合評價值,見表3。

由表3可知,所有處理在貯藏期間(0～63 d)F值均先上升后下降,在貯藏的前14 d中,F值均為較小負值,果實的品質變化不大;隨后F值迅速上升,果實品質也在上升,在貯藏第49天時,LA、3,6-TCS和CPPU處理F值最大,此時果品品質最佳。此后F值開始下降,說明品質也不斷下降,這與本試驗貯藏效果相一致。不同處理獼猴桃的品質差異明顯,排名前15的處理組合依次為:CPPU處理49 d>LA處理49 d>CPPU處理42 d>CPPU處理35 d>LA處理42 d>3,6-TCS處理49 d>3,6-TCS處理42 d>CPPU處理56 d>LA處理35 d>CPPU處理63 d>3,6-TCS處理56 d>LA處理28 d>3,6-TCS處理63 d>LA處理56 d>LA處理63 d。表3可知,3種調節劑處理,均表現出貯藏第49天品質最優,其次是第42天,所以可判定獼猴桃的最佳食用期為42～49 d,口感好且其營養成分也較高,剛采收后的獼猴桃排名靠后,貯藏期0～14 d內,F值均為負值,因此不建議獼猴桃采摘后此期間內食用。

2.3.3 各處理果實品質的綜合評價

以主成分1為橫坐標,主成分2為縱坐標,繪制出了主成分因子載荷和得分雙標圖,見圖7。圖7中各指標箭頭方向代表的是原始變量與主成分的相關性,其長度代表的是原始數據對主成分的貢獻度,各指標之間的角度代表了不同指標間的相關性。

由圖7可知,糖酸比、糖度呈現出正相關,并與維生素C、果實硬度和酸度之間呈現出負相關性。影響果實品質的主要因素主要為貯藏時間,不同生長調節劑的處理對果品品質具有一定的微調作用。隨著貯藏時間的延長,果品品質不斷提高,糖酸比最高,糖度值也處于一個較高水平狀態,49 d以后又開始下降,這與貯藏實驗結論相一致。貯藏第49天在PC1、PC2坐標軸上的投射距離均最大,因此排名也較高,其次是貯藏第42天,因此,根據上圖中同一貯藏時間下不同處理在坐標軸上投射的距離來看,所有處理果從貯藏第21天后可開始食用,最佳的食用期應為42～49 d。

3 結論與討論

3.1 不同處理及不同貯藏條件對獼猴桃軟化規律的影響

獼猴桃采收最顯著的變化就是果實軟化后熟,不耐貯存,溫度會影響獼猴桃果實后熟的進程,一般情況下,低溫可以有效地延長獼猴桃的貯藏時間,25 ℃下貯藏7 d,CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理的獼猴桃果實硬度均低于4 ℃下貯藏7 d時果實的硬度,說明低溫有益于獼猴桃的保鮮。獼猴桃是呼吸躍變型水果,溫度越高,果實呼吸強度顯著上升,呼吸消耗增加,加速果實軟化,降低果實貯藏壽命,35 ℃貯藏條件下,獼猴桃果實貯藏7 d將失去商品價值,這與楊丹等[26]的研究結果一致,所以說低溫可通過限制相關酶的活性調控獼猴桃采后的各項生理活動,同時低溫還能抑制果實中一些微生物的繁殖,延長其貯藏期。

果實的軟化過程伴隨著一系列的生理生化變化,有研究表明24-表油菜素內酯、褪黑素、槲皮素等可通過降低獼猴桃果實的呼吸作用來延緩果實的軟化,推遲其采后衰老,延長其貨架期[27]。LA和3,6-TCS與BRs類化合物具有相似的活性官能團,在某種程度上也能延緩果實的軟化進程,可能原因是其通過降低乙烯釋放速率和呼吸強度,降低淀粉酶的活性,延緩了葡萄糖、果糖和蔗糖的積累,降低可溶性果膠的含量,從而有利于獼猴桃保鮮期的延長[28]。

3.2 冷藏期間不同生長調節劑對獼猴桃品質的影響

LA、3,6-TCS及CPPU 3種生長調節劑在一定程度上均可以改善貯藏期獼猴桃的品質,均可提高獼猴桃果實中可溶性蛋白含量及糖度,降低可滴定酸的含量,提高了果實中的糖酸比,有利于緩解維生素C含量的下降。可滴定酸含量的下降有可能是由于激活了苯丙烷代謝途徑,有機酸作為了果實的呼吸底物而被消耗[28]。LA處理第63天,維生素C含量高于其他處理,可能是由于LA處理提高了獼猴桃果實中維生素C的含量且隨貯藏時間延長各處理維生素C含量下降程度相近,這與油菜素內酯應用于其他園藝產品采后處理的結果類似[29-31]。維生素C又名抗壞血酸,能夠減輕過氧化物自由基的過度積累,在某種程度上可以提高獼猴桃的貯藏期和貯藏品質,維生素C含量越高,越有益于保存。

CPPU又稱氯吡脲,是獼猴桃田間生產中常用的低毒植物生長調節劑,20 mg/L CPPU處理可使獼猴桃在貯藏前期保持較高的呼吸速率,并加快果實硬度、干物質及維生素C含量的下降速度,縮短貯藏時間[16]。李圓圓等[2]認為CPPU處理可降低‘秦美’獼猴桃采后的果品品質及耐藏性,不建議生產中使用量超過5 mg/L。本試驗中CPPU處理對獼猴桃貯存期果品品質的改善有促進作用,這與朱麗杰等[32]的研究一致,可能是因為用量較低,也可能是貯藏期間果實品質的變化因品種而異,或者是兩者的綜合。

LA與3,6-TCS屬于螺甾烷類化合物,LA能夠調節植物的生長[21-22],與其具有相同活性官能團的3,6-TCS在獼猴桃種植和貯藏中也起到了積極作用,至于其如何發揮作用的機理有待于進一步的深入研究。

3.3 冷藏期間影響獼猴桃耐貯性的主成分分析

將‘徐香’獼猴桃對照處理及其噴施CPPU、LA及3,6-TCS處理的果實貯藏期間(0～63 d)各個指標做出了主成分分析,結果表明貯藏時間對獼猴桃品質的改變起到了決定性的作用,不同處理對獼猴桃品質的改善有一定的正向影響,但是無法改變貯藏時間在果品品質上起到的決定性作用。隨著貯藏時間的延長,3種調節劑處理果品品質呈現出先高后低的趨勢,貯藏第49天時果品品質最優,其次是貯藏第42天,從貯藏第21天開始,獼猴桃可以開始食用,但是最佳的食用期應為42～49 d。施用1-MCP后能夠抑制低溫貯藏后獼猴桃果實呼吸速率增加和硬度下降,降低果實各種色素的降解,延緩過氧化物酶活性的下降,從而延長低溫貯藏后獼猴桃果實的食用期[33]。油菜素甾醇類化合物對果實貯藏期間品質的影響由果實種類、成熟度和藥劑濃度、處理時間等因素決定[34]。LA和3,6-TCS在果實保鮮的應用上具有復雜性,其機理有待于進一步的深入研究。

通過綜合評價F值分析可知,CPPU處理49 d獼猴桃果品品質最佳,LA處理49 d與CPPU處理49 d的F值相差0.183,排名第二。LA源于植物,其合成原料是中藥“穩心顆粒”和“地奧心血康膠囊”活性成分之一,安全環保,加上LA處理49 d與CPPU處理49 d的F值差距不大,因此從食品安全的角度考慮,LA處理49 d為最優處理。

本試驗中4 ℃條件下貯藏模擬冰箱貯藏溫度,同時也為家用獼猴桃保鮮提供了參考,3種調節劑處理施用于獼猴桃田間生長期間,貯藏前期未做任何藥劑處理,真實地反映了不同調節劑對獼猴桃貯藏特性的影響。所采用的主成分分析法克服了只考慮單個指標因子的片面性,且能客觀地反映獼猴桃果實采后貯存的各項指標變化,明確了獼猴桃的最佳食用期。試驗中CPPU所使用的濃度為生產上最適宜濃度,而其他化合物不同濃度作用獼猴桃對貯藏期品質的影響需進一步研究。