熱空氣處理對西葫蘆采后低溫貯藏生理的影響

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(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306; 2.上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海 201306； 3.食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué))，上海 201306)

熱空氣處理對西葫蘆采后低溫貯藏生理的影響

朱賽賽1，艾文婷1,張敏1，2，3，*,李春暉1,邵婷婷1,劉威1

(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306; 2.上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海 201306； 3.食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué))，上海 201306)

西葫蘆,冷害,熱空氣處理,低溫貯藏,品質(zhì)

熱空氣處理是采后果蔬貯前熱處理方式中一種簡單且行之有效的物理方法,具有無毒、無殘留、無化學(xué)污染等優(yōu)點[1]。果蔬低溫貯藏過程中,特別是冷敏果蔬,很容易出現(xiàn)冷害現(xiàn)象,從而影響其貯藏品質(zhì)與商品價值。38 ℃熱空氣處理30 min的橄欖果實[2]的果皮脂氧合酶(LOX)酶下降程度減輕,維持了較高的膜脂不飽和脂肪酸,從而使果實抗冷性提高,進而減輕果實冷害;48 ℃熱空氣處理4 h能提高壽桃果實[3]的相關(guān)褐變酶活性,抑制果實褐變并減輕冷害。42 ℃熱空氣處理可減緩梨棗果實硬度的下降,保持維生素C含量,提高果實的低溫貯藏品質(zhì)。熱空氣處理對番茄[4]、梨[5]、芒果[6]等果蔬貯藏品質(zhì)的提高也有類似報道。西葫蘆作為冷敏果蔬中的典型代表,很少有熱空氣處理對西葫蘆低溫貯藏品質(zhì)方面系統(tǒng)研究的報道。本文選取同一品種的完熟西葫蘆為試材,采后對其進行熱空水處理,測定其在低溫貯藏過程的品質(zhì)與生理生化相關(guān)指標(biāo),分析熱空氣處理對采后西葫蘆生理特性的影響以及作用機理,為西葫蘆采后低溫貯藏保鮮研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

西葫蘆 本實驗以“法拉利”西葫蘆為原料,于2016年3月購自上海市浦東新區(qū)古棕路農(nóng)貿(mào)市場,并由經(jīng)驗豐富的瓜農(nóng)采后立即送至農(nóng)產(chǎn)品研究實驗室。

GY-4果實硬度計 杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司;WYA-2S 型數(shù)字型阿貝折射儀 上海精密儀器儀表有限公司;BPS-100CA型恒溫恒濕箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;TGL-20bR型高速冷凍離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;T6新世紀(jì)型紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;BCD-216SCM型冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2實驗處理

選擇完全成熟、色澤大小均一,單個質(zhì)量約300 g,瓜條豎直,瓜皮油亮翠綠,避免機械損傷及病蟲害的飽滿西葫蘆果實為實驗材料,將實驗樣品用清水沖洗并晾干后稱重,熱空氣處理西葫蘆置于(濕度為85%～90%)恒溫恒濕箱中,風(fēng)速為1.2 m/s,根據(jù)前期預(yù)實驗結(jié)果選取35 ℃熱空氣處理40 min及45 ℃熱空氣處理20 min組合,對照組(CK)置于室溫(20±2) ℃中不做熱處理,每個處理設(shè)置3個重復(fù),每3根為一組裝入打好孔的0.03 mm厚的聚乙烯塑料袋中并貼上標(biāo)簽,然后放入4 ℃的(濕度為85%～90%)恒溫恒濕箱中進行低溫貯藏,每3 d取樣測定,除葉綠素測定外均取去皮果實組織進行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.3測定方法

冷害指數(shù)測定:參照劉玲[7]和Al-Qurashi[8]的方法,略作修改。將果實從恒溫恒濕箱中取出后轉(zhuǎn)移至室溫下24 h后,觀察冷害癥狀,每個處理組取9個果實,3次重復(fù),記錄每個果實冷害等級。根據(jù)果面的顯現(xiàn)的冷害面積確定并將冷害程度分為5個級別,分別為0級:無冷害癥狀;1級:輕度冷害,冷害面積≤25%;2級:中度冷害,25%<冷害面積≤50%;3級:深度冷害,50%<冷害面積≤75%;4級:極度冷害,75%<冷害面積≤100%。計算如公式1所示:

西葫蘆果實冷害指數(shù)

式(1)

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel(2016)軟件計算各處理組的平均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差,然后用SPSS21.0軟件進行差異性分析,p<0.05表示差異顯著,p<0.01表示差異極顯著,最后用Origin Pro 8.0軟件進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1熱空氣處理對西葫蘆低溫貯藏品質(zhì)的影響

2.1.1 熱空氣處理對西葫蘆果皮葉綠素的影響 葉綠素是綠色果蔬影響感官品質(zhì)的重要指標(biāo)。如圖1所示為熱空氣處理對西葫蘆果皮葉綠素含量的影響,在15 d的貯藏過程中,果皮葉綠素的含量隨貯藏時間逐步降低,熱空氣處理與CK的差距不大,差異不顯著(p>0.05),其中45 ℃處理的葉綠素含量相對略高,其次是35 ℃處理,最低的是CK的葉綠素含量,從0 d的鮮果皮到15 d的低溫貯藏結(jié)束,CK、熱空氣35 ℃處理40 min、熱空氣45 ℃處理20 min的葉綠素含量分別下降63.09%、54.70%、51.68%。說明熱空氣處理對果皮葉綠素含量的損失具有一定緩解作用。

圖1 熱空氣處理對西葫蘆果皮葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of hot air treatment on pericarp chlorophyll content of Cucurbita pepo

2.1.2 熱空氣處理對西葫蘆硬度的影響 硬度是評價果實品質(zhì)的重要因素。如圖2所示為熱空氣處理對西葫蘆硬度的影響,CK與熱空氣處理的西葫蘆果實硬度隨貯藏時間一直在減小,前3 d熱空氣處理與CK的硬度非常接近,CK略高,3～15 d熱空氣處理組的硬度雖然也呈降低趨勢但是均高于CK,其中第6 d時35 ℃處理高于45 ℃處理,而從9 d起45 ℃處理便開始保持最高,比CK高3.15%,而35 ℃處理比CK高1.77%,9 d以后西葫蘆果實的硬度與CK明顯拉開差距(p<0.05),直到15 d貯藏結(jié)束時,35 ℃及45 ℃的熱處理果實的硬度分別比CK高8.35%、11.87%,同時與0 d新鮮果實硬度相比,15 d時CK降低了18.31%,35 ℃熱處理降低了11.49%,45 ℃熱處理果實降低了8.62%,因此本實驗熱空氣處理對低溫貯藏的西葫蘆果實硬度的降低在貯藏后期(9～15 d)開始有效緩解,熱空氣45 ℃處理20 min的硬度相對保持最佳。

圖2 熱空氣處理對西葫蘆硬度的影響Fig.2 Effects of hot air treatment on firmness of Cucurbita pepo

2.1.3 熱空氣處理對西葫蘆可溶性固形物(TSS)含量的影響 TSS含量是果實組織內(nèi)部物質(zhì)變化的綜合評價指標(biāo)。如圖3所示為熱空氣處理對西葫蘆可溶性固形物含量的影響,CK與熱空氣處理的TSS均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,CK組在貯藏前3 d略微升高,并在第3 d達到最高值4.75%,3 d以后便快速下降,直到最后貯藏結(jié)束,CK果實的TSS含量為4.21%,而兩個熱空氣處理組的TSS均在前6 d快速上升,并在第6 d時達到最高值,熱空氣處理45 ℃與35 ℃果實的TSS含量分別為5.17%和5.02%,隨后從第6 d開始快速下降,到貯藏15 d時熱空氣45 ℃與35 ℃果實的TSS含量分別為4.42%與4.33%,兩者間差異不顯著,但TSS含量下降程度均低于CK。熱空氣處理的TSS含量達到最高值的時間比CK推遲了3 d,可能與熱空氣處理刺激西葫蘆果實內(nèi)部代謝過程有關(guān),使得可溶性固形物的消耗程度降低,在前6 d引起TSS堆積起來,造成TSS的大量升高,進而影響了6 d以后TSS含量下降的速率,對果實品質(zhì)保持產(chǎn)生了正面影響。

圖3 熱空氣處理對西葫蘆可溶性固形物含量的影響Fig.3 Effects of hot air treatment on TSS content of Cucurbita pepo

2.1.4 熱空氣處理對西葫蘆可溶性糖含量的影響 可溶性糖不僅是植物生長過程能量與代謝的來源,而且與植物抗冷性相關(guān)[12]。如圖4所示為熱空氣處理對西葫蘆可溶性糖含量的影響,CK與熱空氣處理果實可溶性糖含量變化曲線總體呈現(xiàn)先增長后下落的趨勢,可溶性糖含量在3 d內(nèi)迅速上漲到整個實驗周期的峰值,CK、熱空氣處理35 ℃及45 ℃分別為30.345、31.89、33.45 mg/g,分別比貯藏0 d初始值高19.21%、25.28%及31.40%,3 d之后可溶性糖含量便呈現(xiàn)不同幅度的降低趨勢,35 ℃與45 ℃熱空氣處理在3 d以后的可溶糖含量均非常接近,而CK在第6 d及第15 d與兩個熱空氣處理組差異相對較大,在9～12 d內(nèi)可溶性糖含量與熱空氣處理較相近,最后15 d時熱空氣處理的可溶性糖僅稍稍高于初始值,而CK略微低于初值0 d的可溶性糖含量?？梢姛峥諝馓幚砦骱J在貯藏前3 d大大提高了可溶性糖含量增長速率,而至貯藏末期影響相對并不明顯。

圖4 熱空氣處理對西葫蘆可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of hot air treatment on soluble sugar content of Cucurbita pepo

2.1.5 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆可溶性蛋白含量的影響 可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的營養(yǎng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì),參與植物代謝與衰老過程[13]。如圖5所示為熱空氣處理對西葫蘆可溶性蛋白含量的影響,CK與熱空氣處理的西葫蘆果實可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先增高后減低趨勢,其中CK的可溶性蛋白含量在貯藏15 d期間始終處于最低,可溶性固形蛋白含量均在第6 d達到各個組的最高值,較CK差異顯著(p<0.05),且45 ℃一直在前6 d貯藏期一直保持各組最高值,CK、熱空氣處理35 ℃與45 ℃在第6 d時分別比0 d新鮮果實的可溶性蛋白含量增加16.44%,30.36%及41.14%,6 d以后各組含量便一路降低,而從9 d開始35 ℃熱空氣處理40 min組的可溶性蛋白含量處于各組最大值,并維持到第15 d,到15 d為止,45 ℃組的可溶性蛋白含量比CK超出47.11%,而35 ℃組較CK超出79.34%(p<0.05)。由此說明熱空氣處理有效保持了西葫蘆果實的可溶性蛋白含量,保證了一定品質(zhì),具體的在貯藏前期(0～6 d)45 ℃處理20 min效果較好,而貯藏后期(9～15 d)是35 ℃處理40 min效果更佳。

圖5 熱空氣處理對西葫蘆可溶性蛋白含量的影響Fig.5 Effects of hot air treatment on the soluble protein content of Cucurbita pepo

2.1.6 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆呼吸強度的影響 呼吸強度可衡量果實的呼吸作用程度,特別是對于呼吸躍變型果蔬,可反映果實的成熟衰老進程[14]。如圖6所示為熱空氣處理對西葫蘆呼吸強度的影響,CK的呼吸強度呈現(xiàn)先上升后下降規(guī)律,在第6 d達到呼吸峰,熱空氣處理的兩組在0～3 d內(nèi)的呼吸強度比較弱呈減小趨勢,35 ℃與45 ℃分別比第0 d的減小5.32%和14.62%,之后35 ℃熱空氣處理組呼吸強度增大并也在第6 d出現(xiàn)呼吸最高峰,比CK低16.25%,隨后呼吸強度一路降低,并處于了各組最低值,15 d時比CK呼吸強度減少27.49%(p<0.05),而45 ℃組在3 d以后呼吸強度仍然在減小,6 d后才回升并于第9 d迎來呼吸高峰,9 d后隨即降低直至15 d貯藏末,且15 d時比CK降低了17.27%。說明西葫蘆呼吸作用在熱空氣處理對西葫蘆低溫逆境下受到抑制,呼吸峰隨之降低,且熱空氣35 ℃與45 ℃不同程度推遲了呼吸高峰出現(xiàn)的時間,45 ℃熱處理組效果更優(yōu),延緩了果實的成熟與衰老。

圖6 熱空氣處理對西葫蘆呼吸強度的影響Fig.6 Effects of hot air treatment on the respiration rate of Cucurbita pepo

2.2熱空氣處理對西葫蘆活性氧及抗氧化酶的影響

2.2.1 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆H2O2含量的影響 如圖7所示為熱空氣處理對西葫蘆H2O2含量的影響,CK與熱空氣處理組的H2O2含量曲線隨貯藏時間均呈現(xiàn)先升高后降低走勢,CK的H2O2含量在第9 d時達到最大值,而熱空氣處理的兩組均在第3 d就升到了最高點,說明熱空氣處理在前3 d的H2O2含量增長速率非常快,可能是熱空氣誘導(dǎo)的短暫反應(yīng),從而激活果實內(nèi)部相關(guān)的抗氧化酶活性,第3 d的35 ℃與45 ℃的H2O2含量分別增大79.35 ℃與64.52 ℃,而CK僅提高25.81%,CK與熱空氣處理差異顯著(p<0.05),熱空氣處理組的H2O2含量3 d以后一路下降直到最后15 d,熱空氣處理35 ℃組與45 ℃組分別較CK減小的比例為22.22%及33.33%(p<0.05),由此可見熱空氣處理刺激貯藏初期(0～3 d)H2O2含量的迅速增加,繼而快速降低以后貯藏期間H2O2含量的降低速率,從而降低活性氧對細(xì)胞膜的傷害,提高西葫蘆果實對低溫逆境的抵御能力。

圖7 熱空氣處理對西葫蘆H2O2含量的影響Fig.7 Effects of hot air treatment on H2O2 content of Cucurbita pepo

圖8 熱空氣處理對西葫蘆含量的影響Fig.8 Effects of hot air treatment on content of Cucurbita pepo

2.2.3 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆CAT活性的影響 CAT是植物體內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)中的重要保護酶,能夠分解H2O2,減少活性氧自由基的積累,改善膜的功能,從而提高抗冷性[15]。如圖9所示為熱空氣處理對西葫蘆CAT活性的影響,CK的CAT活性變化較為平緩,在貯藏前期有微小上升之勢,3 d之后持續(xù)下降到第15 d,整個貯藏過程CAT活性比0 d的新鮮果實下降28.27%,15 d貯藏期內(nèi)與熱空氣處理均差異顯著(p<0.05)。而35 ℃處理與45 ℃處理組在貯藏一開始CAT活性便急劇增強,與CK差異極其顯著(p<0.01),其中35 ℃處理果實于第3 d增加至活性頂峰,而45 ℃處理組推遲3 d于第6 d增加到活性頂峰,CAT活性躍過峰值以后則不停減弱,到15 d時兩個熱空氣處理組CAT活性相對CK降低程度減小,與0 d起始相比35 ℃僅減小1.30%,而45 ℃組增加5.65%。這與H2O2含量在貯藏期間的變化情況相似,說明CAT活性的提高與熱空氣處理激發(fā)H2O2含量增加存在緊密關(guān)系。

圖9 熱空氣處理對西葫蘆CAT活性的影響Fig.9 Effects of hot air treatment on CAT activity of Cucurbita pepo

2.2.4 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆SOD活性的影響 SOD是防御超氧陰離子自由基對細(xì)胞產(chǎn)生傷害的抗氧化酶,植物體內(nèi)協(xié)調(diào)作用共同維持活性氧的平衡,保護細(xì)胞膜的穩(wěn)定[16]。如圖10所示為熱空氣處理對西葫蘆SOD活性的影響,CK的SOD活性變化曲線在15 d貯藏期總體呈現(xiàn)波浪式,0～3 d內(nèi)減弱,3～9 d內(nèi)增強,9～15 d再次增強,到最后第15 d時果實SOD活性比0 d新鮮果實下降6.87%,整個貯藏時期均低于熱空氣處理組(p<0.05)。熱空氣處理果實的SOD活性均表現(xiàn)為先增強后減弱的趨勢,都在第6 d達到活性峰值,熱空氣顯然激發(fā)了果實貯藏前期(0～6 d)SOD活性的提高,與之前所述活性氧在貯藏前期升高情況相符,15 d時35 ℃與45 ℃的SOD活性分別是CK的1.24倍與1.47倍,說明熱空氣有效提高了果實的SOD酶活性,增強了清除自由基的能力。

圖10 熱空氣處理對西葫蘆SOD活性的影響Fig.10 Effects of hot air treatment on SOD activity of Cucurbita pepo

圖11 熱空氣處理對西葫蘆POD活性的影響Fig.11 Effects of hot air treatment on POD activity of Cucurbita pepo

2.3熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆膜脂過氧化程度的影響

2.3.1 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆MDA含量的影響 MDA是膜脂過氧化作用的最終產(chǎn)物,是膜脂過氧化程度的度量,MDA的積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)[17]。如圖12所示為熱空氣處理對西葫蘆MDA含量的影響,CK與熱空氣處理果實的MDA含量在貯藏期間均不斷增大,CK與熱空氣處理的MDA含量在貯藏期間也總體較接近,但是熱空氣處理低于CK,其中45 ℃組比CK相對更低,對果實細(xì)胞膜脂過氧化程度的加深情況最輕,到15 d結(jié)束貯藏,45 ℃熱空氣處理20 min的果實MDA含量比CK低18.84%。說明熱空氣處理減緩了膜脂過氧化的進程,保護了相對好的細(xì)胞膜。

圖12 熱空氣處理對西葫蘆MDA含量的影響Fig.12 Effects of hot air treatment on MDA content of Cucurbita pepo

表1 熱空氣處理的西葫蘆冷害指數(shù)變化Table 1 Changes of hot air treatment on chilling injury index of Cucurbita pepo

注：表中數(shù)據(jù)為各組樣品“冷害指數(shù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”(n≥6);同列的不同字母表示差異性顯著(p<0.05)。

2.3.2 熱空氣處理對低溫逆境西葫蘆相對電導(dǎo)率含量的影響 電解質(zhì)外滲率可反映果蔬細(xì)胞膜完整情況。如圖13所示為熱空氣處理對西葫蘆相對電導(dǎo)率的影響,CK與熱空氣處理的西葫蘆果實電解質(zhì)外滲率隨貯藏時間延長不斷提高,在貯藏前3 d各組差不多,而35 ℃甚至一直到第6 d時均高于CK,從第9 d起低于CK,而45 ℃處理的果實一直處于較低,電解質(zhì)外滲率低于35 ℃,更低于CK(p<0.05)。由此可見對于35 ℃熱空氣處理在貯藏后期(9～15 d)熱空氣處理的效果才得以顯現(xiàn),而45 ℃則從一開始的電解質(zhì)外滲情況就保持較低,細(xì)胞膜的損傷進程較慢。

圖13 熱空氣處理對西葫蘆相對電導(dǎo)率的影響Fig.13 Effects of hot air treatment on membrane permeability of Cucurbita pepo

3 討論

葉綠素是綠色植物的主要色素,參與植物的光合作用,采后果蔬的葉綠素含量會隨著成熟衰老而減少或轉(zhuǎn)化為葉黃素等其他色素。本實驗熱空氣處理對減緩西葫蘆果皮葉綠素含量的下降具有一定緩解,與殼聚糖涂膜能保持西葫蘆葉綠素含量的結(jié)果類似[18]。硬度會隨著果實的成熟與衰老而下降,研究表明果實硬度主要與細(xì)胞壁物質(zhì)成分及細(xì)胞壁水解酶活性有關(guān)[19]。本實驗熱空氣處理使西葫蘆果實硬度下降減弱,可能與熱空氣處理抑制硬度有關(guān)酶活性相關(guān)。50 ℃熱水處理香蕉果實硬度的下降得到緩解,其中果皮中的果膠裂解酶和β-半乳糖苷酶活性降低,多聚半乳糖醛酸酶活性受到抑制[20]。熱空氣處理西葫蘆的TSS含量高于對照,可能與減緩果實內(nèi)部物質(zhì)的降解有關(guān)?？扇苄蕴鞘荰SS的組分,本實驗中熱空氣處理提高了可溶性糖的含量,另有研究表明可溶性糖含量的提高可增強果實抗冷性[21]。蛋白質(zhì)是重要的營養(yǎng)物質(zhì),熱處理對蛋白質(zhì)的影響可能與誘導(dǎo)有關(guān)基因的表達有關(guān),有研究表明熱處理可以誘導(dǎo)產(chǎn)生熱激蛋白,汪開拓[22]等對楊梅果實研究發(fā)現(xiàn)熱空氣處理誘導(dǎo)合成了果肉細(xì)胞中的熱激蛋白。本實驗中可溶性蛋白含量得到保持,可能也與誘導(dǎo)熱激蛋白有關(guān),38 ℃熱空氣處理香蕉的研究得出熱激蛋白得到激發(fā)提高,且與減輕冷害密切相關(guān)[23]。采后果蔬繼續(xù)保持著旺盛的呼吸作用,該過程通過自身物質(zhì)的消耗來實現(xiàn)。本實驗中熱空氣處理后低溫貯藏的果實的呼吸強度變?nèi)?呼吸躍變時間延遲,延緩了果實的衰老,與蜜瓜[24]、火龍果[25]等的研究結(jié)果相似。

4 結(jié)論

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EffectofhotairtreatmentonpostharvestlowtemperaturestroagecharacteristicofCucurbitapepo

ZHUSai-sai1,AIWen-ting1,ZHANGMin1,2,3,*,LIChun-hui1,SHAOTing-ting1,LIUWei1

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China; 2.Shanghai Technical Service Platform for Cold Chain Equipment Performance and Energy Efficiency Evaluation,Shanghai 201306,China; 3.National Experimental Teaching and Demonstration Center for Food Science and Engineering(Shanghai Ocean University),Shanghai 201306,China)

CucurbitapepoL;chilling injury;hot air treatment;low temperature storage;quality

2017-04-18

朱賽賽(1990-)，女，碩士，主要從事果蔬冷藏保鮮研究,E-mail：1612945798@qq.com。

*

張敏(1969-)，女，博士，教授，研究方向：生物傳熱及果蔬貯藏保鮮,E-mail:zhangm@shou.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金資助項目(31371526)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)21-0274-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.054