董曉慶,朱守亮,張文娥,江 輝,潘學(xué)軍
(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,貴州 貴陽 550025;2.貴州省果樹工程技術(shù)研究中心,貴州 貴陽 550025;3.貴州省果樹蔬菜工作站,貴州 貴陽 550025;4.赫章縣核桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展事業(yè)局,貴州 赫章 553200)
核桃Juglans regia是世界四大干果樹種之一[1]。原產(chǎn)于我國西南地區(qū)的泡核桃Juglans sigillata是核桃屬Juglans植物的重要栽培種群,廣泛分布于貴州、云南、西藏等地區(qū)[2]。泡核桃除了可干制食用外,其鮮果近幾年在西南地區(qū)具有了一定的市場,深受消費者的青睞[3]。
核桃仁營養(yǎng)豐富,具有食、藥兩用的特點[4]。不經(jīng)過干制處理而直接在市場上銷售的鮮食核桃不但具有口感鮮嫩、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)成分散失少的特點,而且部分營養(yǎng)指標(biāo)(如維生素含量、氨基酸含量等)高于干制的核桃產(chǎn)品。但鮮食核桃采后具有水分含量大、呼吸速率高、酶活性高、不飽和脂肪酸含量豐富等特點,在貯藏過程中易出現(xiàn)核仁失水、哈敗、霉變、青皮變質(zhì)腐爛等不良現(xiàn)象,縮短了貯藏壽命,給核桃產(chǎn)業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5-6]。因此,研究鮮食核桃的保鮮技術(shù)十分必要。
二氧化氯(ClO2)作為一種A1級安全新型保鮮劑具有消毒殺菌、防腐保鮮等優(yōu)點,已被成功應(yīng)用于較多種類的果蔬保鮮中[7-8]。ClO2具有關(guān)閉果蔬表面氣孔,減少果實的蒸騰失水[8],阻礙蛋氨酸分解,抑制乙烯合成,減少營養(yǎng)物質(zhì)消耗[9],降低果實呼吸速率[10],殺死果蔬表面的微生物等作用[11-12]。蔣柳慶[13]的研究結(jié)果表明,ClO2處理能夠顯著地提高‘西扶2號’青皮核桃的保鮮效果,延長貯藏保鮮期。ClO2與包裝方法[9]、氣調(diào)貯藏[14]、1-MCP[15]結(jié)合處理對鮮食核桃具有更好的保鮮效果。此外,與1-MCP[16]和CF保鮮劑[17]相比,ClO2在鮮食核桃保鮮上具有一定的效果。不同種類、品種及產(chǎn)地的果實的生長條件、內(nèi)含物質(zhì)等存在差異,關(guān)于ClO2的保鮮效果是否具有廣譜性及其保鮮調(diào)控機(jī)理是否有所區(qū)別的研究鮮見報道。
‘黔核7號’泡核桃是由貴州大學(xué)核桃團(tuán)隊于1999—2013年從泡核桃實生群體中選育出的優(yōu)質(zhì)晚實泡核桃品種,其果實殼薄,仁色白、味香醇且略帶回甜,品質(zhì)上乘、營養(yǎng)價值高[2]。其主產(chǎn)區(qū)位于貴州省的畢節(jié)地區(qū),由于交通運輸條件相對落后,新鮮核桃無法快速運抵消費者手中,較大程度上限制了本地區(qū)鮮食核桃產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。基于此,探索鮮食泡核桃保鮮技術(shù)顯得尤為迫切。本研究中以‘黔核7號’鮮果為材料,研究ClO2處理對鮮食泡核桃貯藏保鮮效果的影響,旨在為延長泡核桃鮮果貯藏期限,提高鮮核桃仁貯藏品質(zhì)提供參考。
試驗對象為‘黔核7號’品種的鮮果,采自貴州省赫章縣財神鎮(zhèn)某農(nóng)家果園(104°35′E,13°31′N)。樹齡約40 a,采摘樹冠外圍,約九成熟、大小大致相同、品質(zhì)均一、無機(jī)械損傷、青皮無褐變、無病蟲害的果實。于采后4 h內(nèi)運至貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院采后生理實驗室,將果實置于4 ℃冰箱預(yù)冷24 h。
主要儀器:TEL-7001果蔬呼吸測定儀(上海金梟儀器有限公司)、101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)、FA-2104分析天平(上海良平)、CP213電子天平(美國奧豪斯)、DK-98-II雙列八孔恒溫水浴鍋(天津泰斯特)、2-JR冷凍離心機(jī)(美國TOMOS)、YG16W臺式高速離心機(jī)(長沙平凡)、UV752紫外分光光度計(上海佑科)、BCD-197K海爾冰箱(海爾集團(tuán))、BD/BC-102C冷藏柜(浙江星星)、移液槍(德國Eppendorf公司)、DW-HL678型超低溫冰箱(成都川弘科生物技術(shù)有限公司)。
將經(jīng)過預(yù)冷的果實隨機(jī)分成2組,每組300個,分別進(jìn)行ClO2處理和對照處理。將裝滿400 mg/L(經(jīng)預(yù)實驗篩選出來的質(zhì)量濃度)ClO2溶液的100 mL小燒杯置于24 L干燥器中,密閉熏蒸處理核桃12 h,作為ClO2處理組;將裝滿清水的100 mL小燒杯置于干燥器中,同樣密閉熏蒸處理核桃12 h,作為對照處理。每個處理設(shè)置3個生物學(xué)重復(fù),每個重復(fù)100個果實。處理結(jié)束后,立即將果實取出。每個重復(fù)取樣10個,去除青皮,剝出核仁,將果實青皮、核仁、硬殼用自封袋分開裝好,進(jìn)行相關(guān)品質(zhì)和生理指標(biāo)的測定。其他樣品放于4 ℃冰箱中冷藏,每6 d取樣1次進(jìn)行測定。
1.3.1 外觀指標(biāo)
稱取鮮果貯前質(zhì)量和貯后質(zhì)量,重復(fù)測定3次,質(zhì)量損失率為貯后損失的質(zhì)量占貯前質(zhì)量的百分比。參考王進(jìn)等[16]的方法,將青皮變黑面積達(dá)到20%或者青皮開裂定義為爛果,腐爛率為腐爛果數(shù)量占果實總數(shù)量的百分比。
按照褐變面積(S褐),將褐變發(fā)生程度分5個褐變等級(i):0級,無褐變;1級,0%<S褐≤25%;2級,25%<S褐≤50%;3級,50%<S褐≤75%;4級,S褐>75%。
I褐=∑(i×Ni)/(4×N總)。
式中:I褐為褐變指數(shù);Ni為i級別果實數(shù)量;4為最高級數(shù);N總為測定果實總數(shù)量。
1.3.2 生理生化指標(biāo)
根據(jù)董曉慶等[18]的方法,使用CO2分析儀測定呼吸速率。采用烘干法[19]進(jìn)行含水量的測定,含水量為烘后損失質(zhì)量占烘前質(zhì)量的百分比。采用考馬斯亮藍(lán)染色法[19]測定可溶性蛋白含量。參考曹建康等[19]的方法略加修改,使用鹽酸-甲醇溶液提取上清液,測定上清液于280、325 nm波長處的吸光度值,以1 g樣品在波長280 nm處的吸光度值表示總酚含量(OD280),以1 g樣品在波長325 nm處的吸光度值表示類黃酮物質(zhì)含量(OD325)。采用NBT比色法測定SOD活性,采用紫外吸收法測定CAT活性,采用愈創(chuàng)木酚比色法測定POD活性,采用兒茶酚(鄰苯二酚)比色法測定PPO活性[19]。MDA含量的測定參考曹建康等[19]的方法進(jìn)行。每個指標(biāo)重復(fù)測定3次。
用Origin Pro2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和繪圖,用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。
隨著放開市場準(zhǔn)入、減稅降費、推動產(chǎn)權(quán)保護(hù)等多項激發(fā)民間投資活力政策的逐步落實,全省民間投資始終保持良好的增長態(tài)勢。1-10月,全省民間投資同比增長16.9%,增速較1-9月提高2.1個百分點,較去年同期提高5.1個百分點,對固定資產(chǎn)投資的貢獻(xiàn)率達(dá)57.3%,貢獻(xiàn)率較1-9月提高5.1個百分點。
ClO2處理后青皮核桃質(zhì)量損失率和腐爛率的變化如圖1所示。從圖1可以看出,在貯藏期內(nèi),處理組和對照組青皮核桃的質(zhì)量損失率和腐爛率均呈現(xiàn)上升的趨勢。貯藏30 d時,處理組和對照組的質(zhì)量損失率分別為6.95%和11.76%,其具有顯著差異(P<0.05);處理組和對照組的腐爛率分別為20.8%和75.0%,兩者具有極顯著差異(P<0.01)。
圖1 ClO2處理后青皮核桃質(zhì)量損失率和腐爛率的變化Fig.1 Effects of ClO2 treatment on mass loss rate and decay rate of fresh green walnut
ClO2處理后青皮核桃褐變指數(shù)的變化如圖2所示。從圖2可以看出,在貯藏0~6 d時,處理組與對照組的青皮褐變指數(shù)變化不顯著(P>0.05)。隨著貯藏時長的延長,青皮褐變指數(shù)急劇上升,在貯藏30 d時,處理組和對照組的青皮褐變指數(shù)分別為0.28和0.92,差異極顯著(P<0.01)。
圖2 ClO2處理后青皮核桃褐變指數(shù)的變化Fig.2 Effects of ClO2 treatment on browning index of
ClO2處理后青皮核桃和核仁呼吸速率的變化如圖3所示。從圖3A可以看出,在貯藏0~18 d時,處理組與對照組青皮核桃的呼吸速率均下降,但處理組的降低明顯低于對照組(P<0.05)。在貯藏24 d時,兩者均出現(xiàn)了呼吸高峰,處理組的呼吸強(qiáng)度為30.18 mg/(kg·h),對照組為53.76 mg/(kg·h),有極顯著差異(P<0.01)。從圖3B可以看出,處理組和對照組核仁的呼吸速率在整個貯藏過程中均表現(xiàn)為下降趨勢,無呼吸高峰的出現(xiàn)。貯藏30 d時,處理組和對照組核仁的呼吸強(qiáng)度分別為19.23和28.31 mg/(kg·h),有顯著差異(P<0.01),處理組比對照組低27.63%。
圖3 ClO2處理后青皮核桃(A)和核仁(B)呼吸速率的變化Fig.3 Effects of ClO2 treatment on respiration rate of fresh green walnut (A) and walnut kernel (B)
ClO2處理后青皮核桃和核仁含水量的變化如圖4所示。從圖4可以看出,在貯藏期內(nèi),處理組與對照組青皮核桃和核仁的含水量均表現(xiàn)出下降的趨勢,但處理組含水量的下降趨勢較緩。貯藏0~18 d時,處理組的青皮核桃含水量幾乎保持不變,僅下降0.61%,對照組下降較快,下降了6.62%(圖4A)。貯藏0~18 d時,與青皮核桃相比,核仁的含水量下降較多,處理組和對照組分別下降了4.01%和18.62%(圖4B)。貯藏18 d后,青皮核桃和核仁的含水量均下降較快。貯藏30 d時,處理組和對照組青皮核桃的含水量分別下降了4.78%和18.32%,其含水量差異顯著(P<0.05)(圖4A),核仁含水量分別下降了10.98%和33.55%,其含水量差異顯著(P<0.05)(圖4B)。結(jié)果表明,ClO2處理能夠有效抑制青皮核桃和核仁水分的散失,對青皮核桃水分散失的抑制效果更好。
圖4 ClO2處理后青皮核桃(A)和核仁(B)含水量的變化Fig.4 Effects of ClO2 treatment on water content of fresh green walnut (A) and walnut kernel (B)
ClO2處理后青皮核桃核仁可溶性蛋白質(zhì)含量的變化如圖5所示。從圖5可以看出,處理組和對照組青皮核桃核仁的可溶性蛋白質(zhì)含量在短暫上升后再下降,均在貯藏6 d時達(dá)到最高值,分別為16.55%和16.07%,差異不顯著(P>0.05)。隨著貯藏時長的延長,處理組和對照組的可溶性蛋白質(zhì)含量均下降,分別下降了31.67%和55.01%。貯藏30 d時,處理組與對照組的可溶性蛋白質(zhì)含量分別為11.31%和7.23%,差異顯著(P<0.05)。
圖5 ClO2處理后青皮核桃核仁可溶性蛋白質(zhì)含量的變化Fig.5 Effects of ClO2 treatment on content of soluble protein of walnut kernel in fresh green walnut
ClO2處理后青皮核桃核仁總酚含量的變化如圖6所示。從圖6可以看出,貯藏0~6 d時,處理組每克樣品在波長280 nm處吸光度值(核仁總酚含量)出現(xiàn)了上升的趨勢,達(dá)到最大值40.35后下降。對照組則相反,貯藏6 d時,吸光度值降到最低值33.07,然后升高到最大值36.78,再下降。貯藏30 d時,處理組和對照組吸光度值分別為30.97和27.12(P<0.05)。
ClO2處理后青皮核桃核仁類黃酮含量的變化如圖6所示。從圖6可以看出,處理組與對照組每克樣品在波長325 nm處吸光度值(核仁類黃酮含量)表現(xiàn)出了相同的變化趨勢,在貯藏6 d時達(dá)到最大值,分別為5.46和5.01,有顯著差異(P<0.05)。隨后,類黃酮含量下降,貯藏30 d時,處理組和對照組吸光度值分別為3.95和3.02,有顯著差異(P<0.05),處理組比對照組高23.54%。
圖6 ClO2處理后青皮核桃核仁總酚和類黃酮含量的變化Fig.6 Effects of ClO2 treatment on content of total phenols and total flavonoids of walnut kernel in fresh green walnut
從圖7可以看出,處理組青皮核桃核仁的CAT活性為先升、后降的趨勢,對照組CAT活性為先降、后升、再降的趨勢,處理組CAT活性始終高于對照組。處理組CAT活性在貯藏24 d時出現(xiàn)峰值60.04 U/(g·min),對照組在貯藏18 d時出現(xiàn)峰值30.11 U/(g·min),差異極顯著(P<0.01)。
從圖7可以看出,對照組青皮核桃核仁的POD活性呈現(xiàn)先升、后降的趨勢,處理組的POD活性為下降、升高、再下降的趨勢。對照組的POD活性在貯藏12 d時出現(xiàn)峰值11.89 U/(g·min);處理組在貯藏12 d時出現(xiàn)最低值1.59 U/(g·min),在貯藏18 d時出現(xiàn)峰值5.45 U/(g·min)。貯藏30 d時,處理組和對照組的POD活性分別為2.97、5.34 U/(g·min),有顯著差異(P<0.05)。
從圖7可以看出,處理組和對照組青皮核桃核仁的PPO活性隨貯藏時長的延長均呈現(xiàn)上升、下降的趨勢。在貯藏前期,對照組青皮核桃核仁的PPO活性快速升高,而處理組的PPO活性上升較緩慢,但均在貯藏18 d時達(dá)到最高值,分別為4.78和2.77 U/(g·min),兩者有顯著差異(P<0.01)。貯藏30 d時,處理組比對照組的PPO活性低52.4%,兩者的PPO活性有顯著差異(P<0.01)。
圖7 ClO2處理后青皮核桃核仁抗氧化酶活性的變化Fig.7 Effects of ClO2 treatment on antioxidant enzyme activities of walnut kernel in fresh green walnut
總體來看,與對照相比,ClO2處理降低了青皮核桃核仁的POD和PPO活性。
ClO2處理后青皮核桃核仁MDA含量的變化如圖8所示。從圖8可以看出,處理組和對照組青皮核桃核仁的MDA含量隨著貯藏時長的延長呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,對照組的MDA含量上升較快。貯藏30 d時,對照組和處理組的MDA含量分別為8.25和6.01 mmol/g,對照組的MDA含量是處理組的1.42倍,兩者有極顯著差異(P<0.01)。
圖8 ClO2處理后青皮核桃核仁MDA含量的變化Fig.8 Effects of ClO2 treatment on MDA content of walnut kernel in fresh green walnut
本研究結(jié)果表明,使用400 mg/L ClO2溶液密閉熏蒸處理‘黔核7號’泡核桃青皮果實12 h降低了其質(zhì)量損失率、腐爛率和褐變率,降低了青皮核桃和核仁的呼吸強(qiáng)度,維持了較高的含水量,抑制了核仁中可溶性蛋白質(zhì)、總酚、類黃酮的消耗,保持了較高的核仁SOD和CAT活性,降低了核仁POD和PPO活性,降低了膜脂過氧化程度,保證了鮮食泡核桃的核仁品質(zhì),提高了鮮食泡核桃的商品價值,延長了貯藏保鮮期。因此,ClO2作為一種成本低、無毒無害、應(yīng)用廣泛的果蔬殺菌防腐保鮮劑,能夠使泡核桃鮮果保持較好的品質(zhì),提高其商品價值,ClO2溶液密閉熏蒸處理是泡核桃保鮮貯藏的有效方法。
試驗結(jié)果表明,在4 ℃貯藏條件下,隨著貯藏時長的延長,青皮核桃在外觀上表現(xiàn)為失水皺縮,出現(xiàn)褐變與腐爛,使用400 mg/L ClO2溶液密閉熏蒸處理12 h能夠降低青皮核桃的質(zhì)量損失率和腐爛率,降低褐變發(fā)生的程度,保持了青皮核桃和核仁較高的含水量,使泡核桃鮮果的商品性狀得以保持。ClO2處理可以提高果實的抗病能力和抗氧化能力[8],對細(xì)胞質(zhì)具有較強(qiáng)的凝聚作用,能有效殺死微生物[20],從而減少果實的質(zhì)量損失并降低腐爛率,保持較好的果實品質(zhì)。
呼吸速率可反映生物體代謝活動的強(qiáng)度。本試驗結(jié)果表明,青皮核桃在貯藏24 d時出現(xiàn)呼吸高峰,推測青皮核桃屬于呼吸躍變型果實,這一結(jié)論與楊曦等[21]的研究結(jié)果一致。在貯藏過程中核仁呼吸強(qiáng)度一直處于下降趨勢,未出現(xiàn)呼吸高峰,推測核仁可能屬于呼吸非躍變型果實,該結(jié)果也被韓強(qiáng)等[9]的研究結(jié)果所證明。非躍變型果實的呼吸速率在整個貯藏過程中的變化幅度往往是比較小的,而本研究中核仁呼吸速率在貯藏過程中變化較大,因此應(yīng)繼續(xù)深入探討核仁是否屬于呼吸非躍變型果實。
采后鮮食核桃的生理代謝較強(qiáng),較多的營養(yǎng)物質(zhì)被氧化分解成乙烯、二氧化碳、自由基以及其他物質(zhì),加速了核仁的變質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)流失。蛋白質(zhì)是核桃核仁中僅次于脂肪的重要營養(yǎng)物質(zhì),其含量是評價核桃品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。青皮核桃在貯藏一段時間后,其核仁可溶性蛋白質(zhì)含量下降,ClO2處理抑制了微生物的繁殖,并參與和調(diào)節(jié)果實的氧化還原和代謝活動,使其營養(yǎng)物質(zhì)含量在貯藏期間能夠保持較高水平,該結(jié)果與孫雯[22]的研究結(jié)果相符。ClO2處理能夠降低果實中營養(yǎng)物質(zhì)的損失在甜櫻桃[23]的保鮮研究中也得到了證明。
青皮核桃及其核仁褐變是核桃貯藏中最棘手的問題??偡?、類黃酮為果實體內(nèi)的次生代謝物,具有一定的抗氧化能力,能有效抑制褐變的發(fā)生[24]。本研究結(jié)果表明,ClO2處理顯著提高了青皮核桃核仁的總酚和類黃酮含量,減緩其降解速率,說明ClO2處理能夠維持較高的核仁總酚和類黃酮含量。但植物中的酚類物質(zhì)較易被POD和PPO氧化為鄰醌類物質(zhì),醌類物質(zhì)再聚合成棕色或者黑色物質(zhì),引起果實褐變的發(fā)生。本研究結(jié)果表明,鮮食核桃核仁貯藏過程中酚類物質(zhì)的含量降低,酚類物質(zhì)被POD和PPO氧化,ClO2通過抑制鮮食核桃核仁的POD與PPO活性從而減少了酚類物質(zhì)氧化褐變的發(fā)生,這與Ma等[14]的研究結(jié)論一致。ClO2抑制褐變的主要可能機(jī)制:ClO2可將一些可溶性醌還原為無色兒茶酚或者其他無色加合物[25];ClO2可能會氧化一些參與PPO活性位點的氨基酸或二硫鍵[26];ClO2可能將一些氨基酸(如色氨酸和組氨酸)降解轉(zhuǎn)化為簡單的小碳鏈產(chǎn)物[27];ClO2可能會攻擊PPO和POD活性所必需酶上的功能性氨基酸殘基,并引發(fā)其結(jié)構(gòu)的變化,從而抑制褐變的發(fā)生[28]。但ClO2抑制果蔬PPO和POD相關(guān)酶促褐變的更深層次的潛在機(jī)制尚需深入探討。
SOD、CAT等與氧化有密切關(guān)聯(lián)的酶在果實生理調(diào)節(jié)中具有重要作用。本研究結(jié)果表明,ClO2處理能夠提高SOD和CAT的活性,有效降低了氧化反應(yīng)的速度,這與蔡琦瑋等[29]的研究結(jié)論一致。ClO2可能抑制了核仁中自由基的生成,使得酶活性得到提升[8]。
MDA含量是評價植物膜脂過氧化程度的必要指標(biāo)。由于膜脂質(zhì)的過氧化反應(yīng),細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)通常會發(fā)生改變,隨后導(dǎo)致MDA含量的增加[24]。本試驗中,ClO2處理后青皮核桃核仁的MDA含量顯著低于對照組,表明ClO2處理可降低細(xì)胞膜脂過氧化的程度,減輕細(xì)胞膜受到的傷害,與馮敘橋等[30]的研究結(jié)論一致。
ClO2是一種高效的殺菌防腐保鮮劑,由于其具有強(qiáng)氧化性和抗菌性,且安全無毒,被廣泛應(yīng)用于果蔬保鮮中[6-7]。但是,ClO2在果蔬保鮮中的應(yīng)用也存在一些局限,如ClO2粉末釋放效率不高,在高濃度下不穩(wěn)定,并且較高濃度的ClO2常會導(dǎo)致果蔬漂白。有研究結(jié)果表明,使用60 mg/L的ClO2溶液進(jìn)行采前噴施使番茄果實產(chǎn)生了漂白現(xiàn)象[31],釋放速率50 μg/h固載ClO2緩釋保鮮劑處理使葡萄發(fā)生了嚴(yán)重的漂白現(xiàn)象[32]。在本研究的預(yù)試驗中對鮮食泡核桃進(jìn)行了不同濃度的ClO2溶液處理,但未出現(xiàn)青皮核桃和核仁的漂白現(xiàn)象。本研究中重點關(guān)注了ClO2對鮮食泡核桃的感官品質(zhì)和部分貯藏生理品質(zhì)的影響,未對核仁的油脂相關(guān)指標(biāo)(如酸價、碘值、過氧化值、皂化值等)進(jìn)行測定。下一步將深入研究ClO2對鮮食泡核桃‘黔核7號’核仁其他相關(guān)品質(zhì)的影響、ClO2對‘黔核7號’保鮮的分子機(jī)理及其調(diào)控的代謝途徑等。