热空气处理对西葫芦采后低温贮藏生理的影响

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(1.上海海洋大学食品学院,上海 201306; 2.上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海 201306； 3.食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学)，上海 201306)

热空气处理对西葫芦采后低温贮藏生理的影响

朱赛赛1，艾文婷1,张敏1，2，3，*,李春晖1,邵婷婷1,刘威1

(1.上海海洋大学食品学院,上海 201306; 2.上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海 201306； 3.食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学)，上海 201306)

西葫芦,冷害,热空气处理,低温贮藏,品质

热空气处理是采后果蔬贮前热处理方式中一种简单且行之有效的物理方法,具有无毒、无残留、无化学污染等优点[1]。果蔬低温贮藏过程中,特别是冷敏果蔬,很容易出现冷害现象,从而影响其贮藏品质与商品价值。38 ℃热空气处理30 min的橄榄果实[2]的果皮脂氧合酶(LOX)酶下降程度减轻,维持了较高的膜脂不饱和脂肪酸,从而使果实抗冷性提高,进而减轻果实冷害;48 ℃热空气处理4 h能提高寿桃果实[3]的相关褐变酶活性,抑制果实褐变并减轻冷害。42 ℃热空气处理可减缓梨枣果实硬度的下降,保持维生素C含量,提高果实的低温贮藏品质。热空气处理对番茄[4]、梨[5]、芒果[6]等果蔬贮藏品质的提高也有类似报道。西葫芦作为冷敏果蔬中的典型代表,很少有热空气处理对西葫芦低温贮藏品质方面系统研究的报道。本文选取同一品种的完熟西葫芦为试材,采后对其进行热空水处理,测定其在低温贮藏过程的品质与生理生化相关指标,分析热空气处理对采后西葫芦生理特性的影响以及作用机理,为西葫芦采后低温贮藏保鲜研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

西葫芦 本实验以“法拉利”西葫芦为原料,于2016年3月购自上海市浦东新区古棕路农贸市场,并由经验丰富的瓜农采后立即送至农产品研究实验室。

GY-4果实硬度计 杭州汇尔仪器设备有限公司;WYA-2S 型数字型阿贝折射仪 上海精密仪器仪表有限公司;BPS-100CA型恒温恒湿箱 上海一恒科学仪器有限公司;TGL-20bR型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;T6新世纪型紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;BCD-216SCM型冰箱 青岛海尔股份有限公司。

1.2实验处理

选择完全成熟、色泽大小均一,单个质量约300 g,瓜条竖直,瓜皮油亮翠绿,避免机械损伤及病虫害的饱满西葫芦果实为实验材料,将实验样品用清水冲洗并晾干后称重,热空气处理西葫芦置于(湿度为85%～90%)恒温恒湿箱中,风速为1.2 m/s,根据前期预实验结果选取35 ℃热空气处理40 min及45 ℃热空气处理20 min组合,对照组(CK)置于室温(20±2) ℃中不做热处理,每个处理设置3个重复,每3根为一组装入打好孔的0.03 mm厚的聚乙烯塑料袋中并贴上标签,然后放入4 ℃的(湿度为85%～90%)恒温恒湿箱中进行低温贮藏,每3 d取样测定,除叶绿素测定外均取去皮果实组织进行相关指标测定。

1.3测定方法

冷害指数测定:参照刘玲[7]和Al-Qurashi[8]的方法,略作修改。将果实从恒温恒湿箱中取出后转移至室温下24 h后,观察冷害症状,每个处理组取9个果实,3次重复,记录每个果实冷害等级。根据果面的显现的冷害面积确定并将冷害程度分为5个级别,分别为0级:无冷害症状;1级:轻度冷害,冷害面积≤25%;2级:中度冷害,25%<冷害面积≤50%;3级:深度冷害,50%<冷害面积≤75%;4级:极度冷害,75%<冷害面积≤100%。计算如公式1所示:

西葫芦果实冷害指数

式(1)

1.4数据处理

采用Excel(2016)软件计算各处理组的平均值与标准偏差,然后用SPSS21.0软件进行差异性分析,p<0.05表示差异显著,p<0.01表示差异极显著,最后用Origin Pro 8.0软件进行制图。

2 结果与分析

2.1热空气处理对西葫芦低温贮藏品质的影响

2.1.1 热空气处理对西葫芦果皮叶绿素的影响 叶绿素是绿色果蔬影响感官品质的重要指标。如图1所示为热空气处理对西葫芦果皮叶绿素含量的影响,在15 d的贮藏过程中,果皮叶绿素的含量随贮藏时间逐步降低,热空气处理与CK的差距不大,差异不显著(p>0.05),其中45 ℃处理的叶绿素含量相对略高,其次是35 ℃处理,最低的是CK的叶绿素含量,从0 d的鲜果皮到15 d的低温贮藏结束,CK、热空气35 ℃处理40 min、热空气45 ℃处理20 min的叶绿素含量分别下降63.09%、54.70%、51.68%。说明热空气处理对果皮叶绿素含量的损失具有一定缓解作用。

图1 热空气处理对西葫芦果皮叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of hot air treatment on pericarp chlorophyll content of Cucurbita pepo

2.1.2 热空气处理对西葫芦硬度的影响 硬度是评价果实品质的重要因素。如图2所示为热空气处理对西葫芦硬度的影响,CK与热空气处理的西葫芦果实硬度随贮藏时间一直在减小,前3 d热空气处理与CK的硬度非常接近,CK略高,3～15 d热空气处理组的硬度虽然也呈降低趋势但是均高于CK,其中第6 d时35 ℃处理高于45 ℃处理,而从9 d起45 ℃处理便开始保持最高,比CK高3.15%,而35 ℃处理比CK高1.77%,9 d以后西葫芦果实的硬度与CK明显拉开差距(p<0.05),直到15 d贮藏结束时,35 ℃及45 ℃的热处理果实的硬度分别比CK高8.35%、11.87%,同时与0 d新鲜果实硬度相比,15 d时CK降低了18.31%,35 ℃热处理降低了11.49%,45 ℃热处理果实降低了8.62%,因此本实验热空气处理对低温贮藏的西葫芦果实硬度的降低在贮藏后期(9～15 d)开始有效缓解,热空气45 ℃处理20 min的硬度相对保持最佳。

图2 热空气处理对西葫芦硬度的影响Fig.2 Effects of hot air treatment on firmness of Cucurbita pepo

2.1.3 热空气处理对西葫芦可溶性固形物(TSS)含量的影响 TSS含量是果实组织内部物质变化的综合评价指标。如图3所示为热空气处理对西葫芦可溶性固形物含量的影响,CK与热空气处理的TSS均呈现先上升后下降趋势,CK组在贮藏前3 d略微升高,并在第3 d达到最高值4.75%,3 d以后便快速下降,直到最后贮藏结束,CK果实的TSS含量为4.21%,而两个热空气处理组的TSS均在前6 d快速上升,并在第6 d时达到最高值,热空气处理45 ℃与35 ℃果实的TSS含量分别为5.17%和5.02%,随后从第6 d开始快速下降,到贮藏15 d时热空气45 ℃与35 ℃果实的TSS含量分别为4.42%与4.33%,两者间差异不显著,但TSS含量下降程度均低于CK。热空气处理的TSS含量达到最高值的时间比CK推迟了3 d,可能与热空气处理刺激西葫芦果实内部代谢过程有关,使得可溶性固形物的消耗程度降低,在前6 d引起TSS堆积起来,造成TSS的大量升高,进而影响了6 d以后TSS含量下降的速率,对果实品质保持产生了正面影响。

图3 热空气处理对西葫芦可溶性固形物含量的影响Fig.3 Effects of hot air treatment on TSS content of Cucurbita pepo

2.1.4 热空气处理对西葫芦可溶性糖含量的影响 可溶性糖不仅是植物生长过程能量与代谢的来源,而且与植物抗冷性相关[12]。如图4所示为热空气处理对西葫芦可溶性糖含量的影响,CK与热空气处理果实可溶性糖含量变化曲线总体呈现先增长后下落的趋势,可溶性糖含量在3 d内迅速上涨到整个实验周期的峰值,CK、热空气处理35 ℃及45 ℃分别为30.345、31.89、33.45 mg/g,分别比贮藏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现不同幅度的降低趋势,35 ℃与45 ℃热空气处理在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与两个热空气处理组差异相对较大,在9～12 d内可溶性糖含量与热空气处理较相近,最后15 d时热空气处理的可溶性糖仅稍稍高于初始值,而CK略微低于初值0 d的可溶性糖含量。可见热空气处理西葫芦在贮藏前3 d大大提高了可溶性糖含量增长速率,而至贮藏末期影响相对并不明显。

图4 热空气处理对西葫芦可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of hot air treatment on soluble sugar content of Cucurbita pepo

2.1.5 热空气处理对低温逆境西葫芦可溶性蛋白含量的影响 可溶性蛋白是植物体内重要的营养及渗透调节物质,参与植物代谢与衰老过程[13]。如图5所示为热空气处理对西葫芦可溶性蛋白含量的影响,CK与热空气处理的西葫芦果实可溶性蛋白含量呈现先增高后减低趋势,其中CK的可溶性蛋白含量在贮藏15 d期间始终处于最低,可溶性固形蛋白含量均在第6 d达到各个组的最高值,较CK差异显著(p<0.05),且45 ℃一直在前6 d贮藏期一直保持各组最高值,CK、热空气处理35 ℃与45 ℃在第6 d时分别比0 d新鲜果实的可溶性蛋白含量增加16.44%,30.36%及41.14%,6 d以后各组含量便一路降低,而从9 d开始35 ℃热空气处理40 min组的可溶性蛋白含量处于各组最大值,并维持到第15 d,到15 d为止,45 ℃组的可溶性蛋白含量比CK超出47.11%,而35 ℃组较CK超出79.34%(p<0.05)。由此说明热空气处理有效保持了西葫芦果实的可溶性蛋白含量,保证了一定品质,具体的在贮藏前期(0～6 d)45 ℃处理20 min效果较好,而贮藏后期(9～15 d)是35 ℃处理40 min效果更佳。

图5 热空气处理对西葫芦可溶性蛋白含量的影响Fig.5 Effects of hot air treatment on the soluble protein content of Cucurbita pepo

2.1.6 热空气处理对低温逆境西葫芦呼吸强度的影响 呼吸强度可衡量果实的呼吸作用程度,特别是对于呼吸跃变型果蔬,可反映果实的成熟衰老进程[14]。如图6所示为热空气处理对西葫芦呼吸强度的影响,CK的呼吸强度呈现先上升后下降规律,在第6 d达到呼吸峰,热空气处理的两组在0～3 d内的呼吸强度比较弱呈减小趋势,35 ℃与45 ℃分别比第0 d的减小5.32%和14.62%,之后35 ℃热空气处理组呼吸强度增大并也在第6 d出现呼吸最高峰,比CK低16.25%,随后呼吸强度一路降低,并处于了各组最低值,15 d时比CK呼吸强度减少27.49%(p<0.05),而45 ℃组在3 d以后呼吸强度仍然在减小,6 d后才回升并于第9 d迎来呼吸高峰,9 d后随即降低直至15 d贮藏末,且15 d时比CK降低了17.27%。说明西葫芦呼吸作用在热空气处理对西葫芦低温逆境下受到抑制,呼吸峰随之降低,且热空气35 ℃与45 ℃不同程度推迟了呼吸高峰出现的时间,45 ℃热处理组效果更优,延缓了果实的成熟与衰老。

图6 热空气处理对西葫芦呼吸强度的影响Fig.6 Effects of hot air treatment on the respiration rate of Cucurbita pepo

2.2热空气处理对西葫芦活性氧及抗氧化酶的影响

2.2.1 热空气处理对低温逆境西葫芦H2O2含量的影响 如图7所示为热空气处理对西葫芦H2O2含量的影响,CK与热空气处理组的H2O2含量曲线随贮藏时间均呈现先升高后降低走势,CK的H2O2含量在第9 d时达到最大值,而热空气处理的两组均在第3 d就升到了最高点,说明热空气处理在前3 d的H2O2含量增长速率非常快,可能是热空气诱导的短暂反应,从而激活果实内部相关的抗氧化酶活性,第3 d的35 ℃与45 ℃的H2O2含量分别增大79.35 ℃与64.52 ℃,而CK仅提高25.81%,CK与热空气处理差异显著(p<0.05),热空气处理组的H2O2含量3 d以后一路下降直到最后15 d,热空气处理35 ℃组与45 ℃组分别较CK减小的比例为22.22%及33.33%(p<0.05),由此可见热空气处理刺激贮藏初期(0～3 d)H2O2含量的迅速增加,继而快速降低以后贮藏期间H2O2含量的降低速率,从而降低活性氧对细胞膜的伤害,提高西葫芦果实对低温逆境的抵御能力。

图7 热空气处理对西葫芦H2O2含量的影响Fig.7 Effects of hot air treatment on H2O2 content of Cucurbita pepo

图8 热空气处理对西葫芦含量的影响Fig.8 Effects of hot air treatment on content of Cucurbita pepo

2.2.3 热空气处理对低温逆境西葫芦CAT活性的影响 CAT是植物体内活性氧清除系统中的重要保护酶,能够分解H2O2,减少活性氧自由基的积累,改善膜的功能,从而提高抗冷性[15]。如图9所示为热空气处理对西葫芦CAT活性的影响,CK的CAT活性变化较为平缓,在贮藏前期有微小上升之势,3 d之后持续下降到第15 d,整个贮藏过程CAT活性比0 d的新鲜果实下降28.27%,15 d贮藏期内与热空气处理均差异显著(p<0.05)。而35 ℃处理与45 ℃处理组在贮藏一开始CAT活性便急剧增强,与CK差异极其显著(p<0.01),其中35 ℃处理果实于第3 d增加至活性顶峰,而45 ℃处理组推迟3 d于第6 d增加到活性顶峰,CAT活性跃过峰值以后则不停减弱,到15 d时两个热空气处理组CAT活性相对CK降低程度减小,与0 d起始相比35 ℃仅减小1.30%,而45 ℃组增加5.65%。这与H2O2含量在贮藏期间的变化情况相似,说明CAT活性的提高与热空气处理激发H2O2含量增加存在紧密关系。

图9 热空气处理对西葫芦CAT活性的影响Fig.9 Effects of hot air treatment on CAT activity of Cucurbita pepo

2.2.4 热空气处理对低温逆境西葫芦SOD活性的影响 SOD是防御超氧阴离子自由基对细胞产生伤害的抗氧化酶,植物体内协调作用共同维持活性氧的平衡,保护细胞膜的稳定[16]。如图10所示为热空气处理对西葫芦SOD活性的影响,CK的SOD活性变化曲线在15 d贮藏期总体呈现波浪式,0～3 d内减弱,3～9 d内增强,9～15 d再次增强,到最后第15 d时果实SOD活性比0 d新鲜果实下降6.87%,整个贮藏时期均低于热空气处理组(p<0.05)。热空气处理果实的SOD活性均表现为先增强后减弱的趋势,都在第6 d达到活性峰值,热空气显然激发了果实贮藏前期(0～6 d)SOD活性的提高,与之前所述活性氧在贮藏前期升高情况相符,15 d时35 ℃与45 ℃的SOD活性分别是CK的1.24倍与1.47倍,说明热空气有效提高了果实的SOD酶活性,增强了清除自由基的能力。

图10 热空气处理对西葫芦SOD活性的影响Fig.10 Effects of hot air treatment on SOD activity of Cucurbita pepo

图11 热空气处理对西葫芦POD活性的影响Fig.11 Effects of hot air treatment on POD activity of Cucurbita pepo

2.3热空气处理对低温逆境西葫芦膜脂过氧化程度的影响

2.3.1 热空气处理对低温逆境西葫芦MDA含量的影响 MDA是膜脂过氧化作用的最终产物,是膜脂过氧化程度的度量,MDA的积累是活性氧毒害作用的表现[17]。如图12所示为热空气处理对西葫芦MDA含量的影响,CK与热空气处理果实的MDA含量在贮藏期间均不断增大,CK与热空气处理的MDA含量在贮藏期间也总体较接近,但是热空气处理低于CK,其中45 ℃组比CK相对更低,对果实细胞膜脂过氧化程度的加深情况最轻,到15 d结束贮藏,45 ℃热空气处理20 min的果实MDA含量比CK低18.84%。说明热空气处理减缓了膜脂过氧化的进程,保护了相对好的细胞膜。

图12 热空气处理对西葫芦MDA含量的影响Fig.12 Effects of hot air treatment on MDA content of Cucurbita pepo

表1 热空气处理的西葫芦冷害指数变化Table 1 Changes of hot air treatment on chilling injury index of Cucurbita pepo

注：表中数据为各组样品“冷害指数平均值±标准差”(n≥6);同列的不同字母表示差异性显著(p<0.05)。

2.3.2 热空气处理对低温逆境西葫芦相对电导率含量的影响 电解质外渗率可反映果蔬细胞膜完整情况。如图13所示为热空气处理对西葫芦相对电导率的影响,CK与热空气处理的西葫芦果实电解质外渗率随贮藏时间延长不断提高,在贮藏前3 d各组差不多,而35 ℃甚至一直到第6 d时均高于CK,从第9 d起低于CK,而45 ℃处理的果实一直处于较低,电解质外渗率低于35 ℃,更低于CK(p<0.05)。由此可见对于35 ℃热空气处理在贮藏后期(9～15 d)热空气处理的效果才得以显现,而45 ℃则从一开始的电解质外渗情况就保持较低,细胞膜的损伤进程较慢。

图13 热空气处理对西葫芦相对电导率的影响Fig.13 Effects of hot air treatment on membrane permeability of Cucurbita pepo

3 讨论

叶绿素是绿色植物的主要色素,参与植物的光合作用,采后果蔬的叶绿素含量会随着成熟衰老而减少或转化为叶黄素等其他色素。本实验热空气处理对减缓西葫芦果皮叶绿素含量的下降具有一定缓解,与壳聚糖涂膜能保持西葫芦叶绿素含量的结果类似[18]。硬度会随着果实的成熟与衰老而下降,研究表明果实硬度主要与细胞壁物质成分及细胞壁水解酶活性有关[19]。本实验热空气处理使西葫芦果实硬度下降减弱,可能与热空气处理抑制硬度有关酶活性相关。50 ℃热水处理香蕉果实硬度的下降得到缓解,其中果皮中的果胶裂解酶和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]。热空气处理西葫芦的TSS含量高于对照,可能与减缓果实内部物质的降解有关。可溶性糖是TSS的组分,本实验中热空气处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强果实抗冷性[21]。蛋白质是重要的营养物质,热处理对蛋白质的影响可能与诱导有关基因的表达有关,有研究表明热处理可以诱导产生热激蛋白,汪开拓[22]等对杨梅果实研究发现热空气处理诱导合成了果肉细胞中的热激蛋白。本实验中可溶性蛋白含量得到保持,可能也与诱导热激蛋白有关,38 ℃热空气处理香蕉的研究得出热激蛋白得到激发提高,且与减轻冷害密切相关[23]。采后果蔬继续保持着旺盛的呼吸作用,该过程通过自身物质的消耗来实现。本实验中热空气处理后低温贮藏的果实的呼吸强度变弱,呼吸跃变时间延迟,延缓了果实的衰老,与蜜瓜[24]、火龙果[25]等的研究结果相似。

4 结论

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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

朱赛赛(1990-)，女，硕士，主要从事果蔬冷藏保鲜研究,E-mail：1612945798@qq.com。

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张敏(1969-)，女，博士，教授，研究方向：生物传热及果蔬贮藏保鲜,E-mail:zhangm@shou.edu.cn。

国家自然科学基金资助项目(31371526)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)21-0274-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.054