LED光照处理对豇豆采后贮藏品质和生理特征的影响

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(北京市农林科学院蔬菜研究中心,农业部蔬菜产后处理重点实验室,果蔬农产品保鲜 与加工北京市重点实验室,农业部华北地区园艺作物生物学 与种质创制重点实验室,农业部都市农业(北方)重点实验室,北京 100097)

豇豆(Vignasinensis)是蝶形花亚科一年生缠绕性草本植物,在我国广泛种植,属于夏秋季的大宗蔬菜,含有易于消化吸收的蛋白质、多种维生素和微量元素等,其中所含磷脂可促进胰岛素的分泌,是糖尿病人的理想食品[1-2]。在我国,豇豆多在温热的夏、秋季采收,然而豇豆因组织幼嫩、呼吸强度高,在室温下极不耐贮藏,采收后如不及时处理,短时间内就会出现萎蔫、锈斑、褪色、腐烂等现象[3]。

可见光照射处理可调节植物的生理代谢。研究发现,光照处理可通过调控叶绿体衰老进程、呼吸作用和光合作用产生糖类物质、形成ATP、抑制果蔬组织内乙烯的释放量,进而延缓组织衰老[4]。LED技术具有绿色、安全、节能等优点,推动了不同颜色可见光在现代植物生长调控中的规模化应用[5]。LED可见光(白光、蓝光)对西兰花[6]、番茄[7]、西芹[8-9]等蔬菜具有显著的贮藏保鲜效果,而在豇豆的贮藏保鲜技术,如1-甲基环丙烯(1-MCP)熏蒸[1]、气调包装技术[2]、低温贮藏[3]等中,LED光照技术鲜见报道,因而本实验采用LED白光和蓝光照射豇豆,研究这两种不同颜色LED单色光照对豇豆贮藏品质的影响。

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

豇豆品种为“华赣·露地王”,采摘于顺义区大孙各庄镇,当日运回实验室,挑选无病虫害、无机械伤、完整、成熟度基本一致的作为试材;Trition X-100、30%过氧化氢分析纯,西陇化工有限公司;丙酮、盐酸、聚乙二醇(6000)、氢氧化钠、石英砂分析纯,北京化工厂;考马斯亮蓝G-250、愈创木酚、邻苯二酚分析纯,国药集团化学试剂有限公司;磷酸氢二钠、磷酸二氢钠分析纯,天津市永晟精细化工有限公司。

UV-1800紫外分光光度计岛津;KOITO-PCLH冷库日本三朱社;-80 ℃冰箱日本SANYO;D-37520冷冻离心机德国Sigma有限公司;磁力搅拌器日本NISSN;HANNA PH211 pH测量仪意大利哈纳公司;CR-400型色差计广东东莞市拓福实业有限公司。

1.2　实验方法

将挑选的豇豆以250 g左右用橡皮筋困扎成一把,然后将困扎的豇豆均分为三组,装于0.03 mm厚PE袋中,每袋装约3 kg豇豆,不封口。一组直接放置于暗处作为对照,一组放置在光照强度为40 μmol·m-2·s-1LED白光下照射,一组放置在光照强度为40 μmol·m-2·s-1LED蓝光下照射,豇豆在整个贮藏期间均接受LED白光和蓝光照射,三组处理均放置在15 ℃的冷库中,每天观察,每3 d进行一次取样,样品用液氮速冻,然后于-80 ℃下放置备用。

1.3　测定指标

1.3.1感官评分采用Fan等[10]的方法分为9级3等,1～3分表示不可接受,4～6分为一般,7～9分为商品价值乐意接受,其中5分为商品最低限,色泽、硬度降低,外观品质下降。

1.3.2失重率的测定采用差量法,失重率(%)=(初始重量-最终重量)/初始重量×100

1.3.3锈斑指数的测定每组处理以3捆豇豆进行评定,评定标准如下:0级,无锈斑发生;1级,锈斑发生面积占1%～25%;2级,锈斑发生面积占26%～50%;3级,锈斑发生面积占51%～75%;4级,锈斑发生面积占76%～100%。锈斑指数(%)=∑(锈斑级数×该级豇豆数)/(最高级数×总豇豆数)×100

1.3.4可溶性固形物(TSS)含量测定采用手持糖度计测定。

1.3.5叶绿素含量测定采用Wang等[11]的方法测定。

1.3.6丙二醛(MDA)含量、总酚含量、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的测定采用曹建康等[12]的方法,其中总酚含量以每克样品在280 nm处吸光度值表示。

1.4　数据分析

采用Excel 2003统计分析软件进行基础数据整理,利用Origin 8.5分析与作图,利用IBM SPSS Statistics 19软件对数据进行差异显著性检验。

2　结果与分析

2.1　LED光照对豇豆感官评分的影响

豇豆感官评分依据豇豆的新鲜度、锈斑、霉菌、腐烂、衰老等情况确定,由图1可知,豇豆在贮藏过程中感官评分值逐渐下降,其中白光处理组感官评分下降最为缓慢,其次为蓝光。对照组贮藏3 d后下降迅速,贮藏至6 d时,感官评分值为5,此时豇豆的色泽、硬度和外观品质变化的总体表现呈现可接受的最大限度,达到商品极限[10];蓝光处理组贮藏至9 d时,感官评分值为5,达到商品极限;而白光处理组贮藏至12 d时,感官评分值为5,达到商品极限,说明蓝光和白光处理均能有效保持豇豆的外观品质,保持其商品性,有效延长保鲜期3～6 d,其中白光处理的效果更佳。

图1　LED光照对豇豆感官评分的影响Fig.1　Effect of LED irradiation on sensory scores of cowpea

2.2　LED光照对豇豆失重率的影响

失重主要是由蒸腾作用和呼吸作用引起的[13],失重对豇豆的色泽和品质影响较大,严重时出现萎蔫和褪色现象,大多数大宗蔬菜在失重3%～10%时失去新鲜度[14]。由图2可知,豇豆在贮藏过程中失重率逐渐升高,贮藏9 d后,对照组与其他两组差异显著(p<0.05),贮藏至12 d时,对照组失重率达0.85%,而蓝光和白光处理组的失重率分别为0.69%和0.57%,两组处理有效抑制了豇豆贮藏过程中水分的散失,维持了较好的品质,其中白光处理效果较好。

图2　LED光照对豇豆失重率的影响Fig.2　Effect of LED irradiation on weight loss of cowpea

2.3　LED光照对豇豆锈斑指数和总酚含量的影响

豇豆锈斑的产生是其商品性下降甚至失去商品性的重要标志之一,采用锈斑指数来表示豇豆锈斑的产生和发展情况。果蔬表皮锈斑的产生与多酚氧化酶活性和酚类物质的新陈代谢密切相关,而且酚类物质也是植物组织中重要的抗氧化物质[15-16]。由图3A可知,对照组贮藏3 d即发生锈斑,贮藏至6 d时,锈斑指数达28.8%,显著高于LED处理组(p<0.05);至贮藏末期(12 d),对照组、蓝光和白光处理组锈斑指数分别为65.4%、54.0%和45.0%,对照组锈斑指数始终高于LED处理组,且处理间两两差异显著(p<0.05),说明LED处理可有效的延缓锈斑指数的升高。

由图3B可知,在贮藏过程中,豇豆总酚含量呈上升趋势,其中对照组总酚含量最低,LED光照处理可有效保持豇豆的酚类物质含量的积累;贮藏至12 d时,白光和蓝光处理组分别比对照组总酚含量高26.65%和8.05%,而对照组锈斑指数始终高于LED处理(图3A),这说明豇豆锈斑的产生与酚类物质含量变化密切相关,LED光照处理可保持酚类物质的含量,维持较好的营养品质,其中白光处理的效果更佳。

图3　LED光照对豇豆锈斑指数和总酚含量的影响Fig.3　Effect of LED irradiation on rusty spot index and total phenolic content of cowpea

2.4　LED光照对豇豆可溶性固形物(TSS)和叶绿素含量的影响

可溶性固形物(TSS)和叶绿素均为豇豆的重要营养品质[17],豇豆TSS含量在贮藏过程中呈先上升后下降的趋势(图4A),其中,贮藏3 d后,白光处理组TSS含量下降最为缓慢,其次是蓝光处理组,对照组TSS含量下降最为迅速,营养物质消耗快,说明LED光照处理可有效的维持豇豆贮藏期间的营养物质含量,保持品质。

由图4B可知,豇豆叶绿素含量在贮藏过程中逐渐降低,LED光照处理延缓了叶绿素的降解速率,有效维持较好的外观品质和营养物质。贮藏至12 d时,白光和蓝光处理组叶绿素含量分别下降了25.70%和34.41%,而对照组叶绿素含量下降了47.03%。

图4　LED光照对豇豆TSS和叶绿素含量的影响Fig.4　Effect of LED irradiation on TSS and chlorophyll contents of cowpea

2.5　LED光照对豇豆MDA含量的影响

MDA是膜质过氧化的产物,其含量可用来表示果蔬细胞膜的过氧化程度,与膜的完整性密切相关[14]。由图5可知,豇豆在贮藏过程中MDA含量显著升高,其中对照组MDA积累量显著高于LED处理组(p<0.05),贮藏至12 d时,对照组MDA含量比蓝光处理组和白光处理组分别高9.57%和27.93%,说明LED光照处理可有效抑制MDA的积累,延缓膜质过氧化反应,较好地维持豇豆组织细胞膜的完整性,其中白光处理好于蓝光处理。

图5　LED光照对豇豆MDA含量的影响Fig.5　Effect of LED irradiation on MDA content of cowpea

2.6　LED光照对豇豆POD和CAT活性的影响

活性氧(ROS)自由基可作为植物抗逆性的信号物质,过量的ROS可导致植物膜质过氧化反应,抗氧化系统可保护植物免除ROS损伤,其中POD和CAT与ROS代谢密切相关[18-20],研究发现,较强的活性氧可促进植物组织的酶促褐变,清除活性氧自由基可有效的抑制酶促褐变引起的锈斑等劣变反应[21]。由图6可知,豇豆POD和CAT活性均呈现升高的趋势,其中白光处理组POD和CAT活性最高,其次为蓝光处理组,对照组POD和CAT活性最低,对照组与LED处理组间两两差异显著(p<0.05),这说明LED光照处理可有效增强豇豆的抗氧化活性,延缓ROS对组织细胞的损伤,其中白光的处理效果好于蓝光。

图6　LED光照对豇豆POD和CAT活性的影响Fig.6　Effect of LED irradiation on POD and CAT activities of cowpea

3　结论

豇豆在贮藏过程中影响其贮藏品质的主要因素是萎蔫、锈斑和腐烂,本实验采用LED白光和蓝光照射豇豆发现,在15 ℃冷库中贮藏,LED光照射可有效地抑制豇豆外观品质的下降,延缓锈斑的产生和发展。在贮藏过程中,水分缺失等非生物因素会破坏组织细胞内活性氧平衡,使活性氧过氧化作用增强,可导致酚类物质和相关酶的区室化分布破坏,使得POD等抗氧化酶与酚类物质直接接触发生酶促褐变反应,加速组织的褐变劣变反应[21-24],因此维持水分、酚类物质以及清除活性氧等可有效的抑制酶促褐变反应,减缓组织的褐变。LED光照处理可有效维持豇豆水分和总酚含量,抑制可溶性固形物(TSS)和叶绿素的降解,减缓MDA含量的积累,同时,增强组织POD和CAT活性,加速活性氧的清除,延缓锈斑的产生,维持较好的品质。因此,LED光照处理可有效延长豇豆贮藏期3～6 d,光照强度为40 μmol·m-2·s-1LED白光照射处理好于光照强度为40 μmol·m-2·s-1LED蓝光处理。

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