周文颖 刘亚敏 刘玉民 郭 妮 闫洋洋
(西南大学资源环境学院,重庆 400715)
武隆猪腰枣(ZiziphusjujubaMill.Cv.WulongzhuyaoZao)是一种适于南方栽培的鲜食枣优良地方品种,又名羊角猪腰枣,主产自重庆市武隆县羊角镇和土坎镇。其果肉呈绿白色,肉质细密脆甜,汁液多,皮薄核小,可食率高达94%以上,其口感极佳且产量高,为鲜食枣之上品[1-2]。但由于新鲜枣果在采后会通过呼吸、蒸腾等作用代谢消耗自身的养分与能量,以及表皮上的病原菌微生物侵入,使得常温下的枣果几天内就会失水萎蔫无法保持鲜脆,继而短期内逐渐变质、腐败失去经济价值[3-4]。猪腰枣因其皮薄水分含量高的特点,使得其在采后相比其他枣类更不易贮存,这在很大程度上也限制了武隆猪腰枣产业的对外发展。
1-甲基环丙烯(1-Methylcyclopropene, 1-MCP)是一种新型的乙烯受体抑制剂,能阻断果蔬采后乙烯诱导的一系列生理反应,延缓果实的后熟衰老,被广泛应用于果蔬保鲜领域[5-7]。已有研究发现1-MCP对鄂北冬枣[8]、梨枣[9]、台湾青枣[10]、脆枣[11]等多数枣果都有良好的保鲜效果。但1-MCP最有效的使用方法是密闭熏蒸,存在处理条件严格、操作复杂、工作量大等问题,1-MCP作为一种化学合成物质,也存在一定的食品安全隐患。而生物保鲜剂因其更绿色环保、无化学残留、贮藏条件易控制等特点越来越受市场的青睐[12]。柠檬具有很高的营养和药用价值,柠檬汁中含有的柠檬酸、抗坏血酸、黄酮类化合物等具有很强的抗氧化活性,能够有效抑制微生物的活性,清除DPPH自由基[13],减轻果实褐变程度,具有很好的杀菌作用[14-16]。已有研究表明柠檬汁能够有效缓解甘蔗汁[17]、梨汁[18]的变质变味,可作为潜在的生物源保鲜剂进行研究开发。但是目前还没有关于柠檬汁或柠檬提取物直接对果实保鲜效果的研究。
本试验拟以处理后的柠檬汁为保鲜材料,以1-MCP处理作为阳性对照,以不做处理为空白对照,通过测定贮藏期间武隆猪腰枣果实各品质和生理指标的变化,研究柠檬汁处理对武隆猪腰枣果实的防腐保鲜作用及机理,并运用主成分分析法对武隆猪腰枣果实贮藏效果进行综合评价,旨在为进一步研制高效环保的武隆猪腰枣生物保鲜剂提供基础数据和理论依据,同时为柠檬资源的综合开发利用探索新的途径。
猪腰枣:于2016年9月底采摘于重庆市武隆县羊角镇鹅岭村种植区,低温保存运回实验室后选取大小均匀、成熟度一致、无机械损伤、无病虫害的脆熟期(果皮反白,初显红点)果实,用清水清洗干净后在室温(25 ℃)下吹干备用;
柠檬汁:挑选新鲜无腐烂的重庆万州产黄柠檬洗净,去皮去核,切块后放入榨汁机榨汁,先用4层纱布过滤一次后,再用8层纱布过滤,根据前期预试验结果取过滤后的滤液用超纯水稀释成10%浓度备用;
1-MCP粉剂:有效浓度0.14%,西秦生物科技有限公司;
KOH、草酸、EDTA-Na2、Met、NBT、核黄素:分析纯,成都科龙化工试剂厂;
钼酸铵:分析纯,金堆城钼业股份有限公司;
偏磷酸:分析纯,天津市光复精细化工研究所。
果实硬度计:GY-1型,乐清市艾德宝仪器有限公司;
手持糖度计:PAL-1型,日本爱宕有限公司;
紫外分光光度计:T6型新世纪,北京普析通用仪器有限责任公司;
榨汁机:MJ-JE25C1型,飞利浦股份有限公司;
高速离心机:TGL-16G型恰菲尔,上海恰菲尔分析仪器有限公司;
台式冷冻离心机:TGL-16M型,湖南湘仪试验仪器开发有限公司;
恒温水浴锅:HH·S11-2S型,上海跃进医疗器械有限公司;
电导率仪:DDSL-318型,上海仪电科学仪器股份有限公司;
人工气候箱:RDN型,宁波东南仪器有限公司。
1.3.1 保鲜试验设计 将猪腰枣分为3组,每组3个重复,每组共201个枣。第1组放入稀释好的柠檬汁(浓度10%)中,浸泡10 min后取出室温下(25 ℃)自然吹干,第2组置于0.4 m3的密封保鲜盒中,盒内放入盛有1 mol/L KOH溶液的烧杯吸收CO2[19],用PE保鲜膜封口后将1.0 μL/L的1-MCP 溶液注射入保鲜盒中,注射后立即封住注射孔,20 ℃下密封24 h,作为阳性对照组;第3组不做任何保鲜处理作为空白对照组。将上述处理好的果实均放入PE保鲜袋中贴上标签,并在保鲜袋上打孔以利于保湿和气体进出,置于4 ℃ 条件下湿度95%的气候箱中贮藏,每5 d对下述各项指标进行测定。
1.3.2 质量损失率的测定 采用称质量法,每项处理18个果实,每5 d测定一次。
1.3.3 腐烂指数的测定 参照曹建康等[19]的方法,每项处理取30个果实进行观察,每组10个,共3组。按式(1) 计算腐烂指数。
(1)
式中:
c——腐烂指数,%;
n——腐烂级别;
m——该级别果实数;
N——腐烂最高级别;
M——观察总果实数。
腐烂级别分为4级:0级,果实无褐变腐烂;1级,低于25% 的果面积褐变腐烂;2级,25%~50%的果面积褐变腐烂;3级,25%~75% 的果面积褐变腐烂;4级,超过75% 的果面积褐变腐烂。
1.3.4 硬度和可溶性固形物(TSS)的测定 使用果实硬度计测定果实硬度,用刮片刀切除果实最大横径处果皮后测定,每组5个果实,每个果实重复测定3次;TSS含量取果肉部分直接采用手持折光仪测定。
1.3.5 可滴定酸(TA)的测定 采用酸碱滴定法[20]。
1.3.6 VC含量的测定 采用钼蓝比色法[21]。
1.3.7 过氧化物酶(POD)活性的测定 采用愈创木酚法[22]。
1.3.8 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定 采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[23]。
1.3.9 相对电导率的测定 参照郑炳松[24]的方法,取枣中部约1 cm3的果肉进行测定,每个处理重复3次。
1.3.10 丙二醛(MDA)的测定 采用硫代巴比妥酸比色法[25]。
采用主成分分析法对猪腰枣的低温贮藏效果进行品质评价,由于各指标间存在量纲不同的问题,在进行分析前需要对数据进行标准化转换成为新的矩阵,再对转换来的无量纲新指标矩阵进行统计分析,计算主成分特征根、方差贡献率和各指标相关系数矩阵,根据分析结果以特征根>1,累积方差贡献率>85%为提取标准,确定主成分数量。取各主成分的方差贡献率作为权数对分析出的各因子得分系数矩阵进行加权求并构建主成分的综合评价模型[26-28]。
各指标的标准化处理公式为:
(2)
式中:
综合评价模型的构建方法:用各主成分的特征向量乘以标准化后的数据得到各主成分表达式,用各主成分函数值乘以相应权重(权重为各主成分的贡献率除以主成分的累计贡献率所得值)得到综合表达式,具体如下:
Fi=∑AijXj,
(3)
式中:
Fi——第i个主成分的得分;
Xj——第j个指标经过标准化后的数据;
Aij——提取的第i个主成分在第j个指标上所对应的特征向量值,j=1,2,……,10。
以提取的i个主成分方差贡献率为权数与上述求得的主成分得分F进行加权求和,得到综合评价得分函数Y:
Y=B1F1+B2F2+…… +BiFi,
(4)
式中:
Bi——第i个主成分对应的方差贡献率值。
试验数据用Excel进行整理,并应用SPSS 19.0软件进行单因素分析(ANOVA)、LSD检验和主成分分析,以此判断不同处理间的显著性(P<0.05)差异和构建保鲜品质评价模型,应用OriginPro 8.5软件对分析数据进行图形转换,图中竖线代表平均值的标准偏差。
在猪腰枣贮藏期间,不同处理果实腐烂指数都随时间的延长呈逐渐上升趋势,且空白对照组果实腐烂程度明显高于1-MCP和柠檬汁处理的,在贮藏15 d后腐烂率开始呈指数上升(见图1)。在贮藏30 d时柠檬汁、1-MCP和空白对照组果实的腐烂程度分别为3.45%,8.62%,16.67%,整个贮藏期内柠檬汁处理的腐烂程度仅占对照的39.53%,仅为阳性对照1-MCP处理的58.49%,说明柠檬汁处理能保持枣果更低的腐烂率,以更好延缓果实的采后衰老。
质量损失率的变化反映的是果实水分和营养成分的流失情况,损失率越高果实的商品价值就越低,即贮藏效果越差。在贮藏期间,经过保鲜处理的猪腰枣果实质量损失率均得到不同程度的缓解,但经柠檬汁处理果实的质量损失率要高于阳性对照1-MCP处理组的。在贮藏第25天时,柠檬汁和1-MCP处理组质量损失率分别为0.70%,0.54%,且差异显著(P<0.05);但柠檬汁组在25 d后质量损失率变化缓慢,与1-MCP组没有显著性差异(见图2),说明保鲜处理均能显著缓解枣果体内水分和养分的流失,而柠檬汁处理相对于阳性对照组质量损失情况较高。
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图1 猪腰枣贮藏期间腐烂指数的变化
Figure 1 Changes of decay index during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
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图2 猪腰枣贮藏期间质量损失率的变化
Figure 2 Changes of weight loss during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
从图3可以看出,在贮藏15 d后,经保鲜处理枣的硬度开始降低,且柠檬汁组变化率始终低于1-MCP处理组的,分别为20.22%和38.89%。贮藏结束时柠檬汁处理组的硬度是1-MCP处理组的1.31倍,且在整个贮藏过程中柠檬汁处理组的果实硬度始终高于1-MCP处理组的,说明柠檬汁处理缓解猪腰枣硬度变化的效果更佳,可能是柠檬汁内含的活性多肽类物质的抗菌、抗病毒等作用,有效杀除和抑制了果皮上的微生物活动,从而保持了枣果的品质。
果实成熟过程中TSS含量的变化过程呈现出先上升再下降的趋势(见图 4),这是由于在贮藏初期果实尚未完全成熟,果实体内的不溶性大分子物质(如淀粉)缓慢降解为可溶性糖类,从而使得TSS含量上升,在果实成熟后,由于果实降解总量减小,且低于呼吸作用代谢消耗的可溶性糖含量,使得TSS含量在贮藏过程中出现先上升后下降的变化趋势[29-30]。在贮藏20 d时,空白对照组的TSS达到了最大值(22.6%),25 d时阳性对照1-MCP处理组达到最大值(23.7%),在贮藏30 d时,柠檬汁处理组的TSS才达到最大值(24.67%),此后随贮藏时间的延长各组的TSS含量逐渐下降,且贮藏后期果实中TSS的含量变化顺序是柠檬汁组>1-MCP组>空白对照,且差异显著(P<0.05)。说明柠檬汁处理比1-MCP处理更能有效地缓解果实中大分子物质的降解,同时减缓TSS的代谢消耗,使得后期TSS含量维持更高水平。
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图3 猪腰枣贮藏期间硬度的变化
Figure 3 Changes of the firmness during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
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图4 猪腰枣贮藏期间TSS含量的变化
Figure 4 Changes of TSS content during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
酸度是衡量果实采后风味程度的重要指标,酸度变化越小,则果实风味保持越好。在贮藏期内枣果的TA含量整体呈不断下降的趋势(见图5),柠檬汁组的下降幅度最小(39.34%)。1-MCP在保鲜30 d后下降幅度显著(P<0.05)变大(34.62%),是柠檬汁的1.53倍,说明1-MCP处理的枣果在后期有机酸被大量消耗。而整个贮藏期内柠檬汁组的TA含量变化最小且明显优于阳性对照1-MCP的,说明柠檬汁处理能通过缓解枣果TA含量的变化,以保持果实更好的风味品质。
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图5 猪腰枣贮藏期间TA含量的变化
Figure 5 Changes of TA content during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
在贮藏初期各组枣果的VC含量出现上升的趋势,可能是由果实的后熟作用引起的。在贮藏中后期保鲜处理相对于空白对照均能有效延缓VC含量的下降,且柠檬汁处理效果显著(P<0.05)优于1-MCP的,贮藏结束后1-MCP和柠檬汁处理的VC含量分别为19.91,23.34 mg/100 g(见图6),说明柠檬汁处理显著抑制了枣果内VC的变化。
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图6 猪腰枣贮藏期间VC含量的变化
Figure 6 Changes of VCcontent during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
在贮藏期间果实POD活性出现先上升再下降的趋势,1-MCP处理的枣果POD活性值前期上升趋势快,中后期下降幅度较小,能保持一个较高的活性氧清除水平,在贮藏第30天达到最大值(287.6 U/g)后维持在较高浓度(190 U/g)范围,柠檬汁处理能抑制前期POD活性的增加,中期变化趋势变大,后期也能保持较高的酶活性,在第30天时出现最大值(227.5 U/g)(见图7)。因此,柠檬汁和1-MCP处理均能通过提高枣果POD的活性,进而促进对H2O2类物质的清除能力。
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图7 猪腰枣贮藏期间POD活性的变化
Figure 7 Changes of POD activity during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
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图8 猪腰枣贮藏期间SOD活性的变化
Figure 8 Changes of SOD activity during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
相对电导率是反映果实细胞膜受到伤害程度的重要指标。武隆猪腰枣贮藏前期,各试验组电导率上升缓慢,且没有显著性(P>0.05)差异(见图9)。在贮藏后期,经柠檬汁处理的果实电导率值变化最小,维持在41%左右;经1-MCP处理的枣果电导率值变化相对较大,在50%范围内;空白对照的枣果电导率值变化最大。贮藏结束时1-MCP处理组相对电导率是柠檬汁处理组的1.27倍。表明柠檬汁比1-MCP能更好地缓解电解质外渗,降低细胞膜透性上升的速度。
随着贮藏时间的延长,猪腰枣果实中MDA含量均呈上升的趋势,但2处理组MDA含量上升的速度均低于空白对照(见图10)。经柠檬汁处理的果实中MDA含量变化最小。贮藏第20天与第1天相比,柠檬汁处理上升了3.79倍,而1-MCP 处理上升了4.76倍,两组处理间有显著性(P<0.05)差异。贮藏结束时,柠檬汁处理的MDA含量为1-MCP处理的86.63%。说明保鲜处理后的果实体内活性氧(H2O2)的积累被缓解,降低了果实膜脂过氧化程度,使MDA含量处于相对较低的水平,柠檬汁处理的降低效果更显著。
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图9 猪腰枣贮藏期间细胞膜透性的变化
Figure 9 Changesof membrane permeability during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
不同大写字母表示同一处理不同时间之间的差异显著(P<0.05),不同小写字母表示同一时间不同处理之间的差异显著(P<0.05)
图10 猪腰枣贮藏期间MDA活性的变化
Figure 10 Changesof MDA activity during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
柠檬汁处理的枣果相对于阳性对照1-MCP处理其自身的防御酶活性变化不大,但MDA含量和膜透性变化却相对较低,可能是由于柠檬汁内含有的类黄酮等多羟基酚类化合物能提供质子结合自由基离子,使得枣果内的活性氧物质在贮藏前期被大量清除,加强了果实的抗氧化能力,从而在自我保护酶含量较低的状况下,更好地维持了果实的生理变化,延缓了果实的成熟衰老[31-32]。
主成分分析法属于多元统计分析中的一种处理降维的方法,能实现以少数的主成分代替大量原复杂多样的变量信息,从而建立一个简单的数据模型。为了更全面地反映猪腰枣保鲜品质的优劣,试验采用主成分分析法对各项猪腰枣品质变化指标进行主成分分析并建立综合评价模型。根据表1的分析结果可以看出,前2个主成分累计方差贡献率已达93.457%>85%,即包含了10个指标中93.457%的信息量,具有很好的代表性,因此选取前2个主成分进行评价。第1主成分的特征根为7.494,方差贡献率为74.937%;第2主成分的特征根为1.787,方差贡献率为17.866%。
表1 主成分方差分析
TA、MDA、VC、硬度、质量损失率、腐烂指数、相对电导率在第1主成分上在正坐标处载荷较高,SOD在负坐标有较高载荷,说明第1主成分主要反映这8个成分指标的信息,比较其主成分贡献率大小顺序为MDA>VC>TA>质量损失率>硬度>相对电导率>腐烂指数>SOD;TSS在第2主成分正坐标处有较高载荷,是第2主成分反映的主要信息(表2)。
通过计算不同保鲜处理对武隆猪腰枣贮藏期间的综合得分显示,随着贮藏时间的延长,各不同处理的猪腰枣果实综合得分均逐渐下降,前10 d得分与对照相差不大,10~22 d 时柠檬汁处理的枣果得分低于1-MCP,但此后柠檬汁处理组的保鲜效果更为持久,1-MCP处理组在第27天以后出现负值,而柠檬汁处理组持续到第33天左右才出现负值,比1-MCP 延长了6 d(见图11)。说明柠檬汁在保鲜过程中的综合得分情况优于1-MCP处理,能更好地延长果实的品质与贮藏期,这与上文中柠檬汁处理组在抑制VC、TA、TSS含量和硬度的降低,保持更高的SOD活性,同时在缓解腐烂率、MDA含量的增长上优于阳性对照1-MCP处理组的结果一致。
表2 成分载荷矩阵
图11 猪腰枣贮藏期间采后综合得分的变化
Figure 11 Changes of comprehensive score during storage of Wulongzhuyao jujube fruits
本试验以鲜柠檬汁为保鲜材料,1-MCP为阳性对照,在4 ℃条件下(相对湿度95%)将猪腰枣低温贮藏40 d,通过观测枣果连续时间内各品质和生理指标的变化。结果表明,经柠檬汁保鲜处理比1-MCP处理的猪腰枣能保持更低腐烂率,并且果实硬度、TSS、VC、TA等品质指标都维持在较高范围。通过综合评价结果发现,柠檬汁处理的枣果较1-MCP保鲜时间更为持久,能更好地延长猪腰枣的品质与贮藏期。
柠檬汁作为一种潜在生物源保鲜剂被广泛用于果汁和食品的加工工艺中,但目前还没有直接用于果品保鲜的研究。根据本试验结果可以认为柠檬汁对延缓采后枣果的衰老,保持枣果品质较常用保鲜剂(1-MCP)有更好的保鲜效果,今后可通过试验进一步探讨柠檬汁在不同果品保鲜上的作用,为柠檬资源在果品保鲜应用上提供理论依据。
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