贮藏温度对鲜枸杞生理指标和营养品质的影响

李 新,周宜洁,唐瑞芳,王 瑛,蒋跃明,黄雪梅,马三梅,*,屈红霞,*

(1.暨南大学生物工程学系,广东广州 510632;2.中国科学院华南植物园,广东广州 510650;3.华南农业大学园艺学院,广东广州 510642)

枸杞(LyciumbarbarumL.)为茄科(Solanaceae)枸杞属(Lycium)多年生落叶灌木,主要分布于宁夏、新疆、内蒙古等干旱和半干旱地区[1]。宁夏枸杞是一种药食同源的名贵植物资源,其果实既可鲜食又可制干药用[2]。目前绝大部分鲜枸杞采收后经晾晒或烘干,以“枸杞子”的形式作为中药材或保健品被食用。由于枸杞在制干过程中不仅会损失很多活性物质,而且会造成二次污染[3],限制其药理作用的发挥。近年来,枸杞作为一种鲜食水果越来越受到市场和消费者欢迎,但是,鲜枸杞皮薄质嫩,采摘运输过程中易受损伤进而发生糖化霉变,非常不耐贮藏[4]。常温条件下鲜枸杞贮藏寿命只有2～3 d,极大地限制其运输和销售,已成为影响鲜食枸杞产业发展的关键因素。

本文以“宁杞9号”枸杞为材料,基于我们前期初步研究发现枸杞果实在贮藏过程中低温耐受性比较好,我们选择-4 ℃和采后果蔬常用的贮藏温度4 ℃两个贮藏温度来探讨不同温度对鲜枸杞生理指标和营养品质的影响,以期为鲜枸杞的保鲜和鲜果供给提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

宁杞9号 中科院西北农业生物中心(银川市平基堡)实验基地;125 mL球形分液漏斗 广州市从源仪器有限公司;盐酸(36.0～38.0%)、苯酚 均为化学纯(CP),广州化学试剂厂;无水乙醇(≥99.7%)、石油醚、丙酮(≥99.5%) 均为分析纯(AR),天津市大茂试剂厂;无水硫酸钠(≥99.0%) 天津市福晨化学试剂厂;BHT(≥99.0%) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;β-胡萝卜素标准品 美国sigma公司。

LI-6262型CO2/H2O分析仪 美国LI-COR公司;PAL-BX/ACID1-便携式糖酸度计 ATAGO(爱拓)中国分公司;FT-7型软水果硬度无损伤检测仪 北京阳光亿事达科技有限公司;F-900便携式乙烯分析仪 美国FELIX仪器公司;S-433D型氨基酸分析仪 德国SYKAM赛卡姆公司;5810R高速冷冻离心机 上海艾研生物科技有限公司;N-1100旋转蒸发仪 郑州长城科工贸有限公司;UVmini-1240分光光度计 上海美析仪器有限公司;A-1000S水流抽气机 东京理化器械公司。

1.2 实验方法

1.2.1 枸杞鲜果的前处理 2015～2017年每年7月中旬采摘新鲜的枸杞果实,当天运回实验室,漂洗并挑选大小均一、无病虫害、无机械伤的果实,晾干后随机分装于塑料饭盒中,每盒约150 g,每个温度10盒,分别放在-4 ℃和4 ℃冷库贮藏。每隔1 d测定果实呼吸速率和乙烯产生速率;每隔3 d测定果实硬度;每周统计果实商品果率,并测定可溶性固形物(TSS)、可滴定酸(TA)含量。测定完呼吸速率、乙烯产生速率、硬度、TSS和TA含量等指标后,剩余的样品于-20 ℃冻存,用于游离氨基酸、水解氨基酸以及总类胡萝卜素含量测定。实验设3个生物学重复,结果取3次实验数据的平均值。

1.2.2 生理指标和营养品质的测定方法

1.2.2.1 呼吸速率 参照刘亭[5]等方法。将150 g鲜枸杞放入密闭容器中并开始计时,分别在2 min和4 min时记录CO2浓度,根据参考文献中的换算公式计算鲜枸杞的呼吸速率。

1.2.2.2 乙烯产生速率 将150 g鲜枸杞放入密闭容器中并开始计时,在5、7、9 min时分别记录仪器面板上显示的乙烯浓度值,计算差值,差值即为这段时间内枸杞的乙烯释放量,通过公式换算出乙烯产生速率。

式中,C1:t1时刻密闭容器中C2H4浓度,μmol·mol-1;C2:t2时刻密闭容器中C2H4浓度,μmol·mol-1;V:密闭容器的容积,L;M:C2H4的摩尔质量,g·mol-1;V0:测定温度下C2H4摩尔体积,L·mol-1;m:测定用鲜枸杞的重量,kg;t:记录C2H4浓度的时间点,min。

1.2.2.3 硬度 参照蓝莓Blaker等[6]的测定方法。每次随机挑取10个枸杞鲜果,利用FT-7型软水果硬度无损伤检测仪进行测定。

1.2.2.4 商品果率 果实按外观品质由好到差分为5级:0级,无明显皱缩、糖化、霉变斑点;1级,可见皱缩、糖化,无明显霉变斑点,或霉变斑点d≤1 mm;2级,霉点1

1.2.2.5 可溶性固形物TSS和可滴定酸TA 称取10.00 g鲜枸杞在组织捣碎机上捣碎出汁液,用四层纱布过滤,收集滤液于烧杯中,TSS和TA含量按照PAL-BX/ACID1-便携式糖酸度计使用说明书进行测定。

1.2.2.6 游离氨基酸 参照李琪[7]等的方法。精确称取液氮研磨均匀的鲜枸杞样品1.00 g,用50 mL 0.01 mol/L盐酸浸提30 min,摇匀后过滤。准确吸取滤液2 mL于离心试管中,加入分析纯无水乙醇至浓度为80 mol/L,混匀后3000 r/min离心20 min,取上清液旋转蒸发浓缩至干,用2 mL 0.01 mol/L盐酸复溶,0.22 μm滤膜过滤后用氨基酸分析仪测定。

1.2.2.7 水解氨基酸 参照GB/T5009.124-2003《食品中氨基酸的测定》方法,稍有改动。鲜枸杞用液氮研磨,称取研磨后的样品0.2 g于20 mL的厌氧管中,加入6 mol/L盐酸15 mL,加入新蒸馏的苯酚3～4滴,将厌氧管放入液氮中,冷冻3～5 min。待液体凝固1/3后接到真空泵的抽气管上抽真空,然后充入高纯氮气,再抽真空充入氮气,重复三次后,在充氮气状态下拧紧螺丝盖。将已封口的厌氧管放在110 ℃恒温干燥厢内,水解22～24 h后取出冷却至室温,打开厌氧管,将水解液过滤后,用去离子水多次冲洗厌氧管,将水解液全部转移到50 mL容量瓶中用去离子水定容。吸取滤液2 mL旋转蒸发浓缩至干,重复两次。用2 mL 0.01 mol/L的盐酸复溶,0.22 μm滤膜过滤后用氨基酸分析仪测定。

1.2.2.8 总类胡萝卜素 参照李赫[8]等的方法,稍有改动。收集的类胡萝卜素萃取液旋转蒸发浓缩至干后用石油醚∶丙酮(2∶1)混合液溶解定容至25 mL。用紫外分光光度计于450 nm波长处测定吸光度,整个过程避光操作。将β-胡萝卜素标准品用石油醚∶丙酮(2∶1)混合溶液分别稀释到1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 μg/mL,各浓度梯度的标准溶液用紫外分光光度计测定吸光值,每个浓度梯度溶液重复测定3次,取平均值,以吸光度为纵坐标,以浓度(μg/mL)为横坐标,绘制标准曲线,计算回归方程:y=0.202x-0.076,R2=0.999。

1.3 数据处理

使用Excel 2010进行数据统计,SPSS Statistics 13软件进行差异显著性分析,利用Sigmaplot 12.5(USA)软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏温度对呼吸速率和乙烯产生速率的影响

采收后的枸杞仍进行着活跃的新陈代谢,能量消耗主要来自于呼吸作用;呼吸作用不仅影响贮藏品质,也影响其耐贮藏性和抗病性[9]。从图1A可以看出鲜枸杞表现出跃变型果实的呼吸特征,两个温度贮藏的果实均在第4 d出现呼吸速率高峰。其中,4 ℃贮藏的鲜枸杞呼吸峰值达到213.95 mg·kg-1·h-1,-4 ℃贮藏的鲜枸杞呼吸峰值仅为133.95 mg·kg-1·h-1,比4 ℃贮藏降低了37.4%。在整个贮藏过程中,-4 ℃贮藏的鲜枸杞呼吸速率显著低于4 ℃贮藏的鲜枸杞,表明-4 ℃低温更能够有效抑制枸杞的呼吸速率。赵游丽[10]等研究发现“宁杞1号”果实的呼吸速率变化呈现出跃变型果实的特征,1 ℃和8 ℃贮藏条件下果实呼吸速率显著低于20 ℃处理,与本研究结果相似。

乙烯作为一种促进衰老的植物激素,可加速呼吸作用,促进果实成熟,其释放量与保鲜效果之间存在一定的关系[9]。从图1B可以看出,两个温度贮藏的果实乙烯产生速率均在第2 d达到最高水平,但乙烯产生速率峰值在两个温度之间无显著性差异。贮藏第4 d,4 ℃贮藏的鲜枸杞乙烯产生速率达到17.786 μg·kg-1·h-1,而-4 ℃贮藏的果实乙烯产生速率仅达到其产生速率的64.35%(6.34 μg·kg-1·h-1)。并且,从第2 d开始,-4 ℃贮藏的枸杞乙烯产生速率总体上低于4 ℃贮藏的枸杞,第4、6、14 d有显著差异。表明-4 ℃贮藏能有效地抑制鲜枸杞乙烯产生,延缓果实成熟进程。

图1 不同贮藏温度对鲜枸杞呼吸速率和乙烯产生速率的影响Fig.1 Effects of storage temperature on the respiration rate and ethylene production rate of wolfberry fruit注:“*”和“**”分别表示同一时间点不同贮藏温度之间存在显著性差异(p<0.05)和极显著差异(p<0.01);图2～图5同。

2.2 贮藏温度对硬度和商品果率的影响

果实硬度影响口感,同时果实硬度也是判断果实商品质量、耐贮运性和货架寿命的重要因素。贮藏过程中鲜枸杞硬度逐渐下降,-4 ℃条件下果实硬度的下降速度显著低于4 ℃(图2)。新鲜采摘的枸杞果实硬度为170.2 g/mm,低于新采摘蓝莓的硬度(204.98 g/mm)[6],并且远低于甜樱桃的硬度(甜樱桃贮藏末期硬度尚有250 g/mm)[11],表明鲜枸杞硬度极低,是导致其不易贮藏的重要因素。贮藏末期,4 ℃条件下果实硬度仅为71.4 g/mm,而-4 ℃条件下果实硬度为91 g/mm,差异极为显著。表明-4 ℃显著减缓果实硬度的下降,保持果实品质。

图2 不同贮藏温度对鲜枸杞硬度的影响Fig.2 Effects of storage temperature on the firmness of wolfberry fruit

采后枸杞果实很容易发生糖化、褐变和腐烂,失去商品价值。商品率是衡量贮藏保鲜效果的重要指标。贮藏21 d后,-4 ℃贮藏的鲜枸杞的商品果率仍然有72.89%,比4 ℃提高10.95%(图3),明显减缓果实商品率的下降。表明-4 ℃贮藏条件能够较好地保持果实外观品质,提高果实的商品率,增加市场价值。

图3 不同贮藏温度对鲜枸杞商品果率的影响Fig.3 Effects of storage temperature on the commodity rate of wolfberry fruit

2.3 贮藏温度对可溶性固形物TSS和可滴定酸TA含量的影响

枸杞鲜果中含有大量的糖类物质,可溶性固形物(TSS)含量不仅决定果实的甜度,而且是果实内物质合成的基础原料和生理活动的能量来源。从图4A可以看出,在整个贮藏过程中,TSS含量呈先升后降的趋势,这与葛玉萍[12]等研究枸杞鲜果在常温和低温下的TSS含量的变化趋势相一致。这可能是因为,贮藏前期淀粉在淀粉酶的作用下分解为可溶性糖,后期由于呼吸速率增加,可溶性糖被消耗。4 ℃和-4 ℃贮藏条件下TSS含量均在在第7 d达到峰值,分别为17.3%和17.5%,两者之间无显著差异。但贮藏后期-4 ℃贮藏的果实TSS含量显著高于4 ℃组。表明-4 ℃贮藏更能延缓枸杞TSS含量的降低。

TSS和TA含量共同决定果实的口感与风味,TA含量是鲜食枸杞品质评价的一项重要指标,味甘汁浓,甜味稍大于酸味的鲜食枸杞更易于被接受[13]。总体来看,TA含量在贮藏过程中先升后降。-4 ℃贮藏的鲜枸杞TA含量在第7、14 d显著低于4 ℃贮藏的果实,两种贮藏温度下的鲜枸杞在贮藏后期TA含量均出现下降,这可能是由于主要有机酸因消耗而减少如苹果酸、柠檬酸或者它们在呼吸作用中转化为糖代谢的产物所致[14](图4B)。

图4 不同贮藏温度对鲜枸杞TSS和TA含量的影响Fig.4 Effects of storage temperature on the contents of TSS and TA in wolfberry fruit

2.4 贮藏温度对游离氨基酸和水解氨基酸含量的影响

氨基酸是枸杞果实的主要营养成分,同时也是重要的功效成分,其种类和含量决定果实营养品质和药用价值。其中,必需氨基酸由于易被人体直接吸收利用,对枸杞中必需氨基酸的评价是衡量果实营养水平的最根本指标。游离氨基酸是枸杞果实具有鲜甜风味、果汁呈弱酸性的因素之一。从表1可以看出,商业成熟度的枸杞鲜果中共检测到23种游离氨基酸,谷氨酸和胱氨酸未检出,总氨基酸含量约为9.607 mg/g,必需氨基酸的含量约为0.58 mg/g。在检出的23种游离氨基酸中,天冬酰胺的含量最高(超过40.91%),丙氨酸和脯氨酸次之。在整个贮藏过程中,枸杞鲜果中均检测到了具有药用功效的牛黄酸和γ-氨基丁酸。陈绥清[15]等首次在枸杞子中检测到这两种氨基酸,牛黄酸具有滋养强壮、促进代谢、改善肝功能和心功能的作用,γ-氨基丁酸对中枢神经元有普遍的抑制作用。贮藏第7 d时,在鲜枸杞中检出少量的胱氨酸;贮藏7 d以后,除了检出3种0 d已经检测到的、婴儿发育所必需的氨基酸——组氨酸、精氨酸、酪氨酸外,还检出婴儿发育所必需的胱氨酸,并且其含量在贮藏后期呈逐渐增加的趋势,说明鲜枸杞氨基酸组分和含量在贮藏过程中处于动态变化之中,这可能与其活跃的生理代谢有关。-4 ℃条件下,游离氨基酸总含量达到15.463 mg/g,显著(p<0.05)高于4 ℃条件下的10.504 mg/g。同时,-4 ℃条件下的必需氨基酸含量也显著高于4 ℃。贮藏第14 d时,总氨基酸含量明显下降,但两个温度之间差异不显著(p>0.05);此外,贮藏末期已经检测不到缬氨酸,说明其被降解或转化成其它小分子物质。此外,-4 ℃贮藏14 d时必需氨基酸的含量下降到0.57 mg/g,比贮藏7 d时下降了44.34%,差异显著(p<0.05)。在整个贮藏过程中,4 ℃贮藏条件下总游离氨基酸含量和必需氨基酸的含量一直保持在较为恒定的水平。-4 ℃贮藏第7 d时,总氨基酸含量和必需氨基酸含量都达到一个较高的水平,表明,-4 ℃贮藏条件对保持鲜枸杞游离氨基酸水平较为有利,而且贮藏7 d总氨基酸含量和必需氨基酸含量相对较高。

表1 不同贮藏温度对鲜枸杞游离氨基酸含量的影响Table 1 Effects of storage temperature on the contents of free amino acid in wolfberry fruit

果实中所含氨基酸由两部分组成,一部分是处于游离状态的氨基酸,另一部分是作为蛋白质基本结构的水解氨基酸。水解氨基酸在食用过程中并不能立即水解,但是其氨基酸的组成与含量对果实的营养品质也有很大的贡献[16]。从表2可以看出,采摘后的枸杞鲜果共检出16种水解氨基酸,包含7种必需氨基酸(色氨酸未检出),总水解氨基酸含量约为26.12 mg/g,必需氨基酸含量约为5.103 mg/g,占水解氨基酸总量的19.54%。其中,天冬氨酸和谷氨酸的含量最高,分别为5.765 mg/g和4.62 mg/g。杨春霞等[17]的研究结果也表明,枸杞中天冬氨酸和谷氨酸的含量在17种氨基酸中占比最高。七种必需氨基酸中蛋氨酸的含量最低,低于其它必需氨基酸。总水解氨基酸含量和必需氨基酸含量在贮藏过程中呈先降后升的趋势。第7 d时,-4 ℃贮藏鲜枸杞的总氨基酸含量和必需氨基酸含量分别降为13.975 mg/g和3.003 mg/g,比贮藏前分别降低46.50%和41.52%。而且两个贮藏温度下的总水解氨基酸含量和必需氨基酸含量没有显著差异,表明贮藏温度对枸杞水解氨基酸含量变化无显著影响。

表2 不同贮藏温度对鲜枸杞水解氨基酸含量的影响Table 2 Effects of storage temperature on the contents of hydrolyzed amino acid in wolfberry fruit

2.5 贮藏温度对总类胡萝卜素含量的影响

枸杞果实中类胡萝卜素含量决定枸杞果实的色泽,进而影响果实外观。同时类胡萝卜素是合成维生素A的前体,具有较强的抗氧化作用[18],对人类的营养和健康起重要作用。新鲜采收的枸杞果实总类胡萝卜素含量为397.2 μg/g,与刘永亮[19]测定的枸杞成熟期类胡萝卜素含量相似。鲜枸杞总类胡萝卜素含量呈先降后升的趋势(图5),这可能是受类胡萝卜素合成代谢途径中相关酶活性的影响[20-21]。4 ℃贮藏的枸杞总类胡萝卜素含量在第7 d降到最低水平(284.54 μg/g),显著低于-4 ℃贮藏的鲜枸杞,而-4 ℃贮藏的枸杞在第14 d达到最低水平,总类胡萝卜素含量为358.48 μg/g,显著低于4 ℃条件,这体现了果实采后贮藏过程中类胡萝卜素合成代谢的复杂性,除受到温度的影响外,还可能会受到光照强度和一些化学物质如乙烯等的影响[22]。在贮藏结束时,-4 ℃条件下总类胡萝卜素含量为640.45 μg/g,而4 ℃条件下总类胡萝卜素含量为492.15 μg/g,比4 ℃多23.15%。表明-4 ℃在贮藏前期能够延缓果实类胡萝卜素含量的下降,贮藏后期则加快果实类胡萝卜素的积累。总体而言,-4 ℃贮藏对维持鲜枸杞类胡萝卜素水平更有利。

图5 不同贮藏温度对鲜枸杞总类胡萝卜素含量的影响Fig.5 Effects of storage temperature on the content of total carotenoids in wolfberry fruit

3 结论

上述研究结果表明,鲜枸杞具有明显的呼吸峰和乙烯峰,呈现出跃变型果实的呼吸特征。-4 ℃贮藏的鲜枸杞其呼吸速率显著低于4 ℃贮藏的鲜枸杞,表明-4 ℃低温更能够有效减弱枸杞的呼吸速率。-4 ℃贮藏的鲜枸杞乙烯产生速率总体上低于4 ℃贮藏的鲜枸杞,结合呼吸速率的变化,可以认为-4 ℃贮藏条件能够延缓果实衰老进程,有利于鲜枸杞的贮藏。

-4 ℃贮藏的鲜枸杞TSS含量高于4 ℃条件,尤其在贮藏后期差异更为显著;同时,-4 ℃贮藏能够有效保持果实适宜的TA含量。鲜枸杞的硬度在贮藏过程中逐渐下降,在贮藏后期下降速率明显加快,4 ℃贮藏条件下表现地更为明显。贮藏前期,-4 ℃贮藏能够显著增加鲜枸杞的游离氨基酸和必需氨基酸含量,但是水解氨基酸含量在两种贮藏温度之间无显著差异。鲜枸杞类胡萝卜素含量呈先降后升的趋势,-4 ℃贮藏条件更有利于果实类胡萝卜素的积累。

本研究认为枸杞鲜果比较耐低温。-4 ℃条件下,鲜枸杞贮藏期可达到21 d,并且较好地维持果实氨基酸等营养物质的含量和水平。在此基础上,结合气调、包装和其他保鲜方法有可能进一步改善鲜枸杞的保鲜效果,进一步延长货架期,从而满足鲜枸杞贮藏、物流保鲜的技术需求。