不同初始机体温度对热水处理西葫芦果实低温贮藏品质和活性氧代谢的影响

姜雪，张敏,2,3,4*，赵昱瑄，郝爽，李佳乐，胡均如，盖晓阳，厉建国

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306) 2 (上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海，201306)3(上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海，201306) 4(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)

西葫芦原产自北美洲南部，于19世纪中叶引入我国，为葫芦科南瓜属一年生攀援草质植物，具有消肿散结、润肺止咳、减肥、防癌等多种丰富的营养保健功能，受到广大消费者的喜爱与推崇[1-4]。但作为典型冷敏性果蔬的西葫芦，采摘后于常温下不易贮藏，极易失水萎缩、出现斑点、腐败变质，造成不可避免的外观及营养品质的降低，因此采后西葫芦果实的贮藏保鲜引起了学者们极大关注。目前，低温贮藏是一种快速有效的果蔬保鲜方式，但不适的低温会引起冷敏性果蔬出现冷害，研究者们通过大量的试验表明适当贮前处理能够减轻低温贮藏果蔬冷害的发生，其中热处理以其简单、快速、有效等特点引起众多学者的青睐。ZHANG等[5]研究发现室温条件下，强制对流热处理能减缓西葫芦的冷害。王静等[6]研究得出55 ℃热水处理3 min可以降低哈密瓜活性氧代谢，激发抗寒性，减轻果实冷害。ZHANG等[7]发现45 ℃热水处理10 min能显著调控采后枇杷果实活性氧代谢平衡，降低过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)对果实的危害作用，使果实冷害程度处于较低水平。ENDO[8]在研究热水处理对低温贮藏成熟绿梅果实的影响中发现45 ℃热水处理5 min可能增强了活性氧清除酶过氧化氢酶(catalase，CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)等的活性，提高了热激蛋白含量，降低果实冷害。诸多研究表明热处理对低温条件下的桃子[9]、柿子[10]、血橙[11]、成熟绿番茄[12]、黄花梨[13]等都可起到改善贮藏效果的作用，具有广阔的应用前景。热处理对减轻果蔬低温贮藏冷害的发生与温度息息相关，人们关注的往往是传热过程中的热处理环境热源，但对同样影响传热的果蔬不同初始机体温度对果蔬冷藏品质与活性氧代谢的影响还尚未见报道，那么是否不同的初始机体温度对热激处理过程有着不同的影响？该试验研究相同外界有效热处理的条件下，西葫芦不同的自身机体温度对果实的贮藏品质和活性氧代谢的影响，旨在为西葫芦果实贮藏保鲜的进一步研究提供参考与借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2019年5月初选取自浦东新区临港新城果园农场的“绿丰”西葫芦，要求果实长度约20.4 cm、直径约6.0 cm、无病虫害、无机械损伤、完全成熟，当天采摘，随即装于泡沫箱运往实验室。将西葫芦果实分别放置在15、20、25 ℃，相对湿度为80%的恒温恒湿箱中过夜，确保西葫芦果实自身机体处于均匀稳定状态。取出初始机体温度为15 ℃(A组)、20 ℃(B组)、25 ℃(C组)的西葫芦果实，根据前期2次回归正交旋转组合设计试验结果，迅速用外界有效温度为43.3 ℃的热水浸泡处理28.4 min，根据当地该时节平均气温，对照组选取机体温度为20 ℃未热处理的果实，处理后快速将果实拭干，称重，装入已打孔的聚乙烯薄膜包装袋中，每袋3根，留有间距，置于温度为(4±0.5)℃、相对湿度为(80±5)%的冷库中贮藏，贮藏时间为15 d，每隔5 d取出测定相关指标。

1.2 仪器设备

BPS-100CA恒温恒湿试验箱，上海一恒科学仪器有限公司；HSWX-600BS电热恒温水温箱，上海圣科仪器设备有限公司；WTC10002电子天平，杭州万特衡器有限公司；GY-4-J数显式水果硬度测试仪，浙江托普仪器有限公司；WAY-2S数显阿贝折射仪；DDSJ-308A电导率仪，上海笛柏实验设备有限公司；HZ-82A恒温振荡箱，江苏省金坛市环宇科学仪器厂；TGL-20bR高速台式冷冻离心机，上海安亭科学仪器厂；UV-7504紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 测定方法

1.3.1 冷害指数的测定

参考ZHANG等[5]的方法，每组挑选9根西葫芦果实，分别在低温胁迫第5、10、15天取出于20 ℃条件下放置2 d，观察各组果实冷害情况，结果以%表示，计算公式见式(1)。

(1)

式中：冷害级数划分等级为：0级，无冷害；1级，冷害面积≤5%；2级，6%<冷害面积≤25%；3级，26%<冷害面积≤50%；4级，50%<冷害面积。

1.3.2 失重率、硬度、可溶性固形物含量和色差值的测定

失重率的测定参考李春晖等[14]的方法，各组称取7根西葫芦果实，在冷库称重后立即放回，结果以%表示，计算公式见式(2)。

(2)

硬度测定参考李春晖等[14]的方法，结果以kg/cm2表示，重复3次。

可溶性固形物含量(soluable solid content，SSC)的测定参考曹建康等[15]的阿贝折光仪测定法，结果以%表示，重复3次。

色差值的测定参考付云云等[16]的方法，略作修改，在西葫芦果实赤道部位均匀取3个点，采用色差仪于光线良好条件下测得果皮颜色L*、a*、b*值，果皮颜色和白板颜色L0、a0、b0对比变化用色差值ΔE*表示，计算如公式(3)所示，重复3次。

(3)

1.3.3 电解质外渗率和MDA含量的测定

电解质外渗率的测定参考邵婷婷等[17]的方法，结果以%表示，计算如公式(4)所示，重复3次。

(4)

式中：R，样品活组织提取液的电导率，μS/cm；R′，活组织被杀死后提取液的电导率，μS/cm；R0，提取液初始电导率，μS/cm。

丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量的测定参考MDA测试盒方法[18]，结果以nmol/g表示，重复3次。

H2O2含量的测定采用H2O2测试盒方法[18]，结果以μmol/g表示，重复3次。

1.3.5 SOD、CAT、POD和APX活性的测定

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性的测定采用SOD测试盒方法[18]，以每克组织在1 mL反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为1个SOD活力单位(U)，结果以U/g表示，重复3次。

CAT活性的测定参考曹建康等[15]的方法，以每克样品每分钟吸光度变化值减少0.01为1个过氧化氢酶活性单位(U)，结果以U/g表示，重复3次。

过氧化物酶(peroxidase，POD)活性的测定参考曹建康等[15]的方法，以每克样品每分钟吸光度变化值增加1时为1个过氧化物酶活力单位(U)，结果以U/g表示，重复3次。

APX活性的测定参考曹建康等[15]的方法，以每克样品每分钟吸光度变化值降低0.01为1个酶活单位(U)，结果以U/g表示，重复3次。

1.3.6 ASA和GSH含量的测定

抗坏血酸(ascorbic acid，ASA)含量的测定参考曹建康等[15]，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，结果以mg/100 g表示，重复3次。

GSH(reduced glutathione，GSH)含量的测定参考曹建康等[15]，结果以μmol/g表示，重复3次。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2016处理作图，图表结果均以平均值±标准差表示。以SPSS 19.0进行单因素方差分析及Duncan多重比较，显著性水平为在0.05水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏冷害指数的影响

冷害是造成果实采后低温贮藏品质下降的重要原因之一[19]。由图1可知，各处理组在低温贮藏过程中冷害指数呈持续增加的趋势，但各组增长速率以及同阶段各处理组冷害指数数值差别各异。从整体可以看出，在贮藏前期(5 d)、中期(10 d)和末期(15 d)，CK组的冷害指数始终显著高于其余热处理组(P<0.05)，这表明热处理能够有效减轻西葫芦果实冷害症状，该结论在郑鄢燕等[20]研究热处理对黄瓜抗寒性和抗氧化酶活性的影响中也得到了相似结论。在贮藏前期，B、C两组冷害指数分别为0.65%、0.23%，此时2组西葫芦果实表现出个别冷害症状，少数果实表皮出现水渍状斑点，2个处理组之间不存在差异，而贮藏中期和末期则差异显著(P<0.05)，这表明在热水温度43.3 ℃处理28.4 min的情况下，果实机体温度为25 ℃的西葫芦果实能取得更好减轻冷害的效果，该结果可能和果蔬组织与外界热水之间的温度差有关，温度差值过大则会降低西葫芦果实抗冷性，而温度差达到某一范围时，果实抗冷性的上升速率则趋于减缓。

图1 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏冷害指数的影响

2.2 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏失重率、硬度、可溶性固形物含量和色差值的影响

采后果蔬由于蒸腾和呼吸作用常失水失重，表皮出现皱缩，故失重率是果蔬贮藏过程中重要品质指标。如图2所示，在贮藏过程中各组失重率均呈现上升趋势。在整个贮藏过程中，处理B、C组较CK组能显著减缓西葫芦果实失重率的上升(P<0.05)，该结果与果实冷害指数结果类似，可能是因为B、C这2组能明显改变西葫芦果皮表面的蜡质层，降低了果实水分的蒸发，从而减缓了失重率的上升速率，提高了果实在低温逆境下的抗性。在贮藏末期，CK组果实失重率达到了2.55%，分别是同时期A、B、C处理组的1.23、1.52和1.58倍，显著高于热处理组(P<0.05)，而B、C处理组果实失重率要显著低于A组，这表明热处理能降低西葫芦果实低温贮藏的失重率，提高商品品质，但当外界处理相同的情况下，果实机体温度为20、25比15 ℃效果更好。

图2 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏失重率的影响

硬度是能够反映果蔬成熟度的重要指标，它与果蔬的贮藏性呈正相关。由图3可知，在整个低温贮藏过程中，CK组果实硬度始终处于最低值，这说明该组西葫芦果实在贮藏周期内软化程度较为严重，果实品质较差。而热处理组在贮藏周期内能维持果实较高的硬度，但3组热处理果实硬度之间又存在显著性差异(P<0.05)，这说明热处理能延缓西葫芦硬度的下降，而果实机体自身的温度对热处理的影响效果不同，可能是因为机体与外界热水之间剧烈的温度变化使果蔬产生生物应激效应的效果不同，面对外界适宜的热处理，果实机体温度与之温度差较大时，外界刺激较大，果实来不及适应环境的骤然巨大改变，不能很好的适应外界环境带来的组织机体内部的改变。综合整个贮藏周期果实硬度数据，可以看出在外界热水处理温度、时间相同的情况下，果实机体温度为20、25 ℃时，西葫芦果实在低温逆境下的硬度维持效果较好，商品品质得到了较好保持。

图3 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏硬度的影响

在果蔬的成熟过程中，果蔬的可溶性固形物含量一般会逐渐增加，但在衰老过程中则可能下降，因此SSC是评价果蔬耐贮性的重要指标[15]。如图4所示，在西葫芦的整个低温贮藏过程中，果实SSC呈现先增加后略微下降趋势，这一趋势与HUAN等[9]和程玉娇等[11]研究结果相似。在贮藏前、中期，CK组与热处理C组果实SSC之间存在显著差异(P<0.05)，这可能是不同处理组果实大分子物质降解和呼吸消耗综合影响的结果，C组果实表皮蜡质层结构发生改变，通过自身调节，果实呼吸速率下降，新陈代谢减缓，使得西葫芦果实失重率上升速率减缓，硬度、SSC等贮藏品质得到提高。而在贮藏末期，4个处理组果实SSC不存在显著性差异，且该时期的热处理B组较刚贮藏时增加了0.60%，CK、A、C组较开始则分别下降了1.40%、2.00%和0.60%，这说明低温贮藏末期时，热处理西葫芦果实的SSC并未得到较好维持，可能是西葫芦SSC对果实抗寒性不存在显著性关系。

图4 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏SSC的影响

西葫芦在采后贮藏过程中表皮由绿变黄，同时有斑点出现，这是西葫芦果实衰老的一种标志，通过色差值可以来测定果实颜色的变化，色差值越大说明果实黄化程度越严重，果实品质越低。由图5可知，果实色差值随贮藏时间的延长而逐渐增大，但各组果实色差值增加程度之间存在一定的差异；贮藏前期CK、A、B、C组较刚贮藏时果实色差值分别增加了6.57%、5.04%、1.92%和2.17%，B处理组增长程度最为缓慢，其次是C组；而在贮藏第15天的CK、A、B、C组的色差值分别为55.11、54.20、52.90和52.39，较贮藏刚开始时各组色差值分别增加了13.79%、11.91%、9.42%和8.18%，其中热处理色差值增长程度显著低于CK组(P<0.05)，而以C组的增长程度最低，这说明热处理能够延缓果实衰老，从热处理C组的抑制程度为最佳，这一结论与果实冷害结论一致，可能是果实初始机体温度对热处理抑制细胞壁分解酶的活性有关，进而对表皮色泽的保护存在一定影响。

图5 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏色差值的影响

2.3 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏电解质外渗率和MDA含量的影响

果蔬发生冷害时，细胞膜的通透性会增加甚至完全丧失，细胞膜结构的完整性遭到破坏，果实的电解质外渗率变大，膜脂过氧化程度加剧，而电解质外渗率越大则细胞膜的完整性破坏的越严重，如图6所示。

图6 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏电解质外渗率的影响

各组果实电解质外渗率随时间延长而逐渐增加，但同时期的热处理组能显著性的抑制果实电解质外渗率的升高(P<0.05)，这一结论在橄榄[21]、黄瓜[22]、枇杷[7]、青椒[17]等热处理低温贮藏果蔬中都得到了相似的结果，可能是因为热处理降低了果实的冷害指数，细胞膜的完整性得到了较好维持，膜脂过氧化程度得到了较好改善。但在贮藏末期，CK、A、B、C组果实电解质外渗率值各组差异显著(P<0.05)，其中热处理C组值最小，同时期CK、A、B组值分别是C组的1.52、1.16、1.07倍，均显著高于C组，CK组因直接在低温下进行贮藏，细胞膜被破坏的最为严重，但经相同外界热处理的果实，自身机体温度的差异也会导致膜脂过氧化程度的不同。

低温伤害会造成细胞膜通透性的增大以及膜上结合酶活化能的提高，酶促反应失去平衡，膜脂过氧化程度加强，有害物质积累程度加剧，而MDA作为膜脂过氧化的产物之一，其含量能够表示细胞膜受伤害的程度[23]。由图7可知，低温贮藏下的西葫芦果实MDA含量随贮藏时间增加而持续上升，这一趋势在低温贮藏茄子[24]、杏[19]、绿梅[8]等果实中都得到了相似的验证，说明低温下果实的膜脂过氧化会随贮藏时间而加剧，进而对果实商品品质等造成一定伤害。如图7所示，热处理组能够显著性地抑制西葫芦果实MDA含量的上升(P<0.05)，且热处理C组果实MDA含量在整个周期内一直处于最低值，这和热处理C组很好地抑制西葫芦果实电解质外渗率、冷害指数的上升结果保持一致，该结果表明C处理组能作为一种很好的热处理方式增强低温胁迫下西葫芦果实的抗寒性。

图7 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏MDA含量的影响

2.4 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏H2O2和含量的影响

当果蔬受到逆境胁迫时，细胞内自由基代谢不再平衡，作为果蔬内部一种活性氧自由基的H2O2将会大量的积累，膜脂过氧化作用加剧，果蔬衰老进程加速，因此H2O2含量可用来反映低温逆境下西葫芦果实的膜脂过氧化程度。如图8所示，各组果实H2O2含量持续上升，膜脂过氧化程度不断增加，但CK组与热处理B、C组H2O2含量之间始终存在显著性差异(P<0.05)，这表明适当热处理能降低西葫芦H2O2含量的积累，抑制果实膜脂过氧化进程，这一结论与SHAO等[25]、王静等[6]研究结果相似。但在贮藏末期，B处理组比C组H2O2含量提高了11.75%，这表明外界处理相同时，果实机体内部自身温度对低温胁迫存在显著的影响(P<0.05)。

图8 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏H2O2含量的影响

图9 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏的影响

2.5 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏SOD、CAT、POD和APX活性的影响

图10 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏SOD的影响

果蔬内的CAT可以催化H2O2分解，减少对组织造成的氧化伤害。如图11所示，在低温贮藏期间，各处理组西葫芦果实CAT活性呈先增加后降低趋势，但CK组在第5天达到其整个周期内的最大值，其值为3.47 U/g，相对于同时期热处理A、B、C组分别降低了1.42%、14.32%和17.58%，显著低于B、C处理组(P<0.05)。在贮藏中期，各热处理组果实CAT活性分别达到其周期内最大值，C组CAT活性达到了CK组的1.92倍，显著提高了果实CAT活性(P<0.05)，加速了H2O2的分解，增强了果实的抗寒性，与西葫芦果实H2O2含量以及冷害指数结果保持一致。贮藏末期，C组仍显著高于同一时期的其他处理组(P<0.05)，这表明外界43.3 ℃、28.4 min热水处理能够延缓低温下西葫芦果实的衰老，但以果实机体温度为25℃处于最佳效果。

图11 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏CAT的影响

POD作为果蔬内重要的氧化还原酶之一，在降低活性氧积累、延缓膜脂过氧化进程以及维持细胞膜完整性中都承担重要作用。由图12可知，低温下西葫芦果实POD活性随贮藏时间的延长而不断增加，但3组热处理组POD活性始终显著高于同时期的CK组(P<0.05)，这说明热处理对维持西葫芦POD高活性起着重要作用，同时热处理对哈密瓜[6]、番茄[28]等低温贮藏下的果蔬得到了相似结论。在贮藏中期和末期，热处理C组西葫芦果实POD活性显著高于A、B组(P<0.05)，这和果实H2O2含量以及冷害指数结果基本一致，说明当外界热处理条件一致，果实机体温度对自身低温贮藏的抗寒性存在较大影响，当温度差值较大时，西葫芦果实不能维持较佳贮藏品质。

图12 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏POD的影响

APX可以催化ASA与H2O2发生反应，ASA被氧化的同时，H2O2得到清除。如图13所示，各组果实APX都在贮藏前期达到其周期内的最高峰，之后随时间延长而下降，这可能是由于果实在前期本身对于低温胁迫产生防卫反应，而中、后期的下降可能是果实冷害程度加强，H2O2等活性氧含量不断升高，酶分子结构被破坏所致。但在整个贮藏周期内，CK、A、B、C处理组果实APX活性始终存在显著性差异(P<0.05)，且CK组APX活性一直处于同时期的最低值，至贮藏末期A、B、C组果实APX活性达到了CK组的1.37、1.67、1.61倍，这说明热处理组能提高低温下西葫芦果实的APX活性，加速活性氧的分解清除，进而增强果实抗寒性，维持较好果实品质。

图13 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏APX的影响

2.6 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏ASA和GSH含量的影响

ASA作为果蔬体内一种重要的抗氧化剂，不仅可以评价果蔬的贮藏品质，同时能直接清除H2O2活性氧，自身被氧化形成脱氢抗坏血酸，保护细胞组织免受膜脂氧化作用，延缓果实衰老，如图14所示。

图14 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏ASA的影响

随着西葫芦果实冷害加剧，果实失重率的增加以及H2O2含量的持续积累，西葫芦果实ASA含量不断下降，这一结论在低温贮藏火龙果[29]、绿梅[8]、黄皮[30]和青圆椒[31]等果实中都得到了验证。但热处理B、C组果实ASA含量始终显著高于同时期的CK组(P<0.05)，且B、C处理组不存在显著差异，而热处理A组始终显著低于B、C组果实ASA含量，这说明外界热处理相同，西葫芦自身机体温度能显著影响果实贮藏品质，同时对细胞内自由基非酶促清除能力存在差异。

GSH作为果蔬体内非酶清除活性氧的一种重要抗氧化剂，可以将ASA形成的脱氢抗坏血酸再次还原成ASA，其含量能直接反应果蔬抵御活性氧伤害的能力。由图15所示，西葫芦果实GSH含量整体呈先增加后快速降低趋势，这可能和果实贮藏中、后期活性氧的不断积累有关，随着贮藏时间的延长，果实不断受到持续累积活性氧的伤害，果实冷害加剧，商品品质下降，ASA含量持续降低，推动GSH含量下降的循环。但热处理C组在贮藏前、中、后期，果实GSH含量始终显著高于同时期的CK组(P<0.05)，这表明热处理能提高西葫芦果实GSH含量，延缓果实ASA含量的下降，这一结论与热处理甜辣椒[32]、香蕉[33]和蜜橘[34]结果保持一致。而热处理A组在贮藏周期内与C组GSH含量差异显著(P<0.05)，这表明外界热处理相同时，果实自身机体温度对其低温贮藏效果存在显著性影响(P<0.05)。

图15 不同初始机体温度对热处理西葫芦低温贮藏GSH的影响

3 结论