不同高氧包装方式对菜心的保鲜作用

王萍，王玲，于新，陈于陇，郭靖，陈飞平，罗政，殷娟

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）（2.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510225）

菜心（Brassica campestris L.ssp.Chinensis Makino）又称菜薹，十字花科芸薹属，是一种茎、叶和花同食的蔬菜[1,2]，富含丰富的Vc、氨基酸、黄酮类物质。但菜心采后茎部易出现木质化，切口腐败，叶片衰老、黄化等品质问题[3]。虽然1-甲基环丙烯（1-Methylcyclopropene，1-MCP）、褪 黑 素（Melatonin）、氯吡脲（Forchlorfenuron，CPPU）、赤霉素（Gibberellin，GA3）和茉莉酸甲酯（Methyl Jasmonate，MeJA）等[4]能有效延缓菜心采后品质的下降，但随着人们对食品安全的重视，使得保鲜剂的应用受限。基于低温基础上的气调保鲜方法由于安全性高、效果好而越来越受到推崇。

气调保鲜是利用果蔬的呼吸作用、环境中气体浓度和包装薄膜渗透作用的动态平衡而建立的贮藏方法，是果蔬在采后贮运过程中保持品质、降低损耗的有效手段之一[5,6]。高氧气调包装（High oxygen atmospheric packaging，HOAP）是人工气调贮藏的方式之一。自英国学者Day[7]首次提出高氧包装，能在鲜切果蔬贮藏中抑制酶促褐变，减少厌氧发酵，抑制微生物生长；此后国内外有关高氧对果蔬采后品质变化及腐烂发生影响的研究逐渐增多。前期研究发现高氧气调包装能有效维持菜心、百香果的贮藏品质[8-10]。植物体能对外界环境产生一定的应激反应，当逆境（如机械损伤、极端温度、干旱等）出现时，植物细胞会感应逆境的变化，诱导活性氧信号的产生，调控其生理代谢来适应环境的变化。H2O2是活性氧的一种，当植物遇到逆境时，会激发H2O2合成，植物细胞壁上的氧化酶利用H2O2氧化激活木质素单体，形成酚自由基，后者自动聚合形成木质素[11]。SOD、CAT等是重要的活性氧清除酶，它们能有效地阻止高浓度活性氧的积累。因此，提高这些酶的活性是许多园艺作物应对氧化胁迫和延缓衰老的重要机制[12]。

BOPP和LDPE是两种被广泛应用的包装材料。BOPP无色、无毒、防水、防潮，具有较高的强韧性和拉伸强度，加工性能较好且质量稳定，被广泛应用于食品、茶叶、香烟等的包装[13-16]。研究发现，以BOPP为基础材料结合不同面积比例的纤维素膜组成的复合膜，通过改变包装袋内的水分散发、气体组分及湿度，对花椰菜的贮藏品质影响不同[17]。LDPE具有保湿作用和一定透气性能，因此在采后流通中被广泛应用[18]。Li等[19]发现0.05 mm LDPE包装的白灵菇能够延缓褐变，从而延长贮藏期。

因此在本研究中，选用了不同透湿和透气性能的BOPP和LDPE两种包装膜，比较两种高氧包装膜对菜心贮藏期间抗氧化酶活性和木质素的调控作用，旨在明确不同高氧包装薄膜对菜心贮藏品质的影响，为高氧包装在采后菜心贮运保鲜中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

供试宁夏菜心购于天河农贸市场，采摘期35 d左右，采摘当天为0 d，选择无机械损伤、无病虫害，成熟度及颜色一致的菜心，4 ℃预冷，BOPP袋的厚度为：32.00 μm，透氧率：1344.80 mL/(m2·d·atm)，CO2透过率：2256.60 mL/(m2·d·atm)，及LDPE袋（厚度：30.00 μm，透氧率：5625.00 mL/(m2·d·atm)，CO2透过率：2812.50 mL/(m2·d·atm)），每袋长×宽为35 cm×25 cm。将挑选好的的菜心随机放入包装袋内，每袋包装菜心300±1 g，空气包装组（BOPP-CK，LDPE-CK）直接用热封机热封，高氧包装组（BOPP-H，LDPE-H）统一用袋式气调包装机包装（参数设置为：O2含量100%，抽气时间8 s，充气时间1.20 s，热封时间1 s），然后，统一放入4 ℃冷库贮藏，于0、2、4、6、8 d取样品，每种包装每次各取3袋作为实验重复。

1.2 仪器与设备

BOPP膜，广东威孚包装材料有限公司；LDPE膜，研究室自主研发改性低密度聚乙烯薄膜；袋式气调保鲜包装机，上海炬钢机械制造有限公司MAP-500D型；纯氧，广州信和气体有限公司；Checkmate9900型顶空气体分析仪，丹麦PBI公司；TN-375型手持式红外线二氧化碳分析仪，广州泰纳电子科技有限公司；岛津UV-1800型紫外-可见分光光度计，日本岛津公司。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 O2与CO2含量

在菜心包装袋取上、下各取三个部位分别贴上密封橡胶垫片。参考于茂兰[20]的方法，用顶空气体分析仪测定包装袋内氧气与二氧化碳含量。将干净无堵塞探头针缓慢插入包装袋内注意避免刺入菜心，测量后缓慢拔出，每个部位依次测定。测得的数据取平均值，作为O2与CO2含量。

1.3.2 呼吸速率

参考刘文浩[21]的方法，并加以修改。将菜心取出，称重后放入密封罐，二氧化碳探测仪放入密封罐，盖紧密封口，记录初始数值，每隔1 min记录一次CO2浓度，共记录6次。

式中：W1：实验前呼吸罐中CO2总量，%；W2：实验后呼吸罐中CO2总量，%；V：呼吸罐内总体积，L；M：CO2的摩尔质量，g/mol；V0：测定温度下CO2摩尔体积，L/mol；m：测定菜心的重量，kg；t：测定时菜心呼吸时间，h。

1.3.3 Vc含量测定

参考王惠惠[22]的方法，并加以改进。称取0.50 g样品，加入5 mL 1%草酸，加入0.20 g活性炭，5000 r/min离心5 min，过滤后取滤液，稀释1.50倍，加入1 mL 250 g/L乙酸钠溶液；空白组加入1 mL 30 g/L硼酸-250 g/L乙酸钠溶液，放在黑暗处避光20 min后加入1 mL 0.20 g/L邻苯二胺溶液，避光40 min后分别在波长为355 nm和425 nm处测定其吸光值。

1.3.4 总酚含量测定

参考孙小静[23]的方法，并加以修改。称取0.60 g样品，加入8 mL 70%乙醇浸提2次，每次2 h（避光），合并提取液，定容至20 mL，取适量提取液用70%乙醇稀释2倍后，取1 mL稀释液于离心管中，先后加入0.50 mL福林酚溶液、1.50 mL碳酸钠溶液（1 mol/L），反应2 h后于760 nm处测定吸光值，根据以没食子酸为标准品获得的标准曲线计算总酚含量。

1.3.5 H2O2含量测定

采用南京建成H2O2试剂盒检测。H2O2与硫酸钛生成过氧化物-钛复合物黄色沉淀，可被H2SO4溶解后，利用分光光度计在405 nm处测定，其生成量可计算出H2O2含量。

1.3.6 SOD和CAT活性测定

采用上海通蔚公司植物SOD活性试剂盒，应用双抗体夹心法测定样本中SOD水平。用酶标仪在450 nm波长下测定吸光度，通过标准曲线计算样品中SOD活性浓度。

采用上海通蔚公司植物CAT活性试剂盒，应用双抗体夹心法测定样本中CAT水平。用酶标仪在450 nm波长下测定吸光度，通过标准曲线计算样品中CAT活性浓度。

1.3.7 木质素的测定

参考Huang等[24]的方法，并加以修改。称取菜心冻样0.50 g，迅速加入10 mL 95%乙醇溶液混合均匀，放置于沸水浴加热30 min。取出冷却至室温后，于5000 r/min离心5 min，弃去上清液，加入95%乙醇10 mL，按上述工艺重复处理3～4次，至溶液无色，收集沉淀并干燥。将干燥物溶于1 mL 25%（V/V）溴化乙酰-冰醋酸溶液中，80 ℃恒温水浴30 min后加入1 mL 1 mol/L NaOH溶液终止反应，再加入1 mL冰醋酸和0.10 mL 7.50 mol/L盐酸羟胺，并用冰醋酸定容至5 mL，稀释55倍得到样品提取液，在280 nm处测样品提取液吸光值，根据标准曲线计算木质素含量。

1.4 数据统计分析

以上每个试验重复3次，结果表示为平均值±标准偏差。测定的数据采用Excel 2003软件处理，利用SPSS Statistics 24进行差异显著性分析，运用SigmaPlot 10.0软件分析作图。

2 结果与分析

2.1 菜心O2/CO2含量变化

图1 袋内O2和CO2含量变化Fig.1 The changes of O2 and CO2 contents in the bag

包装袋内O2含量变化如图1a所示，在0 d时，BOPP-H、LDPE-H包装O2含量均为84.73%。随着贮藏时间的增加两种包装袋内O2含量都呈现下降趋势。在贮藏8 d时，BOPP-H、LDPE-H包装O2含量分别为15.73%和39.31%；LDPE-H较BOPP-H包装维持高氧的时间长，是因为BOPP包装氧气透过率低，内外气体交换速率低，袋内氧气被菜心消耗而迅速下降，而LDPE可通过透氧补充消耗的氧气，因而BOPP-H包装内氧气含量相较LDPE-H包装更低。整个贮藏期，BOPP-CK包装袋内O2含量显著（p＜0.05）高于LDPE-CK包装，是因为LDPE-CK呼吸速率较高，因而LDPE-CK包装内氧气消耗速度更快，所以袋内氧气含量下降速度加快。

包装袋内CO2含量变化如图1b所示，贮藏2 d期间，四种包装袋内CO2含量迅速积累，上升较快。推测可能是因为贮藏前期菜心呼吸速率较快，代谢旺盛，因此袋内CO2含量积累较快。贮藏2 d后，BOPP-CK包装CO2含量积累不断上升，显著（p＜0.05）高于其他各组包装处理；LDPE-CK包装是整个贮藏期CO2含量积累最低的一组；LDPE-H包装在贮藏前4 d期间CO2含量低于BOPP-H包装，但在贮藏后期要略高于BOPP-H包装，差异显著（p＜0.05）。以上结果可以看出，BOPP、LDPE包装袋内气体组分变化不同，这与王生有[25]采用聚烯烃薄膜（PO）高氧包装火龙果结果相似。采用LDPE膜包装后期O2/CO2含量基本维持在一个较好的平衡点，说明LDPE膜O2/CO2透过率较好，有利于袋内外气体交换的进行。Siro[26]等认为采用可渗透的包装膜代替高阻隔膜的优点是包装中CO2的积累和O2的消耗较低。

2.2 菜心呼吸速率变化

图2 菜心呼吸速率变化Fig.2 The changes of respiration rate in Chinese flowering cabbage

呼吸速率的改变对果蔬贮藏期的品质具有重要作用。如图2所示，菜心在两种材料结合高氧包装下，两种包装菜心的呼吸速率变化趋势基本一致。在贮藏前2 d，四种包装的菜心呼吸速率都呈现下降趋势；BOPP-CK、LDPE-CK包装第4 d都出现呼吸高峰，峰值 分 别 为218.56 mg/(kg·h·FW)和203.06 mg/(kg·h·FW)，而BOPP-H、LDPE-H包装在贮藏期内未出现明显的呼吸高峰。贮藏8 d时，BOPP-H、LDPE-H包装呼吸速率分别比BOPP-CK、LDPE-CK包装低3.48%和17.37%。可见高氧贮藏可以抑制菜心呼吸，这与Lu[27]等研究高氧贮藏草莓呼吸速率结果一致。说明高氧包装可以抑制果蔬的呼吸作用，延缓果蔬衰老，延长货架期。另外，冬枣用100% O2处理对呼吸有显著地抑制作用[28]。陈学红[29]等研究也发现，100% O2气调包装的鲜切莴笋在贮藏期间呼吸强度显著低于60% O2处理，说明高氧包装能够有效抑制鲜切莴笋的呼吸作用。

BOPP和LDPE两种包装材料对菜心呼吸速率的影响也不同，无论是高氧包装还是空气包装下，BOPP包装菜心的呼吸速率都要低于LDPE包装。结合包装袋内气体组分的变化影响发现适宜的高氧状态更有利于抑制菜心的呼吸速率。LDPE包装膜能够充分地与外界进行O2/CO2交换，能够维持包装袋内菜心的正常呼吸作用，而BOPP包装膜透氧率较低，氧气被消耗而不足，可能导致无氧呼吸。

2.3 菜心Vc含量变化

图3 菜心Vc含量变化Fig.3 The change of Vc content in Chinese flowering cabbage

Vc含量是衡量果蔬营养品质的重要指标。如图3所示，Vc的含量随着储藏时间的增加逐渐减少，贮藏8 d时，BOPP-H、BOPP-CK、LDPE-H、LDPE-CK包装菜心Vc的损失率分别达到16.17%、13.98%、15.92%、4.07%。可见，在两种包装材料下，高氧都不利于Vc含量的维持。说明高氧胁迫加速了Vc的损耗，使其分解速度加快。推测可能是在贮藏过程中高氧提高了菜心的氧化应激反应，导致其生理活动加快，从而加快Vc的消耗[30,31]；另一方面是因为高氧使菜心产生过多的氧自由基，导致氧化伤害，抗氧化物质Vc为了对抗这种氧化伤害，从而使Vc含量减少[32]。综合分析，LDPE包装较BOPP包装更有利于Vc含量的维持。

2.4 菜心总酚含量变化

图4 菜心总酚含量变化Fig.4 The changes of total phenol content in Chinese flowering cabbage

酚类是植物代谢过程中的次生代谢产物，不仅是果蔬中重要的营养物质，也是植物体内重要的植保素。酚类物质具有较强的抗氧化能力，可有效清除不断积累的活性氧和自由基。如图4所示，菜心总酚含量随贮藏时间呈先上升后下降的趋势，在贮藏6 d达到最大值，BOPP-H、LDPE-H包装总酚含量分别比BOPP-CK、LDPE-CK包装高了4.12%和6.78%。可见，高氧包装均能够促进菜心总酚含量升高。BOPP与LDPE包装菜心总酚含量变化趋势大致相同。LDPE及BOPP包装菜心在贮藏6 d后，总酚含量降低。这与Ayala Zavala[33]等研究高氧处理草莓总酚含量变化一致。在贮藏第8 d，LDPE-H包装菜心总酚含量比BOPP-H包装高25.73%。推测是因为LDPE-H包装长期的高氧状态刺激菜心酚类物质的合成，从而使植物具备较强的抗氧化能力[34]。

2.5 菜心H2O2含量的变化

图5 菜心H2O2含量变化Fig.5 The change of H2O2 content in Chinese flowering cabbage

在植物体内，各种亚细胞细胞器在正常代谢过程中产生活性氧，维持在一定的动态平衡，植物体内活性氧的平衡对植物组织衰老变化起着重要作用[35]。H2O2是生物体内的活性氧自由基之一，当生物体受到外界环境的刺激及逆境胁迫时，会造成自由基的累积，从而促进木质素单体合成，加速木质素积累，影响植物体生命活动，加速衰老，降低果蔬品质[36]。如图5所示，菜心H2O2含量呈现上升趋势，BOPP-CK、LDPE-CK包装H2O2含量始终高于BOPP-H、LDPE-H包装，贮藏8 d，BOPP-CK、LDPE-CK包装H2O2含量比BOPP-H、LDPE-H包装分别高了36.01%和20%。说明高氧包装能抑制H2O2的生成。这与Liu[37]研究高氧环境（80% O2）贮藏蘑菇H2O2含量均显著低于加湿空气下贮藏的结果一致；Wang等[13]研究也发现高氧包装刺激更多的活性氧清除酶蛋白生成，减少活性氧的含量。研究结果显示，不论是高氧包装还是空气对照包装，BOPP包装较LDPE包装能更有效抑制H2O2的生成。

2.6 菜心SOD及CAT活性变化

图6 菜心SOD活性变化Fig.6 The change of SOD activity in Chinese flowering cabbage

菜心SOD的变化情况如图6所示，菜心SOD活性均呈现先上升后下降的趋势，在贮藏2 d时，BOPP两种包装SOD活性达到最大值，差异显著（p＜0.05），BOPP-H包装SOD活性比BOPP-CK包装高11.18%。陈学红等[29]的研究结果认为，高氧包装能保持鲜切莴苣较高的SOD酶活性，抑制O2-自由基生成量的增加，有效延缓鲜切莴苣的衰老。高氧包装在草莓果实上的应用也得到了类似的研究结果[38]。在贮藏前4 d，LDPE-CK包装SOD活性高于LDPE-H包装，差异显著（p＜0.05）。原因可能是LDPE-CK包装在贮藏前期，H2O2含量积累较快，促进菜心体内ROS清除酶的活性，因此SOD活性增加较快；SOD作为体内抗氧化酶系统的主要成分，是一种典型的诱导酶，适度的刺激条件可诱导其合成[39]。贮藏8 d时，BOPP和LDPE包装相比较发现，BOPP-H包装SOD活性比BOPP-CK包装高2%；LDPE-H包装SOD活性比LDPE-CK包装高5.90%，LDPE-H包装SOD活性比BOPP-H包装高5.20%。说明高氧更有利于保持SOD含量，LDPE-H包装相对于BOPP-H包装更利于植物体内ROS清除酶系统的运作。

图7 菜心CAT活性变化Fig.7 The change of CAT activity in Chinese flowering cabbage

菜心CAT活性的变化情况如图7所示，BOPP及LDPE包装CAT活性均呈现先上升后下降趋势。贮藏2 d时，BOPP-H包装及LDPE-H包装CAT酶活最高分别为117.24和124.44 μmol/(g·FW·min)，贮藏4～8 d四种包装酶活呈现下降趋势。CAT能够分解清除H2O2，降低体内活性氧水平[40]，高氧包装抑制H2O2的生成，促进ROS清除酶的活性，诱导抗氧化酶蛋白的生成[15]。以上结果表明，高氧包装在贮藏2 d较对照刺激CAT酶活的生成，而在后期，抑制CAT酶活生成。原因可能是高氧刺激了CAT酶活，导致菜心H2O2迅速分解，积累量减少。后期随着氧气浓度下降，高氧对CAT的刺激作用减弱，所以CAT酶活相比对照组更低。贮藏4～8 d时，BOPP-H包装高于LDPE-H包装，差异显著（p＜0.05），说明不同包装材料高氧包装对酶活的影响不同。

2.7 菜心木质素含量变化

图8 菜心木质素含量变化Fig.8 The changes of lignin content in Chinese flowering cabbage

菜心衰老的主要特征之一就是茎部木质化，菜茎出现老化空心，口感变韧，如图8所示，在贮藏过程中，菜心木质素含量呈现上升趋势，且随着贮藏期的延长增加速度加快。贮藏8 d时，BOPP-H、BOPP-CK、LDPE-H及LDPE-CK包装处理的菜心木质素含量相比于0 d分别高出了47.73%、54.03%、37.86%、41.51%。其中BOPP-H、LDPE-H包装木质素含量均低于BOPP-CK、LDPE-CK包装。这与王惠惠[41]用PP膜高氧（O2＞90%）包装菜心研究结果一致。Weng等[14]、李桦等[42]、孙涵等[43]研究发现高氧状态下能抑制木质素合成途径的关键酶活，抑制了木质素积累，从而延缓木质化进程。木质素的形成往往伴随一定H2O2水平的存在[44]，植物可通过多种途径产生H2O2等活性氧。在正常情况下，植物产生和消除活性氧的能力处于动态平衡，但当植物遇到逆境或衰老时，体内活性氧水平提高，SOD及CAT清除酶活性也随之增加，从而使H2O2控制在较低的水平[45,46]。高氧包装菜心在贮藏过程中消耗Vc来抵御氧化伤害，同时高氧包装可以维持较高的总酚含量，增加抗氧化活性，在贮藏早期提高CAT含量，清除过量H2O2，贮藏后期提高SOD含量，增加活性氧清除酶活性，从而减少木质素积累。以上结果表明，高氧包装能抑制木质素合成，贮藏8 d时，LDPE-H包装木质素含量比BOPP-H包装低9.44%，差异显著（p＜0.05），说明LDPE-H包装较BOPP-H包装更利于延缓木质素合成，保持菜心茎部柔嫩品质。

图9 高氧包装菜心在贮藏8 d后的茎部剖面图Fig.9 Stem profile of Chinese flower cabbage packed with high oxygen after 8 d storage

3 结论

BOPP和LDPE高氧包装较空气包装都能促进总酚含量的上升；在贮藏早期刺激CAT酶活性、贮藏后期提高SOD酶活，促进活性氧清除酶的活性，减少H2O2积累，降低木质素合成。在贮藏8 d时，LDPE-H包装较BOPP-H包装总酚含量高25.73%，木质素含量低9.44%，可以看出LDPE-H更利于菜心总酚含量的保持、减少木质素合成。