UV-C处理对人参果贮藏期冷害及风味品质的影响

赵雅琦，宁明岸，左进华，史君彦,3，时文林，黄玉咪，王 清，封碧红

(1 广西大学 农学院，广西 南宁，530000；2 北京市农林科学院蔬菜研究中心/农业农村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/农业农村部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室/农业农村部都市农业(北方)重点实验室，北京，100097；3 北京林业大学 生物科学与技术学院，北京，100083)

人参果Solanummuricatum是原产于南美洲的一种草本植物，成熟时果皮带有明显的紫色条纹。人参果果肉含有丰富的维生素C和硒、钼、铜、锌、铁等微量元素[1-3]，具有较高的营养价值，而且还含有丰富的酯类、醛类和醇类等挥发性物质，使其具有淡雅的香气，风味独特[4]。但是，人参果采后不易储运，且贮藏期间经常由于处理不当、贮藏温度不适宜等原因，导致果实感官品质降低、风味变差，甚至发生腐烂变质，不符合消费者的购买标准[5-7]，严重影响其商品价值和经济价值。低温可有效地延长果实的贮藏期[8]，但人参果属于冷敏型果蔬，在5 ℃及以下的温度中贮藏，果实会发生冷害，导致果实表面凹陷损伤和内部变色，且影响其风味品质[9]。目前研究发现，壳聚糖涂膜[10]、外源乙烯[11]、气调贮藏[12]等方法对人参果有较好的保鲜效果，但是关于改善人参果采后冷害和风味变化的研究鲜有报道。

短波紫外线 (Ultraviolet-C light，UV-C，波长小于280 nm)处理是一种安全、简单、无化学残留的采后处理技术，研究发现UV-C处理可以提高花椰菜、番茄、青椒、苹果等[13-16]采后贮藏品质，延缓果蔬衰老，还可以减轻黄瓜[17]、山药[18]、水蜜桃[19]等果实的冷害症状。但是关于UV-C处理对人参果冷害发生和风味变化影响的研究鲜有报道，因此本试验研究了不同剂量的UV-C处理对人参果冷害及风味变化的影响。

目前，电子鼻、气相色谱和质谱联用等[20]技术是研究果实香气的有效方式。电子鼻，也是人工嗅觉系统，与气相色谱法、质谱法等相比，可以无损检测果实的整体香气，具有操作简单、方便快捷等优点[21]，曾被广泛应用于水果、蔬菜、肉类、茶叶、海产品等香气成分的检测和分析[22-25]。本试验通过研究不同剂量UV-C处理对人参果采后冷害和风味变化的影响，以期为人参果的采后贮藏保鲜及低温冷害控制技术的研究提供新的思路和见解。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

人参果品种为‘长丽’，种植地点为甘肃省武威市民勤县 (E103.08°；N38.62°)，采后将每个果实套上低密度聚乙烯材质的包装网套，然后装箱立即空运回实验室，挑选成熟度一致，大小均一，表面无机械损伤、无病虫害的果实作为试验材料。

0.03 mm厚的聚乙烯保鲜袋购于北京华盾雪花有限公司；PEN3型便携式电子鼻购于德国Airsense公司；GXH-3052L型便携式排气分析仪购于北京均方理化科技研究所；安捷伦7820A气相色谱仪购于美国安捷伦公司。

1.2 试验方法

预试验：通过预试验以确定会导致人参果发生冷害现象的贮藏温度。试验处理前，从所有挑选好的人参果中随机取出9个作为初始对照组，测定各项指标初始值，之后将挑选好的人参果分装于聚乙烯保鲜袋中，每袋装 36个，分别放在 0、5、10、15、20 ℃的冷库中贮藏15 d，湿度为85%～90%，每个不同温度中放置3袋人参果作为重复，取样时每3个果实为1组。每天进行观察，每3 d取样测定各项指标。

UV-C处理：试验处理前，从所有挑选好的人参果中随机取出9个作为初始对照组，测定各项指标初始值，之后将挑选好的人参果均分为4组，分别用 0.25、0.50 和 1.00 kJ·m−2剂量的 UV-C 辐照处理，对照组不做任何处理，然后每组处理的果实分装于聚乙烯保鲜袋中，每袋装36个，于5 ℃的冷库中贮藏15 d，湿度为85%～90%，每个处理都准备3袋人参果作为重复，取样时每3个果实为1组。每3 d取样测定各项指标。

1.3 指标测定方法

1.3.1 冷害指数 人参果的冷害首先在果肉中的表现为与果皮褐变相关的果肉成半透明状，之后果皮上呈现褐斑[25]。采用Domingo等[26]方法稍作修改，由9个经过培训的专业人员组成的评定小组，对不同时间点的冷害发生情况进行评定，评定标准为非冷害0分、较轻微1分、轻微2分、中度3分和严重4分，参照图片如图1所示，冷害指数计算公式如下所示：

图 1 人参果冷害指数判定参考图片Fig.1 Reference picture for judgment of chilling injury index of pepino fruit

1.3.2 感官评分 采用 Pluda 等[27]的方法稍作修改，使用排名法进行风味评估，每个处理随机取出3个人参果，每个人参果切成同等大小的3块，并作标记。9个经过培训的品尝者对不同处理中的人参果进行排名，品尝者根据总体风味、质地对人参果切片进行排名，使用 1(差)、2(一般)和 3(好)进行评分。

1.3.3 呼吸强度和乙烯释放量 呼吸强度测定参照刘泽松等[28]的方法，采用气体分析仪进行测定，测定时长为 1 h，结果以 CO2计，单位为mg·kg−1·h−1。

乙烯释放量的测定采用范林林等[29]的方法，将人参果放入带有抽气口的密封容器中1 h，顶空抽取1 mL气体，注入安捷伦7820A气相色谱仪。仪器设置：载气压力 0.5 MPa，氮气流量 30 mL·min−1；辅助气压力 0.4 MPa，氢气流量 50 mL·min−1；空气压力 0.4 MPa，流量 550 mL·min−1；进样器温度 100 ℃,柱温60 ℃。检测室温度200 ℃，进样方式为不分流进样, 1 min后打分流阀。最后根据乙烯峰面积与乙烯浓度的线性关系计算乙烯释放量，单位为 μL·kg−1·h−1。

1.3.4 电子鼻检测 电子鼻检测采用刘瑶等[30]的方法稍加修改。将人参果3个为1组放置在7 L的密闭容器中，于相应的贮藏温度中静置30 min后采用顶空吸气法进行电子鼻数据采集。测定条件为：传感器流速 100 mL·min−1，清洗时间 80 s，自动调零5 s，样品准备时间和检测时间分别为5和120 s，测量前后，均对传感器进行清洗和标准化，使其基本恢复到初始状态。每个处理组重复3次。多次预试验发现传感器响应在110 s趋于稳定，所以选择115、116和117 s的数据进行后续分析。PEN3型便携式电子鼻传感器性能见表1。

表 1 PEN3型便携式电子鼻标准传感器阵列与性能Table 1 Standard sensor arrays and performance of PEN3 electronic nose

1.4 数据分析与处理

利用仪器自带的Win muster分析软件，采用线性判别法 (Linear discriminant analysis，LDA)和负荷加载分析法对数据进行分析。利用SPSS 17.0软件对数据进行最小差异显著性(Least significant difference，LSD)分析，相关性利用皮尔森积差相关法进行分析，利用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏温度对人参果冷害及风味品质的影响

2.1.1 不同贮藏温度对人参果冷害指数的影响人参果在低温下贮藏易遭受冷害，冷害最直观的症状是果皮上出现褐斑[11]。由图2可知，10、15和20 ℃的贮藏条件下，人参果贮藏15 d无冷害发生。而在0和5 ℃贮藏条件下，在贮藏第6天均观察到明显的冷害症状，随着贮藏时间的延长，冷害指数逐渐升高。而且5 ℃条件下人参果的冷害指数在贮藏第9～15天高于0 ℃处理组，在贮藏第15天，5 ℃条件下人参果冷害指数为81%，较0 ℃处理组高26% (P<0.05)，因此人参果在5 ℃的贮藏条件下易发生冷害，且冷害发展最为迅速。

图 2 不同温度下贮藏的人参果的冷害指数Fig.2 Chilling injury indexes of pepino fruits stored under different temperatures

2.1.2 不同贮藏温度对人参果感官评分的影响由图3可知，各处理组人参果的感官评分随着贮藏时间的延长逐渐下降。在整个贮藏期，10 ℃贮藏的人参果的感官评分始终显著高于其他处理组(P<0.05)，且下降速度较为缓慢，在贮藏期第6～12天，5 ℃贮藏的人参果感官评分显著低于其他处理组(P<0.05)，在贮藏第15天，5 ℃贮藏的人参果感官评分仅为1，15和20 ℃贮藏的人参果感官评分为1.3，但10 ℃贮藏人参果的感官评分为2.2。由此可知，5 ℃贮藏的人参果易遭受冷胁迫，且会降低人参果贮藏期的风味和质地等，从而降低其商品价值，而10 ℃条件下贮藏则可以更好地保持人参果贮藏期的风味品质。

图 3 不同温度下贮藏的人参果的感官评分Fig.3 Sensory scores of pepino fruits stored under different temperatures

2.1.3 不同贮藏温度对人参果呼吸强度和乙烯释放量的影响 由图4A可知，随着贮藏时间的延长，人参果的呼吸强度总体呈先升高后下降的趋势。在0和5 ℃贮藏的第3天，呼吸强度达到峰值，且显著高于其他处理组(P<0.05)，然后下降，这可能是与0和5 ℃贮藏的人参果遭受冷害有关。在15和20 ℃贮藏的第6天呼吸强度达到高峰，之后缓慢下降，但是在10 ℃贮藏的第6天开始平稳上升，且在贮藏期第3～12天显著低于其他处理组(P<0.05)。由图4B中可知，5 ℃贮藏的人参果的乙烯释放量变化趋势和呼吸强度大致相同，都呈先升高再下降的趋势，且显著高于其他处理组(P<0.05)。这说明人参果在冷害条件下产生乙烯，由于5 ℃下冷害现象高于0 ℃处理组，因此5 ℃条件下人参果乙烯释放量最高。此外，在20 ℃贮藏的第3天乙烯释放量达到了峰值后平稳下降，而15和10 ℃处理组先缓慢下降，从第6天开始平稳上升，且在10 ℃贮藏的人参果乙烯释放量保持在较低水平，这说明10～20 ℃条件下，低温可抑制人参果的成熟和衰老。综上所述，人参果在5 ℃贮藏条件下冷害的发生增强了呼吸强度，增加了乙烯释放量。

图 4 不同温度下贮藏的人参果的呼吸强度和乙烯释放量Fig.4 Respiration intensities and ethylene emission in pepino fruits stored under different temperatures

2.1.4 不同贮藏温度对人参果风味变化的影响采用电子鼻检测每个处理人参果的风味变化，获得其电子鼻10个传感器的响应图，如图5A所示，每条传感器都有不同的响应曲线，随着检测时间的延长，挥发物在传感器表面富集，相对电阻值不断增大，最后趋于平缓。其中W1W(无机硫化物)、W2W(有机硫化物、芳香成分)、W5S(氮氧化合物)较其他传感器有较高的相对电阻率值，说明人参果挥发性香气成分中硫化物、芳香类和氮氧类化合物较多。

传感器的载荷分析主要显示对特定气味的分辨力，靠近中心0位置的传感器贡献率最低，远离中心位置的贡献率较高[31-32]。由图5B可知，主轴1(Lo1)和主轴2(Lo2)的总贡献率为97.4%，可以起到分辨气味的作用。其中W1W(无机硫化物)、W2W(有机硫化物、芳香成分)、W5S(氮氧化合物)贡献率较大，其次为W1S(甲基类化合物)和W2S(醇类)，表明人参果在贮藏期间的挥发性芳香成分主要有硫化物、芳香类、氮氧化合物和醇类等。其中，W2S主要对醇类物质敏感，而与人参果成熟度相关的主要是3−甲基−2−丁烯−1−醇和3−甲基−3−丁烯−1−醇[6]。

研究发现，人参果主要挥发性成分是醇类和酯类物质，在成熟过程中醇类物质会不断地转化为酯类物质增加果实令人愉悦的香气[4,6]。为了更好地研究不同贮藏温度对果实风味的影响，采用雷达图进行分析。由图 5C 可知，人参果在 0、5、10、15、20 ℃贮藏第15天的挥发性物质与初值相比发现，5 ℃贮藏第15天可检测到较多的无机硫化物(W1W)、氮氧化合物(W5S)和醇类(W2S)等挥发性物质，这可能是因为5 ℃条件下果实冷害发生最为严重，破坏了细胞膜的完整性更利于释放出醇、硫化物、醛等挥发性成分，产生不良的风味，影响其品质。

为进一步分析人参果的冷害指数和各个传感器检测的挥发性风味物质(传感器的相对电阻率反映丰度)、呼吸强度以及乙烯释放量之间的关系，对0和5 ℃贮藏的人参果测定的指标进行了相关性分析，如图5D所示，结果发现，冷害指数和呼吸强度呈极显著负相关(P<0.01)，乙烯释放量和W1S(甲基类化合物)的相对电阻率呈极显著负相关(P<0.01)，冷害指数和10个传感器的相对电阻率之间无显著相关性。因此，呼吸强度与果实冷害的发生密切相关。综上所述，人参果在5 ℃的贮藏条件下易发生冷害，且冷害发展最为迅速。

图 5 不同贮藏温度下的人参果电子鼻数据分析Fig.5 Analysis of electronic nose data for pepino fruits under different storage temperatures

2.2 UV-C处理对人参果贮藏期冷害及风味品质的影响

2.2.1 UV-C 处理对人参果贮藏期冷害指数的影响 冷害指数是果实冷害程度和冷藏品质的直接表观统计[32]。由图 6 可知，0.25、0.50 kJ·m−2剂量的UV-C处理组和对照组均在贮藏第6天观察到明显的冷害症状，而 1.00 kJ·m−2处理组在贮藏第 12 天出现明显的冷害症状，且冷害指数显著低于其他处理组(P<0.05)。贮藏至第15天时，1.00、0.50和0.25 kJ·m−2处理组的冷害指数分别为 30%、70%、67%，均显著低于对照组(81%)(P<0.05)。这说明，与对照组相比，不同剂量的UV-C处理均能有效缓解人参果冷害，其中 1.00 kJ·m−2UV-C 处理可将冷害发生时间推迟6 d。

图 6 不同剂量UV-C处理后的人参果的冷害指数Fig.6 Chilling injury indexes of pepino fruits treated by different doses of UV-C

2.2.2 UV-C 处理对人参果贮藏期感官评分的影响 由图7可知，各处理组人参果的感官评分随着贮藏时间的延长逐渐降低，其中 1.00 kJ·m−2UVC处理组下降最缓慢，且显著低于其他处理组(P<0.05)。和对照组相比，在贮藏期第6～9天，0.50 和 0.25 kJ·m−2处理组人参果的感官品质显著升高。在贮藏期第 15 天时，1.00 kJ·m−2处理组人参果的感官评分为1.6，而其他处理组的感官评分在1至1.1之间，表明UV-C可以保持冷胁迫下人参果的贮藏品质，其中 1.00 kJ·m−2UV-C 处理效果最好。

图 7 不同剂量UV-C处理后的人参果的感官评分Fig.7 Sensory scores of pepino fruits treated by different doses of UV-C

2.2.3 UV-C处理对人参果贮藏期间呼吸强度和乙烯释放量的影响 由图8A可知，在贮藏期间，0.50、0.25 kJ·m−2UV-C 处理组和对照组的人参果呼吸强度总体保持先升高后下降的趋势。与其他处理组相比，1.00 kJ·m−2处理组的人参果在整个贮藏期间呼吸强度保持较低的水平，总体呈下降的趋势，在贮藏至第9天时出现升高的趋势，这可能与此组果实将发生冷害相关。由图8B可知，各处理组人参果的乙烯释放量均呈先上升后下降的趋势。0.50 和 0.25 kJ·m−2处理组的人参果乙烯释放量在贮藏第6天和第15天均显著低于对照组(P<0.05)，而1.00 kJ·m−2处理组在整个贮藏期间均显著低于对照组 (P<0.05)，在贮藏第 15 天，1.00 kJ·m−2处理组乙烯释放量较对照组低46%。说明不同剂量的UV-C辐照均可抑制人参果贮藏期间的呼吸强度和乙烯释放量，其中1.00 kJ·m−2处理组的效果最佳。

图 8 不同剂量UV-C处理后的人参果的呼吸强度和乙烯释放量Fig.8 Respiration intensities and ethylene emission of pepino fruits treated by different doses of UV-C

2.2.4 UV-C 处理后人参果贮藏期间 LDA 分析和雷达图分析 LDA即将原始数据映射到低维的方向，以响应值的空间分布状态即彼此之间的投影距离表现出组与组之间的关系，更直观地观察到组与组之间分类情况[31]。由图9可知，在5 ℃贮藏的第3天和第15天，第一判别式贡献率(LD1)、第二判别式贡献率(LD2)之和分别为98.79%和97.06%，2个判别式的贡献率大于95%，说明可以判别各处理组分类情况。在贮藏第3天和第15天，UV-C处理组和对照组之间无重叠区域，且对照组相距初始值较远(距离越大表明变化越快、越明显)，这说明在贮藏第3天和第15天，UV-C处理与对照组分析结果具有高区分度。0.25 kJ·m−2处理组与 0.50 和1.00 kJ·m−2处理组间亦有差异，但0.50和1.00 kJ·m−2处理组间无明显区分度。结合图10可知，各处理组间的10个传感器响应值之间差异较大的是W1W(无机硫化物)、W2W(有机硫化物和芳香成分)和W5S(氮氧化合物)，这说明人参果在低温条件下贮藏，挥发性风味物质的变化主要是硫化物、芳香成分和氮氧化合物，对照组在贮藏第15天硫化物(W1W)丰度变化最为显著，说明冷害对组织细胞破坏严重，导致硫化物等挥发性成分的形成，产生不良风味，进而影响产品的感官品质。在贮藏第15天，UV-C 处理组 (0.25、0.50 和1.00 kJ·m−2)无机硫化物(W1W)、有机硫化物和芳香成分(W2W)、氮氧化合物(W5S)丰度变化与初值稍有差异，但是1.00 kJ·m−2UV-C 处理的人参果挥发性风味物质丰度与初始值相似，这可能是因为不同剂量的UVC处理延缓人参果贮藏期间冷害发生速率的差异所致，UV-C处理可延缓人参果冷藏期间挥发性风味物质的变化，尤其是无机硫化物的生成，其中1.00 kJ·m−2的UV-C处理保持其风味效果最佳。

图 9 不同剂量UV-C处理后人参果贮藏第3、15天的LDA分析Fig.9 LDA analysis on pepino fruits stored for 3 and 15 days after UV-C treatment at different doses

图 10 不同剂量UV-C处理后人参果贮藏第3、15天的雷达图分析Fig.10 Radar chart analysis on pepino fruits stored for 3 and 15 days after UV-C treatment at different doses

2.2.5 测量指标间的相关性分析 1.00 kJ·m−2UVC处理组和对照组中各指标之间的相关性分析如图11所示。由图11可知，UV-C处理组和对照组中W3C(氨类和芳香成分)和W1C(芳香族有机化合物)的相对电阻率均呈极显著正相关(P<0.01)，W3C(氨类和芳香成分)和W2S(醇类)的相对电阻率均呈现极显著负相关等(P<0.01)。这说明随着贮藏时间的延长，人参果中的醇类物质转化为具有芳香气味的酯类物质。已有文献证实，在人参果成熟过程中醇类物质会不断地转化为酯类物质增加果实令人愉悦的香气[6]。在贮藏过程中，对照组中冷害指数和乙烯释放量、W5S(氮氧化合物)、W1S(甲基类化合物)、W2S(醇类)、W3S(长链烷烃)的相对电阻率之间呈正相关，与其他指标之间呈负相关，而且与呼吸强度、W5C(短链烷烃和芳香成分)的相对电阻率均呈显著负相关(P<0.05)，但UV-C处理后冷害指数与W1C(芳香族有机化合物)、W3C(氨类和芳香成分)和W3S(长链烷烃)的相对电阻率呈正相关，和其他指标之间呈负相关，且与W1W(无机硫化成分)、W2W(有机硫化物和芳香成分)的相对电阻率呈显著负相关(P<0.05)。对照组中呼吸强度和W5C(短链烷烃和芳香成分)的相对电阻率呈显著正相关(P<0.05)，处理之后并无显著相关性。乙烯释放量处理前和电子鼻10个传感器的相对电阻率之间并不存在显著相关性，UV-C处理之后，乙烯和W6S(氢化物)的相对电阻率呈极显著正相关(P<0.01)，和W1C(芳香族有机化合物)的相对电阻率呈显著正相关(P<0.05)。由此可以推测，UV-C处理不仅推迟人参果冷害发生的时间，降低其呼吸强度和乙烯释放量，还可以抑制人参果硫化物等挥发性物质的形成。

图 11 1.00 kJ·m−2 UV-C和对照处理人参果在贮藏期间测量指标之间的相关性分析Fig.11 Analysis of correlation between the measurement data of pepino fruits from 1.00 kJ·m−2 UV-C and control treatments during storage

3 讨论与结论

温度是影响果实采后贮藏品质的主要环境因子，低温贮藏被认为是果蔬保鲜最有效的方法之一[33]。然而许多果蔬对低温敏感，在贮藏温度低于10 ℃时便会发生冷害，从而失去商品价值，如桃、香蕉、葡萄柚等[34]。同时研究表明低温对果实香气也会产生影响，12 ℃低温贮藏会造成番茄果实香气挥发性物质释放减少[35-36]；葡萄低温贮藏可以增加葡萄汁中的酸类、醇类和酯类等香气物质，但会增加葡萄皮中的酚类物质含量[37-38]。在本研究中发现，人参果属于冷敏型果实，贮藏在5 ℃以下易发生冷害现象，导致果实的风味和质地等感官品质下降最迅速，且在冷胁迫下有较高的呼吸强度和乙烯释放量；通过电子鼻数据分析可知，在低温贮藏期间能增加人参果香气成分中的硫化物、氮氧化合物和醛类等物质含量。综上所述，低温贮藏会明显影响人参果贮藏期间的风味变化，香气成分的变化也可能是果实在低温逆境中的一种保护机制，但是详细的香气成分的物质及含量需要进一步通过GCMS等仪器进行检测判定。

UV-C作为一种新型安全有效的果蔬贮藏前处理方法，可以延缓果蔬的成熟和衰老，而且UV-C对果实的冷害的发生也有明显的抑制作用[34]。任伟等[39]研究发现 3 kJ·m−2UV-C 处理能有效延迟贡橘果实的冷害发生时间，并能减轻冷害症状。在本研究中亦发现，用不同剂量的UV-C辐照处理人参果，与对照组相比，可以减轻人参果的冷害症状，且1.00 kJ·m−2处理组能有效地将冷害发生时间推迟6 d，保持冷胁迫下果实的风味和质地等感官品质，降低其呼吸强度和乙烯释放量，而且延缓了硫化物和甲烷类等挥发性风味物质的产生，从而较好地维持果实风味品质。因此，UV-C辐照处理在人参果贮藏期间起到较好的抑制冷害和保持风味品质的效果。

综上所述，本试验提供了一种UV-C辐照处理在人参果采后贮藏保鲜中的方法。首先通过不同温度贮藏，确定人参果在5 ℃及以下贮藏会发生严重的冷害，使果实的风味和质地等感官品质急剧下降，且会增加人参果香气成分中的硫化物、氮氧化合物和醛类等物质的含量。然后将人参果用不同剂量的UV-C辐照处理，于5 ℃条件下贮藏，研究UV-C处理对人参果冷害的影响。结果表明，UV-C处理可以明显降低人参果在低温下的呼吸强度和乙烯释放量，减轻人参果的冷害症状，抑制香气成分中硫化物和甲烷类等挥发性物质的释放，从而保持人参果的风味和质地等感官品质。其中，1.00 kJ·m−2剂量UV-C辐照处理人参果的效果最佳。