泡沫箱包装的逐渐降温功能对黄瓜冷害的抑制

代慧，何晓梅，段志蓉，吴姗鸿，张敏*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)2(西南大学, 食品贮藏与物流研究中心，重庆，400715)3(农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆，400715)

黄瓜果实脆甜清香，营养价值丰富，在我国的种植规模及产量均位居世界第一。但黄瓜在7～10 ℃的低温环境下易发生冷害[1]，造成黄瓜在贮运中损失严重。在抑制冷害方面，目前常用的方式有植物生长调节剂、化学物质处理[2]、热处理及控制贮运温度等。前两者的处理方式虽效果显著，但消费者甚至商家由于不具备专业知识，即使是安全的处理技术，也因无法确信其是否安全而影响其推广使用；热处理则由于影响因素较多效果难控制，且处理时间长效率较低[3]；控温车贮运成本过高，实际应用困难。

包装是产品流通的必备材料，如果能拓展其功能，成为一种控制农产品冷害的方法，实现在不增加成本的情况下，一物多能，不失为一种很有意义的方式。农产品在采摘后进入冷库贮藏前，为避免发生因温度下降太快而导致的冷害现象，会采用逐渐降温的方式，使产品适应温度变化后，再进入最终目标温度下贮藏。有研究表明李果[4]、猕猴桃[5]、哈密瓜[6]等果实通过恰当的降温处理能够明显减轻其冷害症状，使果蔬保持长期的贮藏品质。根据这一原理，利用泡沫箱材料的温度低传导性，用其包装农产品后，直接放入目标温度环境，泡沫箱内的温度可缓慢降至冷库温度，实现逐渐降温的效果，避免了冷库调温或准备多个冷库进行梯度降温的成本增加及效率降低等问题。此外，“膜脂相变”是冷害机制研究中最被认可的一种机制，其理论认为，在低温下细胞膜脂会由液晶态转变为凝胶态，导致细胞膜的膜相发生分离，进而细胞膜渗透性增大，细胞内的可溶性物质和电解质渗漏加剧，最终造成冷害的产生[7]。但目前有关泡沫包装箱对果蔬冷害作用的研究文献较少。本试验研究了薄膜包装、泡沫箱包装、薄膜泡沫箱复合包装3种不同包装方式对黄瓜冷害的抑制作用，为黄瓜高效低成本贮运提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

表面完好无损、无病虫害的长黄瓜，购于天生农贸市场;原生态3号EPS(可发性聚苯乙烯)包装箱泡沫箱，其外尺寸：41.5 cm×31 cm×20 cm，内尺寸：36.5 cm×26 cm×15.5 cm，壁厚：2.4 cm,购于成都泡沫箱工厂店;食品用妙洁PE保鲜膜,购于天生街道永辉超市;化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

RXZ-8000智能人工气候箱，宁波东南仪器有限公司；UV-2450PC紫外可见分光光度计，日本岛津公司；DDS-307A电导率仪，上海雷磁公司；GY-4数显式果实硬度计，浙江乐清艾德堡仪器有限公司；GSP-6温湿度记录仪，江苏省精创电气股份有限公司；DHG-9245A电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器。

1.3 实验方法

1.3.1 样品准备

将长黄瓜的表面附着物及泥土清理干净后备用。本试验黄瓜随机分为4个组，分别进行以下4组处理：(1)对照(CK)组：无包装；(2)A组：聚乙烯(polyethene,PE)薄膜组，用PE薄膜将黄瓜包裹3层；(3)B组：泡沫箱组，将黄瓜置于泡沫箱内，做好密封；(4)C组：PE薄膜泡沫箱复合组，将黄瓜用薄膜包裹3层后放入泡沫箱中密封。每组每箱2 000 g左右，每个处理设置3个重复。将各组包装好的黄瓜置于人工气候箱内，箱中环境设置为4 ℃、相对湿度(relative humidity，RH)85%～95%，在该条件下贮藏6 d，每天随机取样1次，测定各项指标。

1.3.2 指标检测

1.3.2.1 中心温度

参考程曦[8]的方法进行测定，并稍作修改。用温湿度计测定。将探头插入黄瓜中间位置，保证探头在各个黄瓜内位置一致，每1 h记录1次读数，读数稳定后记录测量结果即为黄瓜中心温度。

1.3.2.2 冷害指数

参考艾文婷等[9]的方法进行测定，黄瓜冷害症状一般表现为：表面凹陷或出现水渍斑、褐色斑，果柄一端开始腐烂等。将黄瓜的冷害程度分为4级：1级—冷害面积≤25%；2级—冷害面积25%～50%；3级—冷害面积50%～75%；4级—冷害面积≥75%。冷害指数计算见公式(1)：

(1)

1.3.2.3 呼吸强度

参考曹建康等[10]的静置法进行测定。将1 kg左右的黄瓜果实置于干燥器中，底部放入盛有10 mL 0.4 mol/L NaOH的培养皿，封盖密闭1 h后取出培养皿，用0.2 mol/L的草酸溶液进行滴定，根据滴定结果计算黄瓜的呼吸强度，单位以mg CO2/(kg·h)表示。

1.3.2.4 失重率

采用称重法测定，失重率计算如公式(2)所示：

(2)

1.3.2.5 硬度

使用艾德堡GY-4硬度计进行黄瓜硬度的测定，选用的探头直径为11 mm。将黄瓜削去果皮后，在黄瓜的瓜头、瓜身、瓜尾3个部位各随机取3个点进行测定[11]。测定时探头垂直于待测黄瓜表面，匀速将压头压入果实内10 mm，读取电子屏幕示数，即黄瓜的硬度值单位以N表示。计算平均值及标准差。

1.3.2.6 相对电导率

参照曹建康等[10]的方法并稍作修改，先用直径4 mm的打孔器在厚度为5 mm的黄瓜切片横截面上打取圆块，称取3.0 g圆块置于100 mL的烧杯中并加入40 mL蒸馏水进行浸泡，1 h后测定浸泡液中的电导率(γ1)。然后在烧杯上覆盖双层保鲜膜后沸水浴15 min，取出冷却至室温后再次测定其电导率(γ0)，根据煮沸前后的电导率计算得出相对电导率(γe)，计算见公式(3):

(3)

1.3.2.7 丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量

采用硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid，TBA)法[10]进行测定。称取1.0 g黄瓜鲜样放于经预冷后的研钵中，其中加入4.0 mL 100 g/L 三氯乙酸溶液，冰浴条件下研磨成匀浆，并于4 ℃、10 000 r/min离心20 min，收集上清液备用。取2.0 mL上清液并向其中加入2.0 mL 6.7 g/L TBA溶液，在沸水浴中处理20 min，取出冷却后再离心1次，分别测定样品在450、532、600 nm处的吸光度。每克黄瓜鲜样中的MDA含量用nmol/g表示。

1.3.2.9 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性

参照曹建康等[10]的方法并稍作修改，称取2.0 g黄瓜鲜样于经预冷后的研钵中，向其中加入3.0 mL提取缓冲液，冰浴研磨成匀浆后于4 ℃、12 000 r/min离心30 min，收集上清液低温保存。利用氮蓝四唑(nitro-blue tetrazolium，NBT)还原法来测定SOD活性，以每克黄瓜鲜样在560 nm处每分钟对NBT光化还原抑制达50%为1个SOD活性单位(U)。

1.3.2.10 过氧化氢酶(catalase，CAT)活性

参照曹建康等[10]的方法，并稍作修改。称取1.0 g黄瓜鲜样于经预冷后的研钵中，向其中加入4.0 mL提取缓冲液，冰浴研磨成浆后于4 ℃、12 000 r/min离心30 min，收集上清液低温保存。往试管中加入100 μL酶液和2.9 mL 0.02 mol/L H2O2溶液，以蒸馏水作参比，测定反应液在240 nm处的吸光度值，以每克黄瓜样品每分钟吸光度变化0.01为1个CAT酶活性单位，表示为0.01ΔOD240/(min·g)。

1.3.2.11 过氧化物酶(peroxidase，POD)活性

参考许婷婷等[13]的方法并稍作修改。称取2.0 g黄瓜鲜样于经预冷后的研钵中，向其中加入4.0 mL提取缓冲液，冰浴研磨成匀浆后于4 ℃、12 000 r/min离心30 min，收集上清液低温保存。向试管中加入3.0 mL 25 mmol/L愈创木酚溶液及500 μL酶提取液，加入200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液后启动反应。记录反应在470 nm处的吸光度变化，以每克黄瓜鲜样每分钟吸光度变化1为1个POD活性单位，表示为ΔOD470/(min·g)。

1.3.2.12 游离脯氨酸含量

参考ZENG等[14]的方法并稍作修改。称取2.0 g黄瓜鲜样于经预冷后的研钵中，向其中加4 mL 30 g/L磺基水杨酸，冰浴研磨成匀浆后在沸水浴下提取10 min，冷却后于4 ℃、10 000 r/min离心20 min，收取上清液备用。吸取2.0 mL上清液于试管中，向其中加入2.0 mL冰醋酸和3.0 mL酸性茚三酮溶液后沸水浴提取30 min，冷却后加入4.0 mL甲苯并摇匀振荡 30 s，待静置分层后于520 nm下测定上清液吸光度，根据标准曲线查询计算游离脯氨酸含量，单位为μg/g。

1.4 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2016对试验数据进行整理计算，使用SPSS 18.0单因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan多重比较分析对各项指标进行显著性分析，P<0.05表示有显著性差异，P<0.01表示有极显著性差异，P>0.05表示差异不显著；用Origin 8.6对数据结果进行作图。

2 结果与分析

2.1 中心温度

如图1所示，各组的中心温度随着贮藏时间的延长均在逐渐下降，其中，CK组下降速度最快，在第10小时温度降为2.2 ℃；A组温度下降速度较CK组慢，在第14 h温度降为2.4 ℃；而B、C组温度下降较平缓，在第36 h温度分别降为4.2和4.3 ℃，2组间差异不大，并且经包装后的黄瓜最终中心温度稍高于未包装的CK组。表明包装处理可以延缓箱内黄瓜中心温度的变化，其中泡沫箱保温效果最好，这与折弯弯等[15]的研究结果一致。而薄膜包装虽然对温度下降有延缓作用，但温度控制能力较弱。

图1 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下中心温度的影响Fig.1 Effect of different packaging materials on the central temperature of cucumbers under low temperature storage

2.2 冷害指数

冷害指数是果实内部一系列冷害相关生理生化反应的综合体现，可以较为直观地判断果实冷害发生的程度[9]。如图2所示，在低温贮藏环境下，CK、A组在第3天就发生了轻微的冷害症状，并且随着贮藏时间的延长，2组的冷害程度逐渐加深，到贮藏第6天，CK组的冷害指数达到了0.35，A组冷害指数也达到了0.15。而B、C组则在整个贮藏期间均未出现冷害症状。原因可能是B、C组由于泡沫箱的保温作用，箱内温度下降缓慢，并且在缓慢降温期间2组对低温有了一定的抵抗能力，即完成了冷驯化。而A组虽然对于冷害有一定的抑制作用，但效果并不理想，可能是因为薄膜包装对减缓温度下降的效果不明显。因此，B、C组对于抑制冷害具有显著作用，说明泡沫箱包装可以明显抑制冷害症状的出现。

图2 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下冷害指数的影响Fig.2 Effect of different packaging materials on cold injury index of cucumber under low temperature storage

2.3 呼吸强度

LYONS[7]指出，当果蔬受到冷害后，呼吸会异常升高，并且随着冷害的发展，其呼吸强度又会出现显著的下降，这是其不可逆生理伤害的开始。如图3所示，由于在贮藏第3天前各组中心温度逐渐降低，且冷害症状尚未出现，各组呼吸强度随时间延长均在降低，并且CK、A组由于中心温度下降更快而呼吸强度略低于B、C组。而由于CK、A组在贮藏后期发生冷害，因此第3天后呼吸强度急剧上升，第4天到达最高峰26.41 mg CO2/(kg·h)；A组较CK组上升较慢，在第5天到呼吸最高峰22.72 mg CO2/(kg·h)；而B、C两组在第3天后呼吸强度继续降低并逐渐趋于平缓，与CK、A组差异极显著(P<0.01)，但2组间差异并不显著(P>0.05)，可能是由于2组并未发生冷害症状，使得2组泡沫箱箱内黄瓜呼吸受到抑制。因此，泡沫箱包装能够明显抑制黄瓜呼吸强度的急速上升，保持黄瓜品质。这与李跃红等[16]的研究结论一致。

图3 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下呼吸强度的影响Fig.3 Effects of different packaging materials on the respiration intensity of cucumber under low temperature storage

2.4 失重率

采后果蔬的生命活动仍然在继续，并且随着蒸腾作用及呼吸作用的进行，果蔬中的水分及营养物质也会随之消耗，从而造成果蔬的重量损失[17]。如图4所示，各组黄瓜失重率随贮藏时间的延长而增大，其中CK组失重率上升最快，从第1天起就与其他各组就形成了极显著差异(P<0.01)，至第6天时CK组失重率达到8.88%；A组失重率上升幅度较CK组明显减弱，但第3天后与B、C组有显著差异(P<0.05)，至贮存期结束失重率达到1.14%；而B、C组失重率增加最为缓慢，且2组差异不显著(P>0.05)，至贮藏期结束失重率仅分别为0.12%和0.058%。表明包装可以明显抑制失重率的上升，减少了黄瓜重量的损失，这与TEKALE等[18]的研究结论一致。原因可能是包装降低了黄瓜呼吸速率的上升，减弱了蒸腾作用，而且泡沫箱包装和泡沫箱薄膜复合包装效果最好。

图4 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下失重率的影响Fig.4 Effect of different packaging materials on weight loss rate of cucumber under low temperature storage

2.5 硬度

果蔬的硬度与细胞壁中纤维素、果胶和半纤维素形成的交联结构紧密相关，在低温胁迫下，细胞壁结构会发生降解[19]，进而果蔬硬度就会下降。如图5所示，各组黄瓜随贮藏时间的延长硬度逐渐降低。在第2天开始，CK组与其他组差异显著(P<0.05)，并且在第5天后差异极显著(P<0.01)，至贮藏期结束硬度降为初始值的73%。其原因可能是CK组失重率的持续增大及后期呼吸速率的急剧上升，使得黄瓜内水分及干物质迅速被消耗[17]，并且冷害产生后细胞壁结构发生降解，导致硬度下降；A、B、C 3组硬度降低速度较CK组明显减弱，但A组仍下降较快，贮藏期结束时硬度降为初始值的87%；而B、C组至贮藏结束硬度仍保持在初始硬度的90%以上。综合而言，泡沫箱包装组和泡沫箱薄膜复合包装组硬度下降最慢，对硬度的保持最好，延缓了黄瓜的软化。

图5 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下硬度的影响Fig.5 Effect of different packaging materials on the hardness of cucumber under low temperature storage

2.6 相对电导率

在低温逆境时，植物膜透性会增加，导致电解质大量外渗[20]，因此，相对电导率可直接反映出细胞膜透性的改变以及细胞被破坏情况。如图6所示，各组相对电导率随贮藏时间的延长而增大，其中CK组上升速度最快，至贮藏结束相对电导率达到57.55%，并且在贮藏期间与B、C组差异极显著(P<0.01)；A组较CK组相对电导率相对较小，贮藏结束达到47.68%，并且在第2天～第5天与B、C组差异显著(P<0.05)；B、C组相对电导率增加幅度最小，在贮藏结束时数值分别为40.71%、41.46%，且2组差异不显著(P>0.05)。综合而言，包装能够明显降低细胞电解质的泄露，保护细胞不被破坏[21]，其中，泡沫箱包装组和泡沫箱薄膜复合包装组保护效果最佳。

图6 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下相对电导率的影响Fig.6 Effect of different packaging materials on the relative conductivity of cucumber under low temperature storage

2.7 MDA含量

MDA是膜脂过氧化作用的主要产物之一，通常将其含量作为脂脂过氧化指标，反应细胞膜脂过氧化的程度[10,22]。如图7所示，各组在低温环境下MDA含量随贮藏时间的延长而增大，并且CK组上升最快，至贮藏期结束MDA含量达到2.06 nmol/g；A组MDA含量上升较CK组慢，至贮藏期结束含量也达到了1.87 nmol/g，并且贮藏期间与CK组差异显著(P<0.05)；B、C则至贮藏期结束MDA含量分别仅为1.20、1.35 nmol/g，与CK组差异极显著(P<0.01)。结果表明包装可以显著降低MDA含量，降低细胞膜脂过氧化的程度，其中，泡沫箱包装组和泡沫箱薄膜复合包装组效果最好。

图7 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下MDA的影响Fig.7 Effect of different packaging materials on cucumber MDA under low temperature storage

图8 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下的影响Fig.8 Effects of different packaging materials on under low temperature storage of cucumber

2.9 SOD活性

图9 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下SOD活性的影响Fig.9 Effect of different packaging materials on SOD of cucumber under low temperature storage

2.10 CAT活性

图10 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下CAT活性的影响Fig.10 Effect of different packaging materials on CAT of cucumber under low temperature storage

2.11 POD活性

POD是通过催化一些底物与H2O2发生氧化还原反应，在底物被氧化的同时H2O2也被分解[28]，与SOD、CAT等酶可以相互协调，及时清除植物体内过多的活性氧和自由基。如图11所示，各组POD活性随贮藏时间的延长整体呈现先上升后下降的趋势，其中B、C组活性始终高于CK、A组，除第2天外差异显著(P<0.05)，且第3天起2组与CK组差异极显著(P<0.01)。在第1天时B、C组的POD活性上升，可能是由于2组黄瓜中心温度较高，呼吸强度也较强，而后黄瓜中心温度降低使得POD活性下降。第2天后各组活性逐渐上升，并在先后到达高峰后开始下降，其中B、C组无显著差异(P>0.05)且下降速度明显低于CK、A组。表明包装可以明显提升POD活性并延缓贮藏后期的下降，维持黄瓜内较高的POD活性，与CAT、SOD协同清除黄瓜内自由基，保持黄瓜免受冷害，并且B、C组效果最佳。

图11 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下POD活性的影响Fig.11 Effect of different packaging materials on POD of cucumber under low temperature storage

2.12 游离脯氨酸含量

植物脯氨酸的积累同其对逆境的耐受能力呈正相关[29]。当植物面对低温等非生物胁迫时，会使脯氨酸大量合成和积累[30]。如图12所示，在第1天时，各组游离脯氨酸的含量都会出现上升现象，并且由于CK组温度下降最快而使得游离脯氨酸含量上升最高，达到42.22 μg/g，与其他组差异显著(P<0.05)；从第2天起，各组游离脯氨酸含量呈现先上升后下降的趋势，这与殷建东[19]的研究结果一致。在贮藏前期，各组游离脯氨酸含量持续升高，在第4天到达高峰，之后开始逐渐下降，包装可以促进贮藏期间游离脯氨酸的合成和积累，各组间差异显著(P<0.05)，并且B、C组与CK组差异极显著(P<0.01)。说明包装处理可有效促进黄瓜游离脯氨酸的合成与积累，并能抑制其在冷藏后期的降解，其中，泡沫箱包装和泡沫箱薄膜复合包装组效果最好。

图12 不同包装材料对黄瓜低温贮藏下游离脯氨酸含量的影响Fig.12 Effect of different packaging materials on free proline in cucumber under low temperature storage

3 结论

本实验探究了泡沫箱对抑制黄瓜冷害的影响，结果表明,所有包装处理都能够延缓箱内黄瓜中心温度的变化，减弱其蒸腾作用和呼吸速率，抑制失重率增大和硬度下降。但薄膜包装对温度控制能力较弱，导致黄瓜在后期遭受低温胁迫，呼吸速率升高又下降。泡沫箱组和泡沫薄膜复合组都能更好地抑制黄瓜相对电导率及MDA含量增加，说明泡沫箱作为隔热材料能使产品实现逐渐降温的作用，增强黄瓜抗冷性，减少瞬间低温对细胞膜的伤害，降低细胞膜脂过氧化程度及细胞电解质的泄露[31]，保护了细胞，使其细胞膜脂不会由液晶态转变为凝胶态，避免了细胞膜膜相发生分离[7]，以及膜和膜相关蛋白功能的下降[32]，达到抑制冷害发生的目的。

综上所述，泡沫箱的隔热作用，使箱内温度下降缓慢，黄瓜对低温有了一定的抵抗能力，完成了黄瓜的冷驯化，从而抑制了冷害症状的产生，所以泡沫箱组和泡沫薄膜复合组都能更好地抑制黄瓜冷害，具有良好的保鲜效果，其中泡沫箱的性价比更高，可优先考虑采用。泡沫箱是一般情况下产品流通的必需品，本研究表明，只要使用得当，完全可以在不增加成本的情况下，增加防止冷害的功能，更好地保持易冷害果蔬流通时的品质。