LED持续光照处理对甜瓜贮藏特性及糖代谢的影响

姚 军,郑贺云,张翠环,再吐娜·买买提,耿新丽

(新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所,新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意义】果蔬在采摘后因贮藏不当造成少则损失5%,多则损失高达25%～30%[1]。可见光发光二极管(LED)技术作为一种新型的物理保鲜方法,与传统的物理方法和化学试剂保鲜相比较,来源广、操作简单、成本低廉、无毒害、无副产物残留、对环境友好[2],此技术因其良好的抗菌性和调节植物生理代谢的作用,在果蔬产品的栽培、加工、保鲜等行业受到关注,在现代植物生长调控、保鲜与加工中规模化应用是一项新型技术。【前人研究进展】LED技术主要集中在提高植物生长期果实VC含量、促进果实着色等品质方面的研究,目前对果蔬采后保鲜过程中的营养品质调控也开始增多。利用不同颜色光照处理对芦笋[3]、西兰花[4]、樱桃番茄[5]、番茄[6]、黄瓜[7]、猕猴桃[8]、青椒[8]等果蔬贮藏过程对保持品质、延缓衰老效果较好。红光能延迟西兰花采后黄化,抑制乙烯生成,同时维持西兰花葡萄糖和果糖水平,增加蔗糖含量[9-10]。Joaquin等[11]在抱子甘蓝上通过光照处理后叶绿素含量是对照的10倍以上。近年来,LED光照处理在甜瓜上的研究主要集中在植物生长期的生长发育、品质变化及抗白粉病上[12-15]。【本研究切入点】应用于甜瓜采后果实品质和贮藏保鲜上的研究鲜有报道。需研究不同光质LED灯照射对甜瓜贮藏期贮藏特性及糖代谢的影响。【拟解决的关键问题】采用LED红、蓝、白3种单色弱光分别对贮藏期甜瓜进行持续照射,为研发甜瓜采后保鲜新技术及LED单色光在甜瓜保鲜中的应用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

以西州密25号为材料,选取相近糖度(可溶性固形物在14%～16%)、果个大小均匀的无病虫斑、无机械损伤的果实。

仪器:无损伤测糖仪(日本产KBA100R型);液相色谱仪(美国安捷伦1260);水果质地分析仪(国产GS -15型);色差仪(国产JZ-650型);低温恒温箱(日本三洋 MIR-254)。

1.2 方 法

1.2.1 贮 藏

选用西州密25号为材料,采用LED的红光、蓝光、白光进行照射处理(30 lx),以遮光贮藏作为对照,7℃低温恒温箱内贮藏,湿度控制在70%～80%,每个处理,20个单瓜,3次重复。每7 d测定甜瓜果实可溶性固形物、色差、果肉硬度、失重率和腐烂率等变化。采用高效液相色谱每3 d测定贮藏后甜瓜(选糖度15%±0.5%)果肉蔗糖、葡萄糖、果糖含量,每个处理每次测定3个单瓜,分析在整个贮藏期甜瓜果肉糖分的变化。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 可溶性固形物(TSS的测定)

采用日本产的KBA100R型无损伤测糖仪进行测定。

1.2.2.2 果实腐烂率

果实腐烂率(%)=腐烂果实数量/总果数量×100。

1.2.2.3 果实硬度

采用北京阳光亿事达科技有限公司的GS -15型水果质地分析仪测定。

1.2.2.4 失重率

测定采用称重法,失重率=(初始重量-贮藏后重量)/初始重量×100。

1.2.2.5 色差

利用色差仪对甜瓜果实赤道部位果皮的“L”、“a”、 “b”值测定。每个处理测20个果实,每个果实取3个点,取平均值,记为果皮色差值[16]。

1.2.2.6 糖分含量

1.2.2.6.1 标准曲线的绘制

分别取5.00、2.00、1.00、0.50、0.10、0.05 mg/L 的葡萄糖、果糖、蔗糖的标准溶液,进样量为20 uL,以标准为纵坐标,标样峰面积为横坐标,绘制标准曲线并计算回归方程。葡萄糖、果糖、蔗糖的质量浓度与其HPLC 峰面积的相关参数分别为0.999 8、0.999 6、0.999 5[17]。表1

表1 糖质量浓度与HPLC 峰面积的回归方程和相关系数

1.2.2.6.2 色谱条件

色谱柱:氨基柱(Platisil NH2 5u 250 mm×4.6 mm);流动相为乙腈∶ 水=75∶ 25,流动相经0.45 μm 滤膜过滤后超声波脱气30 min,流速为1.00 mL/min,进样体积为20 μL,柱温为35℃[17]。

1.2.2.6.3 糖分提取

准确称取经榨汁机打碎的甜瓜果肉1 g,加6 mL纯乙腈(色谱级),60℃水浴10 min后8 000 r/min 离心20 min,将上清液转至25 mL的容量瓶中;残渣再加入6 mL双蒸水,继续60℃水浴10 min,8 000 r/min 离心20 min,合并上清液;再次重复上一步提取1次,合并上清液,最终定容到25 mL刻度,抽取1 mL上清液通过0.22 μm 有机滤膜过滤,供高效液相色谱检测用[17]。

1.2.3 计算

1.2.3.1 糖含量[18]。

计算公式:W=C0V/m,式中:W为糖含量(mg/g·FW);C0为糖分质量浓度(g/L);V为样品溶液体积(mL);m为样品质量(g)。

1.2.3.2 甜度值

甜度值计算参照薛素林等[18]方法,以蔗糖的甜度值为基准1.00,果糖为1.75,葡萄糖为0.7,甜度值=果糖×1.75+葡萄糖×0.7+蔗糖×1。

1.3 数据处理

每个指标测定值利用Excel统计分析并绘图,采用SPSS17.0数据处理软件对数据进行方差分析(ANOVA),采用Duncan’s多重比较对差异显著性进行分析。

2 结果分析

2.1 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期可溶性固形物的影响

研究表明,LED持续照光处理随着贮藏天数的增加呈现出了先降低后升高,而对照处理则是先降低后升高再降低的现象。在贮藏第35 d, 白、红、蓝各单色光的可溶性固形物含量较贮藏前的增幅为6.2%、6.46%、7.14% ,而对照组可溶性固形物含量较贮藏前的降幅为1.8%,且光照处理组与对照组的差异达极显著水平(P<0.01)。照光处理加速了甜瓜贮藏期糖代谢的进程。LED光照处理具有保持甜瓜贮藏期可溶性固形物含量下降的作用。图1

图1 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期可溶性固形物变化

2.2 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期失重率的影响

研究表明,随着贮藏天数的增加,LED持续光照处理和对照处理失重率均呈现出了逐渐升高的现象。但贮藏前期,LED持续照光处理失重较为缓慢,对照处理失重较快,在贮藏第7 d,光照处理组与对照组的差异达极显著水平(P<0.01)。在贮藏后期,LED持续照光处理失重较快,对照处理失重较平缓,在贮藏期第28 d, 光照处理组与对照组的差异达极显著水平(P<0.01),处理组之间差异不显著(P>0.05)。在贮藏前期LED持续照光处理能延缓甜瓜表面的水分散失,但贮藏后期,可能是持续光照诱导了甜瓜果皮组织表面气孔开放,加速组织内水分和气体扩散。短期的照光处理能够延缓甜瓜贮藏期的失重率,而长期照射则加速了失重率的上升。图2

图2 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期失重率变化

2.3 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期果皮颜色的影响

研究表明,西州密25号在采后贮藏过程中果皮会脱绿黄化 ,采用L值和a/b值反映果皮的新鲜度和保绿程度。随着贮藏天数的增加,L值呈现了逐渐升高的现象,而a/b值呈现了先升高后降低的现象。而L值的升高甜瓜表皮的颜色越来越浅,a/b值的降低是果皮褪绿或黄化。对照组的L值明显高于光照处理的L值,且对照组L值在贮藏期内升高迅速,在贮藏中期,对照组与光照处理组的差异达极显著水平(P<0.01),在贮藏后期,红色光照组与其他处理组的差异达显著水平(P<0.05)。而整个贮藏期,红色处理组与对照组的差异达显著水平(P<0.05)。而a/b值红色处理组明显低于对照组,对照组又高于白、蓝光照处理组,LED红光处理能够延缓甜瓜果皮的褪绿或黄化(P<0.05)。LED持续光照组具有保持甜瓜果皮颜色的作用,尤其以红色光对保持甜瓜果皮颜色效果最好。图3

图3 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期L值和a/b值变化

2.4 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期腐烂率的影响

研究表明,随着贮藏天数的增加,LED持续照光处理和对照处理腐烂率均呈现出了逐渐升高的现象。在贮藏第21 d,白光处理组的甜瓜未发生腐烂,而其它2个处理组和对照组均有腐烂发生,尤其以红光处理组和对照组腐烂最为严重,腐烂均达到15.79%;在贮藏第28 d,白光处理组腐烂开始发生,红光和蓝光光照处理组腐烂较严重,均达到42.11%;在贮藏第35 d,除白光处理组以外其它2个处理组和对照组腐烂均超过一半以上,以对照组腐烂最为严重,达到68.42%。LED白色光照处理对减少甜瓜贮藏期果实腐烂上效果较明显,而红、蓝光持续照射则有加速腐烂发生的可能。图4

图4 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期腐烂率变化

2.5 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期果肉硬度的影响

研究表明,随着贮藏天数的增加,LED光照处理组和对照组果肉硬度均呈现出了逐渐降低的现象。对比4个处理组果肉硬度的变化,以白色光照处理组果肉硬度较高,其次是红色光照处理组,而蓝光光照处理组与对照相比。贮藏前21 d,对照处理组优于蓝光光照处理组,贮藏21 d后,蓝光光照处理组优于对照处理。在贮藏期第28 d, 白色光照组与其他处理组的差异达显著水平(P<0.05)。LED持续光照以白、红单色光对延缓 果肉硬度下降具有明显效果,其中以白色光照处理组效果最好。图5

图5 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期果肉硬度变化

2.6 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期蔗糖含量的影响

研究表明,在贮藏期前6 d,对照处理组的果实蔗糖含量高于不同LED光照处理组,对照组与光照处理组间差异显著(P<0.05),而处理组之间差异不显著(P>0.05)。贮藏期6 d后,对照处理果实的蔗糖含量低于不同LED光照处理组,对照组与白光处理组差异显著(P<0.05),贮藏后期不同LED光照处理延缓了果肉中蔗糖的降解。对比不同光照处理组之间蔗糖的降解变化,白光处理组效果最好,红光次之。各光照处理之间差异不显著(P>0.05)。图6

图6 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期蔗糖含量变化

2.7 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期果糖含量变化

研究表明,随着贮藏天数的增加, LED持续光照处理对甜瓜贮藏期果糖含量的影响呈现为逐渐降低的现象,在贮藏期第27 d,白光、红光、蓝光、暗光处理甜瓜果实果糖的下降率为16.68%、20.11%、20.90%、26.32%。在贮藏期前9 d,对照处理组的甜瓜果实果糖含量高于不同LED光照处理组,而贮藏期9 d后,对照处理组的果实果糖含量低于不同LED光照处理的果糖含量, 且对照组与白光处理组差异达显著水平(P<0.05)。对比不同光照处理组之间的果糖含量变化,白光光照处理组的果糖含量明显高于红、蓝光处理组,各处理之间差异不显著(P>0.05)。图7

图7 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期果糖含量变化

2.8 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期葡萄糖含量的影响

研究表明,在贮藏期前6 d,对照处理组的果实葡萄糖含量高于不同LED光照处理组的葡萄糖含量,对照组与各处理组差异显著(P<0.05),而各处理之间差异不显著(P>0.05)。在贮藏期6 d后,对照处理组果实的葡萄糖含量低于不同LED光照处理组的葡萄糖含量, 不同光照处理组之间差异不明显(P>0.05)。在贮藏期第27 d,白光、红光、蓝光、暗光处理甜瓜果实葡萄糖的降解率为21.19%、39.88%、25.27%、55.01%。贮藏后期不同LED光照处理组延缓了甜瓜果肉中葡萄糖的降解。图8

图8 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期葡萄糖含量变化

2.9 LED持续光照处理对甜瓜贮藏期甜度影响

研究表明,在贮藏期前6 d,对照处理组的果实甜度值高于不同LED光照处理组,在贮藏期6 d后,对照处理组果实的果糖甜度低于不同LED光照处理组,不同LED光照处理在贮藏后期具有延缓果实甜度下降的作用。贮藏后期对比不同光照处理组之间果实甜度的变化,白光光照处理组的果实甜度值优于红、蓝光处理组,在贮藏第27 d时,白光、红光、蓝光、暗光处理甜瓜果实甜度的下降率为15.86%、22.91%、21.71%、31.38%。白光光照处理组对保持果实甜度效果最好。图9

图9 LED持续光照处理下甜瓜贮藏期甜度值变化

3 讨 论

LED持续光照处理对甜瓜贮藏期贮藏特性来看,红、蓝、白3种单色光照射与暗光处理相比较,LED持续光照具有延缓可溶性固形物下降和贮藏前期失重率下降,保持甜瓜果皮颜色,减少腐烂发生,延缓果肉硬度下降等作用。其中白色光对减少腐烂率、保持果肉硬度效果最好。研究结果与雷静等[5]在樱桃番茄采后贮藏期可溶性固形物变化相一致。MARTINEZ等[19]研究发现鲜切生菜在弱荧光照射下贮藏7 d后,其叶片表面气孔张开数目为74.2% ,而对照样品在黑暗条件下的气孔张开数目仅为25.1%。但ZHAN等[20]、THWEA等[21]认为光照处理导致的鲜重丢失率上升在较短的贮藏销售期内,并不影响某些鲜切果蔬的感官品质和商品价值。相似的结果在黄瓜[7]、西芹[22]和上海青[23]的研究中也被报道。范林林等[6]发现LED白光处理具有维持番茄的感官品质和色泽保持,延缓水分损失,抑制可溶性固形物降低、VC含量降解的作用。其中红色光照处理对保持甜瓜果皮颜色效果最好,与顾振新等[24-26]的研究相一致。研究还发现短期的照光处理能够延缓甜瓜的失重率上升,长期照光处理能够延缓甜瓜果肉的果糖,蔗糖和葡萄糖的降解速率。玛尔哈巴·帕尔哈提等[15]也认为伽师瓜经光照,提高了果实失重率,提高果肉可溶性固形物和还原糖含量,促使果皮色素含量的积累。

LED持续光照处理对甜瓜贮藏期保绿护色方面来看,对比L和a/b值,L值的升高表明,甜瓜表皮的颜色变浅,a/b值的降低表明是果皮褪绿或黄化,比较红、蓝、白3种单色光照射与暗光贮藏,对照组的L值明显高于光照处理的L值,整个贮藏期,红色光照处理组与对照组的差异达显著水平(P<0.05)。而a/b值红色处理组明显低于对照组,对照组又高于白、蓝光照处理组,LED红光处理能够延缓甜瓜果皮的褪绿或黄化。在光照条件下,不同程度的抑制了叶绿素分解有关酶类的活性,延缓了叶绿素分解,维持了植物的绿色[24]。Jiang等[25]研究发现LED红光可以有效延缓西兰花黄化,抑制营养物质的降解和叶绿素降解酶基因的表达。Alba等[26]报道红光定时处理番茄可以有效增加番茄红素含量的2～3倍。

LED持续照光处理对甜瓜贮藏期糖代谢的影响来看,因LED光照处理组对甜瓜的可溶性固形物含量保持上较为明显,故采用高效液相色谱对果肉的果糖、蔗糖、葡萄糖的变化分析,在贮藏期前6d, 不同光照处理组的果实蔗糖、葡萄糖、糖度值含量均低于对照处理组,且对照组与各处理组差异显著(P<0.05),贮藏期6 d后,不同光照处理组的果实蔗糖、葡萄糖、糖度值含量均高于对照处理组,而果糖含量在贮藏期第9 d后,表现出与蔗糖和葡萄糖相同的变化趋势。不同LED光照处理延缓了甜瓜贮藏中后期果肉中蔗糖、葡萄糖、果糖的降解速率。与Joaquin等[10]在西兰花和雷静[5]在樱桃番茄上研究相似。对比不同光照处理组之间蔗糖、葡萄糖、果糖的降解变化,不同光照处理组之间差异不明显(P>0.05),在贮藏期第27 d,不同光照处理组之间蔗糖、葡萄糖、果糖的下降速率来看,白光处理的下降速率较慢,而且白光处理组的甜度值明显高于其他单色光,白色光照处理对保持甜瓜贮藏期糖分降解上效果较好。

4 结 论

LED持续光照处理在甜瓜贮藏保鲜及糖分品质保持上效果明显。其中白、红、蓝各单色光在贮藏35 d可溶性固形物含量较贮藏前的增幅为6.2%、6.46%、7.14% ,而对照组较贮藏前有所降低,降幅为1.8%,白色光在减少腐烂发生、硬度下降上效果最好,红色光在保持甜瓜果皮颜色上效果最好。