不同钙制剂对烟富3号苹果采后贮藏品质的影响

崔玉照,颜冬云,王文昊,谭慧婷,孙 伟

(青岛大学 环境科学与工程学院,山东 青岛 266071)

我国是世界上苹果栽培面积和产量最大的国家[1],2020年种植面积高达191万hm2,产量为4 050万t,分别占世界苹果总量的41.36%和46.85%(数据源于联合国粮农组织统计数据库,http://www.fao.org/faostat/zh/#search/apple)。然而,在苹果贮藏过程中,其内在品质不断下降,甚至出现果实腐烂现象,严重影响苹果的质量或商品价值。因此,研究苹果的采后保鲜技术,对其长期贮藏、远距离运输、提高食用口感与内在品质具有重要经济意义。

钙具有稳定细胞壁结构和植物体内第二信使的功能,对果实品质起着重要作用[2]。裴健翔等[3]对苹果进行采后浸钙处理,可以显著降低果实果胶甲酯酶(PME)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)、纤维素酶(CX)活性,减缓原果胶和纤维素的解聚及可溶性果胶含量的上升,进而维持果实硬度。采后氯化钙处理可以有效减缓伽师瓜贮藏过程中原果胶水解与可溶性果胶含量的上升[4];采后浸泡氯化钙处理可以提高菠萝总抗氧化能力,降低总酚含量,从而抑制菠萝黑心病的发生[5];采前喷施氯化钙可显著提高冬枣可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、总黄酮含量和果实硬度,改善冬枣品质[6];采后对杏进行氯化钙处理,能够减少细胞壁多糖主链和侧链的降解,有效控制果实硬度下降[7];采前喷施硝酸钙可显著提高贮藏期内的马铃薯块茎超氧化物歧化酶(SOD)活性,显著抑制丙二醛(MDA)累积,从而延长马铃薯块茎货架期[8]。前人研究主要探究无机离子态钙盐对果实贮藏品质的影响,有机螯合态钙对其影响却鲜有报道。

近年来糖醇螯合钙兴起,有学者认为其功效优于传统无机钙盐[9-10],但相关研究较少,且应用的糖醇螯合钙多以混合物并存(糖醇与无机钙简单混配,或螯合态钙与非螯合态钙并存),至今尚未见以山梨醇为螯合剂合成的全螯合态钙对果实品质及贮藏效果的研究报道。本文以烟富3号苹果为试验材料,通过采后不同形态钙浸泡处理,探讨外源钙采后处理对苹果贮藏品质的影响,以期为提高采后苹果果实品质和延长货架期提供科学依据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试苹果:选取烟富3号红富士苹果为试材,采自山东省即墨区店集镇大官庄村生态果园(120°36′E,36°31′N),栽培规模20 hm2。于2021年11月9日,靠近果园中心区域随机选取农艺性状相近的10棵果树,从树冠中部外围采摘大小均一、着色一致、无病虫害及机械损伤的果实,加厚泡沫网套(规格:12 cm×7 cm)套袋后置于纸箱中,当天运回实验室备用。

供试钙种类:硝酸钙(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);山梨醇混合钙(将一定比例的山梨醇与硝酸钙在常温下溶解,经EDTA滴定法[11]测得其螯合率为0%);山梨醇螯合钙(采用水体系法合成,将一定比例的山梨醇与硝酸钙在65 ℃下反应35 min,经EDTA滴定法[11]测得其螯合率为100%)。

其他试剂:超氧化物歧化酶测定试剂盒,南京建成生物工程研究所。所有试剂如无特殊说明,均采购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

GY-4数显式水果硬度计(配有Φ11 mm测头),衢州艾普计量仪器有限公司;PAL-1数字折光仪,杭州齐威仪器有限公司;DF-1集热式恒温磁力搅拌器,金坛市中大仪器厂;HZK-FA300S分析天平,上海众渊实业有限公司;TG16-WS台式高速离心机,上海卢湘宜离心机有限公司;T6新世纪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 试验设计

共设置4个处理:①清水对照(CK);②硝酸钙(游离态钙);③山梨醇混合钙(混合态钙);④山梨醇螯合钙(螯合态钙)。不同形态钙的质量分数均为0.34%。每个处理保留60个果实,分别置于5 L浸泡液中浸泡20 min。浸泡结束后,室温自然晾干,分别套上泡沫网套(规格:12 cm×7 cm),均匀摆放于温度(10±1)℃、相对湿度(60±5)%的气调保鲜柜中,每隔1 d置换样品位置,确保其受热均匀。试验自2021年11月11日开始,贮藏0、15、30、45、60 d时,分别测定果实相关指标。

1.4 测试指标与方法

1.4.1 硬度测定

随机选取10个果实,沿果实赤道线去皮,采用GY-4数显式水果硬度计测定其硬度,探头直径11.1 mm,下压深度10 mm,重复测定6次,取平均值,以kg·cm-2计。

1.4.2 可溶性固形物含量测定

在果实阴阳两侧取适量果肉,取汁,采用PAL-1数字折光仪测定,重复测定4次,取平均值,以%计。

1.4.3 酸度测定

采用酸碱滴定法测定,以苹果酸计(换算系数为0.067)[12]。称取研磨均匀的果肉10 g,转移至100 mL容量瓶,蒸馏水定容、摇匀,定量滤纸过滤,取20 mL滤液于三角瓶中,加1%酚酞2滴,0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液滴定至红色,且在30 s内不褪色为终点,重复测定4次,以%计。

1.4.4 原果胶含量测定

参考庞荣丽等[13]的方法,略有改动。称取样品5 g,加入50 mL热无水乙醇,85 ℃水浴加热10 min,4 000 r·min-1离心15 min,过滤,重复上述操作5次。将全部沉淀物用0.16 mol·L-1稀硫酸溶液(pH值0.5)转移至三角瓶中,85 ℃水浴加热1 h,冷却至室温,移至100 mL容量瓶,用上述稀硫酸溶液定容,过滤,保留滤液。吸取滤液1 mL于试管中,加入0.25 mL 0.15%咔唑混匀,再迅速加入5 mL 98%浓硫酸,85 ℃水浴加热20 min,冰水冷却,525 nm处测定其吸光度。样品中原果胶含量以半乳糖醛酸质量分数计,单位g·kg-1。

1.4.5 果胶甲酯酶提取与活性测定

酶液的提取及测定均参照陈建勋等[14]的方法,30 ℃条件下,每毫升酶液每分钟内释放1 mmol CH3O-为一个酶活力单位。

1.4.6 维生素C含量测定

采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[15]。称取果肉4 g,加5 mL 2%草酸溶液研磨,定容50 mL,过滤。取滤液10 mL,用2,6-二氯酚靛酚滴定至粉红色且在15 s内不褪色为终点,重复测定4次,以mg·g-1计。

1.4.7 丙二醛含量测定

采用硫代巴比妥酸比色法测定[15]。将0.3 g果肉置于预冷研钵中,加5 mL 0.05 mol·L-1磷酸盐缓冲液(pH值7.8)研磨,在4 ℃下4 000 r·min-1离心10 min取上清液。在上清液中加5 mL 0.5%硫代巴比妥酸溶液,摇匀,沸水浴10 min。于532 nm、600 nm和450 nm处测定吸光度。重复测定4次,以mmol·g-1计。

1.4.8 超氧化物歧化酶提取与活性测定

依照南京建成生物工程研究所超氧化物歧化酶测定试剂盒(A001-1-2)说明书进行酶的提取与测定。定义每克组织在1 mL反应液中超氧化物歧化酶抑制率达50%时所对应的超氧化物歧化酶量为一个超氧化物歧化酶活力单位(U)。

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理,Origin 2019b 软件进行绘图,并应用SPSS Statistics 25 软件进行差异显著性检验(Duncan多重比较,显著性水平P<0.05)与相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同形态钙浸泡处理对苹果果实果肉硬度的影响

果实硬度代表果实表面抗压能力,是判断其贮藏性能的重要指标,与CK相比,3种形态钙浸泡均能延缓果实硬度的下降(图1)。在整个贮藏期间,各处理果实硬度均有所下降,贮藏后期,变化幅度较小。贮藏45～60 d,除硝酸钙处理外,各种浸钙处理的果实硬度显著(P<0.05)高于CK。贮藏45 d时,与清水对照处理相比,硝酸钙、山梨醇混合钙和山梨醇螯合钙处理的果实硬度分别提高6.47%、11.28%和9.08%;贮藏60 d时,各处理的果实硬度分别较初始状态下降30.89%、24.92%、23.07%、22.94%。可见,浸钙处理能不同程度地提高果实硬度,从而延长贮藏期。不同形态钙浸泡处理能增加胞外钙水平,抑制细胞壁和细胞膜的解体,进而延缓果实的成熟与衰老[16]。

同一贮藏时间不同处理间没有相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 不同形态钙浸泡处理对苹果果实可溶性固形物含量和酸度的影响

由图2-A可见,在贮藏过程中,经硝酸钙、山梨醇螯合钙处理后果实及CK的可溶性固形物含量呈“先下降后上升再下降”变化趋势;经山梨醇混合钙处理后果实的可溶性固形物含量呈“W型”变化趋势。贮藏45 d时,不同形态钙浸泡处理的果实可溶性固形物含量均高于CK;贮藏60 d时,各处理对果实可溶性固形物含量的影响为山梨醇混合钙>山梨醇螯合钙>硝酸钙>CK,山梨醇混合钙处理可溶性固形物含量最高,为12.7%,且与CK差异显著(P<0.05)。

图2 不同形态钙对苹果果实可溶性固形物含量(A)与酸度(B)的影响

由图2-B可见,果实中酸度在0～15 d变化较快,15 d后趋于稳定;且各处理酸度达到高峰的时间不同,硝酸钙、山梨醇混合钙、山梨醇螯合钙处理分别于贮藏45、30、45 d达到最高值(0.47%、0.41%、0.45%),之后不断下降。除贮藏15 d时,不同形态钙均能提高果实酸度;贮藏60 d时,各处理果实酸度大小为山梨醇螯合钙>硝酸钙>山梨醇混合钙>CK,但各处理间差异不显著。

2.3 不同形态钙浸泡处理对苹果果实原果胶含量和果胶甲酯酶活性的影响

由图3-A可见,在贮藏过程中,随贮藏时间延长,CK、硝酸钙及山梨醇混合钙处理原果胶含量呈先下降后上升再下降趋势;山梨醇螯合钙处理原果胶含量呈先下降后上升再下降再上升的波动变化趋势。同时可以看出,在贮藏后期(30～60 d),浸钙处理的果实原果胶含量均高于CK。在贮藏30 d和60 d时,硝酸钙和山梨醇螯合钙处理的果实原果胶含量显著(P<0.05)高于CK,而山梨醇混合钙与CK处理差异不显著。贮藏60 d时,山梨醇螯合钙处理的果实原果胶含量比CK高57.1%;硝酸钙和山梨醇混合钙处理的果实原果胶含量比CK高39.4%、11.6%。说明不同形态钙浸泡处理能提高果实原果胶含量,进而维持贮藏期间果实的硬度,且山梨醇螯合钙效果最好。

图3 不同形态钙对苹果果实原果胶含量(A)与果胶甲酯酶活性(B)的影响

果胶甲酯酶是能够降解果胶物质的一种酶[17],直接影响果实质地[18]。如图3-B所示,在整个贮藏期间,CK及各浸钙处理的果实果胶甲酯酶活性均呈先下降后上升再下降的“倒N型”变化趋势。贮藏初始,各处理的果实果胶甲酯酶活性最高。贮藏15 d时,山梨醇混合钙、山梨醇螯合钙处理的果胶甲酯酶活性显著(P<0.05)低于CK,分别比CK低42.61%、35.46%;硝酸钙处理与CK之间差异不显著。贮藏30～60 d,不同处理果实果胶甲酯酶活性均呈下降趋势,贮藏末期不同钙处理果胶甲酯酶活性均低于CK,但差异不显著。说明山梨醇混合钙和山梨醇螯合钙有利于降低果实果胶甲酯酶活性,提高苹果果实的贮藏性能。

2.4 不同形态钙浸泡处理对苹果果实维生素C含量的影响

维生素C是一种非酶抗氧化剂,能够清除植物体内的活性氧,维持细胞膜完整[19]。由图4可见,在果实贮藏过程中,所有处理维生素C含量均不断降低。贮藏前期(0～15 d),各处理维生素C含量迅速降低;贮藏后期(15～60 d),山梨醇混合钙、山梨醇螯合钙处理维生素C含量的降幅明显低于CK。贮藏45 d时,以山梨醇螯合钙处理中维生素C含量最高,比CK高41.55%;贮藏60 d时,各浸钙处理中维生素C含量比CK高9.85%～49.69%,但除山梨醇螯合钙外各处理与CK之间差异不显著。

图4 不同形态钙对苹果果实维生素C含量的影响

2.5 不同形态钙浸泡处理对苹果果实丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性的影响

丙二醛是膜脂过氧化作用的重要产物之一,通常用来评价脂质过氧化和衰老[20]。由图5-A可见,随着贮藏时间延长,CK与各处理中果实丙二醛含量呈上升趋势。各处理的丙二醛含量低于CK,贮藏15 d,CK和各处理果实中丙二醛含量处于较低水平,且无显著差异;贮藏30 d时,不同形态钙浸泡处理中果实丙二醛含量均显著低于CK(P<0.05);贮藏45 d和60 d时,山梨醇螯合钙处理的果实丙二醛含量显著低于CK(P<0.05),分别比CK低35.09%和29.50%,说明不同形态钙浸泡处理能够抑制苹果果实中丙二醛积累,且山梨醇螯合钙处理效果最好。

图5 不同形态钙对苹果果实丙二醛含量(A)与超氧化物歧化酶活性(B)的影响

超氧化物歧化酶是植物体内重要的保护酶,在正常情况下,能够使超氧阴离子自由基的产生与清除处于动态平衡状态[21]。由图5-B可以看出,硝酸钙和山梨醇螯合钙处理的果实超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降趋势,CK及山梨醇混合钙处理的果实超氧化物歧化酶活性呈逐步下降趋势。在贮藏30～60 d,山梨醇螯合钙处理的超氧化物歧化酶活性显著(P<0.05)高于CK,这与该时期内山梨醇螯合钙处理的果实丙二醛含量较低保持一致;硝酸钙处理只在贮藏30 d时显著(P<0.05)高于CK;山梨醇混合钙处理与CK相比差异不显著。说明不同钙形态浸泡处理能够抑制苹果果实中超氧化物歧化酶活性的下降。各处理中以山梨醇螯合钙处理效果最明显。

2.6 苹果果实各品质指标及贮藏性能的相关性分析

苹果各品质指标与贮藏性能随时间的延长表现出一定的差异性,对贮藏45 d和60 d进行分析,发现不同贮藏时期各参数的相关性不尽相同。由表1可见,贮藏45 d时,可溶性固形物含量、酸度、原果胶含量与硬度呈显著正相关,相关系数分别为0.689、0.593、0.630;超氧化物歧化酶活性与硬度呈极显著正相关,说明随着果肉硬度的下降,苹果果实品质不断下降;酸度、原果胶含量、超氧化物歧化酶活性与可溶性固形物含量呈极显著正相关。贮藏60 d时,原果胶含量与超氧化物歧化酶活性达到显著正相关水平;维生素C含量与丙二醛含量呈显著负相关,相关系数为-0.580,说明后期果实衰老过程中,维生素C含量不断下降,活性氧的清除能力变弱,丙二醛在果实体内逐渐积累。

表1 不同形态钙浸泡处理下苹果果实各指标间的相关性

3 讨论与结论

不同形态钙浸泡处理后的苹果,其相关生理指标及品质参数在贮藏期间变化差异较大。随着贮藏时间延长,果实中原果胶降解及可溶性果胶含量上升,细胞孔隙度增大,最终导致果实硬度下降[22]。与CK相比,不同形态钙浸泡处理能够减缓果实硬度的下降,推测原因可能由于钙与细胞壁中果胶结合形成有黏结细胞壁作用的Ca-果胶交联聚合物,影响细胞壁刚性,提高了果实强度[23-24]。本研究中,山梨醇螯合钙处理在贮藏60 d时显著提高了果实中果胶含量,较好地维持果实的硬度,这是因为山梨醇螯合钙的螯合结构能促使更多Ca2+进入果实。但果胶甲酯酶活性与硬度的相关性较小,且不经钙处理并没有显著降低果胶甲酯酶活性,这与Ranjbar等[25]在苹果上的研究相反,与王玲利等[26]对梨的研究结果类似。为此,浸泡山梨醇螯合钙对苹果采后果实软化的影响尚待进一步系统研究。

不同钙处理在一定程度上均能提高苹果果实的贮藏性能与品质。本研究表明,山梨醇螯合钙处理与CK相比显著提升可溶性固形物含量,但对酸度的影响不明显,说明山梨醇螯合钙处理改善了贮藏期间果实固体酸比,有利于果实品质的提升。另外,维生素C在贮藏前期快速下降,后期基本持平,该变化规律可能与贮藏温度有关,该贮藏温度条件下,不能保证果实中维生素C维持在原有水平。Sablani等[27]研究发现,不同温度下番茄内维生素C含量均有不同程度的下降,低温贮藏9 d后,维生素C含量下降14.3%,而高温贮藏9 d后,其含量下降50.0%。本研究还发现,苹果的维生素C含量与可溶性固形物含量和酸度有着密切关系,维生素C与可溶性固形物含量呈显著正相关,可能是因为可溶性固形物中的还原糖是L-半乳糖途径合成维生素C的主要底物,较高的可溶性固形物含量有利于维生素C的合成[28]。在果实酸度较高情况下,与维生素C含量有正相关关系;在酸度较低时,二者呈负相关,与贾定贤等[29]的研究一致。

果实衰老与细胞膜脂过氧化作用及活性氧代谢有关。本研究结果表明,在果实贮藏过程中,超氧化物歧化酶活性大致呈下降趋势,丙二醛含量呈上升趋势,说明在整个贮藏期,活性氧的累积使膜结构遭到破坏[30]。另外,在贮藏末期,各处理超氧化物歧化酶活性比CK分别高3.00%～13.78%,丙二醛含量比CK分别低18.17%～29.50%,说明不同钙形态处理可以减缓细胞膜损害程度,从而延缓果实衰老,与芒果[31]、南果梨[32]和冬枣[33]在采后浸钙效果一致。

综合分析硝酸钙、山梨醇混合钙、山梨醇螯合钙3种不同形态钙对苹果品质及贮藏性能的影响,可以看出,在贮藏末期山梨醇螯合钙处理的苹果果实内的硬度、可溶性固形物含量、酸度、原果胶含量、维生素C含量及超氧化物歧化酶活性降幅均最小,对果胶甲酯酶活性及丙二醛含量的抑制能力最强,表明山梨醇螯合钙处理最好。进一步分析,这是因为多羟基结构的山梨醇作为螯合配体与钙素发生螯合形成螯合态钙。由于螯合态钙电荷趋于中性,在植株韧皮部运输时不易被固定[10,34],故山梨醇螯合钙比未形成螯合的山梨醇混合钙或以无机钙盐形态存在的硝酸钙更能促进Ca元素在植物组织中的迁移,使苹果快速补钙;同时山梨醇作为营养物质进入液泡可为果实提供能量,且对活性氧有清除作用,能够有效减缓膜脂过氧化程度[35];另外山梨醇螯合钙可促使果实内的山梨醇转运蛋白和山梨醇脱氢酶基因的表达上调,加速了山梨醇的转运和代谢[36]。

在(10±1) ℃贮藏条件下,不同形态钙处理在一定程度上提高了烟富3号的品质与贮藏性能,其中山梨醇螯合钙处理更有利于维持贮藏期间果实的硬度,抑制丙二醛含量与果胶甲酯酶活性增加,并使果实保持较高的超氧化物歧化酶活性。因此,建议采后使用山梨醇螯合钙浸泡果实20 min,以提高贮藏期间果实品质,延长苹果贮藏期。