热烫和1-MCP 联合处理对鲜切芹菜贮藏品质的影响

孔倩倩, 张建华, 钟耀广, 程 杨

(1. 上海海洋大学食品学院, 上海 201306; 2. 上海交通大学农业与生物学院, 上海 200240)

芹菜采收后容易失水萎蔫、黄化和腐烂, 使货架期缩短[1]. 鲜切芹菜因机械损伤使其组织被破坏, 导致乙烯异常增多, 呼吸作用旺盛, 内源酶活性增加, 使切面褐变加快. 同时, 贮藏期间的失水会加剧芹菜叶柄膜脂的过氧化水平, 导致颜色、质地和风味劣变的发生[2]. 基于此,开发抑制其呼吸作用和褐变的新技术, 更好地保持鲜切芹菜的感官和营养价值, 非常重要.

热烫处理可以降低蔬菜表面的微生物数量, 抑制酶促褐变. Rehman 等[3]发现热处理可使甜椒冷害程度、失重率、活性氧和丙二醛(malonaldehyde, MDA) 含量降低, 抗氧化酶活性显著提高. 但高温长时间热烫会使蔬菜组织细胞受热被破坏, 导致细胞壁收缩、细胞间的结合力降低, 造成蔬菜软化, 且因部分叶绿素热降解, 使其绿色减退, 因此适当的热处理可能会对冷藏鲜切芹菜的品质产生重要影响[4].

1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP) 可阻断乙烯与其受体的结合, 抑制乙烯发挥生理效应, 抵御贮藏过程中自由基引起的氧化损伤, 使蔬菜保持新鲜[5]. 1-MCP 保鲜剂主要为粉末型产品, 溶解后气体释放快, 需要快速封闭容器, 小规模使用时易出现有效处理浓度不精确的问题. 本工作使用的安喜贴(Ansi-LS) 是一种新型的缓释贴片, 可通过改变贴片面积获得所需1-MCP 气体的浓度, 具有使用方便、浓度控制精确等优点, 也可在运输中使用.

单独的保鲜技术对延长果蔬保质期的效果有限. 例如, 热烫处理对果蔬有一定的护色作用, 但不能抑制后熟和减少失重; 而乙烯抑制剂1-MCP 能有效抑制后熟. 因此, 联合保鲜技术是一个新的发展趋势. 本工作探究了热烫、1-MCP 单独处理和联合处理对鲜切芹菜在低温贮藏过程中各项生理指标的影响及其作用机制, 以期为鲜切芹菜的贮藏保鲜提供技术参考和理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验材料: 新鲜香芹(上海扬升农副产品合作社); 安喜贴(台湾利统股份有限公司).

实验仪器: SLFPTAD 型多功能酶标仪(美国伯腾仪器有限公司); HH-S 型数显恒温水浴锅(金坛市正基仪器有限公司); UV-1100 型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司);CR-10 便携式色差仪(上海右一仪器有限公司); TA.XT Plus 型质构仪(英国Stable Micro System 公司); H-2050R-1 型高速冷冻离心机(长沙湘仪离心机有限公司).

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理

芹菜采摘后装入泡沫箱运送至实验室. 选取成熟度一致、粗细均匀、无病虫害和机械损伤的芹菜, 洗去表面污物. 将绿叶、根部和受损的茎部去掉, 其余叶柄部分用锋利的不锈钢刀手工切成5 cm 的小段, 每组1 000 g.

1.2.2 热烫处理(HW 组)

用50°C 热水处理鲜切芹菜, 热烫时间分别为0、20、40、60、80 s, 其中以热烫时间为0 s作为对照(CK). 冷却至室温后测定相关指标, 确定热烫处理的最佳时间.

1.2.3 1-MCP 熏蒸处理(1-MCP 组)

取7 个60 L 的泡沫箱, 各放入1 000 g 鲜切芹菜. 取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 片安喜贴, 在其上喷洒少量蒸馏水后, 分别贴在泡沫箱中. 密封泡沫箱, 使箱内1-MCP 的体积分数分别为0、0.3、0.6、0.9、1.0、1.5、1.8 μL/L (其中以体积分数为0 μL/L 作为对照(CK)),在(20±1)°C 下熏蒸24 h. 将处理后的鲜切芹菜放置于聚乙烯保鲜袋内, 在(4±1)°C 下贮藏.分别于第0、2、4、6、8 天取样测定相关指标, 确定1-MCP 处理的最佳体积分数.

1.2.4 热烫和1-MCP 联合处理(HM 组)

鲜切芹菜于50°C 热烫20 s. 冷却至室温后, 在(20±1)°C 下使用0.9 μL/L 的1-MCP进行24 h 的熏蒸处理. 将处理后的鲜切芹菜放置于聚乙烯保鲜袋内, 在(4±1)°C 下贮藏. 分别于第0、3、6、9、12 天取样测定相关指标, 并以不经任何处理组(CK 组)、HW 组和1-MCP组为对照.

1.2.5 指标测定

1.2.5.1 色差的测定

采用CR-10 便携式色差计测定样品表面的颜色变化, 记录红绿色a*值和黄蓝色b*值.

1.2.5.2 MDA 质量摩尔浓度的测定

参考张梦媛等[6]的方法, 采用硫代巴比妥酸法测定MDA 的质量摩尔浓度,结果以μmol/g表示.

1.2.5.3 叶绿素质量分数的测定

取0.5 g 样品置于研钵中, 加入少量石英砂和碳酸钙粉及2 mL 80%的丙酮溶液研磨成匀浆, 再加入80% 的丙酮溶液5 mL, 继续研磨至组织变白. 定容到50 mL 后摇匀, 用滤纸过滤.用分光光度计检测滤液在663 和645 nm 处的吸光值. 叶绿素质量分数的计算公式为

式中:m为所取的样品质量;V为所用丙酮提取液的体积.

1.2.5.4 硬度的测定

参考叶宏宇等[7]的方法并略作修改. 选用直径为5 mm 的P5 探针, 压力元件为1 kg, 测定条件如下: 压缩模式; 测前、测中、测后的速度均为1 mm/s; 压缩30%. 取每段芹菜的中间部位测定其硬度.

1.2.5.5 失重率的测定

采用称重法. 每个实验组取30 根芹菜, 称重. 新鲜芹菜初始质量记为m0, 低温贮藏不同天数后再次称重的质量记为m. 失重率计算公式为

1.2.5.6 各项生理指标的测定

维生素C(vitamin C, VC)、还原型谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH) 的质量分数均按南京建成生物工程研究所试剂盒说明书进行测定.

过氧化物酶(peroxidase, POD) 活性测定参考了王亚楠等[4]的方法. 单位活性以每克样品每分钟在410 nm 波长处的吸光度值变化0.001 表示, 结果以U/(g·min) 表示.

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧阴离子(superoxide anion, O-2·) 的活性, 以及过氧化氢(H2O2) 的质量摩尔浓度均按照南京建成生物工程研究所试剂盒说明书进行测定.

1.3 数据处理

所有数据均取3 组平行实验的平均值. 采用Excel 2021 进行统计分析, Origin 2018 软件作图, SPSS 22.0 软件检验差异显著性,P ＜0.05 表示差异显著.

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 不同热烫时间对鲜切芹菜色泽、MDA 质量摩尔浓度和叶绿素质量分数的影响

色泽是反映果蔬感官品质的重要指标[8]. 叶绿素对热敏感, 加热会致其质量分数变化, 从而影响果蔬的色泽. 加热也会导致果蔬膜脂的过氧化水平提高, 使MDA 的质量摩尔浓度增加[9]. 50°C 不同热烫时间对鲜切芹菜色泽、MDA 质量摩尔浓度和叶绿素质量分数的影响如表1 所示.

表1 不同热烫时间对鲜切芹菜色泽、MDA 和叶绿素的影响Table 1 Effects of blanching time on color, MDA and chlorophyll of fresh-cut celery

由表1 可以看出: 随着热烫时间延长, a*值逐渐降低, b*值逐渐增大, 表明绿色和黄色逐渐增强. 这可能是由于热烫破坏了鲜切芹菜的叶绿体组织, 蓝绿色的叶绿素a 和黄绿色的叶绿素b 被释放的结果[10]. 另外, 长时间的热烫会促进叶绿素降解, 使其转变为脱镁叶绿素, 色泽由绿转黄[11].

由表1 还可以看出: 经过热烫处理的芹菜, 其MDA 的质量摩尔浓度均显著低于CK 组,表明热烫能够减缓膜脂过氧化程度, 这与曹明明等[12]在葡萄热烫时的发现有相似趋势; 叶绿素质量分数与热烫时间呈负相关, 热烫时间为20 s 的芹菜的叶绿素质量分数损失最小, 只有0.58%, 且该时间也是色泽和MDA 质量摩尔浓度变化的拐点. 因此, 本工作选择50°C、20 s为热烫的条件.

2.1.2 不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜硬度、MDA 质量摩尔浓度和失重率的影响

果蔬切割后, 切割面组织暴露在空气中, 水分流失加速并降低细胞的膨胀压力, 改变了结构特征并影响其硬度. 果蔬采摘后的呼吸和蒸腾作用使水分和营养物质不断流失, 质量逐渐减少, 因此失重率可作为评定果蔬新鲜度的指标之一[9].

不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜硬度的影响如图1 所示, 其中不同小写字母表示差异显著. 可以看出, 1-MCP 处理组的硬度始终高于CK 组, 且自第6 天开始, 与CK 组差异显著. 这说明1-MCP 处理可以延缓鲜切芹菜软化, 可能的原因是1-MCP 可以抑制细胞壁降解相关酶活性[6]. 0.9 μL/L 组的硬度要高于其他处理组, 第8 天时与其他各组差异显著, 因此选择该体积分数为1-MCP 的处理条件. 王波等[13]发现: 1-MCP 处理效果与其体积分数并不成正相关; 体积分数过高可能会刺激果蔬的一些生理变化, 导致其代谢紊乱, 使果蔬品质劣变.

图1 不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜硬度的影响Fig.1 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on hardness of fresh-cut celery

不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜MDA 质量摩尔浓度的影响如图2 所示, 其中不同小写字母表示差异显著. 可以看出: MDA 质量摩尔浓度在贮藏期间均呈增加的趋势;0.9 μL/L 处理组的MDA 质量摩尔浓度始终保持最低水平, 在贮藏0～8 d 时仅从0.066 增加至0.086 μmol/g. 安容慧等[14]发现, 用1-MCP 处理娃娃菜也可显著降低其MDA 质量摩尔浓度.

图2 不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜MDA 质量摩尔浓度的影响Fig.2 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on MDA content of fresh-cut celery

不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜失重率的影响如图3 所示, 其中不同小写字母表示差异显著. 可以看出: 失重率随贮藏时间的延长均呈上升趋势; 0.9 μL/L 处理组与其他各组差异显著(P ＜0.05). 这与Hassan 等[5]用1-MCP 处理香菜的结果相似.

图3 不同体积分数的1-MCP 处理对鲜切芹菜失重率的影响Fig.3 Effects of 1-MCP treatment with different volume fractions on weight loss rate of fresh-cut celery

2.2 热烫与1-MCP 联合处理对鲜切芹菜低温贮藏期间保鲜效果的影响

2.2.1 热烫与1-MCP 联合处理对失重率、硬度和色泽的影响

鲜切芹菜在贮藏期间的水分流失和有机物消耗会导致其质量减少. 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对失重率、硬度和色泽的影响如图4 所示, 其中不同小写字母表示差异显著. 由图4(a) 可以看出: 随着贮藏时间的延长, 失重率均呈上升趋势; 热烫和1-MCP 处理均可降低质量损失, 其中以HM 组效果更佳; CK 组第6 天和第9 天的失重率分别为4.50% 和8.541%,HM 组第12 天的失重率为5.568%, 介于二者之间, 表明热烫与1-MCP 联合处理可延缓质量损失3～6 d. 王斌等[15]的研究也发现, 热烫处理可以降低鲜切芋头的失重率, 并延缓芋头的软化. 苗泽钰等[16]也通过热烫处理使鲜切荸荠的贮藏期延长了2～3 d.

图4 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对失重率、硬度、色泽的影响Fig.4 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on weight loss rate,hardness, and color of fresh-cut celery during storage

由图4(b) 可以看出: 随着贮藏时间的延长, 硬度均呈下降趋势, 热烫和1-MCP 处理均可抑制软化进程; 第6 天后, HM 组与其他3 组差异显著(P ＜0.05); HM 组贮藏12 d 的硬度值与CK 组第6 天的值较接近, 表明该处理可以将软化延迟6 d. Frempong 等[17]对柠檬和Huan 等[18]对猕猴桃进行1-MCP 处理时也发现有延缓软化的作用. 热烫处理可能通过激活果胶甲基酯酶, 1-MCP 处理则通过抑制细胞壁的分解来延缓软化[6,19].

由图4(c) 可以看出: 随着贮藏时间的延长, a*值和b*值均呈上升趋势, 说明鲜切芹菜逐渐褪绿转黄; HM 组在第9 天的a*值和b*值分别为-6.6、22.5, 与其他3 组差异显著(P ＜0.05), 与CK 组第6 天的值(-6.4、22.8) 接近. 这说明热烫与1-MCP 联合处理可以将黄化过程推迟3 d.

2.2.2 热烫与1-MCP 联合处理对VC 和GSH 质量分数的影响

VC 可以清除活性氧(reactive oxygen species, ROS) 等自由基, 是果蔬组织内重要的营养物质[20]. 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对VC 质量分数的影响如图5(a)所示. 由图可知,各组的VC 质量分数在贮藏过程中均不断下降, 但1-MCP 组和HM 组的降幅不显著. 这说明1-MCP 单独处理或与热烫联合处理均可有效减缓VC 的流失. 这与李金金等[21]用1-MCP 结合保鲜剂有效抑制鲜切甘蓝VC 质量分数下降的结果相似.

图5 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对VC 和GSH 质量分数的影响Fig.5 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on VC and GSH mass fractions of fresh-cut celery during storage

GSH 可以直接与自由基结合并将其清除, 或将脱氢抗坏血酸还原为抗坏血酸, 从而发挥抗氧化的作用[22]. 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对GSH 质量分数的影响如图5(b) 所示. 由图可知, 各组的GSH 质量分数在贮藏过程中呈现先升后降的趋势, 但都显著高于CK组(P ＜0.05).

HM 组保持了较高的VC 和GSH 质量分数. 这可能是因为热烫处理和1-MCP 处理可以抑制呼吸作用, 从而减少VC 合成前体物质己糖的消耗[22-23], 维持较高水平的GSH 和VC 质量分数, 发挥抗坏血酸-GSH 代谢循环的正常作用, 减少自由基的形成及氧化应激对鲜切芹菜的损伤.

2.2.3 热烫与1-MCP 联合处理对POD、SOD、CAT、H2O2和的影响

果蔬在正常环境下, 细胞内ROS 的代谢保持动态平衡. 当果蔬受到胁迫时, ROS 的动态平衡被打破, 加速ROS 的产生. 同时, ROS 清除酶的活性和内源性抗氧化物质含量下降, 大量ROS 积累, 导致果蔬细胞膜脂质过氧化, 加速了植物组织的老化和死亡[24]. H2O2质量摩尔浓度变化在一定程度上可反映ROS 的积累情况. 由图6(a) 可知, 在贮藏过程中, 不同处理组H2O2质量摩尔浓度上升的速度为HM 组＞HW 组＞1-MCP 组＞CK 组, 且各组间差异显著(P ＜0.05).

图6 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对H2O2 质量摩尔浓度、POD、SOD、CAT 和· 活性的影响Fig.6 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on H2O2 content and POD,SOD, CAT and activities of fresh-cut celery during storage

评估果蔬抗氧化能力的关键指标是POD、SOD 和CAT 的活性. SOD 可以催化植物体内毒性较高的超氧自由基生成毒性较低的H2O2和O2[25]. POD 可清除自由基, 减轻H2O2对果蔬的损害, 在维持ROS 系统的代谢平衡方面发挥重要作用[26]. CAT 能在果蔬遭遇胁迫时直接将积累的H2O2分解为H2O 和O2, 避免其生成氧化性更强的·OH-, 从而减少H2O2对果蔬细胞的伤害[27-28]. 热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对POD、SOD 活性的影响如图6(b) 和(c) 所示. 由图可知: 随着贮藏时间的延长, POD、SOD 活性呈先升后降的趋势, 其中CK 组和处理组的POD 活性分别于第6 天和第9 天达到峰值; 在贮藏中后期, HM 组的POD、SOD 活性要显著高于1-MCP 处理组和HW 组(P ＜0.05). 这与许婷婷等[29]发现热处理可以诱导黄瓜POD 活性上升, 及王通等[30]认为1-MCP 可增强采后黄花菜抗氧化能力的结果相似.

热烫、1-MCP 单独处理及联合处理对CAT 活性的影响如图6(d) 所示. 由图可知: 随着贮藏时间的延长, 各组的CAT 活性均不断下降, 但仍显著高于CK 组(P ＜0.05); HM 组活性提高更显著, 在贮藏第12 天时达22.72 U/g. 这与Chen 等[31]发现1-MCP 处理可以使鲜切藕片保持较高的CAT 活性, 从而提高抗氧化能力, 延长保质期的结果相似.

综上, 热烫与1-MCP 联合处理不仅可以通过保持较高水平的GSH 和VC 质量分数, 发挥抗坏血酸-GSH 代谢循环的正常作用, 减少自由基的形成, 而且可以通过提高POD、SOD和CAT 等抗氧化酶的活性, 促进H2O2分解, 降低· 活性, 从而提高抗氧化能力.

2.2.4 热烫与1-MCP 联合处理对MDA 质量摩尔浓度的影响

热烫与1-MCP 联合处理对MDA 质量摩尔浓度的影响如图7 所示. 可以看出: 随着贮藏时间的延长, MDA 质量摩尔浓度均有不同程度的上升; 第6～12 天, HW 组与1-MCP 组MDA 质量摩尔浓度的变化趋势与CK 组相似, 但上升更缓慢; 至第12 天, HM 组的MDA质量摩尔浓度仍显著低于其他组(P ＜0.05), 与H2O2和· 的趋势一致. 这说明热烫与1-MCP 联合处理可能通过减少ROS 的产生, 抑制MDA 质量摩尔浓度的上升, 保持细胞膜的完整性及透性.

图7 热烫、1-MCP 单独及联合处理对MDA 质量摩尔浓度的影响Fig.7 Effects of blanching, 1-MCP treatment and their combination on MDA content of fresh-cut celery during storage

3 结束语

本工作通过分析鲜切芹菜的色泽、硬度、失重率、叶绿素和MDA 质量摩尔浓度等指标,确定了最佳热烫条件为50°C 20 s, 最佳1-MCP 处理条件为在(20±1)°C 下用0.9 μL/L 的1-MCP 熏蒸24 h. 经过热烫与1-MCP 联合处理的样品, 在贮藏6 d 后可以显著减少水分和营养物质的流失, 保持良好的硬度和色泽, 可将贮藏期延长3～6 d. 热烫与1-MCP 联合处理能减缓鲜切芹菜VC 和GSH 等内源抗氧化物质的流失, 维持较高的SOD、POD 和CAT 的活性, 从而提高ROS 清除能力, 减少· 和H2O2等ROS 的积累, 降低其对细胞膜的伤害程度, 减少膜脂过氧化产物MDA 的增加. 通过以上机制, 热烫与1-MCP 联合处理延缓了冷藏鲜切芹菜的衰老和劣变.