模拟冷链处理下不同储藏温度对杏果实贮藏期细胞膜脂过氧化及品质的影响

巩多蕊,杨莉玲,韩 江,杨忠强,刘 佳,文 钰,朱占江,崔宽波

(1.新疆农业大学食品科学与药学学院,乌鲁木齐 830052;2．新疆农业科学院农业机械化研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国杏果实的主栽培及产地之一,赛买提杏果实外观亮丽、肉质紧密、酸甜适口,是新疆南疆主栽培杏品种之一[1]。杏在高温季节成熟采收,其采后生理代谢旺盛,鲜杏到消费终端需要较长时间运输振动,在运输过程中容易受到机械伤害,不耐贮藏和长途运输,货架期短[2]。如果运贮保鲜方法不当,会使杏果实迅速失水、软化、褐变等导致其失去营养价值与商品价值。分析模拟冷链处理下不同储藏温度对杏果实贮藏期细胞膜脂过氧化及品质的影响。对减轻贮运过程中振动胁迫和运输温度对杏果实品质的影响,选择合适的包装材料和运输温度有重要意义。【前人研究进展】近冰温贮运是指将果实贮藏在0℃以下,果蔬生物冰点以上的温度区间[3]。当贮藏温度接近果实的生物结冰点时,“休眠”状态下果蔬的新陈代谢效率极低,果蔬维持生命体征所消耗的能量也最小,可以最大化延长果蔬贮藏期[4]。【本研究切入点】对果蔬运输方面的研究多采用以常温运输为对照,对果蔬进行低温冷链运输,报道鲜少,严灿等[5]对草莓采后全程冷链保鲜研究中发现,采用0℃冷藏运输的果实失重率最低,抑制了相对电导率上升及糖酸比、抗坏血酸含量的下降,有效维持贮藏品质,在杏[6]、哈密瓜[7]、甜樱桃[8]等上也有相似的研究报道。该保鲜技术在果蔬静态贮藏方面有研究报道,其技术在动态运输保鲜过程的研究还未见报道。【拟解决的关键问题】以赛买提杏为试材,模拟冷链运输处理对杏果实贮藏期间品质及细胞膜脂过氧化如硬度、可溶性固形物、抗坏血酸、细胞膜透性、丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、过氧化物酶(peroxidase,POD、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)含量及叶绿素含量的影响,为杏果实采后运贮保鲜技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 赛买提杏

供试杏品种为赛买提杏于2021年7月1日采摘于新疆喀什英吉沙县,挑选果实成熟度:硬度(17±0.5)N,可溶性固形物(TSS)(16.5±0.2)%,无机械损伤,大小均匀一致的杏果实作为试验使用。

1.1.2 试剂与仪器设备

氢氧化钠、领苯二甲酸氢钾、酚酞、抗坏血酸、2,6-二氯靛酚、草酸、碳酸氢钠、三氯乙酸(TCA)等试剂均为分析纯。

AL204-IC 电子分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;PAL-1 数字式糖度仪折光仪,日本Atago公司;SHB-Ⅲ 循环水式真空泵,郑州长城科工贸有限公司;752N紫外可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司;GB-4硬度计,浙江爱德堡仪器有限公司;Rc-4温度记录仪,江苏精创电气股份有限公司;近冰温冷藏室。

1.2 方 法

1.2.1 杏果实冰点的测定及运输温度

参考Zhao等[9]方法测定杏果实近冰点温度,测得赛买提杏果实的冰点温度为-1.8℃,选择稍高于生物冰点温度模拟运输,确定近冰温运输温度为-1.1～-1.6℃。

1.2.2 模拟冷链运输处理

将空运回来的杏子,挑选出大小、颜色、形状一致、无物理损伤的杏果实,并测定未振动之前的指标,作为初始值,随后将每个杏子都套上发泡网套,放置于塑料筐(400 mm×300 mm×150 mm)中,每筐重4 kg,3组试验样品共计24筐,将包装好的24筐杏果实随机分成3组,分别将3组杏果实放置在温度为1～2℃、4～6℃、-1.1～-1.6℃环境下的振动平台上进行模拟不同运输温度的冷链运输试验。

根据DT-178AMin型三维振动记录仪采集的数据分析,确定水平和垂直方向的工作振动频率均为5.0 Hz,模拟振动时间为8 h。图1

1.1号电机;2.上下震动平台;3.左右震动平台;4.上下震动摆杆;5.2号偏心轮;6.震动弹簧;7.机架;8.2号电机

1.2.3 贮藏条件

3组经过冷链运输振动试验后,将杏果实框子外用0.02 mm PE薄膜塑料袋包裹,放置在相对湿度(RH)为95%,近冰温温度为-1.1～-1.6℃条件下进行贮藏,每贮藏7 d取样1次,用于分析及测定试验过程中杏的品质和生理指标,所有试验均进行3次重复。

1.2.4 测定指标

(1)杏果实生物结冰点

同1.2.1杏果实冰点测定。

(2)硬度(N)

采用GB-4型果实硬度计测定果实硬度,探头直径为3.5 mm,随机取10个杏果实,沿果实赤道选取等距离2个位置进行测定,取平均值。

(3)可溶性固形物(Total soluble solids content,TSS)含量(%)

采用PAL-1数字式糖度仪测定,每组测定3次,取平均值。

(4)呼吸强度(mg/(kg·h))

参照曹建康等[11]方法,采用碱液吸收法测定。

(5)抗坏血酸(Ascorbic acid,VC)含量(mg/100g)

参照曹建康等[11]方法。

(6)细胞膜透性

参照李君兰等[12]方法,用相对电导率表示果实细胞膜透性大小。

(7)丙二醛(Malondialdehyde, MDA)(nmol/g)

参照Kang等[13]方法,利用硫代巴比妥酸法进行测定。

MDA含量(nmol/g)=

(8)过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性(U/g)

参考Chen等[14]方法,以每克杏果实鲜样1 min吸光度变化1时为1个POD活性单位。

(9)多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)活性(U/g)

参考曹建康等[11]方法。

(10)过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性(U/g)

参考 Cakmak等[15]方法。

(11)脂氧合酶(Lipoxygenase,LOX)活性(U/g)

参考Axelrod等[16]方法,以每克杏果实鲜样每分钟吸光度增加0.01为1个LOX活性单位。

(12)叶绿素含量(mg/g)

参考曹建康[11]方法,采用丙酮-分光光度计比色法。

(13)过氧化氢(Hydrogen Peroxide,H2O2)含量(μmol/g)

参考Zhou等[17]方法。

1.3 数据处理

采用Excel 2010进行原始数据的基础处理,采用SPSS19.0软件对数据进行统计分析,利用Duncan多重比较进行差异显著性分析,P<0.05表示差异显著,作图采用Origin 9.0绘图软件。

2 结果与分析

2.1 杏果实生物结冰点

研究表明,果蔬近冰点贮运前,测定果蔬冰点(Freezing point)有利于确定果蔬较适宜的贮运温度及防止贮运过程中冻害的发生,将杏果实置于-18℃低温冷冻室后,其果实内部温度随着时间的延长而下降,当果实温度降至过冷点-2.7℃时,由于果实结冰放热效应,果实内部温度迅速上升,此后一段时间温度不随时间发生变化,杏果实生物结冰点-1.8℃,选取杏果实近冰点贮藏的温度为-1.1～-1.6℃。图2

图2 赛买提杏果实冻结曲线

2.2 模拟冷链运输处理对杏果实硬度的影响

研究表明,杏果实硬度随贮藏时间及机体衰老而降低,硬度整体变化呈现先缓慢下降后迅速下降的趋势,杏果实在贮藏的过程中,果实硬度随着贮藏时间的延长而下降。且4～6℃冷链组的下降趋势均较近冰温冷链组、1～2℃冷链组快,在42 d时,近冰温冷链组果实硬度分别比1～2℃冷链组、4～6℃冷链组高13.31%(P<0.05)、20.93%(P<0.05)。近冰温冷链运输处理会显著抑制杏果实在贮藏过程中硬度的下降,可最大限度的抑制机体呼吸作用及酶活性,减缓杏果实生理软化,减缓杏果实的成熟衰老。图3

图3 不同冷链运输处理下杏果实硬度变化

2.3 模拟冷链运输处理对杏果实可溶性固形物含量的影响

研究表明,在整个贮藏过程中,3个处理组杏果实可溶性固形物(TSS)含量均呈现先上升后下降的趋势。在贮藏14 d时,3组杏果实可溶性固形物达峰值,近冰温冷链组杏果实TSS比1～2℃冷链组低0.54%,比4～6℃冷链组高5.05%(P<0.05)。且近冰温冷链组较1～2℃冷链组、4～6℃冷链组TSS下降缓慢,在贮藏末期,近冰温冷链组杏果实可溶性固形物含量达16.63%,高出4～6℃冷链组14.69%(P<0.05)差异显著,近冰温冷链运输处理能延缓贮藏期间杏果实可溶性固形物含量的下降。图4

图4 不同冷链运输处理下杏果实TSS变化

2.4 模拟冷链运输处理对杏果实呼吸强度影响

研究表明,3个处理组呼吸强度随贮藏时间的延长整体呈先上升后下降的趋势,所特有的呼吸特性(跃变前期-果实品质提高阶段;呼吸高峰期-果实品质最佳阶段;跃变后期-衰老阶段,品质变劣,抗性降低)。1～2℃冷链组与4～6℃冷链组在贮藏14 d时达到呼吸高峰,峰值分别为14.63和15.80 mg/(kg·h),而近冰温冷链组在28 d时才达到呼吸高峰,峰值为13.60 mg/(kg·h),与其它2组相比,近冰温冷链运输处理在杏果实跃变前期对于抑制呼吸强度的极速上升有抑制和延缓作用,且推迟了呼吸高峰的到来,减缓了果蔬贮藏期间后熟衰老的进程。图5

图5 不同冷链运输处理下杏果实呼吸强度变化

2.5 模拟冷链运输处理对杏果实抗坏血酸含量的影响

研究表明,随着杏果实贮藏时间的延长,各处理组VC含量变化基本都呈缓慢下降状态,前21 d 3组VC含量迅速下降,21 d后均VC含量均下降缓慢,在贮藏42 d时,近冰温冷链组果实内VC含量为5.44%,1～2℃冷链组杏果实VC含量为4.38%,4～6℃冷链组杏果实VC含量降至3.38%,与4～6℃冷链组VC相比,近冰温冷链组杏果实VC含量高出60.95%(P<0.05)差异显著,近冰温冷链运输处理可有效延缓杏果实VC含量下降的状态,维持较好营养品质。图6

图6 不同冷链运输处理下杏果实VC含量变化

2.6 模拟冷链运输处理对杏果实细胞膜透性的影响

研究表明,随着果蔬的成熟衰老,在贮藏期间,各组杏果实细胞膜透性均呈现上升趋势。但4～6℃冷链组杏果实细胞膜透性始终显著高于近冰温冷链处理组(P<0.05),在贮藏第14～42 d时,近冰温冷链处理组杏果实细胞膜透性显著低于4～6℃冷链组(P<0.05),在贮藏第35 d时,4～6℃冷链组细胞膜透性为61.28%,比近冰温冷链组高31.69%(P<0.05),贮藏42 d时,4～6℃冷链组、1～2℃冷链组和近冰温冷链组果实细胞膜透性分别为67.54%、62.82%、48.30%,近冰温冷链组细胞膜透性显著低于4～6℃冷链组和1～2℃冷链组,分别低39.83%(P<0.05)、30.06%(P<0.05),近冰温冷链运输处理可减缓对果蔬组织的伤害,减少细胞汁液的外渗,延缓细胞膜透性的上升。图7

图7 不同冷链运输处理下杏果实细胞膜透性变化

2.7 模拟冷链运输处理对杏果实丙二醛含量的影响

研究表明,在整个贮藏过程中,各组杏果实丙二醛(MDA)含量逐渐增加趋势,而在贮藏21 d后,4～6℃冷链组杏果实丙二醛含量迅速升高,由于杏果实在采摘后在逆境环境的运输振动,果实细胞膜被破坏,随之在贮藏期间MDA含量随细胞膜透性增加而增加,4～6℃冷链组处理后的杏果实,在整个贮藏期间植物组织内会积累较多的MDA,而近冰温冷链组杏果实积累的MDA含量相对最少,在贮藏末期,4～6℃冷链组杏果实机体内MDA含量为1.21 μmol/g显著高于近冰温冷链组和1～2℃冷链组(P<0.05),近冰温冷链运输处理可减缓有毒有害物质的积累。图8

图8 不同冷链运输处理下杏果实MDA含量变化

2.8 模拟冷链运输处理对杏果实过氧化物酶活性的影响

研究表明,3组杏果实中过氧化物酶(POD)均呈现上升趋势,随着贮藏时间的延长POD活性逐渐增大,在贮藏第21～35 d时,近冰温冷链组与1～2℃冷链组、4～6℃冷链组均呈显著性差异(P<0.05),贮藏结束时,近冰温冷链组杏果实POD活性为1.01 U/g,是分别比1～2℃冷链组、4～6℃冷链组高出5.94%、24.75%且与4～6℃冷链组差异显著(P<0.05)。近冰温冷链运输处理可提高杏果实POD的活性,增强机体的抗氧化能力。图9

图9 不同冷链运输处理下杏果实POD活性变化

2.9 模拟冷链运输处理对杏果实多酚氧化酶活性的影响

研究表明,杏果实的活性均呈线性上升趋向,且近冰温冷链组杏果实多酚氧化酶(PPO)活性全贮藏过程低于4～6℃冷链组杏果实PPO活性,各组随着贮藏期的增加,PPO活性也逐渐升高,在贮藏14 d、28 d时,1～2℃冷链组、4～6℃冷链组杏果实多酚氧化酶活性分别为0.42、0.47 U/g和0.61、0.64 U/g。近冰温冷链组杏果实PPO活性显著低于1～2℃冷链组、4～6℃冷链组(P<0.05),在贮藏末期时,近冰温冷链组杏果实PPO活性为0.64 U/g,相比4～6℃冷链组低了12.5%(P<0.05)。近冰温冷链运输处理可有效的抑制PPO活性的增加,减少酚类褐变物质的产生,减缓果肉组织发生氧化褐变的进程。图10

图10 不同冷链运输处理下杏果实PPO活性变化

2.10 模拟冷链运输处理对杏果实过氧化氢酶活性的影响

研究表明,3组果实过氧化氢酶(CAT)活性均呈现先升后降的趋势,在整个贮藏过程中,近冰温冷链组杏果实CAT酶活性始终高于1～2℃冷链组和4～6℃冷链组,且前者与4～6℃冷链组CAT酶活性呈现显著相关性(P<0.05),在贮藏第28 d时,近冰温冷链组CAT活性达到峰值,1～2℃冷链组、4～6℃冷链组杏果实CAT活性35 d时达峰值,分别为59.73、53.33 U/g,分别比近冰温冷链组低19.66%(P<0.05)、34.01%(P<0.05),近冰温冷链运输处理可有效的延缓杏果实中CAT活性的下降。图11

图11 不同冷链运输处理下杏果实CAT活性变化

2.11 模拟冷链运输处理对杏果实脂氧合酶活性的影响

研究表明,随着贮藏时间的延长各组杏果实脂氧合酶(LOX)活性均呈上升趋势,其中4～6℃冷链组杏果实LOX活性始终高于其它两组,且在贮藏第0～7 d时,LOX活性迅速上升,1～2℃冷链组次之,近冰温冷链组上升最为平缓,在7～42 d贮藏过程中,4～6℃冷链组与近冰温冷链组杏果实LOX活性呈显著性差异(P<0.05)。在贮藏42 d时,近冰温冷链组杏果实LOX活性为13.67 U/g,比1～2℃冷链组、4～6℃冷链组分别低4.02%、10.24%(P<0.05)。近冰温冷链运输处理可有效延缓杏果实中LOX活性的上升,减缓细胞膜受损程度。图12

图12 不同冷链运输处理下杏果实LOX活性变化

2.12 模拟冷链运输处理对杏果实叶绿素含量的影响

研究表明,3组处理组杏果实叶绿素含量均呈逐渐下降的趋势,但近冰温冷链组杏果实叶绿素含量下降缓慢且始终高于其他2组,在贮藏42 d时,近冰温冷链组杏果实叶绿素含量高4～6℃冷链组56.52%(P<0.05)。近冰温冷链运输处理可显著延缓杏果实叶绿素含量的降解,推迟杏果实向成熟-衰老转变过程,维持较好的生理品质。图13

2.13 模拟冷链运输处理对杏果实过氧化氢含量的影响

研究表明,在贮藏期间,各组杏果实过氧化氢(H2O2)含量均呈先升后降的趋势,且近冰温冷链组杏果实H2O2含量始终低于其他2组,在贮藏35 d时,3组处理组杏果实H2O2含量均达峰值,近冰温冷链组杏果实H2O2含量为5.44 μmol/g,1～2℃冷链组7.15 μmol/g,4～6℃冷链组H2O2含量为10.67 μmol/g,在贮藏42 d时,近冰温冷链组杏果实H2O2含量为4.93 μmol/g低出4～6℃冷链组37.99%(P<0.05)。近冰温冷链运输处理可有效抑制杏果实H2O2含量的积累,延缓果实机体衰老的进程。图14

图14 不同冷链运输处理下杏果实H2O2活性变化

3 讨 论

果实硬度是反映果实质地的重要指标,也是反映果实成熟衰老的重要指标之一[18]。在芒果[19]果品上有相似的呼吸特性,VC又名L-抗坏血酸,普遍存在于新鲜蔬菜和水果组织中,是人体所需必须的微量元素之一,也是果蔬贮藏保鲜过程中必测的营养指标之一[20,21]。MDA含量的增加标志着植物细胞膜透性增加和被破坏,是衡量细胞膜细胞膜脂过氧化程度的重要指标[22-24]。过氧化物酶(POD)是植物体内广泛存在的一种重要氧化还原性酶[25]。果实褐变的主要原因是多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)作用于底物酚类物质的生化反应[26,27]。过氧化氢酶(CAT)是一种抗氧化酶,能够催化H2O2的分解,清除果实在运贮过程中产生的活性氧,果实中CAT酶活性的升高意味着果实抗氧化力的增强[28]。脂氧合酶(Lipoxygenase,LOX)是一种含非血红素铁或锰的加氧酶,植物组织膜脂过氧化作用的启动需要LOX,且LOX及其过氧化产物直接参与组织的衰老进程,是引起果蔬后熟衰老的一类重要的氧化酶[29,30]。随着果实成熟-衰老的转变,果实中叶绿素含量会逐渐下降,果实由内而外从绿色逐渐转变成黄色[31]。冰温冷链运输处理可显著延缓杏果实叶绿素含量的降解[32],植物体内积累过度的H2O2含量可导致细胞膜脂质受氧化损伤,加速果蔬的衰老进程[33,34]。果实细胞膜完整性是细胞进行正常生理代谢的必要基础条件,但在遭受外界环境胁迫时为了抵抗逆境,果实会启动机体自身活性氧来起到抗逆性保护,激活机体的抗氧化酶(POD、CAT、PPO)来协同作用清除积累的H2O2,CAT可将H2O2催化分解为对机体无毒害作用的H2O和O2,而POD可转化H2O2还原成H2O,脂氧合酶(LOX)参与植物细胞膜脂的过氧化作用、后熟衰老过程的启动和逆境胁迫、伤病诱导等密切关联[11],能诱导果蔬体内酚基甘油酯(Phenolic glyceride)生成脂肪酸(Fatty acid)衍生物,其次,通过LOX代谢途径生成的MeJA、茉莉酸酮酸(Jasmonate ketone acid)和7-异茉莉酸(Isojasmonic acid)都可激活果蔬机体内的防御基因,来抵抗外界不良环境的胁迫,进而减轻活性氧(ROS)自由基对组织细胞的损伤[35]。但随着贮藏时间的延长,果蔬组织不断后熟衰老、软化加之外界的胁迫,各类抗氧化酶活性遭受干扰,造成活性氧自由基无法及时清理,进而引起细胞组织的代谢失调和紊乱,造成H2O2含量、MDA含量过度积累,膜透性的增加,细胞组织代谢紊乱加速了脂氧合酶(LOX)催化不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acids)生成氢过氧化物脂肪酸的同时,产生大量的ROS,后者参与细胞膜脂过氧化,进一步破坏细胞膜,导致细胞膜崩裂、电解质渗漏、细胞降解甚至细胞坏死[36]。

4 结 论

近冰温冷链运输处理可有效延缓杏果实硬度、TSS、VC的下降、细胞膜透性的上升和MDA含量的生成速率,增加CAT活性,从而抑制H2O2含量的升高,有效减缓PPO、LOX活性的上升速度,提高POD的活性,近冰温冷链运输可调控活性氧自由基,增强抗氧化能力,进而有效抵制对机体有害物质(H2O2、MDA)的积累,保护细胞膜结构与构象的完整性,减缓细胞膜脂过氧化及果蔬后熟衰老与软化的进程。