1-MCP结合生物保鲜剂对富士苹果贮后货架品质和生理变化的影响

2018-10-22李江阔颜廷才李博强

食品工业科技 2018年19期

张鹏,秦骅,李江阔,*,颜廷才,李博强

(1.国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津 300384; 2.沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳 110866; 3.中国科学院植物研究所资源植物重点实验室,北京 100093)

富士苹果(MalusdomesticaBorkh. cv. Red Fuji)富含矿物质和维生素,是人们最常食用的水果之一[1]。但采后的苹果仍然是一个生命体,在成熟和衰老的过程中，依然会有一系列的生理活动,如果实软化、各种营养物质含量变化等[2]。由于苹果属于典型的呼吸跃变型果实,采后品质下降严重,因此需要研究出适用的保鲜方法,减缓品质的下降。

ξ-聚赖氨酸(ξ-polylysine)是一种白色链球菌的代谢产物,具有抑菌的广谱性、高效性及无毒副作用的特点[3],是一种天然的防腐剂,同时还具有热稳定性、水溶性好等优点。因此,ξ-聚赖氨酸十分适合作为食品防腐剂。在水果保鲜方面,已有在蓝莓[4]和樱桃[5]中应用的相关报道,ξ-聚赖氨酸能够有效地减缓呼吸强度和乙烯生成速率,抑制脂氧合酶(LOX)的增长,有效地减缓VC含量的降低,减缓其腐烂率等[7]。实验前期进行了500、1000、1500 mg/L ξ-聚赖氨酸三种浓度筛选,优选出ξ-聚赖氨酸最佳处理浓度为1000 mg/L[6]。纳他霉素称游链霉素(Natamycin)是一种重要的多烯类抗菌素,能够专一性地抑制酵母菌和霉菌,因此广泛应用于各类加工食品中[8]。近年来,纳他霉素在果蔬保鲜上已有相关研究,如林本芳等[9]研究了纳他霉素对西兰花冷藏品质的影响,周文丽等[10]研究纳他霉素在葡萄中的作用效果,郭园园等[11]研究了纳他霉素对青皮核桃的保鲜效果。实验前期开展了纳他霉素在苹果保鲜中的研究表明,1-MCP结合纳他霉素能够延缓苹果营养成分的降低,维持较好的香气成分,并且使用800 mg/L的效果最好[12]。

1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)作为一种乙烯抑制保鲜剂[13],研究先后报道了1-MCP处理对番茄、李子、香蕉、蓝莓、芒果等果蔬生理的影响[14-18]。尽管1-MCP在苹果中运用的研究已经有很多,但1-MCP结合生物保鲜剂研究并不多见,特别是1-MCP结合不同的生物保鲜剂(ξ-聚赖氨酸、纳他霉素)在苹果保鲜中的对比研究未见报道。本研究以富士苹果为试材,研究1-MCP处理,并结合ξ-聚赖氨酸、纳他霉素喷雾处理,研究贮后货架期富士苹果的品质和生理的变化,并基于电子鼻技术，探究不同处理间苹果贮后货架风味物质差异,从而确定最佳处理组合。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

富士苹果采自北京平谷苹果示范园,采收当天运回实验室进行处理;1-MCP(便携式包装) 国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津);ξ-聚赖氨酸试剂、纳他霉素试剂浙江新银象生物工程有限公司。

精准温控库(-0.5±0.3) ℃ 国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津);TA.XT.Plus物性仪英国SMS公司;PAL-1便携式手持折光仪日本Atago公司;916 Ti-Touch电位滴定仪瑞士万通中国有限公司;Check PiontⅡ便携式残氧仪丹麦Dansensor公司;岛津2010气相色谱仪美国Finnigan公司;TU-1810紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 实验方法

1.2.1 试材处理方法将富士苹果每10 kg装入衬有微孔袋的纸箱内,而后将1袋1-MCP(便携式包装)用蒸馏水浸湿后，立即放入微孔袋内扎口存放(每袋1-MCP处理10 kg水果,挥发后包装内实际浓度为1 μL/L),以未加1-MCP作为对照(CK),将CK组、1-MCP组果实均置于(-0.5±0.3) ℃精准温控库下贮藏10个月后取出。然后将1-MCP处理果实进行生物保鲜剂处理,将1000 mg/L的ξ-聚赖氨酸水溶液用喷雾器均匀地喷洒到经1-MCP处理的果实表面,自然晾干,记作1-MCP+ξ-PL;将800 mg/L的纳他霉素水溶液用喷雾器均匀地喷洒到经1-MCP处理的果实表面,自然晾干,记作1-MCP+NATA。

以上处理苹果做常温(28±1) ℃ 裸果货架实验,每个处理设3次重复。

1.2.2 测定指标与方法

1.2.2.1 可溶性固形物(total soluble solids,TSS) 采用折光仪测定。

1.2.2.2 可滴定酸(titratable acid,TA)含量使用电位滴定仪法[19]。

1.2.2.3 果实硬度采用英国产TA.XT.PLus物性测定仪测定,果实在胴部带皮测定,每个处理重复12次,取其平均值。测试参数为深度10 mm,P/2探头(Φ=2 mm),测试速度为2 mm/s。

1.2.2.4 呼吸强度采用静置法测定;将4个果实置于密封保鲜盒内,密闭3 h后测定顶空CO2含量,每个处理重复3次。

1.2.2.5 乙烯生成速率采用气相色谱法测定[20]。岛津2010气相色谱仪程序升温法测定,FID检测器,检测器温度160 ℃,DB-5毛细管柱,程序升温为46 ℃保留0.5 min,以1.50 ℃/min升至60 ℃,再以30 ℃/min升至120 ℃,进样口温度150 ℃,载气为N2,流速14 mL/min,采用面积外标法计算,乙烯标样的体积分数为50 μg·mL-1。

1.2.2.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性采用儿茶酚比色法测定[21]。1 g样品于预冷的研钵中,加入适量0.05 moL/LpH7.8的磷酸缓冲液(总用量20 mL),冰浴研磨成匀浆,4 ℃ 10000 r/min离心10 min,上清液即为酶提取液。取3.9 mL 0.05 moL/L pH7.8的磷酸缓冲液,然后加入1 mL 0.1 moL/L儿茶酚和1.0 mL酶提取液,37 ℃水浴保温10 min,迅速放入冰浴中立即加入2 mL 20%的三氯乙酸终止反应,在420 nm下测定吸光度值,以磷酸缓冲液代替酶液为对照调零。

1.2.2.7 过氧化氢酶(catalase,CAT) 采用紫外吸收法测定[22]。取3 g果肉,加入10 mL预冷的pH7.5 0.05 mol/L的磷酸缓冲液(内含5 mmol/L二硫苏糖醇和2% PVP)，在冰浴中研磨成匀浆,12000×g 4 ℃下离心20 min,收集上清液立即用于CAT 酶活测定。CAT反应体系包括粗酶液200 μL和3 mL 20 mmol/L H2O2,在240 nm处测定2 min内的样品吸光度。

1.2.2.8 脂氧合酶(lipoxygenase,LOX) 参考徐昌杰[23]的方法测定。底物为10 mmol/L的亚油酸钠,取苹果2 g,冰浴研磨,加入0.05 mol/L磷酸缓冲液(pH7.0),并使最终体积为20 mL,于4 ℃下15000 r/min离心30 min,上清液为LOX的提取液。加入亚油酸钠25 μL,pH7.0磷酸缓冲液2.775 mL,30 ℃温育,加200 μL酶液后20 s开始计时,记录 234 nm 处测定1 min内吸光度,重复3次。

1.3 数据处理

数据采用Excel 2010软件制图,采用SPSS 17.0软件进行统计学分析,差异显著性采用邓肯氏新复极差法分析。

2 结果与分析

2.1 对富士苹果贮后货架TSS含量的影响

由图1可知,不同处理富士苹果TSS含量在整个货架期间整体呈现下降趋势,对照组TSS含量均显著低于其他处理(p<0.05)。货架10 d时,1-MCP+ξ-PL处理的TSS含量最高,其次为1-MCP+NATA组,二者均显著高于1-MCP处理组(p<0.05)。货架15 d时,1-MCP+ξ-PL处理的TSS含量最高,显著高于1-MCP+NATA组(p<0.05),在整个货架期间TSS含量下降可能是由于在货架期间TSS充当了苹果生理活动的能量物质被消耗[24],也可能是果实品质的下降所导致。以上分析表明,1-MCP结合生物保鲜剂处理在延缓货架后期TSS含量的降低方面,优于单独使用1-MCP处理,起到了增效的作用。其中,1-MCP结合ξ-聚赖氨酸的效果最好,其次为1-MCP结合纳他霉素处理。

图1 不同处理对富士苹果TSS含量的影响Fig.1 Effects of different treatments on TSS content in Fuji apple注:不同小写字母表示4组处理间差异显著

2.2 对富士苹果贮后货架TA含量的影响

可滴定酸是影响果实风味品质的重要因素,对于苹果果实来说,保持较好的酸度,是衡量苹果价值的重要指标。由图2可知,在整个货架期间,对照组TA含量显著低于其他处理组(p<0.05)。货架5 d时，1-MCP处理组、1-MCP+ξ-PL处理组TA含量显著高于对照组(p<0.05),1-MCP+NATA处理组最高(p<0.05)。货架10 d时,1-MCP+ξ-PL处理的TA含量最高,其次为1-MCP+NATA、1-MCP、CK,且均达显著性差异(p<0.05)。货架15 d时,1-MCP结合生物保鲜剂处理组TA含量均高于单独使用1-MCP处理组,且差异显著(p<0.05),而1-MCP+ξ-PL处理的苹果TA含量也显著大于1-MCP+NATA处理组(p<0.05)。因此,使用1-MCP处理、1-MCP结合生物保鲜剂处理后,能够有效地减缓TA含量的降低,保持较好的口感。从整个货架时间来看，1-MCP结合生物保鲜剂处理延缓TA含量降低方面作用效果优于单独使用1-MCP处理,其中1-MCP+ξ-PL 效果最好。

图2 不同处理对富士苹果TA含量的影响Fig.2 Effects of different treatments on TA content of Fuji apple

2.3 对富士苹果贮后货架果实硬度的影响

从图3可以看出,在货架期间,各个处理的果实硬度均呈下降趋势,其中对照组果实硬度下降最为迅速。货架5 d时,1-MCP+ξ-PL、1-MCP+NATA、1-MCP处理组的果实硬度分别为28.87、25.15、23.21 kg·cm-2,1-MCP+ξ-PL显著高于其他处理(p<0.05)。货架10 d时,1-MCP+ξ-PL处理果实硬度仍然最高,其次为1-MCP+NATA、1-MCP、CK,且均达显著性差异(p<0.05)。货架期间果实的软化主要与细胞壁物质和细胞膜的降解有关[25],在衰老的过程中,活氧量不断提高,破坏了膜的稳定性[26]。通过以上分析表明,1-MCP结合不同的生物保鲜剂处理后,能够有效地延缓果实硬度的下降,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

图3 不同处理对富士苹果硬度的影响Fig.3 Effects of different treatments on the firmness of Fuji apple

2.4 对富士苹果贮后货架呼吸强度的影响

苹果采后仍然是一个生命体,会进行各种生理活动,另外,苹果是典型的呼吸跃变型果实[27],呼吸强度能够作为衡量果实生理生化反应的重要指标。从图4可以看出,在常温货架期间各处理呼吸强度整体呈现下降趋势,对照组在货架期间始终最高,且和其他各组处理差异显著(p<0.05)。货架5 d时,对照组的呼吸强度是28.68 mgCO2·kg-1·h-1,显著高于1-MCP、1-MCP结合生物保鲜剂组(p<0.05),但1-MCP结合生物保鲜剂间差异不显著(p>0.05),并且除对照组外,其他各组的呼吸强度均达到最高峰。货架10 d时,苹果呼吸强度由大到小的次序为CK、1-MCP、1-MCP+NATA、1-MCP+ξ-PL,其中1-MCP+ξ-PL处理呼吸强度显著低于其他处理组(p<0.05)。可以看出,随着货架时间的延长,1-MCP结合生物保鲜剂处理在抑制呼吸强度效果优于单独使用1-MCP。说明使用1-MCP、1-MCP结合生物保鲜剂能够有效地抑制果实呼吸强度,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

图4 不同处理对富士苹果呼吸强度的影响Fig.4 Effects of different treatments on respiratory intensity of Fuji apple

2.5 对富士苹果贮后货架乙烯生成速率的影响

乙烯对果实的成熟和衰老有着重要的影响,由图5可知,在常温货架期间,对照组和1-MCP组果实乙烯生成速率呈现逐渐上升的趋势，而1-MCP+ξ-PL和1-MCP+NATA果实乙烯生成速率则呈现先下降后上升的趋势。货架5 d时,对照组乙烯生成速率显著升高(p<0.05),而其他处理组变化不显著(p>0.05)。货架10 d时,对照组乙烯生成速率仍显著高于其他处理组(p<0.05),而1-MCP结合不同生物保鲜剂组乙烯生成速率显著低于1-MCP处理组(p<0.05)。货架15 d时,1-MCP、1-MCP+ξ-PL、1-MCP+NATA的乙烯生成速率分别为10.26、2.07、2.81 μL·kg-1·h-1,1-MCP处理组显著高于1-MCP结合生物保鲜剂组(p<0.05),1-MCP结合生物保鲜剂组间差异不显著(p>0.05)。表明随着货架期的延长,1-MCP结合生物保鲜剂效果越明显,优于1-MCP单独使用。综上,1-MCP、1-MCP结合生物保鲜剂能够有效地抑制乙烯生成速率,而1-MCP+ξ-PL最佳。

图5 不同处理对富士苹果乙烯生成速率的影响Fig.5 Effect of different treatments on ethylene production rate of Fuji apple

2.6 对富士苹果贮后货架PPO活性的影响

多酚氧化酶(PPO)普遍存在于植物、真菌、昆虫的质体中,能够催化酚类物质转化为醌类物质,然后发生褐变反应[29]。由图6可知,随着货架期的延长,CK、1-MCP处理果实的PPO活性呈现了上升的趋势,而1-MCP+ξ-PL 和1-MCP+NATA处理苹果中PPO活性呈现先上升后下降再上升的趋势。货架10 d时,对照组的PPO活性显著高于其他各组处理(p<0.05),说明1-MCP、1-MCP结合生物保鲜剂能够有效地抑制果实的褐变,其中1-MCP结合不同的生物保鲜剂处理组显著低于1-MCP处理组(p<0.05)。货架15 d时,1-MCP处理PPO活性最高,然后依次为1-MCP+NATA、1-MCP+ξ-PL,1-MCP+ξ-PL显著低于其他处理(p<0.05)。说明使用1-MCP结合生物保鲜剂能够有效地抑制果实PPO活性,延缓果实褐变,提升果实品质,其中,1-MCP+ξ-PL效果最好。

图6 不同处理对富士苹果PPO活性的影响Fig.6 Effect of different treatments on PPO activity of Fuji apple

2.7 对富士苹果贮后货架CAT活性的影响

过氧化氢酶(CAT)普遍存在于能呼吸的生物体内,主要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中,其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机理,能够清除过剩的自由基[30]。由图6可知,对照组的CAT活性整体呈下降的趋势,其他各组呈现先上升后下降的趋势。货架5 d时,除对照组外,其他各组达到了酶活性的高峰,说明经过处理的果实,有效地延缓了酶活性高峰的出现,其中1-MCP+ξ-PL显著高于1-MCP处理组(p<0.05),说明1-MCP结合不同生物保鲜剂处理的果实CAT活性得到提高,清除自由基能力增强。货架10 d时,苹果CAT活性由大到小的次序为1-MCP+ξ-PL<1-MCP+NATA<1-MCp>CK,其中1-MCP+ξ-PL显著高于其他处理(p<0.05)。货架15 d时,1-MCP+ξ-PL 处理果实CAT活性最高,显著高于1-MCP+NATA、1-MCP(p<0.05)。说明随着货架时间的延长,1-MCP结合生物保鲜剂效果越明显,能够保持CAT较好的活性,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。

2.8 对富士苹果贮后货架脂氧合酶(LOX)活性的影响

LOX能够破坏细胞膜结构,导致果实品质的下降及果实的衰老[31]。由图7可知,随着货架期的延长,不同处理果实LOX活性呈现了先升高后下降的趋势,其中对照组的LOX活性始终高于其他处理组(p<0.05)。货架10 d时,1-MCP处理组的果实显著高于1-MCP结合不同的生物保鲜剂处理组(p<0.05),1-MCP+ξ-PL处理组的LOX活性最低,说明了使用1-MCP+ξ-PL处理能够有效地抑制果实LOX活性,减缓了细胞膜的破坏,抑制了果实的衰老进程。货架15 d时,不同处理LOX活性由小到大的次序为1-MCP+ξ-PL<1-MCP+NATA<1-MCP,但1-MCP结合生物保鲜剂组间差异不显著(p>0.05)。说明随着货架时间的延长,1-MCP结合生物保鲜剂的效果越好,其中1-MCP+ξ-PL处理后效果最好。

图7 不同处理对富士苹果CAT活性的影响Fig.7 Effect of different treatments on CAT activity of Fuji apple

图8 不同处理对富士苹果LOX活性的影响Fig.8 Effect of different treatments on LOX activity of Fuji apple

3 讨论与结论

TSS和TA在货架期间会逐渐下降,维持较好的糖酸比,能够保持苹果较好的口感和风味,与对照组相比,使用了不同的生物保鲜剂处理后,能够显著地减缓货架后期TSS和TA含量的降低(p<0.05),并且延缓果实硬度的下降,1-MCP+ξ-PL维持果实的品质效果最好。苹果最为典型的呼吸跃变型果实,在货架期间仍然会进行呼吸作用,生成乙烯,与对照组相比,使用了1-MCP结合不同生物保鲜剂处理可以使苹果的呼吸强度和乙烯生成速率得到有效控制,进而延缓果实的成熟与衰老。在货架期间,使用了1-MCP结合生物保鲜剂处理果实的呼吸强度和乙烯生成速率均低于1-MCP单独处理,其中1-MCP+ξ-PL效果最好。