γ-氨基丁酸处理对冷藏番石榴果实品质和耐冷性的影响

陈洪彬1,2,王慧玲1,蒋璇靓1,2*,陈彩萍1,程永强1,3

1(泉州师范学院 海洋与食品学院,福建 泉州,362000)2(近海资源生物技术福建省高校重点实验室(泉州师范学院),福建 泉州,362000)3(中国农业大学 食品科学与营养工程学院,北京,100083)

摘 要 番石榴属于冷敏型果实,采后冷藏过程中极易出现果实表面发生褐化或果心出现水渍状等冷害症状,严重影响果实的商品价值和贮藏寿命。该研究以福建主栽‘西瓜红’番石榴为试验材料,探讨不同浓度(0、1.25、2.5、5、10 mmol/L)的γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)处理对采后番石榴果实(4±1) ℃下冷藏的品质和耐冷性的影响。结果表明,与对照果实相比,GABA处理能够有效降低采后番石榴果实的冷害指数、呼吸强度和乙烯释放速率,维持较高的果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C和总糖的含量,保持较高的果实表面亮度L值和色调角h°,延缓果实的失重,提高果实的商品率。因此,GABA处理能增强采后冷藏番石榴果实的耐冷性和维持较高的贮藏品质;其中,以2.5 mmol/L GABA处理的效果最佳,可作为减轻冷藏番石榴果实冷害发生、延长其贮运保鲜期的适宜处理条件。

关键词 番石榴;γ-氨基丁酸;冷害;抗冷性;贮藏品质

番石榴,又称芭乐、那拔,是我国南方特色亚热带水果之一,其果实富含维生素C等多种人体所需的营养成分,深受国内外消费者的喜爱。但因果皮薄嫩,采后果皮极易碰伤,常温下更易出现软化、黄化和腐烂等品质劣变[1-2]。冷藏是目前延长采后番石榴果实保鲜期的重要措施[3],但番石榴属于冷敏型果实,贮藏温度低于5 ℃时容易发生果实表面褐化、果心出现水渍状等冷害症状,尤其是在低温贮藏后转入室温销售的番石榴果实冷害症状更为明显,表面出现大面积褐化,严重影响番石榴的销售品质[4-6]。因此,很有必要研究增强番石榴果实耐冷性的采后商品化处理方法,降低采后冷藏番石榴果实冷害的发生。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种广泛存在于动植物组织中的四碳非蛋白氨基酸,对植物的生长发育和抗逆性起着调节作用[7-8]。现有研究表明,适宜浓度外源GABA处理可以延缓柑橘[9]、蓝莓[10]、南果梨[11]等果实的衰老和品质劣变,增强采后冷藏桃[12-13]和香蕉[14]的抗冷性,提高其贮藏寿命和货架期。但有关利用GABA来减轻采后番石榴果实冷藏期间冷害的发生鲜有报道。本研究以福建主栽‘西瓜红’番石榴果实为试验材料,探讨不同浓度GABA处理对冷藏番石榴果实品质和耐冷性的影响,筛选出适宜的GABA处理浓度,为减轻采后冷藏番石榴果实冷害的发生,提升果实贮藏品质,延长其贮藏寿命等提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料

以八成熟的福建省主栽‘西瓜红’番石榴果实为试材,果实采自福建省漳州市诏安县金星乡院前村一管理良好的番石榴果园,果实采收当天运回实验室(泉州)。挑选大小、色泽一致的健康番石榴果实用于实验。

γ-氨基丁酸(食品级,纯度99%),陕西泰克生物科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

CR400色差仪,日本柯尼卡公司;F-950便携式乙烯分析仪,北京阳光亿事达公司;PRX-450A智能人工气候箱,浙江宁波赛福公司;TA-XT Plus质构仪,英国SMS公司;PAL-1糖度计,日本爱拓公司;ET18全自动电位滴定仪,上海梅特勒公司;GL-20G-Ⅱ高速冷冻离心机,上海安亭公司;Infinite M200 Pro酶标仪,瑞士Tecan公司。

1.2 实验方法

1.2.1 处理方法

将食品级γ-氨基丁酸粉末配制成1.25、2.5、5和10 mmol/L 4个浓度的水溶液。采后‘西瓜红’番石榴果实分成5组,其中4组分别浸泡在上述不同浓度GABA中20 min,另外1组浸泡在蒸馏水中作为对照。果实浸泡后取出晾干,用聚乙烯薄膜袋包装(每袋5个果实),每个处理20袋,共计500个果实;置于(4±1)℃、90%相对湿度下贮藏,每周取样测定番石榴果实相关耐冷性和品质指标。

1.2.2 测定指标

(1)果实冷害指数:参考叶思玮等[5]和SINGH等[15]介绍的方法,略有修改。每7 d观察番石榴果实各部位冷害的严重程度,评估冷害症状出现的面积比例,用记分方式表示,每个浓度都选取25个番石榴果实,按照果实表面所呈现冷害症状,分为5级:0级表示无冷害症状;1级表示轻微冷害,果皮褐化面积为1%~10%;2级表示轻度冷害,果皮褐化面积为11%~25%;3级表示中等严重冷害,果皮褐化面积为26%~50%;4级表示严重冷害,果皮褐化面积大于50%。计算过程如公式(1)所示:

果实冷害指数

(1)

(2)果实商品率和失重率:参考张朝坤等[2]介绍的方法,略有修改。每个浓度取25个果实,贮藏期间定期观察果实的腐烂情况,计算如公式(2)所示:

商品率

(2)

采收当天测定1袋果实重量M0,每周测定同一袋果实的重量Mt,计算如公式(3)所示:

失重率

(3)

(3)果实呼吸强度和乙烯释放速率:用F-950便携式乙烯分析仪测定,呼吸强度以mg CO2/(kg·h)表示,乙烯释放速率以μL/(kg·h)表示。

(4)果实表面亮度L值和色调角h°:参考CHEN等[16]介绍的方法,用CR400色差仪测定。

(5)果实硬度:参考王慧等[17]介绍的方法,用TA-XT Plus质构仪P2 探头测定(直径2 mm),穿刺速度2 mm/s,距离10 mm,单位以N表示。

(6)果实主要营养成分:参考金怡等[18]和曹建康等[19]介绍的方法,稍有修改。果实可溶性固形物含量用PAL-1糖度计测定,可滴定酸含量用ET18全自动电位滴定仪测定(以柠檬酸计),结果以%表示。维生素C含量采用邻菲罗啉比色法,结果以mg/100g表示,总糖含量采用苯酚硫酸法,结果以%表示。

1.3 数据分析

上述指标除硬度和可溶性固形物做10次重复外,其他指标均做3次重复;用 Microsoft Office Excel 2016对实验数据进行整理和作图,用IBM SPSS Statistic 17.0 软件对实验数据进行相关性和显著性分析。图表中*表示2.5 mmol/L GABA处理组与对照组(P < 0.05)差异显著;**表示2.5 mmol/L GABA处理组与对照组(P< 0.01)差异极显著。

2 结果与分析

2.1 果实冷害指数

冷害指数可以直观的评价冷藏番石榴果实发生冷害的状况[5,15]。如图1-a所示,GABA处理可以延缓冷藏番石榴果实冷害指数的增加,减轻采后冷藏番石榴果实冷害的发生。在贮藏0~14 d内,‘西瓜红’番石榴果实冷害指数增加缓慢,之后快速上升,但不同浓度GABA处理的果实冷害指数升高幅度不同。在冷藏第28天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA 处理的果实冷害指数分别低21.15%、38.46%、26.92%和13.46%;冷藏第42天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA处理的果实冷害指数分别低9.38%、18.75%、11.46%和7.29%。总体来看,2.5 mmol/L GABA处理的番石榴果实冷害指数最低,在贮藏第14天时,与对照差异显著(P<0.05),在贮藏21~42 d时,与对照差异极显著(P<0.01)。该结果表明,GABA处理可以增强冷藏番石榴果实的耐冷性,减轻果实冷害症状,以2.5 mmol/L处理的效果最佳(图1-b)。

a-冷害指数;b-贮藏效果
图1 GABA处理对冷藏番石榴果实冷害指数的影响
Fig.1 Effect of GABA treatment on chilling injury index of guava fruit during cold storage

2.2 果实商品率和失重率

果实商品率是评价其贮藏效果的重要指标之一[2]。如图2-a所示,GABA处理可以延缓采后冷藏番石榴果实商品率的下降,不同浓度GABA处理的果实商品率下降幅度不同。至冷藏第42天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA处理的果实商品率分别高3.08%、12.55%、8.10%和5.86%。总体而言,2.5 mmol/L GABA处理可以保持采后番石榴果实冷藏期间较高的商品率,在贮藏28~42 d时,GABA处理的番石榴果实商品率显著高于对照(P<0.05)。

如图2-b所示,GABA处理可以抑制冷藏番石榴果实失重率的下降,减少番石榴果实冷藏期间水分的消耗。在贮藏期间‘西瓜红’番石榴果实的失重率呈逐渐上升的趋势,不同浓度GABA处理的果实失重率升高幅度不同。与对照相比,在冷藏同一时间点,不同浓度GABA处理的果实失重率均较低,且以2.5 mmol/L GABA处理的样品最低。统计分析表明,不同浓度GABA处理的果实失重率差异不显著,但在冷藏第21天时,2.5 mmol/L GABA处理的果实失重率显著低于对照(P<0.05)。

a-商品率;b-失重率
图2 GABA处理对采后番石榴果实商品率和失重率的影响
Fig.2 Effect of GABA treatment on commercially acceptable fruit rate and weight loss percentage of guava fruit during cold storage

上述结果表明,2.5 mmol/L GABA处理能够有效减少番石榴果实冷藏过程中水分的损失和腐烂的发生,降低果实的失重率,保持较高的果实商品率。

2.3 果实呼吸强度和乙烯释放速率

番石榴是呼吸跃变型果实[15],低温冷藏可以降低其呼吸作用。如图3-a所示,采后番石榴果实的呼吸强度随冷藏时间的延长呈先上升后下降的趋势,不同浓度GABA处理的番石榴果实呼吸强度不同,但变化趋势与对照果实类似。GABA处理可以一定程度上抑制采后冷藏番石榴果实的呼吸强度,在冷藏第14天时,番石榴果实的呼吸强度达到高峰值,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA处理的果实呼吸强度分别低8.46%、26.58%、20.11%和10.06%。总体来看,2.5 mmol/L GABA处理的番石榴果实呼吸强度最低,在贮藏14~28 d时,与对照差异显著(P<0.05)。

如图3-b所示,采后番石榴果实的乙烯释放速率随冷藏时间的延长呈先上升后下降的趋势,不同浓度GABA处理的番石榴果实乙烯释放速率不同,但变化趋势与对照果实相似。GABA处理可以一定程度上抑制采后冷藏番石榴果实乙烯的释放,如冷藏第14天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA处理的果实乙烯释放速率分别低7.14%、26.19%、22.62%和17.86%。总体来看,2.5 mmol/L GABA处理的番石榴果实乙烯释放速率最低,在冷藏14 d时,与对照差异显著(P<0.05)。

a-呼吸强度;b-乙烯释放速率
图3 GABA处理对冷藏番石榴果实呼吸强度和乙烯释放速率的影响
Fig.3 Effect of GABA treatment on respiration rate and ethylene production rate of guava fruit during cold storage

上述结果表明,GABA处理可以降低采后番石榴果实冷藏期间的呼吸强度和乙烯释放速率,延缓果实的新陈代谢和衰老进程,以2.5 mmol/L处理的效果最佳。

2.4 果实表面亮度L值和色调角h°

外观色泽是消费者选择番石榴果实的重要参考指标。如图4-a所示,番石榴果实表面亮度L值随采后冷藏天数的增加呈逐渐下降的趋势,不同浓度GABA处理的果实表面亮度L值下降速率不同,且均缓于对照,以2.5 mmol/L GABA处理的果实表面亮度L值下降最为缓慢。统计分析表明,在贮藏21~42 d时,2.5 mmol/L GABA处理的果实表面亮度L值显著高于对照(P<0.05)。

如图4-b所示,番石榴果实表面色调角h°值在采后冷藏0~14 d内稍有下降,在冷藏第14天后,色调角h°值快速下降,不同浓度GABA处理的番石榴果实表面色调角h°值不同,但变化趋势与对照果实类似。与对照相比,GABA处理可以延缓采后番石榴果实表面色调角h°值的下降,2.5 mmol/L GABA处理可以维持采后冷藏番石榴果实较高的色调角h°值。统计分析表明,在贮藏21~42 d时,2.5 mmol/L GABA处理的果实表面色调角h°值显著高于对照(P<0.05)。

a-亮度值;b-色调角
图4 GABA处理对冷藏番石榴果实表面亮度
L值和色调角h°值的影响
Fig.4 Effect of GABA treatment onsurface brightness L value and hue angle h°value of guava fruit during cold storage

上述结果表明,GABA处理可以保持较高的果实表面亮度L值和色调角h°值,减少果实表面褐化的发生,延缓果实黄化,维持较好的果实外观色泽,以2.5 mmol/L处理效果最好。

2.5 果实硬度

硬度是衡量果实成熟度和贮藏品质的重要指标。如图5所示,冷藏期间‘西瓜红’番石榴果实的硬度均呈下降趋势,GABA处理减缓了番石榴果实硬度下降的幅度。在冷藏第28天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L GABA处理的果实硬度分别高7.37%、18.25%、12.77%和9.39%;冷藏第42天时,与对照相比,1.25、2.5、5和10 mmol/L浓度GABA处理的果实硬度分别高4.12%、16.18%、7.93%和6.88%。总体来看,2.5 mmol/L GABA处理的番石榴果实硬度最高,在贮藏14~28 d时,与对照差异显著(P<0.05),在贮藏35~42 d时,与对照差异极显著(P<0.01)。该结果表明,GABA处理可以抑制采后番石榴果实硬度的下降,延缓果实软化,以2.5 mmol/L处理效果最好。

图5 GABA处理对冷藏番石榴果实硬度的影响
Fig.5 Effect of GABA treatment onfruit firmness of guava fruit during cold storage

2.6 果实可溶性固形物和可滴定酸的含量

如图6-a所示,随着冷藏时间的增加,采后番石榴果实的可溶性固形物含量呈逐渐下降的趋势。GABA处理可以抑制果实可溶性固形物含量的下降,不同浓度GABA处理果实的可溶性固形物下降幅度不同,以2.5 mmol/L GABA处理的果实可溶性固形物下降最为缓慢。统计分析表明,2.5 mmol/L GABA处理的果实可溶性固形物含量,在冷藏14~21 d时显著高于对照(P<0.05),在冷藏28~42 d时极显著高于对照(P<0.01)。

a-可溶性固形物;b-可滴定酸
图6 GABA处理对冷藏番石榴果实可溶性固形物和可滴定酸含量的影响
Fig.6 Effect of GABA treatment on contents of total soluble solids and titratable acid in guava fruit during cold storage

如图6-b所示,随着冷藏时间的增加,采后番石榴果实的可滴定酸含量呈逐渐下降的趋势。GABA处理可以抑制果实可滴定酸含量的下降,不同浓度GABA处理果实的可滴定酸下降幅度不同,以2.5 mmol/L GABA处理的果实可滴定酸含量下降最为缓慢。统计分析表明,2.5 mmol/L GABA处理的果实可滴定酸含量在冷藏14~42 d时显著高于对照(P<0.05)。

上述结果表明,GABA处理可以有效抑制采后番石榴果实可溶性固形物和可滴定酸含量的下降,保持果实较好的品质,其中2.5 mmol/L处理的效果最好。

2.7 果实维生素C和总糖含量

如图7-a所示,采后番石榴果实的维生素C含量在冷藏期间随贮藏时间的增加呈递减变化。在整个贮藏期间,GABA处理组果实维生素C的下降速率均小于对照组,维持果实较高的维生素C含量,其中经2.5 mmol/L GABA处理可维持最高的果实维生素C含量,且在贮藏14~28 d时,显著高于对照(P<0.05)。

a-维生素C;b-总糖
图7 GABA处理对冷藏番石榴果实维生素C和总糖含量的影响
Fig.7 Effect of GABA treatment on contents of vitamin C and total sugar in guava fruit during cold storage

如图7-b所示,采后番石榴果实的总糖含量在冷藏初期略有上升,在冷藏第14天后,果实总糖含量逐渐下降。GABA处理可以在一定程度上抑制果实总糖含量的下降,不同浓度GABA处理的果实总糖含量下降幅度不同,以2.5 mmol/L GABA处理的果实下降最为缓慢。统计分析表明,在冷藏后期(35~42 d),2.5 mmol/L GABA处理的果实总糖含量显著高于对照(P<0.05)。

上述结果表明,GABA处理可以延缓采后番石榴果实维生素C和可溶性总糖含量的下降,维持果实较好的营养品质,其中2.5 mmol/L处理的效果最好。

3 讨论与结论

冷敏型果实在采后低温贮藏时常因生理代谢失调而发生冷害,导致果实品质降低和贮藏期缩短。植物中存在一种非蛋白氨基酸GABA,在植物受到冷害时会通过快速增加其内源GABA含量来缓解植物冷害的发生[20-21]。SHEKARI等[22]的研究表明,外源GABA处理双孢蘑菇可增强谷氨酸脱羧酶基因的表达,抑制GABA转氨酶基因的表达,进而提高内源GABA含量,减少双孢蘑菇冷藏期间褐变的发生,更好地维持其营养与感官品质。SHANG等[23]对冷藏桃果实采用不同浓度GABA进行浸泡处理,发现5 mmol/L处理可以维持冷藏桃果实中较高水平的内源GABA含量,增强果实耐冷性,降低了果实的冷害指数。本研究结果表明,经2.5 mmol/L GABA处理可以有效增强采后番石榴果实的抗冷性,降低番石榴果实的冷害指数,延缓低温贮藏下果实冷害症状的发生(图1)。

果实的呼吸作用和乙烯产生会消耗采后果实的营养物质,促进跃变型果实的后熟衰老,加速果实品质劣变和腐烂。低温可以明显降低采后果实呼吸强度和乙烯释放量,延缓果实的衰老进程。同时,由于采后果实的呼吸作用和蒸腾作用,果实的水分含量逐渐降低,导致了果实失重率的上升、商品率的降低。本研究发现,与对照组相比,GABA处理组(尤其是2.5 mmol/L处理组)可以降低番石榴果实冷藏期间的呼吸强度和乙烯释放速率,能够有效抑制番石榴果实商品率的降低和失重率的上升,增强采后冷藏番石榴果实的耐藏性(图2、图3)。这可能与GABA处理在一定程度上缓解冷藏果实生理代谢失调,减轻果实冷害,降低果实呼吸作用和蒸腾作用有关,与PALMA等[24]在GABA处理冷藏西葫芦上的研究结果类似。

果实的外观色泽和质地与其品质和商品价值密切相关[25]。采后番石榴果实的颜色由绿色向黄色转变,并逐渐失去果实表面原有的光泽,其硬度也因果实后熟软化而下降[2-3]。本研究结果表明,未经GABA 处理的番石榴果实采后冷藏期间的果实表面L值、h°值和果实硬度也呈不断下降的趋势,这说明番石榴在冷藏期间其果实表面亮度逐渐由明转暗,颜色由浅绿色逐渐转为黄绿色,果实逐渐软化,进而导致番石榴果实采后外观色泽和质地等品质的下降,缩短了冷藏番石榴果实的贮藏寿命。GABA处理可以有效抑制采后番石榴果实表面L值、h°值和果实硬度的下降,其中2.5 mmol/L处理的效果最佳(图4、图5)。SHEKARI等[22]在不同浓度外源GABA处理双孢蘑菇的研究中也发现,0.1 mmol/L GABA处理可以显著抑制冷藏双孢蘑菇硬度的下降,保持其较高的商业品质。

随着果实采后贮藏时间的增加,果实不断消耗着果实自身的营养物质来维持呼吸等生理代谢的需要。果实营养成分的变化会影响果实的风味和营养品质。本研究结果表明,随着番石榴采后冷藏时间的延长,其可溶性固形物、可滴定酸、总糖和维生素C含量均不断减少,是其呼吸作用等生理代谢所导致的。与对照组相比,GABA处理组(特别是2.5 mmol/L处理组)可以有效延缓采后冷藏番石榴果实可溶性固形物、可滴定酸、总糖和维生素C等营养物质含量的下降,保持果实较好的风味,提高其冷藏品质(图6、图7)。这与SHANG等[23]在冷藏桃果实上研究结果一致。

综上所述,GABA处理能够减轻冷藏期间番石榴果实冷害的发生,降低番石榴的冷害指数和失重率,抑制果实的呼吸作用和乙烯释放,较好的保持果实的硬度和外观色泽,延缓果实可溶性固形物、可滴定酸、总糖和维生素C等营养物质含量的下降,保持较好的果实风味和品质,提高果实的商品率,进而增强冷藏番石榴果实的耐冷性和耐贮性,其中2.5 mmol/L处理更能有效提高采后冷藏番石榴果实的抗冷性和贮藏品质。因此,GABA可以作为一种安全有效的保鲜技术以保持冷藏番石榴果实的贮藏品质、增强其抗冷性并延长贮藏寿命。

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Effects of γ-aminobutyric acid treatment on the quality properties and chilling tolerance of guava fruit during cold storage

CHEN Hongbin1,2,WANG Huiling1,JIANG Xuanjing1,2*,CHEN Caiping1,CHENG Yongqiang1,3

1(College of Oceanology and Food ScienceQuanzhou Normal University, Quanzhou 362000, China)2(Key Laboratory of Inshore Resources Biotechnology (Quanzhou Normal University), Quanzhou 362000, China)3(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

ABSTRACT Guava is a cold-sensitive fruit and is prone to appear chilling injury symptoms such as surface browning and a water stain in the core of fruit during cold storage, which seriously affects the commercial value and storage life of guava fruit. ‘Xiguahong’ guava fruit, the main cultivar planted in Fujian, was used as the experimental material to investigate the effects of different concentrations (0, 1.25, 2.5, 5, 10 mmol/L) of γ-aminobutyric acid (GABA) treatment on the quality and cold tolerance of postharvest guava fruits stored at (4±1) ℃. The results showed that, compared with the control fruit, GABA treatment could effectively reduce the postharvest chilling injury index, respiration and ethylene release rate of guava fruit, and maintain higher fruit hardness and contents of soluble solids, titratable acid, vitamin C and total sugar of guava fruit. In addition, GABA treatment was beneficial for maintaining a brighter surface of guava fruit with higher L value and h° value, delayed the weight loss of the fruit and kept a higher marketable rate of guava fruit. Therefore, GABA treatment could enhance the cold tolerance and maintain the quality of harvested guava fruit during cold storage. Among different concentrations, 2.5 mmol/L GABA treatment could most greatly alleviate the chilling injury of guava fruit, which offered a practical technique to reduce the chilling injury and prolonged the storage and transportation period of guava fruit.

Key words guava;γ-aminobutyric acid (GABA);chilling injury;chilling resistance;storage quality

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.027315

引用格式:陈洪彬,王慧玲,蒋璇靓,等.γ-氨基丁酸处理对冷藏番石榴果实品质和耐冷性的影响[J].食品与发酵工业,2021,47(14):130-136.CHEN Hongbin,WANG Huiling,JIANG Xuanjing, et al.Effects of γ-aminobutyric acid treatment on the quality properties and chilling tolerance of guava fruit during cold storage[J].Food and Fermentation Industries,2021,47(14):130-136.

第一作者:博士,讲师(蒋璇靓讲师为通讯作者,E-mail:xuanlikemilk@126.com)

基金项目:国家自然科学基金(31771964);福建省自然科学基金(2017J01455)

收稿日期:2021-03-10,改回日期:2021-03-25