氯化钙结合不同包装材料对茭白采后衰老及活性氧代谢的影响

董桂君1,2,乔勇进1,3*,刘晨霞1,3,柳洪入1,3,王桂英4,王春芳1,3

1(上海市农业科学院 农产品保鲜加工研究中心,上海,201403)2(上海理工大学 健康科学与工程学院,上海,200093)3(上海农产品保鲜加工工程技术研究中心,上海,201403)4(上海市青浦区蔬菜技术推广站,上海,201700)

摘 要 该文探究了CaCl2处理与不同包装材料结合对茭白采后衰老进程及活性氧的影响。将茭白经质量分数为1.0%的CaCl2溶液浸泡45 min后分别用聚乙烯、聚乙烯防雾袋和低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)3种包装材料进行包装,置于(0±1) ℃、相对湿度80%~85%的冷库中贮藏,分析各组在冷藏过程中的品质、活性氧及相关酶的变化情况。结果表明,CaCl2与不同包装的结合处理均能有效抑制茭白的呼吸强度,减缓果实硬度和白度值的降低,维持果实可溶性固形物和可溶性蛋白的含量,抑制相对电导率和丙二醛含量的升高,从而更好地维持果实细胞膜的完整性,并且通过提高活性氧代谢相关酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶)的活性,抑制H2O2和超氧阴离子自由基的积累。其中,CaCl2处理结合LDPE包装的保鲜效果最优,能够最大程度维持采后茭白较高的品质和防御酶活性,有效地延缓茭白的采后衰老。该研究为茭白的采后保鲜提供了技术借鉴和理论依据。

关键词 茭白;包装材料;氯化钙;衰老;活性氧代谢

茭白[Zizania latifolia (Griseb.) Stapf]是我国的特色水生蔬菜,其肉质脆嫩,味道清香,且富含多种矿物质和维生素,不仅具有祛热、止渴和预防高血压等多种药用价值,还具有美白保湿等美容功效,深受广大消费者的喜爱[1]。然而,茭白上市时间相对集中,采摘后常温放置极易失水萎蔫、软化、黄化从而失去商品价值,极大地限制了茭白的异时销售[2]。因此,研究一种保鲜包装方式以减缓茭白在贮藏过程中的衰老极为重要。

目前,低温贮藏是果蔬保鲜技术中最常用的保鲜方法,但单独的低温贮藏难以长时间的保持果蔬内的水分、营养和口感,因此,需要与其他的保鲜方式相结合,以便更好地延缓果蔬的衰老[3]。包装处理可以有效地解决果蔬的失水萎蔫,并且可以通过抑制果蔬的呼吸代谢,达到减少果实的营养损失、延长保鲜期的目的,是一种简便易行的保鲜方法[4]。但由于不同包装材料的透湿性和阻氧性不同,导致果蔬在贮藏期间的呼吸强度不同,对果蔬的保鲜效果也存在差异。SUN等[5]比较了1-甲基环丙烯与3种不同包装材料结合对双孢菇品质的影响,发现低密度聚乙烯具有适宜的透气性能更好地抑制双孢菇的呼吸强度,并且对保持蘑菇感官品质和硬度的效果最优。马涌航等[6]研究了4种不同阻隔性的包装材料对采后生菜保鲜效果的影响,结果表明适宜的阻隔性包装材料可以降低生菜的失重率,减缓相对电导率的增加,更好地维持生菜的保鲜效果。因此针对不同果蔬需要挑选适合的阻隔性包装袋。

采后钙处理作为一种安全、经济和操作简单的保鲜技术,不仅能够通过抑制呼吸强度来保持果实营养成分,还能够保持细胞膜的结构功能,进而延缓采后果蔬衰老[7-8]。目前,钙处理的相关研究在保持草莓[7]、茄子[8]、樱桃[9]等果蔬的采后硬度、维持果实的营养品质及延缓果实贮藏期间的衰老等方面取得了较好的效果。本实验室通过前期实验发现钙处理对茭白采后保鲜也具有较好的效果,同时由于将保鲜剂与不同的包装材料结合处理茭白,并进行对比的研究鲜有报道。

基于此,本研究以‘大白茭’茭白为试材,研究氯化钙处理分别与聚乙烯(polyethylene,PE)、聚乙烯防雾袋(polyethylene anti-fog,PEAF)和低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)3种不同材质的包装袋结合对茭白采后衰老和活性氧代谢的影响,从而得出适用于茭白保鲜的方法,以期为茭白的贮藏保鲜提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验用“大白茭”茭白,上海青浦区茭白专业种植园。挑选颜色、大小一致,无病虫害和机械损伤的茭白备用。

包装材料:PE保鲜袋,规格为35 cm×25 cm,台州市名科塑业有限公司;LDPE保鲜袋,规格为30 cm×40 cm,青岛盛大创景包装制品有限公司;PEAF保鲜袋,规格为30 cm×35 cm,上海复命新材料有限公司。不同包装材料的性能参数如表1所示。

表1 不同包装材料的性能参数

Table 1 Parameters of different packaging films

包装袋种类氧气透过率/[cm3·(m2·24 h·0.1 MPa)-1]水蒸气透过率/[g·(m2·24 h)-1]PE15 19953LDPE12 31231PEAF9 70023

主要试剂:氯化钙、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、氢氧化钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮,上海泰坦科技股份有限公司;考马斯亮蓝G-250、二硫苏糖醇,上海麦克林生化科技有限公司;丙酮、无水乙醇、30% H2O2、氯仿,国药集团化学试剂有限公司,实验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

3051H型果蔬呼吸测定仪,杭州齐华仪器有限公司;BP301S型电子天平,德国赛多利斯公司;JXFSTPRP-II-01D37520型全自动液氮冷冻研磨机,上海净信;Osterode型高速冷冻离心机,德国Biofuge公司产品;DKS-16恒温水浴锅,艾万拓威达优尔国际贸易(上海)有限公司;WYA-ZT阿贝折光仪,上海仪电物理光学仪器有限公司;CM-5分光测色计,日本柯尼卡美能达;μQuant酶标仪,德国BIO-TEK公司;TA.XT物性测定质构仪,英国SMS公司;S230电导率仪,深圳市德优平科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

将挑选好的茭白分为4组,进行不同处理:对照组(CK):将茭白完全浸入蒸馏水浸泡45 min后晾干用PE包装;CaCl2结合不同包装处理组:在前期实验的基础上,选用质量分数为1.0%的CaCl2溶液将茭白浸泡45 min后晾干,分别进行PE(CaCl2-PE)、PEAF(CaCl2-PEAF)、LDPE(CaCl2-LDPE)分袋包装。每组处理设置3个重复,每个重复8袋,每袋装茭白3根。包装后的样品先敞口放入(0±1)℃、相对湿度为80%~85%的冷库预冷24 h,之后将封口压紧在该冷库中冷藏49 d。每7 d从每个重复中随机取样测定相关指标。

1.3.2 呼吸强度的测定

每次取3根茭白称重后置于2 L呼吸室内,利用3051H型果蔬呼吸测定仪测定并计算果实呼吸速率,结果以mg/(kg·h)表示。

1.3.3 失重率的测定

茭白失重率的测定采用称量法,计算如公式(1)所示:

失重率

(1)

1.3.4 硬度和色泽测定

茭白硬度选用AMORS探头,测量果实中部横截面的硬度。测定参数为:测试前探头下行速度为1.00 mm/s,测试时探头下行速度1.00 mm/s,测试后探头返回速度10.00 mm/s,探头下压距离15 mm。结果以g表示。

用CM-5分光测色计测定茭白中部表皮的L*a*b*值,亨特白度WI计算如公式(2)所示[10]

WI=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2

(2)

1.3.5 可溶性固形物和可溶性蛋白含量测定

可溶性固形物(total soluble solids,TSS)采用阿贝折光仪进行测定,以%表示。

可溶性蛋白的测定参照曹建康等[11]的方法,以mg/g表示。

1.3.6 相对电导率和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量的测定

相对电导率的测定参照刘慧等[12]的方法并作一定修改,用打孔器将茭白制成直径为5 mm的组织圆片,取10片圆片于烧杯中并加入40 mL的蒸馏水,立即测定电导率为C0,然后静置30 min后测定电导率为C1,煮沸10 min冷却至常温后测定电导率为C2。相对电导率按公式(3)计算,结果以%表示。

相对电导率

(3)

MDA含量的测定参考WEN等[10]的方法,结果以μmol/g表示。

1.3.7 H2O2含量和超氧阴离子自由基产生速率的测定

H2O2含量采用上海源叶生物科技试剂盒进行测定,结果以mmol/g表示。

产生速率采用苏州科铭生物技术有限公司试剂盒进行测定,结果以nmol/(g·min)表示。

1.3.8 氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(ascorbic acid peroxidase,APX)活性的测定

SOD活性采用南京建成的SOD试剂盒进行测定,以每克组织在1 mL反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为一个SOD活力单位,结果以U/g表示。

CAT活性参考曹建康等[11]的方法测定,以每克样品每分钟在240 nm处吸光值降低0.01为一个活性单位,结果以U/g表示。

APX活性的参考曹建康等[11]的方法测定,以每克鲜重样品每分钟吸光度变化0.01时为1个酶活性单位,结果以U/g表示。

1.4 数据处理

每个指标测定均重复3次,数据表示为平均值±标准差。使用Excel 2014整理数据,采用统计软件SPSS 25.0分析数据。采用方差分析和邓肯的多重比较检验,P<0.05表示差异显著,用Origin 2018绘图软件进行图像处理。

2 结果与分析

2.1 CaCl2结合不同包装材料对茭白呼吸强度的影响

呼吸强度是衡量果蔬采后生命活动强弱的重要指标,其含量越高果实的代谢速率越快,同时会加剧果实的衰老进程。图1是贮藏期茭白呼吸强度的变化,其中CK和CaCl2-PE组呼吸强度在贮藏后期出现升高可能是由于茭白出现腐烂,微生物释放CO2,导致测定的呼吸强度增加[12]。贮藏第21天时,各组均达到呼吸高峰,CaCl2与不同包装结合处理的茭白没有推迟呼吸峰出现的时间,但呼吸强度均低于CK组,且差异显著(P<0.05),表明CaCl2与3种包装处理结合可以不同程度降低茭白呼吸高峰峰值。在贮藏49 d时,CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的呼吸强度均低于CaCl2-PE组且差异显著(P<0.05),这可能是由于LDPE和PEAF袋较低的氧气透过率,有助于袋内形成高浓度CO2和低浓度O2的微环境,从而有效抑制茭白呼吸强度增加,对维持茭白品质有重要作用,这说明CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组处理能够抑制茭白的呼吸速率。此外,由图1可以看出,CaCl2-PEAF处理组在贮藏0~14 d 呼吸强度低于CaCl2-LDPE处理组,但在21 d开始呼吸强度高于CaCl2-LDPE处理组,这可能是由于PEAF包装的透氧率最低,能够较好地抑制茭白的呼吸作用,但在贮藏后期由于袋内氧气被不断消耗,可能会引起呼吸代谢失调,而LDPE包装透氧率适宜,在贮藏后期对茭白呼吸强度的抑制效果最好。

图1 CaCl2结合不同包装材料对茭白呼吸强度的影响

Fig.1 The effect of CaCl2combined with different packaging materials on the respiration intensity of Zizania latifolia

2.2 CaCl2结合不同包装材料对茭白失重率的影响

茭白在贮藏期间由于呼吸作用和蒸腾作用,导致营养物质的消耗和水分的流失,影响果实的口感及品质,因此,为了更好地维持茭白的贮藏品质,需要抑制失重率的上升。由图2可知,各组茭白失重率均随着贮藏时间延长呈现不断上升趋势,在整个贮藏期间,CaCl2与不同包装材料结合处理的茭白失重率显著低于CK组(P<0.05),这可能是由于CK组茭白呼吸强度最高,导致营养物质的流失较快。在贮藏前14 d,CaCl2处理结合不同包装的处理组之间失重率没有显著差异(P>0.05);贮藏至第49天时,CaCl2-LDPE组的茭白失重率最低为2.46%,且与CaCl2-PE和CaCl2-PEAF组差异显著(P<0.05),表明CaCl2与LDPE结合处理对于抑制茭白失重率上升效果最佳,这种差异性的表现可能与包装材料的透湿性能不同有关,LDPE包装袋的水蒸气透过率较低,能够较好地抑制茭白水分的蒸发,同时CaCl2-LDPE组的茭白呼吸强度低,营养物质消耗少,因此可以减缓失重率的升高。

图2 CaCl2结合不同包装材料对茭白失重率的影响

Fig.2 The effect of CaCl2 combined with different packaging materials on the weight loss rate of Zizania latifolia

2.3 CaCl2结合不同包装材料对茭白硬度和色泽的影响

茭白采后硬度和色泽的变化会影响茭白感官品质和消费者可接受性。CaCl2结合不同包装材料对茭白硬度的影响如图3-A所示,贮藏过程中,各组茭白的硬度均呈逐渐下降的趋势。在贮藏结束时(49 d)茭白硬度由鲜样(0 d)的735.35 g下降至367.99~513.20 g。在21 d和35~49 d时,经CaCl2与不同包装结合处理的茭白硬度显著高于CK组(P<0.05),贮藏结束时(49 d),CK组的硬度已降至初始值的49.96%,显著低于其他各组(P<0.05),表明未经CaCl2处理的茭白果实的软化程度最为严重,这可能是由于钙处理可以使钙离子与细胞壁中的果胶结合,增加了细胞壁的机械强度,进而维持了细胞壁结构的稳定性[13]。而CaCl2结合不同包装材料处理的茭白在贮藏前21 d硬度差异不显著(P>0.05),在35~49 d时,CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的茭白硬度显著高于CaCl2-PE组(P<0.05),这可能是由于PE包装较高的透湿性,促使茭白水分流失较快,同时由于LDPE和PEAF袋较低的透氧率和透湿率,不利于微生物的生长,避免茭白贮藏后期由于不断软化而开始出现腐烂。整个贮藏期间CaCl2-LDPE茭白的硬度一直处于较高水平,这说明CaCl2-LDPE处理能够有效地抑制茭白的软化。

茭白在贮藏期间其肉质会发生黄化,WI值表示茭白的白度指数,WI值越大表示茭白的肉质越白[10]。由图3-B可知,茭白肉质白度值在贮藏期间呈现不断下降的趋势。贮藏第7天时,CK、CaCl2-PE、CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的WI值分别比贮藏初期(0 d)降低了5.59%、4.53%、3.04%和2.44%,其中CK组的WI值下降程度最大;贮藏至第49天时,CK组WI值最低为64.74,而CaCl2结合包装处理的茭白WI值分别为66.04、68.93、67.97,可发现CaCl2结合不同包装材料可以不同程度延缓茭白WI值的降低,其中CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组对茭白的白度保持较好,且2组之间差异不显著(P>0.05)。

A-硬度;B-WI值

图3 CaCl2结合不同包装材料对茭白硬度和色泽的影响

Fig.3 Effect of CaCl2combined with different packaging materials on the hardness and color of Zizania latifolia

2.4 CaCl2结合不同包装材料对茭白可溶性固形物和可溶性蛋白含量的影响

TSS是影响果蔬风味品质的重要指标。TSS作为呼吸代谢的主要底物,其含量能够反映果实的营养品质和成熟度。如图4-A所示,在0~7 d各组茭白的TSS含量均呈上升趋势,第7天后各组TSS含量开始不同程度的下降。这是因为前期果实内的淀粉等物质在酶的作用下转化为糖类,后期由于果实的呼吸代谢消耗大于糖类物质转化而导致TSS含量呈现先上升后下降趋势[14]。在14~21 d时,经CaCl2-LDPE和CaCl2-LDPE果实TSS含量低于CaCl2-PE处理组,这可能是由于PE包装的透湿性较高,导致茭白内水分蒸腾挥发较多,TSS相对较高[15]。之后,由于CaCl2-PE包装组茭白呼吸速率加快,导致果实TSS下降速率加快,在贮藏49 d时显著低于CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF包装组(P<0.05)。在贮藏49 d时,CK组TSS含量最低为3.72%,而CaCl2-LDPE组的TSS含量最高为4.48%,与其他各处理组差异显著(P<0.05),这可能是由于该处理组呼吸强度受到较大抑制,减少了呼吸所消耗的营养物质,进而较好地维持了果实的TSS含量。

可溶性蛋白含量是衡量果蔬营养价值和衰老程度的重要指标之一。如图4-B所示,各组茭白的可溶性蛋白含量均随着贮藏时间的延长不断降低。CK组的茭白可溶性蛋白含量在贮藏期间均低于其他组,这可能是由于CaCl2和不同的包装结合处理抑制了茭白的呼吸作用,从而减少营养物质的消耗,延缓了可溶蛋白含量的降低。贮藏至第49天时,CaCl2-PE、CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的茭白可溶性蛋白含量分别比CK组高1.35、1.57、1.41 mg/g且差异显著(P<0.05),由此可见,CaCl2结合包装处理均能在一定程度上延缓茭白可溶性蛋白含量的降低,其中CaCl2与LDPE包装结合处理能够更好地延缓可溶性蛋白含量的降低。

A-可溶性固形物;B-可溶性蛋白

图4 CaCl2结合不同包装材料对茭白可溶性固形物和可溶性蛋白含量的影响

Fig.4 Effect of CaCl2combined with different packaging materials on total soluble solids and soluble protein content of Zizania latifolia

2.5 CaCl2结合不同包装材料对茭白相对电导率和丙二醛含量的影响

相对电导率的高低反映了果实细胞膜的透过性和衰老程度,通常果蔬衰老程度的加剧会伴随组织内细胞质膜的功能降低和细胞膜的通透性增大,引起果实细胞内的电解质向胞外快速渗漏,进而导致相对电导率的增加[16]。由图5-A可知,不同处理组茭白贮藏期的相对电导率变化情况。在贮藏期间,CK组的上升趋势最明显,贮藏至第49天时,CK组的相对电导率显著高于各处理组(P<0.05),这可能是由于CK组的茭白呼吸强度高,代谢旺盛,导致细胞衰老较快。由图5-A可以看出,在整个贮藏期间,CaCl2-LDPE组相对电导率一直处于较低水平,抑制茭白相对电导率的升高效果优于CK组和其他处理组,能够延缓茭白的衰老进程。

MDA是膜脂过氧化的产物之一,其含量越高表示果实产生的活性氧自由基对细胞膜的破坏的程度越严重,会导致果实衰老加剧,因此,通过测定MDA含量的变化,可以反映果实的衰老程度[17]。图5-B反映的是CaCl2结合不同包装材料对茭白贮藏期间MDA含量的影响。随着贮藏期的延长,各组MDA的含量均呈现升高的趋势。在贮藏前7 d各组MDA含量无显著差异(P>0.05),这是因为短期内果实具有一定的自我保护能力,MDA合成还未占主导地位[18]。在7~49 d 时CK组的MDA含量显著高于同期其他组(P<0.05),这说明CaCl2与包装结合处理均能够抑制茭白的膜脂过氧化作用。在贮藏结束时(49 d),CaCl2-PE组的MDA含量高于其他处理组,这主要是由于PE包装的氧气透过率高,使袋内气体环境不适宜茭白贮藏进而导致生理代谢异常,加速了MDA的生成;而CaCl2-LDPE组的MDA含量仅为2.22 nmol/mg,显著低于其他各组(P<0.05),说明适宜阻隔性的包装材料可以有效降低茭白的MDA含量。

A-相对电导率;B-丙二醛含量

图5 CaCl2结合不同包装材料对茭白相对电导率和丙二醛含量的影响

Fig.5 The effect of CaCl2 combined with different packaging materials on the relative conductivity and malondialdehyde content of Zizania latifolia

2.6 CaCl2结合不同包装材料对茭白过氧化氢含量和超氧阴离子自由基产生速率的影响

H2O2是果蔬采后新陈代谢等生命活动中不可避免产生的活性氧,当果蔬内H2O2过度积累时,会对果实的生物膜脂成分和蛋白质成分造成损伤,导致果蔬机体中细胞膜脂成分的完整性被破坏,加速果实的衰老进程[19]。由图6-A可知,在贮藏期间茭白H2O2含量总体呈上升的趋势。在贮藏42 d时,4组不同处理的茭白的H2O2含量大小依次为:CaCl2-LDPE2-PEAF2-PE2结合不同包装材料的处理组之间差异显著(P<0.05)。在贮藏49 d时CK、CaCl2-PE、CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的H2O2含量分别比贮藏初期增长了3.86、3.23、2.56和2.87倍,且CK组显著高于其他处理组(P<0.05),表明CaCl2结合不同包装材料能够有效延缓H2O2的过度积累,其中CaCl2与LDPE包装结合的效果最好。

CaCl2结合不同包装材料对茭白生成速率的影响如图6-B所示,茭白组织内生成速率在贮藏期间呈增加趋势。贮藏7 d时,CK组和处理组及处理组之间生成速率差异不显著,随贮藏时间延长,之后生成速率逐渐升高,CaCl2结合不同包装材料的处理组生成速率始终低于CK组,贮藏至49 d时,生成速率由高到低的变化顺序为:CK>CaCl2-PE>CaCl2-PEAF>CaCl2-LDPE,由此可见,包装材料与CaCl2处理结合能够在一定程度上可以抑制生成速率的增加,延缓果实衰老。CaCl2-PE与CaCl2-PE组的生成速率始终高于CaCl2-LDPE组,且在28~49 d差异显著(P<0.05),表明CaCl2与LDPE包装结合处理效果最好。

A-H2O2含量;产生速率

图6 CaCl2结合不同包装材料对茭白H2O2含量和的产生速率的影响

Fig.6 The effect of CaCl2 combined with different packaging materials on the content of Zizania latifolia H2O2 and the

2.7 CaCl2结合不同包装材料对茭白活性氧代谢相关酶活性的影响

SOD、CAT和APX是构成果蔬中活性氧直接酶促清除机制的主要成分,它们在维持活性氧代谢平衡和保证机体的正常生命活动上起着重要作用[19]。SOD是降解活性氧的第一个关键酶,它通过歧化生成H2O2来减少果实内活性氧自由基对有机体的毒害[20]。如图7-A所示,各组SOD活性呈先上升后下降的变化趋势。贮藏第7天时各组SOD活力均达到峰值,此时CaCl2-LDPE组的茭白SOD活性最高为929.65 U/g,比CaCl2-PE贮藏组茭白的SOD活力高12.88%(P<0.05);其次是CaCl2-PEAF组的茭白SOD活性为926.42 U/g,与CaCl2-LDPE组无显著差异(P>0.05),说明CaCl2处理结合LDPE或PEAF包装提高SOD的活力的效果均优于CaCl2-PE组。此外在贮藏期间CaCl2-LDPE处理组的茭白SOD活力始终高于其他处理组,且在贮藏结束时仍能保持较高活力且与其他各组差异显著(P<0.05),表明茭白在CaCl2处理后用LDPE包装的效果最好,可有效延缓茭白SOD活性的降低。

CAT可以催化H2O2生成H2O和O2,从而减少多余的H2O2对植物细胞膜结构的破坏,维持细胞膜的稳定性[21]。如图7-B所示,各处理组的CAT活性变化趋势大致相同,均呈先上升后下降的变化。在贮藏期间CaCl2-PE、CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF处理组的CAT活性始终高于CK组,表明CaCl2结合不同包装材料能够不同程度延缓CAT活性的降低。在贮藏第42天和第49天时,CaCl2-LDPE组的CAT活性显著高于CaCl2-PE和CaCl2-PEAF组(P<0.05),说明CaCl2处理与LDPE包装结合对提升CAT活性的效果最优,能更好地清除茭白内的活性氧,减小细胞受伤害程度,从而减轻了茭白的衰老。

APX也是分解H2O2的关键酶,它能将H2O2还原成水,与SOD和CAT协同清除机体内的活性氧,减缓活性氧积累对细胞膜系统的伤害[22]。APX活性在茭白采后贮藏过程中的变化如图7-C,各组APX活性呈先降低再升高后下降的变化趋势。在贮藏0~7 d,CK组APX酶活下降最大10.12%,显著低于CaCl2结合不同包装材料组(P<0.05);各处理组在贮藏21 d达到APX活性高峰,其中各处理组APX活性均显著高于CK组(P<0.05);21 d后各组开始不同程度的降低,直至第49天时,CK组APX活性显著低于其他各组(P<0.05),这说明CaCl2与包装结合处理均能有效的维持茭白贮藏期的APX活性。CaCl2处理与LDPE包装相结合的茭白APX活性在21~49 d显著高于其他各组,且差异显著(P<0.05),这说明CaCl2-LDPE组能抑制贮藏后期APX活性的降低。

A-SOD含量;B-CAT含量;C-APX含量

图7 CaCl2结合不同包装材料对茭白SOD、CAT和APX含量的影响

Fig.7 The effect of CaCl2 combined with different packaging materials on the content of zizania latifolia SOD, CAT and APX

3 讨论

茭白采后贮藏过程中随着衰老进程的加快,表现为呼吸增强、失水软化、白度和营养成分的降低、活性氧代谢失调等,严重影响果实的食用品质和商品价值。其中呼吸作用是采后茭白重要的生理活动,茭白在贮藏过程中为了维持正常生命活动,会随着呼吸代谢而不断消耗自身营养成分,呼吸强度越高,其贮藏品质越差。本研究将CaCl2处理分别与PE、LDPE和PEAF 3种不同包装材料结合,并与未经CaCl2处理的PE包装组(CK)进行对比,研究结果表明CaCl2与3种不同的包装材料结合能够不同程度抑制茭白的呼吸强度,其中CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组对抑制茭白采后呼吸强度的效果优于CaCl2-PE组,这可能是由于包装材料的透氧率不同导致的,通常透氧率越高,对果蔬采后呼吸强度的抑制效果越差,PE包装袋的透氧率最高,因此其处理组呼吸强度最高;尽管PEAF包装的透氧率低于LDPE包装,但贮藏结束时CaCl2-LDPE组的呼吸强度低于CaCl2-PEAF组,这可能是由于透氧率过低又会导致袋内的氧气含量不足,会引起组织呼吸代谢失调,对果蔬组织造成气体损伤,进而影响贮藏品质[23],因此LDPE包装透氧率适宜,与CaCl2结合处理对茭白呼吸强度的抑制最优。类似地,王祖莲等[24]也认为与果蔬相适应的包装袋透氧率才能有效抑制其呼吸强度,从而达到贮藏保鲜的目的。

茭白的硬度和色泽是影响消费者购买欲的重要指标,因此,延缓茭白在贮藏过程中的软化和黄化对维持茭白的商品价值具有重要的意义。本研究发现CaCl2与3种不同的包装材料结合能够不同程度抑制茭白的软化和黄化,这可能与3种包装材料的透氧率和透湿性有关,PE包装的透湿性高,水分散失快,因此CaCl2-PE组的茭白硬度比CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组的低。CaCl2处理组之间色泽的差异可能与包装袋的透气性有关,古荣鑫等[25]认为透气性低的处理组可以通过抑制空心菜的呼吸作用,进而抑制其生理活性,使其进入“休眠状态”,从而减少了空心菜的黄化;而柳俊超等[26]认为透气性越低的包装会使贮藏末期的鲜切豇豆褐变越严重,因此对于不同果蔬并非透气性的越低对其色泽的影响越小。本实验研究发现CaCl2-LDPE和CaCl2-PEAF组对延缓茭白白度值降低的效果优于CaCl2-PE组,表明透气性低的包装袋与CaCl2处理结合更有利于茭白色泽的保持。

果蔬在采后衰老过程中,膜脂的降解和过氧化会破坏细胞膜系统的结构完整性,表现为MDA含量的升高[22]。本实验中CK组MDA含量随着贮藏时间的延长不断增加,且贮藏结束时均显著高于各处理组(P<0.05),说明茭白在贮藏期间膜脂过氧化作用不断加剧,细胞膜的完整性受到破坏。而CaCl2与3种不同的包装材料结合处理时,能有效地减缓茭白中MDA含量的增加,这可能是由于CaCl2与包装结合处理可以通过抑制茭白活性氧的积累,而减缓膜脂过氧化作用对茭白组织造成不可逆的损伤。进一步研究表明,茭白在采后贮藏过程中MDA含量与H2O2含量和生成速率呈显著正相关(r=0.945,P<0.01;r=0.978, P<0.01),表明茭白MDA含量的升高与活性氧的过度积累相关,这与XIA等[27]的研究结果相类似。此外,与其他处理组相比,CaCl2与LDPE包装结合处理能够显著抑制茭白MDA含量的升高(P<0.05),这可能是由于LDPE包装透氧率较低,能够抑制茭白的呼吸强度,避免茭白由于呼吸强度过高产生过多的CO2对茭白组织造成伤害,因此,CaCl2-LDPE处理可以有效减缓茭白贮藏期间的氧化胁迫和脂膜氧化程度,更有利于缓解果实的衰老进程。

采后果蔬由于新陈代谢等生命活动不可避免的伴随活性氧的产生,而果实内的活性氧清除系统具有维持体内活性氧自由基的产生与消除处于动态平衡的作用,一旦外界胁迫打破果实内的活性氧的产生与抗氧化防御机制之间的平衡,就会而造成组织衰老[19,22]。活性氧清除系统中酶促清除系统主要依靠果蔬自身的保护酶系统实现,包括SOD、CAT和APX等多种酶。本研究中的SOD、CAT、APX 3种酶活性均呈先升高后降低的趋势,这可能是由于贮藏前期,茭白内活性氧自由基的产生刺激了自由基清除酶,使其活性增强,而贮藏后期由于茭白的不断衰老和有害物质的积累使得自由基清除酶的活性降低。通过相关性分析,发现产生速率和H2O2含量与SOD含量(r=0.907,P<0.01;r=0.810,P<0.05)、CAT含量(r=0.931,P<0.01;r=0.867,P<0.01)以及APX含量(r=0.861,P<0.01;r=0.913,P<0.01)均呈显著负相关,进一步说明提高茭白的防御酶活性,可以减少活性自由基对机体的损伤。本实验中随着贮藏期内茭白衰老程度的加剧,与CK组相比,CaCl2与3种不同的包装结合处理均维持了茭白在贮藏中较高的SOD、CAT和APX活力,其中CaCl2-LDPE组的处理效果最优,这可能是由于LDPE包装适宜的阻隔性,能够维持茭白较低的呼吸强度,从而减缓了茭白的衰老程度,并维持了茭白内较高的活性氧清除酶的活性,谢丽源等[28]的研究也表明LDPE包装可以较好地维持活性氧清除酶的活性,有利于杏鲍菇的保鲜。

4 结论

文中以‘大白茭’茭白为实验材料,分析对比了在低温贮藏期间CaCl2处理与PE、LDPE和PEAF包装对茭白贮藏过程中衰老进程和活性氧代谢的影响。结果表明,CaCl2结合不同包装材料处理对茭白的保鲜均优于CK组,能够抑制呼吸强度,减缓可溶性固形物和可溶性蛋白含量的降低,还可以降低果实软化并维持茭白的色泽。整体来看CaCl2-LDPE组的保鲜效果更好,不仅对茭白细胞膜透性和MDA含量的增加起到了显著的抑制作用,延缓了脂膜氧化程度,还能够抑制贮藏后期SOD、CAT、APX活性的降低,减少活性氧(H2O2的过度积累,达到延缓茭白衰老的目的。

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Effect of calcium chloride combined with different packaging materials on postharvest senescence and active oxygen metabolism of Zizania latifolia

DONG Guijun1,2,QIAO Yongjin1,3*,LIU Chenxia1,3,LIU Hongru1,3,WANG Guiying4,WANG Chunfang1,3

1(Research Center of Agricultural Products Preservation and Processing, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Shanghai 201403, China)2(School of Health Science and Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)3(Agri-food Storage and Processing Research Center, Shanghai Academy of Agriculture Sciences, Shanghai 201403, China)4(Vegetable Technology Promotion Station of Qingpu District, Shanghai 201700, China)

ABSTRACT The effects of CaCl2 treatment combined with different packaging materials on the postharvest aging process and active oxygen of Zizania latifolia were studied in this paper. After soaking Zizania latifolia in 1.0% CaCl2 solution for 45 min, the Zizania latifolia was packed with the polyethylene (PE), polyethylene anti-fog (PEAF) and low-density polyethylene (LDPE) respectively, and then they were stored at (0±1) ℃ with 80%-85% relative humidity. The changes in quality, active oxygen and related enzymes in each group during cold storage were analyzed. The results showed that the compound fresh-keeping effect of CaCl2 and different packaging could effectively inhibit the respiratory rate of Zizania latifolia and slow down the decrease in fruit hardness and whiteness value. It could also maintain the content of soluble solids and soluble protein in the fruit and inhibit the increase in relative conductivity and malondialdehyde (MDA) content so as to better maintain the integrity of the fruit cells. In addition, the accumulation of H2O2 and superoxide anion free radicals was inhibited by increasing the activity of enzymes related to active oxygen metabolism (superoxide dismutase, catalase and ascorbate peroxidase). Among them, the CaCl2 treatment combined with LDPE packaging had the best fresh-keeping effect, which could maintain the higher quality of postharvest Zizania latifolia and the activity of defense enzymes to the greatest extent. It could also effectively delay the postharvest senescence of Zizania latifolia. This research provides technical reference and theoretical basis for the postharvest preservation of Zizania latifolia.

Key words Zizania latifolia; packaging material; calcium chloride; aging; active oxygen metabolism

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.029127

引用格式:董桂君,乔勇进,刘晨霞,等.氯化钙结合不同包装材料对茭白采后衰老及活性氧代谢的影响[J].食品与发酵工业,2022,48(18):168-176.DONG Guijun,QIAO Yongjin,LIU Chenxia, et al.Effect of calcium chloride combined with different packaging materials on postharvest senescence and active oxygen metabolism of Zizania latifolia[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(18):168-176.

第一作者:硕士研究生(乔勇进研究员为通信作者,E-mail:yjqiao2002@126.com)

基金项目:上海市农产品保鲜加工专业技术服务平台(18DZ2291300)

收稿日期:2021-08-23,改回日期:2021-10-08