西梅,蔷薇科(Rosaceae)李属果植物[1]。西梅果实称作第3代功能性水果,其果实色泽艳丽,美味多汁,酸甜可口、鲜食品质极佳,又因富含多种营养物质,多食可以有保健身体和预防疾病的功效,因此深受消费者的喜爱[2-3]。西梅属于典型呼吸跃变型果实,于八月中下旬至九月上旬成熟,采收正值高温季节,由于采收后的西梅进行呼吸及复杂的新陈代谢活动,再加上新鲜西梅水分含量高,极易造成汁液流失、软化等现象,最终被病菌侵染、腐败,导致衰老品质下降。因此,使用绿色安全的采后保鲜技术,解决西梅果实采后品质衰老劣变问题尤为重要。
近几年有研究表明近冰温贮藏可以有效保持桃[4]、苹果[5]、梨[6]等果实采后贮藏品质,延缓果实衰老的进程。近冰温(near freezing temperature,NFT)贮藏保鲜技术是第3代食品保鲜技术,由于具有绿色环保、无污染、贮藏效果极佳等优点,使得近几年广泛应用于果蔬贮藏的试验和实践当中[7-8]。FAN等[9]研究表明,近冰温贮藏可抑制杏果实乙烯生成速率和呼吸速率,维持贮藏期间杏果实品质。ZHAO等[10]研究表明,近冰温贮藏保持了较好樱桃品质、细胞膜的完整性和较高的糖、有机酸水平。此外,有学者认为果实的衰老过程即是活性氧代谢失调与积累的过程[11],有研究显示近冰温贮藏有效提高果实抗氧化酶活性,增强自由基清除能力减少果实受到活性氧(reactive oxygen species,ROS)的损害,对维持果实活性氧代谢的平衡有显著效果。高雪等[12]研究发现近冰温贮藏西蓝花可有效保持抗坏血酸和叶绿素的含量,提高过氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)的活性。白国荣等[13]研究冰温贮藏吊干杏可有效抑制果实的呼吸强度和腐烂率,延缓细胞膜通透性的增加和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的积累,显著提高果实的CAT活性。李亚玲等[14]试验表明近冰温贮藏小白杏可以抑制贮藏期POD、CAT活性的下降,提高SOD的活性,有效控制H2O2含量的升高和超氧阴离子(·O2-)的产生速率,从而减少MDA的积累和细胞膜透性的增加。然而目前关于近冰温贮藏西梅,对保持品质及增强其抗氧化能力的研究鲜有报道。
因此本实验以‘法兰西’西梅为实验材料,通过近冰温贮藏和不同温度贮藏对西梅采后品质、活性氧及相关酶活性的影响,探究近冰温贮藏西梅的可行性,为目前近冰温贮藏西梅产业提供一定的技术方法和实践指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
实验材料:‘法兰西’西梅果实均采自新疆喀什地区伽师县当地果园,于2022年9月5日采摘,选取硬度为(11.9±0.1) N,可溶性固形物(24.5±0.1)%的西梅,人工装盒套袋包装,立即空运至乌鲁木齐机场后运输至新疆农业科学院农业机械化研究所冷库,作为试验材料进行处理。
1.2 主要试剂
草酸、NaHCO3、三氯乙酸、硫酸、盐酸、丙酮、愈创木酚等试剂(均为分析纯),天津致远化学试剂有限公司。
1.3 试验材料处理方法
将西梅贮藏在带有温度传感器和控制器的低温贮藏室,能够精确显示和控制贮藏室中的温度。将西梅果实在8 ℃预冷24 h后,挑选出无病无损伤,且表皮色泽均匀、形状大小一致的西梅果实进行处理,每筐165颗左右,分为3组,每组8筐。
近冰温处理组:随机取西梅置于-1～-1.5 ℃下保鲜贮藏。1～2 ℃组:随机取西梅置于1～2 ℃下保鲜贮藏。4～6 ℃组:随机西梅置于4～6 ℃下保鲜贮藏。每7 d取一次样,每次随机取30颗用于测定西梅的品质指标,随机取10颗冻样用于测定后续相关的生理指标,所有试验均进行3次重复。
1.4 指标测定
1.4.1 西梅生物结冰点测定
参考LI等[15]方法测定。
1.4.2 果实硬度、果实表面色泽、可溶性固形物(total soluble solids,TSS)含量测定
西梅果实硬度采用GB-4果实硬度计测定;西梅的TSS采用PAL-1型数字式糖度仪测定;西梅色泽采用SC-10精密色差仪对表面颜色(L*、a*、b*)测定,测定完成后对西梅总色泽差异值ΔE进行评价,计算方法如公式(1)所示[16]。所有测定重复3次,结果取平均值。
(1)
1.4.3 抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)含量、可滴定酸(titritable acidity,TA)含量、呼吸强度测定
均采用曹建康等[17]的方法。
1.4.4 细胞膜渗透率、MDA含量测定
细胞膜渗透率参照曹建康等[17]的方法。MDA含量采用试剂盒测定(南京建成生物工程研究所,A003-1)。
1.4.5 CAT、SOD、POD活性测定
均参考曹建康等[17]的方法测定,单位以U/g FW表示。
1.4.6 ·O2-产生速率和H2O2含量的测定
·O2-和H2O2含量采用北京索莱宝科技有限公司试剂盒测定(Solarbio BC0020、Solarbio BC1920)。
1.5 数据处理
采用Excel 2010进行原始数据的基础处理,采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析,P<0.05表示差异显著,作图采用Origin 2018绘图软件。
2 结果与分析
2.1 西梅果实结冰点的确定
如图1所示,将西梅放入冷冻室果实温度随时间的延长直线下降,到达过冷点后,温度开始上升,回升至生物结冰点,即为西梅的冰点-2.8 ℃。近冰温贮藏温度应略高于实际冰点温度,本次实验所选择冰点贮藏温度为-1～-1.5 ℃。
图1 西梅的冻结曲线
Fig.1 Freezing curves of prunes
2.2 不同温度贮藏下西梅硬度、TSS、TA和呼吸强度的变化
如图2-a所示,贮藏了56 d之后,在3个贮藏温度当中,近冰温组果实软化明显受到抑制,但4～6 ℃组贮藏的西梅呈明显的下降趋势,在贮藏到56 d时果实软化严重,已没有贮藏的价值。在56 d时,近冰温组的西梅果实硬度比1～2 ℃和4～6 ℃组高11.03%和84.19%(P<0.05),且在56 d时仍然具有与初始值相似的硬度。说明在近冰温的条件下,能显著抑制果实的软化。
a-硬度;b-TSS;c-TA;d-呼吸强度
图2 不同温度对西梅贮藏期间硬度、TSS、TA和呼吸强度的影响
Fig.2 Effect of different storage temperatures on firmness, TSS, TA and respiratory intensity of prunes
西梅的TSS含量如图2-b所示,随着贮藏时间的延长,近冰温组、1～2 ℃和4～6 ℃组的TSS含量的变化趋势一致,呈现出在贮藏前期上升后期下降的趋势。这可能与西梅在贮藏过程中后熟的表现有关。在达到56 d贮藏时间时,近冰温组的西梅TSS达到24.28%比1～2 ℃和4～6 ℃组分别高38.74%和83.94% (P<0.05),说明近冰温贮藏有效地延缓了可溶性固形物的减少,一定程度上维持了贮藏的品质。
TA含量如图2-c所示,随着贮藏时间的延长TA含量呈现下降趋势。在贮藏到56 d时近冰温组的TA含量比1～2 ℃组和4～6 ℃组分别高27.12%和74.42%(P<0.05)。这说明近冰温贮藏抑制了可滴定酸分解,有效保持了西梅贮藏期的风味和口感。
西梅作为呼吸跃变型果实在成熟到衰老阶段,会出现呼吸强度不断上升到达呼吸高峰便转为下降。由图2-d可知,在贮藏的整个阶段,1～2 ℃组和4～6 ℃组的西梅在28 d出现了呼吸高峰,比近冰温组的西梅呼吸高峰提前了7 d发生。1～2 ℃组和4～6 ℃组的呼吸高峰分值比近冰温组高27.78%和35.16%(P<0.05),并且近冰温组的呼吸高峰和整个贮藏期间的呼吸强度显著低于其他两组的呼吸高峰和呼吸强度。结果表明,近冰温贮藏能降低西梅在贮藏期间的呼吸强度,从而有明显的保鲜效果。
2.3 不同温度贮藏下西梅色泽的变化
由图3-a可知,整个贮藏期间3组的L*值都是先上升后下降,4～6 ℃组在14 d后急速下降,说明果实的亮度逐渐加深变黑紫色,最后失去光泽。而近冰温组的值在贮藏前期和后期对比差异不大,说明延缓了西梅果实色泽的下降,保持了果实原有的亮度。
a-L*;b-a*;c-b*;d-ΔE
图3 不同温度对西梅贮藏期间L*、a*、b*和ΔE值的影响
Fig.3 Effect of different storage temperatures on L*, a*, b*and ΔE values of prunes
如图3-b所示,a*值随着贮藏时间的延长而增加,在第7天之后,近冰温组的a*值的趋势降低逐渐缓慢,对比1～2 ℃和4～6 ℃组a*值的增加趋势,表示果实由绿转向红色的途径受到阻碍,说明在近冰温贮藏下的西梅的颜色转变受到抑制。贮藏在14 d后4～6 ℃组的a*值逐渐增加,表明果实不断增加了红色饱和度,果实转变为成熟。
如图3-c所示,b*值在贮藏过程呈现下降趋势。在贮藏了第7天后4～6 ℃组b*值开始急剧下降,表明果实由黄色渐渐变为紫色,而1～2 ℃组和近冰温组的颜色变化迟缓。对比于其他组的西梅,近冰温下贮藏有效缓解了果实的成熟度变化和商品率降低。
如图3-d所示,ΔE呈现先上升后下降的趋势,在21 d时近冰温组ΔE开始上升,且随着贮藏时间的延长,始终高于其他两组,在贮藏至49 d时出现明显差异(P<0.05)。说明近冰温有效抑制了西梅果实后熟的颜色变化。
2.4 不同温度贮藏下西梅AsA的变化
AsA的含量是衡量果实营养价值和品质的重要元素,在贮藏过程中其含量的变化表明贮藏条件的是否优越。由图4可知,西梅在贮藏过程中AsA是不断氧化分解的,不同的温度降解的程度不同。与贮藏初期相比,在56 d时近冰温组下降了36.27%、1～2 ℃组下降了48.19%和4～6 ℃组下降了66.32%。这说明低温可以延缓AsA的分解,相比传统的贮藏温度,近冰温贮藏更显著的抑制细胞的氧化分解和代谢水平,从而使在贮藏期西梅的品质保持在较高的水准。
图4 不同温度对西梅贮藏期间AsA的影响
Fig.4 Effect of different storage temperatures on AsA of prunes
2.5 不同温度贮藏下西梅细胞膜透性和MDA含量的变化
西梅的细胞膜渗透率(图5-a)在整个贮藏期间呈上升趋势,但近冰温组的细胞膜透性始终低于其他两组,在35 d时出现显著差异(P<0.05),在贮藏到结束时,近冰温处理组西梅的细胞膜透性比1～2 ℃组和4～6 ℃组分别低9.82%和23.19%,说明近冰温组在抑制西梅果实细胞膜透性增大方面有明显的效果。
a-细胞膜透性;b-MDA
图5 不同温度对西梅贮藏期间细胞膜透性和
MDA含量的影响
Fig.5 Effect of different storage temperatures on membrane permeability and MDA content of prunes
如图5-b所示,西梅果实在贮藏过程中,MDA含量随贮藏时间的增加而增加。近冰温组和1～2 ℃组相比于4～6 ℃组增加趋势缓慢且始终低于4～6 ℃组。56 d时4～6 ℃组(42.81 nmol/g)、1～2 ℃组(29.00 nmol/g)比近冰温组(25.67 nmol/g)增加了66.77%和12.98%(P<0.05)。说明近冰温组显著抑制了西梅的MDA含量的积累,从而降低了细胞膜脂过氧化的程度。
2.6 不同温度贮藏下西梅SOD、CAT和POD活性的变化
SOD是植物抗氧化系统的第一道防线[18],在贮藏期间各组呈现先上升后下降的趋势(图6-a),在21 d近冰温组、1～2 ℃组和4～6 ℃组都达到最大值,分别为4.10、3.78 U/g FW和3.56 U/g FW。在贮藏整个期间近冰温组SOD的活性始终高于其他组,贮藏结束时比1～2 ℃组和4～6 ℃组高9.87%和13.86%(P<0.05)。由以上分析可知,近冰温贮藏可以保持较高的酶活性,一定程度维持了细胞膜的完整性和流动性。
a-SOD活性;b-CAT活性;c-POD活性
图6 不同温度对西梅贮藏期间SOD、CAT和POD活性的影响
Fig.6 Effect of different storage temperatures on SOD, CAT, and POD activity of prunes
如图6-b所示,贮藏期中CAT的活性呈先上后下的趋势,到达峰值后开始下降,这个过程中近冰组的CAT活性都是在对照组之上的,在7 d时达到峰值,此时比其他两组分别高1.21倍和1.50倍。近冰温组可以较好维持CAT酶的活性,一定时间内维持了活性氧代谢的平衡。
如图6-c所示,在贮藏期间POD的活性呈现先上升后下降的趋势,且近冰温、1～2 ℃组和4～6 ℃组出现峰值的时间不同,近冰温组的POD的活性在贮藏期间高于其他两组,说明温度对POD活性有较大影响。在贮藏第21天时,近冰温组的西梅POD活性在0.45 U/g FW,比1～2 ℃(0.34 U/g FW)组和4～6 ℃(0.30 U/g FW)组分别高32.35%和50.00%(P<0.05)。说明近冰温提高了贮藏期间POD的活性。
2.7 不同温度贮藏下西梅H2O2含量和O2-产生速率的变化
如图7-a所示,H2O2的含量随着贮藏时间的延长而持续增加,H2O2的长时间累积进一步导致膜脂过氧化的发生。西梅在各组贮藏期的过程中H2O2的含量差异明显,随着温度的降低,H2O2的含量依次减少。在贮藏到56 d时,1～2 ℃组和4～6 ℃组的H2O2含量显著高于近冰温组,分别高18.15%和39.09%(P<0.05),近冰温组H2O2的含量10.08 μmol/g。说明近冰温组延缓了H2O2对细胞的损害,有效延缓了膜脂过氧化的进程。
a-H2O2含量;b-·O2-产生速率
图7 不同温度对西梅贮藏期间H2O2含量和·O2-产生速率的影响
Fig.7 Effect of different storage temperatures on H2O2 content and ·O2- production rate of prunes
如图7-b所示,在贮藏过程中呈先上升后下降的趋势,从21 d后近冰温组的·O2-产生速率明显低于其他两组,且差异显著(P<0.05)。在贮藏到56 d时,4～6 ℃组贮藏西梅的·O2-产生速率为449.00 nmol/(min·g)比1～2 ℃组和近冰温组高13.67%和16.93%。说明近冰温组可以降低·O2-产生速率,从而降低果实的氧化程度。
3 讨论与结论
有研究表明近冰温贮藏在维持果蔬最低正常代谢的基础下,通过降低自由水扩散的速率和相关酶的活性,从而影响了其呼吸消耗和多种生理代谢进程[19],从而减少果实营养物质消耗,保持其贮藏品质。此次试验测得西梅的冰点为-2.8 ℃,贮藏时为避免因为温度波动而受到冷害,近冰温贮藏温度略高于实际冰点温度,本次试验所选取的近冰温贮藏温度为-1～-1.5 ℃。硬度、TSS、AsA和TA含量是衡量果实贮藏期间品质的代表性指标[20]。本研究结果表明,近冰温贮藏比1～2 ℃和4～6 ℃贮藏能显著提高西梅的贮藏品质,表现在保持了果实较高的硬度、TSS、AsA和TA含量。呼吸强度能反映果实的生命进程,呼吸强度越大果实的衰老进程越加剧,是果蔬耐贮性和品质变化的重要指标[21]。由本次试验可知,近冰温贮藏西梅与1～2 ℃和4～6 ℃贮藏相比显著降低了西梅果实的呼吸强度,推迟呼吸高峰的出现时间,从而延缓果实的衰老程度。果实表皮的色泽是衡量果实成熟和新鲜程度的重要指标,近冰温组保持了西梅色泽的下降和颜色的转变。申春苗等[22]研究发现近冰温贮藏梨果实可以更好地延缓果实的硬度、TSS和TA的下降,抑制呼吸和保持良好的贮藏品质,这与本实验研究结果一致。
果蔬体内活性氧清除系统是其自身在长期进化过程中形成的对外界不良环境胁迫和衰老所产生的自我保护系统,能够转移、消除活性氧及氧化中间产物[23]。ROS清除酶是ROS清除系统重要的组成之一。活性氧清除酶主要有SOD、CAT和POD等[24]。SOD在抗氧化机制中可能起中心作用,因为它能专一地将·O2-歧化为H2O2和O2,又能阻止生成毒性更强的·OH;CAT是果实采后贮藏过程中重要的保护酶之一,其主要作用为有效清除体内多余的H2O2,维持ROS平衡;POD在植物体内具有两重作用,其一可氧化酚类及类黄酮,致使植物组织褐变;其二能清除H2O2和脂过氧化物,清除活性氧,维持ROS平衡[25]。在果实采后贮藏过程中,若活性氧清除系统不能及时处理产生的H2O2和·O2-,则会使活性氧积累,加剧细胞膜系统的膜脂过氧化过程,最终导致细胞膜结构的完整性被破坏。在本次试验中发现,与对照组相比近冰温贮藏西梅期间有效地提高了SOD、CAT和POD的活性,从而降低了果实体内的H2O2的含量和O2-产生速率,这和MA等[26]与唐坚等[27]研究结果相似,即近冰温贮藏可能通过影响ROS代谢相关酶活性,提高果实的抗氧化能力,延缓果实的衰老。其具体表现本现在贮藏过程中较低的细胞膜渗透率和MDA含量。
综上所述,近冰温贮藏可通过调控贮藏期间西梅ROS清除酶的活性,来维持ROS的代谢水平;降低贮藏期间西梅的呼吸强度、抑制西梅的营养成分分解、延缓西梅果实衰老,最终表现出较好的贮藏品质。
本研究表明,近冰温贮藏(-1～-1.5 ℃)与1～2 ℃、4～6 ℃贮藏相比,有效维持了西梅在贮藏过程中的SOD、CAT和POD的活性,抑制H2O2的累积和·O2-产生速率,从而保持了细胞膜的完整性并控制MDA含量的增加,并且延缓硬度、TSS、TA、AsA和色泽的下降,降低呼吸强度,推迟呼吸高峰,保持了西梅采后较好的贮藏品质。
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