高压静电场处理对青皮扁桃果实采后生理与种仁品质的影响

扁桃(Amygdalus communis L.),又称巴旦木、巴旦杏,在桃属中属于扁桃亚属[1],在世界上的引种栽培史已有上千年历史[2],在我国新疆南部地区的种植面积较大,是新疆干果生产的主要树种之一。近年来,扁桃在我国各地栽培面积不断扩大,产量及贸易量居世界四大干果(扁桃、榛子、核桃、腰果)之首[3]。扁桃不仅有丰富的营养价值,同时在药用方面具有安神补脑、明目健脾等功效,对于治疗气管炎、高血压等疾病也有显著的效果[4]

高压静电场处理属于零污染的物理保鲜法,是利用一定强度的高压静电场场压,对果蔬生理品质等产生不同的影响,来达到贮藏保鲜的目的[5]。近年来,高压静电场贮藏果蔬的研究进展迅速,处理的品种和涉及单位较多。胡燕等[6]发现在高压静电处理1 h后贮藏新鲜莲藕,有效抑制了其细胞呼吸强度,其果实的亮度缓慢下降,多酚氧化酶的活性趋势较为稳定。蒋耀庭等[7]发现鲜切青花菜在经过高压静电场处理后,表面微生物均被显著消灭,可能是由于高压静电场发生电离产生臭氧,从而抑制其组织代谢。刘雪芳等[8]用100 kV/m高压静电场处理鲜核桃,结果发现处理1.5 h时可显著抑制呼吸高峰,降低腐烂率、失重率等,使果实耐贮性好。但是,该处理应用在青皮扁桃采后贮藏方面的研究尚未见报道。

目前,对于扁桃的贮藏保鲜技术都集中于去青皮及干燥之后,主要是对其在贮藏期间氧化变质的研究[9]。青皮扁桃种仁因其营养价值高,口感脆嫩等特点,其鲜食市场的需求量也逐渐增大。但是由于采后的新鲜扁桃呼吸强度较高,会加速消耗其营养价值,若贮藏环境不适或是贮藏方法不当,极易出芽,其青皮也容易发生褐变甚至腐烂,果实品质也随之劣变,大大降低食用价值及商品价值。因此,为了满足市场需求,急需提高青皮扁桃的贮藏保鲜技术,延长其货架期。本研究将新鲜青皮扁桃经过不同强度的高压静电场处理后,观察其在贮藏过程中的品质变化,为青皮扁桃的贮藏和保鲜提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

“晋扁一号”青皮扁桃,于2022年7月25日采自山西农业大学(山西省农业科学院)果树研究所(东经112°57′,北纬37°41′),选取果皮完好,成熟度为七成熟,无开裂损伤、病虫害或果胶,大小基本一致的果实,采后立即运回,将果柄剪除,放置到8 ℃预冷间预冷12 h。

1.2 主要试剂

愈创木酚,济南乐奇化工有限公司;考马斯亮蓝G-250,上海创赛科技有限公司;30%(体积分数)H2O2,南京化学试剂股份有限公司;石油醚、三羟甲基氨基甲烷,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;Na2HPO4、NaH2PO4,天津市鼎盛化工有限公司。所用试剂均为实验室用分析纯。

1.3 仪器与设备

TEL-7001二氧化碳气体检测仪,北京阳光亿事达科技有限公司;HC-2518R高速冷冻离心机,安徽中科中佳科学仪器有限公司;LD-SY12食用油品质检测仪,山东莱恩德智能科技有限公司;Cary60 UV-vis紫外可见分光光度计,安捷伦科技有限公司;Trace GC Ultra气相色谱仪,上海斯迈欧分析仪器有限公司;RE-2000A旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂。

1.4 试验方法

将经过预处理的青皮扁桃分为4组,经过预实验,将其中3组分别以100、150、200 kV/m的高压静电场处理1.5 h,另外一组为无电场处理的对照组。处理完后,分别放入0.03 mm厚的打孔聚乙烯袋中,每袋200个果实,放置在冷库[冷库温度 (0±1) ℃,相对湿度85%～90%]中贮藏。各指标每隔10 d进行取样及观测,所有试验重复3次,结果取平均值。

1.5 检测指标及方法

1.5.1 青皮扁桃果实的失重率

青皮扁桃果实失重率按公式(1)计算:

1.5.2 青皮扁桃果实的呼吸强度

利用CO2测定仪进行测定,青皮扁桃果实呼吸强度按公式(2)计算:

式中:m,果实质量,g;M,气体相对分子质量;N,CO2含量,mg/kg;T,环境温度,℃;V,干燥器体积,mL;h,测定时间,s。

1.5.3 青皮扁桃果实的乙烯释放量

打开玻璃容器,倒扣,使空气和容器中的气体保持平衡。放入1 kg左右青皮扁桃,室温密闭1 h,利用注射器抽取气体1 mL,贮存于玻璃小样瓶中。采用气相色谱仪测定样瓶中的乙烯含量。

测定条件:不锈钢填充柱,色谱柱长2 m,内径2 mm,氢火焰离子化检测器;进样量1 mL;柱温70 ℃,进样口温度120 ℃,检测器温度150 ℃,载气N2(18 mL/min);燃气H2(21 mL/min);助燃气空气(150 mL/min)。

1.5.4 青皮扁桃果实的裂果率

青皮扁桃果实裂果率按公式(3)计算:

1.5.5 青皮扁桃果实的褐变指数

褐变指数分级标准如表1所示。

青皮扁桃果实褐变指数按公式(4)计算:

1.5.6 青皮扁桃果实的色泽

采用色彩色差计对扁桃果皮进行测定,测定时每个处理扁桃青皮表面取3个固定位点测定,记录L*、a*、b*值。色泽综合指标(comprehensive color index,CCI),参照ZHOU等[10]的方法计算,如公式(5)所示:

1.5.7 青皮扁桃种仁的过氧化值

油样制备:将扁桃种仁粉碎后,加入20～30 mL石油醚浸泡12 h。浸泡完成后,过滤,在45 ℃、0.08～0.1 MPa的负压条件下,用旋转蒸发仪除去石油醚,待石油醚挥发完毕后,得到油样。通过食用油品质检测仪进行测定。

1.5.8 青皮扁桃种仁的酸价

按1.5.7节的方法制备油样。通过食用油品质检测仪进行测定。

1.5.9 青皮扁桃种仁的过氧化氢酶(catalase, CAT)活性

参照ZHANG等[11]的方法测定,单位为U/(g·min)。

1.5.10 青皮扁桃种仁的过氧化物酶(peroxidase, POD)活性

参照曹建康等[12]的方法测定,单位为U/(g·min)。

1.6 数据分析

采用Origin 2021软件进行图表的绘制,采用SPSS 26软件进行方差分析。利用Duncan法进行多组样本间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 高压静电场处理对青皮扁桃果实失重率的影响

由于蒸腾作用,果实内的水分不断损失,其原因是果实内细胞组织的呼吸作用和外界空气中水势梯度造成的[13]。失重率是判断果蔬贮藏是否有效的主要指标之一[14],由图1可知,对照组和3个处理组的青皮扁桃失重率均随时间的增加而上升。贮藏第60天时,对照组和100、150、200 kV/m处理组的青皮扁桃失重率分别为:50.8%、18.3%、8.2%、12.7%;对照组显著高于各处理组(P<0.05),其中150 kV/m的处理组优于其他2个处理组。由此可以看出高压静电场处理可以有效降低青皮扁桃失重率的上升。

2.2 高压静电场处理对青皮扁桃果实呼吸强度和乙烯释放量的影响

由图2-a可知,各处理组的呼吸强度均为上升-下降-上升-下降的趋势,对照组共出现2次呼吸高峰,分别为10 d、30 d;100 kV/m的处理组共出现2次呼吸高峰,分别在20、50 d;150、200 kV/m的处理组只在第20天时出现1次呼吸高峰,峰值显著低于对照组的峰值(P<0.05),并且在贮藏过程中,150、200 kV/m的处理组的呼吸强度并未发生剧烈变化,由此说明高压静电场处理可以有效推迟和抑制青皮扁桃果实的呼吸高峰,减小青皮扁桃果实的呼吸强度。

乙烯是调控果蔬成熟和衰老的激素之一,乙烯的释放量可以反映贮藏过程中果蔬的生理活动[15]。由图2-b可知,青皮扁桃的乙烯释放量呈现先上升后下降的趋势,第20天时,对照组、100、150 kV/m的处理组均出现乙烯释放高峰,且对照组的峰值显著高于处理组(P<0.05);第30天时,200 kV/m的处理组出现第1次乙烯释放高峰,峰值显著低于对照组的峰值,且高峰期推迟了10 d;第40天时,对照组又一次峰值,且对照组的2次峰值均显著高于处理组的峰值。在整个贮藏期间,100、150 kV/m 两个处理组均保持在很低的水平,其中150 kV/m的处理组的效果最佳。这说明高压静电场处理可以有效抑制和延缓乙烯调控果实衰老的进程。

2.3 高压静电场处理对青皮扁桃果实裂果率和褐变指数的影响

由图3可知,随着时间的增长,青皮扁桃果实的裂果率也随之上升,在整个贮藏期内对照组的裂果率显著高于3个处理组,且在3个高压静电场处理组中,150 kV/m处理组裂果率上升最缓慢,均显著低于其他2个处理组(P<0.05),说明高压静电场处理可以有效减少青皮扁桃果实的裂果率,当电场强度为150 kV/m时效果最好。

由表2可看出,在贮藏期间,对照组和各处理组的褐变指数均呈上升趋势,其中对照组的褐变指数上升速度最快,均显著高于高压静电场处理组(P<0.05)。在10、30、40、50 d时,电场强度为100和200 kV/m的处理组差异不显著,150 kV/m的处理组褐变指数最低;60 d时,对照组的褐变指数高达65.73%,100、150、200 kV/m的褐变指数分别为55.33%、42.27%、49.73%,以电场强度为150 kV/m的处理组褐变指数最低。

2.4 高压静电场处理对青皮扁桃果实色泽的影响

果实的颜色是判断果蔬品质的重要外在特征,通过对果实的颜色进行定性、定量分析,可以观察果蔬的新鲜程度[16]。由图4-a可知,贮藏期间a*值整体呈现上升的趋势,且经过电场处理后的青皮扁桃的a*值的增长趋势显著低于同时期的对照组(P<0.05)。10 d时,电场处理的3个处理组的差异不显著;20～50 d期间,3个电场处理组之间具有显著性差异,其中,150 kV/m的处理组的a*值均保持较小的增长趋势;60 d时,100、200 kV/m的处理组之间差异不显著,150 kV/m的处理组的a*值最小,为0.287,比对照组的a*值低了93%,100、200 kV/m的a*值分别为1.677、1.506,比对照组的a*值低了62.3%、66.1%。说明高压静电场处理有效的保持了青皮扁桃的果皮绿色。

由图4-b可知,0～10 d时,青皮扁桃的b*值差异不显著(P>0.05);20 d时,对照组和100 kV/m的处理组均呈下降状态,150、200 kV/m的处理组的b*值均有所上升,且两者之间差异不显著;30～60 d期间,各组之间的b*值均迅速下降且差异显著(P<0.05),其中150 kV/m处理组的下降速度最缓慢。

贮藏过程中,L*值迅速下降,果实的果皮亮度也随之降低,图4-c中,0～10 d时,各组均有小幅度的上升,且差异不显著(P>0.05);20 d时,各组的L*值均开始下降,对照组与3个处理组之间差异显著(P<0.05),但3个电场处理组之间差异不显著(P>0.05);30 d时,各组之间差异显著,除200 kV/m的处理组L*值有所上升外,其余组均呈下降趋势;40～60 d时,各组均迅速下降。60 d相较于0 d时,对照组、100、150、200 kV/m的下降率分别为:23.7%、20.3%、14.9%、18.9%,其中150 kV/m处理组的下降速度最缓慢。说明高压静电场处理可以有效维持果皮的色泽。

由图4-d可知,贮藏期间,青皮扁桃果实的CCI值持续上升,对照组的上升幅度显著高于3个电场处理组(P<0.05),3个电场处理组中,150 kV/m处理组的上升速度最缓慢,显著低于100、200 kV/m的处理组(P<0.05),且100、200 kV/m的处理组之间差异不显著(P>0.05)。说明在贮藏期间,青皮扁桃果实表皮的绿色逐渐减少,黄色增加,且150 kV/m处理组的果实表皮色泽维持最好,这与肉眼观察的结果一致。

2.5 高压静电场处理对青皮扁桃种仁过氧化值和酸价的影响

过氧化值和酸价可以鉴别油脂的氧化程度,数值的增高意味着油脂酸败程度的加剧[17]。过氧化值和酸价小,说明油脂的质量好,同时果实具有较稳定的生理活性[18-19]。

表3中,贮藏期间,对照组、100、150 kV/m处理组的过氧化值持续上升;而200 kV/m处理组的过氧化值在0～30 d时,呈先上升后下降的趋势,30 d时最低,仅为0.008 0 g/100 g。30 d后过氧化值迅速上升;60 d时,对照组的过氧化值为0.396 3 g/100 g,100、150、200 kV/m的分别为:0.147 7、0.107 7、0.159 3 g/100 g,3个电场处理组的过氧化值不足对照组的1/2。表5中酸价也整体呈上升的趋势,贮藏结束时,对照组的酸价高达4.185 g/100 g,而100、150、200 kV/m的3个组分别为:0.337、0.200、0.270 g/100 g。3个经过高压静电场的处理组的过氧化值和酸价均符合GB 2716—2018《食品安全国家标准植物油》中规定的食用植物油的过氧化值(≤0.25 g/100 g)和酸价(≤3 mg KOH/g)。由此说明,高压静电场处理可以显著抑制种仁过氧化值和酸价的提高。

2.6 高压静电场处理对青皮扁桃种仁CAT和POD活性的影响

CAT是植物体内重要的活性氧清除酶系统之一[20],在图5-a中,对照组和电场处理组均呈先下降后上升的趋势,0 d时,经过电场处理的3个处理组的CAT活性受到不同程度的抑制;10 d时,各组的CAT活性大幅度降低,其中对照组的下降幅度最大,150 kV/m电场处理组的下降幅度最小;20～60 d时,各组的CAT活性较10 d时均有不同幅度的上升;整个贮藏过程中,除150 kV/m的处理组较初始时的CAT活性总体有小幅度的提升,对照组和100、200 kV/m的处理组均呈下降趋势,其中对照组的下降幅度最大。由此说明,高压静电场处理可以有效抑制CAT活性的下降,维持CAT的活性。

POD是广泛存在果蔬中的一种酶类,与许多生理生化代谢过程都有密切关系,果蔬的衰老是由于活性氧积累过多,而POD可以有效清除活性氧,延缓果蔬的衰老[21]。图5-b可知,在整个贮藏期间,150 kV/m的处理组均显著高于对照组和其他处理组,对照组和3个处理组均在10和30 d时出现峰值,3个电场处理组的峰值均显著高于对照组(P<0.05),且在3个处理组中,100、200 kV/m的处理组之间差异不显著(P>0.05)说明高压静电场处理可以延缓青皮扁桃果实的衰老,达到保鲜的效果。

2.7 相关性分析

图6对青皮扁桃的各个指标进行了相关性分析,图中椭圆形状越扁,相关性越大。由图6-a可知,POD活性与呼吸强度、乙烯释放量呈正相关,其中POD活性与呼吸强度之间显著相关(P<0.05);色泽综合指标CCI、过氧化值、酸价与失重率、裂果率、褐变指数呈显著正相关(P<0.05);色泽综合指标CCI、过氧化值、酸价与呼吸强度、乙烯释放量呈负相关;POD活性与失重率、裂果率、褐变指数呈负相关,CAT活性与失重率、呼吸强度、乙烯释放量、裂果率、褐变指数呈负相关。图6-b可知,色泽综合指标CCI、过氧化值、CAT活性与失重率、裂果率、褐变指数呈显著正相关(P<0.05),色泽综合指标CCI、过氧化值、POD活性、CAT活性与乙烯释放量呈正相关,色泽综合指标CCI、过氧化值、CAT活性与呼吸强度呈负相关,酸价、POD活性与裂果率、褐变指数呈负相关。

图6中,色泽综合指标CCI与失重率、裂果率和褐变率均呈显著正相关(P<0.05),这说明青皮扁桃果实外观品质各指标间密切相关,符合贮藏过程中果实生理变化规律;过氧化值也均与褐变指数和裂果率呈显著正相关(P<0.05),而图6中,酸价与褐变指数和裂果率的关系则相反,图6-a中呈显著正相关(P<0.05),图6-b中呈负相关,可能是由于经过高压静电场处理后的青皮扁桃可以使种仁的酸价一直保持在较低的水平,但综合说明,降低果实的褐变指数和裂果率,就可以有效的降低果仁的过氧化值和酸价;图6-a中CAT活性与失重率、乙烯释放量、裂果率、褐变指数呈负相关,而图6-b中则呈正相关,这说明,经过高压静电场处理后的青皮扁桃可以保持较高的CAT活性。综上所述,保持青皮扁桃果实较好的生理品质,就可以保持好的种仁品质。

3 讨论

在果蔬的贮藏中,细胞生命活动需要水分来维持,果实内的水分充足,细胞组织才会呈现脆嫩的状态,使果实表现出一定的硬度及好的口感[22]。本试验中,高压静电场处理可以有效地减少青皮扁桃水分的丢失,有效减缓失重率的上升,其中150 kV/m的电场强度效果最好,这与吴珏等[23]利用高压静电场处理椪柑的研究结果一致。青皮扁桃属于呼吸跃变型果实,呼吸强度和乙烯释放量过高,营养物质也就消耗越多,随之果实衰老的越快[24],试验表明,高压静电场处理可显著抑制青皮扁桃的呼吸强度和乙烯释放量,推迟了呼吸高峰及乙烯释放高峰,延缓果实的衰老进程,其中150 kV/m的电场处理组呼吸强度和乙烯释放量显著低于其他处理组和对照组(P<0.05)。这与杨孟[5]利用高压静电场保鲜猕猴桃中的研究结果一致。贮藏过程中,青皮扁桃果实极易发生开裂,表皮易发生褐变,有研究表明,大部分果实表皮褐变是由于贮藏后期果皮细胞抗氧化系统失衡导致[25]。本试验表明,经过高压静电场处理后的青皮扁桃相较于对照组裂果率和褐变指数均得到明显的抑制,且150 kV/m的电场处理组的抑制效果最好。随着果实水分丢失,裂果及褐变的发生,青皮扁桃果实的色泽也发生变化,本试验中经过电场处理的果实在贮藏过程中表皮的色泽也得到很好的保护,在贮藏后期,150 kV/m电场处理组的果皮色泽最好。

酸价表示游离脂肪酸在种仁中的含量,可判断油脂的酸败程度。过氧化值表示不饱和脂肪酸的氧化程度,决定了油脂的感官特性[26]。本试验中,发现经过150 kV/m电场处理的果实褐变程度最轻,酸价和过氧化值的上升最缓慢,使扁桃的外观和种仁的油脂保持较好品质。这可能是由于高压静电场处理通过延缓扁桃青皮的褐变,使种壳保持新鲜,进而使种仁的氧化酸败变得缓慢。这与钟紫璇等[27]的研究结果一致。

贮藏过程中,果实的衰老与果实组织中的活性氧密切相关[28],研究表明,CAT是果蔬中重要的活性氧清除酶系统之一,POD是果蔬在环境胁迫下的防御关键酶之一,两者均能够参与H2O2的清除。经过高压静电场处理的青皮扁桃种仁,其CAT和POD活性的下降幅度均得到抑制,这与LOTFI等[29]利用高压静电场保鲜石榴中的研究结果类似。

4 结论

综上所述,高压静电场处理可以有效抑制果实失重率、褐变率以及裂果率的上升,降低青皮扁桃果实的呼吸强度并延缓其乙烯释放量的高峰,维持果实较好的色泽,抑制种仁过氧化值和酸价的升高,减缓种仁CAT和POD活性的降低。其中150 kV/m电场处理对青皮扁桃的贮藏效果最佳,有效地维持了青皮扁桃的生理品质。

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