花椰菜(Brassica oleracea L.var.botrytis),也被称为椰菜花、菜花或花菜,隶属于十字花科芸苔属半耐寒型蔬菜,是甘蓝的变种。它的营养价值丰富,不仅富含蛋白质、碳水化合物、维生素及矿物质,而且能够降低肠胃癌和乳腺癌等疾病的患病几率[1]。通常,整株花椰菜在室温下放置2~4 d后,白色顶端就会开始变黄或变黑。且在包装后因蒸腾作用产生水汽,更易加重黑斑的形成。
褪黑素(melatonin,MT)是一种可以在植物中或者动物的松果体中产生的内源激素。现有研究发现,许多水果和蔬菜中都产生内源性褪黑激素,并且MT在果蔬生理变化中起着非常重要的作用[2-3]。王洁琼等[4]研究表明,MT处理能够有效抑制贮藏期间荠菜的黄化,维持了荠菜的品质,提高了荠菜的抗氧化能力。卢瑞雪等[5]研究表明,MT处理有效延缓了小青菜在贮藏期间的衰老进程,保持良好的色泽,延缓了失重率和黄化率的升高,保持了较高的营养品质;研究还发现,MT处理还可显著提高小青菜贮藏期间过氧化物酶(peroxidase,POD)活性和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的活性。乔沛等[6]研究发现,MT处理通过调节采后荔枝的活性氧代谢而延缓其贮藏期间的衰老进程,结果表明浓度为50 μmol/L的MT处理效果最佳。目前国内外对于采后MT处理研究较多,但目前针对外源MT对花椰菜采后贮藏期间品质维持的研究报道相对较少,薛建新等[7]研究了采后MT处理对鲜切花椰菜保鲜品质及货架期的影响,从生理、细胞和基因表达水平解析MT对鲜切花椰菜保鲜品质的调节作用。由于鲜切工艺给花椰菜造成了一定的机械损伤,所以其对花椰菜防御相关酶进行了分析研究,尚缺少MT对完整花椰菜花球贮藏的相关文章。
因此,为了研究外源MT处理对花椰菜采后贮藏期间品质和生理变化的影响,本实验以花椰菜为实验材料,通过对CK组和MT处理组2组分别进行营养指标、生理指标、衰老指标和生理变化相关酶的测定。并通过实验结果分析得到最适合花椰菜的采后贮藏方式,从而为花椰菜采后贮藏保鲜提供新的思路及技术支撑。
花椰菜,于2022年9月29日采自北京平谷,采收完毕后立即运往国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),挑选果实大小均匀、无明显病虫害现象、无明显机械损伤现象的果实作为试验试材。
无水乙酸、乙酸钠、硫酸、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、90%乙醇、无水乙醇、苯酚、考马斯亮蓝G-250、NaOH、H2O2、偏磷酸、草酸、EDTA、钼酸铵、邻苯二酚、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、Na3PO4,天津市大茂化学试剂厂;Trion X-100、愈创木酚,上海麦克林生化科技股份有限公司;85%磷酸、酒石酸钾钠,天津市科密欧化学试剂有限公司;3,5-二硝基水杨酸,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;聚乙烯(polyethylene,PE)纳米膜(400 mm×550 mm×0.03 mm),上海复命新材料科技有限公司。
Synergy H1全功能微孔板检测仪酶标仪,美国伯腾仪器有限公司;PAL-1便携式手持折光仪,日本爱宕公司;岛津2010气相色谱仪,日本岛津公司;Check PiontⅡ便携式残氧仪,丹麦Dansensor公司;DDS-307A电导率仪,上海仪电科学仪器股份有限公司;恒温水浴锅,金坛市金南仪器制造有限公司;Sigma 3-30k高速冷冻离心机,德国SIGMA离心机有限公司;722-100可见分光光度计,上海佑科仪器仪表有限公司;A11 basic研磨机,德国IKA公司;ML503/02分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;MDF-U32V(N)超低温冰箱,日本三洋电机株式会社。
(a)将挑选后的花椰菜每2个放入1个PE袋中进行包装,每2个包装袋放入1个纸箱中进行贮藏,记为CK组。
(b)将花椰菜整齐摆放至托盘中,将配好的浓度为50 μmol/L的MT溶液均匀喷涂在花椰菜花头表面及根部,自然风干后将每2个花椰菜放入1个PE袋中进行包装,每2个包装袋放入1个纸箱中进行贮藏,记为MT处理组。
(c)将2组统一放入0 ℃冷库预冷24 h,然后进入贮藏期,每次实验结束后每组处理取花椰菜头部1~3 cm处用液氮进行冻样处理,然后将其转移至-80 ℃超低温冰箱中保藏,用于后续生理变化相关酶活性的测定。
1.4.1 感官调查
参考纪淑娟等[8]对西兰花进行感官评分的方法,感官评分标准见表1。
表1 花椰菜总体感官质量评分标准
Table 1 Overall sensory quality scoring criteria for cauliflower
评分/分色泽气味花球组织状态颈部质地整体水嫩程度腐烂程度7.5
1.4.2 可溶性固形物
参考林本芳等[9]的方法,实验重复6次,结果取平均值。
1.4.3 还原糖
采用3,5-二硝基水杨酸法进行测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.4 可溶性蛋白
采用考马斯亮蓝染色法进行测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.5 维生素C
采用钼蓝比色法进行测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.6 呼吸强度
参考张鹏等[11]的方法,并略作修改,随机选取2朵花椰菜的可食部分称重后分成质量接近的2组,装入2 800 mL的长方形密闭保鲜盒。在20 ℃下静置2 h后使用残氧仪测定盒内CO2浓度,后计算花朵呼吸速率,各处理重复3次,取平均值。
1.4.7 乙烯生成速率
参考张鹏等[12]的方法,并略作修改,随机选取2朵花椰菜的可食部分称重后分成质量接近的2组,装入2 800 mL的长方形密闭保鲜盒。在20 ℃下静置2 h后使用1.0 mL玻璃进样针进样,在气相色谱进样口温度160 ℃、色谱柱温度60 ℃、检测器温度210 ℃实验方法下进行测定。之后根据浓度-峰面积标准曲线进行结果计算,每个处理重复3次,取平均值。
1.4.8 相对电导率
参考唐欣影[13]的方法,各处理重复3次取平均值。
1.4.9 PPO
采用邻苯二酚法测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.10 POD
采用愈创木酚法测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.11 过氧化氢酶(catalase,CAT)
采用比色法测定[10],各处理重复3次取平均值。
1.4.12 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)
采用SOD试剂盒进行测定,方法为羟胺法,结果以U/g表示。各处理重复3次取平均值。
1.4.13 H2O2含量
采用H2O2试剂盒进行测定,方法为比色法,结果以mmol表示。各处理重复3次取平均值。
1.4.14 数据处理
实验结果每组重复3次平行,取其平均值。数据采用Excel 2021进行数据处理,OriginPro 2021进行图像绘制,SPSS 26进行独立样本T检验分析样品数据之间的差异(P<0.05代表差异显著)。
由图1可知,贮藏60 d时,2处理的花椰菜表面均出现了不同程度的霉变腐烂现象。其中,CK组的花椰菜果实表面腐烂程度要明显大于MT处理组,出现了大面积的霉变腐烂现象并伴随较为明显的花球松散现象。
图1 贮藏60 d时不同处理对花椰菜贮藏期感官品质的影响
Fig.1 Effect of different treatments on the sensory quality of cauliflower during storage at 60 d
表2表示随着贮藏时间的延长,2个处理组的感官评分呈下降趋势。在整个贮藏期间, MT处理组感官评分均高于CK组,贮藏20 d时,MT处理组仍能使花椰菜基本保持与0 d相同的感官品质,贮藏20~60 d期间,MT处理组感官评分显著高于CK组(P<0.05)。贮藏60 d时,MT处理组感官评分较高,为37.58分,CK组感官评分仅为21.92分。
表2 花椰菜感官评分结果
Table 2 Cauliflower sensory scoring results
处理时间/d0102030405060CK/分60.00±0.00a59.75±0.45a55.83±0.83b45.50±1.73b45.50±1.73b28.83±1.64b21.92±1.68bMT/分60.00±0.00a60.00±0.00a59.00±0.00a52.67±1.30a50.25±1.36a44.50±1.24a37.58±1.98a
注:相同贮藏时间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
由图2可知,在整个贮藏期间,2组处理的花椰菜腐烂率均呈现上升趋势,其中MT 处理组的腐烂率明显低于 CK 组(P<0.05)。贮藏10 d时,MT处理组仍无腐烂现象出现,贮藏60 d后,MT 组的腐烂率达到 15%,仍具有一定的商品价值,CK 组的腐烂率达到 35%,基本失去了商品价值。综上所述,MT处理可以维持花椰菜贮藏期间的感官品质,抑制花椰菜贮藏期间腐烂率的升高。
图2 外源MT处理对花椰菜贮藏期腐烂率的影响
Fig.2 Effect of exogenous melatonin treatment on decay rate of cauliflower during storage
注:相同贮藏时间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
还原糖在植物体内广泛存在,主要起到供能的作用[14]。如图3-a所示,随着贮藏时间的不断延长,2处理组还原糖含量趋势变化呈现不断下降的状态,这是由于花椰菜在采后贮藏期间进行呼吸代谢,消耗糖类物质所导致的。在整个贮藏期间,CK组与MT组趋势变化一致,2组处理分别在贮藏10、30、40、60 d出现显著差异(P<0.05)。贮藏60 d时,MT处理组还原糖含量为0.57 mg/g,CK组还原糖含量为0.48 mg/g,2组处理分别比初始值损失了52%和59%,MT处理组还原糖含量显著高于CK组(P<0.05)。这与卢瑞雪等[5]对小青菜的研究结果类似,其中MT处理可以有效地减缓采后贮藏期间还原糖的降解。
a-还原糖;b-可溶性蛋白;c-可溶性固形物;d-维生素C
图3 外源MT处理对花椰菜营养品质的影响
Fig.3 Effect of exogenous melatonin treatment on the nutritional quality of cauliflower
可溶性蛋白是植物中一种重要的渗透调节物质和营养物质,含量的增加和积累可以提高植物细胞的保水能力,从而对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用[15]。如图3-b所示,在整个贮藏期间,MT处理组与CK组可溶性蛋白含量均呈现下降的趋势。贮藏30、50、60 d时2组处理可溶性蛋白含量出现显著差异(P<0.05)。贮藏20、40 d时,2组处理可溶性蛋白含量差异不显著(P>0.05),贮藏60 d时,MT处理组可溶性蛋白含量为1.52 mg/g,CK组可溶性蛋白含量为1.17 mg/g。TAN等[16]研究了外源MT对大白菜采后贮藏期间品质的影响,研究结果表明,外源MT处理可以保持较高的可溶性蛋白含量,可溶性蛋白含量较高的处理组说明其可以维持较低的生理代谢强度。
可溶性固形物是果蔬贮藏品质的关键指标之一,可溶性固形物的含量和果蔬的营养价值呈现正相关的关系[17]。如图3-c所示,随着贮藏时间的不断延长,2组处理的可溶性固形物含量趋势变化均呈现下降的状态。贮藏10~30 d期间及贮藏60 d时2组处理可溶性固形物含量差异显著(P<0.05)。贮藏40、50 d时,2组处理可溶性固形物含量无显著差异(P>0.05),贮藏60 d时,MT处理组可溶性固形物含量为5.43%,CK组可溶性固形物含量为4.82%。表明贮藏40~60 d期间,MT处理组可溶性固形物含量相对稳定,整体变化趋势不大,可以说明MT处理组可以较好地维持花椰菜贮藏期间可溶性固形物含量。张皓波等[18]对MT结合气调包装处理对黄牛肝菌保鲜效果影响进行了研究,实验结果证明了MT处理可以维持黄牛肝菌贮藏期间的可溶性固形物含量。
花椰菜维生素C含量丰富,是花椰菜贮藏期间的关键指标之一[19]。如图3-d所示,随着贮藏时间的不断延长,2组处理的维生素C含量变化趋势均呈现先升高后降低的状态。贮藏60 d时,MT处理组维生素C含量为52.37 mg/100 g,CK组维生素C含量为43.54 mg/100 g,2组处理维生素C含量呈现显著差异(P<0.05)。MT处理组在贮藏0~10 d期间维生素C含量呈现上升趋势,CK组在贮藏0~20 d期间维生素C含量呈现上升趋势,分析原因是由于花椰菜采后仍保持生理活性,但处理方式不同导致花椰菜成熟度不一致。卢瑞雪等[5]对MT处理小青菜的贮藏品质进行研究,其中MT处理可以有效地延缓小青菜采后贮藏期间维生素C含量的降低,与本研究结果一致。
如图4-a所示,随着贮藏时间的不断延长,2组处理的呼吸速率趋势变化呈现先降低后升高再降低的状态。花椰菜在进入贮藏期后,呼吸速率先呈现下降趋势,并于贮藏20 d时趋于平稳,贮藏20~40 d期间,2组处理的花椰菜呼吸速率呈现上升趋势,并于贮藏40 d达到峰值,贮藏40~60 d期间,2组处理的花椰菜呼吸速率呈现降低的趋势,在整个贮藏过程中,MT处理组呼吸速率均显著低于CK组(P<0.05)。王洁琼等[4]研究了MT对低温贮藏期间荠菜衰老和抗氧化能力的影响,实验结果证明了MT处理可以抑制果实贮藏期间呼吸速率的上升。
a-呼吸强度;b-乙烯生成速率
图4 外源MT处理对花椰菜生理指标的影响
Fig.4 Effects of exogenous melatonin treatment on physiological indices of cauliflower
如图4-b所示,随着贮藏时间的不断延长,2组处理的乙烯生成速率趋势变化呈现先升高后降低的状态。贮藏0~40 d期间,2组处理均呈现较为波动的升高趋势,且无显著差异(P>0.05)。贮藏50 d时2组处理乙烯生成速率急剧上升,出现乙烯生成速率的峰值,随后呈现降低的趋势,贮藏50~60 d期间,MT处理组乙烯生成速率均显著低于CK组(P<0.05),表明MT抑制了乙烯生成速率的升高。邓淑芳等[20]研究了MT处理对枸杞果实采后生理及贮藏品质的影响,结果表明MT具有抑制乙烯上升的作用。
如图5-a所示,随着贮藏时间的不断延长,2组处理的相对电导率趋势变化整体呈现先下降后上升的状态。贮藏0~20 d期间,2组处理相对电导率均呈现出降低的趋势,可能是由于贮藏前期花椰菜果实品质较好,没有发生细胞膜破裂的现象,且贮藏期间同组处理果实生理变化不同所导致。贮藏20~60 d期间,2组处理的相对电导率均呈现上升的趋势,贮藏60 d时,CK组相对电导率急剧上升,显著高于MT处理组(P<0.05),证明贮藏60 d时CK组花椰菜细胞膜破裂情况较为严重,MT处理组可以抑制相对电导率的升高。杨新元[21]对外源MT对干旱胁迫下向日葵幼苗生长、光合及抗氧化系统的影响进行了研究与分析,实验结果证明外源MT处理可以抑制相对电导率的产生速率。罗冬兰等[22]对采前MT和1-MCP处理对百香果采后贮藏品质的影响进行了研究,实验结果证明1-MCP处理和MT处理均可以抑制相对电导率的升高。
a-相对电导率;b-PPO活性;c-POD活性;d-CAT活性;e-SOD活性;f-H2O2
图5 外源褪黑素处理对花椰菜相对电导率及生理变化相关酶活性的影响
Fig.5 Effect of exogenous melatonin treatment on relative conductivity and enzyme activities related to physiological changes in cauliflower
如图5-b所示,随着贮藏时间的不断延长,CK组PPO活性呈现出先下降后上升的变化趋势;MT处理组PPO活性呈现先下降后上升再下降的变化趋势。贮藏0~10 d期间,2组处理PPO活性均呈现降低的趋势,分析原因可能为贮藏10 d时,花椰菜品质变化与0 d基本一致,无明显的氧化褐变现象发生,因此贮藏前期出现短暂的PPO活性降低趋势。贮藏20~40 d期间,2组处理PPO活性出现升高趋势,在贮藏40~60 d期间,CK组PPO活性仍然呈现出升高的趋势,MT处理组PPO活性呈现降低的趋势,可能是由于PPO活性与氧化反应密切相关,MT的抗氧化作用可以减少氧化反应的发生,从而降低贮藏后期PPO活性。
如图5-c所示,随着贮藏时间的延长,2组处理POD活性均呈现上升的趋势。贮藏20 d时POD活性急剧上升,并逐渐趋于平稳。在整个贮藏期间,MT处理组均显著高于CK组(P<0.05)。贮藏60 d时,CK组POD活性比MT处理组POD活性低54%,MT处理组POD活性显著高于CK组(P<0.05)。辛丹丹等[23]对黄瓜采后外源MT处理提高品质和延缓衰老进行研究,结果表明,采后贮藏期间POD活性呈现上升趋势,MT处理组POD活性大于对照组。
如图5-d所示,随着贮藏时间的延长,2组处理CAT活性均呈现先上升后下降的趋势。贮藏0~20 d期间,2组处理CAT活性变化幅度不大,贮藏30 d时,CK组CAT活性急剧上升,出现峰值,随后呈现下降趋势。贮藏30 d时,MT处理组CAT活性出现峰值,随后呈现下降趋势,贮藏60 d时,MT处理组CAT活性显著高于CK组(P<0.05)。根据图5-d分析可知,MT处理可以延缓贮藏中期CAT活性的降低。王洁琼等[4]研究了MT对低温贮藏期间荠菜衰老和抗氧化能力的影响,实验结果证明了MT处理可以维持果实贮藏期间CAT活性。
SOD作为一种抗氧化酶,能够清除植物体内部的超氧阴离子(·O2-),从而起到延缓衰老的作用。如图5-e所示,随着贮藏时间的延长,2组处理SOD活性均呈现下降的趋势。贮藏0~30 d期间,CK组SOD活性较为平稳,贮藏40~50 d期间CK组SOD活性出现大幅度降低,贮藏50~60 d期间,CK组SOD活性显著低于MT处理组(P<0.05)。王廷芹等[24]研究了外源MT对油麦菜的保鲜效果,实验结果证明采后外源MT处理,可以有效抑制SOD活性的降低。
H2O2是植物代谢活动所产生的有害物质,H2O2含量的积累会导致细胞损伤,促进果实的衰老和腐坏。如图5-f所示,随着贮藏时间的延长,2处理组的H2O2含量均呈现先下降后上升的趋势。贮藏10~30 d期间,CK组和MT处理组H2O2含量变化均较为平稳,贮藏40 d时,CK组H2O2含量急剧升高,MT处理组H2O2含量仍保持平稳,贮藏50 d时MT处理组H2O2含量出现升高趋势。贮藏30~60 d期间,MT处理组H2O2含量显著低于CK组(P<0.05)。王洁琼等[4]研究了MT对低温贮藏期间荠菜衰老和抗氧化能力的影响,研究结果表明,MT处理可以有效抑制荠菜贮藏期间H2O2含量的升高。
MT是广泛存在于生物体内的一种吲哚类色胺,具有调控果蔬衰老、清除活性氧自由基、防止抗氧化酶钝化等作用。最新研究发现MT可以显著延缓果蔬采后由呼吸作用、乙烯释放、蒸腾作用、自由基代谢等代谢活动导致的品质劣变[24]。胡苗等[25]探究了MT处理对采后猕猴桃果实后熟衰老的影响,实验结果表明MT处理可以有效抑制猕猴桃果实在采后贮藏期间的呼吸速率和乙烯生成速率。花椰菜是呼吸跃变型果实,呼吸强度的大小与果实的成熟与衰老呈正相关。乙烯是促进果实成熟与衰老的重要激素,通过抑制呼吸强度和乙烯生成速率可以更好地维持花椰菜采后的贮藏品质。本研究结果表明,采后MT处理可以较好地抑制花椰菜采后贮藏期间呼吸速率和乙烯生成速率的升高。在整个贮藏期间,MT处理组的花椰菜的呼吸速率均显著低于CK组(P<0.05),乙烯生成速率在贮藏40 d之前无显著差异,贮藏50~60 d期间,2组处理出现显著差异,MT处理组乙烯生成速率显著低于CK组(P<0.05)。果蔬在采后贮藏期间,由于正常的代谢活动和微生物侵染等外界作用影响,导致其营养品质会逐渐流失。在本研究中,MT处理可以较好地维持花椰菜采后贮藏期间的还原糖、可溶性蛋白、可溶性固形物和维生素C的含量,贮藏60 d时各营养指标均显著优于CK组(P<0.05)。
对于生理代谢相关的酶而言,其中POD、SOD与CAT在花椰菜中属于酶促抗氧化系统,它们主要负责清除自由基,它们的活性高低对保持花椰菜体内自由基的平衡十分重要。本实验结果表明,采后MT处理可以维持花椰菜采后贮藏期间POD、CAT和SOD的活性,贮藏50~60 d期间与CK组差异显著(P<0.05)。辛丹丹等[23]探究了外源MT处理对提高黄瓜采后品质和延缓衰老的影响,研究结果表明,在采后贮藏期间POD活性呈现上升趋势,MT处理组POD活性大于对照组。王洁琼等[4]探究了MT对低温贮藏期间荠菜衰老和抗氧化能力的影响,实验结果证明MT处理能够更好地维持SOD的活性,SOD活性大于对照组。在果蔬贮藏期间,H2O2含量会不断积累,从而导致细胞的损伤。本实验中,MT处理可以有效抑制花椰菜贮藏期间的H2O2含量,延缓膜脂氧化的进程,从而保护了细胞膜的结构功能完整性。相关研究与本研究结果一致。
综上所述,MT处理对花椰菜采后贮藏期间的感官品质、还原糖含量、维生素C含量、可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量、POD、SOD、CAT活性具有维持作用。MT处理对于腐烂率、呼吸速率、乙烯生成速率、相对电导率、PPO活性、H2O2含量的升高具有抑制作用,从而维持了花椰菜采后贮藏期间的贮藏品质。
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