甜樱桃(Prunus avium L.)是蔷薇科樱属植物,其果实色泽艳丽,酸甜可口,富含多种营养物质,深受消费者的喜爱[1]。但甜樱桃果实皮薄多汁,采后容易软化、凹陷、腐烂变质。低温冷藏可以有效控制果实品质并延长其货架期,然而低温贮藏时间过长,果实极易发生生理紊乱,导致果实品质下降[2]。果实表面凹陷作为甜樱桃果实采后最重要的生理疾病,已成为制约甜樱桃产业健康发展的瓶颈问题。
1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)是一种化学保鲜剂,它通过阻碍乙烯与其受体结合从而抑制乙烯的信号转导,起到延长果实货架期的作用[3]。与传统的保鲜剂相比,1-MCP安全无毒且稳定性好,使用浓度比较低[4],已广泛用于李子[5],香蕉[6],苹果[7]和梨[8]等果实的采后保鲜。已有研究报道了1-MCP处理对甜樱桃果实褐变[9]和贮藏品质[10]的影响。ZHAO等[11]研究发现1-MCP结合ClO2处理改善了甜樱桃果实的贮藏品质,抑制了果梗褐变。SERRADILLA等[12]研究表明1-MCP处理保持了甜樱桃果实硬度的同时还降低了果实采后的发病率,从而延缓果实衰老。
目前关于1-MCP处理甜樱桃果实的研究多集中在采后贮藏品质方面,其对甜樱桃果实凹陷和活性氧代谢的报道较少。因此,本研究以“萨米脱”甜樱桃为材料,旨在探讨1-MCP对冷藏甜樱桃果实凹陷、贮藏品质和活性氧代谢的影响,为1-MCP在甜樱桃采后保鲜中的应用提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料与试剂
“萨米脱”甜樱桃采摘于运城市夏县甜樱桃示范基地,采收结束后1 h内,迅速将果实运回实验室。
1-MCP、Na2HPO4、NaH2PO4、硫代巴比妥酸、三氯乙酸、亚硝酸钾、对氨基苯磺酸、盐酸羟胺、乙二胺四乙酸二钠、Ti(SO4)2、H2O2、钼酸铵、蛋氨酸、核黄素、聚乙烯吡咯烷酮、氧化型谷胱甘肽、还原型谷胱甘肽、二硫代硝基苯甲酸,上海源叶科技有限公司。
1.2 仪器与设备
CR-400色差仪,日本柯尼卡美能达公司;GMK-835F苹果酸度测定仪,上海智元科技有限公司;DDS-307A电导率仪,上海雷磁仪器有限公司;TMS-Pro质构仪,美国FTC公司;UV-8000型紫外可见分光光度计,上海元析仪器公司;Sigma3k15高速冷冻离心机,德国Sigma公司;SQP型电子天平,北京赛多利斯科学仪器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 样品处理
挑选无机械损伤、无病虫害、大小颜色均一、带果梗的正常果为实验材料,随机分成2组,每组3个重复,每一重复10 kg。一组用体积分数为1.0 μL/L 1-MCP(在前期预实验的基础上筛选)在室温下密闭熏蒸12 h,另一组不做处理作为对照。处理后的果实贮藏于(0±0.5) ℃、相对湿度90%～95%的机械冷库,定期取样。每一重复取15个果实,每组取3个重复。果实去核并切成小块,立即液氮速冻样品保存于-80 ℃的超低温冰箱中,用于超氧阴离子含量、H2O2含量、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、抗氧化酶活性、DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力等指标测定。
1.3.2 甜樱桃果实凹陷率、凹陷指数和腐烂率的测定
凹陷率统计:选取30个甜樱桃果实,于室温(24～25 ℃)放置3 d后检查发现凹陷果数,根据公式(1)计算果实凹陷率,每一组重复3次。
凹陷指数参考SUO等[13]的方法,根据果实表面凹陷程度对每个果实进行目视分级。n1=轻度凹陷(凹陷面积≤10%),n2=中度凹陷(11%≤凹陷面积≤25%),n3=严重凹陷(26%≤凹陷面积≤50%),n4=极严重凹陷(凹陷面积>51%),根据公式(2)计算果实凹陷指数,每组重复3次。根据公式(2)计算果实凹陷指数,每组重复3次。
腐烂率统计:选取100个甜樱桃果实,检查发现腐烂果数,根据公式(3)计算果实腐烂率,每组重复3次。
凹陷率
(1)
凹陷指数
(2)
腐烂率
(3)
1.3.3 甜樱桃品质指标测定
甜樱桃果实硬度采用质构仪测定;甜樱桃果实的色泽用CR-400色差仪测定,使用的CIELAB颜色参数为L*(亮度),c*(颜色饱和度),h°(色调角);可溶性固形物含量采用数显糖度计测定,单位为%;可滴定酸含量采用苹果酸度计测定,单位为%。每个处理均随机测定10个果实,每组3次重复。
1.3.4 超氧阴离子(·O2-)和H2O2含量测定
采用YANG等[14]方法略有修改。
1.3.5 MDA含量和相对电导率的测定
参考WANG等[15]的方法略有修改,MDA含量以μmol/g表示,相对电导率以%表示。
1.3.6 抗氧化酶活性测定
准确称取1.0 g甜樱桃组织样品,加入5 mL 0.1 mol/L磷酸钠缓冲液(pH 7.5)中研磨匀浆后在4 ℃下以12 000 r/min离心20 min,所得上清液直接用于酶活性测定。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX)和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase, GR)活性均参照WANG等[16]的方法测定。
1.3.7 抗坏血酸和谷胱甘肽含量的测定
参考曹建康等[17]的方法测定。
1.3.8 DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率测定
参考WU等[18]的方法测定。
1.3.9 数据处理与统计分析
本实验采用完全随机设计,重复3次。采用SPSS 27.0进行统计分析,通过单因素方差分析或进行Duncan’s多重比较,结果表示为平均值±标准差,显著性差异水平为P<0.05。采用Excel 2019和OriginPro 2021等软件制作图表。
2 结果与分析
2.1 1-MCP处理对甜樱桃果实凹陷率、凹陷指数和腐烂率的影响
在贮藏过程中,甜樱桃果实的凹陷率整体呈上升趋势,1-MCP处理显著抑制了其上升速率(图1-a)。冷藏21 d后,果实的凹陷率迅速增加,贮藏结束时对照组果实凹陷率达到51.33%,比1-MCP处理组果实凹陷率高27.27%(P<0.05)。
a-果实凹陷率;b-果实凹陷指数;c-果实腐烂率
图1 1-MCP对甜樱桃果实凹陷率、凹陷指数和腐烂率的影响
Fig.1 Effect of 1-MCP treatment on pitting incidence, pitting index and decay incidence of sweet cherry fruit
注:*代表差异显著(下同)。
在贮藏期间,凹陷指数呈上升趋势(图1-b)。与对照相比,1-MCP处理显著抑制其上升(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的凹陷指数比对照低14.0%。
由图1-c可知,对照组甜樱桃果实在贮藏第14天出现腐烂,而1-MCP处理组果实在第21天出现腐烂。贮藏结束时1-MCP处理组甜樱桃果实腐烂率比对照组果实低13.25%(P<0.05)。
2.2 1-MCP处理对甜樱桃果实品质的影响
甜樱桃低温贮藏过程中,其果实硬度的变化如图2-a所示。与对照相比,1-MCP处理显著抑制了甜樱桃果实硬度下降的速率,从贮藏14 d至贮藏结束与对照组的差异均达显著水平(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的果实硬度比对照组高10.83%。
a-果实硬度;b-可溶性固形物含量;c-可滴定酸含量;d-L*;e-c*;f-h°
图2 1-MCP处理对甜樱桃品质的影响
Fig.2 Effect of 1-MCP treatment on quality of sweet cherry fruit
随着贮藏时间的延长,甜樱桃果实的可溶性固形物含量呈先上升后下降的趋势(图2-b)。与对照组相比,1-MCP处理显著抑制其下降速率(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃果实可溶性固形物含量比对照组高7.36%。
由图2-c可知,甜樱桃果实可滴定酸含量变化趋势与可溶性固形物含量相似。从贮藏第14天至贮藏结束,1-MCP处理的甜樱桃可滴定酸含量显著高于对照组果实(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃可滴定酸含量比对照组高40.31%。
在贮藏期间,甜樱桃果实的L*值整体呈先上升后下降的趋势(图2-d),在贮藏第21天,甜樱桃果实的L*值达到峰值。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃L*值比对照组高10.93%(P<0.05)。
由图2-e可知,在整个贮藏期内,甜樱桃的色彩饱和度呈先上升后下降趋势。从第14天至贮藏结束,1-MCP处理的甜樱桃c*值显著高于对照组(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃c*值比对照组高12.41%。
贮藏过程中,色调角呈下降趋势(图2-f)。与对照相比,1-MCP处理导致色调角h°下降速度显著减慢(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃色调角比对照组高68.53%。
2.3 1-MCP处理对甜樱桃果实·O2-含量、H2O2含量、MDA含量和相对电导率的影响
甜樱桃果实·O2-含量在贮藏期间呈上升趋势,1-MCP处理的甜樱桃果实·O2-含量始终低于对照组(图3-a),从第14天至贮藏结束与对照差异均达显著水(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃果实·O2-含量比对照组低24.72%。
a-·O2-含量;b-H2O2含量;c-MDA含量;d-相对电导率
图3 1-MCP处理对甜樱桃果实·O2-含量、H2O2含量、MDA含量和相对电导率的影响
Fig.3 Effects of 1-MCP treatment on ·O2- content, H2O2 content, MDA content and relative conductivity of sweet cherry fruit
由图3-b可知,甜樱桃果实H2O2含量总体呈上升趋势,1-MCP处理显著抑制了其上升速率(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃果实H2O2含量比对照组低21.64%。
由图3-c可知,在贮藏期间,甜樱桃果实的MDA含量呈上升趋势,1-MCP处理的甜樱桃果MDA含量上升速率较慢,从第14天至贮藏结束其含量始终低于对照组(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的MDA含量比对照组低24.97%。
甜樱桃果实相对电导率整体呈上升趋势(图3-d)。从第14天至贮藏结束,1-MCP处理组显著抑制了其上升速率(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理组果实的相对电导率比对照组果实低9.77%。
2.4 1-MCP处理对甜樱桃果实SOD、CAT、APX和GR活性的影响
由图4-a可知,甜樱桃果实SOD活性在贮藏期间呈先上升后下降再上升的趋势。从贮藏第14天至贮藏结束,1-MCP处理的果实SOD活性显著高于对照组果实(P<0.05),贮藏结束时1-MCP处理的果实SOD活性比对照组高26.92%。
a-SOD;b-CAT;c-APX;d-GR
图4 1-MCP对甜樱桃果实SOD、CAT、APX和GR活性的影响
Fig.4 Effects of 1-MCP on the activity of SOD、CAT、APX and GR of sweet cherry fruit
由图4-b可知,在贮藏过程中,CAT活性整体呈先升后降的趋势,1-MCP处理的果实CAT活性均高于对照组果实,在贮藏结束时,其活性比对照组果实高21.63%(P<0.05)。
由图4-c可知,在贮藏开始时,APX活性逐渐上升,第21天达到峰值,随后开始下降。1-MCP处理抑制了其下降速率,APX活性从第14天至贮藏结束显著高于对照组果实(P<0.05)。在贮藏结束时,其活性比对照组高14.75%。
由图4-d可知,在贮藏过程中,GR活性呈先上升后下降又上升的趋势,第28天达到峰值。1-MCP处理的甜樱桃果实GR活性显著高于对照组果实(P<0.05),在贮藏结束时,其活性比对照组果实高20.51%。
2.5 1-MCP处理对甜樱桃抗坏血酸和谷胱甘肽含量的影响
由图5-a可知,甜樱桃抗坏血酸含量在整个贮藏期间呈下降趋势,与对照相比,1-MCP处理显著抑制了抗坏血酸含量的下降(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃抗坏血酸含量比对照组高18.51%。
a-抗坏血酸含量;b-谷胱甘肽含量
图5 1-MCP处理对甜樱桃抗坏血酸和谷胱甘肽含量的影响
Fig.5 Effect of 1-MCP treatment on ascorbic acid and glutathione contents of sweet cherry fruit
由图5-b可知,随着贮藏时间的延长,甜樱桃果实的谷胱甘肽含量呈先升后降的趋势。1-MCP处理的甜樱桃果实谷胱甘肽含量从贮藏第14天至贮藏结束与对照组差异均达显著水平(P<0.05),贮藏结束时1-MCP处理的甜樱桃果实谷胱甘肽含量比对照组高40.01%。
2.6 1-MCP处理对甜樱桃果实DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除率的影响
由图6-a可知,甜樱桃果实DPPH自由基清除率在整个贮藏期间呈下降趋势,与对照相比,1-MCP处理显著抑制了DPPH自由基清除率的下降(P<0.05)。贮藏结束时,1-MCP处理的甜樱桃DPPH自由基清除率比对照组高21.05%。
a-DPPH自由基清除率;b-ABTS阳离子自由基清除率
图6 1-MCP处理对甜樱桃果实DPPH自由基清除率和ABTS阳离子自由基清除率的影响
Fig.6 Effects of 1-MCP treatment on DPPH free radical scavenging rate and ABTS cationic free radical scavenging rate of sweet cherry fruit
由图6-b可知,在整个贮藏期间,甜樱桃果实的ABTS阳离子自由基清除率呈下降趋势,1-MCP处理的甜樱桃果实ABTS阳离子自由基清除率在贮藏期间始终高于对照组,贮藏第14天至贮藏结束与对照差异均达显著水平(P<0.05),贮藏结束时1-MCP处理的甜樱桃果实ABTS阳离子自由基清除率比对照组高26.06%。
3 结论与讨论
新鲜甜樱桃果实皮薄多汁,极易腐烂,低温贮藏虽然能够有效延长贮藏期,但是长时间的低温贮藏会导致果实采后生理紊乱,果实表面产生凹陷,限制甜樱桃冷链流通。本研究结果显示,1-MCP处理显著抑制甜樱桃果实的凹陷率、凹陷指数和腐烂率的上升,保持了甜樱桃较高的硬度,能较好地维持外观色泽与口感,与MA等[19]和王风霞等[10]研究结果一致。这些结果表明,1-MCP处理减轻甜樱桃果实凹陷,保持果实品质,可能与其诱导果实自身产生防御反应,调节甜樱桃果实采后生理代谢过程有关。
低温胁迫下,细胞氧化还原失衡导致活性氧(reactive oxygen, ROS)累积,导致多不饱和脂肪酸、自由基和MDA等化学物质的积累,造成膜结构和功能的严重损伤,影响植物正常的生长和代谢[20]。细胞膜的损伤可能首先引起表皮细胞下方细胞或组织的崩溃,随后表皮受损,表现为水果表面凹陷[21]。SOD、CAT、APX和GR等酶促抗氧化剂体系和抗坏血酸和谷胱甘肽等非酶促抗氧化剂体系可有效清除活性氧自由基,保持体内活性氧平衡,从而保护细胞膜的功能,提高果蔬采后对冷胁迫的抵抗力[22]。其中,SOD催化·O2-自由基转化为分子氧和H2O2,CAT和APX分解过量的H2O2产物以保护细胞膜免受氧化损伤,而GR通过形成谷胱甘肽为APX提供底物[23]。也有研究证实了1-MCP处理可以通过调节ROS代谢和抗氧化酶活性,减轻对梨[24]和香蕉[25]细胞膜的损伤,维持细胞膜的完整性,延缓果实衰老。
本研究结果表明,随着贮藏时间的延长,1-MCP处理提高了甜樱桃果实SOD,CAT、APX和GR活性,促进抗坏血酸含量和谷胱甘肽含量上升,进而抑制了甜樱桃果实MDA、超氧阴离子和H2O2累积以及相对电导率的上升,同时提高了甜樱桃果实的DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力,这与YANG等[26]和罗冬兰等[27]研究结果一致。说明1-MCP处理可以通过提高抗氧化酶活性和抗氧化物质含量,减轻活性氧代谢对组织的损伤,进而减轻果实表面凹陷,起到良好的保鲜效果。
综上所述,1-MCP处理可能通过提高抗氧化酶的活性和抗氧化物质含量,同时增强DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力,在贮藏过程中维持了较低的ROS水平,抑制了MDA含量和相对电导率的上升,从而减轻甜樱桃果实表面凹陷,较好的保持果实外观和品质。本研究为开发基于1-MCP技术的甜樱桃贮藏保鲜技术,提高甜樱桃果实贮藏品质和经济效益提供了理论依据。
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