图1 不同处理对水晶葡萄呼吸强度的影响
Fig.1 Effects of different treatments on respiration intensity of crystal grapes
水晶葡萄(Vitis vinifera L.)系多年生藤本植物,果实晶莹剔透,香味浓郁可口且富含多种矿物质和氨基酸等营养物质,深受消费者青睐[1]。但水晶葡萄皮薄穗紧且在高温多雨季采收,采后贮运过程中果皮极易破裂、褐变和软化腐烂,严重影响果实感官品质[2],加之成熟期集中,导致大批量葡萄短期内无法销售,极大程度上阻碍了水晶葡萄的产业化发展。因此,如何有效控制水晶葡萄采后腐烂、褐变已成为葡萄产业发展亟待解决的问题。
水晶葡萄采后使用SO2[3]、NO[4]以及1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)[5]熏蒸均能有效控制葡萄的腐烂和褐变,但对气体浓度和时间控制有较高要求;可食用涂膜安全性高,但操作繁琐,不宜大规模使用[6]。6-苄基氨基嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)是一种细胞分裂素类化合物,能延缓植物衰老和抵抗逆境胁迫[7]。研究表明,6-BA处理能有效维持桃[8]、香蕉[9]、荔枝[10]等果蔬采后贮藏品质,维持果蔬正常能量代谢以及抗氧化系统的稳定性[11]。目前有关6-BA对葡萄浆果品质的研究主要集中在采前,将其作为植物生长调节剂调控果实生长发育过程,从而改善果实采后品质,而关于6-BA在鲜食葡萄采后贮藏品质的研究尚未见相关报道,另外,关于6-BA在果蔬保鲜方面的应用大都局限于6-BA单一作用,柠檬酸是一种安全性较高的有机酸,对果蔬具有防腐、抗氧化、减轻褐变和护色等作用[12]。对于与柠檬酸的复合保鲜工艺中,柠檬酸/壳聚糖复合[13]、柠檬酸和植酸结合1-MCP复合保鲜[14]均能显著提升果蔬采后的贮藏品质。研究表明,6-BA结合柠檬酸处理能显著延长月季切花瓶插寿命[15],但6-BA与柠檬酸复合处理在果蔬保鲜方面的应用鲜有报道。
本研究旨在通过分析6-BA、柠檬酸及其复合处理对采后水晶葡萄成熟过程中生理代谢的调节作用,探究能够有效缓解采后水晶葡萄腐烂褐变,维持水晶葡萄原有营养品质和独特风味的保鲜工艺,为延长水晶葡萄采后贮藏品质提供理论依据。
水晶葡萄,于2019年9月21日采自贵州省凯里市大风洞乡水晶葡萄种植基地(107°52′22″E, 26°43′21″N)。葡萄专用镂空筐,外尺寸615 mm×415 mm×200 mm,内尺寸580 mm×380 mm×150 mm,材质为高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE),普得力塑业有限公司。
柠檬酸、6-BA、福林酚、NaOH、茚三酮、邻苯二酚、三氯乙酸、Na2HPO4、乙醇、Na2CO3等均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
精准控温的保鲜库[相对湿度(90±5)%,温度±0.3 ℃],国家农产品保鲜工程技术研究中心监制;TA.XT.Plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司;UV-2550紫外分光光度计,日本岛津有限公司;PAL-1型迷你数显折射计,日本ATAGO公司;CheA0Point Ⅱ残氧仪,丹麦PBI Dansensor公司。
采摘成熟度为九成熟的水晶葡萄(九成熟为80%果面透明,采用手持测糖仪测含糖量为16%～18%)。采摘时连同葡萄袋一起放置于葡萄专用筐内,采收后3 h内运回贵阳学院果蔬保鲜实验室,于25 ℃环境下拆除葡萄袋,使用工业风扇除热1 h后,随机选择果梗翠绿、无病虫害、无机械损伤及成熟度相对一致的水晶葡萄进行实验。
前期研究已证实,30 mg/L 6-BA[16]、1%(质量分数)柠檬酸[17]处理可有效减缓果蔬采后品质劣变,增强抗病性,维持果实良好的贮藏品质,故以此作为6-BA和柠檬酸的处理剂量。将果实随机分成3组并分别使用30 mg/L 6-BA、1%柠檬酸、30 mg/L 6-BA+1%柠檬酸溶液浸泡30 s,等量蒸馏水浸泡作为对照(各处理分别记为6-BA组、柠檬酸组、复合组和CK组)。处理后将葡萄平铺在镂空筐内1 h晾干水分,之后将所有果实放在筐内,每筐质量为(5±0.5) kg,各处理12筐,共60 kg,所有处理共240 kg,分装后将其转移至(1±0.3) ℃,相对湿度85%～90%条件下贮藏40 d,每10 d随机取3筐测定各项生理指标。
取1.5 kg的水晶葡萄放置于密闭干燥容器中,25 ℃密封静置1 h后,用残氧仪监测容器中CO2浓度变化,呼吸强度以1 kg鲜果1 h增加的CO2量进行表示。
参照孙思胜等[18]的方法,落粒率和腐烂率的计算如公式(1)、公式(2)所示:
落粒率/%=落粒果粒数/果粒总数×100
(1)
腐烂率/%=腐烂的果实数量/原始果实数量×100
(2)
果皮褐变率定义为褐变果实与总果实的比率,并以百分比表示。参照吉宁等[19]的方法测定果实硬度,随机选取不同处理的15个果粒进行穿刺,每个果实以同样方法取平均值。每组随机选取15颗葡萄,挤出果粒汁液至数显折射计测定可溶性固形物(total soluble solid,TSS)含量。
多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性参照李桂峰等[20]的邻苯二酚法测定;多酚含量参照李静等[21]的Folin-Ciocalteu比色法测定;维生素C含量参照张晓锋等[22]的2,6-二氯靛酚钠滴定法测定;游离氨基酸含量采用水合茚三酮比色法[23]测定;可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G250染色法[24]测定。
各指标均重复测定3次,结果以平均值±标准偏差表示,采用Origin 2021软件进行作图,SPSS 19.0进行Duncan氏新复极差法进行数据差异显著性分析。
由图1可知,各处理组与对照组呼吸强度在贮藏期间均呈上升趋势。贮藏至10 d时,对照组呼吸强度快速上升至8.71 mg/(kg·h),与处理组差异显著(P<0.05);贮藏至第20～30天时,对照组和6-BA处理呼吸作用持续快速增强,其余两组处理在一定程度上减缓了果实呼吸作用增强。到第30天时对照组呼吸强度[12.25 mg/(kg·h)]显著高于处理组(P<0.05),其中,复合处理呼吸强度[8.20 mg/(kg·h)]最低;贮藏到第40天,柠檬酸处理果实呼吸强度增加至14.72 mg/(kg·h),与对照组呼吸强度相近。6-BA和复合处理组呼吸作用[13.56、12.15 mg/(kg·h)]相对较弱。相比对照组,6-BA和复合处理组能有效抑制水晶葡萄呼吸作用,但复合处理效果更佳,较大程度降低了果实呼吸作用,从而抑制水晶葡萄衰老。
图1 不同处理对水晶葡萄呼吸强度的影响
Fig.1 Effects of different treatments on respiration intensity of crystal grapes
水晶葡萄皮薄多汁,贮藏过程中果皮易破裂失水腐烂。如图2所示,贮藏前10 d,各组水晶葡萄腐烂率低且各组间差异不显著(P>0.05),复合处理腐烂率仅为0.97%;随贮藏时间增加,各组果实腐烂速率持续上升,对照组果实腐烂率显著高于处理组(P<0.05)。贮藏至第40天时,复合处理组果实腐烂率约为对照组的1/2,与对照组20 d时腐烂率相当,说明复合处理显著延缓了水晶葡萄腐烂率的增加。
图2 不同处理对水晶葡萄腐烂率的影响
Fig.2 Effects of different treatments on rot rate of crystal grapes
由图3可知,贮藏前20 d,各组葡萄脱落速率较快,第10天时均明显出现果实脱落现象,第20天时,柠檬酸处理与对照组果实脱落率急剧增加且差异不显著(P>0.05),贮藏至第40天时,6-BA和柠檬酸处理组差异不显著(P>0.05),复合处理脱落率保持最低为28.80%,显著低于对照组第20天时的脱落率,表明复合处理能够有效减缓采后葡萄脱落率。
图3 不同处理对水晶葡萄脱落率的影响
Fig.3 Effects of different treatments on shedding rate of crystal grapes
水晶葡萄由于机械损伤或贮藏环境不良时,在O2的参与下,酚类化合物被酶催化生成醌类物质,醌类物质进一步聚合产生有色物质沉积在组织表面而发生褐变,影响果实外观品质[25]。如图4所示,各组果实随时间延长均有不同程度的褐变情况,贮藏至20 d时,对照组葡萄褐变率达14.66%,而复合处理组褐变率仅为5.22%。贮藏至40 d,对照组葡萄褐变率显著高于处理组(P<0.05),其中复合处理果实褐变率最低为17.72%。就褐变程度及褐变速率而言,对照组褐变程度严重且褐变速率高于处理组,3种处理均在一定程度上减缓了水晶葡萄褐变率,而复合处理能够明显抑制水晶葡萄果皮褐变。
图4 不同处理对水晶葡萄褐变率的影响
Fig.4 Effects of different treatments on browning rate of crystal grapes
由图5可知,整个贮藏期间复合处理组葡萄硬度始终保持最高,6-BA和柠檬酸处理组硬度差异不显著(P>0.05)。贮藏至第10天,对照组硬度快速下降至232.38 g,而复合组维持了果实较高硬度(270.24 g)。第30天时复合组果实硬度(243.57 g)显著高于其余各组,且其余3组差异不显著(P>0.05),贮藏到40 d时复合组硬度最高为226.94 g。相比单独处理,复合处理显著延缓了水晶葡萄硬度的降低。
图5 不同处理对水晶葡萄硬度的影响
Fig.5 Effects of different treatments on hardness of crystal grapes
TSS是反映果实口感与品质优劣的重要指标[26]。由图6可知,各组葡萄果实中TSS含量均急剧下降,贮藏前10 d,各组TSS含量差异不显著(P>0.05),随贮藏时间增加,复合处理组TSS含量始终维持在较高水平,显著高于其他3组处理(P<0.05);贮藏到第40天时,复合处理组葡萄TSS含量最高为14.42%。整个贮藏期间,复合处理能够有效减缓水晶葡萄TSS含量的降低,较好地维持采后水晶葡萄口感。
图6 不同处理对水晶葡萄TSS含量的影响
Fig.6 Effects of different treatments on TSS content of crystal grapes
由于果蔬本身含有促使维生素C氧化的酶,采后维生素C会逐渐被氧化减少[27]。如图7所示,贮藏前10 d,复合处理维生素C含量逐渐上升,其余3组维生素C含量持续下降。随着果实的衰老,营养物质不断消耗[28],贮藏至第20天时复合组维生素C含量下降至12.98 mg/100 g,6-BA处理组维生素C含量仅降低了0.35 mg/100 g,且与复合处理组维生素C含量差异不显著(P>0.05),分别为12.98、12.61 mg/100 g。贮藏到第40天时,复合处理组维生素C含量仍保持最大值为5.26 mg/100 g。综上所述,6-BA和复合处理均能保持果实较高维生素C含量,能在一定程度上延缓水晶葡萄中维生素C含量的降低。
图7 不同处理对水晶葡萄维生素C含量的影响
Fig.7 Effects of different treatments on vitamin C content in crystal grapes
可溶性蛋白质是构成果蔬中酶的重要组成部分,参与果蔬多种生理代谢过程的调控,与果蔬衰老、抗逆等密切相关[29]。如图8所示,可溶性蛋白质含量在整个贮藏期间均呈上升趋势,贮藏到第20天,各处理组水晶葡萄可溶性蛋白质含量上升幅度较为平缓,复合处理可溶性蛋白质含量仅上升了1.38 mg/100 g,显著低于其余3组处理(P<0.05);而贮藏中后期各组可溶性蛋白质含量急剧升高,对照组可溶性蛋白质含量上升至22.19 mg/100 g,显著高于处理组(P<0.05)。结果表明,复合处理对水晶葡萄可溶性蛋白质合成起抑制作用,且在一定程度上维持水晶葡萄原有营养品质。
图8 不同处理对水晶葡萄可溶性蛋白质含量的影响
Fig.8 Effects of different treatments on soluble protein content of crystal grapes
游离氨基酸是果实中重要营养物质和相关风味化合物的合成前体,植物中游离氨基酸含量能够反映其抗逆性[30]。如图9所示,所有处理组的游离氨基酸含量在贮藏期间均呈先上升后下降的趋势,可能是由于水晶葡萄采后呼吸作用加强,加速了蛋白质分解,使游离氨基酸不断积累,随后由于采后其强烈的蒸腾作用使果实失水,导致氨基酸合成和转运受到抑制[31]。贮藏至第10天时,6-BA和复合处理游离氨基酸含量与水晶葡萄0 d时含量相当,而对照组与柠檬酸处理果实中游离氨基酸含量显著升高。贮藏第10～20天,与复合处理相比,其余3组处理果实游离氨基酸含量均急剧升高至峰值,贮藏至30 d时,复合处理游离氨基酸含量持续升高至16.39 mg/100 g,与6-BA差异不显著(P>0.05)。第40天时,6-BA与复合处理中游离氨基酸含量低于0 d时的含量,整个贮藏期间,复合处理组游离氨基酸含量变化幅度较为平缓,能较好地维持水晶葡萄原有品质及滋味。
图9 不同处理对水晶葡萄游离氨基酸含量的影响
Fig.9 Effects of different treatments on free amino acid content of crystal grapes
酚类物质作为酶促褐变的底物,具有较强的抗氧化性以及清除自由基的能力,其含量的高低可以反应抗褐变的能力[32]。如图10所示,整个贮藏期间,复合处理葡萄始终维持较高多酚含量,贮藏前10 d,各处理组多酚含量下降缓慢,复合处理组多酚含量最高为81.48 mg/100 g,其余3组差异不显著(P>0.05)。贮藏至第30天,复合处理多酚含量为58.86 mg/100 g,高于对照组第20天时的多酚含量,说明复合处理延缓了水晶葡萄多酚含量的降低。结合水晶葡萄褐变率变化可看出,水晶葡萄褐变率与多酚含量呈负相关,表明多酚含量越高,果实褐变率越低,复合处理有利于提高水晶葡萄抗褐变能力。
图10 不同处理对水晶葡萄多酚含量的影响
Fig.10 Effects of different treatments on polyphenol content in crystal grapes
PPO催化果蔬中的内源性多酚物质氧化生成黑色素,是引起果蔬酶促褐变的主要酶类[33]。由图11可知,在贮藏期间,所有处理组的PPO活性持续上升,贮藏至第20天时,6-BA和复合处理PPO活性上升缓慢,分别为0.471、0.424 U/min,而对照与柠檬酸处理组PPO活性显著增加;贮藏后期除复合处理外其余各组PPO活性均急剧增加;贮藏第20～30天时,所有处理组水晶葡萄PPO活性均急剧增加,贮藏至40 d时,复合处理中葡萄PPO活性增加缓慢且保持最低为0.944 U/min,显著低于单独处理组PPO活性(P<0.05)。结合图4可知,水晶葡萄PPO活性与褐变率呈现出相似的变化趋势,PPO活性与褐变率呈正相关性,表明PPO活性升高会导致水晶葡萄褐变率增加,其中,复合处理中PPO活性明显被抑制,显著降低了水晶葡萄褐变发生率。
图11 不同处理对水晶葡萄PPO活性的影响
Fig.11 Effects of different treatments on polyphenol oxidase activity in crystal grapes
如图12所示,水晶葡萄各生理指标之间的相关性分析结果表明,水晶葡萄褐变率与PPO活性、脱落率、腐烂率、可溶性蛋白质含量及呼吸强度之间有极显著正相关性(r=0.98,r=0.97,r=0.99,r=0.98,r=0.97,P<0.01),与维生素C、多酚含量有极显著负相关性(r=-0.97,r=-0.95,P<0.01),说明水晶葡萄在贮藏期间的褐变程度不仅受维生素C氧化褐变、多酚自氧化褐变等非酶因素影响,也与PPO活性,可溶性蛋白质代谢及呼吸作用密切相关。呼吸强度与腐烂率、PPO活性、褐变率以及脱落率有极显著正相关性(r=0.95,r=0.95,r=0.97,r=0.95,P<0.01),表明果实呼吸作用越强,果实腐烂脱落及褐变程度越高,呼吸作用将加快果实衰老进程,显著影响水晶葡萄外观品质,游离氨基酸含量与各指标差异均不显著。
图12 各生理指标间的相关性分析
Fig.12 Correlation analysis between physiological indicators
对水晶葡萄生理指标进行主成分分析(表1)。将水晶葡萄贮藏期间的11项指标转化为2个主成分。结果表明,前2个主成分的贡献率分别为88.192%,9.199%,累计贡献率为97.390%,且前2个主成分特征值均大于1,可以代表各成分大部分的信息。因此,选取前2个主成分作为水晶葡萄采后贮藏品质的重要主成分。
表1 水晶葡萄成分分析提取的主成分特征值和贡献率
Table 1 Principal component characteristic values and contribution rates extracted by crystal grapes composition analysis
主成分特征值贡献率/%累计贡献率/%19.70188.19288.19221.0129.19997.390
主成分载荷矩阵由表2可知,第1主成分主要反映褐变率、PPO活性、脱落率、腐烂率、可溶性蛋白质和呼吸强度这6个成分,第2主成分主要反映多酚、维生素C和游离氨基酸含量这3个成分,说明这些指标与水晶葡萄贮藏保鲜效果相关性较高,可直接影响水晶葡萄品质。
表2 主成分载荷矩阵
Table 2 Principal component loading matrix
指标主成分1主成分2褐变率 0.993 0.021硬度-0.966-0.067可溶性固形物-0.9870.048多酚含量-0.9830.157PPO活性0.985-0.117脱落率0.9710.170维生素C含量-0.9630.172腐烂率0.9880.025呼吸强度0.9790.019可溶性蛋白0.985-0.111游离氨基酸0.3130.946
由图13可知,水晶葡萄褐变率、腐烂率、PPO活性、可溶性蛋白质和呼吸强度在PC1的正轴,对第1主成分贡献大;而游离氨基酸和维生素C含量在PC2有较高的载荷,对第2主成分的贡献较大。结合表2与图13可知,根据载荷大小,水晶葡萄品质的关键指标是褐变率、腐烂率、PPO活性、可溶性蛋白质含量、呼吸强度、游离氨基酸及维生素C含量。
图13 因子载荷图
Fig.13 Factor loading diagram
水晶葡萄采后机体通过呼吸作用消耗自身贮备的有机物和水分提供所需能量,导致水晶葡萄营养物质消耗加快,失水脱落[34]。因此,推测6-BA、柠檬酸及复合处理通过抑制果实呼吸强度,减缓呼吸代谢和营养物质消耗[35],从而延缓水晶葡萄维生素C、TSS含量等降低。引起果实采后硬度变化的主要原因是呼吸强度及细胞壁结构的改变,本研究发现水晶葡萄硬度与呼吸强度呈显著负相关,这与徐斌等[36]对哈密瓜的研究结果一致。在本研究中,贮藏中后期各组可溶性蛋白质含量急剧升高,这可能是由于果实逐渐衰老,蛋白质合成代谢加强,组织细胞膜受损,蛋白质泄漏,蛋白酶活性升高,将蛋白质水解成氨基酸合成抗氧化酶等响应逆境胁迫所致[37]。对照组含量显著高于处理组(P<0.05),表明未处理水晶葡萄产生较多的可溶性蛋白质以防止细胞组织损伤,降低逆境胁迫的危害,相反,复合处理对水晶葡萄可溶性蛋白质合成起抑制作用,提高果实抗逆性,这与臧建磊等[38]研究结果相似。此外,贮藏后期,水晶葡萄游离氨基酸含量急剧下降,推测可能是因为蛋白合成速度大于其分解速度,第40天时,6-BA与复合处理中游离氨基酸含量低于0 d时的含量,主要是由于这2种处理显著抑制了果实中可溶性蛋白质的合成,从而降低水晶葡萄中游离氨基酸含量。相关性分析结果表明,水晶葡萄褐变率与与维生素C、多酚含量呈极显著负相关性(r=-0.97,r=-0.95,P<0.01),说明水晶葡萄在贮藏期间的褐变程度不仅受维生素C氧化褐变、多酚自氧化褐变等非酶因素影响,与宁密密等[39]研究发现一致。此外,呼吸强度与多个性状间均存在一定的相关性,可通过呼吸强度预测其他相关性状的增减趋势,本实验中果实呼吸作用越强,果实腐烂脱落及褐变程度越高,加快了果实衰老进程。结合主成分分析3种处理对水晶葡萄综合品质的影响,得到褐变率、腐烂率、PPO活性、可溶性蛋白质含量、呼吸强度、游离氨基酸及维生素C含量是评估水晶葡萄品质的关键指标,显示了贮藏期间果实综合品质的动态变化。随贮藏时间的延长,水晶葡萄综合品质逐渐下降,而复合处理能有效延缓水晶葡萄综合品质下降,延长果实的贮藏期限。
SO2熏蒸是维持鲜食葡萄采后品质和控制贮藏病害的最常见和最有效的商业处理方法,但SO2残留量问题一直未得到有效解决[40],寻找替代SO2安全有效的保鲜方法是葡萄采后保鲜领域研究重点。6-BA能通过促进细胞分裂维持新陈代谢和营养物质运输,改善果实品质,安全性高[41]。浸渍法是控制果蔬采后病害和贮藏品质常用的方法,便捷高效、成本低,适用于产业化规模[42]。但本研究仍存在一定不足,6-BA和柠檬酸是参考西兰花和苹果最佳的浸泡浓度,对于水晶葡萄,可能会存在一个更佳的浓度,因此,本研究后续还可开展关于6-BA和柠檬酸对水晶葡萄最佳浸泡浓度筛选实验。
综上所述,整个贮藏期间,不同处理中水晶葡萄腐烂率及脱落率不断升高,维生素C、多酚和TSS含量逐渐降低,PPO活性随贮藏时间的延长呈上升趋势。与单一处理相比,复合处理能够有效抑制果实采后呼吸代谢,减少果实自身贮备营养物质的消耗,保持较高果实硬度、多酚、维生素C以及TSS含量,降低采后水晶葡萄腐烂脱落率。抑制水晶葡萄可溶性蛋白质合成代谢及游离氨基酸含量变化,同时减缓PPO活性的升高,降低维生素C氧化、多酚自氧化等非酶促因素对水晶葡萄褐变程度的影响,能较好地维持水晶葡萄原有营养及感官品质。
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