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草莓(Fragaria×ananassa Duch.)是蔷薇科草莓属植物的杂交种,一种多年生草本植物[1]。草莓浆果芳香多汁,营养丰富,素有“水果皇后”的美称,草莓富含维生素C、花青素、膳食纤维、钾等多种营养成分和生物活性物质,具有广泛的医学和营养保健价值[2]。然而,草莓含水量高,在采后贮藏过程中会导致果实皱缩,失重率变高,且草莓表皮极薄,在采摘、收获、运输时易受到机械损伤引起草莓腐烂,导致草莓质量损失和营养成分流失,从而影响其食品安全和经济价值,这阻碍了它们的市场销售[3]。因此,采取有效的措施来控制草莓果实采后品质尤为重要。
果实品质通常受腐烂率、失重率、硬度、颜色、糖酸度、香气的影响,缺乏香气挥发物会影响草莓产品的感官品质。这些挥发性香气成分随着果实的贮藏期变化而变化,并受到贮藏条件以及采后处理的影响。
在保持果实采后品质的各种处理方法中,物理处理对果实无残留气味,比化学处理更为有效地保持果实的香气物质[4]。光照处理为一种物理处理方法,在提高果蔬采后品质和延长贮藏期方面有着巨大潜力。光是植物光合作用和生长所需的重要因素,并且光作为能量来源可以促进一些初级和次级代谢物合成的生化过程[5],影响着果实的生理代谢和对环境胁迫的抵抗能力,目前光照处理以被众多研究者应用于果蔬的采后保鲜。
短波紫外线(ultraviolet-C,UV-C)波长200～280 nm,是一种波长小于可见光的电磁波[6]。低剂量紫外线照射有利于延缓果实成熟和衰老,提高植物化学物质含量,通过增强酚类物质的生物合成和提高抗氧化剂水平来控制真菌病害。研究表明,UV-C处理能够控制果实采后多种病害,诱导果实的抗病防御反应,激活植物组织的抗病性从而提高果实的抗病能力[7]。与传统光源相比,发光二极管(light emitting diode,LED)具有发光效率高、节能、体积小、使用寿命长和热能输出低等特点。研究表明采前LED处理可以提高草莓总酚含量和总抗氧化能力[8]。GONG等[9]发现,LED红光引起金橘果实叶绿体超微结构变化,伴有叶绿素降解。GANGANELLI等[10]研究发现,短LED光照(绿色、蓝色、红色和红色+蓝色)可以延长覆盆子的采后寿命,减少内部分解并增加抗坏血酸的含量。
尽管光照处理的有效性已被证明可以改善或保持果实的质量,但LED处理对草莓的应用主要集中在采前,采后研究较少,且不同光照处理对草莓采后贮存期间的品质、香气和抗氧化活性的影响在文献中相对较少。本研究旨在探讨不同光照(UV-C、LED红光)处理对草莓贮藏期间品质、香气及抗氧化能力的影响,可为草莓的采后保鲜和香气控制提供理论和实践基础,有助于提高草莓的市场竞争力和附加值,同时也可以为其他水果保鲜和质量控制提供参考。
红颜草莓,2023年12月采摘于江苏省南京市大胡草莓园。草莓采摘后立即运回实验室。挑选成熟度一致且无机械损害的660个草莓用于试验。
三氯乙酸、红菲咯啉,南京寿德生物科技有限公司;磷酸、碳酸钠、抗坏血酸、三氯化铁、无水乙醇,国药集团化学试剂有限公司;壬酸乙酯、福林酚、没食子酸,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;Spectra Max M2多功能酶标仪,美谷分子仪器有限公司。
PAL-1数显糖度计,日本Atago公司;PAL-Easy ACID F5酸度计,日本Atago公司;A11液氮研磨仪,德国IKA公司;3K15冷冻离心机,德国Sigma公司;CR-10便携式色差仪,日本Minolta公司;TMS-Pro质构仪,美国FTC公司;HH-4数显恒温水浴锅,常州国华电器有限公司;JA2203 N电子精密天平,上海民桥精密科学仪器有限公司。
1.3.1 原材料的选择与处理
将草莓果实随机分成3组,分别为:a)UV-C处理组:预实验确定用254 nm UV-C灯管照射,最佳剂量为2.0 kJ/m2。b)红光处理组:红光660 nm,最佳的光照强度控制为30 μmol·m2/s。c)对照组:果实不经过任何处理。处理结束后,果实在(4±1) ℃,相对湿度85%的条件下贮藏8 d,每2 d进行取样。将草莓切成小块,用液氮速冻,并贮存在-80 ℃冰箱中进行下一步分析,每个取样点都进行3个生物学重复。
1.3.2 腐烂指数和失重率的测定
草莓的腐烂指数测定参考康明丽等[11]的方法并进行修改,将草莓腐烂程度分为5个等级。根据所取样品腐烂程度的统计结果,统计每组20个草莓腐烂情况,腐烂指数按公式(1)计算:
腐烂指数
(1)
草莓失重率的测定:草莓果实在每个取样时间进行称重,失重率为取样时间测定质量与初始质量相比的质量减轻百分比。
1.3.3 可溶性固形物(total soluble solids,TSS)、可滴定酸(titratable acid,TA)含量的测定
TSS由折光仪进行测定,单位为%。TA由酸度计进行测定,单位为%。
1.3.4 硬度的测定
草莓硬度的测定参考CHENG等[12]的方法,并进行修改。使用质构仪测定草莓硬度,圆柱形探头直径为5 mm,设置感应元50 N,触发力0.5 N,穿刺距离5 mm。选取草莓赤道处2个对称部位进行测定,单位为N。
1.3.5 总酚、维生素C含量的测定
总酚、维生素C含量参考VAEZI等[13]的方法进行测定,称取2.0 g样品于离心管中,向其中加入5 mL 60%(体积分数)乙醇,避光条件下反应2 h,10 000 r/min离心20 min,取上清液0.1 mL,依次加入2 mL 1 mol/L福林酚、4 mL Na2CO3,超纯水定容至25 mL,摇匀放置1 h,在760 nm测定吸光值。以没食子酸的标准曲线确定样品的总酚含量,单位为mg/g。取2 g样品,加入5 mL草酸-EDTA溶液冰浴研磨,4 ℃ 离心8 000 r/min 15 min,吸取上清液1 mL,加入4 mL草酸-EDTA,依次加入0.5 mL 3%(体积分数)偏磷酸-乙酸溶液、1.0 mL 5%(体积分数)硫酸溶液、2.0 mL 5%(体积分数)钼酸铵溶液,蒸馏水定容至25 mL,80 ℃反应60 min,冷却,以不加样品管为空白参比,在760 nm下测定吸光值。根据标准曲线计算出维生素C含量,单位为mg/g。
1.3.6 颜色的测定
使用色差仪测量草莓的表面颜色,L*、a*、b*值分别表示果实的亮暗程度、红绿程度(+a*表示颜色偏红,-a*表示偏绿)及黄蓝程度(+b*表示颜色偏黄,-b*表示颜色偏蓝)。随机选择草莓果实赤道处对称区域进行颜色测定。
1.3.7 挥发性风味物质的测定
参考张敬文等[14]的方法对草莓样品进行挥发性化合物的鉴定和定量,并做了一些修改。取出-80 ℃的草莓样品在磨样机中研磨,称量2 g冻样研磨成粉放入30 mL顶空瓶中,加入10 μL稀释1 000倍的内标物壬酸乙酯。
挥发性化合物通过配备有质谱的气相色谱仪来鉴定。纤维在250 ℃下在注射口解吸5 min。GC-MS分析的参数如下:进样器温度250 ℃,初始烘箱温度40 ℃,持续2 min,温度以3 ℃/min的速率升至160 ℃,持续2 min,然后温度以10 ℃/min的速率升至230 ℃,持续2 min。MS检测器在70 eV的电子碰撞电离模式下运行,扫描质量范围为30～450 m/z。四极杆温度为250 ℃,离子源温度为280 ℃。化合物的质谱与NIST数据库进行比较,每种挥发性风味物质的含量以壬酸乙酯作为内标进行定量,单位为μg/kg。
1.3.8 丙二醛(malondialdehyde,MDA)、过氧化氢(H2O2)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性的测定
以上各参数的测定参考曹建康等[15]的方法。
实验数据由SPSS 19.0软件进行分析。使用Duncan多重比较检验进行显著性分析,图形利用Origin软件制作。
腐烂指数是判断果实新鲜程度的重要指标。如图1-A所示,草莓果实的腐烂指数随着采后贮藏时间的延长而增加。与对照组相比,红光、UV-C处理显著降低了草莓的腐烂指数。贮藏至第8天时,UV-C处理组的腐烂指数分别比对照组和红光处理组腐烂指数降低了49.32%、21.13%,UV-C处理抑制草莓腐烂最为有效,这表明UV-C可以有效抑制病原微生物的感染,延缓果实腐烂,延长草莓果实的货架期。
A+-果实腐烂指数;B-失重率
图1 不同处理对草莓果实腐烂指数、失重率的影响
Fig.1 Effects of different treatments on decay index and weight loss rate of strawberry fruit
注:字母不同表示同一时间点不同处理具有显著性差异(P<0.05)(下同)。
如图1-B所示,随着贮藏时间的延长,各组草莓果实的失重率逐渐增加。贮藏期间果实失重率的增加可归因于果实的呼吸作用和蒸腾作用[16]。随着贮藏期的延长,草莓果实的失重率不断上升,且在贮藏期内,2种光照处理组的失重率均低于对照组,从贮藏期的第2天起,UV-C处理能有效抑制失重率的增加,而红光处理至第4天才开始有显著效果(P<0.05)。在贮藏第8天时,UV-C处理组仍能保持商业可接受的9.89%失重率(<10%)。综合来看,UV-C处理效果更佳,这是因为UV-C处理对活性氧的影响导致草莓果实细胞壁刚性增加,减少水分蒸发并抑制呼吸速率[17]。
硬度是影响消费者购买的关键指标。如图2所示,随着贮藏时间的延长,各组草莓果实的硬度随之降低,贮藏第6天时,草莓硬度急剧下降,可能是由于草莓果胶和其他细胞壁成分产生降解。光照处理组的果实硬度均显著高于对照组,贮藏至第8天时,对照组、红光组、UV-C组的草莓的硬度分别降至1.82、2.20、2.47 N。结果表明,UV-C及红光处理均可以延缓草莓果实硬度下降,其中UV-C组抑制草莓硬度下降最为有效,原因是由于UV-C处理对草莓细胞和组织有一定保护作用,从而延缓草莓果实的代谢活性和水分流失[18]。
图2 不同处理对草莓果实硬度的影响
Fig.2 Effects of different treatments on hardness of strawberry fruit
TSS、TA影响了果实的口感。如图3-A所示,贮藏期间各组草莓果实的TSS含量呈现先上升后下降的趋势。贮藏前期TSS的增加可能是由于果实中大分子糖分解成小分子糖,TSS含量上升,但随着贮藏时间的延长,草莓果实衰老和呼吸速率随贮藏时间的延长而加快,导致TSS含量降低[19]。在草莓贮藏第2天时,对照组、UV-C处理、红光处理组的草莓TSS含量分别为11.07%、11.1%、11.19%,经过红光处理的草莓TSS含量达到最大。在贮藏期间,红光处理组与对照组相比,草莓TSS含量显著提高(P<0.05),说明红光处理能有效地延缓草莓果实的养分消耗,较好地提高了草莓的TSS含量。如图3-B所示,草莓在贮藏期间TA含量呈现先上升后下降的趋势,红光处理组TA含量均显著高于对照组,延缓了TA含量的下降,可以保护细胞抵御外界不良环境[20],保持较好品质。
A-TSS;B-TA
图3 不同处理对草莓果实TSS和TA含量的影响
Fig.3 Effects of different treatments on soluble solid and titratable acid contents of strawberry fruit
如图4-A所示,所有组中草莓果实的总酚含量呈现先上升后下降趋势。在贮藏第4～8天时,UV-C处理的果实总酚含量显著高于对照果实,在贮藏第4天和第8天时,处理组的果实总酚含量均高于对照果实(P<0.05),对照组、UV-C、红光处理组的总酚含量分别为0.652、0.682、0.680 mg/g,草莓果实中总酚含量的增加可能是由于光照处理诱导的苯丙氨酸解氨酶酶活性较高,导致酚类积累,随着贮藏时间的延长,果实衰老,总酚含量降低。研究表明,光照处理可以通过诱导与苯丙烷代谢相关的酶的活性来提高酚类物质的含量,提高果实的抗氧化能力,从而延缓果实衰老[21]。
A-总酚;B-维生素C
图4 不同处理对草莓果实总酚和维生素C含量的影响
Fig.4 Effects of different treatments on the total phenolic and vitamin C contents of strawberry fruit
维生素C是草莓果实体内非酶促防御系统的关键物质,在机体对活性氧自由基的清除过程中发挥着关键性作用。如图4-B所示,采后草莓果实的维生素C含量不断下降,光照处理组的含量始终显著(P<0.05)高于对照组,在贮藏第8天时,UV-C处理和红光处理分别比对照组的维生素C含量增加8.26%和9.14%,说明UV-C处理和红光处理均能显著抑制维生素C的下降。
颜色是衡量水果外观质量的重要指标之一,也是消费者购买意愿的重要参数。如表1所示,在贮藏过程中,草莓表面的L*值整体呈现下降的趋势,且第8天各组的L*值均低于第0天,这是因为草莓随着贮藏期的延长,草莓色素堆积,导致草莓亮度变化较大。但在同一贮藏时间下不同处理条件下草莓表面颜色无显著性差异(P>0.05)。随着贮藏时间的延长,与对照组和UV-C处理组相比,红光处理组的a*值增加,草莓变红,这是由于红光处理使果实中花青素含量逐渐增加,导致草莓a*值增加。b*值呈现先上升后下降的趋势,处理组间无显著性差异。
表1 不同处理对草莓果实色泽的影响
Table 1 Effects of different treatments on the color of strawberry fruit
贮藏时间/d组别L*a*b*042.12±1.79a32.40±1.31a17.42±2.99aCK38.82±4.12a37.70±2.91a23.76±3.83a2UV-C37.78±3.20a38.45±2.50b22.41±2.97aRED42.12±2.98a39.23±1.93a22.59±3.88bCK39.23±5.05a37.74±2.81b25.05±3.33a4UV-C37.62±2.80ab38.03±2.72ab23.05±2.00bRED36.10±2.11b39.51±1.90a22.64±2.75bCK35.05±2.78a42.38±2.69b25.26±2.98a6UV-C33.33±3.80a41.07±2.31b22.47±3.88bRED31.53±3.19b43.84±2.67a22.00±2.45bCK32.95±3.52b42.54±3.48b22.48±3.77a8UV-C35.33±2.44a43.83±2.23a21.58±3.88aRED35.11±2.77a44.87±3.39a21.41±2.98a
注:字母不同表示同一时间点不同处理具有显著性差异(P<0.05)(下同)。
不同处理对草莓果实贮藏期间挥发性物质的影响如附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040618)所示。在草莓果实采后贮藏期间,总共检测到61种挥发性风味物质。主要包括16种酯类物质、11种酮类物质、13种醛类物质、14种醇类物质、7种其他种类物质。
草莓的挥发性成分随贮藏时间和不同处理而变化。通过定量发现,草莓果实的酯类物质含量最高且种类最丰富,使草莓产生果香味,有助于草莓的整体风味。酯类中丁酸乙酯、己酸乙酯、丁酸甲酯和己酸甲酯是草莓果实特征香味的重要成分之一[22]。采后贮藏期间,草莓果实总酯类物质含量整体呈现上升的趋势,红光处理组、UV-C处理组、对照组的总酯含量分别为34.672、32.400、32.633 μg/kg,草莓经过红光处理后总酯类物质的含量高于对照组,说明红光处理组能有效促进总酯含量的上升。在贮藏4～6 d时,UV-C处理的草莓果实总酯含量显著低于对照组和红光处理组,说明UV-C处理抑制了草莓果香气的生成。研究表明,红光处理可诱导醇乙酰转移酶活性升高,而乙酰转移酶活性是乙酰辅酶A酯生物合成的原因,会促进酯的产生[23]。
在贮藏过程中,总酮类物质含量逐渐增加,草莓果实的酮类物质中2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮构成了草莓的焦香味。在贮藏8 d后,草莓经过红光处理后,2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮浓度增加。2,3-丁二酮使草莓产生刺激性异味,在贮藏期间,UV-C处理组与同一贮藏时间的对照组和红光处理组相比,2,3-丁二酮浓度含量显著升高,说明UV-C处理可以促进2,3-丁二酮含量,进而影响草莓在贮藏期间不好的挥发性风味物质。
醛类物质主要构成了草莓果实的青香味,如(E)-2-己烯醛等。在‘红颜’草莓贮藏期间总醛含量呈现先上升后下降的趋势。贮藏至第8天时,对照组、UV-C、红光处理组的草莓总醛含量分别为23.055、21.875、20.123 μg/kg,第8天红光处理组的总醛含量显著低于对照组总醛含量,红光处理可以抑制(E)-2-己烯醛的形成,减少青草型香气的产生。贮藏6 d后,UV-C处理组的总醛含量显著高于对照组和红光处理组总醛含量,贮藏至第8天时,对照组、UV-C、红光处理组的草莓(E)-2-己烯醛含量分别为0.196、0.227、0.167 μg/kg。
醇类物质主要包括戊醇、己醇、辛醇、苯甲醇和芳樟醇等,大部分醇类对草莓提供青香味,其中芳樟醇形成草莓独特的玫瑰香味。贮藏期间,‘红颜’草莓总醇含量呈现先上升后下降的趋势,芳樟醇呈现上升趋势。贮藏至第8天时,对照组、UV-C、红光处理组的草莓芳樟醇含量分别为0.636、0.829、0.952 μg/kg,红光处理组的芳樟醇含量显著高于对照组。
酸类物质中,丁酸和2-甲基丁酸形成草莓不好闻的气味,己酸也与草莓的酸味有关。随着贮藏天数的增加,酸类物质含量均增加。但红光处理组可以抑制己酸含量的上升,UV-C处理组促进了己酸含量的上升。
丙二醛作为膜脂过氧化作用的产物,过量积累会伤害细胞,通常用其含量来反应膜脂过氧化程度[24]。如图5-A所示,贮藏期内,采后草莓果实的丙二醛含量随贮藏时间的延长逐渐升高,UV-C组和红光处理组的丙二醛含量显著低于对照组,抑制了草莓果实的膜脂过氧化,保护果实细胞。
A-丙二醛;B-H2O2
图5 不同处理对草莓果实丙二醛和H2O2含量的影响
Fig.5 Effects of different treatments on the contents of malondialdehyde and H2O2 in strawberry fruit
H2O2是一种强氧化剂,果实体内过氧化氢积累到一定的量,会使细胞发生膜脂过氧化,加速植物细胞的衰老和降解。如图5-B所示,在贮藏期内,草莓果实中的H2O2含量不断升高,在贮藏第4天起,UV-C处理组的H2O2含量显著低于对照组和红光处理组,说明UV-C处理均能显著抑制草莓果实贮藏期内H2O2含量的上升,减少了活性氧的积累。
SOD、POD、CAT均是果蔬体内酶促防御系统的重要保护酶,在植物抗氧化系统中起着非常重要的作用。在抗氧化系统中,SOD通过歧化反应,将
转化成H2O2和H2O,通过POD与CAT的协同作用,将H2O2进一步分解成为O2和H2O,进而减轻自由基对于果蔬组织细胞膜系统的损伤。如图6-A所示,SOD活性在贮藏期内呈现下降的趋势,最低至第8天的1.098 U/g,贮藏4 d后,UV-C处理的SOD活性显著高于对照组。如图6-B所示,贮藏期内POD活性呈现先升高后降低的趋势,这与张静[25]的研究结果一致,说明UV-C处理显著提高了果实POD活性。CAT作为一种广泛存在于果实体内的血红蛋白酶,能够催化果实体内过多H2O2的分解,降低其对组织和细胞的伤害。如图6-C所示,在贮藏期间,草莓果实中过氧化氢酶活性逐渐降低,经UV-C和红光LED处理后的两组该酶活性均高于对照组。
A-SOD酶活性;B-POD酶活性;C-CAT酶活性
图6 不同处理对草莓果实SOD酶活性、POD酶活性和CAT酶活性的影响
Fig.6 Effects of different treatments on SOD activity, POD activity, and CAT in strawberry fruit
本文研究了不同光照处理对草莓果实采后货架期腐烂指数、失重率、硬度、颜色、TSS、TA、总酚、维生素C、挥发性风味物质以及抗氧化能力的影响。研究表明,UV-C处理可以更有效地抑制草莓腐烂指数、失重率和过氧化氢含量的上升,延缓硬度的下降,提高抗氧化酶的活性,从而延长草莓的货架期。LED红光处理延缓了草莓可溶性固形物和可滴定酸含量的降低,并有效促进草莓果实采后果香型风味物质的生成和青草型风味物质的降解,而UV-C处理抑制草莓中的果香型风味物质的生成,产生丁酸等不好闻的挥发性风味物质。综上所述,UV-C处理组有效延长了草莓果实的货架期,而红光处理更有效地促进了草莓香气物质的生成和提高了草莓果实可溶性糖、可滴定酸的含量。
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