‘阳丰’甜柿属于完全甜柿,其果肉细腻,口感甜脆,在我国种植范围较广[1]。‘阳丰’是典型的呼吸跃变型果实,在室温环境下易软化,不耐贮运。低温贮藏可减缓果实的软化进程,但甜柿为冷敏性果实,在15 ℃以下的低温条件易发生冷害,表现为果实硬度骤降、果皮褐变、果肉褐变及凝胶化等症状,并主要发生在从低温转移到常温货架期间,严重影响果实的品质和商品价值,致使每年的经济损失较大[2-3]。因此,开发有效的甜柿冷害防控保鲜技术,对甜柿产业的发展具有重要的意义。
γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA),是天然存在于动植物体内的一种四碳非蛋白氨基酸,具有天然、安全、高效、成本低的特点,且能提高植物对逆境的适应性,因此近年来在果蔬采后保鲜方面应用广泛[4-5]。已有研究表明,施用外源GABA可增强‘Karaj’柿[6]对低温胁迫的抗性,延缓冷害的发生并提升果实贮藏品质。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)是一种有效的乙烯抑制剂,可以与乙烯受体竞争性结合从而显著延缓果蔬成熟衰老进程,保持果实的风味品质并延长保鲜期[7-8]。已有研究表明,1-MCP处理能够抑制‘Rojo Brillante’柿[9]、‘富有’甜柿[10]、‘阳丰’甜柿[1]等果实呼吸速率和乙烯释放速率的上升,减少果实冷害的发生,改善果实的贮藏品质。近年来,很多研究者还发现,1-MCP与其他保鲜技术的复合使用,能结合不同物质的生理调节作用,进一步提升柿果的保鲜效果。例如1-MCP与低O2/高CO2气调[11-12]、草酸[3]、褪黑素[13]联合使用都可显著减轻柿果实冷害,维持果实更好的品质。但是,目前还未有在‘阳丰’甜柿上复合使用1-MCP和GABA的研究报道。
雾化熏蒸技术是近年来新兴的水果保鲜技术,其工作原理是利用超声雾化装置将保鲜剂雾化为微米级的小液滴,再借助熏蒸装置使雾化后的小液滴均匀分散在果实表面,促进果实对保鲜剂的吸收,以此达到贮藏保鲜的目的[14]。相较于浸泡、喷洒等传统保鲜方式,雾化熏蒸技术具有操作便捷、节约成本、处理量大、便于吸附等优势,更利于果实对保鲜剂的吸收,因此在果蔬采后保鲜方面应用前景广阔[14-15]。目前,该技术已在冬枣[14]、杏果[15]、石榴[16]等水果上得到应用,均显著改善了果实贮藏品质。
因此,本文以‘阳丰’甜柿为试材,采用GABA和1-MCP的熏蒸处理,研究其对甜柿贮藏品质的影响,以期为甜柿贮藏保鲜技术的发展提供新的技术理论。
‘阳丰’甜柿采自山西省运城市临猗县一管理良好的果园,果实外表转黄时进行采收,采收后当天运回山西省农科院保鲜所采后生理实验室,选择大小均等、成熟度一致、无病虫害、无机械损伤的果实为试验材料。
γ-氨基丁酸、石英砂、三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸、冰乙酸、乙酸钠、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通X-100、邻苯二酚、亚油酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;1-甲基环丙烯,山东奥维特生物科技有限公司;过氧化氢试剂盒,南京建成生物工程研究所。以上试剂均为分析纯。
PARI BOY SX雾化器,德国PARI GmbH公司;BTI 300生化培养箱,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;CR-400色差仪,日本Minolta公司;F-900便携式O2/CO2分析仪,美国Felix公司;GC-14A气相色谱仪,日本岛津公司;TA-XT plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司;PAL-1手持糖度计,日本东京Atago公司;DDS-307A电导率仪,上海仪电科学仪器股份有限公司;Ultrospec 2000紫外可见分光光度计,英国PharmacicBiotech(Biochrom)公司;A11 basic液氮研磨仪,德国IKA公司。
1.3.1 采后处理
将甜柿果实随机均分为4组,分别为对照组(CK)、GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组,每组用果30 kg,每组设定3个重复,分别放置于带风扇的密闭熏蒸装置中,并在每个熏蒸装置中放入雾化器。
a)CK组:使用蒸馏水室温熏蒸20 min,待果实晾干后放入内衬有0.02 mm保鲜袋(PE)的周转箱中(10 kg/箱),在室温下密封扎口放置24 h;b)GABA处理组:使用20 mmol/L GABA溶液室温熏蒸20 min,待果实晾干后放入内衬有0.02 mm保鲜袋(PE)的周转箱中(10 kg/箱),在室温下密封扎口放置24 h;c)1-MCP处理组:使用蒸馏水室温熏蒸20 min,待果实晾干后,使用1 μL/L 1-MCP在1 m3密封箱中室温熏蒸24 h,熏蒸完成后转入内衬有0.02 mm保鲜袋(PE)的周转箱中(10 kg/箱);d)GABA+1-MCP处理组:使用20 mmol/L GABA溶液室温熏蒸20 min,待果实晾干后使用1 μL/L 1-MCP在1 m3密封箱中室温熏蒸24 h,熏蒸完成后转入内衬有0.02 mm保鲜袋(PE)的周转箱中(10 kg/箱)。
以上处理好的果实均放置于(0±0.5) ℃,相对湿度(90±5)%的冷库中贮藏90 d,并于每10 d取样和测定相关指标的变化。
1.3.2 指标测定
1.3.2.1 冷害指数和果皮颜色的测定
冷害指数参考ZHAO等[17]的方法,根据果实果皮和果肉的褐变面积占果实总表面积的比例,将冷害指数划分为4级:0级,无冷害症状;1级,冷害面积小于25%;2级,冷害面积占比为25%~50%;3级,冷害面积占比为50%~75%;4级,冷害面积大于75%。按公式(1)计算冷害指数:
冷害指数
(1)
果皮颜色使用色差仪进行测定,在果实赤道面选取相对的2点,测定L*、a*和b*值,根据公式(2)计算色度角h°值,单位以度(°)表示:
(2)
1.3.2.2 硬度、可溶性固形物(soluble solid cotent,SSC)和出汁率的测定
硬度:使用质构仪测定果实赤道面相对两点的硬度,探头直径为5 mm,单位以牛顿(N)来表示。
SSC:使用手持糖度计测定果实SSC,以%表示。
出汁率:参考李佳颖[18]的方法,取10 g果肉于研钵中研磨成浆,称重记为m1,以8 000 r/min离心10 min,取上清液称重,记为m2,m2/m1的比值即为出汁率,单位以%表示。
1.3.2.3 呼吸速率和乙烯释放速率的测定
参考陈熙等[19]的方法,每次重复取6个果,放入5.5 L保鲜盒中,0 ℃密封4 h,采用F-900便携式O2/CO2分析仪测定甜柿果实呼吸速率,单位以mg/(kg·h)表示。
参考JIAO等[13]的方法,每次重复取6个果,放置于3 L密闭容器中,0 ℃密封4 h,吸取1 mL气体,采用气相色谱仪测定甜柿果实的乙烯释放速率,单位以μL/(kg·h)表示。
1.3.2.4 相对电导率、丙二醛(malondialdehyde, MDA)和H2O2含量的测定
参考ZHAO等[17]的方法,从每个处理中随机选取9个果,用打孔器在果实赤道部位取直径为10 mm的果肉样品,切成2 mm厚的小圆片,取10片放入锥形瓶中,加40 mL超纯水,用电导率仪测定煮沸前溶液的电导率γ0和煮沸后溶液的电导率γ1,单位以%表示,按公式(3)计算相对电导率:
相对电导率
(3)
取1 g冷冻甜柿果肉粉末,参考曹建康等[20]描述的硫代巴比妥酸法测定MDA含量,单位以nmol/g表示。
采用植物H2O2检测试剂盒测定H2O2含量,单位以μmol/g表示。
1.3.2.5 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)和脂氧合酶(lipoxygenase, LOX)活力的测定
PPO活力的测定参照MOLLA等[21]的方法,以每克柿果实鲜样每分钟吸光度变化0.01时定义1个酶活力单位,单位以U/g表示。
LOX活力的测定参照LI等[3]的方法,以每克柿果实鲜样每分钟吸光度变化0.01时定义1个酶活力单位,单位以U/g表示。
使用Microsoft Excel 2019软件整理试验数据,Origin 2024软件作图,IBM SPSS 27.0中的单因素方差分析进行差异显著性分析。
甜柿的冷害症状表现为果肉褐变。如图1和图2-a所示,在贮藏30 d后,对照果实开始出现冷害症状,其果实横切面和纵切面均出现褐变。随着贮藏时间的延长,对照果实的冷害症状越来越严重,到贮藏末期,果肉全部褐变。与对照组相比,经GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理的果实冷害指数较低,差异显著(P<0.05)。其中,经GABA处理的果实在贮藏40 d时出现冷害症状,经1-MCP和GABA+1-MCP处理的果实在贮藏50 d后出现冷害症状,且只有GABA+1-MCP处理的果实症状最轻,说明复合处理有效延缓了甜柿的冷害。
a-甜柿外观;b-甜柿横切面;c-甜柿纵切面
图1 GABA、1-MCP单独及复合处理对冷藏甜柿果实外观的影响
Fig.1 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on appearance in sweet persimmon fruits during refrigeration
a-冷害指数;b-L*值;c-a*值;d-h°值
图2 GABA、1-MCP单独及复合处理对冷藏甜柿果实冷害指数、果皮L*值、a*值和h°值的影响
Fig.2 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on chilling injury index, L*value, a* value, and h° value of pericarp in sweet persimmon fruits during refrigeration
注:不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)(下同)。
如图2-b所示,复合处理在保持果实亮度方面效果较为显著(P<0.05),1-MCP处理与GABA处理相比效果较好,而对照组与前3组处理相比L*值最低。如图2-c所示,在整个贮藏期间,a*值随贮藏时间的延长呈逐渐上升的趋势,在0~40 d上升较为迅速。GABA、I-MCP和GABA+1-MCP复合处理的a*值显著(P<0.05)低于对照组,复合处理果实a*值显著(P<0.05)低于其他处理组。h°值为色度角,它的大小可反映果实由绿转黄再转红的过程,120°为绿色,60°为黄色,0°为红色。如图2-d所示,各处理组和对照组柿果实的h°值均呈逐渐下降的趋势,表示果实有转色的迹象,其中处理组显著高于对照组果实h°值。1-MCP处理组果实h°值始终高于GABA处理组,两者差异显著(P<0.05)。GABA+1-MCP复合处理果实h°值除在贮藏10 d时低于1-MCP处理组外,皆高于1-MCP处理组,两者差异不显著。上述结果表明GABA+1-MCP处理可显著减缓柿果实色泽的转化,抑制果实褐变的发生,从而保持果实良好的外观品质。
如图3-a所示,各处理组和对照组果实呼吸速率均呈先上升后下降的趋势,且对照组呼吸速率显著(P<0.05)高于3个处理组。在贮藏末期,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组果实呼吸速率较对照组分别低(28.3±0.20)%、(18.50±0.18)%和(36.51±0.21)%,其中GABA+1-MCP复合处理低于其他处理组和对照组,并与对照组差异显著(P<0.05),说明复合处理可抑制柿果呼吸速率的增长。
a-呼吸速率;b-乙烯释放速率
图3 GABA、1-MCP单独及复合处理对冷藏甜柿果实呼吸速率和乙烯释放速率的影响
Fig.3 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on respiration rate and ethylene production in sweet persimmon fruits during refrigeration
如图3-b所示,柿果实乙烯释放速率随贮藏时间的延长大致呈先上升后下降的趋势。对照组果实在贮藏30 d时乙烯达到峰值(0.073±0.002) μL/(kg·h),且显著(P<0.05)高于各处理组。GABA处理和1-MCP处理的果实在贮藏40 d时达到峰值,分别为(0.062±0.001)、(0.043±0.002) μL/(kg·h),相比对照组,2个处理组果实的乙烯释放高峰推迟了10 d且低于对照组。GABA+1-MCP复合处理的果实在贮藏50 d时达到峰值(0.038±0.001) μL/(kg·h),其乙烯释放高峰推迟了20 d,低于对照组和GABA、1-MCP处理组。在整个贮藏期,复合处理都低于对照组和2个处理组,说明复合处理可显著降低柿果实的乙烯释放速率。
如图4-a所示,对照组果实硬度由贮藏初期的(25.84±0.28) N迅速降至贮藏末期的(16.49±0.35) N,且均低于处理组。GABA处理组果实硬度在贮藏期前40 d低于1-MCP处理组,但在50~90 d均高于1-MCP处理组。GABA+1-MCP复合处理优于前3种处理,其处理组果实硬度显著(P<0.05)高于对照组,但在贮藏前期与GABA处理组和1-MCP处理组差异不显著。以上结果表明复合处理能够有效延缓甜柿硬度的下降速度。
a-硬度;b-SSC;c-出汁率
图4 GABA、1-MCP单独及复合处理对冷藏甜柿果实硬度、SSC、出汁率的影响
Fig.4 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on firmness, SSC, and juice yield in sweet persimmon fruits during refrigeration
如图4-b所示,各处理果实SSC在贮藏期间整体呈先上升后下降的趋势,并在40 d时达到顶峰,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组SSC均高于对照组。1-MCP处理组果实SSC除在贮藏期20~40 d低于对照组,其他时期都始终高于对照组。GABA处理优于1-MCP处理,低于GABA+1-MCP复合处理,说明复合处理对SSC的维持起一定作用。
如图4-c所示,各处理组出汁率在贮藏期间呈逐渐下降的趋势,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组出汁率均高于对照组。在贮藏末期,对照组、GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组的出汁率分别为(28.90±0.70)%、(29.90±0.67)%、(32.50±0.59)%和(35.30±0.80)%,1-MCP处理和GABA+1-MCP复合处理皆高于GABA处理,且GABA+1-MCP复合处理组出汁率最高,与对照组和GABA处理组相比差异显著(P<0.05)。
相对电导率和MDA分别代表果实膜渗透率和膜脂过氧化的程度。如图5-a和5-b所示,各组柿果实的相对电导率和MDA含量随贮藏时间的延后呈不断上升趋势,尤以对照组果实相对电导率和MDA含量上升最为迅速,且始终高于另外3个处理组,分别在贮藏40 d和30 d时与各处理组有显著(P<0.05)差异。经1-MCP处理的果实相对电导率和MDA含量在贮藏期10~30 d高于GABA处理组果实,在贮藏40 d至贮藏末期都低于GABA处理组,但两者差异不显著。GABA+1-MCP处理组果实相对电导率和MDA含量始终低于GABA和1-MCP处理组,表明复合处理可有效抑制柿果实冷藏期间相对电导率的和MDA含量的增长。
a-相对电导率;b-MDA;c-H2O2
图5 GABA、1-MCP单独及复合处理对冷藏甜柿果实相对电导率、MDA含量和H2O2含量的影响
Fig.5 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on electrolyte leakage, MDA, and H2O2 content in sweet persimmon fruits during refrigeration
如图5-c所示,各处理组和对照组柿果实H2O2含量整体呈先上升后下降再上升的趋势。对照组果实的H2O2含量最先到达峰值(3.48±0.08) mmol/g,且显著(P<0.05)高于3个处理组。GABA处理组果实H2O2含量在贮藏期30 d至末期高于1-MCP处理组,两者差异不显著,但与GABA+1-MCP复合处理组相比,GABA处理组果实H2O2含量在贮藏期20 d 至末期显著(P<0.05)高于GABA+1-MCP复合处理。1-MCP处理组果实H2O2含量始终高于GABA+1-MCP复合处理组,两者差异显著(P<0.05)。结果表明GABA+1-MCP复合处理可显著抑制H2O2含量的积累。
如图6-a所示,各处理组和对照组柿果实PPO活力大致呈先上升后下降再上升的趋势。与对照组相比,各处理组均有效抑制了柿果实PPO活力的积累。GABA处理组果实PPO活力除冷藏20 d外皆低于对照组,两者差异不显著。1-MCP处理除在贮藏期10 d外始终低于对照和GABA处理,与对照组差异显著(P<0.05),但在贮藏期20 d时始终高于GABA+1-MCP复合处理组果实PPO活力,说明复合处理可显著抑制PPO活性积累。
a-PPO;b-LOX
图6 GABA、1-MCP、GABA+1-MCP处理对冷藏甜柿果实PPO活力和LOX活力的影响
Fig.6 Effect of GABA, 1-MCP, and their combination on PPO and LOX activities in sweet persimmon fruits during refrigeration
如图6-b所示,对照组柿果实LOX活力于贮藏30 d时最先达到峰值(8.37±0.12) U/g。相较对照组,GABA处理推迟10 d出现LOX活力高峰,且其处理的LOX活力均低于对照组,两者在贮藏期30 d后差异显著(P<0.05)。1-MCP和GABA+1-MCP处理与对照组相比推迟20 d出现LOX活力高峰,2个处理组LOX活力除贮藏第50 d外均低于GABA处理,尤以GABA+1-MCP复合处理酶活力最低。1-MCP处理与GABA处理在贮藏50 d前差异显著(P<0.05),GABA+1-MCP复合处理与GABA处理差异显著(P<0.05),与1-MCP处理差异不显著。上述结果表明,复合处理可显著抑制LOX活力累积。
冷害是严重影响低温敏感型水果贮藏品质的生理病害,且不同水果的冷害症状不同,如芒果的冷害表现为果面凹陷变色,果实不能正常后熟[22];血橙发生枯水症[23];桃、香蕉等出现果肉褐变[24-25];猕猴桃果肉木质化等[26]。对于‘阳丰’甜柿,其典型的冷害症状为果皮、果肉褐变[3,17]。本研究中,对照组和处理组柿果实的外观表现均符合冷害症状发生特点,但相较于对照组,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组均可显著减缓柿果实的冷害进程,降低冷害指数,尤以GABA+1-MCP处理效果最为显著。此外,本研究发现,在低温贮藏10 d后柿果实的L*值和h°值呈逐渐下降的趋势,表明柿果实的亮度逐渐变暗,且在低温胁迫下发生褐变。而a*值呈缓慢上升的趋势,说明低温贮藏下甜柿果皮逐渐由黄绿色转为橙红色,这个转色过程体现了柿果实由成熟到衰老的进程。本研究中,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理均可维持柿果实较高的L*值、h°值和较低的a*值,表明各处理减缓了果实的转色过程和衰老进程,并抑制了果实的褐变,从而延缓了柿果实冷害的发生,且GABA+1-MCP处理效果最为显著。RUIZ-ARACIL等[27]研究证明GABA和1-MCP处理可显著减轻‘哈斯’鳄梨的冷害症状,延迟果实色泽的变化,保持果实良好的外观品质,且以GABA+1-MCP处理效果最好,这与本研究结果一致。
呼吸在果蔬采后代谢过程中起主导作用,并会消耗果实本身的有机物质,影响果实的品质[28]。对于冷敏性果实,呼吸速率的异常升高还可能与果实冷害的发生有关[29]。本研究中,处理组柿果实呼吸速率均低于对照组,表明各处理均延缓了柿果实的品质劣变,且GABA+1-MCP处理的柿果实呼吸速率最低。‘阳丰’甜柿属呼吸跃变型果实,在成熟过程中会释放大量乙烯,促进果实的成熟软化[17,30]。此外,研究也表明低温胁迫可能会诱导水果内源乙烯的生物合成,进一步诱发次级伤害[31]。本研究中,各处理均可抑制柿果实的乙烯释放速率,以GABA+1-MCP处理的效果最佳。RUIZ-ARACIL等[27]研究发现施用GABA和1-MCP可显著降低鳄梨的呼吸速率和乙烯释放速率,延长了果实贮藏期,且以GABA+1-MCP处理的果实呼吸速率和乙烯释放速率最低,这与本研究所得的结果一致。
硬度、SSC和出汁率直接反映了甜柿的口感品质,是其重要贮藏指标。果实硬度的变化与其细胞壁组分的降解过程有关,而冷害会进一步加剧果实细胞壁物质的降解,促使果实软化[32]。在本研究中,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理减缓了呼吸速率和乙烯释放速率的上升,延缓了果实成熟衰老进程,从而保持了果实较高水平的硬度和SSC,其中GABA+1-MCP处理的硬度和SSC含量最高。这与NIAZI等[6]研究发现GABA处理可维持‘Karaj’柿果实较高的硬度和可溶性固形物含量,有助于提高果实品质的结果相似。果肉凝胶化是甜柿在低温贮藏期出现的一种冷害症状,而果实出汁率与果肉凝胶程度相关,凝胶程度越高,出汁率越低[18]。李佳颖[18]研究发现使用草酸和1-MCP处理‘阳丰’甜柿,可减轻柿果实冷害,进而保持果实较高的出汁率。本研究中,各处理均延缓了果实冷害进程,维持了柿果实较高的出汁率,保留了甜柿良好的口感品质,尤以GABA+1-MCP处理效果显著。
植物组织在早期受低温胁迫时易出现膜脂相变的冷害初反应,即膜脂从液晶态转变为凝胶态,此过程植物会产生大量活性氧(reactive oxygen species, ROS)(包括H2O2、超氧阴离子自由基、羟自由基等)导致膜结构和功能发生变化,出现膜脂过氧化和膜损伤,最终引发果实冷害[33-34]。而相对电导率、MDA和ROS积累量是评价果实细胞膜完整性的重要指标[35]。LOX也参与植物膜脂过氧化反应,它通过诱导不饱和脂肪酸的氧化,过量积累ROS,破坏膜系统,促使果实的衰老软化[20,36]。有研究表明,在樱桃和枇杷上施用GABA可显著抑制相对电导率、MDA含量、H2O2含量和LOX酶活力的积累,减轻膜损伤,提升果实抗冷性[37-38]。在本研究中,经GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理过的柿果实相对电导率、MDA、H2O2含量和LOX活力均低于对照组,表明各处理可有效抑制柿果实相对电导率、MDA和H2O2含量的积累,降低LOX活力,保护细胞膜稳定性和完整性,推迟膜脂过氧化反应,从而提高柿果实的抗冷性,其中以GABA+1-MCP复合处理效果最佳。
柿果的冷害情况一般依据果实的褐变程度来判断,而PPO在果实的酶促褐变反应中起主要作用,它通过催化酚单体生成邻醌,再使其进一步缩合氧化形成黑褐色物质,导致果实的褐变[39]。有研究表明,GABA可抑制芒果[40]和余甘果[41]等果实的PPO活力积累,减轻果实褐变程度,维持果实良好的品质。而本研究中,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP处理组均可降低柿果实PPO活力,减轻果实褐变,且以GABA+1-MCP复合处理效果最佳。
综上所述,GABA、1-MCP和GABA+1-MCP熏蒸处理能够维持柿果实较高的硬度、SSC和出汁率,减缓果实亮度和色度角的下降速度,降低a*值、呼吸速率和乙烯释放速率,并通过抑制果实细胞渗透率、MDA、H2O2含量以及PPO、LOX活力的上升,提高果实细胞膜的稳定性,减轻甜柿果实的褐变和冷害。而各处理中GABA+1-MCP复合处理对‘阳丰’甜柿贮藏期间冷害的抑制及果实外观品质的保持效果最佳。由此可见,GABA与1-MCP复合熏蒸处理可显著减轻甜柿在90 d贮藏期内冷害的发生,提升甜柿的贮藏品质,且操作便捷,处理量大,在实际生产中应用前景广阔,因此本研究可为甜柿采后贮藏保鲜提供一定的技术参考。
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