氣體成分對黃瓜低溫貯藏冷害的影響

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(中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,北京 100083)

低溫貯藏是目前延緩園藝作物采后成熟、抑制病原菌生長和保持品質(zhì)的普遍手段。然而,一些生長在熱帶、亞熱帶的果蔬對低溫相當敏感。黃瓜是一種典型的亞熱帶冷敏型果蔬,因其清脆可口、營養(yǎng)價值較高備受消費者喜愛。低溫貯藏是目前黃瓜采后主要的貯藏手段[1],但冷敏型黃瓜低于12℃貯藏時易遭受冷害,造成很大損失[2]。冷害會加重果肉組織的離子透性,在果實表面形成腐爛斑、水漬斑,改變抗氧化酶活性[3]。一些研究探討了多種措施處理后黃瓜采后冷害及生理生化的變化[4-5]。氣調(diào)貯藏是目前較為先進的果蔬貯藏手段,實質(zhì)是在冷藏的基礎(chǔ)上采取氣體成分的調(diào)節(jié)(空氣中含有79%的氮氣,0.03%的二氧化碳和21%的氧氣),通過抑制果蔬采后呼吸來實現(xiàn)采后保鮮[6]。本文旨在探求黃瓜冷害溫度下,貯藏環(huán)境的不同氣體成分對冷害的影響,為黃瓜采后貯運條件作理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃瓜 采用“青綠一號”黃瓜(Cucumis sativus Linn),采摘自北京順義區(qū),選擇飽滿均勻,無機械傷的瓜條,帶1cm果柄,采后盡快運回實驗室;三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、二硫蘇糖醇(DTT)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、交聯(lián)聚維酮(PVPP)、30%過氧化氫溶液、冰醋酸、無水醋酸鈉、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton-100)、愈創(chuàng)木酚 北京暢華志誠科技有限公司。

PG610型便攜式氣體探測器 河南英特電氣設(shè)備有限公司;便攜式二氧化碳檢測報警儀 安泰吉華科技有限公司;DDS-307型電導儀 上海精密科學儀器有限公司。

1.2 處理方法

參照氣調(diào)保鮮方式中的雙低指標的設(shè)置[7],向氣調(diào)保鮮箱中通入N2和CO2,采用將裝有黃瓜的氣調(diào)保鮮箱內(nèi)的氣體成分分別調(diào)整為1% O2和5% CO2,3% O2和3% CO2,5% O2和1% CO2,對照置于空氣中,于4℃和7℃下保存,相對濕度為90%。每隔3d取樣54條,其中9條分為三個重復用于測定黃瓜細胞膜滲透率、丙二醛含量、CAT活性、POD活性等生理指標。45條分三個重復在常溫下放置2d后調(diào)查冷害指數(shù)。

1.3 測定方法

1.3.1 冷害指數(shù) 本實驗參照馬俊蓮等方法將黃瓜冷害分為四級[8]。

0級：冷害面積與瓜條總面積比為0%

1級：冷害面積與瓜條總面積比為0%～25%

2級：冷害面積與瓜條總面積比為25%～50%

3級：冷害面積與瓜條總面積比為50%～75%

4級：冷害面積與瓜條總面積比為75%～100%

冷害指數(shù)=∑(冷害級別×該級別果數(shù))/(4×總果數(shù))

1.3.2 細胞膜滲透率 測定黃瓜果皮圓片浸提液的電導,加熱煮沸后,再測浸提液電導值,相對電導率用兩次測定值得百分數(shù)表示。

1.3.3 POD的測定 愈創(chuàng)木酚氧化法測定[9]。

1.3.4 CAT的測定 根據(jù)方法[10]采用測定過氧化氫酶提取液催化過氧化氫分解速率測定。

1.3.5 丙二醛含量的測定 采用丙二醛提取液與硫代巴比妥酸高溫反應后比色法測定[10]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件進行鄧肯氏多重差異分析,ANOVA檢測(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氣體成分對黃瓜冷害發(fā)生率和冷害指數(shù)的影響

黃瓜在4℃貯藏條件下,冷害指數(shù)隨貯藏時間的延長不斷提高,但差異很大。在貯藏的第3d,各處理出現(xiàn)程度不同的冷害癥狀,其中,5% O2、1% CO2組冷害指數(shù)保持最低。第3d時,冷害指數(shù)各處理間兩兩比較均有顯著性差異。至第6d,1% O2、5% CO2組與其余三組比較有顯著性差異,而對照組、3% O2、3% CO2處理組與5% O2、1% CO2處理組之間沒有顯著性差異;黃瓜在7℃貯藏條件下,冷害發(fā)生率隨貯藏時間的延長而不斷升高,但不同處理組之間有所差異,其中5% O2、1% CO2處理組冷害指數(shù)與冷害發(fā)生率低于其余兩個處理組。第3、6d時,5% O2、1% CO2組與其余兩組處理組有顯著性差異,第6d時,三組處理兩兩比較均有顯著性差異,從第9d開始,差異均消失。

表1 4℃貯藏條件下不同氣體成分對黃瓜冷害指數(shù)的影響Table 1 The effects of different gas composition on cucumber chilling injury index under 4℃ storage conditions

注:a、b、c為處理間的顯著性比較(p<0.05);表2同。

不同氣體成分對黃瓜低溫貯藏過程中冷害指數(shù)有顯著影響。隨著氣體成分中CO2濃度的升高和O2濃度的降低,冷害發(fā)病率與冷害指數(shù)均升高,這可能是因為高濃度的CO2和低濃度的O2抑制了黃瓜采后呼吸,致使由于采后呼吸而獲得的能量不足,抗病性降低。

表2 7℃貯藏條件下不同氣體成分對黃瓜冷害指數(shù)的影響Table 2 The effects of different gas composition on cucumber chilling injury index under 7℃ storage conditions

2.2 氣體成分對細胞膜滲透率的影響

由圖1可知,在4℃和7℃貯藏環(huán)境下,黃瓜各不同氣體處理組與對照組的細胞膜滲透率均隨貯藏時間的延長而升高。4℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第6d、第9d與第12d的細胞膜滲透率顯著高于另外三組,3% O2、3% CO2處理組在第6d時,細胞膜滲透率顯著低于其他三組。此外,不同氣體成分處理黃瓜在4℃貯藏過程中,細胞膜滲透率均無顯著性差異。在7℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1%O2、5% CO2處理組在第6d、第9d、第12d的細胞膜滲透率顯著高于其他三組,其他三組在整個貯藏期間的細胞膜滲透率均無顯著性差異。綜合分析可以得出,在黃瓜冷害溫度下,不同的氣體成分處理黃瓜會對黃瓜細胞的細胞膜滲透率產(chǎn)生顯著性影響,與對照組相比,1% O2、5% CO2的氣體處理會提高黃瓜細胞膜滲透率,3% O2、3% CO2與5% O2、1%CO2與對照組相比無顯著性差異。

圖1 不同氣體成分貯藏條件對黃瓜細胞膜滲透率的影響 Fig.1 The influence of different gas composition on the cucumber cell membrane permeability

果蔬組織細胞膜受到損傷后,細胞膜內(nèi)電解質(zhì)外滲,引起提取液的電導率增加[3]。通過測定果蔬組織浸提液的電導率,可以了解果蔬細胞膜通透性的變化,反映果蔬抗逆性的強弱或受到的傷害程度。在不同氣體成分處理黃瓜過程中,細胞膜滲透率隨著CO2濃度的升高和O2濃度的降低而升高,這與丙二醛變化一起反映了高CO2濃度與低O2濃度會加重黃瓜低溫貯藏過程中細胞膜受到的傷害,加重冷害程度。

2.3 對丙二醛含量的影響

在4℃和7℃貯藏環(huán)境下,黃瓜各不同氣體處理組與對照組的丙二醛含量均隨貯藏時間的延長而升高(圖2)。4℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第3d、第6d、第9d與第12d的丙二醛含量顯著高于另外三組,5% O2、1% CO2處理組在第3d、第6d、第9d與第12d的丙二醛含量顯著低于另外三組。而對照組與3% O2、3% CO2之間在貯藏期內(nèi)一直無顯著性差異。在7℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第6d、第9d、第12d的丙二醛含量顯著高于其他三組。5% O2、1% CO2在第3d、第6d、第9d、第12d時均顯著低于其他三組。綜合分析可以得出,在黃瓜冷害溫度下,不同的氣體成分處理黃瓜會對黃瓜的丙二醛含量產(chǎn)生顯著性影響,與對照組相比,1% O2、5% CO2的氣體處理會提高黃瓜丙二醛含量,5% O2、1% CO2的氣體處理會顯著降低黃瓜的丙二醛含量,3% O2、3% CO2與對照組相比無顯著性差異。

圖2 不同氣體成分處理對黃瓜丙二醛含量的影響 Fig.2 The influence of different gas composition on the cucumber malondialdehyde content condition

果蔬組織在采后成熟衰老過程中,遭受逆境脅迫時,細胞膜脂中不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化作用,導致細胞受到損傷或死亡[11]。丙二醛(malondialdehyde,MDA)是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,通常利用它的含量做外脂質(zhì)過氧化指標,反映細胞膜質(zhì)過氧化的程度[8]。在黃瓜采后貯藏中,5% O2、1% CO2能減輕由于冷害造成的脂質(zhì)過氧化作用,1% O2、5% CO2會加重由于冷害造成的脂質(zhì)過氧化作用。這是因為高濃度的CO2和低濃度的O2降低了黃瓜細胞內(nèi)還原酶(POD、CAT等)的活性,致使這些還原酶不能降低細胞膜的氧化水平。

2.4 對CAT酶活性的影響

在4℃和7℃貯藏環(huán)境下,黃瓜各不同氣體處理組與對照組的CAT活性均隨貯藏時間的延長而降低(圖3)。4℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第6d、第9d的CAT活性顯著低于另外三組,5% O2、1% CO2處理組在第3d、第6d的CAT活性顯著高于另外三組,而對照組與3% O2、3% CO2之間在貯藏期內(nèi)一直無顯著性差異。在7℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第,3d、第6d的CAT活性顯著低于其他三組。5% O2、1% CO2在第3d、第6d時均顯著高于其他三組。綜合分析可以得出,在黃瓜冷害溫度下,不同的氣體成分處理黃瓜會對黃瓜的CAT活性產(chǎn)生顯著性影響,與對照組相比,1% O2、5% CO2的氣體處理會降低黃瓜CAT活性,5% O2、1% CO2的氣體處理會顯著提高黃瓜的CAT活性,3% O2、3% CO2與對照組相比無顯著性差異。

圖3 不同氣體成分處理對黃瓜CAT活性的影響 Fig.3 The influence of different gas composition on the cucumber CAT activity

2.5 對POD活性的影響

在4℃和7℃貯藏環(huán)境下,黃瓜各不同氣體處理組與對照組的POD活性均隨貯藏時間的延長而降低(圖3)。4℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第3d、第9d的POD活性顯著低于另外三組,5% O2、1% CO2處理組在第3d、第6d的POD活性顯著高于另外三組,而對照組與3% O2、3% CO2之間在貯藏期內(nèi)一直無顯著性差異。在7℃貯藏環(huán)境下,經(jīng)過方差分析和多重比較分析,1% O2、5% CO2處理組在第3d、第6d、第9d的POD活性顯著低于其他三組。5% O2、1% CO2在第6d時均顯著高于其他三組。綜合分析可以得出,在黃瓜冷害溫度下,不同的氣體成分處理黃瓜會對黃瓜的CAT活性產(chǎn)生顯著性影響,與對照組相比,1% O2、5% CO2的氣體處理會降低黃瓜POD活性,5% O2、1% CO2的氣體處理會顯著提高黃瓜的POD活性,3% O2、3% CO2與對照組相比無顯著性差異。

圖4 不同氣體成分處理對黃瓜POD活性的影響 Fig.4 The influence of different gas composition on the cucumber POD activity

綜上所述,采用氣調(diào)處理控制黃瓜采后低溫貯藏過程中的冷害時,3% O2、3% CO2和5% O2、1% CO2均適宜。但結(jié)合黃瓜采后氣調(diào)貯藏對品質(zhì)的影響,3% O2、3% CO2貯藏效果優(yōu)于5% O2、1% CO2。因此,黃瓜采后低溫貯藏最適宜采用的氣體成分為3% O2、3% CO2。

3 結(jié)論與討論

在黃瓜的采后貯藏過程中,降低溫度與保持品質(zhì)是一對矛盾關(guān)系。

許多研究表示,氣調(diào)有減輕果蔬采后低溫貯藏或物流中冷害發(fā)生的作用。Singh,Sukhvinder Pal等[14]研究表明,改善的氣體條件(1% O2+3% CO2)可以顯著減輕日本李采后冷害的發(fā)生和品質(zhì)的劣變;Singh,Z等[15]研究表明,13℃下,3%O2和6%CO2可以延長澳洲芒果采后貯藏壽命;Edusei,V.O.等[16]表明氣調(diào)保鮮膜(LEPD、PP)包裝可以延長青椒的采后壽命[16]。

然而針對黃瓜采后成熟衰老過程中,抵抗逆境的能力逐漸下降的特點,現(xiàn)有的提出的冷害控制措施比較單一,且實用性也有待提高,導致我國黃瓜因為采后保護措施不當造成的損失也相對較大。

黃瓜采后氣調(diào)貯藏目前在我國被實際操作較少,實驗結(jié)果表明黃瓜采后貯藏在適宜的氣體環(huán)境中可以減輕由于低溫造成的冷害。黃瓜采后貯藏品質(zhì)與貯藏溫度成負相關(guān),即在一定范圍內(nèi),溫度越低,品質(zhì)保持越好;但當溫度低于黃瓜貯藏的冷害溫度時,又會造成損失。故而氣體調(diào)節(jié)可以緩和溫度與品質(zhì)帶來的矛盾,具有很好的應用前景。

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