貯藏溫度對鮮枸杞生理指標和營養品質的影響

李 新,周宜潔,唐瑞芳,王 瑛,蔣躍明,黃雪梅,馬三梅,*,屈紅霞,*

(1.暨南大學生物工程學系,廣東廣州 510632;2.中國科學院華南植物園,廣東廣州 510650;3.華南農業大學園藝學院,廣東廣州 510642)

枸杞(LyciumbarbarumL.)為茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)多年生落葉灌木,主要分布于寧夏、新疆、內蒙古等干旱和半干旱地區[1]。寧夏枸杞是一種藥食同源的名貴植物資源,其果實既可鮮食又可制干藥用[2]。目前絕大部分鮮枸杞采收后經晾曬或烘干,以“枸杞子”的形式作為中藥材或保健品被食用。由于枸杞在制干過程中不僅會損失很多活性物質,而且會造成二次污染[3],限制其藥理作用的發揮。近年來,枸杞作為一種鮮食水果越來越受到市場和消費者歡迎,但是,鮮枸杞皮薄質嫩,采摘運輸過程中易受損傷進而發生糖化霉變,非常不耐貯藏[4]。常溫條件下鮮枸杞貯藏壽命只有2～3 d,極大地限制其運輸和銷售,已成為影響鮮食枸杞產業發展的關鍵因素。

本文以“寧杞9號”枸杞為材料,基于我們前期初步研究發現枸杞果實在貯藏過程中低溫耐受性比較好,我們選擇-4 ℃和采后果蔬常用的貯藏溫度4 ℃兩個貯藏溫度來探討不同溫度對鮮枸杞生理指標和營養品質的影響,以期為鮮枸杞的保鮮和鮮果供給提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

寧杞9號 中科院西北農業生物中心(銀川市平基堡)實驗基地;125 mL球形分液漏斗 廣州市從源儀器有限公司;鹽酸(36.0～38.0%)、苯酚 均為化學純(CP),廣州化學試劑廠;無水乙醇(≥99.7%)、石油醚、丙酮(≥99.5%) 均為分析純(AR),天津市大茂試劑廠;無水硫酸鈉(≥99.0%) 天津市福晨化學試劑廠;BHT(≥99.0%) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;β-胡蘿卜素標準品 美國sigma公司。

LI-6262型CO2/H2O分析儀 美國LI-COR公司;PAL-BX/ACID1-便攜式糖酸度計 ATAGO(愛拓)中國分公司;FT-7型軟水果硬度無損傷檢測儀 北京陽光億事達科技有限公司;F-900便攜式乙烯分析儀 美國FELIX儀器公司;S-433D型氨基酸分析儀 德國SYKAM賽卡姆公司;5810R高速冷凍離心機 上海艾研生物科技有限公司;N-1100旋轉蒸發儀 鄭州長城科工貿有限公司;UVmini-1240分光光度計 上海美析儀器有限公司;A-1000S水流抽氣機 東京理化器械公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 枸杞鮮果的前處理 2015～2017年每年7月中旬采摘新鮮的枸杞果實,當天運回實驗室,漂洗并挑選大小均一、無病蟲害、無機械傷的果實,晾干后隨機分裝于塑料飯盒中,每盒約150 g,每個溫度10盒,分別放在-4 ℃和4 ℃冷庫貯藏。每隔1 d測定果實呼吸速率和乙烯產生速率;每隔3 d測定果實硬度;每周統計果實商品果率,并測定可溶性固形物(TSS)、可滴定酸(TA)含量。測定完呼吸速率、乙烯產生速率、硬度、TSS和TA含量等指標后,剩余的樣品于-20 ℃凍存,用于游離氨基酸、水解氨基酸以及總類胡蘿卜素含量測定。實驗設3個生物學重復,結果取3次實驗數據的平均值。

1.2.2 生理指標和營養品質的測定方法

1.2.2.1 呼吸速率 參照劉亭[5]等方法。將150 g鮮枸杞放入密閉容器中并開始計時,分別在2 min和4 min時記錄CO2濃度,根據參考文獻中的換算公式計算鮮枸杞的呼吸速率。

1.2.2.2 乙烯產生速率 將150 g鮮枸杞放入密閉容器中并開始計時,在5、7、9 min時分別記錄儀器面板上顯示的乙烯濃度值,計算差值,差值即為這段時間內枸杞的乙烯釋放量,通過公式換算出乙烯產生速率。

式中,C1:t1時刻密閉容器中C2H4濃度,μmol·mol-1;C2:t2時刻密閉容器中C2H4濃度,μmol·mol-1;V:密閉容器的容積,L;M:C2H4的摩爾質量,g·mol-1;V0:測定溫度下C2H4摩爾體積,L·mol-1;m:測定用鮮枸杞的重量,kg;t:記錄C2H4濃度的時間點,min。

1.2.2.3 硬度 參照藍莓Blaker等[6]的測定方法。每次隨機挑取10個枸杞鮮果,利用FT-7型軟水果硬度無損傷檢測儀進行測定。

1.2.2.4 商品果率 果實按外觀品質由好到差分為5級:0級,無明顯皺縮、糖化、霉變斑點;1級,可見皺縮、糖化,無明顯霉變斑點,或霉變斑點d≤1 mm;2級,霉點1

1.2.2.5 可溶性固形物TSS和可滴定酸TA 稱取10.00 g鮮枸杞在組織搗碎機上搗碎出汁液,用四層紗布過濾,收集濾液于燒杯中,TSS和TA含量按照PAL-BX/ACID1-便攜式糖酸度計使用說明書進行測定。

1.2.2.6 游離氨基酸 參照李琪[7]等的方法。精確稱取液氮研磨均勻的鮮枸杞樣品1.00 g,用50 mL 0.01 mol/L鹽酸浸提30 min,搖勻后過濾。準確吸取濾液2 mL于離心試管中,加入分析純無水乙醇至濃度為80 mol/L,混勻后3000 r/min離心20 min,取上清液旋轉蒸發濃縮至干,用2 mL 0.01 mol/L鹽酸復溶,0.22 μm濾膜過濾后用氨基酸分析儀測定。

1.2.2.7 水解氨基酸 參照GB/T5009.124-2003《食品中氨基酸的測定》方法,稍有改動。鮮枸杞用液氮研磨,稱取研磨后的樣品0.2 g于20 mL的厭氧管中,加入6 mol/L鹽酸15 mL,加入新蒸餾的苯酚3～4滴,將厭氧管放入液氮中,冷凍3～5 min。待液體凝固1/3后接到真空泵的抽氣管上抽真空,然后充入高純氮氣,再抽真空充入氮氣,重復三次后,在充氮氣狀態下擰緊螺絲蓋。將已封口的厭氧管放在110 ℃恒溫干燥廂內,水解22～24 h后取出冷卻至室溫,打開厭氧管,將水解液過濾后,用去離子水多次沖洗厭氧管,將水解液全部轉移到50 mL容量瓶中用去離子水定容。吸取濾液2 mL旋轉蒸發濃縮至干,重復兩次。用2 mL 0.01 mol/L的鹽酸復溶,0.22 μm濾膜過濾后用氨基酸分析儀測定。

1.2.2.8 總類胡蘿卜素 參照李赫[8]等的方法,稍有改動。收集的類胡蘿卜素萃取液旋轉蒸發濃縮至干后用石油醚∶丙酮(2∶1)混合液溶解定容至25 mL。用紫外分光光度計于450 nm波長處測定吸光度,整個過程避光操作。將β-胡蘿卜素標準品用石油醚∶丙酮(2∶1)混合溶液分別稀釋到1.0、2.0、4.0、6.0、8.0 μg/mL,各濃度梯度的標準溶液用紫外分光光度計測定吸光值,每個濃度梯度溶液重復測定3次,取平均值,以吸光度為縱坐標,以濃度(μg/mL)為橫坐標,繪制標準曲線,計算回歸方程:y=0.202x-0.076,R2=0.999。

1.3 數據處理

使用Excel 2010進行數據統計,SPSS Statistics 13軟件進行差異顯著性分析,利用Sigmaplot 12.5(USA)軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 貯藏溫度對呼吸速率和乙烯產生速率的影響

采收后的枸杞仍進行著活躍的新陳代謝,能量消耗主要來自于呼吸作用;呼吸作用不僅影響貯藏品質,也影響其耐貯藏性和抗病性[9]。從圖1A可以看出鮮枸杞表現出躍變型果實的呼吸特征,兩個溫度貯藏的果實均在第4 d出現呼吸速率高峰。其中,4 ℃貯藏的鮮枸杞呼吸峰值達到213.95 mg·kg-1·h-1,-4 ℃貯藏的鮮枸杞呼吸峰值僅為133.95 mg·kg-1·h-1,比4 ℃貯藏降低了37.4%。在整個貯藏過程中,-4 ℃貯藏的鮮枸杞呼吸速率顯著低于4 ℃貯藏的鮮枸杞,表明-4 ℃低溫更能夠有效抑制枸杞的呼吸速率。趙游麗[10]等研究發現“寧杞1號”果實的呼吸速率變化呈現出躍變型果實的特征,1 ℃和8 ℃貯藏條件下果實呼吸速率顯著低于20 ℃處理,與本研究結果相似。

乙烯作為一種促進衰老的植物激素,可加速呼吸作用,促進果實成熟,其釋放量與保鮮效果之間存在一定的關系[9]。從圖1B可以看出,兩個溫度貯藏的果實乙烯產生速率均在第2 d達到最高水平,但乙烯產生速率峰值在兩個溫度之間無顯著性差異。貯藏第4 d,4 ℃貯藏的鮮枸杞乙烯產生速率達到17.786 μg·kg-1·h-1,而-4 ℃貯藏的果實乙烯產生速率僅達到其產生速率的64.35%(6.34 μg·kg-1·h-1)。并且,從第2 d開始,-4 ℃貯藏的枸杞乙烯產生速率總體上低于4 ℃貯藏的枸杞,第4、6、14 d有顯著差異。表明-4 ℃貯藏能有效地抑制鮮枸杞乙烯產生,延緩果實成熟進程。

圖1 不同貯藏溫度對鮮枸杞呼吸速率和乙烯產生速率的影響Fig.1 Effects of storage temperature on the respiration rate and ethylene production rate of wolfberry fruit注:“*”和“**”分別表示同一時間點不同貯藏溫度之間存在顯著性差異(p<0.05)和極顯著差異(p<0.01);圖2～圖5同。

2.2 貯藏溫度對硬度和商品果率的影響

果實硬度影響口感,同時果實硬度也是判斷果實商品質量、耐貯運性和貨架壽命的重要因素。貯藏過程中鮮枸杞硬度逐漸下降,-4 ℃條件下果實硬度的下降速度顯著低于4 ℃(圖2)。新鮮采摘的枸杞果實硬度為170.2 g/mm,低于新采摘藍莓的硬度(204.98 g/mm)[6],并且遠低于甜櫻桃的硬度(甜櫻桃貯藏末期硬度尚有250 g/mm)[11],表明鮮枸杞硬度極低,是導致其不易貯藏的重要因素。貯藏末期,4 ℃條件下果實硬度僅為71.4 g/mm,而-4 ℃條件下果實硬度為91 g/mm,差異極為顯著。表明-4 ℃顯著減緩果實硬度的下降,保持果實品質。

圖2 不同貯藏溫度對鮮枸杞硬度的影響Fig.2 Effects of storage temperature on the firmness of wolfberry fruit

采后枸杞果實很容易發生糖化、褐變和腐爛,失去商品價值。商品率是衡量貯藏保鮮效果的重要指標。貯藏21 d后,-4 ℃貯藏的鮮枸杞的商品果率仍然有72.89%,比4 ℃提高10.95%(圖3),明顯減緩果實商品率的下降。表明-4 ℃貯藏條件能夠較好地保持果實外觀品質,提高果實的商品率,增加市場價值。

圖3 不同貯藏溫度對鮮枸杞商品果率的影響Fig.3 Effects of storage temperature on the commodity rate of wolfberry fruit

2.3 貯藏溫度對可溶性固形物TSS和可滴定酸TA含量的影響

枸杞鮮果中含有大量的糖類物質,可溶性固形物(TSS)含量不僅決定果實的甜度,而且是果實內物質合成的基礎原料和生理活動的能量來源。從圖4A可以看出,在整個貯藏過程中,TSS含量呈先升后降的趨勢,這與葛玉萍[12]等研究枸杞鮮果在常溫和低溫下的TSS含量的變化趨勢相一致。這可能是因為,貯藏前期淀粉在淀粉酶的作用下分解為可溶性糖,后期由于呼吸速率增加,可溶性糖被消耗。4 ℃和-4 ℃貯藏條件下TSS含量均在在第7 d達到峰值,分別為17.3%和17.5%,兩者之間無顯著差異。但貯藏后期-4 ℃貯藏的果實TSS含量顯著高于4 ℃組。表明-4 ℃貯藏更能延緩枸杞TSS含量的降低。

TSS和TA含量共同決定果實的口感與風味,TA含量是鮮食枸杞品質評價的一項重要指標,味甘汁濃,甜味稍大于酸味的鮮食枸杞更易于被接受[13]。總體來看,TA含量在貯藏過程中先升后降。-4 ℃貯藏的鮮枸杞TA含量在第7、14 d顯著低于4 ℃貯藏的果實,兩種貯藏溫度下的鮮枸杞在貯藏后期TA含量均出現下降,這可能是由于主要有機酸因消耗而減少如蘋果酸、檸檬酸或者它們在呼吸作用中轉化為糖代謝的產物所致[14](圖4B)。

圖4 不同貯藏溫度對鮮枸杞TSS和TA含量的影響Fig.4 Effects of storage temperature on the contents of TSS and TA in wolfberry fruit

2.4 貯藏溫度對游離氨基酸和水解氨基酸含量的影響

氨基酸是枸杞果實的主要營養成分,同時也是重要的功效成分,其種類和含量決定果實營養品質和藥用價值。其中,必需氨基酸由于易被人體直接吸收利用,對枸杞中必需氨基酸的評價是衡量果實營養水平的最根本指標。游離氨基酸是枸杞果實具有鮮甜風味、果汁呈弱酸性的因素之一。從表1可以看出,商業成熟度的枸杞鮮果中共檢測到23種游離氨基酸,谷氨酸和胱氨酸未檢出,總氨基酸含量約為9.607 mg/g,必需氨基酸的含量約為0.58 mg/g。在檢出的23種游離氨基酸中,天冬酰胺的含量最高(超過40.91%),丙氨酸和脯氨酸次之。在整個貯藏過程中,枸杞鮮果中均檢測到了具有藥用功效的牛黃酸和γ-氨基丁酸。陳綏清[15]等首次在枸杞子中檢測到這兩種氨基酸,牛黃酸具有滋養強壯、促進代謝、改善肝功能和心功能的作用,γ-氨基丁酸對中樞神經元有普遍的抑制作用。貯藏第7 d時,在鮮枸杞中檢出少量的胱氨酸;貯藏7 d以后,除了檢出3種0 d已經檢測到的、嬰兒發育所必需的氨基酸——組氨酸、精氨酸、酪氨酸外,還檢出嬰兒發育所必需的胱氨酸,并且其含量在貯藏后期呈逐漸增加的趨勢,說明鮮枸杞氨基酸組分和含量在貯藏過程中處于動態變化之中,這可能與其活躍的生理代謝有關。-4 ℃條件下,游離氨基酸總含量達到15.463 mg/g,顯著(p<0.05)高于4 ℃條件下的10.504 mg/g。同時,-4 ℃條件下的必需氨基酸含量也顯著高于4 ℃。貯藏第14 d時,總氨基酸含量明顯下降,但兩個溫度之間差異不顯著(p>0.05);此外,貯藏末期已經檢測不到纈氨酸,說明其被降解或轉化成其它小分子物質。此外,-4 ℃貯藏14 d時必需氨基酸的含量下降到0.57 mg/g,比貯藏7 d時下降了44.34%,差異顯著(p<0.05)。在整個貯藏過程中,4 ℃貯藏條件下總游離氨基酸含量和必需氨基酸的含量一直保持在較為恒定的水平。-4 ℃貯藏第7 d時,總氨基酸含量和必需氨基酸含量都達到一個較高的水平,表明,-4 ℃貯藏條件對保持鮮枸杞游離氨基酸水平較為有利,而且貯藏7 d總氨基酸含量和必需氨基酸含量相對較高。

表1 不同貯藏溫度對鮮枸杞游離氨基酸含量的影響Table 1 Effects of storage temperature on the contents of free amino acid in wolfberry fruit

果實中所含氨基酸由兩部分組成,一部分是處于游離狀態的氨基酸,另一部分是作為蛋白質基本結構的水解氨基酸。水解氨基酸在食用過程中并不能立即水解,但是其氨基酸的組成與含量對果實的營養品質也有很大的貢獻[16]。從表2可以看出,采摘后的枸杞鮮果共檢出16種水解氨基酸,包含7種必需氨基酸(色氨酸未檢出),總水解氨基酸含量約為26.12 mg/g,必需氨基酸含量約為5.103 mg/g,占水解氨基酸總量的19.54%。其中,天冬氨酸和谷氨酸的含量最高,分別為5.765 mg/g和4.62 mg/g。楊春霞等[17]的研究結果也表明,枸杞中天冬氨酸和谷氨酸的含量在17種氨基酸中占比最高。七種必需氨基酸中蛋氨酸的含量最低,低于其它必需氨基酸。總水解氨基酸含量和必需氨基酸含量在貯藏過程中呈先降后升的趨勢。第7 d時,-4 ℃貯藏鮮枸杞的總氨基酸含量和必需氨基酸含量分別降為13.975 mg/g和3.003 mg/g,比貯藏前分別降低46.50%和41.52%。而且兩個貯藏溫度下的總水解氨基酸含量和必需氨基酸含量沒有顯著差異,表明貯藏溫度對枸杞水解氨基酸含量變化無顯著影響。

表2 不同貯藏溫度對鮮枸杞水解氨基酸含量的影響Table 2 Effects of storage temperature on the contents of hydrolyzed amino acid in wolfberry fruit

2.5 貯藏溫度對總類胡蘿卜素含量的影響

枸杞果實中類胡蘿卜素含量決定枸杞果實的色澤,進而影響果實外觀。同時類胡蘿卜素是合成維生素A的前體,具有較強的抗氧化作用[18],對人類的營養和健康起重要作用。新鮮采收的枸杞果實總類胡蘿卜素含量為397.2 μg/g,與劉永亮[19]測定的枸杞成熟期類胡蘿卜素含量相似。鮮枸杞總類胡蘿卜素含量呈先降后升的趨勢(圖5),這可能是受類胡蘿卜素合成代謝途徑中相關酶活性的影響[20-21]。4 ℃貯藏的枸杞總類胡蘿卜素含量在第7 d降到最低水平(284.54 μg/g),顯著低于-4 ℃貯藏的鮮枸杞,而-4 ℃貯藏的枸杞在第14 d達到最低水平,總類胡蘿卜素含量為358.48 μg/g,顯著低于4 ℃條件,這體現了果實采后貯藏過程中類胡蘿卜素合成代謝的復雜性,除受到溫度的影響外,還可能會受到光照強度和一些化學物質如乙烯等的影響[22]。在貯藏結束時,-4 ℃條件下總類胡蘿卜素含量為640.45 μg/g,而4 ℃條件下總類胡蘿卜素含量為492.15 μg/g,比4 ℃多23.15%。表明-4 ℃在貯藏前期能夠延緩果實類胡蘿卜素含量的下降,貯藏后期則加快果實類胡蘿卜素的積累。總體而言,-4 ℃貯藏對維持鮮枸杞類胡蘿卜素水平更有利。

圖5 不同貯藏溫度對鮮枸杞總類胡蘿卜素含量的影響Fig.5 Effects of storage temperature on the content of total carotenoids in wolfberry fruit

3 結論

上述研究結果表明,鮮枸杞具有明顯的呼吸峰和乙烯峰,呈現出躍變型果實的呼吸特征。-4 ℃貯藏的鮮枸杞其呼吸速率顯著低于4 ℃貯藏的鮮枸杞,表明-4 ℃低溫更能夠有效減弱枸杞的呼吸速率。-4 ℃貯藏的鮮枸杞乙烯產生速率總體上低于4 ℃貯藏的鮮枸杞,結合呼吸速率的變化,可以認為-4 ℃貯藏條件能夠延緩果實衰老進程,有利于鮮枸杞的貯藏。

-4 ℃貯藏的鮮枸杞TSS含量高于4 ℃條件,尤其在貯藏后期差異更為顯著;同時,-4 ℃貯藏能夠有效保持果實適宜的TA含量。鮮枸杞的硬度在貯藏過程中逐漸下降,在貯藏后期下降速率明顯加快,4 ℃貯藏條件下表現地更為明顯。貯藏前期,-4 ℃貯藏能夠顯著增加鮮枸杞的游離氨基酸和必需氨基酸含量,但是水解氨基酸含量在兩種貯藏溫度之間無顯著差異。鮮枸杞類胡蘿卜素含量呈先降后升的趨勢,-4 ℃貯藏條件更有利于果實類胡蘿卜素的積累。

本研究認為枸杞鮮果比較耐低溫。-4 ℃條件下,鮮枸杞貯藏期可達到21 d,并且較好地維持果實氨基酸等營養物質的含量和水平。在此基礎上,結合氣調、包裝和其他保鮮方法有可能進一步改善鮮枸杞的保鮮效果,進一步延長貨架期,從而滿足鮮枸杞貯藏、物流保鮮的技術需求。