褪黑素處理對蜂糖李果實的保鮮效應

,*

(1.貴州大學農學院,貴州貴陽 550025;2.貴州省果樹工程技術研究中心,貴州貴陽 550025;3.貴州省果樹蔬菜工作站,貴州貴陽 550025)

蜂糖李(Prunussalicina)屬于薔薇科李屬多年生落葉果樹,因其味香甜猶如蜂蜜,故稱“蜂糖李”[1],主要分布在貴州省安順市鎮寧縣。蜂糖李一般在7月上旬(花后90 d左右)成熟,采收期集中在高溫季節,采后生理代謝旺盛,很容易變軟、腐爛,失去商品性。因此,如何控制蜂糖李果實采后軟化腐爛,延長貯藏期,成為亟需解決的問題。

褪黑素(N-乙酰-5-甲氧基色胺)又稱為美拉酮寧、抑黑素、松果腺素,是色氨酸的吲哚衍生物,廣泛存在于生物體中,且在從細菌到高等的哺乳動物等各種生物中都具有多種生物學功能[2]。Dubbels等[3]首次證實了植物中含有褪黑素,之后研究發現褪黑素存在于不同植物的根、莖、葉、花、果實和種子等器官中[2,4]。研究發現,植物中褪黑素除作為信號調節光周期外,還可作為生長調節物質調控植物生長發育[5]。此外,褪黑素在果蔬貯藏保鮮中的作用也被發現。研究證明,褪黑素具有很強的抗自由基的作用,是植物體內最主要的抗氧化劑[5-6],能提高抗氧化相關的酶(如過氧化物酶POD)活性和抗氧化劑(如VC)的含量,上調與抗氧化酶相關基因的表達[7-8],能抑制如高溫[9]、UV-B輻射[10]、干旱[11]、高鹽[6,12]、重金屬[12-13]等對植物的傷害。Arnao等[5]研究證明,褪黑素能通過減少活性氧積累,保護植物不受過氧化損傷。褪黑素還能夠降低膜脂過氧化產物MDA的含量,保持細胞膜結構穩定性,降低膜脂過氧化作用和細胞程序性死亡,延緩蘋果和獼猴桃葉片的衰老[11,14]。

近年來,褪黑素在果實采后保鮮中的作用逐漸引起重視,并開展了一些研究。已有研究證實褪黑素處理可顯著降低獼猴桃果實呼吸強度和乙烯釋放量,降低果實采后腐爛和冷害的發生[15],也能夠顯著地延緩桃果實采后衰老,降低桃果實冷害發生[16-18]。辛丹丹等[19]研究發現褪黑素處理可以延緩黃瓜葉綠素、VC、可滴定酸、可溶性蛋白含量的下降,保持細胞結構的完整性,抑制線粒體和葉綠體的形變。Zhai等[20]研究證明,外源褪黑素可以降低梨果實的水心褐變和水漬狀發生率,保持梨果實品質,延緩其衰老。目前,褪黑素在李采后貯藏中的效果研究較少,在蜂糖李采后保鮮中的作用和機理更未見報道。

因此,本實驗以貴州特色水果蜂糖李為試材,研究不同濃度的褪黑素室溫條件下處理對蜂糖李果實保鮮效應,初步研究褪黑素對其保鮮的生理機制,以期為延長蜂糖李果實采后貯藏期、減少采后損失提供技術支持和理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蜂糖李果實 于2018年6月17日采自貴州省長順縣六馬鎮一管理良好的果園,果實約九成熟時(可溶性固形物13%,硬度11 kg/cm2)采收,采收后立即運回貴州大學采后貯藏保鮮實驗室,選擇成熟度基本整齊一致,大小均一,無病蟲害、無機械損傷的果實進行處理;褪黑素 含量99%,山東優索化工科技有限公司生產;氫氧化鈉、酚酞、草酸、抗壞血酸、2,6-二氯酚靛酚、鹽酸、甲醇 均為分析純,貴州省格瑞恩科技有限公司;乙酸、乙酸鈉、愈創木酚、H2O2、鄰苯二酚、磷酸鉀、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、硼酸、硼砂、L-苯丙氨酸 均為分析純,貴州省賽蘭博科技有限公司;保鮮袋(PE,48 cm×36 cm) 貴州省賽蘭博科技有限公司。

GY-4型硬度計 浙江托普云農科技股份有限公司;WZ-108型數顯糖酸度計 ATAGO公司;TEL-7001型呼吸儀 上海金梟儀器有限公司;FA-2104型分析天平 上海良平儀器儀表有限公司;CP213型電子天平 美國奧豪斯公司;DK-98-II型雙列八孔電熱恒溫水浴鍋 天津泰斯特儀器有限公司;2-JR型冷凍離心機 美國TOMOS公司;YG16W型臺式高速離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司;UV752紫外分光光度計 上海佑科儀器有限公司;移液槍 德國Eppendorf公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蜂糖李處理 將蜂糖李隨機分6組,每組450個果,分別在0、50、150、250、350和450 μmol/L的褪黑素溶液中浸泡處理20 min,取出自然晾干,然后將果實裝于厚0.01 mm的聚乙烯自封袋中(長×寬:48 cm×36 cm)并于(23±2) ℃下貯藏0、4、8、12、16、20 d。每個處理3個重復,每個重復用果3袋,每袋裝果20個。貯藏期間每4 d定期取樣觀察果實貯藏保鮮效果,測定果實品質、呼吸強度、失重率等相關品質和生理指標。在貯藏20 d時,取樣評價不同處理蜂糖李果實的感官品質。

1.2.2 呼吸強度測定 參考董曉慶等[21]方法。用CO2分析儀測定:將干燥器放入(23±2) ℃的下,每個處理隨機取10個蜂糖李(單果質量40 g左右),放入10.0 L的干燥器中,同時放入CO2分析儀,密封,每20 min記錄1次。結果以CO2計,單位mg/(kg·h)。

1.2.3 失重率測定 采用稱重法。失重率(%)=(M1-M2)/M1×100,式中:M1為采收當天果實的初始重量(g);M2為試驗當天果實的重量(g)。

1.2.4 硬度測定 每個重復隨機取10個果實,在每個果實赤道部位對稱取2個點,去皮,用硬度計(探頭直徑11 mm,測定深度 8 mm)測定,結果以kg/cm2表示。

1.2.5 可溶性固形物、可滴定酸含量測定 采用數顯糖度計測定可溶性固形物含量(%);酸堿滴定法測定可滴定酸含量(%)。

1.2.6 VC含量測定 參考曹建康等[22]的方法進行。取10.0 g果肉于研缽中,加入20 g/L草酸溶液少量,冰浴下研磨成勻漿后過濾。取l0.0 mL濾液,用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至微紅色、且15 s不褪色為止,記下2,6-二氯酚靛酚溶液用量。同時,以20 g/L草酸溶液作為空白,按同樣方法進行滴定。根據下式計算VC含量。

VC含量(mg/100 g)=V×(V1-V2)×ρ/(Vs×m)

式中:V1-滴定消耗的2,6-二氯酚靛酚量,mL;V2-空白滴定消耗的2,6-二氯酚靛酚量,mL;ρ-1 mL 2,6-二氯酚靛酚相當于VC的量,mg/mL;Vs-滴定時所取樣品溶液體積,mL;V-樣品提取液總體積,mL;m-樣品質量,g。

1.2.7 過氧化物酶(POD)活性測定 參考曹建康等[21]的方法進行。取5.0 g果肉于研缽中,冰浴下研成勻漿,4 ℃、12000×g離心30 min,收集上清液即為酶提取液。向試管中加入3.0 mL 25 mmol/L愈創木酚溶液和0.5 mL酶提取液,隨后加入200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液迅速啟動反應,將反應混合液倒入比色杯中,以蒸餾水為參比,測定反應體系在波長470 nm處吸光值,作為初始值,然后每隔l min記錄一次,連續測定6次。POD活性以每g鮮重樣品每分鐘吸光度變化值增加1為1個酶活性單位,單位為ΔOD470/min·g。

1.2.8 多酚氧化酶(PPO)活性測定 參考曹建康等[21]的方法進行。酶液提取同POD。向試管中加入4.0 mL 50 mmol/L、pH5.5的乙酸-乙酸鈉緩沖液和1.0 mL 50 mmol/L 鄰苯二酚溶液,最后加入100 μL酶提取液,立即開始計時。將反應混合液倒入比色杯中,測定420 nm處吸光度值,作為初始值,然后每隔1 min記錄一次,連續測定6次。PPO活性以每g鮮重樣品每分鐘吸光度變化值增加1為1個酶活性單位,單位為ΔOD420/min·g。

1.2.9 丙二醛含量測定 參考曹建康等[21]的方法進行。稱取10.0 g果肉樣品,加入5.0 mL100 g/L三氯乙酸溶液,研磨勻漿后,于4 ℃、10000×g離心20 min,取上清液2.0 mL加入2.0 mL 0.67%硫代巴比妥酸,混合后在沸水浴中煮20 min,取出冷卻。分別測定上清液在450、532和600 nm波長處的吸光度值。按照下式計算MDA濃度進而計算出MDA含量(μmol/g)。

MDA濃度(μmol/L)=6.45×(OD532-OD600)-0.56×OD450

1.2.10 蜂糖李果實感官品質評價 蜂糖李果實的感官品質評價小組由15位成員組成,參照陳藝暉等[23]的方法,依據表1,在貯藏20 d時,取樣比較評價不同處理方式的蜂糖李果實的感官品質。每個處理隨機取樣3袋,對蜂糖李果實品質進行評價,指標包括果皮色澤(果實表皮顏色、光澤等)、果實質地(果實硬度、汁液流出情況等)、風味、口感等。

表1 蜂糖李果實感官品質評價標準Table 1 Standard for Organoleptic evaluation ofquality of fengtang plum fruits

1.3 數據處理

用Microsoft Excel進行數據計算和繪圖,用SPSS 20.0軟件進行數據統計分析,以最小顯著差異值(Least significant difference,LSD)小于0.05判斷各種結果差異是否顯著(P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著)。數據用“平均值±標準誤”(n=3)表示。

2 結果與分析

2.1 褪黑素處理對蜂糖李果實呼吸強度的影響

如圖1所示,蜂糖李果實在貯藏過程中都出現了呼吸高峰,具有呼吸躍變的特性。第0 d時,0、50、150、250、350和450 μmol/L褪黑素處理后果實的初始呼吸強度分別為68.15、59.98、59.74、65.89、64.91和67.85 mg/kg·h。0 μmol/L褪黑素處理的呼吸強度表現為先升高后一直下降的趨勢,在第4 d出現了呼吸高峰,峰值為81.30 mg/kg·h。50 μmol/L褪黑素處理的整個貯藏過程中呼吸強度變化比較平緩,中后期呼吸強度一直比較高。貯藏第20 d呼吸強度為47.56 mg/kg·h,比對照高114%。可見,50 μmol/L褪黑素處理雖然貯藏前期降低了呼吸強度,但是貯藏中后期,呼吸強度極顯著高于其他處理(P<0.01),造成了果實中后期呼吸代謝消耗旺盛,耐貯性差。150、250、350、450 μmol/L褪黑素處理的呈現相同的變化規律,貯藏前4 d降低,然后急劇增加,均在第8 d出現呼吸高峰,峰值分別為84.88、66.19、72.29、86.33 mg/kg·h,隨后呼吸強度快速下降。250和350 μmol/L處理降低了呼吸峰值,比對照分別低18.59%和11.08%,而150和450 μmol/L處理提高了呼吸峰值,比對照分別高4.40%和6.19%。由此可見,250和350 μmol/L褪黑素處理能夠明顯抑制蜂糖李果實呼吸高峰到來,降低果實呼吸強度,其中250 μmol/L的褪黑素處理效果最好。

圖1 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實呼吸強度的影響Fig.1 Effects of different concentrations melatoninon respiration rate of Fengtang plum

2.2 褪黑素處理對蜂糖李果實失重率的影響

如圖2所示,不同濃度褪黑素處理對果實失重率均有一定的抑制作用。貯藏20 d,對照果實的失重率為19.82%,50、150、250、350和450 μmol/L褪黑素處理的果實失重率分別為9.00%、6.10%、6.02%、12.69%和6.50%。貯藏期內,除對照外不同濃度褪黑素處理的失重率變化均比較平穩,且失重率一直處于較低水平(<13%)。統計分析表明,150、250和450 μmol/L的褪黑素處理之間的差異不顯著(P>0.05),250和350 μmol/L的褪黑素處理之間差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實失重率的影響Fig.2 Effects of different concentrations melatoninon weight loss rate of Fengtang plum

2.3 褪黑素處理對蜂糖李果實硬度的影響

如圖3所示,隨著貯藏時間的延長,所有組別蜂糖李果實硬度均下降。其中,對照組果實硬度下降最快,常溫下貯藏20 d,下降到5.26 kg/cm2,50、150、250、350和450 μmol/L褪黑素處理的果實,下降到5.64、6.68、7.93、7.81和7.49 kg/cm2,處理和對照之間差異顯著(P<0.05)。貯藏20 d時,對照組的果肉硬度下降51.55%,不同濃度褪黑素處理組分別下降48.03%、38.49%、27.02%、28.10%、31.00%。結果表明,不同濃度褪黑素處理能有效維持蜂糖李果實硬度,減緩果實組織結構衰老,達到了良好的保鮮效果。其中250 μmol/L的褪黑素處理效果最好,但250和350 μmol/L之間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實硬度的影響Fig.3 Effects of different concentrations melatoninon firmness of Fengtang plum

2.4 褪黑素處理對蜂糖李果實可溶性固形物的影響

由圖4所示,貯藏期間蜂糖李果實SSC整體呈上升趨勢。貯藏第20 d時,350 μmol/L褪黑素處理的SSC含量上升較為明顯,為15.60%,其次為50、150和450 μmol/L處理,分別為15.10%、14.68%和14.44%,而250 μmol/L上升幅度最小(13.25%)。各褪黑素處理組別與對照組別之間差異顯著(P<0.05),各處理褪黑素組別之間的差異也顯著(P<0.05)。

圖4 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實可溶性固形物含量的影響Fig.4 Effects of different concentrations melatoninon SSC of Fengtang plum

2.5 褪黑素處理對蜂糖李果實可滴定酸的影響

由圖5可知,各處理蜂糖李果實采后可滴定酸呈下降趨勢。處理組可滴定酸含量均高于對照組。常溫(23±2) ℃下貯藏20 d,對照果實的可滴定酸下降了64.44%,不同濃度褪黑素處理分別下降了40.00%、46.67%、33.33%、46.67%和33.33%,處理和對照之間差異顯著(P<0.05)。褪黑素處理可明顯減緩可滴定酸含量降低速率,其中250 μmol/L的處理效果最好,且250和450 μmol/L處理之間差異不顯著(P>0.05)。

圖5 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實可滴定酸含量的影響Fig.5 Effects of different concentrations melatoninon TA content of Fengtang plum

2.6 褪黑素處理對蜂糖李果實VC含量的影響

從圖6可以看出,各組別果實VC含量均呈下降趨勢。相比對照,不同濃度褪黑素處理均可延緩VC的降解,其中,250 μmol/L褪黑素處理組果實VC含量與對照組差異極顯著(P<0.01),50、150、350和450 μmol/L組與對照組差異顯著(P<0.05)。250 μmol/L褪黑素處理與50 μmol/L處理VC含量差異顯著(P<0.05),與其他處理組間差異不顯著(P>0.05)。由此可見,不同濃度褪黑素處理可有效緩解蜂糖李果實VC降解。250 μmol/L的褪黑素處理對VC降解抑制效果最好。

圖6 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實VC含量的影響Fig.6 Effects of different concentrations melatoninon VC content of Fengtang plum

2.7 褪黑素處理對蜂糖李果實POD活性的影響

由圖7所示,貯藏20 d時,250、350和450 μmol/L褪黑素處理POD活性分別為29.3、28.2和30.0 ΔOD470/min·g,對照果實POD活性為25.5 ΔOD470/min·g,與對照相比差異顯著(P<0.05)。50和150 μmol/L處理POD活性為26.0和26.5 ΔOD470/min·g,與對照相比差異不顯著(P>0.05)。

圖7 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實POD活性的影響Fig.7 Effects of different concentrations melatoninon POD activity of Fengtang plum

2.8 褪黑素處理對蜂糖李果實PPO活性的影響

由圖8所示,蜂糖李果實PPO活性逐漸上升。常溫下貯藏前8 d,不同濃度的褪黑素處理對蜂糖李果實PPO活性的抑制作用不明顯,各處理組別之間以及各組別與對照組別之間差異不顯著(P>0.05)。貯藏第12 d,150、250、350、450 μmol/L褪黑素處理顯著地抑制了PPO活性(P<0.05),而50 μmol/L褪黑素處理組別作用效果不顯著(P>0.05),貯藏第16～20 d時,250、350、450 μmol/L褪黑素處理顯著地抑制了PPO活性(P<0.05),而50和150 μmol/L褪黑素處理組別作用效果不顯著(P>0.05)。其中在所設置的濃度內,250 μmol/L褪黑素處理效果最好,低濃度褪黑素處理對PPO的作用效果不明顯。

圖8 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實PPO活性的影響Fig.8 Effects of different concentrations melatoninon PPO activity of Fengtang plum

2.9 褪黑素處理對蜂糖李果實MDA的影響

如圖9所示,常溫(23±2) ℃下貯藏4 d后,不同濃度褪黑素處理MDA含量均低于對照,貯藏20 d時,250和350 μmol/L褪黑素處理MDA含量分別為15.8和15.6 μmol/g,與對照差異極顯著(P<0.01),50、150和450 μmol/L褪黑素處理MDA含量分別為16.8、16.3和16.4 μmol/g,與對照差異顯著(P<0.05)。這說明不同濃度褪黑素處理能有效抑制蜂糖李鮮果膜脂過氧化作用的發生,降低MDA的積累,延緩蜂糖李的成熟與衰老[13]。其中,在所設置的濃度范圍內,250和350 μmol/L褪黑素處理效果最好,兩者之間差異不顯著(P>0.05)。

圖9 不同濃度褪黑素對蜂糖李果實MDA含量的影響Fig.9 Effects of different concentrations melatoninon MDA content of Fengtang plum

2.10 褪黑素處理對蜂糖李果實感官品質的影響

由表2可知,在采后貯藏過程中蜂糖李果實在色澤、質地和風味等方面極易發生變化。(23±2) ℃下貯藏20 d 時,對照果實果皮呈淡黃色帶棕色,果肉暗黃帶棕色、質地極軟、果實柔軟易碎,汁液易流出,基本喪失原有風味。各濃度褪黑素處理均能有效抑制果實軟化、風味喪失和腐爛變質,其中 250 μmol/L處理效果最佳,其果實質地較硬、無汁液流出、果皮呈黃綠色,果肉淡黃帶淺綠色。果實未出現腐爛,食用口感微酸微甜,可以較好地保持蜂糖李果實原有風味。

3 結論與討論

試驗結果表明,適宜濃度的外源褪黑素(150～350 μmol/L)處理可以有效延緩蜂糖李果實衰老,保持果實品質,保鮮效果最好的是250 μmol/L褪黑素處理,而較低(50 μmol/L)和較高(450 μmol/L)濃度的褪黑素處理雖然對部分指標具有一定的作用,但是對果實感官品質影響較大,使果實褐變,腐爛味嚴重,效果僅比對照略好。可能是因為較低濃度的褪黑素處理,進入果實內部的量少,降低果實呼吸強度和氧化損傷等作用效果不明顯,過高濃度處理時,進入果實內部的褪黑素量較多,雖然能降低果實呼吸強度,但是容易造成果實氧化損傷,且影響果實口感,保鮮效果也不明顯。

表2 (23±2) ℃下貯藏20 d的蜂糖李果實感官品質評價Table 2 Organoleptic evaluation of quality of fengtang plum fruits stored at(23±2) ℃ for 20 d

果實衰老通常表現為失重率的增加,呼吸高峰的到來,果實硬度、可溶性固形物和VC含量的降低[10]。試驗結果表明,(23±2) ℃常溫貯藏過程中,250 μmol/L褪黑素處理可顯著地降低果實的呼吸強度,推遲呼吸高峰的出現,降低果實失重率,延緩果實硬度、可溶性固形物和可滴定酸下降,抑制VC的降解。這與褪黑素在桃[16]、獼猴桃[15]、草莓[24]、梨[20]等上的研究結果一致。果實感官品質是影響消費者購買的重要因素之一。消費者主要通過對果實外觀顏色、大小、果面情況等進行挑選[25]。保持李果實較好的感官品質不但能提高消費者的購買欲,而且能延長果實貯藏壽命,提高果實商品價值。研究證明,褪黑素處理可減緩黃瓜葉綠素的降解[19],維持番茄果實較高的糖酸比[26],保持果實較好的感官品質和口感風味。本研究顯示,250 μmol/L褪黑素處理能較好地維持果實質地和風味。褪黑素處理的果實表面光亮、無褐變發生,質地較硬、無汁液流出、無異味、腐爛率較低,較好地保持了果實原有的品質和風味。

褪黑素是植物體中活性氧和活性氮的抑制劑[4],250 μmol/L褪黑素處理減少了蜂糖李果實的膜脂過氧化程度,維持了細胞膜的完整性,在一定程度上抑制了蜂糖李果實的軟化和衰老,這和Gao等[16]在桃和胡苗等[15]在獼猴桃以及Zhao等[27]在甜櫻桃上的研究結果一致。MDA是膜脂過氧化的主要產物之一,常作為脂質過氧化的生化指標,可以反映植物細胞膜的完整性[28]。蜂糖李在衰老的過程中,膜結構完整性的破壞和體內積累的MDA含量密切相關。250 μmol/L褪黑素處理比對照具有較低的MDA含量,可以證明,適宜濃度褪黑素處理保護了細胞膜的完整性,從而降低了MDA含量。

POD是抗氧化酶系統重要的一部分,主要分解植物體內產生的過氧化氫,POD活性對外界環境有一定的適應性,能反應植物體內的代謝狀況及發育特性。較高的POD活性,能夠更好地與過氧化氫酶協同起作用[14],這在其他一些果實上如番茄[29]、桃[16]的研究也得到證明。本文結果表明,250 μmol/L褪黑素處理可提高POD活性,降低膜脂過氧化程度,較好地保持果實品質,延緩果實衰老。果肉褐變是影響李貯藏效果的關鍵,PPO活性與果肉褐變密切相關[30]。本研究結果顯示,250 μmol/L褪黑素處理可以抑制PPO活性的升高,抑制果實褐變。

本研究表明,褪黑素能夠有效延緩蜂糖李果實衰老,保持果實品質,在應用中具有成本低、用量少、安全方便的優點,適應現代綠色有機農業發展要求,應用前景廣泛。