UVC預處理對冷藏和貨架期間‘錦香’黃桃揮發性物質組分及含量的影響

周慧娟,杜紀紅,張夏南,蘇明申,李雄偉,葉正文

(上海市農業科學院林木果樹研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,上海201403)

桃原產中國,是薔薇科(Rosaceae)桃屬(AmygdalusL.)核果類果樹,80%以上的果實用于鮮食銷售。2018年我國桃種植面積100萬hm2,產量1 350萬t,分別占世界桃種植面積和產量的48.72%和67.48%,均居世界第一。我國80%栽培桃品種為溶質類型[1],‘錦系列’鮮食黃桃為溶質類型中的典型代表,是長江以南鮮食黃桃的主栽品種。溶質桃果實極不耐貯運,低溫可延長果實的貯藏期,但長期的低溫冷藏或長期冷鏈物流(15—30 d)易使果肉出現木質化、絮敗、褐變、糖酸比失調、芳香喪失或有害物質產生等品質劣變癥狀,制約桃果實流通及產業發展。

消費者普遍認為商品桃果實缺乏應有的風味,這與不適宜的采收成熟度和采后處理技術有關[2]。桃的綜合風味由甜度、酸度、糖酸比、香氣或質構特征等構成,其中揮發性物質對果實香氣和風味的影響是目前研究的熱點[3-4]。至今,桃果實中有近200種芳香物質被鑒定出[5-6],不適的低溫冷藏(5℃)使桃果實酯類、內酯類特征芳香成分減少,適宜的低溫貯藏可提高貨架期間果實揮發性物質的濃度,但仍然造成了特征性風味物質的代謝障礙[7]。氣調處理可調節冷藏期間和貨架期間桃果實脂氧合酶(LOX)和脂氫過氧化物裂解酶(HPL)活性從而影響果實香氣的形成和散發[8]。抑制冷藏期間果實丙二烯氧化物環化酶(AOC)、丙二烯氧化物合成酶(AOS)和12-氧代植物二烯酸還原酶(OPR)活性也可影響果實內酯和實酯形成[9],使果實具有較高的風味指數[10]。1-MCP處理可抑制桃果實醇類、脂肪族酯類、內酯和萜烯的產生,這與1-MCP可調控LOX、HPL、乙醇脫氫酶(ADH)和酰基轉移酶(AAT)相關基因的表達水平有關[11]。而水楊酸(SA)、外源乙烯處理則可促進醇類、脂肪族酯類、羰基化合物、內酯和萜烯的釋放,抑制己醛、反-2-己烯醛和苯甲醛的釋放,使青草型與花香型香氣比值降低,進而改善果實品質[12-13]。

紫外線輻照(UV)技術作為一項安全、操作簡便的技術已得到廣泛的應用。研究表明,UV處理可減少果實表面微生物[14]、延緩冷害的發生[15]、提高果實品質[16]和耐貯性[17],并可誘導芳樟醇的合成,提高果實的整體風味[17],但關于短波紫外線輻照(UVC)對果實芳香物質成分及含量的影響鮮有報道。本研究利用HS-SPME-GC-MS技術分析‘錦香黃桃’采后貯藏期間揮發性物質數量及含量的變化,探討UVC對果實揮發性物質的影響,以期為鮮食黃桃品種的改良和貯運的研究提供一定的科學依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

以上海市農業科學院果樹種植基地(121.47°E,30.92°N)種植的‘錦香’黃桃果實(北農2×60-24-7)為試材,試驗園樹齡9年,果實套黃袋。2019年6月17日,分別于15株樹冠外圍高約1—2 m處隨機采取1 500個成熟度一致(七至八成熟)、大小均勻、色澤均一、無機械傷和病蟲害的果實,然后立即運回上海市農業科學院林木果樹研究所實驗室,置于溫度為20—25℃,相對濕度為60%—65%的環境中。試驗設4個處理:將果實放置于距離波長為254 nm的UVC燈管15 cm處,照射5 min;將果實放置于距離波長為254 nm的UVC燈管15 cm處,照射20 min;將果實放置于距離波長為254 nm的UVC燈管15 cm處,照射40 min;不做任何處理的果實(CK)。每組100個果實,設3次重復。將處理后的果實單層擺放于塑料筐中,外套厚度為0.03 mm的PE保鮮袋,置于溫度為4℃、相對濕度為85%—90%的冷庫中預冷24 h,之后放置于溫度為(1±0.5)℃、相對濕度為85%—90%的冷庫中冷藏,第30天,放置于溫度為20—25℃、相對濕度為65%—70%的環境進行貨架研究。冷藏期間每隔5 d及貨架期第3天,對不同處理組果實的呼吸強度、乙烯釋放速率進行測定,并取樣,切成0.5 cm×0.5 cm的果丁,液氮處理后,放置于-80℃超低溫冰箱儲存。

1.2 指標測定

乙烯釋放速率:根據Khan等[18]的方法進行優化。室溫條件下,每個處理取5個大小均一、無機械損傷的果實放置于容積為10 L、帶有橡膠塞的玻璃罐中,放置15 min。使用容積為1 mL的注射器從罐中取出頂部空間氣體(1 mL),并注入裝有火焰離子化檢測器(FID)的氣相色譜儀的入口。氮氣壓力0.5 MPa,流量30 mL∕min;進樣器溫度100℃,柱溫60℃,檢測室溫度180℃;進樣方式:不分流進樣。結果用nL·kg-1·h-1表示.

呼吸強度:室溫條件下,各處理隨機取5個果,準確稱量后,置于連接紅外CO2分析儀氣路的40 L密閉容器中,通過非色散式CO2氣體測試計(TES-1370,中國臺灣)測定10—15 min CO2濃度的改變量。重復3次,結果用mg·kg-1·h-1表示。

芳香物質的含量:將10 g左右樣品用液氮研磨成粉末,取5 g粉末放入頂空萃取瓶中,用5 mL飽和NaCl水溶液勻漿5 min。混合物中加入內部標準液(美國Sigma公司)以及18種已知化合物的標準液,4℃條件下提取2 h。用7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)(美國Agilent公司)DB-WAX毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 m)測定芳香族化合物的含量。進樣量:1μL;進樣溫度:250℃;分流比:無分流;載氣:氦氣(99.999%);流量:1 mL·min-1;柱溫:40℃保持5 min,以5℃·min-1升至250℃,保持5 min;接口溫度:260℃;離子源溫度:230℃;四級桿溫度:150℃;電離方式:EI+,70 eV;檢測器電壓:2 065 V;掃描方式:全掃描;質量范圍:20—400(m/z);數據分析軟件:MSD Chemstation;定性:NIST 2011譜庫。SPME的條件如下,設備:CTC三位一體自動進樣器(GC-MS,美國圣克拉拉市安捷倫科技公司);萃取頭:75μm CAR∕PDMS;溫度:50℃;加熱時間:15 min,萃取時間:30 min;震蕩速度:加熱250 r·min-1,萃取250 r·min-1;解吸時間:4 min;GC循環時間:52 min。鑒定20種不同的芳香族化合物,并根據其標準品計算它們的含量(μg·kg-1)。

芳香物質組分和數量:對利用GC-MS技術鑒定出的揮發性物質按照醇類、醛類、酯類、內酯類和萜類物質進行歸類和物質篩選,譜庫是NIST 14譜庫,處理軟件為LECO公司Pegasus軟件。

1.3 數據處理

采用SPSS 18.0、Excel 2010軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 UVC預處理對果實乙烯釋放速率和呼吸強度的影響

由圖1可知,冷藏期間,各處理果實乙烯釋放速率和呼吸強度均呈下降趨勢,貨架期間呈急劇上升趨勢。冷藏期間,各處理組果實呼吸強度無顯著性差異;冷藏第5天和第15天,UVC預處理5 min的果實乙烯釋放速率顯著高于(P<0.05)其他處理組果實;貨架期間,UVC預處理5 min的果實乙烯釋放速率顯著高于(P<0.05)其他處理組果實,呼吸強度顯著低于(P<0.05)其他處理組果實。

圖1 UVC預處理對果實乙烯釋放速率和呼吸強度的影響Fig.1 Effects of UVC pretreatment on ethylene release rate and respiration intensity of fruit

2.2 UVC預處理對果實醇類、醛類、酯類、內酯類、帖類物質數量的影響

由圖2可知,對照組‘錦香’黃桃果實中揮發性物質(75種)以醇類物質為主(24種)、其次為醛類(15種)和酯類(15種)、之后為萜類(12種)和內酯類(9種),其中果香和花香型揮發性物質數量占比48%;UVC預處理5 min可顯著誘導揮發性物質數量的增加,其中酯類、萜類和內酯類物質數量分別增加3種、5種和2種,醇類物質減少2種,說明UVC預處理可誘導果香和花香型揮發性物質的產生。

圖2 DGGE主要條帶的系統發育分析Fig.2 Phylogenetic analysis of the predominant bands in the DGGE profile

由圖3可知,冷藏期間,對照組‘錦香’黃桃酯類、內酯類和萜類物質數量呈下降趨勢,醇、醛類物質數量無顯著性變化。經GC-MS測定,在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d時對照果實分別檢測出酯類15種、9種、12種、12種、8種,UVC預處理5 min的果實比同期對照分別增加20%、89%、16.67%、33.33%、62.5%;UVC預處理5 min的果實在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d分別檢測出內酯類11種、8種、10種、10種、8種,比同期對照分別增加22.2%、0%、0%、11.11%、33.33%;UVC預處理5 min的果實在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d時分別檢測出萜類17種、9種、8種、3種、2種,比同期對照分別增加41.67%、0%、33.33%、0%、0%。

貨架期間,對照和處理組果實醇類、酯類、內酯類和萜類物質數量均呈上升趨勢。第3天,UVC預處理5 min的果實酯類、內酯類和醇類物質數量顯著高于(P<0.05)對照,萜類物質數量與對照相比無顯著性差異(P>0.05)。

圖3 低溫冷藏及貨架期間‘錦香’黃桃醇類、醛類、酯類、內酯類、萜類物質數量的變化Fig.3 Changes of alcohols,aldehydes,esters,lactones and terpenoids in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

2.3 低溫冷藏及貨架期間對照果實醇類、醛類、酯類、內酯類、萜類物質含量的變化

2.3.1 醇類和醛類芳香族化合物含量的變化

圖4 低溫冷藏及貨架期間‘錦香’黃桃醇類和醛類芳香族化合物含量的變化Fig.4 Changes of alcohols,aldehydes contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

由圖4可知,冷藏期間,對照果實1-己醇(1-hexanol)和反式-2-己烯-1-醇(trans-2-hexen-1-ol)均于冷藏第20天出現峰值,分別為5 479.21μg·kg-1和1 464.98μg·kg-1;第30天,其含量仍然分別高達4 305.48μg·kg-1和606.12 μg·kg-1。貨架期第3天,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇的含量分別為2 453.09μg·kg-1和677.76μg·kg-1,是新鮮入庫果實的2—3倍,接近果實閾值(1-己醇閾值2 500μg·kg-1;反式-2-己烯-1-醇閾值100—1 000μg·kg-1),說明1-己醇和反式-2-己烯-1-醇是影響冷藏期間果實異味產生的主要因素。冷藏期間,苯甲醛含量第15天出現峰值(730.15μg·kg-1);第30天,苯甲醛含量仍高達566.84μg·kg-1。貨架期間,苯甲醛含量持續下降,第3天其含量為123.61μg·kg-1。冷藏5—15 d,己醛含量急劇下降可能與醛類向醇類的轉化有關。

2.3.2 酯類和萜類芳香族化合物含量的變化

由圖5可知,整個冷藏和貨架期間,芳樟醇含量均呈下降趨勢。至第30天,芳樟醇含量由最初的520.26μg·kg-1下降至4.22μg·kg-1,低于芳樟醇閾值(6μg·kg-1),果實喪失了其固有芳香;貨架期間,芳樟醇含量為7.49μg·kg-1,未顯著升高,說明果實芳樟醇出現了低溫代謝障礙,為低溫貯藏及調控技術研發重點關注的物質。整個冷藏和貨架期間,紫羅蘭酮含量維持在1—2μg·kg-1。

圖5 低溫冷藏及貨架期間‘錦香’黃桃酯類和萜類芳香族化合物含量的變化Fig.5 Changes of esters and terpenoids contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

冷藏期間,果實乙酸己酯和鄰苯二甲酸二異丁酯含量整體呈下降趨勢,第30天,二者含量分別由初始的37.44μg·kg-1和261.38μg·kg-1降低至5.11μg·kg-1和61.67μg·kg-1;貨架期間,乙酸己酯和鄰苯二甲酸二異丁酯含量均呈急劇上升趨勢,第3天其含量分別為69.61μg·kg-1和151.67μg·kg-1。說明低溫冷藏可抑制果實酯類物質的散發,貨架期間可恢復正常代謝。

2.3.3 內酯類芳香族化合物含量的變化

由圖6可知,冷藏期間,γ-辛內酯、γ-己內酯和γ-庚內酯含量整體呈先上升后下降的趨勢,γ-葵內酯和δ-癸內酯整體呈先下降后上升再下降的趨勢,γ-十二內酯含量較為平穩;貨架期間,γ-己內酯和γ-辛內酯含量均呈急劇上升趨勢,說明這兩種物質恢復常溫后不存在代謝障礙。γ-癸內酯和δ-癸內酯在整個冷藏期間整體呈急劇下降趨勢,且恢復常溫后含量無顯著性升高,說明長期冷藏對以上兩種內酯造成了低溫代謝障礙,為低溫貯藏及調控技術研發重點關注的物質。

圖6 低溫冷藏及貨架期間“錦香黃桃”內酯類芳香族化合物含量的變化Fig.6 Changes of lactones contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

2.4 UVC預處理對果實關鍵低溫合成障礙揮發性芳香物質含量的影響

由圖7可知,與對照相比,UVC預處理20 min和40 min促使果實1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量急劇增加,UVC預處理5 min,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量降低。

圖7 UVC預處理前后1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量的變化Fig.7 Changes of 1-hexanol and trans-2-hexene-1-ol contents before and after UVC pretreatment

由圖8可知,與對照相比,UVC預處理5 min和20 min均能誘導γ-癸內酯、δ-癸內酯和芳樟醇的合成,其中UVC預處理5 minγ-癸內酯和δ-癸內酯含量較高,UVC預處理20 min芳樟醇含量較高。

圖8 UVC預處理對‘錦香’黃桃γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇含量的影響Fig.8 Changes of r-decalactone,δ-decalactone and linalool contents before and after UVC pretreatment

由圖9可知,冷藏期間,各處理果實中1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量均呈前期穩定(0—15 d)、中期上升(15—20 d)、后期下降(20—30 d)的趨勢。貯藏后期,UVC預處理5 min和20 min的果實1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量顯著低于(P<0.05)對照和UVC預處理40 min的果實;貨架期間,UVC預處理20 min和40 min處理的果實反式-2-己烯-1-醇含量均呈急劇上升趨勢,UVC預處理5 min和CK果實反式-2-己烯-1-醇含量無顯著性(P>0.05)變化。

圖9 UVC預處理對‘錦香’黃桃冷藏和貨架期間1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量的影響Fig.9 Effect of UVC pretreatment on 1-hexanol and trans-2-hexene-1-ol contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

由圖10可知,冷藏期間,各處理果實γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇含量整體均呈下降趨勢。冷藏0—10 d,UVC預處理5 min和20 min的果實芳樟醇含量顯著高于(P<0.05)對照和UVC處理40 min的果實;貨架期間,UVC預處理的果實芳樟醇含量極顯著低于(P<0.01)果實固有芳樟醇含量(519.98μg·kg-1),為16—23μg·kg-1,顯著高于(P<0.05)同期對照果實的7.48μg·kg-1。

冷藏0—15 d,UVC處理5 min的果實γ-癸內酯和δ-癸內酯含量均顯著高于(P<0.05)其他處理;貨架期第3天,UVC預處理5 min和20 min的果實γ-癸內酯(134.34μg·kg-1和82.71μg·kg-1)和δ-癸內酯(164.71μg·kg-1和83.57μg·kg-1)含量顯著高于(P<0.05)對照果實和UVC處理40 min的果實(10—12.5μg·kg-1和20—30μg·kg-1)。

圖10 UVC預處理對果實冷藏和貨架期間γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇含量的影響Fig.10 Effect of UVC pretreatment on r-decalactone,δ-decalactone and linalool contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

3 討論

3.1 UVC預處理對‘錦香’黃桃呼吸強度和乙烯釋放速率的影響

紫外線短波輻射(UV)的保鮮效果取決于果品表面形態和目標微生物對紫外線的抵抗力[19],其通過降低果實呼吸強度和乙烯釋放速率來減緩衰老進程[20]。本研究表明,冷藏0—20 d,UVC預處理5 min的果實乙烯釋放速率顯著高于(P<0.05)其他處理,與Gonzalez-Aguilar等[21]報道的UVC預處理的桃果實乙烯釋放速率于5℃冷藏14—21 d急速增加的結果一致。貨架期間,UVC預處理5 min的果實呼吸強度顯著低于(P<0.05)對照和其他處理,與Alique等[22]報道的UVC處理可降低果實的呼吸強度,從而延緩衰老的結果一致。UVC預處理5 min可誘導‘錦香’黃桃乙烯的釋放,降低貯藏期間果實的呼吸強度,這與UVC預處理可抑制芳香物質的喪失有密切關系,與Aline Tiecher[23]報道的UVC預處理雖然誘導了番茄果實采后貯藏期間乙烯的積累,但抑制了果實的衰老并誘導果皮紅色素的形成的結論一致。

3.2 UVC預處理對‘錦香’黃桃揮發性物質成分數量的影響

不適的低溫貯藏使桃果實酯類、內酯類等特征性芳香成分減少,適宜的低溫貯藏可提高貨架期間果實總酯類物質的濃度,但仍可造成特征性風味物質的代謝障礙[7]。本研究發現,長期的低溫冷藏可造成揮發性芳香物質γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇低溫代謝障礙,與上述結論一致。1-MCP、氣調處理、SA處理等雖然可延緩果實冷害的發生,但在揭示果實揮發性物質低溫代謝障礙方面有待進一步研究。UV技術作為一項物理、安全、操作簡便的技術已在果蔬中得到成熟應用,研究表明,UV處理可影響果實類胡蘿卜素的積累[24],減少果實表面微生物[14],延緩冷害的發生[15],提高果實品質[15]和耐貯性[17],并可誘導芳樟醇的合成,提高果實的整體風味[16]。Gonzalez-Aguila[21]報道,UVC預處理桃3—5 min,可提高果實中腐胺、精胺和亞精胺的含量,從而提高果實綜合品質,與UVC技術在檸檬保鮮上的應用結論一致[24]。UVB可通過調控生物合成基因,影響果實風味代謝[25],但是UVC對果實芳香物質成分及含量的影響鮮有報道。本研究發現,UVC預處理5 min可顯著誘導揮發性物質數量的增加,在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d時萜類物質比同期對照分別增加41.67%、0%、33.33%、0%、0%,酯類物質比同期對照分別增加20%、89%、16.67%、33.33%、62.5%;內酯類物質比同期對照分別增加22.2%、0%、0%、11.11%、33.33%,說明UVC預處理可抑制‘錦香’黃桃冷藏期間果實特征性果香和花香揮發性物質的喪失。

3.3 UVC預處理對‘錦香’黃桃揮發性物質成分含量的影響

Bianchi等[26]報道,γ-六內酯、γ-八內酯、C10H16O、乙酸和乙酸乙酯與香氣強度和成熟桃果實感官評分呈正相關,苯乙醛、三甲苯和乙醛與香氣強度和成熟桃果實感官評分呈負相關。氣調、1-MCP、SA處理、外源乙烯處理均可調節冷藏期間和貨架期間桃果實香氣的形成和散發[8,11]。本研究表明,低溫冷藏可顯著抑制果實呼吸速率,降低揮發性酯類、內酯類和萜類物質的含量,但長期的低溫冷藏可造成揮發性芳香物質γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇低溫代謝障礙,為低溫貯藏及調控技術研發重點關注的物質。UVC處理5 min可提高果實乙烯釋放速率,誘導低溫冷藏和貨架期間γ-癸內酯和δ-癸內酯的合成,改善果實長期冷藏風味降低的問題。UVC預處理主要調控低溫冷藏前期(10 d內)的果實芳樟醇的代謝進程,對低溫冷藏后期芳樟醇含量無顯著性影響,而Liu等[17]報道,UV處理可誘導常溫(20℃)‘湖景蜜露’果實芳樟醇的合成,說明不同的貯藏溫度條件下,UV預處理對果實芳樟醇的代謝的調控作用不同,具體機理需要進一步研究。

4 結論

長期的低溫冷藏可造成‘錦香’黃桃特征性果香和花香揮發性物質γ-癸內酯、δ-癸內酯、芳樟醇低溫代謝障礙,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇是影響‘錦香’黃桃冷藏期間異味產生的主要因素。UVC預處理可減輕冷藏前期‘錦香’黃桃果實酯類和內酯類物質的代謝障礙,以UVC預處理5 min結合溫度(1±0.5)℃、相對濕度85%—90%的冷藏參數效果較佳。UVC預處理5 min可顯著誘導果香和花香型揮發性物質的產生,其中酯類、萜類和內酯類物質數量分別增加3種、5種和2種;可抑制冷藏和貨架期間1-己醇和反式-2-己烯-1-醇的合成,誘導γ-癸內酯、δ-癸內酯和芳樟醇的合成,提高果實貯藏期間的整體風味。