LED持續光照處理對甜瓜貯藏特性及糖代謝的影響

姚 軍,鄭賀云,張翠環,再吐娜·買買提,耿新麗

(新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所,新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意義】果蔬在采摘后因貯藏不當造成少則損失5%,多則損失高達25%～30%[1]。可見光發光二極管(LED)技術作為一種新型的物理保鮮方法,與傳統的物理方法和化學試劑保鮮相比較,來源廣、操作簡單、成本低廉、無毒害、無副產物殘留、對環境友好[2],此技術因其良好的抗菌性和調節植物生理代謝的作用,在果蔬產品的栽培、加工、保鮮等行業受到關注,在現代植物生長調控、保鮮與加工中規模化應用是一項新型技術。【前人研究進展】LED技術主要集中在提高植物生長期果實VC含量、促進果實著色等品質方面的研究,目前對果蔬采后保鮮過程中的營養品質調控也開始增多。利用不同顏色光照處理對蘆筍[3]、西蘭花[4]、櫻桃番茄[5]、番茄[6]、黃瓜[7]、獼猴桃[8]、青椒[8]等果蔬貯藏過程對保持品質、延緩衰老效果較好。紅光能延遲西蘭花采后黃化,抑制乙烯生成,同時維持西蘭花葡萄糖和果糖水平,增加蔗糖含量[9-10]。Joaquin等[11]在抱子甘藍上通過光照處理后葉綠素含量是對照的10倍以上。近年來,LED光照處理在甜瓜上的研究主要集中在植物生長期的生長發育、品質變化及抗白粉病上[12-15]。【本研究切入點】應用于甜瓜采后果實品質和貯藏保鮮上的研究鮮有報道。需研究不同光質LED燈照射對甜瓜貯藏期貯藏特性及糖代謝的影響。【擬解決的關鍵問題】采用LED紅、藍、白3種單色弱光分別對貯藏期甜瓜進行持續照射,為研發甜瓜采后保鮮新技術及LED單色光在甜瓜保鮮中的應用提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

以西州密25號為材料,選取相近糖度(可溶性固形物在14%～16%)、果個大小均勻的無病蟲斑、無機械損傷的果實。

儀器:無損傷測糖儀(日本產KBA100R型);液相色譜儀(美國安捷倫1260);水果質地分析儀(國產GS -15型);色差儀(國產JZ-650型);低溫恒溫箱(日本三洋 MIR-254)。

1.2 方 法

1.2.1 貯 藏

選用西州密25號為材料,采用LED的紅光、藍光、白光進行照射處理(30 lx),以遮光貯藏作為對照,7℃低溫恒溫箱內貯藏,濕度控制在70%～80%,每個處理,20個單瓜,3次重復。每7 d測定甜瓜果實可溶性固形物、色差、果肉硬度、失重率和腐爛率等變化。采用高效液相色譜每3 d測定貯藏后甜瓜(選糖度15%±0.5%)果肉蔗糖、葡萄糖、果糖含量,每個處理每次測定3個單瓜,分析在整個貯藏期甜瓜果肉糖分的變化。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 可溶性固形物(TSS的測定)

采用日本產的KBA100R型無損傷測糖儀進行測定。

1.2.2.2 果實腐爛率

果實腐爛率(%)=腐爛果實數量/總果數量×100。

1.2.2.3 果實硬度

采用北京陽光億事達科技有限公司的GS -15型水果質地分析儀測定。

1.2.2.4 失重率

測定采用稱重法,失重率=(初始重量-貯藏后重量)/初始重量×100。

1.2.2.5 色差

利用色差儀對甜瓜果實赤道部位果皮的“L”、“a”、 “b”值測定。每個處理測20個果實,每個果實取3個點,取平均值,記為果皮色差值[16]。

1.2.2.6 糖分含量

1.2.2.6.1 標準曲線的繪制

分別取5.00、2.00、1.00、0.50、0.10、0.05 mg/L 的葡萄糖、果糖、蔗糖的標準溶液,進樣量為20 uL,以標準為縱坐標,標樣峰面積為橫坐標,繪制標準曲線并計算回歸方程。葡萄糖、果糖、蔗糖的質量濃度與其HPLC 峰面積的相關參數分別為0.999 8、0.999 6、0.999 5[17]。表1

表1 糖質量濃度與HPLC 峰面積的回歸方程和相關系數

1.2.2.6.2 色譜條件

色譜柱:氨基柱(Platisil NH2 5u 250 mm×4.6 mm);流動相為乙腈∶ 水=75∶ 25,流動相經0.45 μm 濾膜過濾后超聲波脫氣30 min,流速為1.00 mL/min,進樣體積為20 μL,柱溫為35℃[17]。

1.2.2.6.3 糖分提取

準確稱取經榨汁機打碎的甜瓜果肉1 g,加6 mL純乙腈(色譜級),60℃水浴10 min后8 000 r/min 離心20 min,將上清液轉至25 mL的容量瓶中;殘渣再加入6 mL雙蒸水,繼續60℃水浴10 min,8 000 r/min 離心20 min,合并上清液;再次重復上一步提取1次,合并上清液,最終定容到25 mL刻度,抽取1 mL上清液通過0.22 μm 有機濾膜過濾,供高效液相色譜檢測用[17]。

1.2.3 計算

1.2.3.1 糖含量[18]。

計算公式:W=C0V/m,式中:W為糖含量(mg/g·FW);C0為糖分質量濃度(g/L);V為樣品溶液體積(mL);m為樣品質量(g)。

1.2.3.2 甜度值

甜度值計算參照薛素林等[18]方法,以蔗糖的甜度值為基準1.00,果糖為1.75,葡萄糖為0.7,甜度值=果糖×1.75+葡萄糖×0.7+蔗糖×1。

1.3 數據處理

每個指標測定值利用Excel統計分析并繪圖,采用SPSS17.0數據處理軟件對數據進行方差分析(ANOVA),采用Duncan’s多重比較對差異顯著性進行分析。

2 結果分析

2.1 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期可溶性固形物的影響

研究表明,LED持續照光處理隨著貯藏天數的增加呈現出了先降低后升高,而對照處理則是先降低后升高再降低的現象。在貯藏第35 d, 白、紅、藍各單色光的可溶性固形物含量較貯藏前的增幅為6.2%、6.46%、7.14% ,而對照組可溶性固形物含量較貯藏前的降幅為1.8%,且光照處理組與對照組的差異達極顯著水平(P<0.01)。照光處理加速了甜瓜貯藏期糖代謝的進程。LED光照處理具有保持甜瓜貯藏期可溶性固形物含量下降的作用。圖1

圖1 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期可溶性固形物變化

2.2 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期失重率的影響

研究表明,隨著貯藏天數的增加,LED持續光照處理和對照處理失重率均呈現出了逐漸升高的現象。但貯藏前期,LED持續照光處理失重較為緩慢,對照處理失重較快,在貯藏第7 d,光照處理組與對照組的差異達極顯著水平(P<0.01)。在貯藏后期,LED持續照光處理失重較快,對照處理失重較平緩,在貯藏期第28 d, 光照處理組與對照組的差異達極顯著水平(P<0.01),處理組之間差異不顯著(P>0.05)。在貯藏前期LED持續照光處理能延緩甜瓜表面的水分散失,但貯藏后期,可能是持續光照誘導了甜瓜果皮組織表面氣孔開放,加速組織內水分和氣體擴散。短期的照光處理能夠延緩甜瓜貯藏期的失重率,而長期照射則加速了失重率的上升。圖2

圖2 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期失重率變化

2.3 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期果皮顏色的影響

研究表明,西州密25號在采后貯藏過程中果皮會脫綠黃化 ,采用L值和a/b值反映果皮的新鮮度和保綠程度。隨著貯藏天數的增加,L值呈現了逐漸升高的現象,而a/b值呈現了先升高后降低的現象。而L值的升高甜瓜表皮的顏色越來越淺,a/b值的降低是果皮褪綠或黃化。對照組的L值明顯高于光照處理的L值,且對照組L值在貯藏期內升高迅速,在貯藏中期,對照組與光照處理組的差異達極顯著水平(P<0.01),在貯藏后期,紅色光照組與其他處理組的差異達顯著水平(P<0.05)。而整個貯藏期,紅色處理組與對照組的差異達顯著水平(P<0.05)。而a/b值紅色處理組明顯低于對照組,對照組又高于白、藍光照處理組,LED紅光處理能夠延緩甜瓜果皮的褪綠或黃化(P<0.05)。LED持續光照組具有保持甜瓜果皮顏色的作用,尤其以紅色光對保持甜瓜果皮顏色效果最好。圖3

圖3 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期L值和a/b值變化

2.4 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期腐爛率的影響

研究表明,隨著貯藏天數的增加,LED持續照光處理和對照處理腐爛率均呈現出了逐漸升高的現象。在貯藏第21 d,白光處理組的甜瓜未發生腐爛,而其它2個處理組和對照組均有腐爛發生,尤其以紅光處理組和對照組腐爛最為嚴重,腐爛均達到15.79%;在貯藏第28 d,白光處理組腐爛開始發生,紅光和藍光光照處理組腐爛較嚴重,均達到42.11%;在貯藏第35 d,除白光處理組以外其它2個處理組和對照組腐爛均超過一半以上,以對照組腐爛最為嚴重,達到68.42%。LED白色光照處理對減少甜瓜貯藏期果實腐爛上效果較明顯,而紅、藍光持續照射則有加速腐爛發生的可能。圖4

圖4 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期腐爛率變化

2.5 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期果肉硬度的影響

研究表明,隨著貯藏天數的增加,LED光照處理組和對照組果肉硬度均呈現出了逐漸降低的現象。對比4個處理組果肉硬度的變化,以白色光照處理組果肉硬度較高,其次是紅色光照處理組,而藍光光照處理組與對照相比。貯藏前21 d,對照處理組優于藍光光照處理組,貯藏21 d后,藍光光照處理組優于對照處理。在貯藏期第28 d, 白色光照組與其他處理組的差異達顯著水平(P<0.05)。LED持續光照以白、紅單色光對延緩 果肉硬度下降具有明顯效果,其中以白色光照處理組效果最好。圖5

圖5 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期果肉硬度變化

2.6 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期蔗糖含量的影響

研究表明,在貯藏期前6 d,對照處理組的果實蔗糖含量高于不同LED光照處理組,對照組與光照處理組間差異顯著(P<0.05),而處理組之間差異不顯著(P>0.05)。貯藏期6 d后,對照處理果實的蔗糖含量低于不同LED光照處理組,對照組與白光處理組差異顯著(P<0.05),貯藏后期不同LED光照處理延緩了果肉中蔗糖的降解。對比不同光照處理組之間蔗糖的降解變化,白光處理組效果最好,紅光次之。各光照處理之間差異不顯著(P>0.05)。圖6

圖6 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期蔗糖含量變化

2.7 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期果糖含量變化

研究表明,隨著貯藏天數的增加, LED持續光照處理對甜瓜貯藏期果糖含量的影響呈現為逐漸降低的現象,在貯藏期第27 d,白光、紅光、藍光、暗光處理甜瓜果實果糖的下降率為16.68%、20.11%、20.90%、26.32%。在貯藏期前9 d,對照處理組的甜瓜果實果糖含量高于不同LED光照處理組,而貯藏期9 d后,對照處理組的果實果糖含量低于不同LED光照處理的果糖含量, 且對照組與白光處理組差異達顯著水平(P<0.05)。對比不同光照處理組之間的果糖含量變化,白光光照處理組的果糖含量明顯高于紅、藍光處理組,各處理之間差異不顯著(P>0.05)。圖7

圖7 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期果糖含量變化

2.8 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期葡萄糖含量的影響

研究表明,在貯藏期前6 d,對照處理組的果實葡萄糖含量高于不同LED光照處理組的葡萄糖含量,對照組與各處理組差異顯著(P<0.05),而各處理之間差異不顯著(P>0.05)。在貯藏期6 d后,對照處理組果實的葡萄糖含量低于不同LED光照處理組的葡萄糖含量, 不同光照處理組之間差異不明顯(P>0.05)。在貯藏期第27 d,白光、紅光、藍光、暗光處理甜瓜果實葡萄糖的降解率為21.19%、39.88%、25.27%、55.01%。貯藏后期不同LED光照處理組延緩了甜瓜果肉中葡萄糖的降解。圖8

圖8 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期葡萄糖含量變化

2.9 LED持續光照處理對甜瓜貯藏期甜度影響

研究表明,在貯藏期前6 d,對照處理組的果實甜度值高于不同LED光照處理組,在貯藏期6 d后,對照處理組果實的果糖甜度低于不同LED光照處理組,不同LED光照處理在貯藏后期具有延緩果實甜度下降的作用。貯藏后期對比不同光照處理組之間果實甜度的變化,白光光照處理組的果實甜度值優于紅、藍光處理組,在貯藏第27 d時,白光、紅光、藍光、暗光處理甜瓜果實甜度的下降率為15.86%、22.91%、21.71%、31.38%。白光光照處理組對保持果實甜度效果最好。圖9

圖9 LED持續光照處理下甜瓜貯藏期甜度值變化

3 討 論

LED持續光照處理對甜瓜貯藏期貯藏特性來看,紅、藍、白3種單色光照射與暗光處理相比較,LED持續光照具有延緩可溶性固形物下降和貯藏前期失重率下降,保持甜瓜果皮顏色,減少腐爛發生,延緩果肉硬度下降等作用。其中白色光對減少腐爛率、保持果肉硬度效果最好。研究結果與雷靜等[5]在櫻桃番茄采后貯藏期可溶性固形物變化相一致。MARTINEZ等[19]研究發現鮮切生菜在弱熒光照射下貯藏7 d后,其葉片表面氣孔張開數目為74.2% ,而對照樣品在黑暗條件下的氣孔張開數目僅為25.1%。但ZHAN等[20]、THWEA等[21]認為光照處理導致的鮮重丟失率上升在較短的貯藏銷售期內,并不影響某些鮮切果蔬的感官品質和商品價值。相似的結果在黃瓜[7]、西芹[22]和上海青[23]的研究中也被報道。范林林等[6]發現LED白光處理具有維持番茄的感官品質和色澤保持,延緩水分損失,抑制可溶性固形物降低、VC含量降解的作用。其中紅色光照處理對保持甜瓜果皮顏色效果最好,與顧振新等[24-26]的研究相一致。研究還發現短期的照光處理能夠延緩甜瓜的失重率上升,長期照光處理能夠延緩甜瓜果肉的果糖,蔗糖和葡萄糖的降解速率。瑪爾哈巴·帕爾哈提等[15]也認為伽師瓜經光照,提高了果實失重率,提高果肉可溶性固形物和還原糖含量,促使果皮色素含量的積累。

LED持續光照處理對甜瓜貯藏期保綠護色方面來看,對比L和a/b值,L值的升高表明,甜瓜表皮的顏色變淺,a/b值的降低表明是果皮褪綠或黃化,比較紅、藍、白3種單色光照射與暗光貯藏,對照組的L值明顯高于光照處理的L值,整個貯藏期,紅色光照處理組與對照組的差異達顯著水平(P<0.05)。而a/b值紅色處理組明顯低于對照組,對照組又高于白、藍光照處理組,LED紅光處理能夠延緩甜瓜果皮的褪綠或黃化。在光照條件下,不同程度的抑制了葉綠素分解有關酶類的活性,延緩了葉綠素分解,維持了植物的綠色[24]。Jiang等[25]研究發現LED紅光可以有效延緩西蘭花黃化,抑制營養物質的降解和葉綠素降解酶基因的表達。Alba等[26]報道紅光定時處理番茄可以有效增加番茄紅素含量的2～3倍。

LED持續照光處理對甜瓜貯藏期糖代謝的影響來看,因LED光照處理組對甜瓜的可溶性固形物含量保持上較為明顯,故采用高效液相色譜對果肉的果糖、蔗糖、葡萄糖的變化分析,在貯藏期前6d, 不同光照處理組的果實蔗糖、葡萄糖、糖度值含量均低于對照處理組,且對照組與各處理組差異顯著(P<0.05),貯藏期6 d后,不同光照處理組的果實蔗糖、葡萄糖、糖度值含量均高于對照處理組,而果糖含量在貯藏期第9 d后,表現出與蔗糖和葡萄糖相同的變化趨勢。不同LED光照處理延緩了甜瓜貯藏中后期果肉中蔗糖、葡萄糖、果糖的降解速率。與Joaquin等[10]在西蘭花和雷靜[5]在櫻桃番茄上研究相似。對比不同光照處理組之間蔗糖、葡萄糖、果糖的降解變化,不同光照處理組之間差異不明顯(P>0.05),在貯藏期第27 d,不同光照處理組之間蔗糖、葡萄糖、果糖的下降速率來看,白光處理的下降速率較慢,而且白光處理組的甜度值明顯高于其他單色光,白色光照處理對保持甜瓜貯藏期糖分降解上效果較好。

4 結 論

LED持續光照處理在甜瓜貯藏保鮮及糖分品質保持上效果明顯。其中白、紅、藍各單色光在貯藏35 d可溶性固形物含量較貯藏前的增幅為6.2%、6.46%、7.14% ,而對照組較貯藏前有所降低,降幅為1.8%,白色光在減少腐爛發生、硬度下降上效果最好,紅色光在保持甜瓜果皮顏色上效果最好。