魏彥珍 ，邵興鋒，韋瑩瑩，許鳳，王鴻飛

(寧波大學(xué),食品科學(xué)與工程系,浙江 寧波,315211)

茶樹精油電輔助加熱熏蒸處理對草莓品質(zhì)和相關(guān)酶類的影響

魏彥珍 ，邵興鋒*，韋瑩瑩，許鳳，王鴻飛

(寧波大學(xué),食品科學(xué)與工程系,浙江 寧波,315211)

為了減少精油用量、節(jié)約成本，對茶樹精油采用電輔助加熱的熏蒸處理方法，分析該方法對草莓果實(shí)貯藏期間品質(zhì)和代謝相關(guān)酶類的影響。結(jié)果表明，0.001%的茶樹精油熏蒸處理可以減緩可溶性固形物(total soluble solid ，TSS)含量和硬度的下降，維持果實(shí)表面的亮度和紅度，減緩果實(shí)貯藏期間過氧化氫(H2O2)含量的上升，提高過氧化氫酶(catalase，CAT)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)活性，降低抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL)的活性，對超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和β-1,3-葡聚糖酶幾乎無影響?？梢姡娸o助加熱茶樹精油熏蒸處理可以在節(jié)約精油用量的同時(shí)，較好地保持草莓的品質(zhì)，延緩果實(shí)衰老。

茶樹精油；熏蒸；草莓；品質(zhì)

草莓是種深受消費(fèi)者的喜愛的水果。但草莓含水率高達(dá)90%～95%，組織嬌嫩，且無外皮保護(hù)作用，在采收和貯運(yùn)中易受損傷或微生物侵染而腐爛變質(zhì)，極不耐貯藏[1-4]。目前，化學(xué)防腐劑在果蔬采后貯藏保鮮中的應(yīng)用已十分廣泛，但許多人工合成的化學(xué)防腐劑存在誘癌性、致畸性和易引起食物慢性中毒等不安全問題[5]。在食品安全性越來越重視的今天，天然安全的食品保鮮劑的開發(fā)與應(yīng)用顯得尤為重要。

植物精油是植物的次生代謝產(chǎn)物，作為天然源保鮮劑的重要來源，具有較好的揮發(fā)性，以直接接觸或熏蒸的方式在食物周圍形成抑菌氛圍，從而達(dá)到防腐保鮮的效果[6]。茶樹精油(tea tree oil，TTO)具有良好的廣譜殺菌抑菌和保健作用，并有宜人的肉蔻香氣，是公認(rèn)優(yōu)良的天然芳香劑、抗菌劑、防腐劑，主要應(yīng)用在日化、制藥、食品等行業(yè)[7]。SHI等[8]發(fā)現(xiàn)，TTO抑制金黃色葡萄球菌，同時(shí)減少金黃色葡萄球菌腸毒素含量。SZCZERBANIK等[9]研究發(fā)現(xiàn)，TTO在熏蒸條件下可不同程度的抑制多種果蔬病原菌的生長。CHUTIA等[10]認(rèn)為植物精油熏蒸處理對水果的防腐保鮮作用效果明顯好于浸泡等處理方法；邵興鋒等[11]發(fā)現(xiàn)，0.66 mL/L TTO熏蒸可對草莓起到較好的保鮮效果，但精油用量大、殘留多。為了節(jié)約TTO的用量，本實(shí)驗(yàn)研究電輔助加熱的TTO熏蒸保鮮草莓，分析該處理方式對草莓常溫貯藏期間果實(shí)品質(zhì)和相關(guān)酶類的影響，以期為植物精油的商業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試草莓采摘于浙江省寧波市江北區(qū)的草莓種植基地，品種為＂紅顏＂。采摘時(shí)，選擇大小相對一致的果實(shí)。早晨采摘后立即運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室，挑選無機(jī)械損傷、無病蟲害的正常商業(yè)成熟度的果實(shí)。

NaCl，Na2HPO4·12H2O，NaH2PO4·2H2O，抗壞血酸(均為分析純)，鄰苯二酚(化學(xué)純)國藥集團(tuán)化學(xué)試劑；H2O2(30%)上海阿拉丁生化科技股份有限公司；TTO由福州美樂蓮生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

LE2002E/02電子天平、FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；90-3雙向定時(shí)磁力攪拌器，上海青浦滬西儀器廠；UV-1600型紫外可見分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；GL-20G-Ⅱ型冷凍離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；GY-1型果實(shí)硬度計(jì)，杭州托普儀器有限公司；WYH型手持折射糖度儀，泉州光學(xué)儀器廠；CR-400色差儀，柯尼卡美能達(dá)公司。

1.3 處理方法及分組

1.3.1 熏蒸裝置的設(shè)計(jì)及濃度的選擇

為了使精油充分揮發(fā)，本試驗(yàn)自主設(shè)計(jì)了簡易熏蒸裝置。裝置由4個(gè)部分組成：8 L密封的塑料箱，20 W電熱杯墊，培養(yǎng)皿和簡易支架(圖1)。為了促進(jìn)精油的揮發(fā)，將精油加到培養(yǎng)皿上，立即密封箱體，打開電源通電30 min，隨后關(guān)閉電源。密閉熏蒸12 h后，打開箱體通風(fēng)以散發(fā)精油。

在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，分別嘗試了0.001%、0.003%、0.005%、0.01%、0.03%、0.06%、0.09%的濃度梯度和2、3、4、12 h的時(shí)間梯度。綜合考慮藥傷、品質(zhì)變化等，最終選擇0.001% TTO熏蒸處理12 h。

圖1 TTO電輔助加熱的熏蒸裝置Fig.1 Fumigation device for TTO electric auxiliary heating

1.3.2 草莓熏蒸處理

將草莓果實(shí)隨機(jī)分成2組：第1組為熏蒸組(TTO)，將草莓果實(shí)置于裝有加熱裝置的保鮮盒中，加入80 μL TTO(0.001%，v/v)密閉熏蒸12 h。熏蒸結(jié)束后將果實(shí)置于(20±1) ℃環(huán)境中貯藏以模擬貨架期4 d。第2組果實(shí)為對照組(CK)，未作任何處理。每個(gè)處理組設(shè)3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)，每個(gè)重復(fù)含90個(gè)果實(shí)；每天從每個(gè)重復(fù)試驗(yàn)組中取15個(gè)果實(shí)進(jìn)行分析。樣品用液氮速凍研磨成粉末，并于-40 ℃保存用于測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.4 測定方法

1.4.1 硬度

硬度采用GY-1型果實(shí)硬度計(jì)測定，隨機(jī)取5個(gè)果實(shí)，每個(gè)果實(shí)分別測定陰陽面赤道部位，重復(fù)10 次，取平均值[12]。

1.4.2 可溶性固形物(TSS)含量

采用手持折射儀測定。

1.4.3 可滴定酸(TA)含量

采用NaOH滴定法。稱取10 g果肉，用均質(zhì)機(jī)打成勻漿，加入10 mL蒸餾水，勻漿蒸餾水定容至250 mL，過濾收集濾液，用標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定，結(jié)果以檸檬酸百分?jǐn)?shù)表示[13]。

1.4.4 果實(shí)顏色

采用 CR-400 色彩色差儀測定表示果實(shí)表面色澤的L*、a*值。L*值代表亮度，a*值代表紅綠度。

1.4.5 腐爛指數(shù)

腐爛指數(shù)的測定參照LIU等[14]的方法并做調(diào)整。按腐爛面積大小將果實(shí)劃分為5級：0級，無腐爛；1級，腐爛面積占果實(shí)面積的0 ～ 25%；2級，腐爛面積占果實(shí)面積的25%～50%；3級，腐爛面積大于果實(shí)面積50%～75%，4級，腐爛面積大于果實(shí)面積75%。計(jì)算公式為：(0×N0+1×N1+2×N2+3×N3+4×N4)/(4×N)，N0、N1、N2、N3、N4、分別為各級腐爛個(gè)數(shù)，N為總的草莓個(gè)數(shù)。

1.4.6 過氧化氫和抗氧化相關(guān)酶類活性的測定

過氧化氫(hydrogen peroxide, H2O2)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性均采用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒進(jìn)行測定。抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)活性的測定參照Pedro等[15]的方法，以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化0.01為一個(gè)APX活力單位(U)。過氧化氫酶(catalase，CAT)活性的測定參照田平平[16]的方法，以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化0.1為1個(gè)U。

1.4.7 抗病相關(guān)酶類的活性測定

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL)參照CAI等[17]的方法。β-1,3-葡聚糖酶和多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)酶活參照WANG等[18]的方法。PAL以每小時(shí)酶促反應(yīng)體系吸光度變化0.01為1個(gè)U。β-1,3葡聚糖酶以每小時(shí)從昆布多糖中釋放出1 μmol葡萄糖所要的酶量為1個(gè)U。PPO每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化0.01為1個(gè)PPO活力單位(U)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，用鄧肯多重比較方法進(jìn)行差異顯著性分析。當(dāng)P<0.05時(shí)，表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 TTO熏蒸處理對草莓硬度的影響

硬度是評價(jià)草莓果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。如圖2所示，隨著貯藏時(shí)間的延長草莓果實(shí)的硬度呈先小幅上升后下降的趨勢，TTO熏蒸能減緩硬度的下降。在貯藏的第4天，對照組草莓硬度為3.9 N，而處理組為4.7 N，顯著高于對照果實(shí)(P<0.05)。

圖2 茶樹精油熏蒸處理對草莓硬度的影響Fig.2 Effects of tea tree oil fumigation on hardness of strawberry fruit

2.2 TTO熏蒸處理對草莓TSS和TA含量的影響

果實(shí)TSS和 TA 含量是評價(jià)果實(shí)風(fēng)味的的重要指標(biāo)。在貯藏期間，草莓果實(shí)的TSS隨著時(shí)間的延長而降低(圖3A)，TTO熏蒸可以減緩TSS的減少，且在第4天，處理組顯著高于對照組(P<0.05)。由圖3B可見，處理組草莓果實(shí)的 TA 含量低于對照組，且在貯藏的第2和第3天，均有明顯差異(P<0.05)。

圖3 茶樹精油熏蒸對草莓TSS(A)和TA(B)的影響Fig.3 Effects of tea tree oil fumigation on the TSS(A) and TA(B) of strawberry fruit

2.3 TTO熏蒸處理對草莓果實(shí)顏色的影響

從L*、a*值可以看出草莓果實(shí)表面色澤的變化。如圖4A所示，L*值隨著貯藏時(shí)間的增加而增加，且對照組高于處理組。在貯藏過程中，草莓表面a*值在貯藏前期升高(圖4B)，后期逐漸降低。從第2天起，處理組的a*值顯著高于對照組(P<0.05)，且在第3天時(shí)高出15%。

圖4 茶樹精油熏蒸對草莓果實(shí)顏色L*值(A)和a*值(B)的影響Fig.4 Effects of tea tree oil fumigation on L* value (A) and a* value(B) of strawberry fruit color

2.4 TTO熏蒸處理對草莓腐爛的影響

采用腐爛指數(shù)這一反映腐爛發(fā)生和嚴(yán)重程度的綜合性指標(biāo)來體現(xiàn)草莓貯藏過程中的自然腐爛(圖5)。貯藏2 d后，處理組和對照組果實(shí)均可見果實(shí)腐爛的發(fā)生。隨后腐爛指數(shù)逐漸增加，TTO熏蒸處理組的腐爛指數(shù)一直低于對照組。在第4天時(shí)，對照組的腐爛指數(shù)顯著高于處理組(P<0.05)，且高出38%。對照組在室溫下貯藏3天后，腐爛指數(shù)就接近0.3，而處理組是在第4天才達(dá)到0.3以上。

圖5 茶樹精油熏蒸對草莓腐爛指數(shù)的影響Fig.5 Effects of tea tree oil fumigation on the decay index of strawberry fruit

2.5 H2O2含量、SOD、CAT和APX活性的變化

在整個(gè)貯藏過程中，H2O2含量隨著貯藏時(shí)間的增加而升高(圖6A)。與對照組相比，TTO熏蒸處理后草莓果實(shí)H2O2含量一直保持在較低的水平，這表明TTO熏蒸有利于抑制H2O2含量。在貯藏的第2天和第3天，處理組H2O2含量分別比對照高11.4%和21.9%(P<0.05)。草莓采后SOD活性呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(圖6B)。除第3天時(shí)處理組SOD活性顯著低于對照組(P<0.05)外，其他時(shí)間點(diǎn)2組均無顯著差異。如圖6C所示，草莓的CAT活性整體上是先升高后下降。在采后貯藏的第2天，處理組的CAT活性比對照組高158.4%，而在第3天時(shí)，處理組CAT活性比對照組高19.0%，均有顯著差異(P<0.05)，但在其他時(shí)間上均無顯著差異。APX 也是清除H2O2的重要酶。如圖6D所示，對照組和處理組APX活性的變化趨勢大致相似。與對照組相比，處理組的APX活性在第2、3天時(shí)顯著(P<0.05)低，但在其他時(shí)間點(diǎn)無顯著差異。

圖6 茶樹精油熏蒸對草莓H2O2含量(A)、SOD(B)、CAT(C)和APX活性(D)的影響Fig.6 Effects of tea tree oil fumigation on the content of H2O2(A) and the activity of SOD(B), CAT(C) and APX (D) in strawberry

2.6 PAL、PPO和β-1,3-葡聚糖酶活性的變化

從圖7A可知，在整個(gè)貯藏過程中，對照組PAL活性先升高后下降，而處理組的PAL的活性一直維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，且對照組PAL活性一直高于處理組。從圖7B可知，在貯藏1 d以后，處理組的PPO活性高于對照組，且在第2天和第4天時(shí)差異顯著(P<0.05)。從圖7C可知，2組果實(shí)的β-1,3-葡聚糖酶活性都是先升高后下降的趨勢，且均在第3天達(dá)到峰值。對照組酶活性在第3天時(shí)顯著(P<0.05)高于處理組。

圖7 茶樹精油熏蒸對草莓PAL(A)、PPO(B)和β-1,3-葡聚糖酶活性(C)的影響Fig.7 Effects of tea tree oil fumigation on the activity of PAL (A), PPO (B) and β-1,3-glucanase in Strawberry

3 討論

草莓是一種非呼吸躍變型果實(shí)[19]，采后沒有后熟作用。所以為了達(dá)到其最佳的食用品質(zhì)，一般在完全成熟時(shí)采收。在銷售過程中，能引起消費(fèi)者購買欲望的第一商品價(jià)值指標(biāo)應(yīng)該是外觀和硬度，口感是購買后消費(fèi)產(chǎn)生的第二商品價(jià)值[20]。因此，維持草莓的外觀品質(zhì)和口感就尤為重要。本研究結(jié)果表明，TTO電輔助加熱熏蒸處理可以有效地維持草莓果實(shí)的硬度和亮度，并維持草莓的紅度，從而使草莓保有誘人的光澤度。同時(shí)還對維持可溶性固形物的含量的降低和可滴定酸的含量有一定作用，使得處理后的草莓保有較好的口感。同時(shí)，TTO熏蒸能有效降低草莓果實(shí)的腐爛。這與程賽等[21]研究2 000 mg/L TTO熏蒸可以維持草莓品質(zhì)、降低草莓腐爛的結(jié)果一致。但是程賽實(shí)驗(yàn)中TTO用量較大，且自然熏蒸處理后還有大量的精油殘留，造成浪費(fèi)。本研究采用電輔助加熱的方法，促進(jìn)精油的揮發(fā)，極大的降低了TTO濃度(僅為0.001%)，也能發(fā)揮較好的保鮮作用，并延長貨架期。

果實(shí)衰老是由于果實(shí)機(jī)體內(nèi)活性氧生成能力增強(qiáng)而清除能力下降, 從而使活性氧水平升高, 促使細(xì)胞發(fā)生膜脂過氧化而引起膜降解導(dǎo)致果實(shí)傷害[22]，加速衰老。LAKIMOVA等[23]研究發(fā)現(xiàn)NO能顯著減少H2O2的含量，并在貯藏期間一直保持較低水平，這與延長貨架期和降低電解質(zhì)滲透率相關(guān)，從而減緩衰老。GAO等[24]研究發(fā)現(xiàn)褪黑素能減少桃果實(shí)中H2O2含量，也與減緩衰老相關(guān)。植物在逆境脅迫下,體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除系統(tǒng)間的平衡被打破,因此SOD、CAT和APX活性的變化反映了植物在逆境下通過自身對環(huán)境脅迫做出保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)[25]。SOD能清除超氧陰離子過多造成的毒害作用，在生命體的自我保護(hù)系統(tǒng)中起著重要的作用。H2O2的清除則由 CAT、APX 等酶的共同反應(yīng)完成。本實(shí)驗(yàn)中，TTO電輔助加熱熏蒸處理使草莓果實(shí)H2O2含量保持在較低水平，說明該處理較好的延緩了果實(shí)H2O2的積累，延緩衰老進(jìn)程。WANG等[18]研究發(fā)現(xiàn),熱空氣處理可以通過保持更高的SOD、CAT和較低的APX活性可以減少甜櫻桃青霉腐爛。SHAN等[26]研究發(fā)現(xiàn)LaCl3處理可以通過提高抗氧化酶活清除過量的H2O2防止鮮切百合花的衰老。本研究結(jié)果表明，TTO熏蒸可以通過較高的CAT活性和較低的SOD、APX保持較低的H2O2含量，從而延緩草莓果實(shí)衰老，減少腐爛。

PAL、PPO和β-1,3-葡聚糖酶都參與植物的抗病防御機(jī)制。PAL對生物合成酚類、植物抗毒素及木質(zhì)素有重要作用；β-1,3-葡聚糖酶是重要的病程相關(guān)蛋白，可以分解病原菌細(xì)胞壁；而PPO則可以通過氧化酚類成為有抗菌作用的醌。吳新[27]發(fā)現(xiàn)異硫氰酸烯丙酯精油雖然不能提高抗病相關(guān)酶活，但是它的抑菌效果好。同時(shí)，ARREBOLA等[28]也發(fā)現(xiàn)植物精油(百里香精油和檸檬草精油)可減少桃果實(shí)腐爛，但并沒有提高抗病相關(guān)酶活。但是，SHAO等[12]研究發(fā)現(xiàn)0.9 g/L TTO提高了草莓的誘導(dǎo)抗性。本研究采用較低濃度TTO熏蒸對草莓進(jìn)行處理，沒能有效提高草莓果實(shí)的抗病性，但依然可以減小腐爛指數(shù)，這主要是由于TTO對病原真菌的直接抑制作用。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過研究，發(fā)現(xiàn)0.001%的TTO電輔助加熱熏蒸能一定程度維持草莓貯藏品質(zhì)，減少果實(shí)采后腐爛，延緩草莓衰老，延長果實(shí)貯藏期。探究改進(jìn)傳統(tǒng)熏蒸方法，能極大地減少TTO的用量，在發(fā)揮防腐保鮮效果的同時(shí)，節(jié)約了使用成本。這將更有利于該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。

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Effect of tea tree oil electric auxiliary heating fumigation on quality of strawberry fruit and its related enzymes

WEI Yan-zhen, SHAO Xing-feng*, Wei Ying-ying, XU Feng, WANG Hong-fei

(Department of Food Science and Engineering, Ningbo University, Ningbo 315211,China)

In order to reduce the amount of essential oil and save the cost, effects of electric auxiliary heating tea tree oil fumigation on fruit quality of strawberry fruit and related metabolic enzymes during its storage were investigated. The results showed that the 0.01‰ tea tree essential oil fumigation treatment could inhibit the decrease of total soluble solid (TSS) content and hardness, and maintain the brightness and red color of the surface of the fruit. The treatment also reduced hydrogen peroxide (H2O2) content, increased the activity of catalase (CAT) and polyphenol oxidase (PPO), and reduced the activity of ascorbate peroxidase (APX) and phenylalanine ammonia lyase (PAL). It had almost no effect on the superoxide dismutase (SOD) and β-1,3-glucanase. Thus, the improvement of electric auxiliary heating tea tree oil fumigation treatment could not only greatly save the amount of essential oil, but also maintain the quality of strawberry and delay fruit senescence.

tea tree essential oil; fumigation; strawberry; quality

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704021

碩士研究生(邵興鋒教授為通訊作者，E-mail:shaoxingfeng@nbu.edu.cn)。

國家自然科學(xué)基金(31371860)；浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究(2017C32010)；寧波市農(nóng)業(yè)和社會發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(2014C50084)

2016-08-02，改回日期：2016-09-01