鄭凱，張敏,2,3*，方佳琪，凌玉，李奇勛，賈淼

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)2(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學)，上海，201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術服務平臺，上海，201306)

西葫蘆(CucurbitapepoL.)原產(chǎn)于北美洲，因其易于種植管理、口感甜脆[1]，故自引進至我國種植后備受種植戶和消費者的青睞。然而采后果蔬仍是獨立的生命體，依舊進行著呼吸作用，不斷地消耗果蔬體內(nèi)的有機物質(zhì)[2]，西葫蘆也不例外。為抑制呼吸作用、防止腐敗變質(zhì)，采后果蔬常常貯藏于低溫環(huán)境中[3-4]。但對低溫敏感的西葫蘆而言，長時間的低溫脅迫極易發(fā)生冷害，會造成嚴重的經(jīng)濟損失。恒溫熱處理作為一種無毒無害、可以高效保障果蔬貯藏品質(zhì)的綠色物理保鮮方法，受到國內(nèi)外學者的廣泛關注。有研究發(fā)現(xiàn)，恒溫熱處理可以誘導活性氧信號分子最終減輕哈密瓜[5]果實的冷害傷害，提高黃瓜[6-7]、軟棗獼猴桃[8]的抗氧化酶活性，保障中華壽桃[9]、蜜橘[10]等果實的貯藏品質(zhì)。西葫蘆作為營養(yǎng)價值高、在低溫環(huán)境中易遭受冷害傷害的蔬菜，同樣備受學者關注[11-12]。

隨著研究廣度的拓寬，階躍升溫熱處理在采后果蔬貯藏保鮮方面也有了相應研究。尹海蛟等[13]研究發(fā)現(xiàn)，階躍式升溫可以影響番茄生物節(jié)律，保障較好的貯藏保鮮效果；SHADMANI等[14]研究發(fā)現(xiàn)，番木瓜經(jīng)42 ℃熱水浸泡30 min后于49 ℃熱水浸泡20 min能有效地減輕番木瓜冷害傷害；王會松等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)，階躍式升溫能夠保持哈密瓜和甜瓜體內(nèi)較高的蔗糖和乳酸通量，進而保證良好的貯藏品質(zhì)。但是關于階躍升溫熱處理過程中，西葫蘆果實內(nèi)部溫度場變化的研究報道較少，而階躍升溫熱處理技術與恒溫熱處理技術對采后果蔬低溫貯藏期間貯藏品質(zhì)及活性氧代謝影響的對比研究報道也不多。因此，本文以西葫蘆為試驗材料，測定階躍升溫熱處理對低溫貯藏期間西葫蘆品質(zhì)指標和生理指標的影響，并同步監(jiān)測2種熱處理方式下西葫蘆組織溫度分布變化，探索組織在階躍升溫熱處理過程中溫度變化與其貯藏品質(zhì)及活性氧代謝的關系。

1 材料與方法

1.1 材料及其熱處理

本試驗以完全成熟的“綠豐”西葫蘆為試驗材料，2019年12月采摘于上海市浦東新區(qū)臨港當?shù)剞r(nóng)場，采摘后用泡沫網(wǎng)包裹裝于泡沫箱并在3 h內(nèi)送到實驗室。挑選長度為(20±1) cm，直徑(6±1) cm，無機械損傷，無病蟲害，色澤鮮亮的西葫蘆129根。

前期的研究結果表明，西葫蘆的機體初始溫度對熱處理效果有著顯著的影響[12]，為消除西葫蘆個體間不同機體溫度對試驗的影響，將所有試驗西葫蘆平鋪在溫度(20±1) ℃，相對濕度80%的恒溫恒濕箱中復溫。依據(jù)二次回歸正交旋轉組合設計得出的結果[17]，將所有試驗西葫蘆隨機分成A組(階躍升溫熱處理)，即先浸沒在裝有32 ℃熱水的電熱恒溫水浴箱中，14 min后迅速將西葫蘆轉至另一個44 ℃恒溫水浴箱中浸泡14 min；B組(恒溫熱處理)，將西葫蘆浸沒在溫度恒為44 ℃的熱水中28 min；CK組，在20 ℃的清水中浸沒28 min。所有西葫蘆表面水分瀝干后，送入溫度(4±0.5) ℃，相對濕度(80±5)%的冷庫中貯藏15 d，每隔5 d進行相應指標測定和冷害評定。

1.2 試劑與儀器設備

1.2.1 試劑

總超氧化物歧化酶(total superoxide dismutase, SOD，T-SOD)測試盒(貨號A001-1)、過氧化氫酶(catalase，CAT)測試盒(貨號A007-1-1)、谷胱甘肽(reduced glutathione，GSH)測試盒(貨號A006-1-1)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)測試盒(貨號A003-1)、抗超氧陰離子自由基及產(chǎn)生超氧陰離子自由基測試盒(貨號A052)，南京建成生物工程研究所；植物過氧化物酶(peroxidase，POD)檢測試劑盒(貨號R30312)，上海蘭拓生物科技有限公司。

1.2.2 儀器設備

BPS-100CA恒溫恒濕試驗箱，上海一恒科學儀器有限公司；WTC10002電子天平，杭州萬特衡器有限公司；GY-4-J數(shù)顯式水果硬度測試儀，浙江托普儀器有限公司；WAY-2S數(shù)顯阿貝折射儀、DDSJ-308A電導率儀，上海笛柏實驗設備有限公司；HZ-82A恒溫振蕩箱，江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠；HSWX-600BS電熱恒溫水溫箱，上海圣科儀器設備有限公司；TGL-20bR高速臺式冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠；UV-7504紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；F2640多點溫度采集儀，美國福祿克電子儀器儀表公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 冷害的評定

冷害的評定按西葫蘆表皮出現(xiàn)水浸斑和凹陷的面積大小進行分級，結果以冷害指數(shù)來表征，具體評定參照ZHANG等[11]所述的方法。無冷害，0級；輕微冷害，1級，0%<冷害面積≤25%；中度冷害，2級，25%<冷害面積≤50%；嚴重冷害，3級，50%<冷害面積≤75%；極嚴重冷害，4級，75%<冷害面積≤100%。按公式(1)計算，冷害指數(shù)單位為%。

(1)

1.3.2 果實失重率、硬度、色差和可溶性固形物的測定

果實失重率的測定采用姜雪等[12]的方法。在每實驗組隨機指定6根西葫蘆，測量第0天的初始質(zhì)量m0，并稱量第5、10、15天的質(zhì)量(mi)予以比較。果實失重率計算如公式(2)所示：

(2)

果實硬度參考ZHANG等[11]的方法，采用數(shù)顯式水果硬度測試儀進行測定，其結果以kg/cm2表示。

果實的色差用色差儀來測定，每試驗組指定3根西葫蘆作為色差測定對象，測量西葫蘆果皮在第0、5、10、15天時赤道部位的L*、a*和b*值，并按公式(3)的計算結果進行色差值表征，其中i=5、10、15，下標0代表第0天時西葫蘆果皮的L*、a*和b*值。

(3)

可溶性固形物的測定依據(jù)曹建康等[18]的方法，采用阿貝折光儀測定，其結果以%表示。

1.3.3 SOD活性、CAT活性及POD活性測定

SOD活性和CAT活性均用南京建成生物工程研究所研制的試劑盒進行測定[19]，均以單位U/g表征。POD活性采用上海蘭拓生物科技有限公司出品的POD檢測試劑盒測定，結果以U表示，代表每1 min吸光度變化0.01所需要酶量。

1.3.5 溫度場的測定

測溫前進行T型熱電偶校準，再沿西葫蘆徑向將熱電偶插入西葫蘆中心處、距中心R/3處以及距中心2R/3處，監(jiān)測西葫蘆溫度場隨熱處理時間的變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗各項指標測定均重復3次，取3次數(shù)值的平均值作為指標測定結果。圖表由軟件Excel 2010和Origin 2018繪制，并使用SPSS 23.0進行單因素方差分析，用Duncan對數(shù)據(jù)進行多重比較，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 階躍升溫熱處理對冷害指數(shù)的影響

整個貯藏期，各試驗組西葫蘆的冷害指數(shù)變化如圖1所示。CK組與B組均在第5 天出現(xiàn)不同程度的冷害癥狀，冷害指數(shù)分別為11.11%和5.56%，而此時A組西葫蘆并未出現(xiàn)冷害癥狀。這表明階躍升溫熱處理延緩了西葫蘆冷害的發(fā)生。在后續(xù)10 d，3組西葫蘆的冷害癥狀均隨時間增長而增加，CK組冷害指數(shù)上升速率最大，第15天時高達61.11%，可見低溫貯藏對西葫蘆果實品質(zhì)影響之快。此外至貯藏后期(10～15 d)，CK組與A組和B組的冷害指數(shù)有顯著差異(P<0.05)，尤其第15天時CK組的冷害指數(shù)(61.11%)分別是A組(33.33%)和B組(41.67%)的1.83倍和1.47倍。綜上，階躍升溫熱處理能有效延緩和減輕西葫蘆的冷害傷害，相比恒溫熱處理具有更高的貯藏保鮮價值。

圖1 階躍升溫熱處理對冷害指數(shù)的影響Fig.1 Effect of step heating treatment on chilling injury index注：不同小寫字母表示不同處理組間的差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 階躍升溫熱處理對失重率、硬度、可溶性固形物和色差的影響

西葫蘆果實失重率變化如圖2-a所示。整個貯藏期間，3個試驗組失重率均隨時間的增長而增加，其中CK組失重率增加幅度最大，僅5 d時間失重率達到0.91%，而后增加速率趨于穩(wěn)定；增加速率之所以出現(xiàn)這一變化可能與CK組在前5 d出現(xiàn)較嚴重的冷害癥狀有關。而A組在整個貯藏期失重率增加相對穩(wěn)定，且均低于同時期B組西葫蘆失重率。這表明階躍升溫熱處理相比恒溫熱處理更有力地減少了西葫蘆失重率增加且冷害對西葫蘆失重存在負面影響。這在貯藏中后期(5～15 d)，CK組與A組差異顯著(P<0.05)，且在貯藏結束A組失重率分別為同時期CK組和B組失重率的73.38%和90.41%中有所體現(xiàn)。

硬度和可溶性固形物作為影響消費者對商品接受能力的2個重要指標[20]，直觀地反映了商品的貯藏品質(zhì)。如圖2-b所示，硬度值自貯藏開始就下降，在貯藏前期(0～5 d)下降速率最大，其中CK組硬度值下降最為嚴重，至第5天已降至初始值的88.42%，其次是B組(90.18%)，然而A組(91.73%)表現(xiàn)良好，這可能與3組西葫蘆的受冷害程度不同有關，冷害指數(shù)越大硬度值下降幅度越大(圖1)；到貯藏中后期硬度值下降速率有所減少，這與熱處理減緩黃瓜[21]和番茄[13]硬度下降的結論一致。另外在整個貯藏期間，A組與CK組差異顯著(P<0.05)并且始終高于同時期的B組。這表明階躍升溫熱處理有效減緩了西葫蘆果實的軟化、保持著較高的硬度值。可溶性固形物含量的變化如圖2-c所示。貯藏前期可溶性固形物含量呈下降趨勢，這可能與西葫蘆果實成熟度相關[16-17]，西葫蘆在衰老過程中可溶性固形物被不斷消耗、含量有所減少，CK組消耗最多，第5天時與A組差異顯著(P<0.05)。在貯藏中后期，A組西葫蘆可溶性固形物含量均為同時期各試驗組最高。這表明階躍升溫熱處理較恒溫熱處理在維持高可溶性固形物含量方面更具優(yōu)勢。

色差值變化如圖2-d所示，3個試驗組的色差值隨貯藏時間的增加而增大，且CK組的色差值在整個貯藏期間均高于A組和B組，差異顯著(P<0.05)。貯藏后期，CK組的色差值增加迅速，由第10天的3.62迅速升高至第15天的4.32，升幅為19.33%，這可能與貯藏后期西葫蘆果實冷害嚴重、果皮葉綠素快速降解有關，而A組和B組減緩了色差值的升高，并且至貯藏結束，A組和B組的色差值分別是CK組的88.8%和91.4%。由此可見，階躍升溫熱處理能夠顯著減緩西葫蘆果實色澤變化。

2.3 階躍升溫熱處理對MDA含量的影響

MDA是細胞膜脂過氧化的產(chǎn)物[2]，它的含量在整個貯藏期的變化如圖3所示。CK組的MDA含量呈近乎直線上升的趨勢，而A組在貯藏前中期(0～10 d)上升較平緩、后期增長速率有所增加，B組MDA含量的上升曲線介于兩者之間。在貯藏中后期，A組與CK組和B組有顯著差異(P<0.05)，第15天時A組與B組西葫蘆體內(nèi)的MDA含量分別是CK組的75%和89%。由此表明，階躍升溫熱處理可以高效地抑制西葫蘆體內(nèi)MDA含量的增加。與恒溫熱處理相比，階躍升溫熱處理對西葫蘆組織中MDA含量的影響更為敏感有力，存在明顯的優(yōu)勢。

a-失重率；b-硬度；c-可溶性固形物；d-色差圖2 階躍升溫熱處理對失重率、硬度、可溶性固形物和色差的影響Fig.2 Effect of step heating treatment on weight loss rate， hardness， soluble solids content and color difference

圖3 階躍升溫熱處理對MDA含量的影響Fig.3 Effect of step heating treatment on MDA content

2.4 階躍升溫熱處理對SOD、CAT和POD活性的影響

CAT為重要的活性氧清除酶，能夠直接將H2O2分解成H2O[21]。CAT活性的變化情況如圖4-b所示，自貯藏開始其活性便開始下降，貯藏前中期下降迅速，尤其是CK組，第5天和第10天的CAT活性分別是初始值的63.60%和31.42%，而A組和B組均高于CK組。到貯藏后期3組西葫蘆的CAT活性下降速率均減小、CAT活性逐漸趨于穩(wěn)定。貯藏第15天，A組和B組與CK組之間的差異顯著(P<0.05)，分別為初始CAT活性值的25.29%、36.01%和33.71%。這表明階躍升溫熱處理組的CAT活性雖然在中后期有所波動，但并沒有引起不良的CAT活性變化，整體上能夠抑制西葫蘆果實中CAT活性的下降、并且在后期可以維持較高的CAT活性。

POD活性變化如圖4-c所示，3個試驗組隨時間變化均呈現(xiàn)上升走勢，上升的幅度隨貯藏時間的延長而增大。A組的表現(xiàn)尤為突出，其貯藏結束時POD活性為初始POD活性的1.54倍。A組和B組的POD活性始終顯著高于CK組(P<0.05)，A組的POD活性均為同時期最高，其中第15天時A組POD活性為CK組的1.15倍。這說明在低溫貯藏條件下，階躍升溫熱處理保持著西葫蘆果實較高的POD活性，且與恒溫熱處理維持著較高的優(yōu)勢差距。從貯藏第10天～第15天，CK組與A組和B組的POD活性增加迅速，這可能是由于貯藏后期西葫蘆組織為抵抗嚴重的冷害傷害、減輕細胞膜脂過氧化、維持細胞膜完整性所做出的應激作用所導致[5]。

a-SOD；b-CAT；c-POD圖4 階躍升溫熱處理對SOD、CAT和POD活性的影響Fig.4 Effect of step heating treatment on the activity of SOD， CAT and POD

2.5 階躍升溫熱處理對活力和GSH含量的影響

活力；b-GSH含量圖5 階躍升溫熱處理對活力和GSH含量的影響Fig.5 Effect of step heating treatment on the activity of

2.6 階躍升溫熱處理對西葫蘆組織溫度場的影響

由圖6-a、圖6-b可知，階躍升溫熱處理組西葫蘆在14 min后沿徑向先后出現(xiàn)溫度加劇升高的現(xiàn)象，其中距中心2R/3處最先(15 min)出現(xiàn)溫度加劇變化，距中心R/3處和中心處的溫度則分別于17、18 min 時溫度開始加劇變化；然而觀察圖6-d知，距中心2R/3處、距中心R/3處和中心處的升溫速率分別在14、15、17 min時出現(xiàn)極小值，即出現(xiàn)極值的時間均早于各處溫度加劇升高的開始時間，這說明升溫速率在表征西葫蘆溫度場變化方面比溫度更具靈敏性。如圖6-c所示，恒溫熱處理過程中西葫蘆各處的升溫速率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，且隨著熱處理時間的推移，距中心R/3處和中心處的升溫速率先后于8.68和9.98 min時等于距中心2R/3處升溫速率，此后均高于距中心2R/3處升溫速率。這說明西葫蘆在熱處理過程中的傳熱是沿徑向依次遞進進行，在熱處理條件不變的情況下，西葫蘆組織每處的升溫速率均有一極大值，該極大值出現(xiàn)的時間和極值的大小與所處的位置有關，越是西葫蘆內(nèi)部，極大值出現(xiàn)的時間越晚、對應的極大值越小。然而如圖6-d 所示，整個階躍升溫熱處理過程中西葫蘆各處升溫速率均出現(xiàn)2次極大值，這是西葫蘆在14 min時熱處理條件受到改變的緣故。由表1可知，階躍升溫熱處理第一極大值為恒溫熱處理極大值的一半，并且在第14 min時也有相同結論，這是由于在熱處理開始時，階躍升溫熱處理西葫蘆各處機體溫度(20 ℃)與32 ℃熱水的溫差(12 ℃)為恒溫熱處理西葫蘆各處機體溫度(20 ℃)與44 ℃熱水的溫差(24 ℃)的一半，可見西葫蘆組織中各處的升溫速率與溫差密切相關。階躍升溫熱處理各處升溫速率的第二極大值大于第一極大值。其原因是，階躍升溫熱處理西葫蘆在14 min時雖然轉至44 ℃熱水中浸泡，但是此時的西葫蘆各處機體溫度并不相同(圖6-b)，所以距中心2R/3處、距中心R/3處和中心處與44 ℃熱水介質(zhì)的溫差有所差異，分別為16.33、19.51、20.81 ℃，均大于熱處理初時西葫蘆機體和32 ℃熱水介質(zhì)的溫差(12 ℃)。第28 min時，階躍升溫熱處理西葫蘆各處的升溫速率均高于恒溫熱處理組，但各處組織溫度卻比恒溫熱處理的低，可見并不能以單一的組織溫度作為評判熱處理西葫蘆效果好壞的標準，升溫速率作為溫度變化快慢的表征，可以準確快速反映組織溫度場變化，所以組織升溫速率極有可能是影響西葫蘆低溫貯藏品質(zhì)和活性氧代謝的重要因素。

表1 不同時刻階躍升溫熱處理與恒溫熱處理的溫度及升溫速率Table 1 The heating rate and temperature of step heating treatment and constant heating treatment at different times

a-恒溫熱處理組織溫度；b-階躍熱處理組織溫度；c-恒溫熱處理升溫速率；d-階躍熱處理升溫速率圖6 恒溫熱處理與階躍升溫熱處理對西葫蘆組織溫度、升溫速率的影響Fig.6 Effect of constant temperature heat treatment and step heating heat treatment on the temperature and heating rate of zucchini

3 結論

綜合對比各試驗組，階躍升溫熱處理能夠很好地延緩和減輕西葫蘆冷害傷害，其冷害指數(shù)在貯藏結束之時為CK組的54.55%；抵御冷害對組織失重的負面影響、減少失重率的增加；延緩果實的軟化、保持良好的果皮色澤，在貯藏后期與CK組均保持著顯著差異(P<0.05)；維持著較高的可溶性固形物含量。因此，階躍升溫熱處理技術有應用到冷敏果實貯藏保鮮的前景。

結合西葫蘆組織溫度場變化分析，發(fā)現(xiàn)熱處理過程中的傳熱是沿徑向依次遞進進行著，升溫速率在表征西葫蘆溫度場變化方面比溫度更具靈敏性。對比恒溫熱處理西葫蘆溫度場變化，推測升溫速率是影響西葫蘆低溫貯藏時期生理變化的重要因素，并能達到調(diào)節(jié)組織活性氧代謝、清除活性氧自由基的效果，最終保障果蔬的低溫貯藏品質(zhì)。