LED綠光處理對甘藍采后品質及抗氧化活性的影響
2023-06-08 01:30:07郭峰孫瑩安容慧羅淑芬李鵬霞
江蘇農業(yè)學報 2023年2期
郭峰 孫瑩 安容慧 羅淑芬 李鵬霞
摘要： 為探明LED光照處理對綠甘藍采后品質及抗氧化活性的影響，首先以不同顏色（白色、紅色、藍色和綠色）和光照度[3.5～25.0 μmol/（m2·s）]的LED光對綠甘藍進行處理，篩選出延長綠甘藍貯藏期的適宜光色及光照度；進一步以篩選出的光色及光照度，分析其對采后常溫（23～25 ℃）貯藏的綠甘藍品質和抗氧化活性的影響。結果表明，光照度為25.0 μmol/（m2·s）的綠光條件下貯藏的綠甘藍外觀品質佳，及葉綠素含量高；與對照（避光處理）相比，LED綠光處理有效降低了綠甘藍采后呼吸速率，維持了其葉片較好的色澤，保持了較好的外觀品質，提高了其葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶的活性，保持了較高的抗壞血酸和總酚含量，降低了H2O2、超氧陰離子（O2·-）等活性氧的生成速率和丙二醛（MDA）的積累。因此，LED綠光處理可有效保持甘藍較好的品質和較高的抗氧化能力，將甘藍常溫保鮮期延長5～6 d。
關鍵詞： LED光照；甘藍；貯藏品質；抗氧化
中圖分類號： TS255.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）02-0489-09
Effects of green light-emitting diode light treatment on the quality and antioxidant capacity of postharvest green cabbage （Brassica oleracea var. capitata L.）
GUO Feng1，2， SUN Ying1，2， AN Rong-hui2，3， LUO Shu-fen2，3， LI Peng-xia1，2，3
（1.School of Food Science， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China；2.Institute of Agricultural Facilities and Equipment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China；3.Key Laboratory of Cold Chain Logistics Technology for Agro-product， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Nanjing 210014， China）
Abstract：In order to explore the effects of light-emitting diode （LED） irradiation treatment on the quality and antioxidant capacity of green cabbages after harvest， the green cabbage samples were treated with different colors （white， red， blue and green） and intensities [3.5-25.0 μmol/（m2·s）] of LED lights. The suitable light color and light intensity for prolonging the storage period of green cabbages were screened out firstly. With the screened light color and intensity， the effects of LED light on the quality and antioxidant capacity of green cabbage stored at room temperature （23-25 ℃） were further investigated. The results showed that the appearance quality and chlorophyll content of green cabbage stored under 25.0 μmol/（m2·s） green light were higher. Compared with the control， green LED irradiation treatment effectively reduced the respiration rate of green cabbage after harvest， the production rate of reactive oxygen species such as H2O2and superoxide anion（O2·-） and the accumulation of malonaldehyde （MDA）. Also green LED light treatment maintained the better color of leaves and appearance quality， improved the activities of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） and catalase （CAT）， and maintained the higher contents of ascorbic acid and total phenol. Therefore， green LED irradiation treatment can effectively maintain good quality and high antioxidant capacity of cabbage， and extend the shelf life of cabbage at room temperature by 5-6 d.
Key words： light-emitting diode （LED） light;cabbage;storage quality;antioxidant capacity
甘藍（Brassica oleracea var. capitata L.）又稱包菜、卷心菜，是一種十字花科蕓薹屬蔬菜，富含抗壞血酸、總酚、葉酸、硫代葡萄糖苷等營養(yǎng)物質及活性成分，具有增強免疫系統(tǒng)功能，消炎止痛、抗腫瘤、抗癌等功效[1]。甘藍是一種常見的農作物，在世界范圍內有著廣泛的種植。中國的甘藍年產量位居世界第一，其在全國蔬菜供應及出口貿易中占有十分重要的地位。但甘藍在常溫下貯藏時易發(fā)生葉片黃化、腐爛等現象，導致其營養(yǎng)品質及活性成分含量在短時間內迅速下降，貨架期僅6～8 d，這遠不能滿足當前甘藍流通及銷售的需求。因此，研制有效、安全的甘藍采后保鮮技術，對延長甘藍貨架期、提高其附加值有著重要意義。當前，已有學者對甘藍貯藏方法進行了研究。Hu等[2]研究結果表明，1-甲基環(huán)丙烯（MCP）處理可抑制甘藍乙烯釋放和呼吸強度，從而延緩其采后衰老。Zhu等[3]采用真空預冷的方法處理，與對照相比，顯著提高了貯藏后甘藍的抗壞血酸和葉綠素含量。Rozpadek等[4]用臭氧熏蒸的方法，有效提升了貯藏后甘藍抗氧化酶活性和生育酚、硫代葡萄糖苷的含量。
光是作物生長及發(fā)育過程中十分重要的環(huán)境因素，能夠有效調控作物的物質代謝、光合作用等，是作物產量和品質形成的基礎。同樣，光對果蔬采后的貯藏保鮮也有重要作用。適宜條件的光照處理可有效控制果蔬組織的黃化、軟化和腐爛。例如，Dhakal等[5]研究結果表明藍光處理有效保持了西紅柿組織的硬度；劉澤松等[6]、Hasperué等[7]和張娜等[8]人分別發(fā)現適宜的UV-C結合紅光處理、藍光結合白光處理和紅光處理皆可保持西蘭花采后品質，延緩其采后衰老；Yan等[9]和Song等[10]分別采用白光和紅光對青菜進行處理，發(fā)現兩種光照條件都可延緩青菜葉片黃化，并且白光處理還能夠促進青菜中硫苷和葉綠素的合成。針對甘藍，Harbaum-Piayda等[11]發(fā)現UV-B光照處理能夠有效提高白甘藍多酚類物質和硫代葡萄糖苷的含量；Yang等[12]用不同光照處理紫甘藍，發(fā)現紅藍黃復合光處理可有效提升其葉片花青素含量和營養(yǎng)品質。但目前仍未見光照處理對綠甘藍采后品質影響的相關報道。
發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）光譜性能好，與植物光合作用光譜范圍基本吻合，并且擁有低能耗、光譜靈活多變易控制、無污染、壽命長等多種特點，在果蔬的生長和貯藏保鮮中發(fā)揮越來越多的作用[13-14]。本研究以綠甘藍為試驗材料，首先通過不同顏色及光照度對綠甘藍采后品質變化的影響，篩選出能延長綠甘藍貯藏期的光色及光照度。進一步以篩選出的光色及光照度，研究了常溫（23～25 ℃）條件下，LED光照處理對綠甘藍采后品質及抗氧化活性的影響，旨在為綠甘藍采后保鮮貯藏提供新思路。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
本試驗新鮮的綠甘藍采收于江蘇省農業(yè)科學院甘藍種植基地，品種為蘇甘27，采收后1 h內運至實驗室。選取無明顯機械損傷、去除外葉后單顆鮮質量550～650 g、球高11～12 cm、球徑13～14 cm的甘藍為試驗材料。
三氯乙酸、硫代巴比妥酸、草酸、抗壞血酸購自上海麥克林生化科技有限公司，乙二胺四乙酸二鈉、乙酸、鹽酸羥胺購自西隴科學股份有限公司，偏磷酸、鉬酸銨、愈創(chuàng)木酚購自上海源葉生物科技有限公司，沒食子酸購自上海瑞永生物科技有限公司，硫酸鈦、過氧化氫、對氨基苯磺酸購自國藥集團化學試劑有限公司，α-萘胺購自上海阿拉丁試劑有限公司。
1.2 方法
首先以避光處理（處于完全黑暗條件）為對照，采用不同顏色及光照度的LED光照對綠甘藍進行處理（表1）。將挑選的綠甘藍每18個為一組（每個平行6個），隨機放置到裝有LED燈帶的貨架上，于常溫（23～25 ℃）條件下，以光期12 h，暗期12 h對綠甘藍進行不同條件光照處理，12 d后以綠甘藍表型及葉綠素含量為標準，篩選出綜合效果最佳的光照條件。
以篩選出的綜合效果最佳的光照條件為處理組，避光處理為對照組，于常溫（23～25 ℃），光期12 h，暗期12 h條件下，研究LED光照處理對綠甘藍采后品質及抗氧化活性的影響。貯藏期間每隔3 d從處理組和對照組中隨機抽取三個平行（每個平行6個甘藍），分別取樣。選取甘藍外面3層葉片，其中最外層葉片用于測定色差，余下的2葉去除葉柄和葉脈，于液氮中速凍后保存于-80 ℃冰箱，用于各項生理指標的測定。
1.3 指標測定
1.3.1 色差測定 參照紀淑娟等[15]的方法，測定時取每顆甘藍最外層葉片，避開主葉脈隨機挑選3個點，利用CR-400全自動測色色差儀（KONICA MINOLTA，日本）進行測定。
1.3.2 呼吸速率測定 呼吸速率的測定參照文獻[16]的方法：每組取5顆綠甘藍，稱質量后置于體積為21 L的密封箱內，在常溫下密閉4 h，隨后使用Danbell氣體分析儀（DANSENSOR，丹麥）測定箱內CO2的體積分數，根據式（1）計算其呼吸速率：
呼吸速率[μg/（kg·h），CO2]= 21×a×44×1 000m×4×22.4（1）
式中，a為密封箱內密閉前后CO2體積分數的增量；m為樣品質量。
1.3.3 葉綠素含量測定 參照安容慧等[17]的方法：稱取0.2 g甘藍粉末樣品，加入10 ml體積分數為80%丙酮溶液，常溫避光浸提8 h，過濾后取上清液，用UV-1102型紫外可見分光光度計（上海天美科學儀器有限公司產品）測定其葉綠素含量，以80%丙酮溶液為空白校零，測定上清液在642 nm和665 nm處的吸光度。
1.3.4 活性氧（Reactive oxygen species，ROS）含量測定 過氧化氫（H2O2）含量測定參照Brennan等[18]的方法。稱取0.5 g甘藍粉末樣品，加入2.5 ml預冷的丙酮，勻漿后在4 ℃、10 000 g離心20 min，隨后取上清液1 ml加入0.1 ml 5%硫酸鈦和0.2 ml濃氨水，待沉淀形成后，再次于相同條件下離心，棄去上清液。沉淀部分使用丙酮多次清洗，直至上清液無色，隨后向沉淀加入3 ml 2 mol/L的硫酸，待完全溶解后在415 nm處比色。用H2O2標準樣品作標準曲線。
超氧陰離子（O2·-）生成率測定參照王愛國等[19]的方法。取0.5 g甘藍粉末樣品，加入2.5 ml 0.1 mol/L的磷酸緩沖溶液（pH=7.2），勻漿后在4 ℃、10 000 g離心15 min，隨后取1 ml上清液加入1 ml 10 mmol/L的鹽酸羥胺在25 ℃條件下放置1 h，然后加入1 ml 58 mmol/L的對氨基苯磺酸和7 mmol/L的α-萘胺，在25 ℃下放置30 min，隨后在530 nm處比色。用亞硝酸鉀標準樣品作標準曲線。
1.3.5 丙二醛（MDA）含量測定 丙二醛含量測定參照李合生[20]的方法。取1 g樣品，加入2.5 ml體積分數為5%的三氯乙酸溶液，混勻后在4 ℃、10 000 g離心20 min，隨后取2 ml上清液加入2 ml體積分數為0.67%的硫代巴比妥酸，渦旋后沸水浴20 min，冷卻后再次離心，隨后測定其在450 nm、532 nm和600 nm處的吸光值。
1.3.6 抗氧化酶活性測定 粗酶液的制備：稱取0.5 g甘藍粉末樣品，加入2.5 ml 0.1 mol/L磷酸緩沖溶液（pH=7.2），混勻后在4 ℃、10 000 g離心20 min，收集上清液用于各項酶活性的測定。
超氧化物歧化酶（SOD）活性測定參照趙世杰等[21]的方法。取50 μl粗酶液，依次加入甲硫氨酸、氮藍四唑、核黃素和EDTA-Na2各0.3 ml，混勻后在光照度為4 000 lx的日光燈下反應20 min，隨后統(tǒng)一用黑色遮光布遮蓋避光以停止反應，于560 nm處比色，以磷酸緩沖溶液替換粗酶液作為對照管，隨后計算SOD活性。
過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創(chuàng)木酚法。取50 μl粗酶液加入2 ml 0.05 mol/L的愈創(chuàng)木酚溶液，在30 ℃水浴中平衡5 min，然后加入1 ml 0.2%的H2O2溶液，于470 nm處掃描，以每分鐘470 nm處吸光值變化1為1個POD酶活性單位（U）。
過氧化氫酶（CAT）活性測定采用過氧化氫法。取0.1 ml粗酶液，加入2 ml 0.05 mol/L的磷酸緩沖溶液，在25 ℃水浴下預熱5 min，加入1 ml 0.2%的H2O2溶液，于240 nm處掃描，以每分鐘240 nm處吸光值變化0.01為1個CAT酶活性單位（U）。
1.3.7 總酚含量測定 總酚含量測定采用福林酚法。以沒食子酸標準樣品作標準曲線。
1.3.8 抗壞血酸含量測定 抗壞血酸含量測定采用鉬藍比色法[22]。取1 g樣品，加入2.5 ml草酸-EDTA溶液（草酸0.05 mol/L、0.20 mol/L EDTA）后在4 ℃、10 000 g離心20 min，隨后取0.1 ml上清液加入0.5 ml偏磷酸-乙酸溶液，1.0 ml 5%的硫酸，2.0 ml 5%的鉬酸銨溶液，30 ℃水浴中反應15 min，隨后于760 nm處比色，采用抗壞血酸標準樣品作標準曲線。
1.4 數據處理與分析
采用Origin 2021作圖，采用SPSS 24進行數據分析，處理之間的顯著性差異采用Duncans新復極差法分析（P<0.05）。
2 結果與分析
2.1 光照條件的篩選
2.1.1 不同LED光照條件對甘藍表型的影響 外觀品質很大程度上決定了商品的價值。如圖1所示，甘藍在不同條件LED光照處理12 d后表現出不同的品質劣變程度。貯藏12 d后，對照組的甘藍已出現明顯的黃化和腐爛；光照度為3.5 μmol/（m2·s）和6.5 μmol/（m2·s）紅光和藍光處理的甘藍，皆已呈現明顯葉片黃化和腐爛斑點；光照度12.5 μmol/（m2·s）和25.0 μmol/（m2·s）白光處理的甘藍雖色澤保持較好，但其葉片失水現象嚴重；綠光處理的甘藍不僅葉片色澤保持較好，且無明顯皺縮現象，其中，光照度為25.0 μmol/（m2·s）綠光處理的甘藍外觀品質更佳。
2.1.2 不同LED光照條件對甘藍葉片葉綠素含量的影響 由圖2可知，經不同條件的LED光照處理12 d后，處理間葉片葉綠素含量差異明顯。與對照相比，綠光和白光處理能夠顯著提高甘藍葉片葉綠素含量，且光照度25.0 μmol/（m2·s）的白光和綠光處理顯著高于12.5 μmol/（m2·s）的綠光處理，但紅光和藍光處理的甘藍葉片葉綠素含量卻顯著低于對照。雖然光照度25.0 μmol/（m2·s）白光處理的甘藍葉片葉綠素含量略高于同樣光照度的綠光處理，但兩者無顯著差異?？紤]到綠光處理能更好保持甘藍表型，因此，本研究認為光照度為25.0 μmol/（m2·s）的綠光對綠甘藍貨架期的延長具有更好的效果。
2.2 綠光處理對甘藍外觀品質的影響
光照度25.0 μmol/（m2·s）的綠光處理對綠甘藍外觀品質的影響如圖3所示。對照組甘藍葉片在貯藏第6 d時已明顯黃化，第9 d時出現嚴重黃化現象，至第12 d時進一步黃化并伴有腐爛現象，已失去商品價值；綠光處理的甘藍僅在第12 d時出現輕微黃化現象。由此，綠光處理可有效延緩甘藍葉片黃化和腐爛進程。
2.3 綠光處理對甘藍葉片色澤的影響
L*、a*和b*是物體色澤的重要指標，分別代表了物體的亮度、紅綠度和黃藍度。不同處理下（綠光和CK）綠甘藍葉片的葉色指標隨處理時間的變化如圖4所示。由圖4可知，隨著貯藏時間延長，對照甘藍葉片L*逐漸上升，說明甘藍葉片變白，但綠光處理在整個貯藏期間總體保持穩(wěn)定；對照|a*|在貯藏第3 d略微上升，隨后迅速下降，說明在貯藏期間葉片綠色逐漸褪去，而綠光處理在整個貯藏期間保持了較穩(wěn)定的|a*|，且在第6 d、9 d和12 d分別高出對照10.75%、36.13%和55.25%；甘藍葉片b*在貯藏期間逐漸上升，說明甘藍葉片在貯藏期間逐漸變黃，但對照上升速度較綠光處理更快，至第12 d時，對照甘藍葉片b*高出綠光處理13.38%?？梢?，綠光處理可有效地保持甘藍葉片的色澤。
2.4 綠光處理對甘藍呼吸速率的影響
呼吸速率對植物衰老有著重要的影響。由圖5可知，貯藏期間，對照甘藍的呼吸速率呈先上升后整體下降的趨勢，而綠光處理呈逐漸下降趨勢，且對照呼吸速率在整個貯藏期間高于綠光處理，在第3 d、6 d、9 d、12 d時分別高出綠光處理23.57%、6.07%、36.86%和21.74%。因此，綠光處理能夠有效抑制甘藍采后的呼吸速率。
2.5 綠光處理對甘藍葉片活性氧（ROS）和MDA含量的影響
如圖6所示，綠甘藍采摘后葉片中O2·-生成速率隨貯藏時間的增加呈現先下降后上升的趨勢。處理3 d后，綠光處理的O2·-生成速率比對照低16.76%～22.07%，兩者差異顯著；對照甘藍中H2O2含量在第3 d略微下降，隨后迅速上升，至第12 d時又明顯下降，而綠光處理在貯藏期間整體處于較穩(wěn)定水平。對照在第6 d、9 d和12 d時H2O2含量分別為綠光處理的1.8倍、2.2倍和1.6倍。因此，綠光處理能夠有效減緩甘藍葉片活性氧的積累。
甘藍葉片MDA含量隨著貯藏時間的延長而積累。處理3 d內，綠光處理的積累速度低于對照，此后2個處理的積累速度基本一致，但處理3 d后，對照MDA含量顯著高于綠光處理，第3 d和6 d時分別比綠光處理高33.36%和27.73%。由此可見，綠光處理可有效減緩甘藍葉片MDA的積累。
2.6 綠光處理對甘藍葉片抗氧化酶活性的影響
POD、SOD和CAT等抗氧化酶活性是植物衰老速度的重要指標。圖7顯示，隨著貯藏時間的增加，綠甘藍葉片POD活性呈波動上升趨勢。采摘后3 d內，綠光處理的綠甘藍葉片POD活性增幅與對照基本一致；6 d后，綠光處理POD活性顯著高于對照。
綠光處理的甘藍葉片SOD活性在處理后6 d內急劇上升，隨后迅速下降，在9～12 d趨于穩(wěn)定；而對照則在處理后6 d內穩(wěn)中帶降，隨后迅速上升，9 d后與綠光處理基本一致。貯藏3 d和6 d的綠光處理的甘藍葉片SOD活性比對照分別增加35.81%和54.90%，但貯藏9 d和12 d時，綠光處理和對照無顯著差異。
隨貯藏時間的增加，不同處理的綠甘藍葉片CAT活性總體呈下降趨勢?？傮w來看，綠光處理的綠甘藍葉片CAT活性下降速度慢于對照，在貯藏第3 d、6 d和12 d時，綠光處理的甘藍葉片CAT活性都顯著高于對照組?？傊G光處理可有效保持和增強采摘后甘藍葉片的POD、SOD和CAT活性。
2.7 綠光處理對甘藍葉片抗氧化物質含量的影響
甘藍富含的抗氧化物質主要是總酚和抗壞血酸。由圖8可知，隨貯藏時間的增加，不同處理的綠甘藍葉片總酚含量先上升隨后下降。綠光處理下，綠甘藍葉片總酚含量增加速度快，至第6 d時達到峰值，此后開始下降，而對照葉片總酚含量處理初期增加緩慢，至第9 d時達到最大，此后下降。3 d、6 d、9 d綠光處理總酚含量顯著高于對照。對照抗壞血酸含量呈波動下降趨勢，而綠光處理后前6 d基本穩(wěn)定，隨后迅速下降，處理后3 d、6 d和9 d時綠光處理抗壞血酸含量分別比對照高27.23%、15.28%和25.46%。因此，綠光處理能夠有效提高甘藍葉片中抗壞血酸和總酚等抗氧化物質的含量。
3 討論
黃化和腐爛是影響甘藍采后品質的主要原因。研究結果表明，適宜條件的LED光照可通過調控葉綠素代謝或抑制組織表面微生物繁殖來延緩蔬菜采后品質劣變速度。Liao等[23]采用藍光對柑橘進行處理，發(fā)現40 μmol/（m2·s）的藍色LED光照可顯著抑制其表面微生物繁殖，從而延緩柑橘腐爛變質。Pennisi等[24]和Kasim等[25]也發(fā)現綠光處理能夠提高芝麻菜總葉綠素含量和降低萵筍葉腐敗率，由此保持芝麻菜和萵筍的外觀品質。本研究認為，25.0 μmol/（m2·s）的綠光處理可顯著抑制綠甘藍葉片葉綠素降解及呼吸速率，有效延緩其組織黃化和腐爛。
光照處理調控果蔬采后衰老的作用機理依據光照條件及果蔬品種而不同。研究發(fā)現，紫光通過下調西蘭花葉綠素降解基因BoSGR、BoPAO、BoNYC1、BoCCR的表達量，抑制葉綠素代謝酶活性，從而延緩西蘭花葉綠素降解[26]；紅光能調控西蘭花谷胱甘肽-抗壞血酸循壞，提高其抗氧化能力來保持西蘭花的品質[27-28]；而綠光通過調控西蘭花抗氧化系統(tǒng)來提高其抗氧化能力，由此提升其采后品質[29]。藍光通過抑制蜜柑果實中病原菌的生長，進而延長其貨架期[30]；在小白菜和辣椒上的研究發(fā)現，藍光分別通過參與調控其谷胱甘肽-抗壞血酸循環(huán)和調控花青素合成和成熟相關基因（NCED1、NCED2、NOR、RIN），來減緩小白菜的衰老和保持辣椒的采后品質[31-32]。
本研究發(fā)現，25.0 μmol/（m2·s）的LED綠光處理可保持甘藍貯藏期間較高的抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性，有效減少甘藍中O2·-和H2O2的累積，并降低其MDA的積累，還有效提高了甘藍葉片抗氧化物質（抗壞血酸和總酚）的含量。因此，我們認為25.0 μmol/（m2·s） LED綠光處理一方面能抑制甘藍葉片活性氧的生成，另一方面還通過提高抗氧化能力來提升其ROS清除能力，進而抑制甘藍葉片細胞產生膜脂過氧化反應，減緩細胞產生氧化損傷，最終延緩甘藍采后衰老。因此，本研究認為綠光處理是通過提升甘藍抗氧化能力來延緩其采摘后衰老，這一延緩甘藍采后衰老機制與Jin等[29]在西蘭花中的研究結論類似。
4 結論
常溫條件下，光照度25.0 μmol/（m2·s）的LED綠光處理，可有效降低綠甘藍呼吸速率，延緩其葉綠素降解，提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性，維持較高的抗氧化物質（抗壞血酸和總酚）含量，從而減少ROS（H2O2、O2·-）的積累，降低MDA的生成量，進而有效保持綠甘藍采后品質，將綠甘藍常溫保鮮期延長5～6 d。
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（責任編輯：石春林）
