劉金娜,張迪,周蒙,葉嘉怡,查子河,張存莉
1(楊凌職業(yè)技術(shù)學院 藥物與化工學院,陜西 楊凌,712100) 2(西北農(nóng)林科技大學 生命科學學院,陜西 楊凌,712100)3(楊凌職業(yè)技術(shù)學院 生物與工程學院,陜西 楊凌,712100)
獼猴桃(Actinidiachinensis)屬獼猴桃科獼猴桃屬(Actindia)落葉藤本果樹,是20世紀初馴化栽培而來的綠肉水果,全球約有獼猴桃54種,21變種,其中52種分布在中國(包括44個特有種)[1]。獼猴桃美味多汁,其維生素C及膳食纖維等多種營養(yǎng)成分含量豐富,深受消費者的喜愛。據(jù)統(tǒng)計,2016年中國獼猴桃栽培面積達14萬hm2,居世界第一,產(chǎn)量達237萬t,比2015年增加了8.22%;陜西省作為中國獼猴桃生產(chǎn)第一大省,獼猴桃種植面積近6.9萬hm2,產(chǎn)量達到了131萬t,成為了陜西省繼蘋果之后的又一個特色產(chǎn)業(yè),同時也是農(nóng)民脫貧致富的重要經(jīng)濟來源[2-3]。
為了追求產(chǎn)量獲得更大的經(jīng)濟價值,膨大劑在獼猴桃生產(chǎn)上大面積過度使用,產(chǎn)量提高了50%以上,但同時也帶來了一定的負面影響,嚴重威脅到了獼猴桃的貯存[4-6]。獼猴桃本身就屬于典型的呼吸躍變型果實,對乙烯非常敏感,低濃度就能促進果實軟化衰老,膨大劑的使用可使果實貯藏期縮短25~40 d,腐爛率和冷害率明顯增加[4,7],目前常用的獼猴桃保鮮技術(shù)有低溫冷藏、1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)處理[8]、氣調(diào)貯藏[9]、臭氧處理[10]、二氧化氯處理[11]、涂膜處理[12],而生產(chǎn)實踐中低溫結(jié)合1-MCP處理為最常見且經(jīng)濟的貯藏方法,1-MCP作為乙烯的競爭抑制劑,抑制了乙烯的生理效應(yīng),延緩了果實衰老,延長了貯藏期,同時也會抑制果實內(nèi)酯類芳香物質(zhì)的產(chǎn)生[13-14],不利于果實維生素C的保留[15],導(dǎo)致果實出庫后難以成熟、果皮皺縮、果心硬化,軟熟后果肉易褐化、風味大減,腐爛率達到了25%以上。因此亟需尋找出適合獼猴桃保鮮耐貯藏的方法[16-17]。近年來食品安全問題愈見突出,在獼猴桃及其他水果上使用的化學農(nóng)藥也受到了前所未有的質(zhì)疑,因此,開發(fā)出一種綠色、環(huán)保、健康的植物源農(nóng)藥將有很大的市場前景,雖有茉莉酸甲酯和肉桂提取物在獼猴桃保鮮上發(fā)揮出了一定的積極作用,但其生產(chǎn)成本較高,貯存前需要專門施藥處理,肉桂提取物發(fā)揮作用的成分也不明確[18-20]。
拉肖皂苷元(laxogenin,LA)屬于螺甾烷類化合物,來源于藥用植物黑刺菝葜,3,6-二羰基螺甾烷(3, 6-dicarbonyl spirosterane,3,6-TCS)為其類似物,可以通過薯蕷皂苷元合成獲得,兩者B環(huán)上均含有6-羰基活性官能團,表現(xiàn)出了一定的油菜甾醇類化合物(brassinosteroids,BRs)的活性[21-22]。本試驗以美味獼猴桃“徐香”為試驗材料,研究了(4.0±0.5) ℃冷藏條件下,LA、3,6-TCS及氯吡脲(forchlorfenuron,CPPU)處理對果實各品質(zhì)指標的影響,通過主成分分析法評價了各處理的耐貯性,為獼猴桃大規(guī)模商業(yè)化貯藏提供了理論依據(jù)。
試驗于2017年6月1日(獼猴桃花后15 d)在陜西咸陽市楊陵區(qū)蔣家寨獼猴桃示范基地進行。供試植株為4a生‘徐香’獼猴桃,供試植株生長健壯,樹勢基本一致。所用的螺甾烷類化合物LA、3,6-TCS是經(jīng)本實驗室提取、合成而來;維生素C標準品來自于中國食品藥品檢定研究院,純度為100%;CPPU來自于四川省蘭月科技有限公司,農(nóng)業(yè)常用質(zhì)量濃度為10.0 mg/L。
Agilent1200高效液相色譜儀,美國Agilent公司;5810R高速冷凍離心機,德國艾本德股份公司;DW-HL388超低溫冷凍儲存箱,中科美菱低溫科技股份有限公司;FA1004電子天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;GY-4-J水果硬度計,浙江托普儀器有限公司;PAL-BX/ACID 8糖酸一體機,日本ATAGO公司;UV-VIS300紫外分光光度計,美國賽默飛世爾科技有限公司。
1.3.1 樣品處理
試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)10.0 mg/L CPPU、0.500 mg/L LA、0.500 mg/L 3,6-TCS,共3個處理,以清水為對照(CK),LA和3,6-TCS處理的質(zhì)量濃度通過水稻葉片傾斜法(rice leaf tilt method,RLIT)和胚軸伸長法(cotyl elongation method,HEB)模型下篩選出的最佳質(zhì)量濃度,每個處理3棵樹,重復(fù)3次,劃分為4個小區(qū),周圍設(shè)保護行。施藥時間選在在獼猴桃樹開花后15 d(2017年6月1日),試劑現(xiàn)用現(xiàn)配,蘸果處理,確保果柄部分也能充分浸蘸。蘸果處理后20 d(2017年6月22日),改為相同質(zhì)量濃度噴施處理,每隔10 d進行1次,連續(xù)噴施3次,噴施量為1 L/棵,試驗期間天氣以晴為主,間或多云,夜間沒有降雨,正常管理。
果實平均可溶性固形物含量達到6.0%~6.5%時,各小區(qū)內(nèi)混合采收。采收后當天運回實驗室,挑選成熟度一致、大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的果實作為實驗用果,并隨機從每個處理中抽取10個果進行果品品質(zhì)的測定,其他果實放入(4.0±0.5) ℃、相對濕度80%~90%的冷庫貯藏。每隔7 d取樣測定果實的硬度,并將果皮去皮,切塊于液氮中速凍,-80 ℃保存用于統(tǒng)一測定獼猴桃品質(zhì)各指標。試驗設(shè)置3次重復(fù)。同時,每個處理隨機抽取30個果實移至20 ℃室溫條件下,模擬貨架期,放置10 d,測定果實硬度及相關(guān)品質(zhì)指標。
1.3.2 指標測定
果實硬度采用果實硬度計測定,糖酸一體機測定果實的糖度、酸度及糖酸比[23],高效液相色譜法測定果實中維生素C的含量,果實可溶性蛋白的含量采用考馬斯亮藍法[24-25]。
采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,SPSS 19.0軟件進行差異顯著性分析。用R語言進行主成分分析,數(shù)據(jù)標準化處理選擇“Z-標準化”分析,標準化公式如公式(1)所示:
(1)
硬度是反映果實貯藏效果的重要指標。由圖1可知,不同處理之間果實硬度差異顯著(P<0.05),其中CPPU處理果實硬度最低,隨著貯藏時間的延長,果實的硬度呈下降的趨勢,前期下降緩慢,后期下降迅速近趨于緩慢(圖1)。25 ℃貯藏下,LA處理果實于第6天開始硬度驟然下降,10 d后果實硬度為3.60 kg/cm2,較其他處理高,3,6-TSC處理于第5天開始驟然下降,CK處理和CPPU處理于第4天開始驟然下降,貯藏第11天,CPPU處理果實的硬度最低為0.4 kg/cm2,降幅高達94.90%,平均每天下降8.63%。LA、3,6-TSC及CK處理,降幅分別為74.82%、83.70%、94.35%。綜上所述,室溫條件下不利于獼猴桃果實的長期保存,LA處理有利于延緩果實硬度的降低。
a-25 ℃;b-4 ℃圖1 不同處理對獼猴桃果實硬度的影響Fig.1 Effect of different treatments on firmness of kiwifruit under 4 ℃注:不同字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)。
低溫可以延緩后熟型果實呼吸高峰的出現(xiàn),并降低乙烯的釋放速率。4 ℃貯藏效果明顯優(yōu)于室溫貯藏(P<0.05)。CK處理于第7天開始果實硬度驟然下降,其他處理均于第14天開始迅速下降,其中LA處理果實硬度一直高于其他處理,貯藏第49天 CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理果實硬度分別比采收時下降了91.57%、65.28%、71.58%、85.27%,LA處理果實硬度最高為4.05 kg/cm2,其次為CPPU處理,第49天后開始,所有處理果實硬度差異趨于一致,經(jīng)過63 d的貯藏,CK、CPPU、LA、3,6-TCS處理果實硬度均低于1.00 kg/cm2,分別為0.93、0.95、0.93、0.85 kg/cm2。
獼猴桃采摘后,隨著貯藏時間的延長,果實內(nèi)營養(yǎng)成分作為呼吸基質(zhì)快速耗損,果實軟化,品質(zhì)也會產(chǎn)生很大的變化。
2.2.1 不同處理對果實糖度的影響
糖含量是果實風味的主要成分,由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,果實的糖度呈先升后降的趨勢,LA處理果實糖度在第28天達到最大值14.84%,CPPU處理及3,6-TCS處理在第35天達到最大值13.90%和14.38%,CK處理于第42天達到最大值12.97%,不同處理糖度含量最大增幅值不同,CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理最大增幅分別為98.93%、70.34%、72.34%和34.64%,這表明LA處理有利于獼猴桃果實糖含量的積累和品質(zhì)的提高。
圖2 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實糖度的影響Fig.2 Effect of different treatments on soluble sugar of kiwifruit under 4 ℃
2.2.2 不同處理對果實酸度的影響
酸味是果實的主要風味之一,也是果實的呼吸基質(zhì)之一,其含量是衡量果實成熟度的一個重要指標。在整個貯藏過程中,各處理果的酸度呈整體下降的趨勢(圖3)。貯藏0~63 d,CPPU、LA及3,6-TCS處理果的酸度均低于對照(P<0.05),貯藏期間三者酸度的降幅分別為75.82%、78.69%、77.78%,均高于74.68%(CK處理可滴定酸降幅),貯藏第14天,3,6-TCS處理果的酸度與CK處理差值最大為0.27%,貯藏第21天,CPPU處理和LA處理與對照處理果酸度含量相差最大,分別比CK處理低了0.46%和0.45%??梢?種生長調(diào)節(jié)劑均能不同程度地加速獼猴桃果實中酸類物質(zhì)的分解,促進了果實的成熟與衰老。
圖3 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實酸度的影響Fig.3 Effect of different treatments on titrstable acid of kiwifruit under 4 ℃
2.2.3 不同處理對果實糖酸比的影響
獼猴桃的糖酸比在一定程度上決定了獼猴桃的風味。由圖4可見,隨著貯藏時間的延長,獼猴桃果實的糖酸比逐漸上升后緩慢下降,第14天開始,各處理的糖酸比迅速上升,貯藏49 d,CPPU處理和LA處理糖酸比值達到最大值分別為36.20和35.72,3,6-TCS處理果的糖酸比在貯藏第42天達到最大值28.84,但與貯藏第49天比較差異不明顯,CK處理糖酸比最高可達18.79,但低于其他處理的最大值,分別較CPPU、LA及3,6-TCS處理的最大值降低了17.41、16.93和10.05??梢?種生長調(diào)節(jié)劑均可提高果實的糖酸比,CPPU處理和LA處理提高幅度較大,在改善獼猴桃感官品質(zhì)上作用明顯。
圖4 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實糖酸比的影響Fig.4 Effect of different treatments on sugar acid ratio of kiwifruit under 4 ℃
2.2.4 不同處理對果實維生素C含量的影響
獼猴桃是一類富含維生素C的果實,但果實中維生素C含量很不穩(wěn)定,在貯藏過程中易分解。由圖5可知,各處理維生素C含量遂貯藏時間的延長呈下降的趨勢,在整個貯藏過程中,CPPU、LA及3,6-TCS處理,維生素C含量分別下降了56.18%、52.95%和57.72%,但均高于CK處理(CK處理維生素C含量下降了52.44%)。貯藏63 d,各處理維生素C含量均為貯藏期最低值,其中LA處理維生素C含量最高為0.08%。就果實中維生素C含量而言,LA處理效果最佳。
圖5 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實維生素C含量的影響Fig.5 Effect of different treatments on vitamin C of kiwifruit under 4 ℃
2.2.5 不同處理對果實可溶性蛋白的影響
可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì),由圖6可知,0~63 d貯藏期內(nèi),果實中可溶性蛋白含量呈先上升后迅速下降的趨勢,貯藏49 d,CPPU、LA及3,6-TCS處理果中可溶性蛋白含量均達到最大值分別為0.65、0.68、0.76 mg/g,且均高于對照處理(P<0.05),其中LA處理增幅比對照高了16.60%,CPPU和3,6-TCS處理增幅較對照低了3.81%和24.42%。第49天后,各處理果中可溶性蛋白含量迅速下降,貯藏第63天,CPPU、LA、3,6-TCS及CK處理果中蛋白含量分別較第49天最大值下降了76.84%、72.66%、72.35%和75.95%,其中LA處理果實中可溶性蛋白的含量高于采收時果實中可溶性蛋白的含量(0.16 mg/g),高出了0.03 mg/g,其他處理均低于采收時果實中可溶性蛋白的含量??梢奓A處理有利于貯藏期獼猴桃果實中可溶性蛋白的積累。
圖6 4 ℃下不同處理對獼猴桃果實可溶性蛋白的影響Fig.6 Effect of different treatments on soluble protein content of kiwifruit under 4 ℃
2.3.1 主成分的選取
獼猴桃果實硬度結(jié)合相應(yīng)品質(zhì)指標(糖度、酸度、糖酸比、維生素C含量)對不同處理不同貯藏時段的獼猴桃進行了主成分分析,結(jié)果見表1。由表1可知,前2個主成分的特征值均大于1,累計方差貢獻率超過了85%,說明第一、第二主成分基本保留了原有變量的大部分信息,因此前2個因子在獼猴桃果實品質(zhì)評價中起到了主導(dǎo)作用。
表1 獼猴桃各指標中主成分的特征值及貢獻率Table 1 The eigenvalue and contribution rate of principal component analysis with kiwifruit
由表2可知,獼猴桃第一主成分對應(yīng)的載荷矩陣中,酸度、維生素C和硬度這3個指標均為負值,三者體現(xiàn)了果實的貯藏品質(zhì),其余分量均為正值,糖酸比影響最大。第一主成分反映了原始數(shù)據(jù)63.61%的信息量,可歸為貯藏特性因子。第二主成分載荷矩陣中,酸度為負值,其余指標均為正值,其中糖度的正值最高,其反映了果實內(nèi)主要物質(zhì)的變化過程,可歸為風味因子。
表2 獼猴桃果實各指標的初始載荷矩陣Table 2 The component matrix of each indicator with kiwifruit
2.3.2 主成分綜合模型構(gòu)建
以第一、二主成分的方差貢獻率a1、a2為權(quán)數(shù),F1、F2為特征向量因子,構(gòu)建綜合評價模型為F=a1F1+a2F2,式中,F為綜合評價值,見表3。
由表3可知,所有處理在貯藏期間(0~63 d)F值均先上升后下降,在貯藏的前14 d中,F值均為較小負值,果實的品質(zhì)變化不大;隨后F值迅速上升,果實品質(zhì)也在上升,在貯藏第49天時,LA、3,6-TCS和CPPU處理F值最大,此時果品品質(zhì)最佳。此后F值開始下降,說明品質(zhì)也不斷下降,這與本試驗貯藏效果相一致。不同處理獼猴桃的品質(zhì)差異明顯,排名前15的處理組合依次為:CPPU處理49 d>LA處理49 d>CPPU處理42 d>CPPU處理35 d>LA處理42 d>3,6-TCS處理49 d>3,6-TCS處理42 d>CPPU處理56 d>LA處理35 d>CPPU處理63 d>3,6-TCS處理56 d>LA處理28 d>3,6-TCS處理63 d>LA處理56 d>LA處理63 d。表3可知,3種調(diào)節(jié)劑處理,均表現(xiàn)出貯藏第49天品質(zhì)最優(yōu),其次是第42天,所以可判定獼猴桃的最佳食用期為42~49 d,口感好且其營養(yǎng)成分也較高,剛采收后的獼猴桃排名靠后,貯藏期0~14 d內(nèi),F值均為負值,因此不建議獼猴桃采摘后此期間內(nèi)食用。
2.3.3 各處理果實品質(zhì)的綜合評價
以主成分1為橫坐標,主成分2為縱坐標,繪制出了主成分因子載荷和得分雙標圖,見圖7。圖7中各指標箭頭方向代表的是原始變量與主成分的相關(guān)性,其長度代表的是原始數(shù)據(jù)對主成分的貢獻度,各指標之間的角度代表了不同指標間的相關(guān)性。
由圖7可知,糖酸比、糖度呈現(xiàn)出正相關(guān),并與維生素C、果實硬度和酸度之間呈現(xiàn)出負相關(guān)性。影響果實品質(zhì)的主要因素主要為貯藏時間,不同生長調(diào)節(jié)劑的處理對果品品質(zhì)具有一定的微調(diào)作用。隨著貯藏時間的延長,果品品質(zhì)不斷提高,糖酸比最高,糖度值也處于一個較高水平狀態(tài),49 d以后又開始下降,這與貯藏實驗結(jié)論相一致。貯藏第49天在PC1、PC2坐標軸上的投射距離均最大,因此排名也較高,其次是貯藏第42天,因此,根據(jù)上圖中同一貯藏時間下不同處理在坐標軸上投射的距離來看,所有處理果從貯藏第21天后可開始食用,最佳的食用期應(yīng)為42~49 d。
獼猴桃采收最顯著的變化就是果實軟化后熟,不耐貯存,溫度會影響獼猴桃果實后熟的進程,一般情況下,低溫可以有效地延長獼猴桃的貯藏時間,25 ℃下貯藏7 d,CK、CPPU、LA及3,6-TCS處理的獼猴桃果實硬度均低于4 ℃下貯藏7 d時果實的硬度,說明低溫有益于獼猴桃的保鮮。獼猴桃是呼吸躍變型水果,溫度越高,果實呼吸強度顯著上升,呼吸消耗增加,加速果實軟化,降低果實貯藏壽命,35 ℃貯藏條件下,獼猴桃果實貯藏7 d將失去商品價值,這與楊丹等[26]的研究結(jié)果一致,所以說低溫可通過限制相關(guān)酶的活性調(diào)控獼猴桃采后的各項生理活動,同時低溫還能抑制果實中一些微生物的繁殖,延長其貯藏期。
果實的軟化過程伴隨著一系列的生理生化變化,有研究表明24-表油菜素內(nèi)酯、褪黑素、槲皮素等可通過降低獼猴桃果實的呼吸作用來延緩果實的軟化,推遲其采后衰老,延長其貨架期[27]。LA和3,6-TCS與BRs類化合物具有相似的活性官能團,在某種程度上也能延緩果實的軟化進程,可能原因是其通過降低乙烯釋放速率和呼吸強度,降低淀粉酶的活性,延緩了葡萄糖、果糖和蔗糖的積累,降低可溶性果膠的含量,從而有利于獼猴桃保鮮期的延長[28]。
LA、3,6-TCS及CPPU 3種生長調(diào)節(jié)劑在一定程度上均可以改善貯藏期獼猴桃的品質(zhì),均可提高獼猴桃果實中可溶性蛋白含量及糖度,降低可滴定酸的含量,提高了果實中的糖酸比,有利于緩解維生素C含量的下降。可滴定酸含量的下降有可能是由于激活了苯丙烷代謝途徑,有機酸作為了果實的呼吸底物而被消耗[28]。LA處理第63天,維生素C含量高于其他處理,可能是由于LA處理提高了獼猴桃果實中維生素C的含量且隨貯藏時間延長各處理維生素C含量下降程度相近,這與油菜素內(nèi)酯應(yīng)用于其他園藝產(chǎn)品采后處理的結(jié)果類似[29-31]。維生素C又名抗壞血酸,能夠減輕過氧化物自由基的過度積累,在某種程度上可以提高獼猴桃的貯藏期和貯藏品質(zhì),維生素C含量越高,越有益于保存。
CPPU又稱氯吡脲,是獼猴桃田間生產(chǎn)中常用的低毒植物生長調(diào)節(jié)劑,20 mg/L CPPU處理可使獼猴桃在貯藏前期保持較高的呼吸速率,并加快果實硬度、干物質(zhì)及維生素C含量的下降速度,縮短貯藏時間[16]。李圓圓等[2]認為CPPU處理可降低‘秦美’獼猴桃采后的果品品質(zhì)及耐藏性,不建議生產(chǎn)中使用量超過5 mg/L。本試驗中CPPU處理對獼猴桃貯存期果品品質(zhì)的改善有促進作用,這與朱麗杰等[32]的研究一致,可能是因為用量較低,也可能是貯藏期間果實品質(zhì)的變化因品種而異,或者是兩者的綜合。
LA與3,6-TCS屬于螺甾烷類化合物,LA能夠調(diào)節(jié)植物的生長[21-22],與其具有相同活性官能團的3,6-TCS在獼猴桃種植和貯藏中也起到了積極作用,至于其如何發(fā)揮作用的機理有待于進一步的深入研究。
將‘徐香’獼猴桃對照處理及其噴施CPPU、LA及3,6-TCS處理的果實貯藏期間(0~63 d)各個指標做出了主成分分析,結(jié)果表明貯藏時間對獼猴桃品質(zhì)的改變起到了決定性的作用,不同處理對獼猴桃品質(zhì)的改善有一定的正向影響,但是無法改變貯藏時間在果品品質(zhì)上起到的決定性作用。隨著貯藏時間的延長,3種調(diào)節(jié)劑處理果品品質(zhì)呈現(xiàn)出先高后低的趨勢,貯藏第49天時果品品質(zhì)最優(yōu),其次是貯藏第42天,從貯藏第21天開始,獼猴桃可以開始食用,但是最佳的食用期應(yīng)為42~49 d。施用1-MCP后能夠抑制低溫貯藏后獼猴桃果實呼吸速率增加和硬度下降,降低果實各種色素的降解,延緩過氧化物酶活性的下降,從而延長低溫貯藏后獼猴桃果實的食用期[33]。油菜素甾醇類化合物對果實貯藏期間品質(zhì)的影響由果實種類、成熟度和藥劑濃度、處理時間等因素決定[34]。LA和3,6-TCS在果實保鮮的應(yīng)用上具有復(fù)雜性,其機理有待于進一步的深入研究。
通過綜合評價F值分析可知,CPPU處理49 d獼猴桃果品品質(zhì)最佳,LA處理49 d與CPPU處理49 d的F值相差0.183,排名第二。LA源于植物,其合成原料是中藥“穩(wěn)心顆?!焙汀暗貖W心血康膠囊”活性成分之一,安全環(huán)保,加上LA處理49 d與CPPU處理49 d的F值差距不大,因此從食品安全的角度考慮,LA處理49 d為最優(yōu)處理。
本試驗中4 ℃條件下貯藏模擬冰箱貯藏溫度,同時也為家用獼猴桃保鮮提供了參考,3種調(diào)節(jié)劑處理施用于獼猴桃田間生長期間,貯藏前期未做任何藥劑處理,真實地反映了不同調(diào)節(jié)劑對獼猴桃貯藏特性的影響。所采用的主成分分析法克服了只考慮單個指標因子的片面性,且能客觀地反映獼猴桃果實采后貯存的各項指標變化,明確了獼猴桃的最佳食用期。試驗中CPPU所使用的濃度為生產(chǎn)上最適宜濃度,而其他化合物不同濃度作用獼猴桃對貯藏期品質(zhì)的影響需進一步研究。