劉仁嬋,吉寧,王瑞,馬超,張妮,陳云

(貴陽學院 食品與制藥工程學院,貴州 貴陽,550005)

水晶葡萄(VitisviniferaL.)系多年生藤本植物,果實晶瑩剔透,香味濃郁可口且富含多種礦物質和氨基酸等營養(yǎng)物質,深受消費者青睞[1]。但水晶葡萄皮薄穗緊且在高溫多雨季采收,采后貯運過程中果皮極易破裂、褐變和軟化腐爛,嚴重影響果實感官品質[2],加之成熟期集中,導致大批量葡萄短期內無法銷售,極大程度上阻礙了水晶葡萄的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因此,如何有效控制水晶葡萄采后腐爛、褐變已成為葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

水晶葡萄采后使用SO2[3]、NO[4]以及1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)[5]熏蒸均能有效控制葡萄的腐爛和褐變,但對氣體濃度和時間控制有較高要求;可食用涂膜安全性高,但操作繁瑣,不宜大規(guī)模使用[6]。6-芐基氨基嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA)是一種細胞分裂素類化合物,能延緩植物衰老和抵抗逆境脅迫[7]。研究表明,6-BA處理能有效維持桃[8]、香蕉[9]、荔枝[10]等果蔬采后貯藏品質,維持果蔬正常能量代謝以及抗氧化系統(tǒng)的穩(wěn)定性[11]。目前有關6-BA對葡萄漿果品質的研究主要集中在采前,將其作為植物生長調節(jié)劑調控果實生長發(fā)育過程,從而改善果實采后品質,而關于6-BA在鮮食葡萄采后貯藏品質的研究尚未見相關報道,另外,關于6-BA在果蔬保鮮方面的應用大都局限于6-BA單一作用,檸檬酸是一種安全性較高的有機酸,對果蔬具有防腐、抗氧化、減輕褐變和護色等作用[12]。對于與檸檬酸的復合保鮮工藝中,檸檬酸/殼聚糖復合[13]、檸檬酸和植酸結合1-MCP復合保鮮[14]均能顯著提升果蔬采后的貯藏品質。研究表明,6-BA結合檸檬酸處理能顯著延長月季切花瓶插壽命[15],但6-BA與檸檬酸復合處理在果蔬保鮮方面的應用鮮有報道。

本研究旨在通過分析6-BA、檸檬酸及其復合處理對采后水晶葡萄成熟過程中生理代謝的調節(jié)作用,探究能夠有效緩解采后水晶葡萄腐爛褐變,維持水晶葡萄原有營養(yǎng)品質和獨特風味的保鮮工藝,為延長水晶葡萄采后貯藏品質提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

水晶葡萄,于2019年9月21日采自貴州省凱里市大風洞鄉(xiāng)水晶葡萄種植基地(107°52′22″E, 26°43′21″N)。葡萄專用鏤空筐,外尺寸615 mm×415 mm×200 mm,內尺寸580 mm×380 mm×150 mm,材質為高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE),普得力塑業(yè)有限公司。

檸檬酸、6-BA、福林酚、NaOH、茚三酮、鄰苯二酚、三氯乙酸、Na2HPO4、乙醇、Na2CO3等均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

精準控溫的保鮮庫[相對濕度(90±5)%,溫度±0.3 ℃],國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術研究中心監(jiān)制;TA.XT.Plus質構儀,英國Stable Micro Systems公司;UV-2550紫外分光光度計,日本島津有限公司;PAL-1型迷你數(shù)顯折射計,日本ATAGO公司;CheA0Point Ⅱ殘氧儀,丹麥PBI Dansensor公司。

1.3 實驗方法

前期研究已證實,30 mg/L 6-BA[16]、1%(質量分數(shù))檸檬酸[17]處理可有效減緩果蔬采后品質劣變,增強抗病性,維持果實良好的貯藏品質,故以此作為6-BA和檸檬酸的處理劑量。將果實隨機分成3組并分別使用30 mg/L 6-BA、1%檸檬酸、30 mg/L 6-BA+1%檸檬酸溶液浸泡30 s,等量蒸餾水浸泡作為對照(各處理分別記為6-BA組、檸檬酸組、復合組和CK組)。處理后將葡萄平鋪在鏤空筐內1 h晾干水分,之后將所有果實放在筐內,每筐質量為(5±0.5) kg,各處理12筐,共60 kg,所有處理共240 kg,分裝后將其轉移至(1±0.3) ℃,相對濕度85%～90%條件下貯藏40 d,每10 d隨機取3筐測定各項生理指標。

1.4 指標測定

取1.5 kg的水晶葡萄放置于密閉干燥容器中,25 ℃密封靜置1 h后,用殘氧儀監(jiān)測容器中CO2濃度變化,呼吸強度以1 kg鮮果1 h增加的CO2量進行表示。

參照孫思勝等[18]的方法,落粒率和腐爛率的計算如公式(1)、公式(2)所示:

落粒率/%=落粒果粒數(shù)/果?？倲?shù)×100

(1)

腐爛率/%=腐爛的果實數(shù)量/原始果實數(shù)量×100

(2)

果皮褐變率定義為褐變果實與總果實的比率,并以百分比表示。參照吉寧等[19]的方法測定果實硬度,隨機選取不同處理的15個果粒進行穿刺,每個果實以同樣方法取平均值。每組隨機選取15顆葡萄,擠出果粒汁液至數(shù)顯折射計測定可溶性固形物(total soluble solid,TSS)含量。

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活性參照李桂峰等[20]的鄰苯二酚法測定;多酚含量參照李靜等[21]的Folin-Ciocalteu比色法測定;維生素C含量參照張曉鋒等[22]的2,6-二氯靛酚鈉滴定法測定;游離氨基酸含量采用水合茚三酮比色法[23]測定;可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G250染色法[24]測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

各指標均重復測定3次,結果以平均值±標準偏差表示,采用Origin 2021軟件進行作圖,SPSS 19.0進行Duncan氏新復極差法進行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水晶葡萄呼吸強度的影響

由圖1可知,各處理組與對照組呼吸強度在貯藏期間均呈上升趨勢。貯藏至10 d時,對照組呼吸強度快速上升至8.71 mg/(kg·h),與處理組差異顯著(P<0.05);貯藏至第20～30天時,對照組和6-BA處理呼吸作用持續(xù)快速增強,其余兩組處理在一定程度上減緩了果實呼吸作用增強。到第30天時對照組呼吸強度[12.25 mg/(kg·h)]顯著高于處理組(P<0.05),其中,復合處理呼吸強度[8.20 mg/(kg·h)]最低;貯藏到第40天,檸檬酸處理果實呼吸強度增加至14.72 mg/(kg·h),與對照組呼吸強度相近。6-BA和復合處理組呼吸作用[13.56、12.15 mg/(kg·h)]相對較弱。相比對照組,6-BA和復合處理組能有效抑制水晶葡萄呼吸作用,但復合處理效果更佳,較大程度降低了果實呼吸作用,從而抑制水晶葡萄衰老。

圖1 不同處理對水晶葡萄呼吸強度的影響Fig.1 Effects of different treatments on respiration intensity of crystal grapes

2.2 不同處理對水晶葡萄腐爛率的影響

水晶葡萄皮薄多汁,貯藏過程中果皮易破裂失水腐爛。如圖2所示,貯藏前10 d,各組水晶葡萄腐爛率低且各組間差異不顯著(P>0.05),復合處理腐爛率僅為0.97%;隨貯藏時間增加,各組果實腐爛速率持續(xù)上升,對照組果實腐爛率顯著高于處理組(P<0.05)。貯藏至第40天時,復合處理組果實腐爛率約為對照組的1/2,與對照組20 d時腐爛率相當,說明復合處理顯著延緩了水晶葡萄腐爛率的增加。

圖2 不同處理對水晶葡萄腐爛率的影響Fig.2 Effects of different treatments on rot rate of crystal grapes

2.3 不同處理對水晶葡萄脫落率的影響

由圖3可知,貯藏前20 d,各組葡萄脫落速率較快,第10天時均明顯出現(xiàn)果實脫落現(xiàn)象,第20天時,檸檬酸處理與對照組果實脫落率急劇增加且差異不顯著(P>0.05),貯藏至第40天時,6-BA和檸檬酸處理組差異不顯著(P>0.05),復合處理脫落率保持最低為28.80%,顯著低于對照組第20天時的脫落率,表明復合處理能夠有效減緩采后葡萄脫落率。

保持涂料配方體系中聚氨酯丙烯酸酯(B-286c)和2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉-1-丙酮(907)的質量比不變，逐步增加三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)的用量，配制出一系列紫外光固化涂料。三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)對涂固化膜柔韌性、耐沖擊性和硬度的影響見表2。

圖3 不同處理對水晶葡萄脫落率的影響Fig.3 Effects of different treatments on shedding rate of crystal grapes

2.4 不同處理對水晶葡萄褐變率的影響

水晶葡萄由于機械損傷或貯藏環(huán)境不良時,在O2的參與下,酚類化合物被酶催化生成醌類物質,醌類物質進一步聚合產(chǎn)生有色物質沉積在組織表面而發(fā)生褐變,影響果實外觀品質[25]。如圖4所示,各組果實隨時間延長均有不同程度的褐變情況,貯藏至20 d時,對照組葡萄褐變率達14.66%,而復合處理組褐變率僅為5.22%。貯藏至40 d,對照組葡萄褐變率顯著高于處理組(P<0.05),其中復合處理果實褐變率最低為17.72%。就褐變程度及褐變速率而言,對照組褐變程度嚴重且褐變速率高于處理組,3種處理均在一定程度上減緩了水晶葡萄褐變率,而復合處理能夠明顯抑制水晶葡萄果皮褐變。

圖4 不同處理對水晶葡萄褐變率的影響Fig.4 Effects of different treatments on browning rate of crystal grapes

2.5 不同處理對水晶葡萄硬度的影響

由圖5可知,整個貯藏期間復合處理組葡萄硬度始終保持最高,6-BA和檸檬酸處理組硬度差異不顯著(P>0.05)。貯藏至第10天,對照組硬度快速下降至232.38 g,而復合組維持了果實較高硬度(270.24 g)。第30天時復合組果實硬度(243.57 g)顯著高于其余各組,且其余3組差異不顯著(P>0.05),貯藏到40 d時復合組硬度最高為226.94 g。相比單獨處理,復合處理顯著延緩了水晶葡萄硬度的降低。

2.6 不同處理對水晶葡萄TSS的影響

TSS是反映果實口感與品質優(yōu)劣的重要指標[26]。由圖6可知,各組葡萄果實中TSS含量均急劇下降,貯藏前10 d,各組TSS含量差異不顯著(P>0.05),隨貯藏時間增加,復合處理組TSS含量始終維持在較高水平,顯著高于其他3組處理(P<0.05);貯藏到第40天時,復合處理組葡萄TSS含量最高為14.42%。整個貯藏期間,復合處理能夠有效減緩水晶葡萄TSS含量的降低,較好地維持采后水晶葡萄口感。

圖6 不同處理對水晶葡萄TSS含量的影響Fig.6 Effects of different treatments on TSS content of crystal grapes

2.7 不同處理對水晶葡萄維生素C含量的影響

由于果蔬本身含有促使維生素C氧化的酶,采后維生素C會逐漸被氧化減少[27]。如圖7所示,貯藏前10 d,復合處理維生素C含量逐漸上升,其余3組維生素C含量持續(xù)下降。隨著果實的衰老,營養(yǎng)物質不斷消耗[28],貯藏至第20天時復合組維生素C含量下降至12.98 mg/100 g,6-BA處理組維生素C含量僅降低了0.35 mg/100 g,且與復合處理組維生素C含量差異不顯著(P>0.05),分別為12.98、12.61 mg/100 g。貯藏到第40天時,復合處理組維生素C含量仍保持最大值為5.26 mg/100 g。綜上所述,6-BA和復合處理均能保持果實較高維生素C含量,能在一定程度上延緩水晶葡萄中維生素C含量的降低。

圖7 不同處理對水晶葡萄維生素C含量的影響Fig.7 Effects of different treatments on vitamin C content in crystal grapes

2.8 不同處理對水晶葡萄可溶性蛋白質含量的影響

可溶性蛋白質是構成果蔬中酶的重要組成部分,參與果蔬多種生理代謝過程的調控,與果蔬衰老、抗逆等密切相關[29]。如圖8所示,可溶性蛋白質含量在整個貯藏期間均呈上升趨勢,貯藏到第20天,各處理組水晶葡萄可溶性蛋白質含量上升幅度較為平緩,復合處理可溶性蛋白質含量僅上升了1.38 mg/100 g,顯著低于其余3組處理(P<0.05);而貯藏中后期各組可溶性蛋白質含量急劇升高,對照組可溶性蛋白質含量上升至22.19 mg/100 g,顯著高于處理組(P<0.05)。結果表明,復合處理對水晶葡萄可溶性蛋白質合成起抑制作用,且在一定程度上維持水晶葡萄原有營養(yǎng)品質。

圖8 不同處理對水晶葡萄可溶性蛋白質含量的影響Fig.8 Effects of different treatments on soluble protein content of crystal grapes

2.9 不同處理對水晶葡萄游離氨基酸含量的影響

游離氨基酸是果實中重要營養(yǎng)物質和相關風味化合物的合成前體,植物中游離氨基酸含量能夠反映其抗逆性[30]。如圖9所示,所有處理組的游離氨基酸含量在貯藏期間均呈先上升后下降的趨勢,可能是由于水晶葡萄采后呼吸作用加強,加速了蛋白質分解,使游離氨基酸不斷積累,隨后由于采后其強烈的蒸騰作用使果實失水,導致氨基酸合成和轉運受到抑制[31]。貯藏至第10天時,6-BA和復合處理游離氨基酸含量與水晶葡萄0 d時含量相當,而對照組與檸檬酸處理果實中游離氨基酸含量顯著升高。貯藏第10～20天,與復合處理相比,其余3組處理果實游離氨基酸含量均急劇升高至峰值,貯藏至30 d時,復合處理游離氨基酸含量持續(xù)升高至16.39 mg/100 g,與6-BA差異不顯著(P>0.05)。第40天時,6-BA與復合處理中游離氨基酸含量低于0 d時的含量,整個貯藏期間,復合處理組游離氨基酸含量變化幅度較為平緩,能較好地維持水晶葡萄原有品質及滋味。

圖9 不同處理對水晶葡萄游離氨基酸含量的影響Fig.9 Effects of different treatments on free amino acid content of crystal grapes

2.10 不同處理對水晶葡萄多酚含量的影響

酚類物質作為酶促褐變的底物,具有較強的抗氧化性以及清除自由基的能力,其含量的高低可以反應抗褐變的能力[32]。如圖10所示,整個貯藏期間,復合處理葡萄始終維持較高多酚含量,貯藏前10 d,各處理組多酚含量下降緩慢,復合處理組多酚含量最高為81.48 mg/100 g,其余3組差異不顯著(P>0.05)。貯藏至第30天,復合處理多酚含量為58.86 mg/100 g,高于對照組第20天時的多酚含量,說明復合處理延緩了水晶葡萄多酚含量的降低。結合水晶葡萄褐變率變化可看出,水晶葡萄褐變率與多酚含量呈負相關,表明多酚含量越高,果實褐變率越低,復合處理有利于提高水晶葡萄抗褐變能力。

圖10 不同處理對水晶葡萄多酚含量的影響Fig.10 Effects of different treatments on polyphenol content in crystal grapes

2.11 不同處理對水晶葡萄PPO活性的影響

PPO催化果蔬中的內源性多酚物質氧化生成黑色素,是引起果蔬酶促褐變的主要酶類[33]。由圖11可知,在貯藏期間,所有處理組的PPO活性持續(xù)上升,貯藏至第20天時,6-BA和復合處理PPO活性上升緩慢,分別為0.471、0.424 U/min,而對照與檸檬酸處理組PPO活性顯著增加;貯藏后期除復合處理外其余各組PPO活性均急劇增加;貯藏第20～30天時,所有處理組水晶葡萄PPO活性均急劇增加,貯藏至40 d時,復合處理中葡萄PPO活性增加緩慢且保持最低為0.944 U/min,顯著低于單獨處理組PPO活性(P<0.05)。結合圖4可知,水晶葡萄PPO活性與褐變率呈現(xiàn)出相似的變化趨勢,PPO活性與褐變率呈正相關性,表明PPO活性升高會導致水晶葡萄褐變率增加,其中,復合處理中PPO活性明顯被抑制,顯著降低了水晶葡萄褐變發(fā)生率。

圖11 不同處理對水晶葡萄PPO活性的影響Fig.11 Effects of different treatments on polyphenol oxidase activity in crystal grapes

2.12 相關性分析

如圖12所示,水晶葡萄各生理指標之間的相關性分析結果表明,水晶葡萄褐變率與PPO活性、脫落率、腐爛率、可溶性蛋白質含量及呼吸強度之間有極顯著正相關性(r=0.98,r=0.97,r=0.99,r=0.98,r=0.97,P<0.01),與維生素C、多酚含量有極顯著負相關性(r=-0.97,r=-0.95,P<0.01),說明水晶葡萄在貯藏期間的褐變程度不僅受維生素C氧化褐變、多酚自氧化褐變等非酶因素影響,也與PPO活性,可溶性蛋白質代謝及呼吸作用密切相關。呼吸強度與腐爛率、PPO活性、褐變率以及脫落率有極顯著正相關性(r=0.95,r=0.95,r=0.97,r=0.95,P<0.01),表明果實呼吸作用越強,果實腐爛脫落及褐變程度越高,呼吸作用將加快果實衰老進程,顯著影響水晶葡萄外觀品質,游離氨基酸含量與各指標差異均不顯著。

圖12 各生理指標間的相關性分析Fig.12 Correlation analysis between physiological indicators

2.13 主成分分析

對水晶葡萄生理指標進行主成分分析(表1)。將水晶葡萄貯藏期間的11項指標轉化為2個主成分。結果表明,前2個主成分的貢獻率分別為88.192%,9.199%,累計貢獻率為97.390%,且前2個主成分特征值均大于1,可以代表各成分大部分的信息。因此,選取前2個主成分作為水晶葡萄采后貯藏品質的重要主成分。

表1 水晶葡萄成分分析提取的主成分特征值和貢獻率Table 1 Principal component characteristic values and contribution rates extracted by crystal grapes composition analysis

主成分載荷矩陣由表2可知,第1主成分主要反映褐變率、PPO活性、脫落率、腐爛率、可溶性蛋白質和呼吸強度這6個成分,第2主成分主要反映多酚、維生素C和游離氨基酸含量這3個成分,說明這些指標與水晶葡萄貯藏保鮮效果相關性較高,可直接影響水晶葡萄品質。

表2 主成分載荷矩陣Table 2 Principal component loading matrix

由圖13可知,水晶葡萄褐變率、腐爛率、PPO活性、可溶性蛋白質和呼吸強度在PC1的正軸,對第1主成分貢獻大;而游離氨基酸和維生素C含量在PC2有較高的載荷,對第2主成分的貢獻較大。結合表2與圖13可知,根據(jù)載荷大小,水晶葡萄品質的關鍵指標是褐變率、腐爛率、PPO活性、可溶性蛋白質含量、呼吸強度、游離氨基酸及維生素C含量。

圖13 因子載荷圖Fig.13 Factor loading diagram

3 結論與討論

水晶葡萄采后機體通過呼吸作用消耗自身貯備的有機物和水分提供所需能量,導致水晶葡萄營養(yǎng)物質消耗加快,失水脫落[34]。因此,推測6-BA、檸檬酸及復合處理通過抑制果實呼吸強度,減緩呼吸代謝和營養(yǎng)物質消耗[35],從而延緩水晶葡萄維生素C、TSS含量等降低。引起果實采后硬度變化的主要原因是呼吸強度及細胞壁結構的改變,本研究發(fā)現(xiàn)水晶葡萄硬度與呼吸強度呈顯著負相關,這與徐斌等[36]對哈密瓜的研究結果一致。在本研究中,貯藏中后期各組可溶性蛋白質含量急劇升高,這可能是由于果實逐漸衰老,蛋白質合成代謝加強,組織細胞膜受損,蛋白質泄漏,蛋白酶活性升高,將蛋白質水解成氨基酸合成抗氧化酶等響應逆境脅迫所致[37]。對照組含量顯著高于處理組(P<0.05),表明未處理水晶葡萄產(chǎn)生較多的可溶性蛋白質以防止細胞組織損傷,降低逆境脅迫的危害,相反,復合處理對水晶葡萄可溶性蛋白質合成起抑制作用,提高果實抗逆性,這與臧建磊等[38]研究結果相似。此外,貯藏后期,水晶葡萄游離氨基酸含量急劇下降,推測可能是因為蛋白合成速度大于其分解速度,第40天時,6-BA與復合處理中游離氨基酸含量低于0 d時的含量,主要是由于這2種處理顯著抑制了果實中可溶性蛋白質的合成,從而降低水晶葡萄中游離氨基酸含量。相關性分析結果表明,水晶葡萄褐變率與與維生素C、多酚含量呈極顯著負相關性(r=-0.97,r=-0.95,P<0.01),說明水晶葡萄在貯藏期間的褐變程度不僅受維生素C氧化褐變、多酚自氧化褐變等非酶因素影響,與寧密密等[39]研究發(fā)現(xiàn)一致。此外,呼吸強度與多個性狀間均存在一定的相關性,可通過呼吸強度預測其他相關性狀的增減趨勢,本實驗中果實呼吸作用越強,果實腐爛脫落及褐變程度越高,加快了果實衰老進程。結合主成分分析3種處理對水晶葡萄綜合品質的影響,得到褐變率、腐爛率、PPO活性、可溶性蛋白質含量、呼吸強度、游離氨基酸及維生素C含量是評估水晶葡萄品質的關鍵指標,顯示了貯藏期間果實綜合品質的動態(tài)變化。隨貯藏時間的延長,水晶葡萄綜合品質逐漸下降,而復合處理能有效延緩水晶葡萄綜合品質下降,延長果實的貯藏期限。

SO2熏蒸是維持鮮食葡萄采后品質和控制貯藏病害的最常見和最有效的商業(yè)處理方法,但SO2殘留量問題一直未得到有效解決[40],尋找替代SO2安全有效的保鮮方法是葡萄采后保鮮領域研究重點。6-BA能通過促進細胞分裂維持新陳代謝和營養(yǎng)物質運輸,改善果實品質,安全性高[41]。浸漬法是控制果蔬采后病害和貯藏品質常用的方法,便捷高效、成本低,適用于產(chǎn)業(yè)化規(guī)模[42]。但本研究仍存在一定不足,6-BA和檸檬酸是參考西蘭花和蘋果最佳的浸泡濃度,對于水晶葡萄,可能會存在一個更佳的濃度,因此,本研究后續(xù)還可開展關于6-BA和檸檬酸對水晶葡萄最佳浸泡濃度篩選實驗。

綜上所述,整個貯藏期間,不同處理中水晶葡萄腐爛率及脫落率不斷升高,維生素C、多酚和TSS含量逐漸降低,PPO活性隨貯藏時間的延長呈上升趨勢。與單一處理相比,復合處理能夠有效抑制果實采后呼吸代謝,減少果實自身貯備營養(yǎng)物質的消耗,保持較高果實硬度、多酚、維生素C以及TSS含量,降低采后水晶葡萄腐爛脫落率。抑制水晶葡萄可溶性蛋白質合成代謝及游離氨基酸含量變化,同時減緩PPO活性的升高,降低維生素C氧化、多酚自氧化等非酶促因素對水晶葡萄褐變程度的影響,能較好地維持水晶葡萄原有營養(yǎng)及感官品質。