甲烷氣對草莓采后生理的影響

張立華,馮曉慧,陳國棟

(棗莊學院 生命科學學院，山東 棗莊 277160)

0 引言

甲烷(CH4)是自然界中最簡單的有機物，也是含碳量最小(含氫量最大)的烴，是沼氣、天然氣、瓦斯、坑道氣和油田氣的主要成分.甲烷是無色、無味、可燃和無毒的氣體.甲烷與空氣的重量比是0.54，比空氣輕近一半.甲烷溶解度很小.與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火易爆炸[1].

沼氣是幾種氣體的混合物，雖然不同有機物質(zhì)生成的沼氣中氣體成分復雜、各種氣體含量差異大，但沼氣的主要成分是甲烷(60%-70%)，其次是二氧化碳(30%-40%)，還有硫化氫、氨氣、二氧化硫、氫氣和一氧化碳等氣體[2].沼氣除了作為能源利用之外，還可以作為一種保鮮手段，用于果品、蔬菜的保鮮貯藏[3].在水果保鮮上已應用于葡萄、荔枝、蘋果等水果.如紅富士和秦冠蘋果貯藏100天，沼貯比袋貯硬度平均高1.5磅/cm2，糖分平均高1.7%；經(jīng)過200天貯藏，沼貯較袋貯紅富士硬度高0.68磅/cm2，糖分高2.0%，秦冠硬度高0.72磅/cm2，糖分高0.9%[4].

草莓(Fragaria ananassa Duch.)，薔薇科、草莓屬，多年生常綠草本植物,果實色澤鮮艷、風味獨特、營養(yǎng)豐富.草莓在生產(chǎn)過程中，果實成熟期非常集中、果皮薄、組織嬌嫩、柔軟多汁，新鮮草莓含水量一般在84%-93%之間，在收獲和運輸過程中極易受損傷和遭受微生物侵染、霉病和軟腐病而導致腐爛.另一方面，草莓果實呼吸作用旺盛、失水速度很快，每天可失水1%-2%.一般情況下，草莓采收后放置1-2d質(zhì)量下降失去其商業(yè)價值[5].

沼氣對一些果蔬的保鮮效果非常明顯，但沼氣是一種混合氣體，究竟哪種氣體成分在發(fā)揮作用，目前還缺少研究報道，而甲烷作為沼氣中的主要成分，含量占50%-70%，但至今未見甲烷用于保鮮的相關(guān)研究報道.本研究就是探索甲烷能否在水果保鮮過程中發(fā)揮作用，探索保持水果采后品質(zhì)，延長其貯藏期的措施，發(fā)展水果貯藏保鮮的新技術(shù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料處理：“雞心”草莓，購買于棗莊市果蔬批發(fā)市場，選用成熟度基本一致、無病蟲、機械傷害、大小相對一致的果實，購買后立即運回實驗室處理.取5個相同規(guī)格的3L玻璃瓶，各向其中放入40個草莓.依次沖入0(CK)、5%(T1)、10%(T2)、20%(T3)、30%(T4)體積分數(shù)的甲烷氣體.每隔24h取出3-4個草莓進行各項試驗測定，每個試驗項目重復3次.

試劑：氫氧化鈉(顆粒)、氧化鈣、醋酸鈉、鉬酸銨等，均為國產(chǎn)分析純.

1.2 試驗儀器與設(shè)備

上海菲恰爾SF-TGL-20A高速冷凍離心機；IP-8453紫外分光光度計；GY-1果實硬度計；TD-35數(shù)字折光儀.

1.3 甲烷的制備

用加熱無水醋酸鈉和堿石灰(氫氧化鈉和石灰的混合物)來制取甲烷.

1.4 分析測試方法

1.4.1 果實質(zhì)量損失率測定

每個測量組選出3個固定果實進行測定.處理前進行果實的稱重，每隔24h測定一次.利用差重法計算質(zhì)量損失率.

失質(zhì)量損失率=果實減輕重量(g)/果實原始重(g)×100%.式(1-1)

1.4.2 果實軟化腐爛率測定

以草莓果實表面出現(xiàn)水漬狀病斑作為果實腐爛的判別依據(jù).按果實腐爛面積大小將果實劃分為4級：0級，無腐爛；1級，果面有1-3個小腐爛斑點；2級，腐爛面積占果實面積的25%-50%；3級，腐爛面積大于果實面積的50%[6].按下列計算腐爛率：

腐爛率=∑(腐爛級別×該級果實數(shù))/(最高腐爛級別×總果實數(shù))×100%. 式(1-2)

1.4.3 果實硬度測定

用GY-1型硬度計進行測定果實硬度.每組選取2個果實，每個果實測定2次.

1.4.3 果實可溶性固形物測定

用TD-35數(shù)字折光儀進行測定.每組測3個果實.

1.4.4 果實可滴定酸含量測定

采用堿滴定法測定[7].每組稱取10g草莓果肉研磨，研磨充分后轉(zhuǎn)移并定容至100ml容量瓶中，浸提后，放入離心機里進行離心，4000r/rain，離心10min.取上清液10ml，加入2-3滴酚酞試劑，用標定好的0.1mol/L的NaOH溶液進行滴定至溶液呈粉紅色，即為滴定終點，并留一個終點以備后面參考.

1.4.5 果實Vc含量測定

采用鉬藍比色法進行測定[8].

1.4.6 果實MDA含量測定

采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測定[9].

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度甲烷對草莓果實質(zhì)量損失率的影響

果實在貯藏過程中仍進行呼吸作用，并伴隨著失水，失水后果實表面萎焉，光澤度下降，因此果實質(zhì)量損失率的大小也是判斷保鮮效果的一個重要指標[10].由圖1可以看出.隨著貯存期的延長，果實的質(zhì)量損失率越來越高，充入不同濃度甲烷的實驗組在貯藏期間質(zhì)量損失率均比CK低，效果明顯.但不同濃度甲烷的實驗組之間差異不是很明顯.

圖1 不同濃度甲烷對草莓果實質(zhì)量損失率的影響

2.2 不同濃度甲烷對草莓果實軟化腐爛率的影響

果實軟化腐爛率是判斷貯藏效果的主要表觀指標.不同濃度甲烷對草莓貯藏期間的軟化腐爛率均有明顯影響.由圖2可看出，草莓貯藏期間腐爛率呈上升趨勢.甲烷處理組在貯藏期間均表現(xiàn)出對果實軟化腐爛的抑制作用.其中T4組表現(xiàn)最為明顯.

圖2 不同濃度甲烷對草莓果實軟化腐爛率的影響

2.3 不同濃度甲烷對草莓果實硬度的影響

草莓果實采后，原果膠在果膠酶的作用下，逐漸形成果膠與細胞壁分離，草莓組織開始變軟，硬度下降，之后果膠進一步轉(zhuǎn)化為果膠酸，草莓組織徹底軟爛，草莓失去食用價值和商品價值[11].由圖3可看出，隨著貯藏時間的增加，果實硬度呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，但充入甲烷氣體的4個實驗組的下降幅度均比CK小，其中T4表現(xiàn)最明顯.

可溶性固形物含量的高低在一定程度上反映了貯藏過程中營養(yǎng)物質(zhì)保留的多少，果實中可溶性固形物80%以上為糖，其次是酸、可溶性色素、單寧、果膠等.可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)越高，食用品質(zhì)越好[12].由圖4可看出，可溶性固形物的初始質(zhì)量分數(shù)為6.4%，在第1天或者第2天糖度增大達到峰值，之后質(zhì)量分數(shù)開始下降，其中CK下降最為明顯，T4下降最慢.造成該差異的原因是一方面高分子碳水化合物的水解轉(zhuǎn)化成可溶性糖，另一方面由于呼吸作用，可溶性糖被消耗.甲烷處理抑制了草莓果實的呼吸作用，減緩了可溶性糖的消耗速率.

2.4 不同濃度甲烷對草莓果實可滴定酸含量的影響

圖3 不同濃度甲烷對草莓果實硬度的影響

2.5 不同濃度甲烷對草莓果實可溶性固形物含量的影響

圖4 不同濃度甲烷對草莓果實可溶性固形物的影響

酸度含量是決定果蔬風味的一個重要因素.草莓中的總酸度主要以有機酸為主，有機酸的種類較多，有蘋果酸、酒石酸、檸檬酸等.李鳳梅[13]、趙博[14]等研究表明草莓中有機酸質(zhì)量分數(shù)均隨貯藏期的延長而持續(xù)降低.在貯藏過程中，草莓的有機酸的一部分用作呼吸底物被消耗，另一部分在體內(nèi)被轉(zhuǎn)化為糖分.由圖5可看出，不同處理的草莓可滴定酸質(zhì)量分數(shù)均一直呈現(xiàn)下降趨勢，但4個試驗組的酸含量高于CK，甲烷濃度越高下降速度越慢.

圖5 不同濃度甲烷對草莓果實可滴定酸的影響

2.6 不同濃度甲烷對草莓果實Vc含量的影響

圖6 不同濃度甲烷對草莓果實Vc的影響

維生素C是草莓果實中最重要的營養(yǎng)成分之一，也是果實體內(nèi)清除活性氧的一種重要的抗氧化物質(zhì)，對延緩果實衰老發(fā)揮一定作用，它作為還原型物質(zhì)在草莓貯藏過程中極易氧化而失去活性，因此維生素C的含量是檢測草莓果實品質(zhì)的重要指標之一[15].由圖6可知，草莓果實Vc含量在貯藏期間呈現(xiàn)緩慢下降的變化趨勢，4個試驗組的果實Vc含量均高于對CK組，且濃度越高抑制Vc下降的效果越明顯.

2.7 不同濃度甲烷對草莓果實MDA含量的影響

MDA是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，也是組織損傷的標志[16].由圖7可看出，隨著草莓貯藏時間的延長，各處理MDA含量均有不同程度的增加，到第5天，MDA含量出現(xiàn)明顯差別，CK的MDA含量最多達到3.98μmol/g，T4含量最少，僅為3.44μmol/g.表明了甲烷處理具有抑制果實貯藏期間膜脂氧化作用.

圖7 不同濃度甲烷對草莓果實MDA的影響

3 討論與結(jié)論

草莓果實含水量很高，但果皮極薄，極易失水萎蔫.采后的果實仍在經(jīng)歷著活躍的呼吸作用和蒸騰作用，極易發(fā)生軟化腐爛變質(zhì)，常伴隨著水分的散失，失水不但影響果實的外觀品質(zhì)，也和果實內(nèi)的生理變化密切相關(guān).本試驗證明，甲烷處理后的草莓可一定程度減少草莓果實水分的散失.

草莓在貯藏期間不僅僅是水分的散失，還伴隨著果實軟化腐爛、硬度下降、糖度消耗、Vc被氧化、MDA含量增加等.試驗表明，甲烷能延緩草莓果實果實質(zhì)量損失、果實軟化腐爛和果實硬度的下降，還能減緩草莓果實內(nèi)可溶性糖的消耗、Vc含量的減少和MDA含量的增加，其中30%濃度的甲烷-空氣混合氣體對草莓的保鮮效果最為明顯.

本試驗結(jié)果表明，濃度30%的甲烷-空氣混合氣體能夠一定程度抑制草莓果實采后的腐爛，延緩果實的成熟衰老，保持果實的采后品質(zhì).但濃度30%的甲烷-空氣混合氣體很可能不是最佳濃度，最佳的甲烷濃度尚待進一步試驗研究.

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