二氧化硫(SO2)對(duì)葡萄果實(shí)采后質(zhì)構(gòu)和果皮蠟質(zhì)損傷的影響

趙芳芳,魏 佳,陳 燕,張 健,鄭素慧,吳 斌,*

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所,新疆烏魯木齊 830091)

紅地球葡萄(VitisviniferaL.cv.Redglobe),屬于晚熟葡萄品種,以其色澤鮮艷、味甜爽口深受消費(fèi)者的青睞,但葡萄果實(shí)采后貯藏期間品質(zhì)會(huì)逐漸下降,嚴(yán)重影響葡萄的商品價(jià)值[1]。SO2熏蒸是國(guó)內(nèi)外無可替代的葡萄商業(yè)化保鮮方式[2]。SO2作為一種強(qiáng)還原劑,對(duì)葡萄常見致病真菌有強(qiáng)烈抑制作用,還能抑制氧化酶活性,從而提高葡萄品質(zhì)。集賢等[3]研究發(fā)現(xiàn),SO2處理能夠較好地抑制葡萄果肉的硬度、彈性和咀嚼性的降低,較好的保持果實(shí)的品質(zhì)。果實(shí)的質(zhì)構(gòu)特性與果實(shí)的品質(zhì)變化密切相關(guān),質(zhì)地剖面分析(texture Profile Analysis,TPA)法克服了傳統(tǒng)儀器測(cè)量的不足,避免了人個(gè)體間差異對(duì)食品感官評(píng)價(jià)的影響,能夠通過數(shù)字對(duì)果實(shí)質(zhì)地進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。目前,TPA已廣泛應(yīng)用于楊梅[4]、蘋果[5]、梨[6]、草莓[7]、獼猴桃[8]等果實(shí)質(zhì)地變化的研究。

果實(shí)表面富含的蠟質(zhì)層在果實(shí)采后品質(zhì)保持方面具有重要作用[9]。葡萄表皮蠟質(zhì)層是葡萄與外界接觸的屏障,蠟質(zhì)層結(jié)構(gòu)直接影響果實(shí)的耐藏性[10]。近年來,隨著表皮蠟質(zhì)越來越受到關(guān)注,蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與果實(shí)的品質(zhì)存在著密切聯(lián)系[11],對(duì)藍(lán)莓果實(shí)的研究發(fā)現(xiàn),去蠟質(zhì)組的藍(lán)莓果實(shí)硬度下降快,品質(zhì)劣變迅速[12],對(duì)葡萄果實(shí)的研究發(fā)現(xiàn),SO2維持了葡萄果皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,較好的保持了果實(shí)的品質(zhì)[13]。

然而關(guān)于SO2對(duì)葡萄質(zhì)地和蠟質(zhì)層變化的研究鮮見報(bào)道,本實(shí)驗(yàn)以紅地球葡萄為試材,結(jié)合二氧化硫熏蒸處理,采用相關(guān)性分析和主成分分析(principal component analysis,PCA)對(duì)TPA測(cè)定的葡萄質(zhì)地變化參數(shù)進(jìn)行分析,確定較好的葡萄果實(shí)的質(zhì)地評(píng)定參數(shù),觀察SO2處理對(duì)紅地球葡萄果皮蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化,旨在為SO2提高紅地球葡萄貯藏品質(zhì)的研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅地球葡萄 于2016年9月15日采自新疆昌吉葡萄種植園,挑選果梗嫩綠、成熟度一致(可溶性固形物含量≥18%)、果粉均勻、果實(shí)無機(jī)械傷,修剪裝箱后即時(shí)運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室冷庫后,預(yù)冷24 h后,置于(0±0.5) ℃冷庫中;丙酮 天津市福晨化學(xué)試劑廠,分析純;50%戊二醇 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司,分析純;標(biāo)準(zhǔn)SO2氣體(純度≥99.99%) 廣州世源氣體有限公司。

TA.XT plus物性測(cè)試儀 英國(guó)Stable Micro Systems Ltd;SK7200H超聲波清潔器 上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司;S-570型掃描電子顯微鏡 日本日立(HITACHI)公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 當(dāng)葡萄果心溫度降到0 ℃左右時(shí),將整筐葡萄(每筐7 kg)以品字型碼垛;置于1 m3的密封塑料帳子內(nèi),在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上分別用0、100、500 μL/L標(biāo)準(zhǔn)SO2氣體(氣體純度≥99.99%)熏蒸葡萄2 h,每10 d熏蒸1次(共熏蒸11次)。熏蒸結(jié)束后,通過大功率抽氣真空泵排出賬內(nèi)SO2。葡萄果實(shí)內(nèi)襯吸水紙,外套PVC保鮮袋扎口,在0 ℃和相對(duì)濕度85%～95%條件下貯藏。每隔20 d測(cè)定質(zhì)構(gòu)參數(shù),每個(gè)平行處理測(cè)定三次。

1.2.2 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)試方法 將葡萄果實(shí)小心去皮(盡量避免果肉傷害)后,放于TPA測(cè)試平板上,采用直徑為75 mm的圓柱形探頭P/75(75 mm Cyl.Stainless)進(jìn)行測(cè)試,樣本量n=10。操作模式:壓距模式;測(cè)試參數(shù)設(shè)定:預(yù)壓速度5.0 mm/s,下壓速度1 mm/s,上行速度5.0 mm/s,兩次壓縮暫停時(shí)間為5.0 s,觸發(fā)力為5.0 g力,果實(shí)受機(jī)械壓縮變形60.0%。對(duì)每粒葡萄樣品分別測(cè)定正面、側(cè)面,并重復(fù)一次。

1.2.3 果皮蠟質(zhì)超微形態(tài)觀察 電鏡樣品的制備參考Gao等[14]的方法,略有修改。用蒸餾水清洗紅地球葡萄,除去果皮表面灰塵和雜質(zhì)。取果實(shí)赤道部位的果皮,并用手術(shù)刀割成多個(gè)大小為3 mm×2 mm的小塊。漿果果皮放入3%戊二醇中,4 ℃固定5 h。固定完成后,用100 mmol/L磷酸鹽緩沖液(PBS)超聲清洗0.5 h,再用65%、75%、95%和100%丙酮依次脫水20 min。果皮脫水干燥后,將樣品粘于干凈操作臺(tái)面上,經(jīng)E-1045離子濺射儀進(jìn)行噴金處理,在S-570掃描電子顯微鏡上放大1700倍觀察、拍照。

1.2.4 不同質(zhì)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性分析 通過SPPS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件中的相關(guān)分析對(duì)葡萄果實(shí)硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等不同質(zhì)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.2.5 TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)的PCA分析 利用SPSS 19.0軟件降維分析的最優(yōu)尺度(2維)工具，對(duì)質(zhì)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Sigma Plot 12.5軟件作圖,SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、統(tǒng)計(jì)方差分析并利用Duncan法進(jìn)行均值比較，并用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)做主成分分析。相同字母表示差異不顯著(p>0.05),不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度SO2處理對(duì)紅地球葡萄硬度的影響

硬度反映了果肉的堅(jiān)實(shí)及致密程度,與果實(shí)組織成熟度有關(guān)[15]。由圖3可知,貯藏期間,紅地球葡萄果實(shí)的硬度整體呈下降趨勢(shì),這與前人研究楊梅[16]、硬肉桃[17]、鴨梨和京白梨[18]等的趨勢(shì)相似。前60 d,對(duì)照組和SO2處理果實(shí)的硬度都能維持在相對(duì)較好的水平,60 d后,對(duì)照果實(shí)的硬度快速下降,100、500 μL/L SO2處理果實(shí)的硬度比對(duì)照組分別高了9.1%和5.59%,對(duì)照組與100 μL/L SO2處理組有顯著差異(p<0.05),與500 μL/L SO2處理組無顯著差異(p>0.05)。貯藏至100 d,100、500 μL/L SO2處理組的硬度分別為16.10、13.45 N/cm2,SO2處理組之間有顯著差異(p<0.05)。結(jié)果表明,100 μL/L SO2處理明顯延緩了葡萄果實(shí)硬度的下降。

圖3 不同濃度SO2對(duì)葡萄硬度的影響Fig.3 Effects of different concentrations SO2 on hardness of grape注:相同字母表示差異不顯著(p>0.05),不同字母表示差異顯著(p<0.05)；圖4～圖7同。

2.2 不同濃度SO2處理對(duì)紅地球葡萄內(nèi)聚性的影響

內(nèi)聚性指果肉抵抗牙齒咀嚼破壞而產(chǎn)生的內(nèi)部收縮力[19]。由圖4可知,貯藏期間,對(duì)照組呈下降趨勢(shì),SO2處理果實(shí)內(nèi)聚性均呈先上升后下降的趨勢(shì)。100、500 μL/L SO2處理果實(shí)內(nèi)聚性第20 d分別上升到0.42和0.39,這種變化趨勢(shì)與果實(shí)軟化,質(zhì)地不斷下降相矛盾,可能是貯藏期間果肉失去自由水,果肉致密程度增大,內(nèi)部壓力增加所導(dǎo)致的[20]。貯藏至80 d,100、500 μL/L SO2處理果實(shí)內(nèi)聚性分別下降到0.38和0.34,均高于對(duì)照,且兩者之間具有顯著差異(p<0.05),這表明,100 μL/L SO2處理果可以較好的保持果實(shí)的內(nèi)聚性。

圖4 不同濃度SO2對(duì)葡萄內(nèi)聚性的影響Fig.4 Effects of different concentrations SO2 on cohesiveness of grape

2.3 不同濃度SO2處理對(duì)紅地球葡萄彈性的影響

彈性指果實(shí)經(jīng)第一次壓縮變形結(jié)束后,在無外力條件下所能恢復(fù)的程度[21]。由圖5可知,在貯藏期間,對(duì)照組和100、500 μL/L SO2處理果實(shí)彈性均呈下降趨勢(shì),貯藏前40 d,對(duì)照組和SO2處理果實(shí)的彈性都能維持在相對(duì)較好的水平。40 d以后,對(duì)照組實(shí)彈性下降較快,100 μL/L SO2處理高于對(duì)照組。貯藏至100 d時(shí),100、500 μL/L SO2處理組彈性分別為4.68、4.07 mm,SO2處理之間具有顯著差異(p<0.05),其原因可能與紅地球葡萄果皮蠟質(zhì)有關(guān),蠟質(zhì)排列松散,蠟質(zhì)之間存在間隙,SO2易從空腔進(jìn)入果皮結(jié)構(gòu)中,500 μL/L SO2能夠傷害表皮細(xì)胞[9]。結(jié)果表明,100 μL/L SO2處理能延緩果實(shí)彈性的下降。

圖5 不同濃度SO2對(duì)葡萄彈性的影響Fig.5 Effects of different concentrations SO2 on springiness of grape

2.4 不同濃度SO2處理對(duì)紅地球葡萄膠黏性的影響

膠黏性反映的是果肉細(xì)胞間結(jié)合力的大小[22]。由圖6可知,在貯藏期間,對(duì)照組和SO2處理組果膠黏性總體呈下降趨勢(shì),且下降較慢。第60 d,100、500 μL/L SO2處理果實(shí)膠黏性分別比對(duì)照組高了20.34%和16.07%,SO2處理之間無顯著差異(p>0.05),但對(duì)照組與SO2處理組之間具有顯著差異(p<0.05)。貯藏至結(jié)束,100、500 μL/L SO2處理果實(shí)膠黏性降低至6.52和6.45,兩者之間具有顯著差異(p<0.05),這與適宜濃度的SO2能抑制葡萄果實(shí)的軟化,延緩果實(shí)質(zhì)地的劣變相一致[23]。結(jié)果表明,100 μL/L SO2處理果實(shí)膠黏性下降較慢。

圖6 不同濃度SO2對(duì)葡萄膠黏性的影響Fig.6 Effects of different concentrations SO2 on gumminess of grape

2.5 不同濃度 SO2處理對(duì)紅地球葡萄咀嚼性的影響

咀嚼性指果實(shí)對(duì)牙齒咀嚼時(shí)的抵抗力[24]。從圖7可以看出,在貯藏期間,對(duì)照組和SO2處理組咀嚼性均呈下降趨勢(shì)。貯藏至80 d時(shí),對(duì)照組果實(shí)咀嚼性降低至6.74 mJ,同期100、500 μL/L SO2處理組比對(duì)照組分別高了10.25%和8.05%,SO2處理之間無顯著差異(p>0.05),但對(duì)照組與SO2處理組之間具有顯著差異(p<0.05)。貯藏后期至100 d,100、500 μL/L SO2處理組果實(shí)咀嚼性無顯著差異(p>0.05),但100 μL/L SO2處理比500 μL/L SO2處理高了5.87%,這與集賢等[3]在葡萄上研究的結(jié)果基本一致。結(jié)果表明,100 μL/L SO2處理能較好的維持果實(shí)的咀嚼性。

圖7 不同濃度SO2對(duì)葡萄咀嚼性的影響Fig.7 Effects of different concentrations SO2 on chewiness of grape

2.6 紅地球葡萄果皮蠟質(zhì)超微結(jié)構(gòu)對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響

紅地球葡萄為硬脆型果肉,果粒表面有一層較厚的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu),有研究表明正常的葡萄蠟質(zhì)層具有一定的晶體結(jié)構(gòu),在受到SO2侵害時(shí),蠟質(zhì)層的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)遭到迫害[25],葡萄果實(shí)表面的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)變化能加速果實(shí)的劣變[13]。由圖8A1、A2、A3可知,貯藏20 d時(shí),CK組和100、500 μL/L SO2處理組葡萄果實(shí)表面存在有大量的蠟質(zhì),蠟質(zhì)層以顆粒狀、片狀結(jié)構(gòu)存在,凹凸?fàn)蠲黠@,果皮蠟?zāi)ね暾?且處理組與對(duì)照組間沒有明顯差異。貯藏至60 d,CK組表皮結(jié)構(gòu)變化較大,果皮出現(xiàn)環(huán)狀孔洞現(xiàn)象(圖8B1),與CK組相比,100、500 μL/L SO2處理組葡萄果實(shí)存在大塊的蠟質(zhì)層,蠟質(zhì)層的凹凸起伏變得不明顯,小的蠟塊變小或消失(圖8B2、B3),這可能是上文中60 d后CK組硬度下降較快的原因,李宏健[26]等證明了這一點(diǎn)。貯藏100 d時(shí),從圖9C1、C2、C3可以看出,果實(shí)呈大量片狀分層,果皮蠟質(zhì)層發(fā)生明顯的改變,蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)受到SO2濃度的影響,有的部位變薄,蠟?zāi)て屏?從而使表皮細(xì)胞直接與外界接觸,果實(shí)組織結(jié)構(gòu)被破壞;CK對(duì)照組蠟質(zhì)片狀結(jié)構(gòu)增多,環(huán)狀孔洞面積增大,500 μL/L SO2處理組果皮出現(xiàn)裂縫、空洞(圖8C3),100 μL/L SO2處理組影響稍小(圖8C3),可能是SO2和病原物很容易突破葡萄表皮的保護(hù)組織而進(jìn)入,使葡萄果皮蠟質(zhì)受到輕微傷害[25],500 μL/L SO2處理能夠傷害表皮蠟質(zhì)[10]。說明100 μL/L SO2可以抑制紅地球葡萄果皮蠟質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的變化。

圖8 0 ℃貯藏期間紅地球葡萄果皮蠟質(zhì)超微結(jié)構(gòu)圖(1700×)Fig.8 Scanning electron micrographs of wax of red globe grape during storage at 0 ℃(1700×)注:A1～A3分別代表貯藏20 d對(duì)照組、100 μL/L SO2處理組、500 μL/L SO2處理組的果皮蠟質(zhì);B1～B3分別代表貯藏60 d對(duì)照組、100 μL/L SO2處理組、500 μL/L SO2處理組的果皮蠟質(zhì);C1～C3分別代表貯藏100 d對(duì)照組、100 μL/L SO2處理組、500 μL/L SO2處理組的果皮蠟質(zhì)。

2.7 SO2間歇熏蒸對(duì)紅地球葡萄不同質(zhì)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性分析

由表1可知,在此測(cè)試參數(shù)下,葡萄的質(zhì)地參數(shù)有較好的相關(guān)性(r=0.433～0.903)。紅地球葡萄果肉硬度與彈性、咀嚼性呈極顯著正相關(guān)性(p<0.01),這表明葡萄果肉硬度越大,果肉的彈性、咀嚼性就越高;硬度與膠黏性呈顯著正相關(guān)(p<0.05)。此外,內(nèi)聚性與硬度無顯著相關(guān)性(r=0.433),和彈性、膠黏性呈極顯著正相關(guān)性(p<0.01),和咀嚼性呈顯著正相關(guān)性(r=0.492),果肉彈性與膠黏性、咀嚼性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(p<0.01),其中與咀嚼性的相關(guān)性最高(r=0.903),表明果實(shí)的彈性能夠?qū)捉佬杂泻艽蟮挠绊?對(duì)膠黏性也有較大的影響。膠黏性和咀嚼性呈極顯著相關(guān)(p<0.01)。綜上所述,彈性(0.601～0.903)、膠黏性(0.749～0.809)、咀嚼性(0.492～0.903)分別同其他測(cè)試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)均具有顯著的相關(guān)性。

表1 不同處理與紅地球葡萄質(zhì)地參數(shù)的相關(guān)性分析(R)Table 1 Correlation analysis of different treatment and texture parameters of red globe grape

2.8 SO2間歇熏蒸對(duì)紅地球葡萄不同質(zhì)構(gòu)參數(shù)的PCA

主成分分析(principal components analysis,PCA)也叫作主分量分析,由霍特林(Hotelling)首先提出。PCA消除了質(zhì)構(gòu)參數(shù)間不同量綱的問題,也消除了各指標(biāo)間相關(guān)性造成的信息重疊,避免了人為區(qū)分各指標(biāo)間權(quán)重系數(shù)的問題[27],旨在利用降維思想把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)綜合指標(biāo),保留原始變量的信息的前提下通過少數(shù)幾個(gè)主成分來揭示多個(gè)變量間的關(guān)系。通過對(duì)紅地球葡萄質(zhì)構(gòu)的5個(gè)特征指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,得到兩個(gè)主成分如圖9,累積貢獻(xiàn)率達(dá)到96.81%,基本上反映了原質(zhì)構(gòu)特性包含的全部信息。指標(biāo)空間上距離越近,表示相關(guān)程度越高,其中,內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性、彈性、硬度在DIM1的正坐標(biāo)處,則DIM1主要反映了質(zhì)地參數(shù)的相關(guān)程度;內(nèi)聚性和膠黏性在DIM2的正坐標(biāo)處具有較高載荷,主要反映了葡萄果實(shí)組織結(jié)構(gòu)的韌性。建立2個(gè)主成分表達(dá)式,F1=0.764X1+0.754X2+0.820X3+0.851X4+0.989X5,F2=-0.586X1+0.652X2-0.530X3+0.514X4-0.015X5,式中:X1、X2、X3、X4、X5分別為硬度、膠黏性、咀嚼性、內(nèi)聚性、彈性的標(biāo)準(zhǔn)化值。

圖9 SO2對(duì)紅地球葡萄TPA主成分因子載荷的影響Fig.9 PCAloadings for TPA parameters of red globe grape

由主成分表達(dá)式計(jì)算得到不同處理不同時(shí)間點(diǎn)的主成分得分(圖10)。結(jié)果表明,100 μL/L SO2處理有2個(gè)點(diǎn)(20、40)在C區(qū)上,比其他處理組多,表明100 μL/L SO2處理的貯藏效果優(yōu)于其他處理;對(duì)照處理貯藏紅地球葡萄較差,進(jìn)一步說明了100 μL/L SO2處理優(yōu)于其他處理。在區(qū)間D上,SO2處理組比CK組多,說明SO2處理紅地球葡萄質(zhì)地保持較好,相關(guān)性較顯著。總體而言,這2個(gè)主成分將對(duì)照同SO2處理較好地區(qū)分開來。

圖10 SO2對(duì)紅地球葡萄TPA主成分得分的影響Fig.10 PCA scores for TPA parameters of red globe grape stored fordifferent periods after SO2 treatment

3 結(jié)論

采用TPA測(cè)試紅地球葡萄果實(shí)的質(zhì)地參數(shù)表明,100 μL/L SO2處理效果較好,能夠很好的保持葡萄果實(shí)的各項(xiàng)質(zhì)地參數(shù),對(duì)果實(shí)內(nèi)部組織的結(jié)合力影響較小,對(duì)果實(shí)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)傷害較小。SO2間歇熏蒸處理可以延緩葡萄果實(shí)硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等質(zhì)地參數(shù)的下降。相關(guān)性分析表明,彈性(0.601～0.903)、膠黏性(0.749～0.809)、咀嚼性(0.492～0.903)分別同其他測(cè)試的質(zhì)構(gòu)參數(shù)均具有顯著的相關(guān)性,彈性、膠黏性、咀嚼性是影響紅地球葡萄貯藏期間果肉質(zhì)地的重要參數(shù)。掃描電鏡表明,100 μL/L SO2可保持紅地球葡萄蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性。PCA分析表明,兩個(gè)主成分可較好的將對(duì)照、100、500 μL/L SO2處理區(qū)分開來,100 μL/L SO2處理能夠較好的保持紅地球葡萄的品質(zhì)。