UV-C輻照處理對高節(jié)筍冷藏品質(zhì)的影響

鄭 劍,鄭小林

(1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,浙江杭州 310018;2.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院,浙江臨安 311300)

高節(jié)竹(Phyllostachysprominens)是禾本科,剛竹屬筍用竹植物,廣泛種植于浙江安徽一帶,出筍期為4月底到5月下旬。高節(jié)筍筍肉細(xì)嫩,味道鮮美,作為傳統(tǒng)蔬菜,深受人們喜愛。由于出筍時期溫度較高,加之出筍集中,采后容易發(fā)生木質(zhì)化、褐變和腐爛變質(zhì),貯藏難度較大,限制了產(chǎn)品的流通和銷售。

UV-C的波長介于200～280 nm范圍,是短波紫外光,UV-C輻照處理是一種物理方法,無化學(xué)污染。Barka等[1]研究指出，利用適當(dāng)劑量的UV-C可以誘導(dǎo)果蔬產(chǎn)生有益反應(yīng)。榮瑞芳等[2]和Stevens等[3]的研究也提出，紫外處理可以延遲果蔬的成熟和衰老。同時,相關(guān)研究證實,UV-C輻照有助于降低果蔬采后的呼吸速率,從而抑制其腐爛,降低了腐爛率[4-5],并且能夠延緩蘋果、柑橘、番茄、桃、葡萄、番石榴等不同種類果蔬的衰老和成熟[6]。González-Aguilar等[7]也發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)劑量UV-C輻照能夠提高鮮切芒果的抗氧化能力。Erkan等[8]的研究也指出,UV-C輻照能夠提升貯藏期內(nèi)草莓的抗氧化能力。近些年來的相關(guān)研究顯示,UV-C處理能夠提高通過提升抗氧化防御系統(tǒng)和促進脯氨酸累積來提高采后竹筍對冷害的耐受性[9]。然而,關(guān)于UV-C輻照處理對于采后去殼高節(jié)筍的褐變、木質(zhì)化以及食用品質(zhì)影響方面的研究尚未被報道。

因此,本文以高節(jié)筍為原料,研究紫外UV-C輻照對高節(jié)筍品質(zhì)、木質(zhì)化、褐變的影響,為竹筍的采后貯藏保鮮提供一定的實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高節(jié)筍 4月底早上5:00左右采集于浙江省臨安市太湖源鎮(zhèn)高節(jié)竹竹林;L-苯丙氨酸、愈創(chuàng)木酚、4-香豆酸、CoA、二硫蘇糖醇(DTT)、聚乙烯吡咯烷酮、PEG6000、鄰苯二酚(均為分析純) 國藥集團化學(xué)試劑有限公司;松柏醇、NADP+Sigma公司;0.05 mm厚度聚乙烯薄膜袋 妙潔公司。

G30T8UV-C型燈管 飛利浦公司;先馳SENTRY ST-512UV-C型紫外輻照計 臺灣先馳公司;3-30K型冷凍離心機 Sigma公司;UV2450型紫外可見分光光度計 島津公司;MIR-554型恒溫恒濕箱 Sanyo公司;TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 Stable Micro Systems Ltd.,UK;CHROMA METER CR-400型色差儀 柯尼卡公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 高節(jié)筍的輻照處理及冷藏 挑選外觀完好且直徑和長度相近的高節(jié)筍,放置于泡沫箱中于2 h內(nèi)運至實驗室。高節(jié)筍樣品切除基部3 cm不可食用部分,小心剝除筍殼,用自來水清洗干凈,瀝干后浸入0.04%的次氯酸鈉溶液中2 min,瀝干后陰涼通風(fēng)處晾干。而后輻照組用UV-C輻照基部切口位置,輻照強度為4 kJ·m-2(該參數(shù)為前期預(yù)實驗獲得的最佳輻照處理強度),對照組無輻照處理。然后樣品裝于塑料筐中,套0.05 mm厚聚乙烯袋,不封口,置于(6±1) ℃,85%～90% RH的恒溫恒濕箱中貯藏。

每3 d隨機取樣品,檢測切口部位的色差、筍的呼吸速率、失重率和腐爛率,同時取筍基部切口位置往上2～4 cm的一段用于取樣檢測硬度、木質(zhì)素和纖維素含量、PAL(苯丙氨酸解氨酶)、CAD(肉桂醇脫氫酶)、4CL(4-香豆酰輔酶A連接酶)、POD(過氧化物酶)、PPO(多酚氧化酶)活性。實驗重復(fù)3次,每個處理每次取樣30根筍。

1.2.2 指標(biāo)測定方法

1.2.2.1 色差的測定 采用色差儀測定高節(jié)筍基部切面的L*值,每株切面測定3個位置,取平均值。

1.2.2.2 呼吸速率的測定 采用氣流法[10]進行測定。

1.2.2.3 POD、PPO活性的測定 POD、PPO活性的測定按照曹建康等[11]的方法。

1.2.2.4 失重率的測定 用差量法計算,每組10根筍,3次重復(fù),取平均值。公式如下:

失重率(%)=(入貯前筍的質(zhì)量-入貯后筍的質(zhì)量)/入貯前筍的質(zhì)量×100

1.2.2.5 腐爛率的測定 每3 d檢視高節(jié)筍表面真菌和細(xì)菌生長造成的損傷和病灶,不論程度大小,只要肉眼可見,都記為腐爛,計算公式如下:

1.2.2.6 硬度的測定 從高節(jié)筍取樣部位切下約0.7 cm厚筍肉,用質(zhì)構(gòu)儀檢測筍肉的硬度,探頭為P/2N,探頭測試深度為4 mm,貫入速度為0.5 mm s-1,單位為N,3次重復(fù)。

1.2.2.7 木質(zhì)素和纖維素的測定 參照Luo等[12]報道的方法測定,結(jié)果按照占筍肉鮮重的質(zhì)量百分比計。

1.2.2.8 PAL、CAD、4CL活性的測定 PAL活性的測定按照曹建康等[11]報道的方法;CAD活性測定參照Luo等[12]報道的方法;4CL活性的測定參照畢詠梅等[13]報道的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示;SPSS 13.0用one-way ANOVA方法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-C輻照處理對高節(jié)筍L*值和腐爛率的影響

由圖1A可見,在0～6 d,輻照組L*值與對照組相比,無顯著性差異(p>0.05),隨著冷藏時間的延長,高節(jié)筍基部切面L*值逐漸降低,在隨后的9～15 d內(nèi),輻照組的L*值顯著高于對照組(p<0.05),說明UV-C輻照處理能夠明顯抑制高節(jié)筍切面的褐變;由圖1B可知,隨著冷藏時間的延長,對照組和輻照組的腐爛率呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,且冷藏期間輻照組的腐爛率顯著低于對照組(p<0.05)。

圖1 UV-C處理對6 ℃下冷藏竹筍色差L*值和腐爛率的影響Fig.1 Effects of UV-C treatment on L* valueand disease incidence of bamboo shoots during storage at 6 ℃注:不同小寫字母表示與對照組相比,差異顯著(p<0.05);圖3～圖6同。

此外,由圖2可見,采后15 d高節(jié)筍對照組的切面和筍體發(fā)生較重的褐變和霉變,筍體干縮和老化較嚴(yán)重,筍肉帶明顯的棕黃色且有明顯的酸味和霉味;而輻照組的筍體顏色仍呈現(xiàn)出亮黃色,切面顏色為淡淡的棕黃色、輕微褐變、筍體比較飽滿并帶有高節(jié)筍特有的鮮甜味(圖2),可食用率(76.8%)比對照組(33.5%)高40%以上。

圖2 UV-C處理后冷藏15 d后高節(jié)筍的外觀狀況Fig.2 Appearance of bamboo shoots with UV-C treatment stored for 15 days at 6 ℃

實驗結(jié)果說明,隨著冷藏時間的延長,高節(jié)筍采后對微生物的抗病性逐漸減弱,由微生物引起的侵染性病害逐漸加重,導(dǎo)致明顯的腐爛。而UV-C輻照處理可有效抑制微生物侵染性病害的發(fā)生,本實驗的研究結(jié)果與相關(guān)研究指出的UV-C輻照有助于降低果蔬采后腐爛率[4-5]是一致的。Shama[14]研究指出,UV-C作為果蔬采后保鮮的一個有效方法,能夠刺激整個組織產(chǎn)生抗病效應(yīng),而不僅限于對微生物的抗性;Barka等[15]研究表明,UV-C處理能夠提高植物組織對抗真菌等病原微生物的能力。另外,Allende等[16]研究了不同劑量UV-C對切分生菜的微生物數(shù)量和質(zhì)量的影響,結(jié)果表明,適當(dāng)輻照強度的UV-C處理(4.74、8.14 kJ m-2)能夠大量減少微生物數(shù)量,且不影響生菜品質(zhì)。綜上所述,適當(dāng)?shù)妮椪諒姸饶芙档透吖?jié)筍腐爛率,保持其外觀品質(zhì)。

2.2 UV-C輻照處理對高節(jié)筍的PPO和POD活性的影響

由圖3可見,PPO和POD活性在整個冷藏期間(0～15 d)呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,在冷藏的第3 d,UV-C處理與對照差異不顯著(p>0.05),而第6～15 d,UV-C處理組的活性PPO和POD活性均顯著低于對照組(p<0.05)。

圖3 UV-C處理對6 ℃下冷藏竹筍PPO和POD活性的影響Fig.3 Effects of UV-C treatment on activity of PPO and POD activity of bamboo shoots during storage at 6 ℃

采收竹筍容易發(fā)生褐變也是導(dǎo)致品質(zhì)劣變的另一個因素,Degl’Innocenti等[17]和Peiser等[18]研究提出,采后果蔬的褐變跟一系列生物化學(xué)反應(yīng)相關(guān),其中POD、PPO是該代謝途徑的關(guān)鍵酶。實驗結(jié)果表明,隨著貯藏時間的延長,高節(jié)筍自身代謝失調(diào)逐漸發(fā)生,由此引發(fā)的褐變逐漸加重。UV-C輻照處理有效抑制了筍體和筍切面的褐變,延緩了采后高節(jié)筍感官品質(zhì)的下降。Luo等[19]研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸處理能夠通過抑制POD和PPO酶活的上升，進而抑制采后雷竹筍的褐變,沈玫等[20]通過研究提出，外源草酸的處理降低了PPO和POD的活性,進而抑制了馬蹄筍切面的褐變。綜上所述,適當(dāng)劑量的UV-C輻照處理延緩了酶促褐變關(guān)鍵酶PPO、POD活性的上升,進而遲滯了高節(jié)筍褐變的發(fā)生和外觀品質(zhì)的下降,與上述學(xué)者的研究是一致的。

2.3 UV-C輻照處理對高節(jié)筍的呼吸速率和失重率的影響

竹筍采后仍然是一個生命活體,在貯藏過程中一直進行著呼吸,呼吸有助于維持植物組織正常的代謝,但呼吸也會導(dǎo)致干物質(zhì)的損失,呼吸能夠大致反映出產(chǎn)品的代謝水平以及潛在的貯藏貨架期[21]。果蔬的失重主要歸因于貯運和呼吸過程中的水分和干物質(zhì)的損失[22]。因此,降低呼吸速率對于維持采后高節(jié)筍的品質(zhì)和延長貯藏期是至關(guān)重要的。之前相關(guān)的研究表明,UV-C輻照處理能夠降低冷藏果蔬的失重率和呼吸速率[23-24]。

由圖4A可以看出,本實驗中冷藏高節(jié)筍呼吸速率隨著冷藏時間的延長,呈逐漸升高的趨勢,在第3 d時,輻照組的呼吸速率略高于對照組,但差異不顯著(p>0.05),其后的6～15 d內(nèi),UV-C處理使得高節(jié)筍的呼吸速率明顯低于對照組水平(p<0.05)。蔡艷等[25]通過研究UV-C處理對采后草莓果實品質(zhì)和活性氧代謝的影響指出,UV-C作為一種環(huán)境脅迫因子,能夠影響果實采后的衰老生理,同時還參與果實采后的花色苷和酚類物質(zhì)的合成代謝,其作用效果與果蔬的品種、成熟度和UV-C劑量都有關(guān),而目前對其作用機制尚缺乏深入研究,此外,特定劑量的UV-C處理使得草莓的呼吸速率在冷藏期的前3 d略有增加,而后隨著貯藏時間的延長而逐漸下降,這與本實驗的結(jié)果一致。分析呼吸速率圖線初始變化的原因,可能是高節(jié)筍內(nèi)部代謝應(yīng)激于UV-C的脅迫作用做出了內(nèi)部代謝的調(diào)整,具體原因有待于進一步研究。

同時,由圖4B也可以看出,隨著冷藏時間的延長,失重率呈現(xiàn)上升趨勢,在冷藏的6～15 d內(nèi),UV-C輻照能顯著抑制筍體的失重(p<0.05)。

圖4 UV-C處理對6 ℃下冷藏竹筍呼吸速率和失重率的影響Fig.4 Effects of UV-C treatment on respiration rate and weight loss of bamboo shoots during storage at 6 ℃

呼吸速率和失重率的變化趨勢表明,貯藏6～15 d,與對照組相比,本實驗的UV-C輻照處理能夠顯著抑制采后高節(jié)筍的呼吸速率和失重率的上升(p<0.05),與相關(guān)學(xué)者對UV-C輻照處理效果的研究是一致的。

2.4 UV-C輻照處理對高節(jié)筍的硬度、木質(zhì)素和纖維素含量的影響

竹筍的硬度(脆嫩度)是衡量其食用品質(zhì)的重要指標(biāo),而采后貯藏過程中筍體組織的纖維化和木質(zhì)化會導(dǎo)致硬度的上升,使得口感品質(zhì)下降。Luo等[26]、王敬文[27]和陳明木等[28]研究發(fā)現(xiàn),采后竹筍在貯藏過程中,其組織結(jié)構(gòu)中纖維素和木質(zhì)素含量大量增加,木質(zhì)素填充于纖維素的網(wǎng)格骨架結(jié)構(gòu)中,竹筍硬度快速上升,進而導(dǎo)致其食用品質(zhì)下降。

由圖5A可以看出,隨著冷藏時間的延長,高節(jié)筍的硬度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,而相對于對照組,UV-C輻照處理能夠顯著抑制筍肉組織硬度的上升(p<0.05);由圖5B可知,隨著冷藏時間的延長,高節(jié)筍木質(zhì)素含量也是呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,而相對于對照組,UV-C輻照處理也能夠顯著抑制筍肉組織木質(zhì)素含量的累積(p<0.05);從圖5C可看出,在整個貯藏過程中,高節(jié)筍的纖維素的含量都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,在冷藏的第3 d的纖維素含量,UV-C處理與對照差異不顯著(p>0.05),而6～15 d,UV-C輻照處理也能夠顯著抑制筍肉組織纖維素的累積(p<0.05)。

圖5 UV-C處理對6 ℃下冷藏竹筍硬度、木質(zhì)素和纖維素含量的影響Fig.5 Effects of UV-C treatment on firmness and content of lignin and cellulose of bamboo shoots during storage at 6 ℃

黃程前等[29]的研究表明，UV-C結(jié)合ClO2處理能夠有效的抑制鮮切毛竹筍POD、PPO和PAL活性,進而減少組織中木質(zhì)素的合成和延緩組織木質(zhì)化,這與本實驗的結(jié)果一致。

2.5 UV-C輻照處理對PAL、CAD、4CL活性的影響

Boerjan等[30]、Imberty等[31]和林孌等[32]通過研究提出,植物組織中木質(zhì)素是通過苯丙烷類代謝合成,是苯丙氨酸通過一系列生物化學(xué)反應(yīng)合成木質(zhì)素單體,而后通過聚合反應(yīng)生成木質(zhì)素。在這個過程中,有4個關(guān)鍵酶起著重要作用,分別是PAL、CAD、4CL和POD。其中,PAL是第一個關(guān)鍵酶,其催化L-苯丙氨酸脫氨基生成反肉桂酸,后者轉(zhuǎn)化為多種苯丙烷代謝的中間代謝產(chǎn)物如:木質(zhì)素單體、黃酮類、綠原酸,CAD催化最后一步使得木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)多樣化[33-34];4CL位于苯丙烷生物合成代謝的分支點,通過催化羥基肉桂酸轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的CoA的酯,進而連接著木質(zhì)素合成代謝與黃酮分支代謝[34];而POD是該代謝途徑的最后一個關(guān)鍵酶,催化苯丙烷途徑合成的木質(zhì)素前體發(fā)生聚合,從而完成最后一步反應(yīng)并形成木質(zhì)素[31]。因此,PAL、CAD、4CL和POD活性升高均能夠促進木質(zhì)素合成,加速組織木質(zhì)化,降低食用品質(zhì)。另外,陸勝民等[35]的研究報道也表明，竹筍采后木質(zhì)化過程既與PAL和POD酶活上升相關(guān),也與 PPO 和肉桂醇脫氫酶(CAD)兩個酶活性增加相關(guān),原因在于，PPO和CAD也會通過參與綠原酸、香豆素等酚類物質(zhì)的氧化，從而加速木質(zhì)素的合成。

從圖6可以看出，PAL和CAD的活性在整個貯藏期中,均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,在冷藏的第3 d,輻照組與對照差異不顯著(p>0.05),而6～15 d,輻照組的PAL和CAD活性均顯著低于對照組(p<0.05);4CL活性在冷藏過程中呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,同樣,UV-C處理使得該酶活性顯著低于對照水平(p<0.05)。

圖6 UV-C處理對6 ℃下冷藏竹筍的PAL、CAD、4CL活性的影響Fig.6 Effect of UV-C treatment on activity of PAL,CAD and 4CL of bamboo shoots during storage at 6 ℃

Luo等研究指出，適度熱處理[12]和1-MCP[36]處理能夠有效地抑制PAL、POD、CAD的活性，進而抑制竹筍的木質(zhì)化進程。本實驗通過研究發(fā)現(xiàn),高節(jié)筍經(jīng)過適當(dāng)輻照劑量的UV-C處理后,冷藏期間PAL、POD、CAD、4CL的活性均明顯降低,筍肉組織的硬度、木質(zhì)素和纖維素的含量也明顯低于對照。以上說明,本實驗適當(dāng)劑量的UV-C輻照能夠通過有效的抑制高節(jié)筍的木質(zhì)素合成代謝的關(guān)鍵酶PAL、POD、CAD、4CL的活性進而達(dá)到抑制木質(zhì)素累積,延緩木質(zhì)化進程的效果。

3 結(jié)論

本實驗研究發(fā)現(xiàn),高節(jié)筍經(jīng)過適當(dāng)輻照劑量的UV-C處理后,冷藏期間PAL、POD、CAD、4CL的活性均明顯降低,筍肉組織的硬度、木質(zhì)素和纖維素的含量以及腐爛率、失重率明顯低于對照,且色澤明顯優(yōu)于對照,同時冷藏至第15 d，高節(jié)筍的可食用率可達(dá)到76.8%,仍然維持較好的食用品質(zhì)。適當(dāng)劑量的UV-C輻照處理能夠有效抑制冷藏高節(jié)筍的木質(zhì)纖維化進程,延緩褐變,保持產(chǎn)品感官和食用品質(zhì),可以作為高節(jié)筍采后貯藏保鮮的一種新方法。本實驗從UV-C輻照處理對高節(jié)筍采后貯藏過程中品質(zhì)的影響及抑制木質(zhì)化和褐變的生理角度進行了研究，而UV-C輻照處理對于褐變以及木質(zhì)化代謝相關(guān)酶的基因表達(dá)的調(diào)控機制及分子水平上的影響,是本課題后續(xù)深入研究的方向。