不同濃度CO2對(duì)四川仔姜采后貯藏品質(zhì)的影響

賈曉昱，杜美軍，張鮮桃，唐先譜，姜瑜倩，李喜宏*

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，省部共建食品營養(yǎng)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457；2.天津捷盛東輝保鮮科技有限公司，天津 300300）

仔姜又名鮮姜，為姜科（Zingiberaceae）姜屬植物姜的根莖，喜溫暖濕潤，廣泛種植于中國中、南部至西南部各省及日本、印度等東南亞國家，含有豐富的姜辣素、姜辛醇類、姜酚、生姜蛋白酶等物質(zhì)，具有止嘔抗菌、抗炎鎮(zhèn)痛、抗氧化、降血糖等作用，因而深受廣大消費(fèi)者的喜愛[1-2]。然而仔姜外皮幼嫩，含水量高達(dá)95%以上，水分極易蒸發(fā)而引起萎蔫，同時(shí)，仔姜采收后葉鞘和莖基部會(huì)有機(jī)械傷，導(dǎo)致仔姜采收后貯藏運(yùn)輸過程中抗病性減弱，極易失水腐爛，遭受微生物侵染[3-5]。因此，亟需開發(fā)仔姜長期保鮮技術(shù)。

目前，仔姜的保鮮主要集中在利用沙藏處理[6]、保鮮劑處理、窖藏處理[7]、氣調(diào)處理、熱激處理[6]等方面，相關(guān)研究取得了一定的成果，但并未完全解決仔姜采后在貯藏過程中易失水、褐變、受微生物侵染腐爛等問題。相溫氣調(diào)箱克服了PE保鮮膜包裝不易產(chǎn)生高CO2氣體濃度的缺點(diǎn)，對(duì)于耐CO2的果蔬可起到很好的保鮮效果。氣調(diào)保鮮貯藏（Control atomosphere，CA）是根據(jù)不同果蔬的生理特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)貯藏環(huán)境中O2和CO2濃度、溫度、濕度等條件，達(dá)到降低果蔬呼吸強(qiáng)度，延緩養(yǎng)分分解的過程，使果蔬保持原有的形態(tài)、色澤、風(fēng)味、質(zhì)地和營養(yǎng)，延長貯藏壽命[8-9]。

本試驗(yàn)通過控制貯藏環(huán)境中氣體CO2、N2和O2濃度，研究了氣調(diào)保鮮對(duì)采后四川仔姜保鮮效果的影響。定期對(duì)四川仔姜的腐爛率、L*值、硬度、相對(duì)電導(dǎo)率、過氧化物酶（PPO）活性等指標(biāo)進(jìn)行測定，確定采后四川仔姜貯藏保鮮的最佳氣調(diào)條件，這對(duì)于四川仔姜的貯藏、運(yùn)輸具有重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試四川仔姜購買于四川省成都市，挑選無機(jī)械損傷、無病蟲害、大小均一、成熟度一致的根莖用于試驗(yàn)。PE保鮮袋（200 mm×180 mm×1.5 mm）購于國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心。

愈創(chuàng)木酚，天津市福晨化學(xué)試劑廠；30%過氧化氫，天津市大茂化學(xué)試劑廠；草酸，天津市大茂化學(xué)試劑廠；所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

試驗(yàn)氣調(diào)保鮮瓶由天津捷盛東輝保鮮科技有限公司提供；GY-B型果實(shí)硬度計(jì)，浙江托普儀器有限公司；JJ-1000精密型電子天平，常熟雙杰測試儀器廠；HP-200精密色差儀，上海漢譜光電科技有公司；DDS-307型電導(dǎo)率測定儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；Centrifuge5804R型冷凍離心機(jī)，德國Eppendorf公司；Alpha-1506分光光度計(jì)，上海譜元儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

將從產(chǎn)地購買的新鮮四川仔姜在2 d內(nèi)運(yùn)輸?shù)教旖蚩萍即髮W(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工保鮮實(shí)驗(yàn)室，流動(dòng)清水洗凈晾干后于14 ℃庫內(nèi)靜置6 h，裝入PE保鮮袋內(nèi)，每袋0.5 kg，用打孔器打4～6個(gè)直徑為10 mm的孔，每個(gè)處理重復(fù)3次，分裝于容量20 L的廣口氣調(diào)瓶內(nèi)，橡皮塞封口，通過配氣系統(tǒng)將鋼瓶CO2、N2、O2按不同比例通入廣口瓶內(nèi)，調(diào)節(jié)O2和CO2濃度，O2濃度均為3%，CO2濃度分別為2%、10%、20%和30%這4個(gè)處理，調(diào)節(jié)結(jié)束后，于(14±1)℃條件下貯藏，每隔7 d進(jìn)行氣體調(diào)節(jié)，并取樣測定一次品質(zhì)和各項(xiàng)生理指標(biāo)，記錄仔姜品質(zhì)變化情況。

1.4 測定指標(biāo)與方法

L*值測定：使用精密色差儀測定；硬度值測定：GY-3手持式型果實(shí)硬度計(jì)，單位為kg/cm2；相對(duì)電導(dǎo)率測定：參考王寧等[11]的方法，單位為%；過氧化物酶（PPO）活性測定：參照曹建康等[12]的方法，單位為△OD420(min·g)。

腐爛率計(jì)算公式見式（1）。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

每組試驗(yàn)分別設(shè)置3次重復(fù)，取平均值，應(yīng)用SPASS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，用Origin9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜腐爛率的影響

不同濃度CO2對(duì)四川仔姜腐爛率的影響如圖1所示，由圖1可知，四川仔姜腐爛率與貯藏時(shí)間呈正相關(guān)，其中2%CO2處理組仔姜腐爛率顯著低于其他處理組（P＜0.05）。貯藏前14 d，各處理組腐爛率上升速率較緩慢，2%CO2、10%CO2、20%CO2處理組開始出現(xiàn)腐爛的時(shí)間比30%CO2處理組推遲7 d，且上述三個(gè)處理組差異不顯著（P＞0.05）。貯藏14～35 d，各處理組仔姜腐爛開始加快，腐爛率逐漸上升，2%CO2處理組腐爛率上升速率低于其他處理組。貯藏第35 d，各處理組腐爛率分別為42.6%、50.8%、53.2%、58.6%，其中2%CO2處理組腐爛率最低。綜上，2%CO2處理組能減緩四川仔姜的腐爛，隨著CO2濃度升高，仔姜腐爛率增加，可見高CO2對(duì)仔姜產(chǎn)生傷害。

圖1 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜腐爛率的影響Fig.1 Effect of different CO2concentration on the rotten rate of Sichuan tender ginger

2.2 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜L*值的影響

L*值是指果實(shí)的光鮮程度，L*值越大，表明果實(shí)越鮮艷光亮，L*值越小，表明果實(shí)越不鮮艷。四川仔姜在貯藏過程中，隨著貯藏時(shí)間的延長，仔姜根莖由于失水和呼吸作用，L*值逐漸減小。不同濃度CO2對(duì)四川仔姜L*值影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，四川仔姜L*值整體呈下降趨勢，2%CO2處理組始終高于其他處理組，且差異顯著（P＜0.05）。貯藏前21 d，各處理組L*值下降速率相對(duì)較快，貯藏21～35 d，各處理組下降速率逐漸變緩，在整個(gè)L*值下降過程中，2%CO2氣調(diào)處理組L*值下降速率始終低于其他處理組，貯藏第35 d，不同處理組好壞程度分別為2%CO2＞10%CO2＞20%CO2＞30%CO2，L*值分別為57.36、54.28、52.05和48.82，其中2%CO2處理組L*最高。綜上所述，2%CO2處理組能有效抑制四川仔姜的褐變程度，而高CO2處理仔姜，能使仔姜亮度變化異常，使仔姜褐變，影響其商品價(jià)值。

圖2 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜L* 值的影響Fig.2 Effect of different CO2concentration on the L*of Sichuan tender ginger

2.3 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜硬度的影響

氣調(diào)貯藏已經(jīng)廣泛用在各種果實(shí)的貯藏中，低O2高CO2可以抑制果蔬呼吸及果實(shí)乙烯的釋放，從而延緩果蔬衰老[13]。果蔬硬度是衡量果蔬貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，硬度過低會(huì)影響其食用價(jià)值和商品價(jià)值[14]。不同濃度CO2對(duì)四川仔姜硬度的影響如圖3所示。

圖3 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜硬度的影響Fig.3 Effect of different CO2concentration on the hardness of Sichuan tender ginger

由圖3可知，在整個(gè)貯藏期內(nèi)，四川仔姜硬度整體呈下降趨勢。貯藏期前14 d，2%CO2、10%CO2處理組硬度差異不顯著（P＞0.05）且硬度顯著（P＜0.05）高于20%CO2、30%CO2處理組，各處理組硬度下降趨勢較緩，貯藏第14 d，各處理組硬度分別為3.8、3.9、3.4、3.2 kg/cm2，其中10%CO2處理組硬度最高。貯藏第14 d開始，2%CO2、10%CO2處理組硬度開始出現(xiàn)差異，各處理組硬度下降速率逐漸加快，2%CO2處理組硬度始終高于其他處理組，貯藏第35 d，各處理組硬度分別1.6、1.4、1.1、0.8 kg/cm2，其中2%CO2處理組硬度最高，且30%CO2處理組四川仔姜出現(xiàn)異味，表現(xiàn)出的CO2傷害的癥狀，說明CO2處理四川仔姜在一定范圍內(nèi)能很好地維持四川仔姜的硬度，但當(dāng)CO2含量過高時(shí)則會(huì)對(duì)仔姜產(chǎn)生危害，不利于貯藏。

2.4 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜相對(duì)電導(dǎo)率的影響

細(xì)胞質(zhì)膜完整性的破壞是果實(shí)衰老的重要標(biāo)志，而細(xì)胞膜的透性則可以用相對(duì)電導(dǎo)率的大小來衡量[15]。不同濃度CO2對(duì)四川仔姜相對(duì)電導(dǎo)率的影響如圖4所示。

圖4 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜相對(duì)電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effect of different CO2concentration on the conductivity of Sichuan tender ginger

由圖4可知，隨著貯藏時(shí)間的增加，各處理組四川仔姜相對(duì)電導(dǎo)率均呈先升后降趨勢，貯藏前28 d，各處理組相對(duì)電導(dǎo)率逐漸增加，可能是高CO2處理使仔姜組織細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝失調(diào)，導(dǎo)致自由基在細(xì)胞內(nèi)積累，與氧自由基清除有關(guān)的酶代謝紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜破壞，其中30%CO2處理組相對(duì)電導(dǎo)率顯著高于其他處理組（P＜0.05），2%CO2處理組的相對(duì)電導(dǎo)率最低，與10%CO2處理組的差異不顯著。貯藏第28 d，各處理組達(dá)到峰值，分別為0.76%、0.80%、0.84%、0.89%，其中2%CO2處理組最低，20%CO2處理組最高。貯藏第28～35 d，各處理組相對(duì)電導(dǎo)率開始下降，貯藏第35 d，各處理組相對(duì)電導(dǎo)率分別為0.59%、0.64%、0.72%、0.76%。綜上，2%CO2處理組效果最佳，可見CO2處理四川仔姜時(shí)濃度不宜過高。

2.5 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜PPO活性的影響

多酚氧化酶（PPO）與果蔬褐變密切相關(guān)，以兩種形式存在于細(xì)胞內(nèi)，一種是具有催化活性的游離態(tài)（FPPO），一種是以潛在活性的結(jié)合態(tài)（BPPO）存在于細(xì)胞膜上。當(dāng)果蔬遭到機(jī)械損傷，細(xì)胞膜破裂，BPPO便游離出來，轉(zhuǎn)化為具有催化活性的FPPO[16]，不同濃度CO2對(duì)四川仔姜PPO活性影響如圖5。

圖5 不同濃度CO2對(duì)四川仔姜PPO活性的影響Fig.5 Effect of different CO2concentration on the PPO activity of Sichuan tender ginger

由圖5可知，隨著貯藏時(shí)間的增加，四川仔姜PPO活性呈先升后降趨勢，其中2%CO2處理組與10%CO2處理組PPO活性差異不顯著（P＜0.05），可能是因?yàn)楦邼舛菴O2導(dǎo)致細(xì)胞代謝紊亂，抑制PPO酶反應(yīng)所需底物，使PPO酶活性受到抑制。貯藏第0～28 d，各處理組PPO活性逐漸增加，第28 d各處理組PPO活性達(dá)到峰值，分別為6.62 ΔOD420/(min·g)、7.01 ΔOD420/(min·g)、7.39OD420/(min·g)、7.63 ΔOD420/(min·g)，貯藏第28～35 d時(shí)間內(nèi)，各處理組PPO開始下降，第35 d各處理組PPO活性分別為4.21 ΔOD420/(min·g)、4.45OD420/(min·g)、5.06 ΔOD420/(min·g)、5.23 ΔOD420/(min·g)，其中2%CO2處理組PPO活性最低，30%活性最高且出現(xiàn)褐變和變軟現(xiàn)象。綜上所述，在一定濃度范圍內(nèi)，CO2對(duì)仔姜PPO活性具有一定抑制作用，當(dāng)濃度過高時(shí)，CO2對(duì)仔姜造成傷害，促使仔姜PPO活性增強(qiáng)。

3 討論

本研究通過控制四川仔姜保鮮環(huán)境的O2和CO2來抑制仔姜細(xì)胞的呼吸代謝，延緩仔姜的衰老。并比較了不同濃度CO2對(duì)四川仔姜(14±1) ℃條件下貯藏期間品質(zhì)影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3%O2+2%CO2處理組保鮮效果最佳，品質(zhì)變化較緩慢，能顯著降低腐爛率，減緩L*值的下降，有效地維持了硬度和細(xì)胞膜的完整性，降低了與褐變有關(guān)的多酚氧化酶（PPO）的活性。3%O2+20%CO2、3%O2+30%CO2處理組品質(zhì)變化下降較快，尤其在貯藏后期，仔姜腐爛嚴(yán)重、根莖硬度下降快、MDA含量增加、PPO活性差、褐變嚴(yán)重，外觀表現(xiàn)差。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)適用于仔姜保鮮的氣調(diào)條件為溫度14 ℃，氣體3%O2＋2%CO2。在此條件下貯藏期可延長至35 d，并顯著降低PPO活性，減緩L*值的下降，保持硬度和細(xì)胞膜完整性。