被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)采后甜櫻桃活性氧清除的影響

張佳楠，董成虎，王志偉，張娜，于晉澤，陳存坤，紀(jì)海鵬*

1(天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津，300457)2(國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300384)

甜櫻桃采后在貯藏的過程仍然是生命活體，依然進(jìn)行著生理代謝過程，不可避免地產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)[1]。ROS是一類強(qiáng)氧化能力、性質(zhì)活潑的含氧類物質(zhì)，主要以羥自由基、超氧陰離子自由基、H2O2和單線態(tài)氧(1O2)等形式存在，其被國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為是一類會(huì)損傷植物機(jī)體中生物膜脂成分和蛋白質(zhì)成分的毒性物質(zhì)。正常情況下，植物體內(nèi)產(chǎn)生的ROS代謝處于平衡狀態(tài)，然而當(dāng)果蔬遭受衰老、失水、病原菌侵染等逆環(huán)境脅迫時(shí)，會(huì)刺激果蔬體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，來應(yīng)對(duì)脅迫，一旦ROS和抗氧化防御機(jī)制之間失衡將會(huì)加劇采后果蔬生理代謝紊亂，進(jìn)一步加劇果蔬的衰老[2]。因此，ROS代謝失衡被認(rèn)為是影響果蔬劣變發(fā)生的最重要原因之一[3]。

植物的抗氧化機(jī)制受環(huán)境影響顯著[4]。為了延緩甜櫻桃采后衰老，目前我國主要采用氣調(diào)方式改變甜櫻桃貯藏環(huán)境。有研究表明，氣調(diào)處理能夠通過調(diào)節(jié)酶促系統(tǒng)的關(guān)鍵酶[超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)、抗壞血酸過氧化物酶(aseorbateperoxidase，APX)、過氧化氫酶(catalase，CAT)]活性和非酶促系統(tǒng)的內(nèi)源抗氧化物質(zhì)的含量來減少ROS的積累，延緩采后果蔬的衰老進(jìn)程[5]。陳勇等[6]發(fā)現(xiàn)70%O2+30%CO2的主動(dòng)自發(fā)氣調(diào)能夠誘導(dǎo)SOD、POD酶活的增加和抗血酸等抗氧化物質(zhì)含量增加，降低ROS含量，延緩衰老進(jìn)程，維持西藍(lán)花的采后品質(zhì)?？祷鄯嫉萚7]同樣發(fā)現(xiàn)氣調(diào)包裝能夠提高獼猴桃抗氧化物質(zhì)含量,延緩果實(shí)的衰老速度。但是，人工氣調(diào)的成本相對(duì)較高，而被動(dòng)氣調(diào)包裝同樣能夠改變貯藏的微環(huán)境，并且其成本低。

本試驗(yàn)以“紅燈”櫻桃為試材，采用不同包裝對(duì)甜櫻桃進(jìn)行處理，以甜櫻桃的抗壞血酸、總酚、總黃酮、總花青素的含量以及POD、SOD和APX酶活為指標(biāo)，探討被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)采后甜櫻桃ROS清除的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

于2019年6月5日從中國天津市寧河區(qū)采集新鮮的、未損壞的的“紅燈”櫻桃，并將其運(yùn)往國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津)。

草酸、EDTA、偏磷酸、醋酸、硫酸、無水乙醇、福林酚試劑，均為分析純，天津市江天統(tǒng)一科技有限公司；POD酶活試劑盒、SOD酶活試劑盒、APX酶活試劑盒，南京建成生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1780型紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；雷磁DZS-708多參數(shù)分析儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；SynergyH1酶標(biāo)儀，美國伯騰有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

櫻桃樣本隨機(jī)分為4組，每組10份，每份含有(500±10) g。對(duì)照(CK)組：無包裝，置于冷庫中。P1組：用30 μm聚乙烯袋包裝，袋大小為20 cm×30 cm。P2組：40 μm聚乙烯袋包裝，袋大小為20 cm×30 cm。P3組：用50 μm聚乙烯袋包裝，袋大小為20 cm×30 cm如表1所示。所有櫻桃在(0±0.5) ℃和(90±5)%相對(duì)濕度(relative humidity,RH)下保存35 d，分別于0、7、14、21、28、35 d對(duì)甜櫻桃取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)3次。

表1 20 ℃聚乙烯膜的性能指標(biāo)

1.3.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.2.1 抗壞血酸

甜櫻桃抗壞血酸含量的測(cè)定用鉬藍(lán)比色法測(cè)定[8]，結(jié)果以mg/100g FW 表示。

1.3.2.2 總花青素

甜櫻桃總花青素用pH示差法測(cè)定[9]，結(jié)果以mg/kg表示。

1.3.2.3 總酚

甜櫻桃中總酚的含量測(cè)定采用福林酚比色法測(cè)定[9]，計(jì)算結(jié)果以沒食子酸當(dāng)量濃度，單位為mg/kg。

1.3.2.4 總黃酮

甜櫻桃中總黃酮的測(cè)定采用JIA等[10]的方法測(cè)定。根據(jù)通過繪制兒茶素的系列濃度與吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算結(jié)果為兒茶素當(dāng)量濃度，單位為mg/kg。

1.3.2.5 過氧化物酶

POD酶活測(cè)定使用POD盒測(cè)定。置于420 nm處，測(cè)定吸光度測(cè)定樣品的POD活性。一個(gè)酶活力單位定義為每克組織每分鐘催化1 μg底物的酶量，單位以U/g FW(每克鮮樣中POD活力)計(jì)。

1.3.2.6 超氧化物歧化物酶

SOD酶活測(cè)定使用SOD試劑盒測(cè)定。置于450 nm處，測(cè)定吸光度測(cè)定樣品的SOD活性。一個(gè)SOD酶活力單位定義為SOD抑制率達(dá)50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的酶量，單位以U/g FW(每克鮮樣中SOD活力)計(jì)。

1.3.2.7 抗壞血酸過氧化物酶

APX酶活測(cè)定使用APX試劑盒測(cè)定。置于290 nm處，測(cè)定吸光度測(cè)定樣品的APX活性。一個(gè)APX酶活力單位定義為每克組織每分鐘在1 mL反應(yīng)體系中催化1 μmol ASA，單位以U/g FW(每克鮮樣中APX活力)計(jì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件處理，Origin 2018 Pro繪圖，SPSS 20.0軟件進(jìn)行最小顯著性差異分析(least-significant difference，LSD)，在P<0.05上有顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃抗壞血酸含量的影響

低水平的O2可能有助于延緩抗環(huán)血酸的氧化，而高濃度的CO2可能有助于延緩抗環(huán)血酸相關(guān)的氧化酶活性[11]。圖1顯示所有處理組甜櫻桃抗壞血酸含量在貯藏期間急速下降。甜櫻桃最初抗壞血酸含量為11.52 mg/100g FW，在第28天CK組該含量下降56.9%(由于CK組在第28天失去市場(chǎng)價(jià)值之后便不再進(jìn)行測(cè)定)，其他處理組抗壞血酸的的損失量要遠(yuǎn)小于CK組。這結(jié)果與AGLAR等[12]關(guān)于甜櫻桃的報(bào)告一致。在貯藏35 d后P2組該值要高于P1和P2組，這可能是由于抗壞血酸也是呼吸代謝物質(zhì)之一，不同的包裝導(dǎo)致不同的氣體氛圍，P2組包裝形成的氣體氛圍產(chǎn)生了相對(duì)較低的呼吸速率，能夠降低抗壞血酸降解速率。在TIAN等[13]使用不同氣調(diào)對(duì)甜櫻桃進(jìn)行研究過程中同樣發(fā)現(xiàn)含氧量5%的大氣氛圍比含氧量16%組的抗血酸含量保留率高。但在GOMES等[14]的報(bào)告中表明氧水平分別為16.7%、1.8%和0.25%的條件下并未導(dǎo)致鮮切梨片抗壞血酸含量的變化，這與本研究存在差異。

圖1 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃抗壞血酸的影響Fig.1 Effect of passive modified atmosphere packaging on ascorbic acid of sweet cherry注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總花青素的影響

ROS積累到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)植物造成損傷，花青素是植物體內(nèi)清除ROS主要內(nèi)源抗氧化物質(zhì)之一[2]。不同聚乙烯(polyethylene，PE)包裝對(duì)甜櫻桃總花青素的影響如圖2所示。CK組和處理組的總花青素的含量均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。對(duì)照組含量下降最大，下降了24.8%，且在整個(gè)貯藏過程中含量一直遠(yuǎn)小于處理組(P<0.05)。P1和P3組的花青素含量均在第7天下降到最低值，分別下降了19.55%和5.12%，P2組雖然在第14天下降到了最低值，但是下降了15.46%要低于P1組。整體上來說P3組下降的含量最小，且該組在整個(gè)貯藏期間該處理組的含量一直高于其他處理組(P<0.05)。這結(jié)果表明不同PE包裝對(duì)維持甜櫻桃中花青素均有一定的維持作用，其中P3組的包裝最利于抑制花青素的降解，這可能是因?yàn)镻3組形成的袋內(nèi)氣體微環(huán)境最有利于抑制甜櫻桃中花青素的下降。楊相政等[15]的研究也表明硅窗氣調(diào)包裝能夠延緩藍(lán)莓果實(shí)中花青素的分解，維持果蔬的的顏色。章寧瑛[16]采用不同的氣調(diào)處理藍(lán)莓果實(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5%O2+15%CO2的組合能夠有效維持藍(lán)莓中花青素的含量。

圖2 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總花青素的影響Fig.2 Effect of passive modified atmosphere packaging on total anthocyanin of sweet cherry

2.3 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總酚的影響

酚類物質(zhì)具有清除自由基的能力，主要通過提供電子或者氫原子來參與到清除ROS的過程當(dāng)中，抑制自由基的積累，減少對(duì)果蔬的損傷[17]。圖3顯示不同的處理組對(duì)甜櫻桃中總酚含量的影響不同，所有的處理組該值均成上升的趨勢(shì)。對(duì)照組的含量一直呈現(xiàn)直線上升的趨勢(shì)，在貯藏的結(jié)束時(shí)總酚的含量從425.20 mg/kg上升至497.73 mg/kg，且除了前7 d一直低于處理組(P<0.05)。P2組總酚的含量在貯藏結(jié)束的時(shí)候從425.20 mg/kg上升至541.47 mg/kg，且在整個(gè)貯藏期間總酚的含量一直高于其他處理組(P<0.05)；P1、P3組在貯藏結(jié)束的時(shí)候從425.20 mg/kg分別上升至522.78和531.34 mg/kg。結(jié)果表明，氣調(diào)包裝對(duì)促進(jìn)甜櫻桃中總酚含量的上升有正面作用，其中P2組最有利于促進(jìn)甜櫻桃總酚含量的生成，這可能苯丙烷代謝途徑相關(guān)。AGLAR等[18]采用氣調(diào)包裝處理甜櫻桃發(fā)現(xiàn)增加果實(shí)中總酚的含量，在阻止氧化應(yīng)激條件方面的積極作用。孫興盛等[19]的研究同樣表明適宜的氣體環(huán)境(3%CO2+16%O2)能夠有效維持總酚的含量及誘導(dǎo)苯丙烷代謝和抗氧化代謝的實(shí)現(xiàn)。

圖3 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總酚含量的影響Fig.3 Effect of passive modified atmosphere packaging on total phenol content of sweet cherry

2.4 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總黃酮的影響

黃酮是清除植物體內(nèi)ROS主要內(nèi)源抗氧化物質(zhì)之一，這種抗氧化能力主要是由于類黃酮中苯環(huán)上羥基有很強(qiáng)的抗氧化能力，能夠高效的清除自由基[20]。如圖4所示，所有的處理組呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，CK促進(jìn)總黃酮的生成量要低于處理組(P<0.05)。在貯藏結(jié)束時(shí)，處理組總黃酮的生成量分別增加了26.1%、29.5%和25.7%，P2組生成的量最大，且再整個(gè)貯藏過程中，含量一直高于其他處理組(P<0.05)。結(jié)果表明，被動(dòng)氣調(diào)包裝均能促進(jìn)甜櫻桃中總黃酮生成，其中P2組最有利于促進(jìn)總黃酮的生成，這可能與黃酮的次生代謝相關(guān)。周秋陽等[21]采用高氧氣調(diào)包裝處理了綠竹筍嫩莖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)60%O2+20%CO2和80%O2+20%CO2最能有效延緩黃酮清除自由基能力的下降。MASHABELA等[22]探討不同類型的氣調(diào)包裝膜和貯藏時(shí)間對(duì)鮮切花椰菜采后品質(zhì)和生物活性物質(zhì)的影響，結(jié)果表明20 NF包裝(6.1%O2+11.4%CO2)能夠有效維持類黃酮的含量。

圖4 被動(dòng)同氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃總黃酮含量的影響Fig.4 Effect of passive modified atmosphere packaging on total flavonoids of sweet cherry

2.5 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃POD酶活的影響

POD作為ROS清除酶的主要酶之一，主要是由于POD能夠催化植物體內(nèi)超氧陰離子自由基生成H2O2和O2，間接降低羥自由基產(chǎn)生，從而減少自由基對(duì)植物細(xì)胞的破壞，減緩植物的衰老進(jìn)程[23]。如圖5所示，所有的處理組均呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢(shì)。對(duì)照組組先在前14 d下降了60.6%，之后雖然呈現(xiàn)上升的變化，但是POD活性一直顯著低于PE處理組(P<0.05)。P2組同樣在第14天下降到最低值，從78.89 U/g FW下降到了47.78 U/g FW，下降了39.4%，且該組在7 d后POD的活性一直處于最高的水平(P<0.05)。P1和P3組的POD活性分別在第7天和第14天下降到第1次的最小值，分別下降了43.5%和51.67%，但是之后P3組的POD活力增長的幅卻要遠(yuǎn)大于P1組的增長幅度。結(jié)果表明，相較于對(duì)照組，被動(dòng)氣調(diào)包裝均能延緩POD酶活的下降，其中P2組能夠最有效緩解POD酶活的下降，保持甜櫻桃的品質(zhì)。LI等[24]研究了硅窗氣調(diào)包裝處理了茶樹菇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)的硅橡膠膜窗氣調(diào)包裝能夠維持POD的活性，增強(qiáng)抗氧化酶系統(tǒng)活性最有利于延緩衰老進(jìn)程。

圖5 被動(dòng)同氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃POD酶活的影響Fig.5 Effect of passive modified atmosphere packaging on POD activity of sweet cherry

2.6 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃SOD酶活的影響

SOD是超氧陰離子自由基主要清除酶，在清除ROS方面的作用于POD類似，都是清除自由基，將降低活性氧的積累，維持植物體內(nèi)正常生理代謝[25]。如圖6所示，氣調(diào)包裝組和空白對(duì)照組的呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。對(duì)照組在貯藏結(jié)束時(shí)，1 059.35 U/g FW下降到了682.46 U/g FW。P1組和P2組的變化趨勢(shì)一致，在促進(jìn)P1、P2組的SOD酶活上升的能力是一樣的，但P2組在第7天的SOD下降的程度顯著大于P1組(P<0.05)，且P1組在7 d后該組的SOD活力顯著高于其他處理組(P<0.05)。雖P3組最能夠延緩SOD酶活的下降，但是相較于P1、P2組，P3組卻不利于誘導(dǎo)SOD酶活的上升。從整體上來看，不同的PE包裝均能不同程度的誘導(dǎo)SOD活力的上升，其中P1組能夠最有效誘導(dǎo)SOD酶活的上升。馬佳佳等[26]將“波姬紅”無花果為研究對(duì)象，使用4種不同的氣體成分處理，發(fā)現(xiàn)8%O2+12%CO2的氣調(diào)處理能夠最有效維持無花果的SOD酶活性，提高抗氧化能力。這種結(jié)果同樣在櫻桃番茄[27]、雙孢蘑菇[28]、鮮切芹菜[29]等中體現(xiàn)。

圖6 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃SOD酶活的影響Fig.6 Effect of passive modified atmosphere packaging on SOD activity of sweet cherry

2.7 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃APX酶活的影響

APX是H2O2清除酶能夠催化抗壞血酸與H2O2反應(yīng)生成H2O，消除當(dāng)植物遭受到逆境時(shí)產(chǎn)生的H2O2，從而減少H2O2對(duì)植物的損傷[30]。如圖7所示，CK組和PE包裝組均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。CK組APX酶活下降最大21.1%，之后酶活一直低于PE包裝組。P1組和P3組分別在第7 天和第21 天下降到最低值，下降了15.8%和14.5%，但P1組在14 d的APX活力大幅度上升，之后2組無顯著性差異(P>0.05)，這表明短期貯藏P3組的包裝比P1組更適合。P2組在第7天從0.292 3 U/g FW下降到0.266 9 U/g FW，下降了8.70%，在7 d后該組的APX的活力一直顯著高于其他處理(P<0.05)。綜合表明，被動(dòng)氣調(diào)包裝均能影響甜櫻桃的APX活力，其中相較于其他處理組，P2組能將APX的活力維持到相對(duì)較高的水平，能更高效將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O，減少H2O2傷害。郭樂音[31]采用不同厚度聚乙烯包裝處理獼猴桃，發(fā)現(xiàn)MAP30既不產(chǎn)生冷害又不產(chǎn)生有害氣調(diào)，能維持較高水平的清除活性氧酶促反應(yīng)中酶活性，這一結(jié)果同樣在藍(lán)莓中體現(xiàn)[16]。

圖7 被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)甜櫻桃APX酶活的影響Fig.7 Effect of passive modified atmosphere packaging on APX activity of sweet cherry

3 結(jié)論

被動(dòng)氣調(diào)包裝對(duì)于清除活性氧的抑制作用主要來源于果實(shí)體內(nèi)活性氧清除的酶促系統(tǒng)和非酶促系統(tǒng)。對(duì)于非酶促系統(tǒng)，P2組能夠有效抑制甜櫻桃內(nèi)部抗壞血酸含量的降解，促進(jìn)總酚和總黃酮的生成，但維持總花青素的作用小于P3組；對(duì)于酶促系統(tǒng)來說，P2組處理不僅能夠減小POD酶活下降的程度，而且能夠維持APX酶活在高水平，但對(duì)SOD來說，雖然P2組處理能夠誘導(dǎo)SOD酶活的上升，但其能力不如P1組?？傮w上看，P2組清除甜櫻桃果實(shí)內(nèi)ROS的能力最強(qiáng)，可增強(qiáng)抗氧化能力，減少自由基對(duì)果實(shí)的傷害。