臭氧處理對冬棗貯藏品質(zhì)的影響

彭旭陽，董成虎，趙曉梅，紀(jì)海鵬，苗云剛，張婷，胡云峰*，繳秋祥

（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）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；3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091；4.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；5.山東華旭包裝制品有限公司，山東 淄博 370300；6.梁山縣科技創(chuàng)新服務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272600）

冬棗屬鼠李科植物，因果實(shí)多在10 月下旬成熟故稱其為冬棗[1]，或稱為凍棗、冰糖棗等。冬棗果肉脆嫩，汁水飽滿，味道甘甜，有獨(dú)特的香味，富含多種人體所需氨基酸和維生素，其中維生素C 的含量比蘋果高70 倍，比梨高100 倍。此外，冬棗中的維生素B 族對安神和提高睡眠質(zhì)量有著顯著功效，因此備受消費(fèi)者喜愛[2]。冬棗在運(yùn)輸和采摘過程中易出現(xiàn)機(jī)械損傷，由于棗屬非呼吸躍變型水果，采后在常溫條件下會(huì)迅速成熟，出現(xiàn)失水萎蔫、果肉軟化、果皮褐變、逐漸酒化和腐爛變質(zhì)等現(xiàn)象[3]，這極大地限制了冬棗的貯藏性和市場價(jià)值。

目前，冬棗常見的保鮮方式有低溫保鮮[4]、氣調(diào)保鮮[5]、1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）保鮮[6]、ClO2熏蒸保鮮[7]、涂膜保鮮[8]等。臭氧（O3）是一種具有特殊氣味的不穩(wěn)定氣體，在水和空氣中會(huì)逐漸分解為氧氣，無殘留，安全無公害，其強(qiáng)氧化性能破壞微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)從而使細(xì)胞喪失物質(zhì)交換功能，能殺滅致病菌、抑制孢子的萌發(fā)從而延長冬棗的貨架期[9]。臭氧處理作為新興的物理保鮮技術(shù)已應(yīng)用于香椿[10]、蘋果[11]、哈密瓜[12]、葡萄[13]等食品保鮮加工領(lǐng)域，具有較好的保鮮效果，但其在冬棗保鮮上的研究報(bào)道較少。

本文以冬棗為試驗(yàn)材料，采用不同臭氧濃度（0、2.14、10.72、21.44 mg/m3）處理冬棗，探索臭氧對冬棗生理品質(zhì)及其抗氧化能力的影響，篩選臭氧處理的適宜濃度，提高冬棗的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值，為冬棗采后大規(guī)模貯藏提供相關(guān)技術(shù)支撐和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冬棗：采摘于山東沾化冬棗基地，采摘后放置于泡沫箱中，當(dāng)天運(yùn)至國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津），挑選無病蟲害、大小均勻、無機(jī)械傷、果實(shí)飽滿的冬棗為試驗(yàn)材料。

冰醋酸、30%過氧化氫：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；愈創(chuàng)木酚、酚酞：天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心；聚乙烯吡絡(luò)烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVP）、對氨基苯磺酸、α-萘胺、鹽酸羥胺、氫氧化鈉、抗壞血酸、Triton X-100、聚乙二醇：天津市大茂化學(xué)試劑廠；草酸、硫代巴比妥酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetie acid，EDTA）：天津市江天統(tǒng)一科技有限公司；過氧化氫試劑盒：南京建成生物工程研究所。以上化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CA-10CO2分析儀、TA-XT Plus 物性測定儀：美國Stable Micro System 公司；CPR-G6 臭氧氣體檢測探頭：北京康爾興科技發(fā)展有限公司；PAL-1 數(shù)字手持式折射儀：日本ATAGO 公司；D-37520 高速冷凍離心機(jī)：德國Eppendorf 公司；UV-1780 紫外可見分光光度計(jì)：日本島津公司；DZS-708 雷磁多參數(shù)分析儀：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；SynergyH1 酶標(biāo)儀：美國伯騰公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)處理

精選后的冬棗果實(shí)使用微孔膜進(jìn)行分裝，2.50 kg為一袋，6 袋為一組，隨機(jī)分為4 組，共裝24 袋。放置于（0.00±0.50）℃、濕度為80%～90%的冷庫中進(jìn)行預(yù)冷24 h。

試驗(yàn)設(shè)置不同臭氧濃度處理冬棗，放入國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程研究中心（天津）研制的臭氧精密控制熏蒸裝置中。分組設(shè)定為對照組（CK）：不進(jìn)行任何處理；T1 組：2.14 mg/m3臭氧處理；T2 組：10.72 mg/m3臭氧處理；T3 組：21.44 mg/m3臭氧處理。每7 d 處理1 次，每次熏蒸1 h，每隔14 d 取樣進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3.2 試驗(yàn)指標(biāo)與測定方法

1.3.2.1 可溶性固形物（total soluble solids，TSS）含量測定

每個(gè)處理中隨機(jī)選取5 個(gè)冬棗果實(shí)，打碎成漿，用紗布過濾取汁，采用數(shù)字手持式折射儀進(jìn)行測定，每次測定重復(fù)3 次。TSS 含量單位為%。

1.3.2.2 硬度測定

每個(gè)處理隨機(jī)選取10 個(gè)以上果實(shí)，選取冬棗赤道對稱部位使用物性測定儀進(jìn)行硬度測定。設(shè)定運(yùn)行參數(shù)：穿刺深度5 mm，測前速率5 mm/s，測試速率2 mm/s，測后速率5 mm/s，使用P/2 柱頭（Φ=2 mm）單位以kg/cm2計(jì)。

1.3.2.3 超氧陰離子自由基（·O2-）釋放速率測定

參考曹建康等[14]的方法略有改動(dòng)。稱取3 g 研磨后的樣品，以1 ∶1 體積比加提取緩沖液（1 mmol/L EDTA、0.3% Triton X-100 和2%PVP），10 000 r/min 離心20 min 后取上清液。以1 ∶1 ∶1 體積比在試管中加入上清液、磷酸緩沖液、鹽酸羥胺溶液，25 ℃保溫1 h 后，加入對氨基苯磺酸溶液與α-萘胺溶液進(jìn)行顯色反應(yīng)，于530nm 處測定OD 值，重復(fù)3 次。單位以nmol/（min·g）計(jì)。

1.3.2.4 過氧化氫（H2O2）含量測定

采用H2O2試劑盒（分光光度法）：準(zhǔn)確稱取研磨好的冬棗樣品1 g，加入9 mL 磷酸緩沖液，超聲輔助提取2 min，10 000 r/min 離心20 min 后取上清液，根據(jù)試劑盒說明書進(jìn)行加樣操作，于405 nm 處測定OD 值，計(jì)算樣品中H2O2含量。單位以μmol/g 計(jì)。

1.3.2.5 丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量測定

參考Li 等[15]的方法，稱取1 g 加入5 倍體積的三氯乙酸溶液，5 000 r/min 離心15 min 后收集上清液。以1 ∶2 體積比加入上清液和硫代巴比妥酸于試管中，加上棉塞后置于沸水浴中20 min，分別測定上清液在450、532、600 nm 處的OD 值（分別記為A1、A2、A3）。樣品中MDA 含量（C，μmol/g）計(jì)算公式如下。

式中：C1為反應(yīng)液中MDA 濃度，μmol/L；V 為樣品提取液總體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g。

1.3.2.6 抗壞血酸（VC）含量測定

采用鉬藍(lán)比色法測定樣品中VC含量[16]，略有改動(dòng)。稱取冬棗3 g，加入適量草酸-EDTA 溶液，經(jīng)攪碎后轉(zhuǎn)入100 mL 容量瓶中定容、過濾。吸取上清液10 mL 于50 mL 容量瓶中，加入偏磷酸-醋酸溶液1 mL、5%硫酸溶液2 mL 和5%鉬酸銨溶液4 mL，以蒸餾水定容，搖勻，于波長709 nm 處測定吸光度。單位以mg/100 g表示。

1.3.2.7 抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性的測定

參考曹建康等[14]的方法，將2 g 樣品和5 mL 經(jīng)預(yù)冷的提取緩沖液（0.1 mmol/L EDTA、1 mmol/L 抗壞血酸和2%PVP）混勻后10 000 r/min 離心15 min，上清液為APX 提取液，于290 nm 波長下記錄反應(yīng)體系的OD值，每15 s 記一次，連續(xù)測定6 個(gè)點(diǎn)，重復(fù)3 次。以每克果蔬樣品每分鐘吸光度減小0.01 為1 個(gè)APX 活性單位U。

1.3.2.8 過氧化物酶（peroxidase，POD）活性的測定

參考曹建康等[14]的方法，將5 g 樣品和5 mL 經(jīng)預(yù)冷的提取緩沖液（1 mmol/L 聚乙二醇、4%PVP 和1%Triton X-100）混勻后10 000 r/min 離心20 min，上清液為POD 提取液。在酶標(biāo)板孔中加入0.20 mL 25 mmol/L愈創(chuàng)木酚、0.02 mL 0.50 mol/L H2O2以及0.05 mL 的酶液，連續(xù)測定5 min 反應(yīng)混合物的吸光度。以每克果蔬樣品每分鐘吸光度減小0.01 為1 個(gè)POD 活性單位U。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用Origin 2021 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖，每次試驗(yàn)進(jìn)行3 次重復(fù)，以SPSS 22 用于顯著性分析，以P＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度臭氧處理對冬棗TSS 含量的影響

TSS 含量是反映果實(shí)中主要營養(yǎng)物質(zhì)多少的重要指標(biāo)。不同濃度臭氧處理對冬棗TSS 含量的影響見圖1。

圖1 不同濃度臭氧處理對于冬棗TSS 含量的影響Fig.1 Effect of ozone treatment with different concentrations on the TSS content in winter jujubes

從圖1 可以看出，隨貯藏時(shí)間延長TSS 含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。主要是由于冬棗的后熟作用，導(dǎo)致其TSS 含量不斷積累，到達(dá)峰值之后又因果實(shí)的呼吸作用消耗了果實(shí)中的TSS[17]。果實(shí)成熟過程中產(chǎn)生的乙烯被臭氧分解成二氧化碳和水，推遲了果實(shí)的成熟進(jìn)程[18]。貯藏42 d 時(shí)，CK 組TSS 含量為13.93%，顯著低于臭氧處理組（P＜0.05），T1、T2、T3 組TSS 含量分別為16.60%、15.17%、14.63%，且貯藏42 d 后，CK組的TSS 含量始終低于臭氧處理組。這表明，通過在一定貯藏期內(nèi)適宜的臭氧濃度處理，可以有效抑制冬棗中可溶性固形物含量的下降，其中T1 處理組的效果較好。

2.2 不同濃度臭氧處理對冬棗硬度的影響

硬度代表果品在受壓時(shí)所承受的抗力，采后果蔬硬度變化是限制果蔬貨架期的重要因素之一[19]。不同濃度臭氧處理對冬棗硬度的影響見圖2。

圖2 不同濃度臭氧處理對于冬棗硬度的影響Fig.2 Effect of ozone treatment with different concentrations on the hardness of winter jujubes

從圖2 可以看出，各處理組果實(shí)硬度均隨貯藏時(shí)間延長呈下降趨勢，CK 組硬度值下降最多，由開始的4.47 kg/cm2降為最終的1.80 kg/cm2。貯藏28 d 時(shí)，與CK 組相比，T1、T2 和T3 組果實(shí)硬度較高（P＜0.05）?？赡苁浅粞跻种屏艘蚁┊a(chǎn)生并通過抑制MdPME 和MdPG1基因的表達(dá)來抑制多聚半乳糖醛酸酶、果膠甲酯酶等的活性，延緩細(xì)胞壁降解，使果實(shí)維持較好的硬度[20]。以上結(jié)果表明臭氧處理可有效延緩冬棗果實(shí)的硬度下降。

2.3 不同濃度臭氧處理對冬棗超氧陰離子自由基（·O2-）釋放速率的影響

超氧陰離子是細(xì)胞中毒性最強(qiáng)的自由基，其大量產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞發(fā)生毒害甚至死亡[21]。不同臭氧處理對于冬棗·O2-釋放速率的影響見圖3。

圖3 不同濃度臭氧處理對于冬棗超氧陰離子自由基釋放速率的影響Fig.3 Effect of ozone treatment with different concentrations on the release rate of superoxide anion radical from winter jujubes

從圖3 中可以看出，貯藏期內(nèi)CK 組的·O2-釋放速率顯著高于T1、T2 和T3 處理組（P＜0.05），在貯藏84 d時(shí)，CK、T1、T2、T3 組·O2-釋放速率分別為2 082.81、1 091.60、1 708.99、1 882.21 nmol/（min·g），分別是初始值的260.13%、136.45%、213.32%、235.04%。并且整個(gè)貯藏期內(nèi)T1 處理組·O2-釋放速率變化較為平緩。在貯藏70～84 d 時(shí)·O2-釋放速率突然升高，可能是因?yàn)橘A藏后期，果實(shí)遭受逆境脅迫及衰老而產(chǎn)生大量活性氧的現(xiàn)象[22]。綜上，臭氧處理可以顯著抑制·O2-的釋放速率，其中T1 組抑制·O2-釋放速率效果較好。

2.4 不同濃度臭氧處理對冬棗H2O2 含量的影響

過氧化氫是活性氧系統(tǒng)的重要組成部分，生物、非生物脅迫以及激素信號(hào)等均可刺激植物細(xì)胞產(chǎn)生和積累H2O2[23]。但是過高的H2O2濃度超過植物本身的中和能力時(shí)，會(huì)引起氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致果蔬脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化以及細(xì)胞膜的損傷[24]。不同濃度臭氧處理對冬棗H2O2含量的影響見圖4。

圖4 不同濃度臭氧處理對冬棗H2O2 含量的影響Fig.4 Effect of ozone treatment with different concentrations on the H2O2 content in winter jujubes

從圖4 中可以看出，冬棗的整個(gè)貯藏期內(nèi)H2O2含量隨貯藏時(shí)間延長總體呈上升趨勢，與CK 組相比，臭氧處理組均減緩了H2O2的積累。在0～14 d 內(nèi)CK 組呈現(xiàn)明顯上升趨勢，而臭氧處理組的H2O2含量具有降低趨勢，其原因可能是臭氧影響了冬棗中與H2O2清除有關(guān)的POD 和APX 的活性[25]，使冬棗中H2O2產(chǎn)生速率小于H2O2清除速率，從而減少了H2O2的積累。貯藏28 d后臭氧處理組H2O2含量逐漸增加，可能是系統(tǒng)對H2O2的清除能力降低，使冬棗中H2O2產(chǎn)生速率大于H2O2清除速率。綜上臭氧處理可以使果實(shí)內(nèi)保持較低的H2O2含量，其中T1 組在貯藏后期效果更明顯。

2.5 不同濃度臭氧處理對冬棗MDA 含量的影響

不同濃度臭氧處理對冬棗貯藏過程中MDA 含量的影響見圖5。

圖5 不同濃度臭氧處理對冬棗中MDA 含量的影響Fig.5 Effect of ozone treatment with different concentrations on the MDA content in winter jujubes

如圖5 所示，T1、T2 處理組的MDA 含量隨著貯藏時(shí)間延長呈現(xiàn)先下降后上升趨勢，可能由于低濃度臭氧抑制了冬棗中MDA 的生成，但由于冬棗的呼吸代謝作用，果實(shí)中的MDA 含量又逐漸呈現(xiàn)升高趨勢。CK組在14～84 d 的貯藏期內(nèi)MDA 含量始終顯著高于臭氧處理組（P＜0.05）。在貯藏28 d 時(shí)，T1、T2 和T3 組MDA 含量分別為CK 組的21.43%、33.04%、82.14%。由此說明適宜臭氧濃度處理抑制了MDA 的生成，有利于冬棗的貯藏，其中T1 處理組的效果較好。

2.6 不同濃度臭氧處理對冬棗VC 含量的影響

冬棗中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，其富含的VC有很強(qiáng)的抗氧化能力，能與活性氧和臭氧發(fā)生作用，對果實(shí)起到保鮮作用[26]。不同濃度臭氧處理對冬棗VC含量的影響見圖6。

圖6 不同濃度臭氧處理對冬棗中VC 含量的影響Fig.6 Effect of ozone treatment with different concentrations on the VC content in winter jujubes

如圖6 所示，冬棗中VC含量整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在貯藏14 d 時(shí)，CK、T1、T2 和T3 組的VC含量分別為419.03、403.89、403.69、383.85 mg/100 g。貯藏期間，CK 組VC含量整體較高，這可能是因?yàn)槌粞蹙哂袕?qiáng)氧化性和還原性，會(huì)與VC發(fā)生反應(yīng)，從而降低果實(shí)中的VC含量。T3 組VC含量顯著低于CK、T1、T2 組（P＜0.05），而T1 組VC含量較T2 組更為平緩。結(jié)果表明，雖然臭氧對VC含量有一定的消耗作用，但是適宜濃度的臭氧可以促進(jìn)抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)以抵御衰老[27]，其中T1 處理組對于維持冬棗VC含量有較好的效果。

2.7 不同濃度臭氧處理對冬棗APX 活性的影響

不同濃度臭氧處理對冬棗APX 活性的影響見圖7。

圖7 不同濃度臭氧處理對冬棗中APX 活性的影響Fig.7 Effect of ozone treatment with different concentrations on the activity of APX in winter jujubes

從圖7 中可以看出，隨著貯藏時(shí)間延長冬棗APX活性整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在14～42 d 內(nèi)T2和T3 組APX 活性低于T1 組，這表明低濃度的臭氧可以維持較高的APX 活性。在56 d 時(shí)，各處理組的APX活性達(dá)到峰值，CK 組APX 活性為315.71U/g，T1、T2 和T3 組的APX 活性分別為356.25、337.00、370.51 U/g。在整個(gè)貯藏期內(nèi)，臭氧處理組的APX 活性整體高于CK組，說明臭氧處理有助于提高冬棗的APX 活性，其中T1 組的效果較好。

2.8 不同濃度臭氧處理對于冬棗POD 活性的影響

過氧化物酶是活性氧清除系統(tǒng)中一種重要的酶，對于延緩植物細(xì)胞衰老，維持細(xì)胞膜活性有著重要作用[28]。不同濃度臭氧處理對于冬棗POD 活性的影響見圖8。

圖8 不同濃度臭氧處理對冬棗中POD 活性的影響Fig.8 Effect of ozone treatment with different concentrations on POD activity in winter jujubes

如圖8 所示，POD 的活性呈現(xiàn)雙高峰的變化趨勢[29]，在0～14 d 內(nèi)POD 活性的升高，意味著植物體內(nèi)清除自由基的能力增強(qiáng)，在14 d 時(shí)達(dá)到第一個(gè)高峰，CK 組POD 活性為1.05 U/g，T1、T2 和T3 組POD 活性分別為1.71、1.63、1.48 U/g，且CK 組POD 活性與臭氧處理組之間有顯著差異（P＜0.05）。在70 d 時(shí)POD 活性又到達(dá)高峰，CK 組POD 活性為1.36 U/g，T1、T2 和T3組POD 活性分別為1.83、1.73、1.66 U/g。這表明臭氧處理可以促進(jìn)冬棗中POD 活性的提高，從而清除果實(shí)衰老過程中生成的H2O2，進(jìn)而延緩果實(shí)的衰老過程，其中T1 處理組的效果較好。

3 結(jié)論

在冬棗采后貯藏期間，由于果實(shí)在自身呼吸蒸騰作用和低溫脅迫影響下，導(dǎo)致冬棗果皮表面縮皺果品轉(zhuǎn)紅軟化、腐爛變質(zhì)等現(xiàn)象。本試驗(yàn)主要對比了不同濃度臭氧處理冬棗的品質(zhì)，確定延緩冬棗采后生理品質(zhì)下降的適宜臭氧濃度。

試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧處理，在貯藏期間能減緩冬棗果實(shí)硬度的下降、抑制冬棗的可溶性固形物含量變化，使冬棗仍具有較高的營養(yǎng)價(jià)值及食用品質(zhì)；在貯藏期內(nèi)，隨著果實(shí)成熟，冬棗果實(shí)因呼吸作用消耗營養(yǎng)物質(zhì)開始大量產(chǎn)生活性氧，造成植物細(xì)胞氧化損失。臭氧處理，激活了APX 和POD 的活性并抑制了·O2-產(chǎn)生速率，減少了貯藏期間產(chǎn)生的H2O2，提高冬棗自身的活性氧清除系統(tǒng)，減少因活性氧引發(fā)的細(xì)胞膜脂過氧化作用及MDA 的積累，有效避免采后冬棗衰老、軟化、腐爛等品質(zhì)劣變現(xiàn)象的發(fā)生。通過對整個(gè)貯藏期內(nèi)冬棗品質(zhì)變化的比較，發(fā)現(xiàn)T1 處理組更適宜用于采后冬棗的保鮮，能夠使冬棗保持較高的生理品質(zhì)和抗氧化能力。然而，臭氧具有較強(qiáng)的氧化性，對植物果實(shí)中的VC會(huì)有一定的破壞作用，因此在今后的研究中可以進(jìn)一步探討這些問題。