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      溫度處理對冷藏獼猴桃后熟品質(zhì)和細胞壁代謝的影響

      2023-11-26 09:28:04王敏雁楊帆譚佳偉索江濤閆金姣馬艷萍
      中國食品學報 2023年9期
      關鍵詞:果膠水溶性軟化

      王敏雁,楊帆,譚佳偉,索江濤,閆金姣,馬艷萍*

      (1 西北農(nóng)林科技大學林學院 陜西楊凌712100 2 陜西佰瑞獼猴桃研究院有限公司 西安710054 3 西北農(nóng)林科技大學園藝學院 陜西楊凌 712100)

      獼猴桃富含維生素、膳食纖維、多種氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì),口味酸甜且風味獨特,深受廣大消費者喜愛[1]。冷藏是保障獼猴桃長期供應最為常見的貯藏技術。出庫時果實質(zhì)地仍然堅硬,需經(jīng)一段時間的后熟達到可食硬度時才能食用。出庫后自然后熟變軟的獼猴桃果實風味及品質(zhì)質(zhì)量參差不齊,顯著影響消費者的購買欲,進而制約獼猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前新西蘭推出即食獼猴桃商品果,其核心是將采摘成熟后的獼猴桃果實經(jīng)人為后熟軟化處理達到即食程度,讓消費者可以放心購買,贏得對果實品質(zhì)的信賴[2]。探尋能夠快速催熟冷藏出庫后的獼猴桃果實,同時維持其品質(zhì)的處理是促進獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。

      溫度和乙烯是影響果蔬后熟進程的重要因素[3]。目前,產(chǎn)業(yè)中常用果蔬催熟方式為乙烯利催熟[4]。乙烯利是一種低毒性的植物生長調(diào)節(jié)劑,已在大量呼吸躍變型果實催熟中應用[5],然而常導致成熟度不可控、商品質(zhì)量差、貨架期縮短和過熟腐爛等問題[6]。短期高溫處理的溫度通常為30~55 ℃,處理時間在幾秒到幾小時不等[7]。短期高溫處理對果蔬采后品質(zhì)的影響在商業(yè)化應用方面日趨成熟,其中普遍應用的熱激處理包括熱空氣和熱水浸泡兩種[8]。與熱水處理相比,熱空氣具有成本低、操作簡單和裝備易獲得等優(yōu)點[9-10]。

      果實品質(zhì)和細胞壁代謝變化是衡量獼猴桃果實后熟技術的重要方面,涉及硬度、可溶性固形物、可滴定酸、淀粉、果膠含量和細胞壁代謝酶活性等相關指標。短期高溫處理可以提高果實細胞壁水解酶的活性,從而引起細胞壁物質(zhì)降解,破壞細胞壁結(jié)構,最終導致果實質(zhì)地軟化[8]。目前熱激處理已在蘋果[11]、草莓[12]、芒果[13]、枇杷[14]等果蔬中應用。熱激處理能有效控制獼猴桃果實采后灰霉病[15]和冷害[16]的發(fā)生。而對冷藏后通過高溫熱空氣處理使獼猴桃果實可以即食,以及對比不同溫度處理對細胞壁代謝的影響鮮見研究報道。

      本試驗以1 ℃冷藏“海沃德”出庫后獼猴桃果實為材料,分別以10 ℃模擬超市冷藏柜溫度,20℃常溫處理和(40+20)℃熱空氣處理,研究果實后熟期間品質(zhì)、細胞壁代謝和貯藏等相關指標的變化規(guī)律和差異,探討溫度調(diào)控獼猴桃果實后熟品質(zhì)的內(nèi)在機制,對即食獼猴桃的生產(chǎn)提供技術參考。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      “海沃德”獼猴桃果實可溶性固形物含量達到7.2%時,人工采收至陜西佰瑞獼猴桃研究院有限公司,采收時選擇大小和成熟度一致的無病蟲害果實,置于塑料筐運回后常溫放置24 h,散去田間熱。然后于相對濕度(95±5)%、(1±0.5)℃冷庫中繼續(xù)貯藏。在硬度52 N 時移至室溫,平鋪散去水蒸氣后待用。

      三氯乙酸,上海山浦化工有限公司;乙二胺四乙酸、乙酰水楊酸、碘化鉀、淀粉,廣東光華科技股份有限公司;3,5-二硝基水楊酸,上海鼓臣生物技術有限公司。

      1.2 儀器與設備

      GY-4 型臺式硬度計,樂清市艾德堡儀器有限公司;Eppendorfa AG22331 型低溫離心機,德國Eppendorf 公司;PAL-BX/ACID3 型手持糖酸儀,日本愛拓公司;Tel-7001 型CO2分析儀,美國TIR公司;Trace GC Ultra 型氣相色譜儀,美國Thermo Scientific 公司;RXZ 型智能人工氣候箱,寧波江南儀器廠;Titrette瓶口滴定器,德國BRAND GMBH+CO KG 公司;A11 型研磨分析儀,德國IKA 公司。

      1.3 試驗方法

      1.3.1 樣品處理 將出庫后的獼猴桃果實分成3組,分別移至10,20 ℃和(40+20)℃的3 個培養(yǎng)箱中,相對濕度為70%~80%。每處理3 個重復,每重復135 個果實。每處理固定45 個果實,每15 個為1 個重復,用于呼吸速率和乙烯釋放速率的測定。

      1.3.2 取樣 依據(jù)不同溫度處理果實不同軟化進程預測,10 ℃處理每8 d、20 ℃處理每4 d、(40+20)℃處理于0,4,6,8 d 時進行取樣。每處理3 個重復,每重復15 個果實。取樣時,每處理每重復測定果實果肉硬度、可溶性固形物含量(SSC)和可滴定酸(TA)含量,然后去皮取果實赤道部位果肉樣品,立即投入液氮速凍后置于-80 ℃冰箱,備用測定其它相關指標。

      1.3.3 指標測定

      1.3.3.1 硬度和腐爛率 采用硬度計測定。測定時在果實赤道部垂直兩個點去皮測定,以兩個點的平均值作為果實硬度值。腐爛率參考胡苗等[17]的研究方法測定,貯藏硬度達到15N 左右時,統(tǒng)計腐爛果個數(shù)。腐爛率計算公式為:

      1.3.3.2 呼吸速率和乙烯釋放速率 呼吸速率和乙烯釋放速率參照董曉慶等[18]的方法。每重復的15 個果實先測定呼吸速率,然后吸取氣體,采用氣相色譜儀測定乙烯釋放速率。

      1.3.3.3 營養(yǎng)品質(zhì) 獼猴桃果實的SSC 測定時用手持榨汁器榨汁后采用手持糖酸儀測定;TA 含量參照曹建康等[19]的方法測定;固酸比以SSC 和TA的比值計算;原果膠和水溶性果膠含量參考He等[20]的方法;淀粉含量參考Lu等[21]的方法。

      1.3.3.4 軟化相關酶活性 α-淀粉酶活性參照曹建康等[19]的方法稍作更改進行測定;PE 和活性β-Gal 活性參照Ban等[22]的方法稍作更改進行測定;PG 活性參照Salvador等[23]的方法稍作更改進行測定。

      1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

      采用Microsoft Excel2016 和Origin2017 軟件分別進行數(shù)據(jù)處理和作圖,應用SPSS22.0 對數(shù)據(jù)進行顯著性和多重比較分析,采用Duncan 多重極差檢驗比較平均值在P=0.05 水平的差異顯著性。所有指標測定均設置3 個重復,數(shù)據(jù)以均值±標準差表示。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實后熟品質(zhì)的影響

      2.1.1 硬度和腐爛率 硬度是反映獼猴桃果實后熟進程的重要指標。隨著處理溫度的升高,“海沃德” 獼猴桃果實的硬度下降速度加快(圖1a)。(40+20)℃處理,貯藏6 d 時達到可食硬度16 N 完成后熟,貯藏8 d 時果實硬度下降至7 N,下降率高達84.2%,顯著高于20 ℃和10 ℃處理;20 ℃處理,貯藏12 d 時達到可食硬度12 N 完成后熟,貯藏14 d 時,果實的硬度下降至8 N,而10 ℃處理果實貯藏40 d 時硬度仍然高達約20 N。當果實硬度達到15 N 左右時,統(tǒng)計其腐爛率(圖1b)。(40+20)℃處理果實腐爛率為8%,20 ℃處理腐爛率為4%,表明高溫處理加速了獼猴桃果實的軟化,但果實腐爛率仍然較低。

      圖1 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實硬度(a)和腐爛率(b)的影響Fig.1 Effects of different temperature treatments on fruit firmness(a)and decay rate(b)of kiwifruit after cold storage

      2.1.2 SSC 和TA 含量 SSC 和TA 含量是影響獼猴桃果實風味的重要因素。不同溫度處理獼猴桃果實貯藏后熟期間的SSC 均呈現(xiàn)上升趨勢(圖2a),10 ℃果實的SSC 高于其它處理。貯藏期間,10,20 ℃和(40+20)℃處理的SSC 均值分別為12.49%,11.77%和11.54%。果實TA 含量在貯藏期間以(40+20)℃處理下降最快(圖2b),3 種處理的TA 含量均值分別為1.55%,1.37%和1.29%,平均固酸比分別為7.90,8.19,8.39??梢姡?0+20)℃果實的平均固酸比最高,表明該處理口感較好。

      2.2 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實細胞壁代謝的影響

      2.2.1 呼吸速率和乙烯釋放速率 獼猴桃為呼吸躍變型果實,呼吸速率和乙烯釋放速率是果實后熟衰老進程的重要指標。果實在20 ℃和(40+20)℃貯藏期間,其呼吸強度分別于12 d 和6 d 時達到峰值(圖3a),但前者呼吸峰顯著高于后者(P<0.05);10 ℃貯藏果實在貯藏期間未出現(xiàn)呼吸高峰。3 種處理果實貯藏期間,(40+20)℃處理果實的乙烯釋放速率持續(xù)增加;20 ℃果實的乙烯釋放速率12 d 時達到峰值,且顯著高于其它處理(P<0.05);貯藏期間10 ℃處理果實未出現(xiàn)乙烯高峰(圖3b)。20 ℃果實乙烯峰值出現(xiàn)時間和10 ℃果實的乙烯變化趨勢分別與該溫度下的呼吸速率變化趨勢一致。

      圖3 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實呼吸速率(a)和乙烯釋放速率(b)的影響Fig.3 Effects of different temperature treatments on fruit respiration rate(a)and ethylene release rate(b)of kiwifruit after cold storage

      2.2.2 原果膠和水溶性果膠含量 貯藏期間,獼猴桃果實原果膠含量整體均呈現(xiàn)下降趨勢,且前期下降速率較快后期變化平緩(圖4a)。20 ℃處理果實的原果膠含量下降最快,貯藏末期下降至0.37%,較貯藏初期相比下降率為47.02%。3 個溫度處理果實的水溶性果膠含量均呈現(xiàn)上升趨勢(圖4b),10 ℃果實的水溶性果膠含量貯藏32 d 時達到峰值(0.45%);(40+20)℃處理的水溶性果膠含量貯藏期間迅速上升,至8 d 時最高(0.54%);20 ℃果實的水溶性果膠含量緩慢上升至12 d 時下降。表明(40+20)℃處理促進了“海沃德”獼猴桃果實水溶性果膠含量的上升,進而導致果實軟化。

      圖4 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實原果膠含量(a)和水溶性果膠含量(b)的影響Fig.4 Effects of different temperature treatments on fruit ASP content(a)and WSP content(b)of kiwifruit after cold storage

      2.2.3 淀粉含量和α-淀粉酶活性 貯藏期間,各溫度處理獼猴桃果實的淀粉含量均呈現(xiàn)下降趨勢(圖5a)。貯藏期間,10,20 ℃和(40+20)℃果實淀粉含量的下降速率分別為24.60%,25.42%和24.70%;10 ℃果實的淀粉含量貯藏16 d 時與0 d相比下降率為20.09%,之后趨于平穩(wěn);貯藏結(jié)束時,3 個溫度貯藏果實的淀粉含量差異不顯著(P>0.05)。貯藏期間,10 ℃和20 ℃果實的α-淀粉酶活性分別在32 d(8.80 mg/g/min)和12 d(9.08 mg/g/min)達到峰值后下降,(40+20)℃處理果實的α-淀粉酶活性持續(xù)上升,貯藏8 d(8.15 mg/g/min)時達到最高值。

      圖5 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實淀粉含量(a)和α-淀粉酶活性(b)的影響Fig.5 Effects of different temperature treatments on fruit starch content(a)and α-amylase activity(b)of kiwifruit after cold storage

      2.2.4 PE、PG 和β-Gal 活性 PE、PG 和β-Gal 在果實貯藏期間共同作用降解細胞壁物質(zhì)導致果實軟化。貯藏期間,10 ℃和20 ℃處理獼猴桃果實的PE 活性分別在貯藏40 d(18.46 μmol/min/g)和12 d(12.83 μmol/min/g)達到最高值;(40+20)℃處理的PE 活性貯藏期間持續(xù)增加(圖6a)。10 ℃和20℃處理獼猴桃果實的PG 活性均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,分別在貯藏16 d 和8 d 時達到峰值,20℃處理果實貯藏期間的PG 活性均值(1.25 mg/h/g)高于其它兩個溫度處理。3 個溫度處理獼猴桃果實貯藏期間的β-Gal 活性均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(圖6c),40 ℃處理果實的酶活性顯著(P<0.05)低于其它兩個處理;20 ℃果實的β-Gal 活性均值最高,其次為10 ℃處理。表明高溫處理僅增加了果實的PE 活性,但對PG 和β-Gal 活性的影響不明顯。

      圖6 不同溫度處理對冷藏后獼猴桃果實PE(a)、PG(b)和β-Gal(c)活性的影響Fig.6 Effects of different temperature treatments on fruit PE activity(a),PG activity(b)and β-Gal activity(c)of kiwifruit after cold storage

      3 討論

      獼猴桃是典型的呼吸躍變型果實,溫度和乙烯是影響獼猴桃果實采后成熟和品質(zhì)的重要因素。前人研究認為,低溫貯藏時溫度和乙烯共同調(diào)控獼猴桃果實的成熟[24],但也有學者發(fā)現(xiàn)低溫對于獼猴桃果實軟化的調(diào)控具有獨立于乙烯的通路[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn),20 ℃和(40+20)℃貯藏的獼猴桃果實均出現(xiàn)明顯的呼吸和乙烯高峰,果實后熟較早,但10 ℃處理果實貯藏期間未出現(xiàn)乙烯的大量合成,然而果實仍然能夠正常成熟,這可能是通過獼猴桃內(nèi)部的低溫調(diào)節(jié)成熟機制促進果實的成熟,這與在“海沃德”上的研究一致[26]。說明乙烯并非獼猴桃果實成熟的關鍵必須因子,溫度和乙烯可以共同調(diào)控果實的成熟,同時也具有獨立調(diào)控果實成熟的通路,二者調(diào)控果實成熟的機制應該不同。溫度可能是決定二者之間協(xié)調(diào)還是獨立的主要因素,不同品種獼猴桃果實對溫度的敏感性不同,當貯藏溫度低于響應溫度時,低溫可獨立調(diào)控果實完成后熟;當溫度高于響應溫度時,內(nèi)源乙烯將大量釋放,二者共同促進果實軟化。

      果實質(zhì)地變化與果膠代謝密切相關。一般在后熟軟化過程中,細胞壁原果膠逐漸降解,會引起細胞壁的結(jié)構完整性遭到破壞,使果實質(zhì)地出現(xiàn)軟化[27]。本研究結(jié)果顯示,獼猴桃果實后熟期間,10 ℃處理果實隨著硬度的降低,其原果膠含量和水溶性果膠含量呈極顯著負相關(P <0.01,r=-0.60**),硬度與原果膠含量和水溶性果膠分別呈現(xiàn)極顯著正相關(P<0.01,r=0.82**)和負相關(P<0.01,r=-0.79**)關系,表明原果膠轉(zhuǎn)化為水溶性果膠導致果實的質(zhì)地軟化。20 ℃處理中,果實的水溶性果膠含量先上升后下降,這可能是因為果實在細胞壁酶的作用下原果膠先降解成水溶性果膠,隨后水溶性果膠聚集形成螯合可溶性果膠,進而導致水溶性果膠含量降低[28]。(40+20)℃處理中,水溶性果膠含量高于其它兩個溫度處理,這可能是果實硬度低于其它兩個溫度處理的主要原因。

      PE、PG 和β-Gal 是導致果實成熟軟化的主要細胞壁降解酶[29]。果實中細胞壁降解酶的活性與果膠類物質(zhì)的含量和組分變化密切相關[30]。PE 和PG 協(xié)同催化果膠降解,β-Gal 通過去除果膠多聚醛酸側(cè)鏈的半乳糖殘基使果膠解聚或溶解[30-31]。本研究中,(40+20)℃處理的PE 活性在貯藏8 d 內(nèi)高于20 ℃處理,PG 活性此時卻低于20 ℃處理,這應該是因為熱激處理分別上調(diào)了PE 和下調(diào)了PG 相關基因表達所致[32];(40+20)℃處理在貯藏中水溶性果膠含量與PE、PG 活性均呈現(xiàn)極顯著正相關(r=0.78**和r=0.87**),表明高溫熱激處理中PE 和PG 共同作用促進獼猴桃果實的軟化。10 ℃處理果實貯藏期水溶性果膠含量逐漸升高,同時PE 活性也升高,二者呈現(xiàn)極顯著正相關(P<0.01,r=0.63**),但PG 活性降低,說明PE 和PG 活性變化的不一致可能是影響果實緩慢軟化的原因,溫度處理通過影響PG 活性來影響果膠和水溶性果膠之間的轉(zhuǎn)化。(40+20)℃處理的β-Gal 活性低于10 ℃和20 ℃處理,同時原果膠含量高于這兩個處理,表明高溫處理的β-Gal 活性降低可能有助于延遲原果膠的降解[33]。3 個溫度處理獼猴桃果實的原果膠含量與PE 和β-Gal 活性均呈現(xiàn)極顯著負相關,說明PE 和β-Gal 共同作用導致了果實中原果膠含量下降。

      4 結(jié)論

      冷藏“海沃德”獼猴桃果實出庫后采用10,20℃和(40+20)℃貯藏,以(40+20)℃處理維持了果實固酸比,加速了果實硬度、TA 和淀粉含量的下降,提高了水溶性果膠含量,果實軟化速度最快;20 ℃貯藏加快了果實原果膠的降解,提高了呼吸強度和乙烯釋放速率及PG、β-Gal 和α-淀粉酶活性的峰值;10 ℃處理果實貯藏40 d 時仍然未達到可食硬度。因此,確定(40+20)℃可作為冷藏出庫獼猴桃果實短期軟化的適宜后熟溫度,10 ℃可作為延長其貨架期的貯藏溫度。

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