短波紫外线处理对采后山楂果营养品质及抗氧化活性的影响

胡丽娜,张春岭,刘　慧,吕珍珍,陈大磊,焦中高

(中国农业科学院郑州果树研究所,河南郑州 450009)



短波紫外线处理对采后山楂果营养品质及抗氧化活性的影响

胡丽娜,张春岭,刘慧,吕珍珍,陈大磊,焦中高*

(中国农业科学院郑州果树研究所,河南郑州 450009)

以大果山楂为试材,研究了不同剂量短波紫外线(UV-C)辐照处理对采后山楂果实常温贮藏条件下总酚、总黄酮、总三萜酸、还原糖、可滴定酸含量和抗氧化活性的影响。结果表明,UV-C辐照能引起山楂处理后24 h内总酚、总黄酮、三萜酸等生物活性物质含量和抗氧化活性的提高,并且提高了其在室温贮藏期间的抗氧化能力,而不对果实品质造成损害。UV-C处理对山楂果实中多酚、三萜酸等生物活性物质合成的激发效应具有较强的时效性,且与处理剂量密切相关,高剂量处理有助于多酚、三萜酸等生物活性成分的合成与积累和抗氧化活性的提高。

短波紫外线,山楂,总酚,总黄酮,三萜酸

随着人们保健意识的增强和对水果保健功能认识的提高,功能性水果及其制品受到广泛关注,如何提高水果及其制品中生物活性物质含量及其保健功能成为研究热点。中短波紫外线(UV-B、UV-C)辐照作为一种常用的采后处理方法,除可以杀灭果实表面微生物[1]、诱导果实产生抗病性[2]、延缓果实软化[3]外,还被发现能诱导采后桃[4]、柠檬[5]、葡萄[6]、番茄[7]等多种水果中多酚、黄酮、花色苷等生物活性物质的合成和积累,从而提高果实营养和保健功能价值。山楂是我国传统的药食两用水果,富含多种酚类、三萜类等生物活性物质,具有抗氧化、降血脂、降血压、抗肿瘤、预防心脑血管疾病等生物活性[8-9]。其中大果山楂具有产量大、有效成分含量高、药理活性显著等特点,可作为一种功能性水果。目前有关采后UV-C处理对山楂果实生物活性物质含量及其品质变化影响的研究尚未有报道。

本研究以新鲜采摘的大果山楂果实为材料,研究了不同剂量UV-C处理山楂果实在24 h内总酚、总黄酮、总三萜酸等生物活性物质含量及抗氧化活性的变化,并跟踪测定UV-C处理对果实在室温贮藏期间还原糖、可滴定酸等果实品质,总酚、总黄酮、总三萜酸等生物活性物质含量和抗氧化活性的影响,以期为通过采后处理提高山楂果实中生物活性成分含量提供理论依据和参考。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

大果山楂(CrataeguspinnatifidaBge. var.majorN. E. Br.)果实,于2014年9月25日采自河南省登封市,采收当天运回实验室,在室温条件下摊晾一小时平衡果实温度,挑选果型大小一致,无病虫害及机械损伤,成熟度一致的果实1200个,随机分成4组,在室温条件下进行紫外线辐照处理。

没食子酸标准品、DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)美国Sigma公司;齐墩果酸、芦丁、抗坏血酸标准品中国食品药品检定研究院;其它试剂均为国产分析纯。

1.2仪器设备

JK 500 DV双频恒温超声波清洗器合肥金尼克机械制造有限公司;Specord 50紫外-可见分光光度计德国Analytic Jena公司;BS214D电子天平德国赛多利斯公司;H2050R台式高速冷冻离心机湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3处理

采用紫外杀菌灯管(253.7 nm,20 W)作为UV-C辐照源,在灯管正下方20 cm处对果实进行照射,根据不同照射时间设置4个辐射剂量:0 kJ/m2(ck)、1.05、2.1、4.2 kJ/m2,各剂量处理100个果实,重复三次。处理后山楂装入扎孔的保鲜袋中,在室温条件下避光贮藏。于处理后0、2、4、6 h测定其生物活性物质含量和抗氧化活性变化,随后于贮藏1、2、3、6、9、12 d后测定其生物活性物质含量、抗氧化活性和果实品质变化。

1.4测定

1.4.1山楂甲醇提取液制备取样后立即将山楂果实去核、粉粹,准确称取鲜山楂果肉5 g,加入80%甲醇溶液10 mL,于室温条件下用超声波(频率49 kHz)辅助提取30 min,然后离心分离(4 ℃,9000 r/min),取上清液,残渣用甲醇溶液重复提取2次,合并上清液,定容后于-80 ℃冰箱中保存,用于总酚、总黄酮、总三萜酸和抗氧化活性测定。

1.4.2总酚含量的测定Folin-Ciocalteus法[10],以没食子酸为标准品。

1.4.3总黄酮含量的测定硝酸铝比色法[11],以芦丁为标准品。

1.4.4总三萜酸含量测定参考周巧霞等[12]的方法,以齐墩果酸为标准品。

1.4.5抗氧化活性测定分别采用DPPH自由基清除法[13]和普鲁士蓝法[14]测定,以不同处理山楂甲醇提取物对DPPH自由基的清除率和还原能力来表示山楂果实的抗氧化活性。

1.4.6总酸参照GB/T12456-2008食品中总酸的测定方法。

1.4.7还原糖参照GB/T 5009.7-2008食品中还原糖的测定方法。

1.5数据统计分析

实验数据采用SAS 9.2和Excel 2003软件进行数据分析。

2　结果与讨论

2.1UV-C处理对山楂果实总酚含量的影响

经UV-C处理后山楂果实总酚含量变化如图1所示。由图1可见,刚处理完时(0 h)各剂量处理组与对照相比总酚含量均显著增加(p<0.05),最大可增加7.28%(2.1 kJ/m2剂量处理组),各剂量处理间没有显著差异,但随着贮存时间的延长,低剂量处理(1.05、2.1 kJ/m2处理)果实总酚含量略有下降,而高剂量处理组总酚含量则在4 h时达到最高,为对照组的1.15倍(p<0.05),但随后又趋于下降,24 h后下降至与对照间无显著差异(p>0.05)。这说明采后UV-C处理对山楂果实中多酚物质的合成具有一定的激发作用,但这种效应的时效性较强,且与处理剂量有关,高剂量处理有助于多酚物质的合成与积累。Wang等[15]在对蓝莓的研究中也发现不同剂量UV-C辐照处理的蓝莓果实中总酚含量在处理刚完成时(0 h)与对照相比均有增加,但24 h后下降至与对照间无显著差异。Ines等[16]则以UV-B辐照蓝莓,发现贮藏2 h后高剂量处理组总酚含量明显增加,但放置24 h后总酚含量无明显变化。González-Aguilar等[17]以芒果为试材也得到了类似的结果。继续跟踪测定12 d发现各剂量处理组与对照相比未无显著性差异(p>0.05)。LIU[3]等人用紫外线处理番茄后贮藏7 d,其总酚含量与对照亦无显著差异,而González-Aguilar[17]等人用UV-C辐照处理芒果后室温贮藏18 d,得到了相似的结果。这些与本研究结果相一致,说明酚类物质含量在短时内的升高可能缘于植物体对UV胁迫的快速应激反应[17],即在短时间内激发了合成酚类物质的苯丙烷代谢途径,随后又很快回复至与对照无显著差异,可能是这些诱导产生的酚类抗氧化物质很快用于清除辐照产生的自由基所致,因此在随后的贮藏过程中处理组总酚含量无明显变化。

图1　不同剂量UV-C处理后山楂总酚含量变化Fig.1　Change of total phenolic content of hawthorn fruit illuminated with different dosage of UV-C

2.2UV-C处理对山楂总黄酮含量的影响

经UV-C处理后山楂总黄酮含量如图3所示。刚处理完时(0 h),各剂量处理组山楂总黄酮含量与对照相比均有所增加,但差异不显著(p>0.05),随后6 h内总黄酮含量呈下降趋势,但与对照组无显著差异(p>0.05)。继续跟踪测定12 d发现,1.05 kJ/m2和2.1 kJ/m2处理组总黄酮含量在贮藏期间均略低于对照(p>0.05),4.2 kJ/m2处理组在贮藏1 d后比对照略有增加(p>0.05),随后下降至与对照无显著差异。Costa等[18]采用10 kJ/m2UV-C处理花椰菜也得到了类似的结果。这说明植物体内多酚与黄酮类化合物的代谢调控机制比较复杂,经UV-C处理后,果实总黄酮含量立即有所增加,可能是诱导了苯丙烷代谢的增强,并朝着类黄酮合成的方向进行,而在贮藏期间类黄酮含量均低于对照,可能是由于苯丙烷代谢转向了木质素合成的方向所致。

图2　不同剂量UV-C处理后山楂总黄酮含量变化Fig.2　Change of total flavonoid content of hawthorn fruit illuminated with different dosage of UV-C

2.3UV-C处理对山楂总三萜酸含量的影响

除多酚类物质外,三萜酸也是山楂中重要的生物活性物质之一。UV-C处理山楂总三萜酸含量变化如图3所示。由图3可见,经UV-C处理后0 h,低剂量处理组(1.05 kJ/m2)三萜酸含量显著高于对照,但随着时间的延长,高剂量处理组(4.2 kJ/m2)逐渐显示出优势,并于4 h时达到最高,较对照提高12.92%,显著高于对照和其它剂量处理组。跟踪测定12 d发现,对照组和各剂量处理组三萜酸含量均呈先升高后降低趋势,对照组在贮藏至第9 d(216 h)时含量最高,1.05 kJ/m2和2.1 kJ/m2和处理组在贮藏至第6 d(144 h)时含量最高,4.2 kJ/m2处理组则在贮藏至第3 d(72 h)时达到最大值,各剂量处理组峰值与对照组峰值相比无显著差异。就各个取样时间而言,处理组总三萜酸含量大多低于对照,贮藏至第9 d(216 h)时显著低于对照(p<0.05)。由此可知,山楂中功能性成分三萜酸的含量在一定时间内随着贮藏时间的延长而增加,UV-C辐照处理可提前山楂贮藏期间三萜酸含量峰值的出现时间,但不会增加三萜酸的含量。以上研究表明UV-C处理可通过激发山楂合成萜类化合物的次级代谢途径促进其总三萜酸的积累,并表现出一定的时间和剂量效应,高剂量UV-C处理更有利于山楂果实中三帖酸的合成和积累,但这种效应的持续性较弱,只在处理完后几个小时内发挥作用。

图3　不同剂量UV-C处理后山楂总三萜酸含量变化Fig.3　Change of total triterpene acids content of hawthorn illuminated with different dosage of UV-C

2.4UV-C处理对山楂抗氧化活性的影响

2.4.1UV-C处理对山楂DPPH自由基清除活性的影响UV-C处理对山楂DPPH自由基清除活性的影响如图4所示。由图4可见,对照组在6 h内DPPH清除率基本保持不变,2.1 kJ/m2和4.2 kJ/m2剂量UV-C处理组刚处理完时(0 h)DPPH自由基清除能力与对照相比有所增加。处理后24 h内,中低剂量处理(1.05、2.1 kJ/m2)DPPH自由基清除能力呈下降趋势。Wang等[15]以4.3 kJ/m2UV-C处理蓝莓,刚处理后其DPPH自由基清除率显著增加,但随后24 h内逐渐降低。这与本文研究结果相一致。高剂量处理组(4.2 kJ/m2)呈先升高后降低的趋势,并于处理后4 h时达到最高,较对照提高12.63%,显著高于对照及中低剂量处理(p<0.05)。室温贮藏12天内,对照组DPPH清除能力呈先增加后降低的趋势,在贮藏至第9 d时达到最大值,1.05 kJ/m2处理组DPPH自由基清除能力贮藏2 d后显著高于对照(p<0.05),2.1 kJ/m2处理组在贮藏第6 d达到最大值,比对照高7.18%,高剂量(4.2 kJ/m2)处理组在贮藏前6 d,DPPH自由基清除率始终高于对照,最大比对照高8.45%。继续贮藏,则处理组的DPPH清除率比对照有所下降(p<0.05)。这说明UV-C处理能够在一定时间内增加山楂果实的DPPH自由基清除率,并表现一定的剂量效应,高剂量UV-C处理有利于提高山楂果实的DPPH自由基清除能力。

图4　不同剂量UV-C处理后山楂DPPH清除率变化Fig.4　Change of DPPH scavenging capacity of hawthorn illuminated with different dosage of UV-C

2.4.2UV-C处理对山楂还原力的影响UV-C处理对山楂还原力的影响如图5所示。由图5可见,刚处理完时(0 h),2.1 kJ/m2处理组与对照相比下降,1.05 kJ/m2处理组则明显提高,但随后均呈下降趋势,至4 h时又有所提高,24 h时2.1 kJ/m2和4.2 kJ/m2处理组分别可较对照组提高14.18%和9.61%,显著高于对照和低剂量处理组(1.05 kJ/m2)。4.2 kJ/m2处理组还原力则在4 h时达到最高,较对照高提高12.18%,并显著高于其它处理。跟踪测定发现,1.05 kJ/m2和4.2 kJ/m2处理组还原力在贮藏2～6 d时与对照无显著差异,9～12 d后各剂量处理组还原力均低于对照。以上研究表明,较高剂量的UV-C处理能够在24 h内提高山楂还原力,但随着贮藏时间的延长,处理组还原力会比对照显著降低,这可能是随着贮藏时间的延长,UV-C处理果实中还原Fe3+的物质消耗速度快于对照组所致。

图5　不同剂量UV-C处理后山楂还原力变化Fig.5　Change of antioxidant activity of hawthorn illuminated with different dosage of UV-C

2.5UV-C处理对山楂可滴定酸含量的影响

不同处理山楂果实在室温贮藏期间可滴定酸含量变化见图6。由图6可见,对照组和处理组山楂果实在贮藏过程中总酸含量均呈缓慢上升趋势。除第6 d外,各处理组可滴定酸含量比对照有所降低,但未达到显著性差异(p>0.05)。荣瑞芬等[19]对桃果实进行UV-C处理测定其可滴定酸含量也得到了相似的结果。以上结果说明UV-C处理可降低果实酸度,改善果实口感,不会对果实品质造成损害。

图6　不同剂量UV-C处理山楂贮藏期间可滴定酸含量变化Fig.6　Change of titratable acid content of hawthorn illuminated with different dosage of UV-C during storage

2.6UV-C处理对山楂还原糖含量的影响

图7所示为不同处理山楂果实室温贮藏过程中还原糖含量变化。由图7可见,山楂果实贮藏过程中还原糖含量呈先下降后升高的趋势,这可能是由于山楂果实采后因呼吸作用而不断消耗还原糖,经呼吸跃变后果实中淀粉等多糖分解而使其含量又逐渐上升。与对照相比,处理组还原糖在贮藏第1 d时低于对照,这可能是由于在UV-C处理诱导了山楂果实次级代谢的发生而消耗了次级代谢产物的前体物质——还原糖[20],随后贮藏至第3 d与对照相比延缓了还原糖含量的下降,可能是由于UV-C处理后的果实呼吸作用减弱而减少了还原糖的消耗[21]。第9 d后,各剂量处理组还原糖含量均与对照无显著差异,说明随着贮藏时间的延长,UV-C处理对山楂果实贮藏期间还原糖的含量变化的影响逐渐减弱,不会对果实品质造成不利影响。这一结果与荣瑞芬等[19]在桃果实上的实验结果类似,即经UV-C处理后,桃果实中可溶性糖含量无显著变化。

图7　不同剂量UV-C处理山楂贮藏期间还原糖含量变化Fig.7　Change of reducing sugar content of hawthorn illuminated with different dosage of UV-C during storage

3　结论

UV-C处理能引起山楂总酚、总黄酮、三萜酸等生物活性物质含量和抗氧化活性在一定时间内的提高,且不会对果实品质还原糖含量和可滴定酸含量造成不利影响,因此在提高和改善山楂果实及其制品中生物活性物质含量及营养保健功能方面具有潜在的应用价值。UV-C处理对山楂果实中多酚、三萜酸等生物活性物质合成的激发效应具有较强的时效性,且与处理剂量密切相关,高剂量处理有助于多酚、三萜酸等生物活性成分的合成与积累和抗氧化活性的提高,针对不同活性成分,其在贮藏过程中的变化也不尽相同,但总体上均在处理后较短时间内与对照相比具有一定的提高,在随后的贮藏过程中又逐渐降低至没有显著差异。关于UV-C对山楂生物活性物质调控的作用机理,有待于进一步研究。

[1]Dogu-Baykut E,Gunes G,Decker A E,et al. Impact of shortwave ultraviolet(UV-C)radiation on the antioxidant activity of thyme(Thymus vulgaris L.)[J]. Food Chemistry,2014,157:167-173.

[2]张晓晓,周会玲,田蓉,等. 短波紫外线照射对苹果采后灰霉病抗性诱导作用[J]. 食品科学,2015,35(2):242-249.

[3]Liu C H,Cai L Y,Han X X,et al. Effect of postharvest UV-C irradiation on phenolic compound content and antioxidant capacity of tomato fruit during storage[J]. Agricultural Sciences in China,2012,11(1):159-165.

[4]Scattino C,Castagna A,Neugart S,et al. Post-harvest UV-B irradiation induces changes of phenol contents and corresponding biosynthetic gene expression in peaches and nectarines. Food Chemistry,2014,163:51-60.

[5]Interdonato R,Rosa M,Nieva B C,et al. Effects of low UV-B doses on the accumulation of UV-B absorbing compounds and total phenolics and carbohydrate metabolism in the peel of harvested lemons[J]. Environmental and Experimental Botany,2011,70:204-211.

[6]Crupi P,Pichierri A,Basile T. Postharvest stilbenes and flavonoids enrichment of table grape cv Redglobe(Vitis vinifera L.)as affected by interactive UV-C exposure and storage conditions. Food Chemistry,2013,141:802-808.

[7]刘长虹,陆仙英,蔡路,等. 短波紫外线处理对采后番茄抗氧化活性的影响[J]. 农业机械学报,2011,42(4):116-119.

[8]Sandra R,Ricardo C C,Joao C M B,et al. Crataegus monogyna buds and fruits phenolic extracts:Growth inhibitory activity on human tumor cell lines and chemical characterization by HPLC-DAD-ESI/MS. Food Research International,2012,49:516-523.

[9]Kashyapl C P,Vikrant A,Narender T. Ethno medicinal and psychopharmacological potential of Crataegus oxyacantha Linn.-A review. Asian pacific Journal of Tropical Biomedicine,2012:1194-1199.

[10]李静,聂继云,李海飞,等. Folin-酚法测定水果及其制品中总多酚含量的条件[J]. 果树学报,2008,25(1):126-131.

[11]张雪,丁长河. 紫外分光光度法检测山楂总黄酮方法的建立[J]. 食品工业科技,2007,28(7):200-202.

[12]周巧霞,张经硕,顾明,等. 测定山碴及提取物总三萜酸的含量[J]. 中国野生植物资源,2004,23(5):43-44.

[13]韦献雅,殷丽琴,钟成,等. DPPH法评价抗氧化活性研究进展[J]. 食品科学,2014,35(9):317-322.

[14]赵平,任鹏,张月萍. 原花青素抗氧化活性测定方法比较[J]. 现代化工,2012,32(5):119-122.

[15]Wang C Y,Chen C T,Wang S Y. Changes of flavonoid content and antioxidant capacity in blueberries after illumination with UV-C[J]. Food Chemistry,2009,117:426-431.

[16]Ines E,Susanne H K,Ariane K,et al. UV-B induced changes of volatile metabolites and phenolic compounds in blueberries(Vaccinium corymbosum L)[J]. Food Chemistry,2011,126:60-64.

[17]González-Aguilar G A,Zavaleta-Gatica R.,Tiznado-Hernández M E. Improving postharvest quality of mango ‘Haden’ by UV-C treatment[J]. Postharvest Biology and Technology,2007,45:108-116.

[18]Costa L,Vicente R A,Civello M P,et al. UV-C treatment delays postharvest senescence in broccoli florets. Postharvest Biology and Technology,2006,39:204-210.

[19]荣瑞芬,郭堃,刘京萍,等. 采后 UV-C处理对桃果抗病性和品质的影响[J]. 食品科技,2008,1:230-233.

[20]王莉,史玲玲,张艳霞,等. 植物次生代谢物途径及其研究进展[J]. 武汉植物学研究,2007,25(5):500-508.

[21]李宁,闫瑞香,关文强. 短波紫外线处理对冬枣贮藏期生理衰老和抗病性的影响[J]. 西北农业学报,2013,22(1):104-108.

Effect of UV-C Irradiation on Nutritive Qualities and Antioxidant Activity of Postharvest Hawthorn Fruit

HU Li-na,ZHANG Chun-ling,LIU Hui,LV Zhen-zhen,CHEN Da-lei,JIAO Zhong-gao*

(Zhengzhou Fruit Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450009,China)

Hawthorn fruits(CrataeguspinnatifidaBge. var.majorN. E. Br.)were exposed to different dosage of shortwave ultraviolet light(UV-C)irradiation and then stored at room temperature. Effects of UV-C radiation on contents of total phenolics,flavonoids,triterpene acids,reducing sugar,titratable acid,as well as antioxidant capacity of howthorn fruit were studied. Results showed that contents of total phenolics,flavonoids,triterpene acids,and antioxidant capacity increased after illumination in 24 hours,while fruit quality were not damaged. Synthesis of phenolics and titratable acid of howthorn illuminate with UV-C was time-and dosage-depended. Compared with the control and other levels,the high dosage of UV-C made greater contribution to the enhancement of total phenolics,flavonoids,triterpene acid and antioxidant capacity.

UV-C;hawthorn;total phenolic;total flavonoids;triterpenoids acid

2015-04-23

胡丽娜(1989-),女,在读硕士生,研究方向:

焦中高,博士,副研究员,主要研究方向为果品营养与保鲜加工,E-mail:jiaozhonggao@caas.cn。

中国农业科学院创新工程专项经费项目(CAAS-ASTIP-2015-ZFRI)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000