1-MCP和乙烯利处理对采后‘金冠’苹果常温贮藏过程中生理变化及活性氧代谢的影响

吕静祎,周 影,葛永红,李灿婴,张梦媛

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013)

1-MCP和乙烯利处理对采后‘金冠’苹果常温贮藏过程中生理变化及活性氧代谢的影响

吕静祎,周 影,葛永红,李灿婴,张梦媛

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013)

苹果,1-MCP,乙烯利,采后生理,活性氧代谢

苹果(Malus×domestica)是市场上最常见水果之一,其果实味甜,口感爽脆,富含营养,深受消费者喜爱。苹果属呼吸跃变型果实,其货架寿命与乙烯产生水平息息相关[1]。1-MCP是乙烯受体抑制剂,能有效抑制果实成熟[2],具有安全无毒、使用剂量小且效果显著等优点,被广泛应用于各类果蔬保鲜。尽管1-MCP对采后苹果的保鲜作用早有研究,但多数集中在低温长期贮藏时1-MCP的效果[3-6],而对常温短期贮藏过程中1-MCP的效应研究较少。随着现代物流快速发展、人们消费理念的改变,果蔬从贮藏到食用周期变短,消费者对新鲜度要求也越来越高。因此有必要对苹果采后常温贮藏过程中1-MCP的效果进行研究。

果实成熟衰老是复杂的生理过程,自由基学说认为衰老即活性氧代谢失调与累积过程。在苹果[6]、梨[7]、猕猴桃[8]、菠萝[9]等果实上研究表明,1-MCP能抑制乙烯生成,提高活性氧代谢相关酶活性,降低组织活性氧水平,延缓果实衰老。可见,采后果实内源乙烯水平发生改变对活性氧代谢有影响。乙烯利是国际通用催熟剂,能促进呼吸跃变型果实成熟过程中内源乙烯产生[10]。目前国内关于乙烯利调控果实采后成熟过程活性氧代谢的研究较少[11-14],在苹果上未见报道。

本文以‘金冠’苹果为材料,研究1-MCP和乙烯利处理对其采后常温贮藏期间相关生理指标和活性氧代谢的影响,旨在深入了解常温贮藏条件下1-MCP对苹果采后生理变化的影响,探讨乙烯对其成熟过程中活性氧代谢的调控作用,为找到新保鲜手段提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘金冠’苹果 于商业采收期(2015年9月27日)采自辽宁省锦州市一果园,随机从100棵树上选取位置、大小、成熟度一致,无病虫害和机械损伤的果实,纸箱包装当天运回实验室处理;1-MCP 陕西咸阳西秦生物科技有限公司,有效浓度为0.018%;乙烯利原药 北京索莱宝科技有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

722N可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;UV-2550 紫外可见分光光度计和GC-14A型气相色谱仪 日本岛津公司;GY-3指针式水果硬度计 浙江托普仪器有限公司;GXH-3051H型果蔬呼吸测定仪 上海精密仪器仪表有限公司;Legend Micro21R冷冻离心机 美国Thermo公司;WYT-32型阿贝折光仪 厦门中村光学仪器厂。

1.2 实验方法

将果实分三组进行处理:第一组用0.2 mmol/L乙烯利浸果20 min,取出晾干;第二组用1 μL/L 1-MCP常温(20～25 ℃)密闭熏蒸24 h;第三组为对照,不进行处理。每处理重复三次,每重复60个果实。处理后将果实放进纸箱常温贮藏,每7 d随机取12个果实,进行呼吸强度、乙烯释放速率及硬度的测定,另取9个果实将果肉和果皮分别用液氮速冻,贮存于-80 ℃用于测定其他生理指标。

1.3 生理指标及测定方法

1.3.1 乙烯释放速率和呼吸强度 每组随机挑选4个果实,常温密闭1 h后,抽取1 mL气体,用气相色谱仪测定乙烯释放速率,以μL/(kg·h)表示。呼吸速率参照葛永红等[15]方法,用果蔬呼吸测定仪测定,以mL CO2/(kg·h)表示。

1.3.2 硬度、TSS、TA及叶绿素含量测定 采用GY-3型果实硬度计测定硬度。采用阿贝折光仪测定TSS含量。采用氢氧化钠溶液滴定法[16]测定TA含量,折算系数以苹果酸计。参照曹建康等[16]方法测定叶绿素含量,以每克果皮组织鲜重所含叶绿素质量表示,即mg/g。

1.3.4 活性氧代谢相关酶活性测定 采用氮蓝四唑(NBT)法[16]测定SOD活性,紫外分光光度法[16]测定CAT活性,愈创木酚法[16]测定POD活性,单位均以U/g表示。

1.4 数据分析

上述各生理指标均重复取样三次,每样品重复测定三次,取平均值。采用Excel 2010进行数据分析与作图,SAS V8.0进行差异显著性分析,p<0.05表示差异显著,p<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 1-MCP和乙烯利处理对乙烯释放速率的影响

乙烯与呼吸跃变型果实的成熟衰老密切相关[1]。如图1所示,1-MCP处理的果实乙烯释放速率在贮藏35 d内显著低于对照(p<0.05),在第28 d仅是对照的0.39%,表明1-MCP处理抑制了果实贮藏期间的乙烯释放速率。乙烯利处理的果实乙烯释放速率在贮藏35 d内高于对照,在第21 d达到高峰,其峰值是对照的1.2倍(p<0.01),表明外源乙烯利处理促进了苹果果实乙烯的生成[17-18]。

图1 1-MCP和乙烯利处理对 ‘金冠’果实乙烯释放速率的影响Fig.1 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on ethylene production of ‘Golden Delicious’ apples注：图中不同字母表示差异显著(p<0.05),图2～图9同。

2.2 1-MCP和乙烯利处理对呼吸强度的影响

苹果是典型的呼吸跃变型果实,呼吸高峰的出现意味着成熟的到来,之后进入衰老过程[10]。如图2所示,对照和乙烯利处理的果实呼吸强度均呈先上升后下降的趋势,对照果实的呼吸高峰出现在第21 d,峰值为55.70 mL CO2/(kg·h),而乙烯利处理的果实呼吸高峰提前至第14 d,峰值为58.23 mL CO2/(kg·h),表明乙烯利处理虽使呼吸高峰提前但并未显著提高其峰值;1-MCP处理的果实呼吸速率在贮藏35 d内显著低于对照(p<0.05),表明1-MCP处理抑制了果实的呼吸强度。

图2 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’果实呼吸强度的影响Fig.2 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on respiration rate of ‘Golden Delicious’ apples

2.3 1-MCP和乙烯利处理对硬度的影响

果实硬度是衡量其耐贮性的重要指标[10]。各处理组的果实硬度在贮藏期间均呈现下降趋势(图3)。除第7 d外,1-MCP处理的果实硬度在贮藏期间显著高于对照(p<0.05),表明1-MCP处理延缓了果实的软化进程;乙烯利处理的果实在贮藏前14 d显著低于对照(p<0.05),而在其他取样点与对照果实的硬度差异并不显著,表明乙烯利处理主要在贮藏前期促进果实的软化。李富军等[19]发现乙烯利处理在贮藏后期明显促进了‘红富士’苹果的软化,与本实验结果不同,可能是所用苹果品种及乙烯利浓度不同造成的。

图3 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’果实硬度的影响Fig.3 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on firmness of ‘Golden Delicious’ apples

2.4 1-MCP和乙烯利处理对TSS含量的影响

果蔬样品中的TSS,主要是可溶性糖,是判断果实成熟的重要指标,直接影响其货架品质[20]。如图4所示,各处理组的果实TSS含量均呈现先上升后下降的趋势。对照和乙烯利处理的果实TSS含量高峰均出现在第14 d,乙烯利处理的果实TSS含量在贮藏35 d内与对照差异不显著,表明乙烯利处理对常温贮藏期间果实的TSS含量没有显著影响。1-MCP处理的果实TSS含量在第14 d比对照低7.5%(p<0.05),而在其他取样点与对照差异不显著,表明1-MCP处理主要在贮藏前期延缓TSS含量上升。

图4 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’果实TSS含量的影响Fig.4 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on TSS content of ‘Golden Delicious’ apples

2.5 1-MCP和乙烯利处理对TA含量的影响

可滴定酸是苹果风味评价指标之一,对果实的贮藏性有重要影响[21]。如图5所示,各处理组果实的TA含量均呈现下降趋势。与采样当天(第0 d)相比,对照果实的TA含量在第35 d减少了0.33%,而1-MCP处理的果实TA含量在第35 d仅减少0.05%,除第7 d外,1-MCP处理的果实TA含量在贮藏35 d内显著高于对照(p<0.05),表明1-MCP处理延缓了果实TA含量的下降;乙烯利处理的果实TA含量在第14 d极显著低于对照(p<0.01),除第14 d和第21 d外,乙烯利处理的果实TA含量与对照差异不显著,表明乙烯利处理主要在贮藏前期促进果实的TA含量下降。

图5 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’果实TA含量的影响Fig.5 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on TA content of ‘Golden Delicious’ apples

2.6 1-MCP和乙烯利处理对叶绿素含量的影响

色泽是评价果蔬感官品质的重要指标。果实成熟过程中,由于叶绿素降解使其绿色消褪,逐渐呈现出其他颜色[22]。各处理组果实的叶绿素含量均呈现下降趋势(图6)。1-MCP处理的果实叶绿素含量在贮藏35 d内显著高于对照(p<0.05),在第35 d的叶绿素含量是对照的2.7倍,表明1-MCP处理减缓了叶绿素降解速度;除第35 d外,乙烯利处理的果实叶绿素含量在贮藏期间显著低于对照(p<0.05),在第28 d的叶绿素含量仅为对照的35.4%,与对照的差异达极显著水平(p<0.01),表明乙烯利处理加速了果皮叶绿素的降解。

图6 1-MCP和乙烯利处理 对‘金冠’果实叶绿素含量的影响Fig.6 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on chlorophyll content of ‘Golden Delicious’ apples

2.7 1-MCP和乙烯利处理对MDA含量的影响

丙二醛属于膜脂过氧化的产物,是表示膜损伤程度的指标[16]。由图7所示,各处理组果实的MDA含量均呈上升趋势。1-MCP处理的果实MDA含量在贮藏35 d内显著低于对照(p<0.05),表明1-MCP处理抑制了果实的膜脂过氧化进程;除第7 d外,乙烯利处理的果实MDA含量显著高于对照(p<0.05),在第28 d和第35 d均为对照果实MDA含量的1.1倍,表明乙烯利处理促进了果实MDA含量的积累。

图7 1-MCP和乙烯利处理 对‘金冠’果实MDA含量的影响Fig.7 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on MDA content of ‘Golden Delicious’ apples

各处理果实的H2O2含量均在第21 d达到高峰(图8B)。1-MCP处理的果实H2O2含量在贮藏35 d内显著低于对照(p<0.05),在第35 d仅为对照的55.9%,表明1-MCP抑制了果实H2O2的产生;而乙烯利处理的果实H2O2含量在贮藏期间显著高于对照(p<0.05),在第35 d的含量是对照的1.2倍,表明乙烯利处理促进了果实H2O2的产生。综上,1-MCP处理明显抑制了采后苹果果实常温贮藏期间活性氧的产生,而乙烯利则有相反效果。

图8 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’ 果实·产生速率和H2O2含量的影响Fig.8 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on · generation rate and H2O2content of ‘Golden Delicious’ apples

2.9 1-MCP和乙烯利处理对SOD、CAT和POD活性的影响

SOD、CAT和POD在果实组织活性氧酶促代谢过程中起重要作用[23]。

由图9A可知,各处理果实的SOD活性高峰均出现在第21 d。1-MCP处理提高了果实的SOD活性,在第35 d的SOD活性是对照的1.2倍(p<0.01);而乙烯利处理的果实SOD活性最低,在第21 d、第28 d和第35 d的SOD活性极显著低于对照(p<0.01),分别比对照低29.3%、28.5%和37.6%,表明乙烯利处理对采后果实的SOD活性有抑制作用。

各处理果实的CAT活性高峰同样出现在第21 d(图9B),1-MCP处理的果实CAT活性在贮藏35 d内显著高于对照(p<0.05),在第21 d的CAT活性是对照的1.2倍,表明1-MCP处理提高了果实的CAT活性;除35 d外,乙烯利处理的果实CAT活性显著低于对照(p<0.05),在第14 d、第21 d和第28 d的CAT活性分别比对照低21.1%,12.8%和18.6%,表明乙烯利在一定程度上抑制了果实贮藏期间的CAT活性。

POD活性变化规律与SOD和CAT相似,各处理果实的POD活性高峰出现均出现在第21 d(图9C)。1-MCP处理提高了果实的POD活性,在第21 d的POD活性是对照的1.2倍;而乙烯利处理的果实POD活性低于对照,在第7 d和第28 d的POD活性分别比对照低24.9%和33.8%,均与对照有极显著差异(p<0.01),表明乙烯利对采后果实贮藏期间的POD活性有一定抑制作用(图9C)。综上,1-MCP处理提高了采后苹果果实常温贮藏期间活性氧代谢酶促系统SOD、CAT和POD的活性,而乙烯利则相反。

图9 1-MCP和乙烯利处理对‘金冠’ 果实SOD、CAT和POD活性的影响Fig.9 Effects of 1-MCP and ethephon treatment on SOD,CAT and POD activity of ‘Golden Delicious’ apples

3 结论与讨论

1-MCP能阻断乙烯信号转导从而抑制其引起的生化反应,延缓果实成熟[2]。本研究结果显示,采后‘金冠’苹果常温贮藏期间,1-MCP处理抑制了呼吸强度与乙烯生成,延缓了果实硬度、TA及叶绿素含量下降,减缓了TSS含量上升,与孙希生等[24-25]在‘金冠’上研究结果一致,在其他苹果品种,如‘红富士’[26]、‘新红星’[27]、‘寒富’[28]上也有相似结果。然而王凤霞等[4]在天水‘花牛’苹果、王云香等[20]在采后九成熟的‘红富士’和‘金冠’苹果上研究表明,1-MCP处理对常温贮藏期间果实TSS含量影响不显著,可见1-MCP对TSS含量的影响因品种和处理时果实成熟度而异。总体来看,1-MCP处理保持了‘金冠’苹果常温贮藏品质。

乙烯催熟能促进跃变型果实软化[29-30]、叶绿素降解[31-33]及可滴定酸含量下降[34-36],本研究有相同结果。在‘阿巴特’梨果实上研究表明乙烯利处理对其贮藏期间TSS含量无显著影响[37],与本研究结果一致,而在‘菊水’梨上研究发现该处理明显促进TSS含量下降[29],在猕猴桃上则使其含量上升[35],可见乙烯利对果实成熟期间TSS含量影响与果实种类及品种有关。本研究乙烯利处理使采后‘金冠’苹果呼吸峰提前但未改变峰值,魏建梅等[30]发现该处理对采后‘嘎拉’苹果呼吸强度影响不显著,能使‘金冠’和‘富士’苹果呼吸峰提高却未提前,表明其对呼吸强度影响因品种而异,在‘金冠’上的不同结果可能是所用果实成熟度差异造成的。本研究发现乙烯利处理使‘金冠’苹果乙烯释放高峰峰值提高但未使其提前,这与Yang等[17]在‘金冠’苹果上和张莹莹等[18]在‘富士’苹果上的研究结果一致,而在‘泰山’早霞苹果上的研究表明乙烯利处理使乙烯释放高峰提前且峰值提高[34],不同的处理效果可能是由于所用苹果品种及处理方式不同造成的。

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Effects of 1-methylcyclopropene and ethephon treatment on physiological changes and reactive oxygen metabolism of postharvest ‘Golden Delicious’ apple fruit during storage at ambient temperature

LV Jing-yi,ZHOU Ying,GE Yong-hong,LI Can-ying,ZHANG Meng-yuan

(College of Food Science and Technology,Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province,National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China)

apple;1-methylcyclopropene;ethephon;postharvest physiology;reactive oxygen metabolism

2016-09-14

吕静祎(1986-)，女，博士，讲师，研究方向：果蔬采后生物学与贮藏保鲜，E-mail:jingyi.lv@foxmail.com。

国家自然科学基金青年科学基金项目(31501537，31401554)；渤海大学博士科研启动金项目(0515bs033-1)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)05-0339-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.056