不同温度差压预冷及其对西葫芦冷藏效果的影响

季丽丽，梁芸志，陈存坤，董成虎，于晋泽，纪海鹏，王成荣※

（1. 青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛 266109；2. 国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津），天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津 300384）

0 引 言

预冷可降低果蔬采后呼吸强度[1]，抑制酶活性和乙烯的释放，降低果蔬生理代谢水平，减少生理病害[2]。差压预冷预冷速度快，预冷均匀度高[3]，其原理是：在差压风机的作用下，冷风均匀、低速地流经包装物料箱内的果蔬表面，形成温度梯度差，果蔬内部的田间热传导至表面，被冷风流体热带走，进入差压通道内的空气经差压风机回抽至换热间，与冷风机实现热交换，在冷风机内的冷媒吸收热量后进入制冷机组进行压缩制冷，在热交换室内形成的冷凝水由冷凝水排管排出，液态冷媒循环进入冷风机制冷，通过冷媒实现预冷机与环境的热交换，从而实现系统的制冷循环，通过加湿器实现预冷间内的空气保持一定的湿度，避免果蔬在预冷过程中的水分过度散失，最终达到果蔬表面与质心温度一致[4]。

Qiang Han等[5]的研究结果表明预冷结合臭氧处理可有效延缓桑葚硬度的降低并抑制呼吸作用和多酚氧化酶活性。郑先章等[6]对采后生鲜双孢蘑菇进行了真空和减压预冷试验。结果表明减压冷藏的双孢蘑菇整体洁白，无变色、开伞及萎蔫，与试验前感官几乎无异，保鲜效果理想。Justin L. O’Sullivan[7]等针对园艺产品进行了差压预冷条件的研究，学者们还进行苹果[8]、荔枝[9]、黄秋葵[10]、李果实[11]、澳芒[12]和韭菜[13]等果蔬的预冷研究，但以上预冷的研究大都局限于对果蔬的感官评定和常规指标如可滴定酸等的影响。

然而对西葫芦进行不同温度差压预冷效果的研究尚未见报道，因此本试验选用差压预冷方式，研究不同温度差压预冷对西葫芦的冷藏效果，以期为西葫芦冷链技术的完善提供理论和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

西葫芦（亚历山大，八成熟）采自河北青县，直接运送至实验室进行处理。

硫代巴比妥酸；磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾；三氯乙酸、聚乙二醇 6000、聚乙烯吡咯烷酮、愈创木酚、乙二胺四乙酸、Triton-100、丙酮、浓盐酸，30%过氧化氢；抗坏血酸；氢氧化钠

1.2 仪器与设备

高湿度果蔬差压制冷一体化预冷机（图1），国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)自制，蒸发器换热面积160 m2,预冷风速4～6 m/s，功率2.2 kW，风量20 000 m3/h，单次预冷时间不超过6 h；单机单批次处理量可达5 t，日处理能力为20～30 t; 预冷期间果蔬失重率低于2.8%。

图1 果蔬差压预冷机结构简图Fig.1 Structural diagram of high-humidity forced-air precooling machine of fruits and vegetables

香山SENSSUN电子秤（上海菁海仪器有限公司）；3-30K高速冷冻离心机(德国Sigma公司)；TA.XT.Plus 物性仪（英国SMS公司）；GMK-835N酸度测定仪（韩国G-WON公司）；UV-1780紫外可见分光光度计（日本岛津公司）；PBI Dansensor残氧仪（丹麦丹圣公司）；岛津2010气相色谱仪（日本岛津公司）；SSN-22温湿度记录仪（深圳宇问公司）；Trace DSQ GC-MS气相色谱-质谱联用仪（美国Thermo公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

挑选出大小一致、成熟度均匀、无病虫害和机械伤的西葫芦，在差压冷库进行预冷处理。每筐的试样质量为6 kg，预冷结束后，用微孔袋包装并扎口，放入10 ℃的普通冷库中冷藏。冷藏期间每4 d取1次样，每个处理重复测定3次，并取平均值。

码放规则：基本要求是物料侧要充实，顶面和后面要盖严实，目的是保证风从侧面进，经过物料，从而实现物料的快速降温，为保证预冷效率均一，将物料装入带孔塑料箱并将垛码成4层2列，单次处理为24箱。

1.3.2 测定项目

降温曲线：使用SSN-22温湿度记录仪，探针插入果实内部，记录西葫芦中心温度的变化，达到10 ℃后取下温度计，用电脑导出数据，然后用Origin8.5软件做出预冷降温曲线。

呼吸速率（respiration rate）：参考曹建康[14]的方法，用静置法测定呼吸强度。

式中Q为呼吸强度，mg/(kg·h)；N为二氧化碳体积分数，%；V为容器体积(干燥器体积－果实体积)，L；m为样品质量，kg；t为放置时间，h；1.96为标况下CO2的摩尔质量与摩尔体积之比。

乙烯生成速率（ethylene production rate）：取样方法同上。放置3 h，然后用玻璃针管抽取气体20 mL，每个处理抽取3管，用岛津2010气相色谱仪测定。采用面积外标法计算，

式中Q为乙烯的生成速率，µL/(kg·h)；V为容器体积(干燥器体积－果实体积)，L；N为乙烯的体积分数，µL/L；m为试样质量，kg；t为闷罐时间，h。

失重率：每个温度设置3个平行，利用电子秤称量，测定预冷前后及贮藏过程中的失重率，单位为%。

硬度（firmness）：利用P/2柱头（Φ=2.0 mm）对西葫芦进行穿刺测试，测前速率为 5.0 mm/s，测试速率为2.0 mm/s，穿刺深度为10.0 mm，重复测定6次并取得平均值，单位为N。

维生素C（vitamin C，VC）含量：参考马宏飞[15]的方法测定，定容体积为25 mL），单位为mg/100 g。

叶绿素（chlorophyll）含量：参考曹建康[14]的方法，并稍作修改。用丙酮为参比调0，测定其在652 nm处的吸光度值，重复3次，取平均值。叶绿素含量单位为mg/g。

丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量：参考曹建康［14］等的方法（称取样品为5 g，加入TCA的体积为10 mL）。测定其在450，532和 600 nm处的吸光值，重复测定3次，取平均值，MDA含量单位是μmol/g·。

过氧化物酶（peroxidase，POD）活性：参考曹建康[14]等的方法测定，并稍作修改。POD酶活性以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化值增加1时为1个过氧化物酶活性单位，为 U/(min⋅g)。

过氧化氢酶（catalase，CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的测定：参考曹建康[14]等的方法测定，CAT与APX活性都以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化减少0.01为1个酶活性单位，U/(min·g)。

香气成分（aroma component）的测定：采用HS-SPME和GC-MS联用法测定西葫芦香气成分，用相对峰面积含量表示，单位为%。

1.3 数据分析

使用Excel和SPSS软件进行数据处理和方差分析，P<0.05表示差异显著。所有试验均重复 3次，使用Origin8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同温度预冷对预冷相关指标的影响

从图2a可以看出，4种预冷温度下，预冷温度越低，果实中心温度下降越快。其中预冷温度为-3 ℃时，达到目标温度用时最短，而6 ℃预冷速度最慢。由此可见，预冷库的温度越低越有利于缩短预冷时间，提高预冷效率。

从图2b可以看出，预冷温度越高，失重率越高。本试验各处理组的失重率都不超过0.75 %。且-3、0和3 ℃预冷处理的失重率在冷藏第4、8和12天并不存在显著性差异（P>0.05）。6 ℃预冷的失重率在整个过程一直处于较高水平。

不同温度预冷对硬度的影响见图 2c，各处理组的硬度呈现逐渐下降的趋势。推测是因为原果胶逐渐转化为果胶和果胶酸等可溶性果胶，使得果实变软[16]。其中0 ℃预冷处理的硬度一直处于较高水平，并在第12和16天，与3 ℃预冷之间无显著性差异（P>0.05），说明0和3 ℃差压预冷可有效抑制呼吸作用，减少质构成分的损失，使得硬度变化缓慢[17]。

图2 不同预冷温度对果心温度、失重率和硬度的影响Fig.2 Effects of different temperatures precooling on core temperature、weight loss rate and firmness

2.2 不同温度预冷对呼吸和乙烯生成速率的影响

呼吸作用是果蔬采后的重要生理活动，其强度越大，果蔬内部营养物质消耗越多，品质下降越快。从图3a可知各处理组的呼吸强度呈现逐渐下降的趋势。第 4天，呼吸速率下降程度最大，说明预冷和冷藏有效抑制了果蔬的呼吸。乙烯能促进果蔬的后熟衰老过程，第 4天，乙烯生成速率（图 3b）也逐渐下降，可见抑制呼吸强度有利于抑制乙烯的产生和延缓衰老进程。4 d以后呼吸强度趋于平稳，而乙烯降幅增大。冷藏期间，0和 3 ℃预冷组的呼吸强度和乙烯生成速率均低于-3和6 ℃预冷组且二者之间不存在显著差异（P>0.05），对哈密瓜[18]和西葫芦的研究都表明并不是预冷温度越低越好。

图3 不同温度预冷对呼吸速率和乙烯生成速率的影响Fig.3 Effects of different temperatures precooling on respiration and ethylene production rate

2.3 不同温度预冷对维生素C和叶绿素含量的影响

维生素C是果蔬重要的营养成分之一，同时也是果实内活性氧的重要抗氧化剂[19]，可有效得保护细胞组织免受损害而延缓果蔬衰老的速度[20]。从图4a可以看出，VC被氧化分解和呼吸作用消耗，其含量呈现逐渐下降的趋势。第4天，各组的VC含量下降幅度较大，第8天后，-3和6 ℃预冷组VC降解速率高于0和3 ℃处理组，且在第12和16天，0和3 ℃处理组维生素C含量显著高于其它2组。

图4 不同温度预冷对维生素 C和叶绿素含量的影响Fig.4 Effects of different temperatures precooling on vitamin c and chlorophyll content

西葫芦、黄瓜等绿色果蔬的黄化和颜色变化是其成熟与衰老的主要标志之一。从图4b可以看出，叶绿素含量随着冷藏期的延长而逐渐下降。从冷藏开始到第 4天各处理组的叶绿素降幅较大，冷藏期间0和3 ℃处理的叶绿素含量显著（P<0.05）高于6 ℃处理，-3 ℃预冷组在冷藏前期与0和3 ℃之间不存在显著差异（P>0.05）。叶绿素极易发生降解[21]，而0～3℃预冷处理可以较好的延缓叶绿素含量的降低，保持了西葫芦采后的新鲜状态。

2.4 不同温度预冷对衰老相关指标的影响

从图5a和5b可以看出，POD与CAT酶活性都呈现先上升后下降再上升的趋势，且都于第 4天出现峰值。POD能催化酚类等物质氧化产生褐变[23]，其中0和3 ℃预冷组的POD酶活性在整个冷藏期处于低于其它2组。冷藏后期，0和 3 ℃预冷处理组的 CAT酶活性显著（P<0.05）高于其它2个处理组，因而避免了果蔬机体受H2O2毒害作用[22]，延缓西葫芦进入衰老阶段。

图5 不同温度预冷对POD、CAT、APX酶和MDA含量的影响Fig.5 Effects of different temperatures precooling on POD，CAT，APX activity and MDA content

由图5c所知，0和3 ℃预冷组的APX活性较低，且二者之间无显著性差异（P>0.05），说明0和3 ℃预冷有效抑制了H2O2的堆积。而-3和6 ℃预冷组的APX活性在冷藏后期骤然上升，推测是组织内活性氧大量积累诱导了酶活性的升高，APX通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环催化H2O2与抗坏血酸反应从而清除H2O2[24]。

丙二醛可作为膜脂过氧化的指标[25]。从图5d可以看出，各处理组的MDA含量在冷藏期间呈现先升高后降低再升高的趋势。第8天，MDA含量下降幅度较大，说明此时组织细胞内膜脂过氧化反应受到一定程度抑制。与冷藏前相比，冷藏结束时各组（-3 ℃、0 ℃、3 ℃和6 ℃）的 MDA含量分别上升了 96.74%、66.76%、71.63%和93.65%。

2.5 不同温度预冷对香气成分的影响

从表 1可以看出，在检测出的香气成分中，主要是醛类和醇类，而酯类只在-3 ℃预冷组的第8天中检测出较少的含量，第16天时已检测不出脂类物质。

在检测出的醛类中，主要是具有苹果香的反-2-己烯醛，己醛和柠檬醛含量较少。冷藏期间醛类物质相对含量之和呈现略微的升高，6 ℃预冷处理的醛类含量最少，从第8天的12.08%上升到第 16天的 12.35%。而-3、0和 3 ℃预冷的西葫芦，其醛类总含量在第 16天分别为21.87%、23.27%和30.12%。醛类物质的升高可能是因为西葫芦贮藏期间的后熟作用。

表1 各处理组第8天及16天香气成分含量Table 1 Aroma components of each treatment on 8th and 16th day/(%)

在检测出的醇类中，主要是1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇，同一处理整个贮藏期间醇类物质相对含量之和是上升的。第16天，各处理的醇类含量之和分别为69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。这种醇含量的上升和酯含量的下降是由乙酰转移酶(acetyltransferase)活性下降或者代谢底物不足所致[26]。

3 讨 论

果品采后预冷是现代冷链物流不可缺少的必备环节之一[27]。预冷速度是衡量差压预冷的主要指标之一[28]。本研究表明，差压预冷可显著缩短西葫芦降温时间，且预冷温度越低，预冷速度越快。本试验预冷的目标温度和预冷后的贮藏温度均为为10 ℃，因为西葫芦是冷敏感型蔬菜，在不合适的低温条件下贮藏会发生冷害，导致西葫芦抗病性和耐贮性下降，造成严重的腐烂与品质劣变现象[29]。-3 ℃预冷的西葫芦其内部冷害现象不明显，可能是因为-3 ℃预冷速度较快，但冷藏期间西葫芦表面长斑严重，在销售过程会影响到其商品价值和可接受程度。这与刘欢等[19]对嫩刺芽的研究结论类似，即并不是预冷温度越低对贮藏品质的保持效果越好。而-3 ℃预冷与0和3 ℃预冷在贮藏前期对抑制呼吸速率和乙烯生成速率、失重率的上升以及叶绿素的下降等方面并无显著性差异（P>0.05）。

在整个贮藏过程中0和3 ℃预冷组的丙二醛含量显著（P<0.05）低于-3和6 ℃预冷，并提高了过氧化氢酶活性，因此可有效抵御果实内部的H202的毒害作用。6 ℃预冷速度最慢致使其呼吸强度和乙烯生成速率相对较高，有机物消耗过多，因而预冷后的贮藏品质最差，且硬度显著（P<0.05）低于0℃预冷处理组。果实的香味可以客观反映其成熟程度和风味特点，是评价果实风味品质的重要指标[30]，但蔬菜类的香气成分一般低于水果类，西葫芦的香气成分主要是醛类和醇类，6 ℃预冷组醛类总相对含量最低，0和3 ℃预冷的西葫芦其香气含量较高。

4 结 论

1）利用差压冷库对西葫芦进行预冷，研究结果表明：预冷库温度越低，预冷速度越快，如-3 ℃预冷仅需 40分钟；但预冷温度不能太低或过高，当预冷温度过低会对其表皮产生冷害现象甚至对预冷后的冷藏效果产生不良影响；过高的温度预冷，其降温速度慢且达不到理想的保持采后品质的效果；

2）差压预冷和低温贮藏对采后西葫芦的效果表明：0～3 ℃差压预冷对西葫芦的预冷及冷藏效果最好，并能保持较高的香气含量，如冷藏结束时各组的维生素C含量分别下降了32.61%、20.65%、26.09%和30.87%；提高了过氧化氢酶活性，第 16天 CAT活性分别为 16.25、19.79、17.58和16.63 U/(min⋅g)；抑制了过氧化物酶活性，0和3 ℃预冷组的POD酶活性在整个冷藏期处于低于其它 2组；香气成分中醛类相对含量分别为 69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。低温可有效抑制呼吸速率和乙烯的生成速率，减少采后维C、叶绿素等营养物质的消耗，结合以上研究结果，建议西葫芦的差压预冷温度在0～3 ℃为宜。

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