臭氧、1-MCP和乙烯吸收剂组合处理对番茄保鲜效果的影响

梁芸志,季丽丽,陈存坤,吴 昊,董成虎,王成荣,*

(1.青岛农业大学食品科学与工程学院,山东青岛 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)

臭氧处理技术是目前果蔬保鲜最有效的物理保鲜技术之一,应用到蔬菜上具有“安全、无残留、高效、去农残”的特点,在蔬菜预冷和流通过程中使用臭氧处理能够减少蔬菜的腐烂,提高流通品质。臭氧是一种强氧化剂,具有广谱、高效的杀菌作用[1]。自从美国对臭氧在食品工业中的作用给予“安全可靠”标识后,臭氧气体已被应用于果蔬采后的实验处理上[2]。国外许多研究表明,臭氧对荔枝[3]、马铃薯[4]、木瓜[5]、辣椒[6]、草莓[7]、白葡萄[8]和甜椒[9]具有良好的保鲜效果。Tanou等[10]研究了硝普钠和臭氧对猕猴桃成熟生理学的影响。Emrah[11]研究了臭氧对苹果汁中的酸土脂环芽孢杆菌的作用。臭氧保鲜番茄的研究中,发现臭氧浓度为17.14 mg/m3(8 ppm)时对番茄的保鲜效果较好。

1-MCP是一种绿色保鲜剂,它无毒、无味、安全,是一种非常好的乙烯受体抑制剂,具有良好的保鲜效果。1-MCP对于呼吸跃变型果实的保鲜作用尤为突出。国内外许多研究表明,1-MCP对菠萝[12]、李子[13]、葡萄[14]、苹果[15]、蓝莓[16]和猕猴桃[17]具有良好的保鲜效果。王志华等[18]研究了1-MCP结合降温方法对鸭梨采后生理和果心褐变的影响。Boggala等[19]研究了1-MCP对新鲜番茄贮藏的影响。

乙烯吸收剂(EA)可以吸收果蔬成熟过程中释放的乙烯,从而减缓果蔬的衰老。许多研究表明,乙烯吸收剂对粉蕉[20]和山楂[21]具有良好的保鲜效果。刚成诚等[22]研究了自发气调包装和乙烯吸收剂对水蜜桃贮藏品质的影响。及华等[23]研究了薄膜包装和乙烯吸收剂对黑宝石李贮藏品质和褐变的影响。

目前臭氧、1-MCP和乙烯吸收剂在番茄研究中都已单独使用过,但是这3种组合处理在番茄保鲜中报道较少,因此研究它们的组合处理对番茄的保鲜作用是有必要的。本研究选择臭氧、1-MCP和乙烯吸收剂3种不同的保鲜剂组合对番茄进行处理,研究其对番茄质构、营养、酶活性和香气含量的影响,以确定处理番茄的最佳的保鲜剂组合。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

“硬粉”番茄 采自河北青县,处于后熟期;微孔膜 由国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)提供,规格为75 cm×60 cm,厚度20 μm;1-MCP 由咸阳西秦生物公司提供,每小袋净含量0.3 g;乙烯吸收剂 由山西省农业科学院提供,每小袋净含量8 g,有效成分为高锰酸钾(质量分数≥10%);磷酸氢二钠、磷酸二氢钠 天津科威公司;氢氧化钠、氯化钠 天津风船公司;硫代巴比妥酸 天津科丰公司;乙二胺四乙酸、抗坏血酸、三氯乙酸、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、Triton-100、愈创木酚、过氧化氢、盐酸 天津光复公司。

PBI Dansensor残氧仪 丹麦丹圣公司;臭氧机 北京海美钜公司;TA.XT.Plus物性仪英国 SMS公司;PAL-1便携式手持折光仪 日本Atago公司;GMK-835N酸度测定仪 韩国G-WON公司;3-30K高速冷冻离心机 德国Sigma公司;UV-1780紫外可见分光光度计 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。

1.2 实验方法

1.2.1 处理方法 挑选大小均匀、成熟度一致、无病虫害、无机械损伤的番茄,用微孔膜包装放入塑料箱中,每袋大约7.5 kg,分别进行以下处理:对照组不作任何保鲜剂处理(CK);加入1包乙烯吸收剂,并用17.14 mg/m3臭氧每隔1 d处理一次(O3+EA);加入1包1-MCP,并用17.14 mg/m3臭氧每隔1 d处理一次(O3+1-MCP);加入1包乙烯吸收剂和1包1-MCP,并用17.14 mg/m3臭氧每隔1 d处理一次(O3+EA+1-MCP),臭氧处理时打开包装袋在库内进行,时间为15 min,于(10±1) ℃冷库中贮藏。每5 d取一次样。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 硬度 利用P/2柱头(Φ=2 mm)对10个番茄进行穿刺测试,每个番茄在中部穿刺3次,测前速率为5.0 mm/s,测试速率为2.0 mm/s,穿刺深度为10 mm,单位为N。

1.2.2.2 呼吸速率 将5个番茄置于10 ℃密闭呼吸室中3 h,然后测定氧气和二氧化碳百分含量。计算公式为:

式中:Q为呼吸强度,mg CO2/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;1.894 g/L为常压下10 ℃时二氧化碳的密度。

1.2.2.3 可滴定酸(titratable acid,TA)含量 使用6层纱布对打浆后的5个番茄进行过滤,吸取滤液0.306 mL,加入盛有30 mL蒸馏水的测定瓶中,用GMK-835N酸度测定仪测定,单位为%。

1.2.2.4 可溶性固形物(total soluble solids,TSS)含量 使用6层纱布对打浆后的5个番茄进行过滤,倒入适量滤液,用PAL-1便携式手持折光仪测定,单位为%。

1.2.2.5 维生素C(vitamin C,VC)含量 参考马宏飞等[24]的方法并稍作修改。称取10.00 g样品于研钵中,加入10% HCl 10 mL,匀浆,用蒸馏水定容至25 mL,混匀。移至离心管中离心15 min,取1.0 mL上清液,放入盛有2.0 mL 10% HCl的容量瓶中,用蒸馏水定容至25 mL,摇匀。以蒸馏水为空白,在243.4 nm处测定其吸光度,VC含量计算公式为：

式中：c为依标准曲线方程计算得到的维生素C浓度，μg/L；Vs为测定时所取样品提取液体积，mL；V0为测定时所取样品提取液的定容体积，mL；V为样品提取液的总体积，mL；m为样品质量，g。

1.2.2.6 番茄红素含量 参考朱俊向等[25]的方法。取5.00 g样品,按1∶13的料液比加入含2%二氯甲烷的石油醚65 mL,50 ℃水浴70 min,然后取1 mL滤液,用含2%二氯甲烷的石油醚稀释10倍,以含2%二氯甲烷的石油醚为参比,于502 nm处测定其吸光度,根据下面公式计算番茄红素提取率。公式:

式中:Y为番茄红素提取率,mg/100 g;A为待测液吸光度;V为提取溶液体积,mL;n为稀释倍数;3078为番茄红素在含2%二氯甲烷石油醚中的百分吸光系数;m为番茄样品的质量,g。

1.2.2.7 丙二醛(malonaldehyde,MDA)含量 参考曹建康等[26]的方法并稍作修改。称取5.00 g样品于研钵中,加入10 mL 100 g/L TCA溶液,研磨匀浆后离心。取2.0 mL上清液,加入2.0 mL 6.7 g/L TBA溶液,在沸水浴中水浴20 min,冷却至室温后测定450、532和600 nm处的吸光度,空白管加入2.0 mL 100 g/L TCA溶液代替上清液。

计算公式为：

式中：c为反应混合液中丙二醛浓度，μmol；V为样品提取液总体积，mL；Vs为测定时所取样品提取液体积，mL；m为样品质量，g。

1.2.2.8 抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)活性 参考曹建康等[26]的方法测定。

1.2.2.9 过氧化物酶(peroxidase,POD)活性 参考曹建康等[26]的方法测定。

1.2.2.10 香气成分 色谱条件:HP-INNOWAX 色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm);程序升温:40 ℃保留3 min,然后以4 ℃/min 升至120 ℃,再以5 ℃/min 升至210 ℃,保留5 min。传输线温度为250 ℃。载气为He,流速1 mL/min,不分流。质谱条件:连接杆温度280 ℃,电离方式为EI,离子源温度200 ℃,扫描范围35～350 u。

采用 Headspace Solid Phase Microextraction(HS-SPME)和GC-MS联用法测定,四分法取样、打浆后离心,取上清液8 mL装入带有磁力搅拌子的15 mL顶空瓶中,50 ℃水浴15 min,水浴完成加入2.5 g NaCl后加盖封口,置于磁力加热搅拌器上(转速为600 r/min),然后将固相微萃取头插入顶空瓶的顶空部分(离液面约1 cm处),于50 ℃吸附30 min后拔出萃取头,立即插入GC/MS进样口,于250 ℃解吸5 min。

1.3 数据分析

所有实验均重复3次,使用SPSS 17.0软件进行方差分析和显著性分析,p<0.05表示差异显著,使用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同保鲜剂处理对番茄硬度的影响

由图1可看出,整个贮藏期,4个处理的硬度呈现逐渐下降的趋势。对照组的硬度总体上低于其他处理组,O3+EA+1-MCP处理组的硬度总体高于其他处理。前5 d,各个处理的硬度下降较快,对照组、O3+EA、O3+1-MCP、O3+EA+1-MCP处理分别下降了7.57%、5.43%、3.45%和1.81%,可能是因为前期呼吸作用较强,酶活升高使果胶和纤维素分解[27],从而使番茄变软。在第5和15 d,O3+EA+1-MCP处理的硬度显著(p<0.05)高于其他处理。

图1 不同保鲜剂处理对番茄硬度的影响Fig.1 Effects of different preservative treatments on the firmness of tomato

2.2 不同保鲜剂处理对番茄呼吸速率的影响

由图2可看出,整个贮藏期,4个处理的呼吸速率呈现逐渐下降的趋势。贮藏前的呼吸速率较高,达到16.29 mg CO2/kg·h,之后贮藏受到低温抑制，呼吸速率快速下降。对照组的呼吸速率高于其他处理,表明保鲜剂处理可以抑制番茄的呼吸作用。O3+EA+1-MCP处理的呼吸速率总体上低于其他处理。在第5和10 d,O3+EA+1-MCP处理显著(p<0.05)低于其他处理。表明O3+EA+1-MCP处理的效果较好。

图2 不同保鲜剂处理对番茄呼吸速率的影响Fig.2 Effects of different preservative treatments on the respiratory rate of tomato

2.3 不同保鲜剂处理对番茄营养成分含量的影响

2.3.1 不同保鲜剂处理对番茄TA含量的影响 由图3可看出,整个贮藏期,4个处理的可滴定酸含量呈现逐渐下降的趋势。对照组的可滴定酸含量低于其他处理,可能由于保鲜剂处理抑制呼吸作用,从而使可滴定酸消耗减少[28]。贮藏前5 d,TA含量下降较快,对照组、O3+EA、O3+1-MCP、O3+EA+1-MCP处理分别下降了19.85%、19.12%、18.75%和15.44%。在第5、10 d,对照组、O3+EA和O3+1-MCP处理之间差异不显著(p>0.05),在第15、20 d,O3+EA+1-MCP处理显著(p<0.05)高于其他处理。

图3 不同保鲜剂处理对番茄TA含量的影响Fig.3 Effects of different preservative treatments on the content of TA in tomato

2.3.2 不同保鲜剂处理对番茄TSS含量的影响 由图4可看出,整个贮藏期,4个处理的可溶性固形物含量呈现逐渐下降的趋势。对照组的TSS含量低于其他处理,O3+EA+1-MCP处理的TSS含量高于其他处理,表明保鲜剂处理可以延缓番茄果实TSS含量的下降速度,可能由于保鲜剂处理抑制了番茄的呼吸作用,从而使可溶性固形物消耗减少[29]。前10 d,各个处理的TSS含量下降较快,对照组、O3+EA、O3+1-MCP、O3+EA+1-MCP处理分别下降了18.85%、14.58%、13.89%和8.33%。在第10 d,O3+EA+1-MCP处理的TSS含量显著(p<0.05)高于其他处理。

图4 不同保鲜剂处理对番茄TSS含量的影响Fig.4 Effects of different preservative treatments on the content of TSS in tomato

2.3.3 不同保鲜剂处理对番茄维生素C含量的影响 由图5可看出,整个贮藏期,5个处理的VC含量呈现逐渐下降的趋势。贮藏前期,VC含量下降较快,前5 d,对照组、O3+EA、O3+1-MCP、O3+EA+1-MCP处理分别下降了11.11%、9.70%、8.70%和4.62%。对照组的VC含量低于其他处理,O3+EA+1-MCP处理的VC含量总体上高于其他处理,表明保鲜剂处理可以延缓番茄VC含量的下降。在第5 d,O3+EA+1-MCP处理的VC含量显著(p<0.05)高于其他处理。

图5 不同保鲜剂处理对番茄维生素C含量的影响Fig.5 Effects of different preservative treatments on the content of VC in tomato

2.3.4 不同保鲜剂处理对番茄红素含量的影响 由图6可看出,整个贮藏期,4个处理的番茄红素含量呈现逐渐下降的趋势。贮藏前期,番茄红素含量下降较快,前5 d,对照组、O3+EA、O3+1-MCP、O3+EA+1-MCP处理分别下降了37.09%、24.46%、12.53%和7.10%。对照组的番茄红素含量低于其他处理,O3+EA+1-MCP处理的番茄红素含量高于其他处理,表明保鲜剂处理可以延缓番茄中番茄红素含量的下降。在第5、10、15和20 d,O3+EA+1-MCP处理的番茄红素含量显著(p<0.05)高于其他处理。

图6 不同保鲜剂处理对番茄红素含量的影响Fig.6 Effects of different preservative treatments on the content of lycopene in tomato

2.4 不同保鲜剂处理对番茄代谢产物和酶活性的影响

2.4.1 不同保鲜剂处理对番茄丙二醛含量的影响 由图7可看出,整个贮藏期,4个处理的丙二醛含量呈现逐渐上升的趋势。对照组的丙二醛含量总体上高于其他处理,表明保鲜剂处理可以抑制番茄丙二醛含量的积累。在第10和15 d,O3+EA+1-MCP处理的丙二醛含量显著(p<0.05)低于其它处理,在第20 d,对照组的丙二醛含量分别是O3+EA、O3+1-MCP和O3+EA+1-MCP处理的1.18、1.20和1.53倍。

图7 不同保鲜剂处理对番茄丙二醛含量的影响Fig.7 Effects of different preservative treatments on the content of MDA in tomato

2.4.2 不同保鲜剂处理对番茄APX活性的影响 由图8可看出,整个贮藏期,4个处理的APX活性呈现先上升后下降再上升的趋势,前期酶活升高,这与前期VC含量下降较快是一致的,有利于活性氧的清除,之后酶活下降可能由于果蔬组织内活性氧含量有所下降。APX可利用抗坏血酸将H2O2还原成水[30]。对照组的APX活性高于其他处理,可能由于对照组产生的H2O2较多,从而诱导APX活性升高。而保鲜剂处理产生的H2O2较少,因此APX活性较低。O3+EA+1-MCP处理的APX活性低于其他处理,在第15和20 d,与其他处理存在显著差异(p<0.05)。

图8 不同保鲜剂处理对番茄APX活性的影响Fig.8 Effects of different preservative treatments on the activity of APX in tomato

2.4.3 不同保鲜剂处理对番茄POD活性的影响 由图9可看出,整个贮藏期,4个处理的POD活性总体呈现上升的趋势。O3+EA+1-MCP处理的POD活性低于其他处理,在第5 d,显著(p<0.05)低于对照组和O3+EA处理。在第20 d,对照组的POD活性分别是O3+EA、O3+1-MCP和O3+EA+1-MCP处理的1.18、1.86和4.48倍。

图9 不同保鲜剂处理对番茄POD活性的影响Fig.9 Effects of different preservative treatments on the activity of POD in tomato

2.5 不同保鲜剂处理对番茄香气成分(相对含量)的影响

由表1可看出,在检出的香气成分中,主要成分是醛类、酮类、醇类。在不同贮藏期,4种处理都以醛类居多。在检测出的醛类中,主要特征香气是具有苹果香的反-2-己烯醛和具有青草香的己醛。同一处理,随着贮藏期的延长,反-2-己烯醛和己醛的相对含量都是逐渐减少的。在第20 d,对照组、O3+EA、O3+1-MCP和O3+EA+1-MCP处理的反-2-己烯醛和己醛2种特征香气之和分别比第10 d下降了45.26%、30.35%、15.25%和19.14%。同一天,O3+EA+1-MCP处理的反-2-己烯醛和己醛的相对含量都高于对照组。

在检测出的酮类中,主要特征香气是具有果香的6-甲基-5-庚烯-2-酮,番茄红素作为它的直接合成前体物质,直接影响它的合成。同一处理,随着贮藏期的延长,6-甲基-5-庚烯-2-酮的含量是逐渐减少的。同一天,O3+EA+1-MCP处理的6-甲基-5-庚烯-2-酮的相对含量高于其他处理。

在检测出的醇类中,主要是2-乙基己醇。同一处理,随着贮藏期的延长,2-乙基己醇的含量是逐渐减少的,在第20 d,对照组、O3+EA、O3+1-MCP和O3+EA+1-MCP处理的2-乙基己醇相对含量分别比第10 d下降了27.20%、5.77%、3.56%和9.70%。醇类和酰基辅酶A可在醇酰基转移酶的催化下反应生成酯类[31]。同一天,对照组的2-乙基己醇相对含量高于其他处理,可能是由于其他处理的醇-酰基转移酶活性较高,使醇类向酯类转化导致醇类含量减少。

3 结论

该研究选择3种不同的保鲜剂组合对番茄进行处理,研究其对番茄质构、营养、酶活性和香气含量的影响,以确定处理番茄的最佳的保鲜剂组合。结果表明,O3+EA+1-MCP处理的番茄硬度较高,在前5 d下降了1.81%;呼吸速率较低,在第5和10 d,O3+EA+1-MCP处理显著(p<0.05)低于其他处理;TA、VC和番茄红素含量较高,在第5 d分别下降了15.44%、4.62%和7.10%;TSS含量较高,在第10 d下降了8.33%;丙二醛含量较低,在第20 d,对照组的丙二醛含量分别是O3+EA、O3+1-MCP和O3+EA+1-MCP处理的1.18、1.20和1.53倍;APX活性较较低,在第15和20 d,与其他处理存在显著差异(p<0.05);POD活性较低,在第5 d,显著(p<0.05)低于对照组和O3+EA处理;醛类、酮类、醇类的特征香气成分相对含量高于其他处理。与此相似,黄雯[32]研究不同处理方式(1-MCP、O3、1-MCP+O3以及1-MCP+O3+保鲜膜)对翠冠梨贮藏品质影响,发现1-MCP+O3+保鲜膜可以较好地保持果实硬度、TSS、TA含量,抑制丙二醛含量增加。刘媛等[33]研究1-MCP、薄膜包装和乙烯吸收剂对黄金梨冷藏品质的影响,发现1-MCP+MAP+EA三者复合处理可以保持果实硬度和TA含量,抑制TSS含量和果皮细胞膜透性升高。O3+EA+1-MCP处理能对番茄起到较好的保鲜效果,可能是由于臭氧、1-MCP和EA的协同作用。臭氧能氧化许多饱和、非饱和的有机物，破除高分子链及简单烃类物质[34]，例如它可以氧化果蔬产生的乙烯，从而延缓后熟，保持其新鲜品质[35]。它还能诱导果蔬表皮的气孔缩小、减少水分蒸腾和养分消耗。而1-MCP是通过与乙烯竞争受体,从而阻断乙烯的生成[36]。EA主要利用高锰酸钾的氧化作用脱除乙烯。

O3+EA+1-MCP处理可较好地保持番茄硬度,抑制呼吸速率,减缓可滴定酸、可溶性固形物、维生素C和番茄红素含量的降低,抑制丙二醛的积累、抗坏血酸过氧化物酶和过氧化物酶的活性,保持番茄的香气含量。

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