二氧化硫(SO2)对葡萄果实采后质构和果皮蜡质损伤的影响

赵芳芳,魏 佳,陈 燕,张 健,郑素慧,吴 斌,*

(1.新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052;2.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所,新疆乌鲁木齐 830091)

红地球葡萄(VitisviniferaL.cv.Redglobe),属于晚熟葡萄品种,以其色泽鲜艳、味甜爽口深受消费者的青睐,但葡萄果实采后贮藏期间品质会逐渐下降,严重影响葡萄的商品价值[1]。SO2熏蒸是国内外无可替代的葡萄商业化保鲜方式[2]。SO2作为一种强还原剂,对葡萄常见致病真菌有强烈抑制作用,还能抑制氧化酶活性,从而提高葡萄品质。集贤等[3]研究发现,SO2处理能够较好地抑制葡萄果肉的硬度、弹性和咀嚼性的降低,较好的保持果实的品质。果实的质构特性与果实的品质变化密切相关,质地剖面分析(texture Profile Analysis,TPA)法克服了传统仪器测量的不足,避免了人个体间差异对食品感官评价的影响,能够通过数字对果实质地进行客观评价。目前,TPA已广泛应用于杨梅[4]、苹果[5]、梨[6]、草莓[7]、猕猴桃[8]等果实质地变化的研究。

果实表面富含的蜡质层在果实采后品质保持方面具有重要作用[9]。葡萄表皮蜡质层是葡萄与外界接触的屏障,蜡质层结构直接影响果实的耐藏性[10]。近年来,随着表皮蜡质越来越受到关注,蜡质结构的稳定性与果实的品质存在着密切联系[11],对蓝莓果实的研究发现,去蜡质组的蓝莓果实硬度下降快,品质劣变迅速[12],对葡萄果实的研究发现,SO2维持了葡萄果皮蜡质结构的稳定性,较好的保持了果实的品质[13]。

然而关于SO2对葡萄质地和蜡质层变化的研究鲜见报道,本实验以红地球葡萄为试材,结合二氧化硫熏蒸处理,采用相关性分析和主成分分析(principal component analysis,PCA)对TPA测定的葡萄质地变化参数进行分析,确定较好的葡萄果实的质地评定参数,观察SO2处理对红地球葡萄果皮蜡质结构的变化,旨在为SO2提高红地球葡萄贮藏品质的研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红地球葡萄 于2016年9月15日采自新疆昌吉葡萄种植园,挑选果梗嫩绿、成熟度一致(可溶性固形物含量≥18%)、果粉均匀、果实无机械伤,修剪装箱后即时运往实验室冷库后,预冷24 h后,置于(0±0.5) ℃冷库中;丙酮 天津市福晨化学试剂厂,分析纯;50%戊二醇 天津市致远化学试剂有限公司,分析纯;标准SO2气体(纯度≥99.99%) 广州世源气体有限公司。

TA.XT plus物性测试仪 英国Stable Micro Systems Ltd;SK7200H超声波清洁器 上海科导超声仪器有限公司;S-570型扫描电子显微镜 日本日立(HITACHI)公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 当葡萄果心温度降到0 ℃左右时,将整筐葡萄(每筐7 kg)以品字型码垛;置于1 m3的密封塑料帐子内,在预实验的基础上分别用0、100、500 μL/L标准SO2气体(气体纯度≥99.99%)熏蒸葡萄2 h,每10 d熏蒸1次(共熏蒸11次)。熏蒸结束后,通过大功率抽气真空泵排出账内SO2。葡萄果实内衬吸水纸,外套PVC保鲜袋扎口,在0 ℃和相对湿度85%～95%条件下贮藏。每隔20 d测定质构参数,每个平行处理测定三次。

1.2.2 质构特性测试方法 将葡萄果实小心去皮(尽量避免果肉伤害)后,放于TPA测试平板上,采用直径为75 mm的圆柱形探头P/75(75 mm Cyl.Stainless)进行测试,样本量n=10。操作模式:压距模式;测试参数设定:预压速度5.0 mm/s,下压速度1 mm/s,上行速度5.0 mm/s,两次压缩暂停时间为5.0 s,触发力为5.0 g力,果实受机械压缩变形60.0%。对每粒葡萄样品分别测定正面、侧面,并重复一次。

1.2.3 果皮蜡质超微形态观察 电镜样品的制备参考Gao等[14]的方法,略有修改。用蒸馏水清洗红地球葡萄,除去果皮表面灰尘和杂质。取果实赤道部位的果皮,并用手术刀割成多个大小为3 mm×2 mm的小块。浆果果皮放入3%戊二醇中,4 ℃固定5 h。固定完成后,用100 mmol/L磷酸盐缓冲液(PBS)超声清洗0.5 h,再用65%、75%、95%和100%丙酮依次脱水20 min。果皮脱水干燥后,将样品粘于干净操作台面上,经E-1045离子溅射仪进行喷金处理,在S-570扫描电子显微镜上放大1700倍观察、拍照。

1.2.4 不同质构参数相关性分析 通过SPPS 19.0统计分析软件中的相关分析对葡萄果实硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性等不同质构参数进行相关性分析。

1.2.5 TPA质构参数的PCA分析 利用SPSS 19.0软件降维分析的最优尺度(2维)工具，对质构参数进行分析。

1.3 数据统计分析

使用Sigma Plot 12.5软件作图,SPSS 19.0对数据进行相关性分析、统计方差分析并利用Duncan法进行均值比较，并用SPSS 19.0对数据做主成分分析。相同字母表示差异不显著(p>0.05),不同字母表示差异显著(p<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同浓度SO2处理对红地球葡萄硬度的影响

硬度反映了果肉的坚实及致密程度,与果实组织成熟度有关[15]。由图3可知,贮藏期间,红地球葡萄果实的硬度整体呈下降趋势,这与前人研究杨梅[16]、硬肉桃[17]、鸭梨和京白梨[18]等的趋势相似。前60 d,对照组和SO2处理果实的硬度都能维持在相对较好的水平,60 d后,对照果实的硬度快速下降,100、500 μL/L SO2处理果实的硬度比对照组分别高了9.1%和5.59%,对照组与100 μL/L SO2处理组有显著差异(p<0.05),与500 μL/L SO2处理组无显著差异(p>0.05)。贮藏至100 d,100、500 μL/L SO2处理组的硬度分别为16.10、13.45 N/cm2,SO2处理组之间有显著差异(p<0.05)。结果表明,100 μL/L SO2处理明显延缓了葡萄果实硬度的下降。

图3 不同浓度SO2对葡萄硬度的影响Fig.3 Effects of different concentrations SO2 on hardness of grape注:相同字母表示差异不显著(p>0.05),不同字母表示差异显著(p<0.05)；图4～图7同。

2.2 不同浓度SO2处理对红地球葡萄内聚性的影响

内聚性指果肉抵抗牙齿咀嚼破坏而产生的内部收缩力[19]。由图4可知,贮藏期间,对照组呈下降趋势,SO2处理果实内聚性均呈先上升后下降的趋势。100、500 μL/L SO2处理果实内聚性第20 d分别上升到0.42和0.39,这种变化趋势与果实软化,质地不断下降相矛盾,可能是贮藏期间果肉失去自由水,果肉致密程度增大,内部压力增加所导致的[20]。贮藏至80 d,100、500 μL/L SO2处理果实内聚性分别下降到0.38和0.34,均高于对照,且两者之间具有显著差异(p<0.05),这表明,100 μL/L SO2处理果可以较好的保持果实的内聚性。

图4 不同浓度SO2对葡萄内聚性的影响Fig.4 Effects of different concentrations SO2 on cohesiveness of grape

2.3 不同浓度SO2处理对红地球葡萄弹性的影响

弹性指果实经第一次压缩变形结束后,在无外力条件下所能恢复的程度[21]。由图5可知,在贮藏期间,对照组和100、500 μL/L SO2处理果实弹性均呈下降趋势,贮藏前40 d,对照组和SO2处理果实的弹性都能维持在相对较好的水平。40 d以后,对照组实弹性下降较快,100 μL/L SO2处理高于对照组。贮藏至100 d时,100、500 μL/L SO2处理组弹性分别为4.68、4.07 mm,SO2处理之间具有显著差异(p<0.05),其原因可能与红地球葡萄果皮蜡质有关,蜡质排列松散,蜡质之间存在间隙,SO2易从空腔进入果皮结构中,500 μL/L SO2能够伤害表皮细胞[9]。结果表明,100 μL/L SO2处理能延缓果实弹性的下降。

图5 不同浓度SO2对葡萄弹性的影响Fig.5 Effects of different concentrations SO2 on springiness of grape

2.4 不同浓度SO2处理对红地球葡萄胶黏性的影响

胶黏性反映的是果肉细胞间结合力的大小[22]。由图6可知,在贮藏期间,对照组和SO2处理组果胶黏性总体呈下降趋势,且下降较慢。第60 d,100、500 μL/L SO2处理果实胶黏性分别比对照组高了20.34%和16.07%,SO2处理之间无显著差异(p>0.05),但对照组与SO2处理组之间具有显著差异(p<0.05)。贮藏至结束,100、500 μL/L SO2处理果实胶黏性降低至6.52和6.45,两者之间具有显著差异(p<0.05),这与适宜浓度的SO2能抑制葡萄果实的软化,延缓果实质地的劣变相一致[23]。结果表明,100 μL/L SO2处理果实胶黏性下降较慢。

图6 不同浓度SO2对葡萄胶黏性的影响Fig.6 Effects of different concentrations SO2 on gumminess of grape

2.5 不同浓度 SO2处理对红地球葡萄咀嚼性的影响

咀嚼性指果实对牙齿咀嚼时的抵抗力[24]。从图7可以看出,在贮藏期间,对照组和SO2处理组咀嚼性均呈下降趋势。贮藏至80 d时,对照组果实咀嚼性降低至6.74 mJ,同期100、500 μL/L SO2处理组比对照组分别高了10.25%和8.05%,SO2处理之间无显著差异(p>0.05),但对照组与SO2处理组之间具有显著差异(p<0.05)。贮藏后期至100 d,100、500 μL/L SO2处理组果实咀嚼性无显著差异(p>0.05),但100 μL/L SO2处理比500 μL/L SO2处理高了5.87%,这与集贤等[3]在葡萄上研究的结果基本一致。结果表明,100 μL/L SO2处理能较好的维持果实的咀嚼性。

图7 不同浓度SO2对葡萄咀嚼性的影响Fig.7 Effects of different concentrations SO2 on chewiness of grape

2.6 红地球葡萄果皮蜡质超微结构对质构的影响

红地球葡萄为硬脆型果肉,果粒表面有一层较厚的蜡质结构,有研究表明正常的葡萄蜡质层具有一定的晶体结构,在受到SO2侵害时,蜡质层的晶体结构会遭到迫害[25],葡萄果实表面的蜡质结构变化能加速果实的劣变[13]。由图8A1、A2、A3可知,贮藏20 d时,CK组和100、500 μL/L SO2处理组葡萄果实表面存在有大量的蜡质,蜡质层以颗粒状、片状结构存在,凹凸状明显,果皮蜡膜完整,且处理组与对照组间没有明显差异。贮藏至60 d,CK组表皮结构变化较大,果皮出现环状孔洞现象(图8B1),与CK组相比,100、500 μL/L SO2处理组葡萄果实存在大块的蜡质层,蜡质层的凹凸起伏变得不明显,小的蜡块变小或消失(图8B2、B3),这可能是上文中60 d后CK组硬度下降较快的原因,李宏健[26]等证明了这一点。贮藏100 d时,从图9C1、C2、C3可以看出,果实呈大量片状分层,果皮蜡质层发生明显的改变,蜡质结构受到SO2浓度的影响,有的部位变薄,蜡膜破裂,从而使表皮细胞直接与外界接触,果实组织结构被破坏;CK对照组蜡质片状结构增多,环状孔洞面积增大,500 μL/L SO2处理组果皮出现裂缝、空洞(图8C3),100 μL/L SO2处理组影响稍小(图8C3),可能是SO2和病原物很容易突破葡萄表皮的保护组织而进入,使葡萄果皮蜡质受到轻微伤害[25],500 μL/L SO2处理能够伤害表皮蜡质[10]。说明100 μL/L SO2可以抑制红地球葡萄果皮蜡质超微结构的变化。

图8 0 ℃贮藏期间红地球葡萄果皮蜡质超微结构图(1700×)Fig.8 Scanning electron micrographs of wax of red globe grape during storage at 0 ℃(1700×)注:A1～A3分别代表贮藏20 d对照组、100 μL/L SO2处理组、500 μL/L SO2处理组的果皮蜡质;B1～B3分别代表贮藏60 d对照组、100 μL/L SO2处理组、500 μL/L SO2处理组的果皮蜡质;C1～C3分别代表贮藏100 d对照组、100 μL/L SO2处理组、500 μL/L SO2处理组的果皮蜡质。

2.7 SO2间歇熏蒸对红地球葡萄不同质构参数相关性分析

由表1可知,在此测试参数下,葡萄的质地参数有较好的相关性(r=0.433～0.903)。红地球葡萄果肉硬度与弹性、咀嚼性呈极显著正相关性(p<0.01),这表明葡萄果肉硬度越大,果肉的弹性、咀嚼性就越高;硬度与胶黏性呈显著正相关(p<0.05)。此外,内聚性与硬度无显著相关性(r=0.433),和弹性、胶黏性呈极显著正相关性(p<0.01),和咀嚼性呈显著正相关性(r=0.492),果肉弹性与胶黏性、咀嚼性呈现极显著正相关(p<0.01),其中与咀嚼性的相关性最高(r=0.903),表明果实的弹性能够对咀嚼性有很大的影响,对胶黏性也有较大的影响。胶黏性和咀嚼性呈极显著相关(p<0.01)。综上所述,弹性(0.601～0.903)、胶黏性(0.749～0.809)、咀嚼性(0.492～0.903)分别同其他测试的质构参数均具有显著的相关性。

表1 不同处理与红地球葡萄质地参数的相关性分析(R)Table 1 Correlation analysis of different treatment and texture parameters of red globe grape

2.8 SO2间歇熏蒸对红地球葡萄不同质构参数的PCA

主成分分析(principal components analysis,PCA)也叫作主分量分析,由霍特林(Hotelling)首先提出。PCA消除了质构参数间不同量纲的问题,也消除了各指标间相关性造成的信息重叠,避免了人为区分各指标间权重系数的问题[27],旨在利用降维思想把多指标转化为较少的几个综合指标,保留原始变量的信息的前提下通过少数几个主成分来揭示多个变量间的关系。通过对红地球葡萄质构的5个特征指标进行主成分分析,得到两个主成分如图9,累积贡献率达到96.81%,基本上反映了原质构特性包含的全部信息。指标空间上距离越近,表示相关程度越高,其中,内聚性、胶黏性、咀嚼性、弹性、硬度在DIM1的正坐标处,则DIM1主要反映了质地参数的相关程度;内聚性和胶黏性在DIM2的正坐标处具有较高载荷,主要反映了葡萄果实组织结构的韧性。建立2个主成分表达式,F1=0.764X1+0.754X2+0.820X3+0.851X4+0.989X5,F2=-0.586X1+0.652X2-0.530X3+0.514X4-0.015X5,式中:X1、X2、X3、X4、X5分别为硬度、胶黏性、咀嚼性、内聚性、弹性的标准化值。

图9 SO2对红地球葡萄TPA主成分因子载荷的影响Fig.9 PCAloadings for TPA parameters of red globe grape

由主成分表达式计算得到不同处理不同时间点的主成分得分(图10)。结果表明,100 μL/L SO2处理有2个点(20、40)在C区上,比其他处理组多,表明100 μL/L SO2处理的贮藏效果优于其他处理;对照处理贮藏红地球葡萄较差,进一步说明了100 μL/L SO2处理优于其他处理。在区间D上,SO2处理组比CK组多,说明SO2处理红地球葡萄质地保持较好,相关性较显著。总体而言,这2个主成分将对照同SO2处理较好地区分开来。

图10 SO2对红地球葡萄TPA主成分得分的影响Fig.10 PCA scores for TPA parameters of red globe grape stored fordifferent periods after SO2 treatment

3 结论

采用TPA测试红地球葡萄果实的质地参数表明,100 μL/L SO2处理效果较好,能够很好的保持葡萄果实的各项质地参数,对果实内部组织的结合力影响较小,对果实的内部组织结构伤害较小。SO2间歇熏蒸处理可以延缓葡萄果实硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性等质地参数的下降。相关性分析表明,弹性(0.601～0.903)、胶黏性(0.749～0.809)、咀嚼性(0.492～0.903)分别同其他测试的质构参数均具有显著的相关性,弹性、胶黏性、咀嚼性是影响红地球葡萄贮藏期间果肉质地的重要参数。扫描电镜表明,100 μL/L SO2可保持红地球葡萄蜡质结构的完整性。PCA分析表明,两个主成分可较好的将对照、100、500 μL/L SO2处理区分开来,100 μL/L SO2处理能够较好的保持红地球葡萄的品质。