低温贮藏下木纳格葡萄 适宜UV-C照射剂量的筛选

蒲婉璐,李 萍,邓 冰,李晓慧,闫师杰,5,*

(1.天津农学院食品科学与生物工程学院,天津 300384; 2.天津农学院基础科学学院,天津 300384; 3.西南大学食品科学学院,重庆 404100; 4.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030; 5.天津市农副产品深加工技术工程中心,天津 300384)

木纳格葡萄(Munage grape),是新疆地区果农在长时间的种植过程中通过自然培育而成的一个天然品种群,属欧亚种群中的东方品种[1];“木纳格”,即维吾尔族语“晶莹透亮”的意思[2],木纳格葡萄以其色泽鲜艳、肉厚皮薄以及较耐贮运等特点,在当地群众中很受欢迎。2004年，木纳格葡萄产量为14.46万吨[3],2014年达到28.55万吨[4],十年期间总产量翻了近一倍,为新疆地区发展较为迅猛的葡萄品种之一。采后腐烂是制约葡萄产业快速发展的因素之一[5],目前生产上多采用窖藏或放置化学保鲜剂等手段对木纳格葡萄进行贮藏[6],两种方法均不能兼顾低腐烂率和低化学残留的要求。

物理防治,即使用物理手段抑制水果采后病原菌生长,同时降低贮藏期间水果的生理代谢水平,以达到延长贮藏期、保持果实良好品质的目的。目前应用于水果采后保鲜的物理防治方法包括调节贮藏温湿度[7-8]、气调技术[9-10]、臭氧保鲜技术[11-14]、短波紫外线技术[15]、可食性涂膜保鲜技术[16-17]等。短波紫外线(Ultraviolet-C,UV-C),即波长小于280 nm的紫外线[18]。处于该范围波长的紫外线能量高、穿透力强[19],一定剂量的UV-C照射会干扰侵染微生物的内部代谢平衡,破坏具有活性的大分子物质的生理活性,导致其不能繁殖或停止生长。除对微生物的抑制作用,近年来一些研究还发现,UV-C处理可以诱导机体产生抗病效应:如长时间低强度的UV-C照射会增加番茄[20]、葡萄、草莓及洋葱[18]等机体内抗病物质的形成。作为常见的冷杀菌手段之一,UV-C已在食品保鲜中得到广泛应用,并且其无污染、无化学残留的特点[18]已为广大消费者所接受。目前UV-C处理在玫瑰香葡萄[18]、巨峰葡萄[21]上的适用性,及对应的适宜照射剂量已经得到确定,而UV-C处理在木纳格葡萄上的应用研究尚属空白。

本文设定了CK(对照组)和3个不同剂量UV-C照射共四种处理,拟筛选适宜的UV-C照射剂量,为木纳格葡萄新型采后贮藏方法提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

木纳格葡萄 于2015年11月20日购于北京新发地(2015年10月30日采摘于新疆省和田市,采用塑料筐包装,内衬无纺布,规格为8 kg。0 ℃预冷24 h后采用冷藏车(0 ℃)运输至北京新发地。在新发地贮藏温度为0 ℃,当晚由冷藏车(0 ℃)运至天津农学院冷库。

CA-10呼吸测定仪 美国SableSystems仪器公司;SMY-2000色差仪 北京盛名扬科技开发有限公司;PAL-1手持式糖度计 日本爱拓公司;FA1104电子天平 上海精天电子主要仪器有限公司;YTD418-1臭氧消毒柜 青岛美特斯公司;NK-10推拉力计 乐清市爱德堡仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的处理 葡萄运输至冷库后,进行修剪,剔除坏果、落粒后分装至小塑料筐,塑料筐内衬PE膜,每筐重量在2.5 kg左右;PE葡萄保鲜膜(厚0.03 nm)。木纳格葡萄分装后,于0 ℃环境下敞口预冷24 h。预冷结束后,CK处理直接封口,共15筐,放入-1 ℃库内贮藏,0.4、1.2和2 kJ/m2处理于-1 ℃库内对应紫外线剂量照射,贮藏期间每15 d照射一次,每20 d测定一次相关指标。

本实验以市售的臭氧消毒柜(共4层)为基础,于各层顶部安装医用短波紫外灯(8 W),并在消毒柜内部贴衬锡纸,改装成试验用短波紫外线设备。经测试,随照射时间加长,各层底部短波紫外线强度逐渐上升至300 μw/cm2。

有研究表明,各葡萄品种适宜的UV-C照射剂量范围为0.5～1.5 kJ/m2[21-23],为确定木纳格葡萄适宜的UV-C照射剂量,共设置0.4、1.2和2 kJ/m2三个剂量处理。本试验UV-C处理方案如表1。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 腐烂率、落粒率 参考王宁等[24]实验方法。

每组处理挑选3筐定果,每次试验称量并记录葡萄总重,并分别统计落粒果和腐烂果重量。公式如下:

式(1)

式(2)

1.2.2.2 呼吸强度 参考李珍等[25]实验方法。

每次试验时,随机从修剪完毕的葡萄上剪下总重约1 kg的果穗,每个处理设三个平行。将果穗放入改装过的乐扣保鲜盒中(密封盖上固定着由橡胶塞密封的塑料管)于0 ℃下密封2 h,用1 mL医用注射器抽取气体,每个平行抽取三针。抽取完毕后,称量果穗重量(记为W)。用呼吸测定仪测量每针气体中CO2含量,记录对应的峰面积(记为S1);每次试验时测量一次本底CO2含量,即密封保鲜盒时周围空气中CO2含量,记录对应峰面积(记为S2)。

式(3)

式中:Q为呼吸强度(以每小时每千克内CO2的质量计);S1为样品峰面积;S2为空气峰面积;保鲜盒体积为4500 mL;m为果穗质量(kg);k为CO2标曲斜率;b为标曲截距;c′为一定温度下单位物质量浓度CO2的浓度(mg/mL)。计算各平行穗轴的呼吸强度,求平均值为对应处理对应贮藏时间的呼吸强度。

注:标曲是通过测定CO2标气含量得到,公式为y=984.14x+0.0118;c′表示密闭盒中CO2浓度与密闭环境下CO2在空气中的浓度差值。

1.2.2.3 可溶性固形物含量 随机从各穗轴的不同部位随机挑选30个大小、颜色相近的果粒,去皮、去籽后压成汁,经尼龙纱布过滤后抽取1 mL,用手持式糖度仪测定三次,取平均值,以(%)表示。

1.2.2.4 可滴定酸含量 随机从各穗轴的不同部位随机挑选30个大小、颜色相近的果粒,去皮、去籽后压成汁,经尼龙纱布过滤后摇匀,吸取10 mL定容至100 mL容量瓶中。采用氢氧化钠滴定法测定三次,取平均值,计算公式参考李志文[26]的方法。以(%)表示可滴定酸含量。

1.2.2.5 果柄分离力 果柄分离力用改装过的拉力测试仪测定,在台式拉力测试仪顶端安装有小孔(OD:3 mm)的载物台,拉力计探头部位改装为试验夹。随机剪下30个大小均匀的果粒(带果梗);测量时将带果柄的果粒放置在载物台,露出果柄并用试验夹夹紧,匀速转动拉力仪转轮,待果梗与果粒分离后,记录仪表上数据。取平均值,以(g)表示。

1.3 数据处理

用Microsoft Office excel 2010进行数据处理;用DPS 7.0进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间可溶性固形物含量的影响

木纳格葡萄可溶性固形物含量(SSC)初始值为19.2%,随着贮藏期延长,由于呼吸代谢等活动,各处理SSC整体呈下降趋势。贮藏0～40 d各处理组的SSC下降明显,各处理下降量在1.85%～3%,其中2 kJ/m2UV-C处理SSC下降最少(SSC为17.62%,减少1.85%)。贮藏40～80 d,各处理呈现急剧上升后迅速下降的趋势;随后至贮藏末期,SSC下降缓慢。贮藏末期1.2 kJ/m2UV-C处理果SSC为16.54%,明显高于CK、0.4 kJ/m2UV-C处理和2 kJ/m2UV-C处理,照射剂量过高时,可溶性固形物含量下降,与刘闯平等[27]研究结果一致。

图1 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄SSC的影响Fig.1 The influence of different UV-C treatments on SSC of Munake grape during storage

2.2 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间可滴定酸含量的影响

可滴定酸含量(TA)主要表征葡萄中有机酸的含量。有机酸是参与自身能量代谢、保持代谢平衡的重要反应物质,同时也是葡萄特殊风味形成的关键。贮藏期间各UV-C处理及CK组木纳格葡萄果实TA含量变化如图2。木纳格葡萄贮藏TA初始值为0.42%;贮藏初期(0～60 d)各处理木纳格葡萄TA呈下降趋势,2 kJ/m2UV-C处理下降最明显,下降量高于CK、0.4 kJ/m2及1.2 kJ/m2UV-C处理。CK组及0.4 kJ/m2UV-C处理均在80 d时出现TA高峰,分别为0.52%和0.44%,随后缓慢下降;1.2 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C处理在贮藏60～120 d期间总体呈上升趋势。贮藏末期,1.2 kJ/m2UV-C处理TA明显高于CK、0.4 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C处理,较好的保持了木纳格葡萄果实的有机酸含量。

图2 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄TA的影响Fig.2 The influence of different UV-C treatment on TA of Munake grape during storage

2.3 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间腐烂率的影响

贮藏期间各处理腐烂率整体呈上升趋势。贮藏各时期(20、40、60、100 d)CK处理腐烂率均高于其余各处理;贮藏初期(0～80 d)三个UV-C处理腐烂率呈交替上升趋势,贮藏80 d至贮藏末期,各UV-C处理间腐烂率关系为0.4 kJ/m2>2 kJ/m2>1.2 kJ/m2。贮藏末期各处理间腐烂率关系为CK>0.4 kJ/m2>2 kJ/m2>1.2 kJ/m2。其中，1.2 kJ/m2UV-C处理在贮藏末期腐烂率为7.7%。腐烂率与UV-C照射剂量并不呈正相关。

图3 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄腐烂率的影响Fig.3 The influence of different UV-C treatments on decay rate of Munake grape during storage

2.4 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间落粒率的影响

随贮藏期延长,各短波紫外线处理及CK处理落粒率总体呈增加趋势。如图,贮藏20 d时各处理落粒率明显增加;贮藏40 d时CK及各UV-C处理落粒率有所下降,随后逐渐上升,至贮藏末期达到最高值。贮藏期结束时,各处理间落粒率关系为CK(14.0%)>1.2 kJ/m2(12.51%)>0.4 kJ/m2(11.52%)>2 kJ/m2(10.0%);2 kJ/m2UV-C处理低于其余各处理。各UV-C处理贮藏期间每15 d照射一次,于消毒柜内摆放时的磕碰会增加落粒的可能。

图4 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄落粒率的影响Fig.4 The influence of different UV-C treatments on shattering rate of Munake grape during storage

2.5 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间呼吸强度的影响

水果采后保鲜的根本在于将果实的自身消耗维持至较低水平,即降低呼吸代谢造成的自身营养物质减少。图5为贮藏期间各处理呼吸强度变化情况。葡萄属于非呼吸跃变型果实,整个贮藏过程中不会出现呼吸高峰[28]。贮藏初始呼吸强度为7 mg CO2·kg-1·h-1,贮藏期间各处理呼吸强度变化情况如下:各处理木纳格葡萄呼吸强度呈现上下波动趋势。2 kJ/m2UV-C处理在大多数时期(0～80 d)明显高于其它处理。葡萄为典型的非呼吸跃变型果实,贮藏期间没有明显的呼吸强度高峰出现;但从图中可以看出各处理在贮藏期间均出现不同程度的呼吸跃变,分析原因可能是:本试验采用破坏型方法测定葡萄果实呼吸强度,且各时期用于测定呼吸强度的葡萄大小不一;葡萄在感染微生物时,机体为抵抗真菌侵染,其能量代谢会异常增加以提高自身抵抗力;果梗属于呼吸跃变型,果梗呼吸强度远高于果粒[29],随着贮藏时间延长各穗轴落粒增加,单位重量葡萄其果梗比重增高从而整体呼吸强度出现跃变。

图5 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄呼吸强度的影响Fig.5 The influence of different UV-C treatments on respiration intensity of Munake grape during storage

2.6 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏期间果柄分离力的影响

贮藏期间各处理果柄分离力如图6。果柄分离力呈下降趋势,由于贮藏时间果实产生脱落酸和乙烯,打破了果粒中原有的激素平衡,导致离层的形成[30]。贮藏初期木纳格葡萄果柄分离力为391.17 g。贮藏期间CK、1.2 kJ/m2、0.4 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C处理分离力均呈先急速上升后缓慢下降的趋势,1.2 kJ/m2及0.4 kJ/m2贮藏末期降至初始水平(分别为397.75 g和386.55 g);贮藏末期CK及2 kJ/m2保持了较高的分离力,分别为444.05 g和421.5 g。CK处理果柄分离力高于其余短波紫外线处理;各UV-C处理分离力关系为2 kJ/m2>1.2 kJ/m2>0.4 kJ/m2。UV-C处理并不能很好的保持木纳格葡萄贮藏期间果柄分离力。

图6 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄果柄分离力的影响Fig.6 The influence of different UV-C treatments on stalk separating force of Munake grape during storage

2.7 不同短波紫外线照射剂量对木纳格葡萄贮藏末期好果率的影响

贮藏末期各处理好果率如图7。贮藏120 d时,各处理好果率关系为2 kJ/m2(87.24%)>1.2 kJ/m2(86.6%)>0.4 kJ/m2(74.06%)>CK(64.7%)。各UV-C处理好果率显著高于(p<0.05)对照处理;1.2 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C照射处理其好果率均显著高于0.4 kJ/m2处理(p<0.05),两处理间差异不显著(p>0.05)。

图7 不同短波紫外线处理对木纳格葡萄好果率的影响Fig.7 The influence of different UV-C treatments on marketable fruit rate of Munake grape during storage

3 讨论

一定剂量的UV-C处理,可通过杀灭水果表面微生物、诱导果实机体抗病性产生,而达到抑制葡萄采后腐烂发生、保证良好品质的目的。目前UV-C照射在葡萄采后贮藏上的应用研究,多为单次照射前提下的适宜照射剂量筛选;同时为保证照射均匀,各研究中多会选择照射的同时对穗轴进行翻转。但由于木纳格葡萄易落粒、易损伤的特点,定期翻转并不能广泛应用于生产;因此本试验采用间隔性的多批次不同剂量照射,研究该处理方案对木纳格葡萄贮藏品质的影响,为方便、快捷、高效的木纳格葡萄UV-C方法提供理论基础。

本试验中,UV-C处理在保持木纳格葡萄良好品质方面表现出一定优势,但不同品质指标适宜的照射剂量不尽相同:1.2 kJ/m2UV-C照射能保持贮藏结束时木纳格葡萄较高的可溶性固形物和有机酸含量，贮藏期间腐烂率较低;贮藏期结束,1.2 kJ/m2及2 kJ/m2剂量照射果均保持了较高的好果率,2 kJ/m2UV-C处理略高于1.2 kJ/m2剂量照射。综合考虑，1.2 kJ/m2UC-C处理能够较好地保持木纳格葡萄的贮藏品质，延长其保存期。需要注意的是,间隔性的UV-C处理在保证果实品质的同时,增加了贮藏期间落粒的发生及果实与处理环境中微生物孢子接触的可能性,在一定程度上降低了短波紫外线的处理效果。研究开发高效的处理设备、探索更适宜的处理方案(处理间隔、不同贮藏期照射剂量),是今后UV-C处理在木纳格葡萄采后贮藏上的研究重点。

4 结论

与对照组相比,短波紫外线处理在保持果实SSC、TA,降低贮藏期间腐烂、落粒发生,及保证贮藏末期高好果率方面优势明显。其中1.2 kJ/m2UV-C间隔性(15 d)照射保持了木纳格葡萄贮藏期间较高的可溶性固形物含量(16.54%)和可滴定酸含量(0.37%),贮藏期间腐烂率(7.7%)、落粒率低(12.51%),果柄分离力高于其它剂量处理,贮藏末期好果率达到86.6%,为木纳格葡萄最适宜的采后UV-C处理方法。