采用真空预冷处理提升西兰花贮藏品质

赵维琦，孟赞，董斌，兰艳丽，陈安镜，李晨，赵伯涛，李锋*

1(山东农业大学 食品科学与工程学院，山东 泰安，271018) 2(南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京，211111)

西兰花(BrassicaoleraceaL. var.italica)属于十字花科芸薹属甘蓝种变种青花菜亚种双子叶植物[1]。花蕾组织是西兰花的主要食用部分，富含蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素及钙、镁、磷、钾等矿物元素，营养价值较高，享有“蔬菜皇冠”的美誉[2]。西兰花也是我国蔬菜的主栽品种之一，在中部、北部(浙江、江苏、山东等省份)以及南方(福建、云南等)地区广泛种植，栽培面积超过30万亩[1]。然而，西兰花是呼吸跃变型果蔬[3]，采收后极易劣变，在常温下贮藏2～3 d，就会发生花蕾黄化褐变、失水萎蔫、花球松散脱落、营养品质下降等现象[4]，严重影响其食用品质和商品价值。因此，开发有效、经济、绿色的采后贮藏技术对于降低西兰花的采后损失和推动产业发展具有重要意义。目前，西兰花的保鲜技术主要有低温贮藏、气调贮藏、热处理、UV-C辐照、静电物化、化学保鲜剂处理等[5-7]。

真空预冷技术是通过在真空条件下快速蒸发果蔬表面和组织内水分带走大量汽化潜热而降低果蔬温度的预冷方式[8]。相比于传统的降温技术，它具有冷却速率快、冷却均匀、高效等优点[9]，因而已成为果蔬田间采收后降低田间热、快速抑制呼吸强度的重要工序。目前，真空预冷技术应用于自由水含量较高且比表面积较大的叶菜(如莴笋叶、生菜、卷心菜等)及水果(草莓、火龙果、蟠桃等)，取得了较好的效果[10-11]。很多学者也探讨了真空预冷技术在提高西兰花贮藏品质方面的作用，例如，钱骅等[12]研究了不同补水率和预冷终温处理条件对西兰花贮藏品质的影响，发现补水量显著影响真空预冷时间和样品失水量，有利于保持贮藏期间西兰花的Vc、可滴定酸含量和感观品质。刘芬等[13]通过测定呼吸速率、乙烯释放量、叶绿素和Vc等指标，发现真空预冷处理具有延缓西兰花衰老的作用。真空预冷压力是影响果蔬真空预冷效果的重要因素，会显著影响果蔬的预冷时间和品质，但是，不同真空预冷压力对西兰花预冷效果影响的研究报道较少。本研究以西兰花为试验材料，探讨了不同真空预冷压力处理对西兰花贮藏品质的影响，以期为真空预冷技术在西兰花贮藏过程中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西兰花，品种为“蔓陀绿”，购于山东农业大学农场。

D-(+)-葡萄糖(纯度≥99.5%)、牛血清白蛋白(≥98%)、2,6-二氯靛酚钠(≥98%)、3,4,5-三羟基苯甲酸(≥99%)，美国Sigma-Aldrich公司；考马斯亮蓝G250、茚三酮(98%)，北京索莱宝科技有限公司；多酚氧化酶(PPO)测试盒和过氧化物酶(POD)测定试剂盒，南京建成生物工程研究所；抗坏血酸、丙酮、醋酸、KCl、NaCl、无水乙醇等(分析纯)，上海国药集团化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

果蔬真空预冷机，与企业联合自制；ME204E电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；A11分析研磨机，德国IKA仪器设备有限公司；TAXTplus物理特性测试仪，英国Stable Mirosystems仪器有限公司；SPECTRA MAX plus酶标仪，美国Molecular Devices公司；YT-GX10 果蔬呼吸速率测定仪，山东云唐智能科技有限公司；5415R 冷冻离心机，德国Eppendorf仪器公司；PHS-3C 酸度计，上海雷磁仪器厂；HHS数显恒温水浴锅，江苏金坛市医疗器械厂。

1.3 实验方法

1.3.1 样品分组及处理

新鲜西兰花于早上8点采收，选取花球直径16 cm左右、花球致密、无病虫害和机械损伤的鲜绿色西兰花用作实验样品，保留花球下部花茎6 cm，采收后1 h内运回实验室。

实验前，将花球切割成直径3～4 cm的小球，称重，每组2 kg，置于真空预冷专用的透气包裹筐内。实验分为CK组、不同真空预冷压力组(600、800、1 200 Pa)。真空预冷实验参数为：预冷终压力分别为600、800、1 200 Pa，预冷终温5 ℃，喷水量为西兰花质量的3%；CK组不做任何处理。样品处理完毕后，将西兰花放入0.03 mm厚PE保鲜袋中，然后置于4 ℃标准冷库中贮藏，分别于0、3、6、9、12、15 d采样。样品立即用液氮进行冷冻，置于IKA分析研磨机上研磨，粉碎后的样品置于-80 ℃保存、备用。实验过程中，每个处理组设3个重复。

1.3.2 感官品质的测定

参照牟其云等[14]报道的方法并稍作修改，挑选12名有感官品评相关经验的人员，采用表1感官评分标准，对贮藏过程中西兰花的感官品质进行评价，按9分制进行评分，记录样品得分情况。

表1 西兰花感官评分标准Table 1 Sensory scoring standard of broccoli

1.3.3 呼吸速率的测定

采用植物呼吸测定仪测定。

1.3.4 总糖含量测定

蒽酮比色法[15]。

1.3.5 可溶性蛋白质含量测定

采用Bradford法[16]，使用牛血清白蛋白作标准曲线。

1.3.6 游离氨基酸含量测定

采用茚三酮比色法[16]。

1.3.7 Vc含量的测定

参照国标《GB6195—86 2,6-二氯靛酚滴定法》方法测定Vc含量。

1.3.8 多酚氧化酶(PPO)活力的测定

准确称取0.1 g粉碎后的西兰花组织，按照1∶5(g∶mL)的比例加入生理盐水，于冰水浴条件下进行匀浆，然后于3 000×g离心10 min，取上清液即为粗酶液。采用商业化的多酚氧化酶试剂盒测定PPO活力。37 ℃条件下组织蛋白每分钟催化产生1 μg底物的酶量定义为1个酶活力单位(U/g protein)。

1.3.9 过氧化物酶(POD)活力的测定

粗酶液制备方法同1.3.8部分。采用过氧化物酶试剂盒测定POD活力。37 ℃条件下组织蛋白每分钟催化产生1 μg底物的酶量定义为1个酶活力单位(U/g protein)。

1.4 数据处理

本试验中每组样品至少含9朵西兰花球，每次测定重复3次，结果表示为平均值±标准差。采用SigmaPlot 14.0绘图软件作图，使用统计软件SPSS(美国SPSS Inc.)计算不同处理之间的差异显著性(Duncan法，置信区间95%)。

2 结果与分析

2.1 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中感官品质的影响

西兰花属于呼吸跃变型蔬菜，采后代谢活动仍然十分旺盛，导致其在贮藏期间极易发生花球变软、黄化褐变、花球松散萎蔫、腐烂等外观劣变[16]。因此，首先从色泽、腐烂程度和组织状态方面，对真空预冷压力处理后西兰花在贮藏过程中的感官品质进行了评价。如图1所示，随着贮藏时间的延长，CK组及各真空预冷处理组样品的感官得分均呈现下降趋势。在贮藏前期(0～6 d)，各处理组样品的感官得分无明显差别(P>0.05)；在贮藏中后期(9～15 d)，CK组样品的感官品质下降较快，而各真空预冷组下降相对缓慢；在贮藏末期(15 d)，CK组样品黄化褐变较为严重，花球萎蔫、脱落，基本失去商品价值；真空预冷处理组少部分花球变黄，大部分颜色仍然保持绿色，切口出现局部褐变。不同预冷压力处理组之间样品的感官得分无显著差异(P>0.05)。美国USDA建议西兰花的贮藏保鲜期为10～14 d，与当前结果基本一致[17]。

图1 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中感官品质的影响Fig.1 Effect of vacuum precooling on sensory scores of broccoli during storage at 4 ℃

2.2 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中呼吸速率的影响

采后果蔬的呼吸强度是衡量其耐贮性的重要指标。呼吸强度越高，其营养物质消耗越快，耐贮性越差。由图2可知，经不同真空预冷压力处理后，西兰花呼吸速率从90.05 mg CO2/(kg·h)下降到78.50 mg CO2/(kg·h) (600 Pa组)、75.50 mg CO2/(kg·h)(800 Pa组)和69.51 mg CO2/(kg·h) (1 200 Pa组)，表明真空预冷处理可通过快速去除西兰花的田间热量有效降低其呼吸速率。

图2 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中呼吸速率的影响Fig.2 Effect of vacuum precooling on respiration rate of broccoli during storage at 4 ℃

在4 ℃贮藏期间，CK组呼吸强度在第3天达到峰值，随后呈现缓慢下降趋势；真空预冷处理有效延缓了呼吸峰值的到来，最大呼吸强度出现在第6天，随后也呈现缓慢下降趋势；整个贮藏期间，真空预冷组的呼吸强度均低于CK组，3个不同真空压力预冷组中，1 200 Pa预冷组的呼吸强度略低于其他两组。

2.3 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中总糖含量的影响

如图3所示，贮藏期间，各处理组的总糖含量均呈下降趋势。特别是CK组，在贮藏前期(0～6 d)，总糖含量减少速率较快，而在贮藏中后期(6～15 d)，下降的速率逐渐变小直至平稳，这主要是由于贮藏期间植物细胞代谢活动消耗碳水化合物所致。钱骅等[18]研究发现西兰花贮藏4 d时，其呼吸强度达到峰值，随后又逐渐下降。呼吸强度的强弱与样品中总糖含量的变化基本一致。与CK组相比，真空预冷处理组可显著保持样品中总糖含量(P<0.05)，这或许与其对呼吸代谢相关酶的抑制作用有关[19]。但不同预冷压力组之间差异不显著(P>0.05)，表明预冷真空度对总糖含量影响较小。

图3 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中总糖含量的影响Fig.3 Effect of vacuum precooling on total carbohydrate content of broccoli during storage at 4 ℃

2.4 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中可溶性蛋白含量的影响

随着贮藏时间的延长，各组样品中可溶性蛋白含量显著下降(图4)。总体来看，CK组样品的可溶性蛋白含量低于各真空预冷处理组，经15 d贮藏后，其可溶性蛋白含量由5.23 mg/g FW下降为2.52 mg/g FW，减少了51.82%；各真空处理组中，贮藏过程中样品可溶性蛋白含量由低到高依次为600 Pa<800 Pa<1200 Pa。在贮藏末期(15 d)，各真空预冷组可溶性蛋白含量分别为2.87、3.36和3.37 mg/g FW，均显著高于CK组(P<0.05)。研究表明，果蔬中可溶性蛋白含量的变化主要是因为可溶性蛋白在贮藏过程中会发生变性、水解和细胞器中的蛋白会释放出游离蛋白，其中，在贮藏过程中以前者为主，导致可溶性蛋白含量呈下降趋势[20]。真空预冷处理可显著抑制该过程中可溶性蛋白的变性和水解，并且预冷压力越高，这种抑制作用越强。

图4 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中可溶性蛋白质含量的影响Fig.4 Effect of vacuum precooling on soluble protein contents of broccoli during storage at 4 ℃

2.5 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中游离氨基酸含量的影响

游离氨基酸含量的变化与果蔬组织生理变化密切相关。如图5所示，各处理组样品中游离氨基酸含量在贮藏期间逐渐增加。游离氨基酸含量的变化是果蔬中蛋白质合成消耗及分解的综合结果[21]。贮藏期间，果蔬处于衰老期，由于蛋白质合成减弱和相关酶活力的下降，蛋白质分解作用强于其合成作用，导致游离氨基酸含量增加。相比于CK组，各真空预冷处理组的游离氨基酸含量显著较低(P<0.05)，这可能是由于真空预冷处理后西兰花呼吸作用受到抑制，蛋白质分解减少有关[22]。不同真空预冷压力处理组之间差异不显著(P>0.05)。

图5 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中游离氨基酸含量的影响Fig.5 Effect of vacuum precooling on free amino acid content of broccoli during storage at 4 ℃

2.6 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中VC含量的影响

如图6所示，各处理组样品中Vc含量随着贮藏时间的延长呈现下降趋势。各真空预冷组Vc含量在各贮藏时间点均高于CK组，表明其对样品中Vc的保留效果较好。但是，不同的预冷压力处理组之间，1 200 Pa处理组的Vc含量显著高于其他预冷压力组(P<0.05)。这可能是由于在真空预冷过程中，西兰花细胞间隙中的氧气被抽走，可有效保护Vc在贮藏过程中的氧化损失。预冷真空度越高，组织中残留的氧气越少，从而可以更好地保留样品中Vc的含量[22]。

图6 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中Vc含量的影响Fig.6 Effect of vacuum precooling on Vc content of broccoli during storage at 4 ℃

2.7 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中PPO活力的影响

PPO是一种含铜末端氧化还原酶，它能将内源性酚类物质氧化导致酶促褐变，加速果蔬的衰老。如图7所示，在贮藏期间，西兰花中PPO的活力逐渐升高，其中CK组的活力上升最为明显，由0 d的42.00 U/g上升至15 d时74.67 U/g，增长了77.79%。整个贮藏期间，各真空预冷处理的PPO活性显著低于CK组(P<0.05)，表明真空预冷处理可有效抑制PPO活力升高。在相同的贮藏时间点，800 Pa和1 200 Pa预冷压力组PPO活性最低，表明预冷压力越高，对PPO活力的抑制作用越强。此结果与黄宇斐等[23]研究结果基本一致。

图7 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中多酚氧化酶活力的影响Fig.7 Effect of vacuum precooling treatment on PPO activity of broccoli during storage at 4 ℃注：不同字母表示在相同贮藏时间各处理组间有显著性差异(P<0.05)。下同。

2.8 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中POD活力的影响

POD是植物中广泛存在的一种抗氧化酶，它能够清除植物组织中的活性氧自由基，保护细胞膜脂，但是它也可以产生酚自由基，促进果蔬采后衰老[24]。如图8所示，在贮藏期间，POD活力呈上升趋势，在相同的贮藏时间点，CK组的活力显著高于其他处理组(P<0.05)。在贮藏末期(15 d)，不同真空预冷压力对西兰花POD活力有显著影响(P<0.05)，600、800和1 200 Pa处理组POD活力较CK组分别低6.78%、12.15%和19.16%。这些结果表明，真空预冷处理可有效延缓西兰花贮藏过程中POD活力升高，延缓其衰老。与钱骅等[18]研究结果基本类似，他发现减压处理12 h能较好保持西兰花贮藏过程中的POD活性。但与黄宇斐等[24]研究结果不一致，这或许与其所用高浓度CO2气调贮藏抑制果蔬中POD活力有关。

图8 真空预冷处理对西兰花贮藏过程中过氧化物酶活力的影响Fig.8 Effect of vacuum precooling treatment on POD activity of broccoli during storage at 4 ℃

3 讨论与结论

研究表明，真空预冷处理对西兰花有较好的贮藏效果。刘芬等[13]将真空预冷技术应用于冷藏保鲜西兰花，发现与未经预冷处理的样品相比，真空预冷处理组的呼吸速率和乙烯释放量显著降低，本研究结果一致。而且，真空预冷处理有效降低了叶绿素和Vc的损失，改善了西兰花的感官品质。进一步确定了西兰花的较优真空预冷工艺参数为:真空度200 Pa、处理时间40 min、处理量200 g和喷水量5%[26]。该条件与当前实验条件有所不同，这或许与不同的原料品种及真空预冷装置有关。钱骅等[12]研究了不同补水率和预冷终温等参数对西兰花预冷效果的影响，发现补水量会显著影响西兰花真空预冷的时间和失水量；而且，补水对保持西兰花贮藏期间的Vc、可滴定酸含量和感观品质有促进作用。陈美龄[27]以常压冷藏的鲜切西兰花为对照，比较了减压处理时间(4、12和24 h)对西兰花的贮藏效果，结果表明，减压处理4和12 h延缓了叶绿素的降解，抑制了西兰花的呼吸强度，减少了可溶性固形物和总可滴定酸的消耗。另外，果蔬采后抗氧化酶活性的下降会导致机体内活性氧代谢失调，这也被认为是加速植物组织衰老的重要原因。当前结果表明真空预冷处理可有效延缓西兰花贮藏过程中POD活力升高，延缓其衰老。这些结果为真空预冷技术在西兰花贮藏保鲜中的应用奠定了基础。

本研究表明真空预冷处理可有效延缓西兰花贮藏过程中感官品质的劣变，保持其可溶性蛋白质、总糖、Vc等营养成分的含量；同时，它也能有效降低呼吸强度，抑制与酶促褐变密切相关的PPO和POD活性的升高。真空预冷技术可以有效地提高西兰花贮藏过程中感官及理化品质，这些研究结果为将来真空预冷技术在西兰花贮藏保鲜中的大规模应用提供一定的参考。在将来的研究中，通过分子及生理生化实验阐明真空预冷技术影响西兰花贮藏品质的分子机制是十分必要的。