不同浓度CO2对四川仔姜采后贮藏品质的影响

贾晓昱，杜美军，张鲜桃，唐先谱，姜瑜倩，李喜宏*

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，省部共建食品营养与安全国家重点实验室，天津 300457；2.天津捷盛东辉保鲜科技有限公司，天津 300300）

仔姜又名鲜姜，为姜科（Zingiberaceae）姜属植物姜的根茎，喜温暖湿润，广泛种植于中国中、南部至西南部各省及日本、印度等东南亚国家，含有丰富的姜辣素、姜辛醇类、姜酚、生姜蛋白酶等物质，具有止呕抗菌、抗炎镇痛、抗氧化、降血糖等作用，因而深受广大消费者的喜爱[1-2]。然而仔姜外皮幼嫩，含水量高达95%以上，水分极易蒸发而引起萎蔫，同时，仔姜采收后叶鞘和茎基部会有机械伤，导致仔姜采收后贮藏运输过程中抗病性减弱，极易失水腐烂，遭受微生物侵染[3-5]。因此，亟需开发仔姜长期保鲜技术。

目前，仔姜的保鲜主要集中在利用沙藏处理[6]、保鲜剂处理、窖藏处理[7]、气调处理、热激处理[6]等方面，相关研究取得了一定的成果，但并未完全解决仔姜采后在贮藏过程中易失水、褐变、受微生物侵染腐烂等问题。相温气调箱克服了PE保鲜膜包装不易产生高CO2气体浓度的缺点，对于耐CO2的果蔬可起到很好的保鲜效果。气调保鲜贮藏（Control atomosphere，CA）是根据不同果蔬的生理特点，通过调节贮藏环境中O2和CO2浓度、温度、湿度等条件，达到降低果蔬呼吸强度，延缓养分分解的过程，使果蔬保持原有的形态、色泽、风味、质地和营养，延长贮藏寿命[8-9]。

本试验通过控制贮藏环境中气体CO2、N2和O2浓度，研究了气调保鲜对采后四川仔姜保鲜效果的影响。定期对四川仔姜的腐烂率、L*值、硬度、相对电导率、过氧化物酶（PPO）活性等指标进行测定，确定采后四川仔姜贮藏保鲜的最佳气调条件，这对于四川仔姜的贮藏、运输具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试四川仔姜购买于四川省成都市，挑选无机械损伤、无病虫害、大小均一、成熟度一致的根茎用于试验。PE保鲜袋（200 mm×180 mm×1.5 mm）购于国家农产品保鲜工程技术研究中心。

愈创木酚，天津市福晨化学试剂厂；30%过氧化氢，天津市大茂化学试剂厂；草酸，天津市大茂化学试剂厂；所有试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

试验气调保鲜瓶由天津捷盛东辉保鲜科技有限公司提供；GY-B型果实硬度计，浙江托普仪器有限公司；JJ-1000精密型电子天平，常熟双杰测试仪器厂；HP-200精密色差仪，上海汉谱光电科技有公司；DDS-307型电导率测定仪，上海精密科学仪器有限公司；Centrifuge5804R型冷冻离心机，德国Eppendorf公司；Alpha-1506分光光度计，上海谱元仪器有限公司。

1.3 试验方法

将从产地购买的新鲜四川仔姜在2 d内运输到天津科技大学农产品加工保鲜实验室，流动清水洗净晾干后于14 ℃库内静置6 h，装入PE保鲜袋内，每袋0.5 kg，用打孔器打4～6个直径为10 mm的孔，每个处理重复3次，分装于容量20 L的广口气调瓶内，橡皮塞封口，通过配气系统将钢瓶CO2、N2、O2按不同比例通入广口瓶内，调节O2和CO2浓度，O2浓度均为3%，CO2浓度分别为2%、10%、20%和30%这4个处理，调节结束后，于(14±1)℃条件下贮藏，每隔7 d进行气体调节，并取样测定一次品质和各项生理指标，记录仔姜品质变化情况。

1.4 测定指标与方法

L*值测定：使用精密色差仪测定；硬度值测定：GY-3手持式型果实硬度计，单位为kg/cm2；相对电导率测定：参考王宁等[11]的方法，单位为%；过氧化物酶（PPO）活性测定：参照曹建康等[12]的方法，单位为△OD420(min·g)。

腐烂率计算公式见式（1）。

1.5 数据处理与分析

每组试验分别设置3次重复，取平均值，应用SPASS 17.0软件对数据进行显著性分析，用Origin9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度CO2对四川仔姜腐烂率的影响

不同浓度CO2对四川仔姜腐烂率的影响如图1所示，由图1可知，四川仔姜腐烂率与贮藏时间呈正相关，其中2%CO2处理组仔姜腐烂率显著低于其他处理组（P＜0.05）。贮藏前14 d，各处理组腐烂率上升速率较缓慢，2%CO2、10%CO2、20%CO2处理组开始出现腐烂的时间比30%CO2处理组推迟7 d，且上述三个处理组差异不显著（P＞0.05）。贮藏14～35 d，各处理组仔姜腐烂开始加快，腐烂率逐渐上升，2%CO2处理组腐烂率上升速率低于其他处理组。贮藏第35 d，各处理组腐烂率分别为42.6%、50.8%、53.2%、58.6%，其中2%CO2处理组腐烂率最低。综上，2%CO2处理组能减缓四川仔姜的腐烂，随着CO2浓度升高，仔姜腐烂率增加，可见高CO2对仔姜产生伤害。

图1 不同浓度CO2对四川仔姜腐烂率的影响Fig.1 Effect of different CO2concentration on the rotten rate of Sichuan tender ginger

2.2 不同浓度CO2对四川仔姜L*值的影响

L*值是指果实的光鲜程度，L*值越大，表明果实越鲜艳光亮，L*值越小，表明果实越不鲜艳。四川仔姜在贮藏过程中，随着贮藏时间的延长，仔姜根茎由于失水和呼吸作用，L*值逐渐减小。不同浓度CO2对四川仔姜L*值影响如图2所示。

由图2可知，随着贮藏时间的延长，四川仔姜L*值整体呈下降趋势，2%CO2处理组始终高于其他处理组，且差异显著（P＜0.05）。贮藏前21 d，各处理组L*值下降速率相对较快，贮藏21～35 d，各处理组下降速率逐渐变缓，在整个L*值下降过程中，2%CO2气调处理组L*值下降速率始终低于其他处理组，贮藏第35 d，不同处理组好坏程度分别为2%CO2＞10%CO2＞20%CO2＞30%CO2，L*值分别为57.36、54.28、52.05和48.82，其中2%CO2处理组L*最高。综上所述，2%CO2处理组能有效抑制四川仔姜的褐变程度，而高CO2处理仔姜，能使仔姜亮度变化异常，使仔姜褐变，影响其商品价值。

图2 不同浓度CO2对四川仔姜L* 值的影响Fig.2 Effect of different CO2concentration on the L*of Sichuan tender ginger

2.3 不同浓度CO2对四川仔姜硬度的影响

气调贮藏已经广泛用在各种果实的贮藏中，低O2高CO2可以抑制果蔬呼吸及果实乙烯的释放，从而延缓果蔬衰老[13]。果蔬硬度是衡量果蔬贮藏品质的重要指标之一，硬度过低会影响其食用价值和商品价值[14]。不同浓度CO2对四川仔姜硬度的影响如图3所示。

图3 不同浓度CO2对四川仔姜硬度的影响Fig.3 Effect of different CO2concentration on the hardness of Sichuan tender ginger

由图3可知，在整个贮藏期内，四川仔姜硬度整体呈下降趋势。贮藏期前14 d，2%CO2、10%CO2处理组硬度差异不显著（P＞0.05）且硬度显著（P＜0.05）高于20%CO2、30%CO2处理组，各处理组硬度下降趋势较缓，贮藏第14 d，各处理组硬度分别为3.8、3.9、3.4、3.2 kg/cm2，其中10%CO2处理组硬度最高。贮藏第14 d开始，2%CO2、10%CO2处理组硬度开始出现差异，各处理组硬度下降速率逐渐加快，2%CO2处理组硬度始终高于其他处理组，贮藏第35 d，各处理组硬度分别1.6、1.4、1.1、0.8 kg/cm2，其中2%CO2处理组硬度最高，且30%CO2处理组四川仔姜出现异味，表现出的CO2伤害的症状，说明CO2处理四川仔姜在一定范围内能很好地维持四川仔姜的硬度，但当CO2含量过高时则会对仔姜产生危害，不利于贮藏。

2.4 不同浓度CO2对四川仔姜相对电导率的影响

细胞质膜完整性的破坏是果实衰老的重要标志，而细胞膜的透性则可以用相对电导率的大小来衡量[15]。不同浓度CO2对四川仔姜相对电导率的影响如图4所示。

图4 不同浓度CO2对四川仔姜相对电导率的影响Fig.4 Effect of different CO2concentration on the conductivity of Sichuan tender ginger

由图4可知，随着贮藏时间的增加，各处理组四川仔姜相对电导率均呈先升后降趋势，贮藏前28 d，各处理组相对电导率逐渐增加，可能是高CO2处理使仔姜组织细胞内活性氧代谢失调，导致自由基在细胞内积累，与氧自由基清除有关的酶代谢紊乱，进而导致细胞膜破坏，其中30%CO2处理组相对电导率显著高于其他处理组（P＜0.05），2%CO2处理组的相对电导率最低，与10%CO2处理组的差异不显著。贮藏第28 d，各处理组达到峰值，分别为0.76%、0.80%、0.84%、0.89%，其中2%CO2处理组最低，20%CO2处理组最高。贮藏第28～35 d，各处理组相对电导率开始下降，贮藏第35 d，各处理组相对电导率分别为0.59%、0.64%、0.72%、0.76%。综上，2%CO2处理组效果最佳，可见CO2处理四川仔姜时浓度不宜过高。

2.5 不同浓度CO2对四川仔姜PPO活性的影响

多酚氧化酶（PPO）与果蔬褐变密切相关，以两种形式存在于细胞内，一种是具有催化活性的游离态（FPPO），一种是以潜在活性的结合态（BPPO）存在于细胞膜上。当果蔬遭到机械损伤，细胞膜破裂，BPPO便游离出来，转化为具有催化活性的FPPO[16]，不同浓度CO2对四川仔姜PPO活性影响如图5。

图5 不同浓度CO2对四川仔姜PPO活性的影响Fig.5 Effect of different CO2concentration on the PPO activity of Sichuan tender ginger

由图5可知，随着贮藏时间的增加，四川仔姜PPO活性呈先升后降趋势，其中2%CO2处理组与10%CO2处理组PPO活性差异不显著（P＜0.05），可能是因为高浓度CO2导致细胞代谢紊乱，抑制PPO酶反应所需底物，使PPO酶活性受到抑制。贮藏第0～28 d，各处理组PPO活性逐渐增加，第28 d各处理组PPO活性达到峰值，分别为6.62 ΔOD420/(min·g)、7.01 ΔOD420/(min·g)、7.39OD420/(min·g)、7.63 ΔOD420/(min·g)，贮藏第28～35 d时间内，各处理组PPO开始下降，第35 d各处理组PPO活性分别为4.21 ΔOD420/(min·g)、4.45OD420/(min·g)、5.06 ΔOD420/(min·g)、5.23 ΔOD420/(min·g)，其中2%CO2处理组PPO活性最低，30%活性最高且出现褐变和变软现象。综上所述，在一定浓度范围内，CO2对仔姜PPO活性具有一定抑制作用，当浓度过高时，CO2对仔姜造成伤害，促使仔姜PPO活性增强。

3 讨论

本研究通过控制四川仔姜保鲜环境的O2和CO2来抑制仔姜细胞的呼吸代谢，延缓仔姜的衰老。并比较了不同浓度CO2对四川仔姜(14±1) ℃条件下贮藏期间品质影响，结果发现3%O2+2%CO2处理组保鲜效果最佳，品质变化较缓慢，能显著降低腐烂率，减缓L*值的下降，有效地维持了硬度和细胞膜的完整性，降低了与褐变有关的多酚氧化酶（PPO）的活性。3%O2+20%CO2、3%O2+30%CO2处理组品质变化下降较快，尤其在贮藏后期，仔姜腐烂严重、根茎硬度下降快、MDA含量增加、PPO活性差、褐变严重，外观表现差。试验还发现适用于仔姜保鲜的气调条件为温度14 ℃，气体3%O2＋2%CO2。在此条件下贮藏期可延长至35 d，并显著降低PPO活性，减缓L*值的下降，保持硬度和细胞膜完整性。