气调贮藏对大蒜鳞茎膜脂过氧化系统的影响

白友强 ，陶金华 ，何 梅，许 建,*

（1.青岛酒店管理职业技术学院，山东 青岛 266100；2.新疆农业职业技术学院园林科技分院，新疆 昌吉 831100）

大蒜(Allium sativumL.)为百合科葱属草本植物，大蒜采收后经过休眠期后鳞芽中胚芽开始生长，生理代谢活动加剧，导致其营养物质消耗增加，品质劣变[1-2]。气调贮藏是目前国际上较为先进的贮藏保鲜方式之一，通过调控贮藏环境中的气体体积分数、温度、湿度等条件，降低果蔬的呼吸强度，从而达到保持产品品质的目的[3-4]。Choi等[5]研究了人工气调贮藏（CA）和自发气调（MA）对大蒜贮藏效果的影响，认为CA与MA均能够显著延缓大蒜品质的劣变。

果蔬在贮藏过程中，细胞内活性氧代谢平衡被破坏，自由基的大量产生与积累加剧了对果蔬组织细胞的伤害，从而加速了果蔬的衰老[6]。膜脂过氧化是构成生物膜的不饱和脂肪酸发生自由基反应，研究认为膜脂过氧化过程中自由基与丙二醛（MDA）对生物膜均有严重的损害作用[7]，这种损害主要是通过细胞膜中蛋白的聚合、交联以及类脂的变化引起。过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）以及抗坏血酸过氧化物酶（APX）等抗氧化酶被认为是植物体内重要的活性氧清除系统，对自由基清除与活性氧代谢平衡有重要作用[8-9]。黄瓜在受到逆境胁迫时，体内的抗氧化酶系统会产生相应的防御响应[10]。

前人研究认为，不适的气调参数会加速产品品质的劣变，如出现高二氧化碳伤害、异味等不良现象[11]。气调贮藏过程中，O2、CO2比例是影响贮藏效果的重要因素，而目前针对大蒜的这一研究鲜见报道。为此，探究适宜的气调贮藏参数对大蒜贮藏保鲜有重要意义。本文以新疆本地产的白皮蒜为试材，研究不同气调参数对大蒜鳞茎膜脂过氧化系统的影响，以期为大蒜气调贮藏提供技术参考与理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

新疆白皮蒜：该大蒜为春播大蒜，待大蒜完全生理成熟后，于2015年9月中旬采收，采收后自然阴干，选取无损伤、无病虫害、蒜皮颜色正常，大小均匀的鳞茎。

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、愈创木酚、过氧化氢、氮蓝四唑（NBT）、核黄素、三氯乙酸（TCA）、硫代巴比妥酸（TBA）等均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

TU-1810型紫外可见分光光度计，购于北京普析通用仪器有限责任公司；GL-20-Ⅱ型高速冷冻离心机，购于上海安亭科学仪器有限公司；AL204-IC型电子天平，购于梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；600型恒温水浴锅，购于上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

在冷藏条件下（4~6℃），本试验设置不同的O2和CO2浓度比例，其中O2浓度固定比例为3.5%，CO2浓度设置4个梯度，分别为5%、8%、11%、14%，其他以N2补充。充气包装时，先使用真空包装机在真空度0.09 MPa下排除空气，并热封；然后使用针管注射器按照比例注入不同体积气体。为保证袋内气体成分稳定，每周使用真空包装机排净袋内气体，并按照设定比例重新注入新气体。包装袋材质为聚乙烯（PE）复合邻苯基苯酚（OPP），厚度为60 μm，包装袋尺寸为：25 cm×18 cm，每个包装中注入气体总体积为200 mL，每个袋子中6个鳞茎，设置4次重复，每30 d取样一次，共取5次样，4个处理，共计80个气调包装袋，480个鳞茎。

每次取相应的单独包装袋，将塑料袋剪开后选取完整、未病害腐烂的大蒜鳞茎，去掉蒜皮后用液氮急速充分速冻处理，然后将冻样存放于-30℃冰箱中，用于测定相关指标。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 过氧化物酶（POD）活性

采用分光光度法，参照曹建康等[12]方法，并在此基础上略做修改。测定时准确称取0.5 g冻样，在预冷的研钵中加入2 mL 0.05 mol·L-1pH 7.0的磷酸缓冲液冰浴研磨，加缓冲液使最终体积为5 mL。将提取液于10 000 r·min-1冷冻离心20 min，上清液即为酶液，置于4℃冰箱中备用。测定时取0.1 mL酶液，反应体系为 2.9 mL。POD 反应体系：100 mmol·L-1pH 6.0 的磷酸缓冲液100 mL，内含56 μL愈创木酚和38 μL 30%过氧化氢；以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化值1为1个活性单位（U）。

1.2.2.2 过氧化氢酶（CAT）活性

参照曹建康等[12]方法，酶液提取方法与“1.2.2.1”相同，测定时取0.1 mL酶液，反应体系为2.9 mL。反应体系：50 mmol·L-1pH 7.0的磷酸缓冲液100 mL，内含 30%过氧化氢溶液 227 μL。以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化值变化0.01为1个活性单位（U）。

1.2.2.3 超氧化物歧化酶（SOD）活性

参照曹建康等[12]方法，反应体系：50mmol·L-1pH7.8的磷酸缓冲液1.7 mL，130 mmol·L-1NET溶液0.3 mL，750 μmol·L-1NBT 0.3 mL，100 μmol·L-1EDTA-Na2溶液 0.3 mL，20 μmol·L-1核黄素 0.3 mL。以每分钟每克样品（鲜重）的反应体系对氮蓝四唑光化还原的抑制为50%为一个SOD活性单位（U）表示。

1.2.2.4 抗坏血酸氧化酶（APX）活性

测定方法参照曹建康等[12]的方法，反应体系为：2.6 mL反应缓冲液（含0.1 mmol/L EDTA和0.5 mmol/L抗坏血酸）+0.3 mL 2 mmol/L H2O2+0.1 mL酶液。在290 nm处测定吸光度值，以蒸馏水为参比进行调零，每隔30 s记录一次，连续测定7个数据点。以每克样品（鲜重）每分钟吸光度变化值变化0.01为1个活性单位（U）。

1.2.2.5 丙二醛含量

参考曹建康等[12]方法，采用硫代巴比妥酸（TBA）法。两者反应生成红棕色的三甲基复合物（3,5,5-三甲基恶唑-2,4-二酮），该复合物在波长532 nm处有最大光吸收，单位：nmol·g-1。

1.2.3 数据处理

采用DPS6.55软件进行数据统计分析，方差分析采用LSD（最小显著性差异）进行差异检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同气调贮藏对大蒜鳞茎POD活性的影响

过氧化物酶（POD）是植物体内产生的一类氧化还原酶，在果蔬成熟衰老过程中其活性不断变化，是以过氧化氢（H2O2）为电子受体进而催化底物氧化的酶。果蔬在贮藏过程中，或者植株在逆境环境会因H2O2累积而刺激POD活性升高，此时表明抵御氧化剂对膜系统破坏的能力增强。由图1可见，在大蒜气调贮藏过程中，POD活性呈持续上升趋势，处理组间在贮藏期60 d内差异较小，随后差异增大。贮藏60 d时，气调贮藏各处理POD活性介于13.46~15.68 U，组间差异较小。各处理POD活性在90~120 d有快速升高的趋势。随着贮藏时间的延长，CO2浓度5%处理组的酶活性有所下降，CO2浓度为14%时，POD活性急剧上升，且至150 d时为43.51 U。由此可见，气调贮藏条件下CO2浓度增加能够刺激POD活性的升高。

2.2 不同气调贮藏对大蒜鳞茎CAT活性的影响

果蔬体内积累的过氧化氢（H2O2）能够直接或间接地导致细胞膜脂质过氧化损害，从而加速细胞的衰老和凋亡。而过氧化氢酶（CAT）能够催化H2O2分解为水和分子氧，从而减少H2O2对果蔬组织造成的氧化伤害。由图2可见，在气调贮藏过程中，CAT活性出现峰值然后下降。各处理组在贮藏30 d时活性有所下降，下降幅度较一致，组间差异不显著。而在贮藏60 d时，4个处理组皆达到活性高峰，且二氧化碳浓度越高，其处理组的酶活性越大，CO2浓度14%、11%处理组的CAT活性分别为 326.94、285.86 U，8%与5%处理组酶活性分别为248.17、256.85 U，两者间差距不显著。贮藏期超过60d后，各组酶活性均有不同程度下降，至150d时，以CO2浓度8%处理组活性最高，为179.05U，而其他处理组酶活性介于123.26~133.11 U，CO2浓度达到11%时活性降低幅度较大。由此可见，气调贮藏条件下CO2浓度增加促使CAT活性的升高，随着贮藏期的延长，以8%CO2浓度的CAT活性最高。

2.3 不同气调贮藏对大蒜鳞茎SOD活性的影响

2.4 不同气调贮藏对大蒜鳞茎APX活性的影响

抗坏血酸过氧化物酶（APX）是以抗坏血酸为电子供体的专一性过氧化物酶，能够催化过氧化氢与抗坏血酸发生氧化-还原反应，使抗坏血酸氧化形成单脱氢抗坏血酸[11]。由图4可见，在大蒜鳞芽气调贮藏期内，APX活性整体呈先升高后下降趋势。贮藏30 d时，APX活性均有所上升，以CO2浓度11%组的活性最高，为191.40 U；CO2浓度8%次之，为149.44 U；5%、14%处理组酶活性相对较低，分别为127.52、113.19 U。贮藏60 d时，各处理均有所下降，以CO2浓度8%、11%下降幅度最大，分别降至85.67、168.54 U。贮藏90~120 d时，各处理组酶活性相对稳定，变化幅度较小，以CO2浓度5%、14%酶活性相对较高。贮藏至150 d时，8%处理组酶活性最低，为31.18 U，其他处理组介于58.53~75.88 U。CO2浓度8%~11%时，APX活性较高，而以5%处理酶活性较稳定。

2.5 不同气调贮藏对大蒜鳞茎丙二醛含量影响

丙二醛作为膜脂过氧化的重要产物之一，是植物衰老生理和抗逆生理中的常用评价指标，能够通过影响线粒体呼吸链复合物与线粒体内关键酶活性，继而加剧生物膜的损伤。由图5可见，在大蒜鳞茎气调贮藏过程中，MDA含量呈持续上升趋势，11%CO2处理组持续在较高水平。CO2浓度11%、14%较5%、8%处理组提前进入MDA含量快速增加期。在贮藏150 d内，5%CO2与8%CO2处理组的MDA含量为较稳定上升，由初始值16.1 nmol·g-1分别升高至22.1、23.3 nmol·g-1。在贮藏 120 d 内，CO2浓度14%处理组上升至20.6 nmol·g-1，升幅缓慢，而在150 d时急剧升高至 34.6 nmol·g-1，变化显著（P＜0.05）。11%CO2处理组的大蒜鳞茎在贮藏90 d内上升幅度较稳定，升高至 21.3 nmol·g-1，而在 120~150 d 时，分别快速升高至26.9、32.9 nmol·g-1。由此可见，CO2浓度升高促进细胞膜脂过氧化，MDA含量持续上升。

3 讨论与结论

低氧/高二氧化碳环境下能够较好保持果蔬的贮藏品质，但园艺作物对二氧化碳和低氧的敏感度不同，易于造成胁迫伤害而加促品质劣变，目前针对大蒜鳞茎气调贮藏的气体参数研究较少。不适宜的贮藏环境将加剧鳞茎膜脂过氧化速度，因此研究该部分内容能够探明气调参数对大蒜鳞茎的影响。试验结果显示：在气调贮藏过程中，POD、CAT、SOD、APX 四种抗氧化酶活性均有不同程度的上升，但上升规律有所差异。POD活性呈持续上升趋势，且在60 d内各处理组变化均较为缓慢，而CAT、SOD、APX活性变化幅度较大，均出现活性高峰。60 d后活性变化加剧，且二氧化碳浓度大于11%时酶活性表现较高，以贮藏期60 d的CAT活性表现尤为显著。形成这一现象的原因可能是：一方面，在贮藏60 d内，大蒜在该贮藏阶段尚处于休眠期至休眠破除期，该阶段大蒜鳞芽生理代谢活动微弱，受到气体环境影响不敏感；另一方面，休眠期破除后，鳞茎自身的呼吸代谢将消耗氧气而释放二氧化碳，继续改变贮藏环境中O2与CO2比例，使得CO2浓度持续升高，由此带来高二氧化碳/低氧胁迫伤害，使得抗氧化酶活性升高。

研究认为，正常情况下植物体内抗氧化酶活性维持在一定水平，当胁迫发生时，抗氧化系统将被激活，多种酶的活性相对升高[13]。所以，大量的自由基积累激发抗氧化酶系统启动，提升了抗氧化酶活性。APX作为专一催化抗坏血酸与过氧化氢发生氧化-还原反应的过氧化物酶，能够清除细胞内积累的H2O2[12]。本研究中发现，贮藏30 d时以CO2浓度11%处理组大蒜鳞茎APX活性最高，而CO2浓度14%组保持在较低水平。究竟其原因有以下可能：一方面是高二氧化碳条件抑制了大蒜的生理活动，使得呼吸强度降低；另一方面，在抗氧化酶系统中，POD、CAT均以H2O2为底物清除自由基，POD、CAT活性变化竞争性地影响APX活性。

MDA是膜脂过氧化的终端产物，能够直接反映膜脂过氧化程度。由试验结果可见，当CO2浓度高于8%时，MDA含量显著升高，可见大蒜鳞茎气调贮藏的气体配比中CO2浓度不应高于8%。结合抗氧化酶活性变化可见，MDA对CO2浓度的响应变化规律与其相似，即高浓度CO2诱导抗氧化酶活性升高，增促MDA积累。

石海燕等[14]研究了“紫花”芒果在低温气调贮藏条件下SOD、CAT、POD活性的变化趋势，研究认为这三种酶活性在芒果后熟过程中呈上升趋势，而气调贮藏能够显著抑制其活性。罗淑芬等[15]研究气调包装对刀豆抗氧化酶活性的影响，气体组分在1%～4%O2+1%CO2时能够抑制刀豆PPO活性的上升和SOD活性的降低。本试验研究认为，在3.5%O2+5%～8%CO2气调贮藏条件下，能够延缓大蒜抗氧化酶活性的升高，抑制MDA累积，减轻膜脂过氧化程度，从而保持大蒜鳞茎的品质。