不同O2 和CO2 浓度梯度对酥梨采后生理及果实褐变的影响

赵迎丽，张 微，王 亮，张晓宇，李 超，张立新，王春生

（山西农业大学食品科学与工程学院（农产品贮藏保鲜研究所），山西 太原 030031）

酥梨（Pyrus bretschneideri Rehd.）是我国传统的白梨系统中优质梨品种，随着我国冷藏、气调贮藏设施及技术的不断完善，酥梨生产性贮藏期达8 个月以上[1]。但不适当的贮藏及货架温度、采收期、气体成分均会造成酥梨贮藏后期果实异味的产生、果实褐变、果面黄化[2-6]，影响果实商品价值。低温气调贮藏可在一定程度上抑制梨果实的代谢、保持果实色泽、减少果实氧化褐变、延缓果实的衰老[7-11]，然而不适宜的低氧高二氧化碳环境会导致果实因无氧呼吸产生异味，代谢失调，果实组织严重褐变[12-15]。目前，酥梨气调贮藏相关研究报道较少，尤其是分别针对O2浓度梯度和CO2浓度梯度对果实采后生理的影响缺乏系统的研究。气调贮藏对果实采后生理及褐变的影响被认为是通过高CO2浓度和低O2浓度的协同作用，在气调贮藏中， 适宜的低O2与高CO2联合应用的贮藏效果比O2与CO2单独作用显著，但二者之间又存在着拮抗作用，高CO2会加重低O2造成的胁迫，促进乙醇、乙酸等有害物质的生成[16]，反之亦然。为此以酥梨为试材，进行严格的气调参数对比试验，选择分别固定相对不产生胁迫的5%的O2浓度和0%的CO2浓度，分析CO2浓度梯度与O2浓度梯度对果实的相对作用，探讨酥梨冷藏条件下的适宜气调参数，为酥梨生产性气调贮藏提供技术理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

供试酥梨于9 月上旬采自山西省晋中市祁县果园，采摘时去除果实袋，当日运回山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所，于0~2 ℃冷库中预冷，选择大小均匀、成熟度一致、无病虫害、无机械伤的果实进行气调贮藏。

1.1.2 仪器与设备

CheckPointO2/CO2气体分析仪，丹麦PBI-Dansensor公司；53205 型数显水果硬度计，意大利TR 公司；PAL-BX/ACID14 折光仪，日本 Atago 公司；CR-400 型色差仪，日本Minolta 公司；CD400 型电导率仪，美国Alalis 公司；HC-2518R 型高速冷冻离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司；APRESYS176-TM 型温湿度记录仪，美国Apresys 公司；Ultrospec2000 型紫外可见分光光度计，英国PharmacicBiotech（Biochrom）公司。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验设置7 个处理，参见表1。每个处理约15 kg果实，3 次重复，以同样流速空气为对照（CK）。气调试验配气装置采用研究所自制，CO2、N2和O2分别由钢瓶及空压机提供气源，按试验处理所需气体组分通过精准流量控制混配后，以100 mL/min 流速连续送入盛有果实的20 L 容量的大口具塞玻璃瓶中，并用CheckPoint O2/CO2气体分析仪对各处理进出口气体成分进行检测校正。贮藏温度为（0±0.5）℃，相对湿度保持在90%~95%。贮藏期间定期进行相关指标的测定。

表1 气调贮藏气体成分配比表Table 1 Gas composition in controlled atmosphere

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 硬度

果实对称两面去皮，用直径11 mm 探头的53205型数显水果硬度计测定，测定值以均值计算，作为去皮硬度，单位：kg·cm-2。

1.2.2.2 可溶性固形物及可滴定酸含量

采用PAL 折光仪测定，单位：%。

1.2.2.3 果皮及果肉色泽

利用CR-400 型色差仪在果实赤道部位测定L*、a*、b*值，测量口径φ8 mm，照明口径φ11 mm，光源D65，白色标准色校准。以L*表示果肉色泽变化；以H色度角表示果皮色泽变化，变化幅度0~180 之间，H=180+arctan（b*/a*）从 0°到 180°分别代表紫红、红、橙红、橙、黄时、黄绿、绿和蓝绿色，H=0 为紫红、H=90为黄色、H=180 为绿色。

1.2.2.4 果肉、果心褐变指数

果实横切，果肉及果心褐变分级标准及指数计算参照王春生等[11]的方法。

1.2.2.5 果肉相对电导率

采用CD400 型台式电导率仪测定，单位：%。

1.2.2.6 果心果肉酚类物质含量

从10 个果实赤道部位分别取果心及果肉10 g或 20 g，1% HCl 的甲醇液提取，280 nm 处测定吸光值，以没食子酸作标准曲线计算酚类物质含量。结果以 mg·g-1FW 表示。

1.2.2.7 果心果肉多酚氧化酶活性

从10 个果实赤道部位分别取果心及果肉10 g或20 g，参照曹建康等[17]的方法提取测定，以每分钟吸光度值变化0.01 为一个活性单位，多酚氧化酶活性以 0.01ΔOD·mg-1·min-1表示。

1.2.3 数据处理

数据采用Excel 2007 制图，SPSS 19.0 进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同O2 和CO2 浓度对酥梨果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸及色泽的影响

从表 2 可以看出，酥梨在（0±0.5）℃条件下贮藏150 d 后，高浓度CO2和低浓度O2显著延缓了果实硬度的下降，各处理组与对照相比差异显著（P＜0.05），而各处理间差异不显著。气调处理对果实可溶性固形物的影响不明显，虽含量高于对照，但差异不显著。0%CO2+1.5%O2、4%CO2+5%O2、8%CO2+5%O2的气调处理抑制了冷藏果实可滴定酸含量的下降。酥梨采收时果皮色泽呈绿色，150 d 冷藏后，果皮色泽逐渐呈黄绿色，0%CO2+1.5%O2、4%CO2+5%O2、8%CO2+5%O2气调处理一定程度上抑制了果皮的转黄，果皮的色度角 H 分别为 104.66°、105.04°和 105.97°，与对照差异显著（P＜0.05）。果肉色泽明亮度变化受气体成分影响作用不明显，处理与对照的L*值均呈缓慢下降的趋势，对照与各处理间差异不显著。

表2 不同O2 和CO2 浓度对酥梨果实贮藏品质的影响（0 ℃，150 d）Table 2 Effects of different O2 and CO2 concentrations on fruit quality of‘Suli’pear

2.2 不同O2 和CO2 浓度对对酥梨果肉、果心褐变指数的影响

气调贮藏对比试验看出，酥梨是较能承受高浓度CO2和低浓度O2的品种。在整个贮藏期间，对照、8%CO2+5%O2和0%CO2+1.5%O2处理组均未发生果肉褐变。高浓度CO2和低浓度O2对果心褐变的影响比果肉明显，比较O2浓度对果心褐变的影响发现（图1），对照与1.5% O2处理均在冷藏90 d 出现果心褐变，0%CO2+1.5%O2处理组褐变指数是对照的1.566 倍，随后呈逐渐上升的趋势。10%O2、5%O2、3%O2处理随着 O2浓度的降低，果心褐变程度逐步降低，且均低于对照。

当O2为5%时，CO2为4%、8%时，果心在 60 d分别出现不同程度轻微褐变，褐变指数在贮藏后期150 d 时达到 0.361 7 和 0.513 7（图 1）。随着 CO2浓度的降低，果心褐变情况逐步改善，贮藏150 d，CO2浓度为2%时，果心褐变指数较对照果实褐变指数低28.96%，一定程度抑制了果心褐变。

2.3 不同O2 和CO2 浓度对酥梨果实果肉相对电导率的影响

图1 不同O2 浓度和CO2 浓度对酥梨果心褐变指数的影响Fig.1 Effect of different O2 and CO2 concentration on browning index of fruit core of‘Suli’pear

由图2 可以看出，冷藏期间对照及不同气调处理酥梨果肉的相对电导率均呈逐步上升的趋势。不同O2浓度处理比较发现，随着O2浓度的降低，各处理果实相对电导率低于对照，但差异不显著。贮藏至90 d 后，0%CO2+1.5%O2处理的果肉相对电导率高于对照及其他处理。

比较不同CO2浓度处理对相对电导率影响发现（图2），同对照相比，贮藏初期2%CO2+5%O2和4%CO2+5%O2处理在一定程度上降低了果实电导率。贮藏 60 d 后，4%CO2+5% O2、8% CO2+5% O2处理的果实相对电导率开始高于对照，且呈快速上升的趋势，贮藏150 d 时，分别达到了26.18%、32.04%。

图2 不同O2 浓度和CO2 浓度对酥梨果肉相对电导率的影响Fig.2 Effect of different O2 and CO2 concentration on relative electrical conductivity of fruit pulp of‘Suli’pear

2.4 不同O2 和CO2 浓度对酥梨果肉、果心酚类物质含量的影响

采后酥梨果心酚类物质含量高于果肉，入贮时（0d）果心为 2.400 7 mg·g-1FW，果肉为 0.265 0 mg·g-1FW，果心含量约是果肉9.05 倍（图3）。贮藏期间，果肉、果心酚类物质均呈逐渐下降的趋势，贮藏150 d，对照果肉、果心酚类物质分别下降了17.38%和19.62%。与对照相比，当CO2浓度为0%时，随着O2浓度的降低，入贮初期（0 d）果心酚类物质下降的趋势减缓。0% CO2+3% O2处理在整个贮藏期间酚类物质含量保持较高。贮藏90 d 后，0% CO2+1.5% O2处理加速了果实酚类物质的降解。果肉酚类物质受O2浓度影响作用不明显，整个贮藏期间，各处理均保持在0.143 3~0.225 3 mg·g-1FW 的水平之间，且差异不显著。

图3 不同O2 浓度对酥梨果心（A）和果肉（B）酚类物质含量的影响Fig.3 Effect of different O2 concentration on phenols content in fruit core(A)and pulp(B)of‘Suli’pear

2% CO2+5% O2处理减缓了果心酚类物质的下降趋势，随着CO2浓度的升高，果心酚类物质下降显著增加（图 4）。8%CO2+5%O2处理果心在 150 d 降幅达到了56.54%。CO2浓度对果肉酚类物质有一定影响，冷藏 150 d，4%CO2+5%O2和 8%CO2+5%O2处理的果肉酚类物质分别降低到0.089 7、0.062 0 mg·g-1FW，而对照果肉酚类物质为0.169 3 mg·g-1FW。

2.5 不同O2 和CO2 浓度对酥梨果心、果肉多酚氧化酶（PPO）活性的影响

测定结果（图5）表明，采后酥梨对照果肉、果心PPO 活性呈贮藏前期缓慢升高，贮藏后期逐渐下降的趋势。贮藏0 d 时，果心PPO 活性较果肉高。果肉PPO活性上升的趋势较果心早，贮藏60 d 时达到峰值，果心峰值出现较晚。

与对照相比，0% CO2+1.5% O2处理贮藏60 d时，果心PPO 活性持续上升，峰值较对照出现晚，但120 d 时峰值最高。0% CO2+3%O2、0% CO2+5%O2处理抑制了果心PPO 活性的上升，峰值较对照晚出现60 d。与对果心的影响不同，0% CO2+1.5% O2处理PPO 活性较对照略高，其他3 个O2浓度的处理均抑制了果肉PPO 活性的上升，但各组间差异均不显著。

图4 不同CO2 浓度对酥梨果心（A）和果肉（B）酚类物质含量的影响Fig.4 Effect of different CO2 concentration on phenols content in fruit core(A)and pulp(B)of‘Suli’pear

图5 不同O2 浓度对酥梨果心（A）和果肉（B）多酚氧化酶活性的影响Fig.5 Effect of different O2 concentration on polyphenol oxidase activity in fruit core(A)and pulp(B)of‘Suli’pear

由图6 可见，对比CO2浓度对果心PPO 活性的影响发现，8%CO2+5%O2处理果心PPO 活性上升的趋势较其他处理快，且峰值较其他处理高。与对照相比，2%CO2+5%O2处理一定程度抑制了果心PPO 活性的上升。CO2浓度对果肉PPO 的作用见图6B，贮藏前期，4%CO2+5%O2、8%CO2+5%O2在入贮30 d 就呈现快速上升趋势，60 d 分别达到峰值，随后下降。2%CO2+5%O2抑制了果肉PPO 活性的上升趋势及峰值。

图6 不同CO2 浓度对酥梨果心（A）和果肉（B）多酚氧化酶活性的影响Fig.6 Effect of different CO2 concentration on polyphenol oxidase activity in fruit core(A)and pulp(B)of‘Suli’pear

3 讨论与结论

不同品种梨果易发生褐变的部位不同，黄金梨、库尔勒香梨果心易褐变[13，18]，鸭梨果皮、果心均易发生褐变[15，19]，园黄梨果心、果肉均易发生褐变[9]。且果实褐变程度受成熟度[4，9]、贮藏方式[2，5]、环境 CO2、O2、乙烯等气体成分[13，19-20]的影响。本试验中酥梨对照、高浓度的CO2（8%CO2+5%O2）、低浓度的O2（0%CO2+1.5%O2）处理果心发生了不同程度的褐变，果皮、果肉均未发生褐变。但高浓度CO2导致了果肉酚类物质下降、电导率上升以及多酚氧化酶活性的升高。

不适的高浓度CO2和低浓度O2均会造成果实质膜结构损伤、膜透性增大、褐变加速。王志华等[13]对黄金梨的研究表明，黄金梨对CO2极为敏感，当CO2为1.0%、O2为 3%时，就会发生果肉褐变；2%CO2+3%O2、3%CO2+3%O2时果皮、果肉褐变严重；3%CO2+3%O2果心褐变严重。库尔勒香梨在贮藏过程中CO2浓度高于1.5%（O2浓度4%~6%）时易发生果心褐变[18]。鸭梨对低浓度O2较敏感，当CO2浓度为0%，O2浓度降至5%时，果心组织发生褐变[19]。本试验中高浓度的CO2虽然抑制了果实硬度的下降和色泽的转黄，但4%CO2+5%O2和8%CO2+5%O2处理导致了果实相对电导率快速上升、果肉和果心PPO 活性的上升及酚类物质氧化加剧，果心褐变加重。10%、5%、3%的低浓度O2（CO2浓度均为0%）有效减缓了果实相对电导率的上升趋势，同时也减缓了酚类物质下降的趋势，但当O2降低到1.5%时，造成了低氧胁迫，导致梨果心褐变。因此对于酥梨气调贮藏，果心对气体胁迫的反应比果肉敏感，果实对CO2的反应比对O2敏感，本试验中酥梨果实气调贮藏承受CO2的极值为4%，承受O2的极值为1.5%，适宜的气调指标阈值为CO2＜2%，O2为 3%~5%。