UVC预处理对冷藏和货架期间‘锦香’黄桃挥发性物质组分及含量的影响

周慧娟,杜纪红,张夏南,苏明申,李雄伟,叶正文

(上海市农业科学院林木果树研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海201403)

桃原产中国,是蔷薇科(Rosaceae)桃属(AmygdalusL.)核果类果树,80%以上的果实用于鲜食销售。2018年我国桃种植面积100万hm2,产量1 350万t,分别占世界桃种植面积和产量的48.72%和67.48%,均居世界第一。我国80%栽培桃品种为溶质类型[1],‘锦系列’鲜食黄桃为溶质类型中的典型代表,是长江以南鲜食黄桃的主栽品种。溶质桃果实极不耐贮运,低温可延长果实的贮藏期,但长期的低温冷藏或长期冷链物流(15—30 d)易使果肉出现木质化、絮败、褐变、糖酸比失调、芳香丧失或有害物质产生等品质劣变症状,制约桃果实流通及产业发展。

消费者普遍认为商品桃果实缺乏应有的风味,这与不适宜的采收成熟度和采后处理技术有关[2]。桃的综合风味由甜度、酸度、糖酸比、香气或质构特征等构成,其中挥发性物质对果实香气和风味的影响是目前研究的热点[3-4]。至今,桃果实中有近200种芳香物质被鉴定出[5-6],不适的低温冷藏(5℃)使桃果实酯类、内酯类特征芳香成分减少,适宜的低温贮藏可提高货架期间果实挥发性物质的浓度,但仍然造成了特征性风味物质的代谢障碍[7]。气调处理可调节冷藏期间和货架期间桃果实脂氧合酶(LOX)和脂氢过氧化物裂解酶(HPL)活性从而影响果实香气的形成和散发[8]。抑制冷藏期间果实丙二烯氧化物环化酶(AOC)、丙二烯氧化物合成酶(AOS)和12-氧代植物二烯酸还原酶(OPR)活性也可影响果实内酯和实酯形成[9],使果实具有较高的风味指数[10]。1-MCP处理可抑制桃果实醇类、脂肪族酯类、内酯和萜烯的产生,这与1-MCP可调控LOX、HPL、乙醇脱氢酶(ADH)和酰基转移酶(AAT)相关基因的表达水平有关[11]。而水杨酸(SA)、外源乙烯处理则可促进醇类、脂肪族酯类、羰基化合物、内酯和萜烯的释放,抑制己醛、反-2-己烯醛和苯甲醛的释放,使青草型与花香型香气比值降低,进而改善果实品质[12-13]。

紫外线辐照(UV)技术作为一项安全、操作简便的技术已得到广泛的应用。研究表明,UV处理可减少果实表面微生物[14]、延缓冷害的发生[15]、提高果实品质[16]和耐贮性[17],并可诱导芳樟醇的合成,提高果实的整体风味[17],但关于短波紫外线辐照(UVC)对果实芳香物质成分及含量的影响鲜有报道。本研究利用HS-SPME-GC-MS技术分析‘锦香黄桃’采后贮藏期间挥发性物质数量及含量的变化,探讨UVC对果实挥发性物质的影响,以期为鲜食黄桃品种的改良和贮运的研究提供一定的科学依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

以上海市农业科学院果树种植基地(121.47°E,30.92°N)种植的‘锦香’黄桃果实(北农2×60-24-7)为试材,试验园树龄9年,果实套黄袋。2019年6月17日,分别于15株树冠外围高约1—2 m处随机采取1 500个成熟度一致(七至八成熟)、大小均匀、色泽均一、无机械伤和病虫害的果实,然后立即运回上海市农业科学院林木果树研究所实验室,置于温度为20—25℃,相对湿度为60%—65%的环境中。试验设4个处理:将果实放置于距离波长为254 nm的UVC灯管15 cm处,照射5 min;将果实放置于距离波长为254 nm的UVC灯管15 cm处,照射20 min;将果实放置于距离波长为254 nm的UVC灯管15 cm处,照射40 min;不做任何处理的果实(CK)。每组100个果实,设3次重复。将处理后的果实单层摆放于塑料筐中,外套厚度为0.03 mm的PE保鲜袋,置于温度为4℃、相对湿度为85%—90%的冷库中预冷24 h,之后放置于温度为(1±0.5)℃、相对湿度为85%—90%的冷库中冷藏,第30天,放置于温度为20—25℃、相对湿度为65%—70%的环境进行货架研究。冷藏期间每隔5 d及货架期第3天,对不同处理组果实的呼吸强度、乙烯释放速率进行测定,并取样,切成0.5 cm×0.5 cm的果丁,液氮处理后,放置于-80℃超低温冰箱储存。

1.2 指标测定

乙烯释放速率:根据Khan等[18]的方法进行优化。室温条件下,每个处理取5个大小均一、无机械损伤的果实放置于容积为10 L、带有橡胶塞的玻璃罐中,放置15 min。使用容积为1 mL的注射器从罐中取出顶部空间气体(1 mL),并注入装有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱仪的入口。氮气压力0.5 MPa,流量30 mL∕min;进样器温度100℃,柱温60℃,检测室温度180℃;进样方式:不分流进样。结果用nL·kg-1·h-1表示.

呼吸强度:室温条件下,各处理随机取5个果,准确称量后,置于连接红外CO2分析仪气路的40 L密闭容器中,通过非色散式CO2气体测试计(TES-1370,中国台湾)测定10—15 min CO2浓度的改变量。重复3次,结果用mg·kg-1·h-1表示。

芳香物质的含量:将10 g左右样品用液氮研磨成粉末,取5 g粉末放入顶空萃取瓶中,用5 mL饱和NaCl水溶液匀浆5 min。混合物中加入内部标准液(美国Sigma公司)以及18种已知化合物的标准液,4℃条件下提取2 h。用7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)(美国Agilent公司)DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 m)测定芳香族化合物的含量。进样量:1μL;进样温度:250℃;分流比:无分流;载气:氦气(99.999%);流量:1 mL·min-1;柱温:40℃保持5 min,以5℃·min-1升至250℃,保持5 min;接口温度:260℃;离子源温度:230℃;四级杆温度:150℃;电离方式:EI+,70 eV;检测器电压:2 065 V;扫描方式:全扫描;质量范围:20—400(m/z);数据分析软件:MSD Chemstation;定性:NIST 2011谱库。SPME的条件如下,设备:CTC三位一体自动进样器(GC-MS,美国圣克拉拉市安捷伦科技公司);萃取头:75μm CAR∕PDMS;温度:50℃;加热时间:15 min,萃取时间:30 min;震荡速度:加热250 r·min-1,萃取250 r·min-1;解吸时间:4 min;GC循环时间:52 min。鉴定20种不同的芳香族化合物,并根据其标准品计算它们的含量(μg·kg-1)。

芳香物质组分和数量:对利用GC-MS技术鉴定出的挥发性物质按照醇类、醛类、酯类、内酯类和萜类物质进行归类和物质筛选,谱库是NIST 14谱库,处理软件为LECO公司Pegasus软件。

1.3 数据处理

采用SPSS 18.0、Excel 2010软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 UVC预处理对果实乙烯释放速率和呼吸强度的影响

由图1可知,冷藏期间,各处理果实乙烯释放速率和呼吸强度均呈下降趋势,货架期间呈急剧上升趋势。冷藏期间,各处理组果实呼吸强度无显著性差异;冷藏第5天和第15天,UVC预处理5 min的果实乙烯释放速率显著高于(P<0.05)其他处理组果实;货架期间,UVC预处理5 min的果实乙烯释放速率显著高于(P<0.05)其他处理组果实,呼吸强度显著低于(P<0.05)其他处理组果实。

图1 UVC预处理对果实乙烯释放速率和呼吸强度的影响Fig.1 Effects of UVC pretreatment on ethylene release rate and respiration intensity of fruit

2.2 UVC预处理对果实醇类、醛类、酯类、内酯类、帖类物质数量的影响

由图2可知,对照组‘锦香’黄桃果实中挥发性物质(75种)以醇类物质为主(24种)、其次为醛类(15种)和酯类(15种)、之后为萜类(12种)和内酯类(9种),其中果香和花香型挥发性物质数量占比48%;UVC预处理5 min可显著诱导挥发性物质数量的增加,其中酯类、萜类和内酯类物质数量分别增加3种、5种和2种,醇类物质减少2种,说明UVC预处理可诱导果香和花香型挥发性物质的产生。

图2 DGGE主要条带的系统发育分析Fig.2 Phylogenetic analysis of the predominant bands in the DGGE profile

由图3可知,冷藏期间,对照组‘锦香’黄桃酯类、内酯类和萜类物质数量呈下降趋势,醇、醛类物质数量无显著性变化。经GC-MS测定,在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d时对照果实分别检测出酯类15种、9种、12种、12种、8种,UVC预处理5 min的果实比同期对照分别增加20%、89%、16.67%、33.33%、62.5%;UVC预处理5 min的果实在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d分别检测出内酯类11种、8种、10种、10种、8种,比同期对照分别增加22.2%、0%、0%、11.11%、33.33%;UVC预处理5 min的果实在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d时分别检测出萜类17种、9种、8种、3种、2种,比同期对照分别增加41.67%、0%、33.33%、0%、0%。

货架期间,对照和处理组果实醇类、酯类、内酯类和萜类物质数量均呈上升趋势。第3天,UVC预处理5 min的果实酯类、内酯类和醇类物质数量显著高于(P<0.05)对照,萜类物质数量与对照相比无显著性差异(P>0.05)。

图3 低温冷藏及货架期间‘锦香’黄桃醇类、醛类、酯类、内酯类、萜类物质数量的变化Fig.3 Changes of alcohols,aldehydes,esters,lactones and terpenoids in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

2.3 低温冷藏及货架期间对照果实醇类、醛类、酯类、内酯类、萜类物质含量的变化

2.3.1 醇类和醛类芳香族化合物含量的变化

图4 低温冷藏及货架期间‘锦香’黄桃醇类和醛类芳香族化合物含量的变化Fig.4 Changes of alcohols,aldehydes contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

由图4可知,冷藏期间,对照果实1-己醇(1-hexanol)和反式-2-己烯-1-醇(trans-2-hexen-1-ol)均于冷藏第20天出现峰值,分别为5 479.21μg·kg-1和1 464.98μg·kg-1;第30天,其含量仍然分别高达4 305.48μg·kg-1和606.12 μg·kg-1。货架期第3天,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇的含量分别为2 453.09μg·kg-1和677.76μg·kg-1,是新鲜入库果实的2—3倍,接近果实阈值(1-己醇阈值2 500μg·kg-1;反式-2-己烯-1-醇阈值100—1 000μg·kg-1),说明1-己醇和反式-2-己烯-1-醇是影响冷藏期间果实异味产生的主要因素。冷藏期间,苯甲醛含量第15天出现峰值(730.15μg·kg-1);第30天,苯甲醛含量仍高达566.84μg·kg-1。货架期间,苯甲醛含量持续下降,第3天其含量为123.61μg·kg-1。冷藏5—15 d,己醛含量急剧下降可能与醛类向醇类的转化有关。

2.3.2 酯类和萜类芳香族化合物含量的变化

由图5可知,整个冷藏和货架期间,芳樟醇含量均呈下降趋势。至第30天,芳樟醇含量由最初的520.26μg·kg-1下降至4.22μg·kg-1,低于芳樟醇阈值(6μg·kg-1),果实丧失了其固有芳香;货架期间,芳樟醇含量为7.49μg·kg-1,未显著升高,说明果实芳樟醇出现了低温代谢障碍,为低温贮藏及调控技术研发重点关注的物质。整个冷藏和货架期间,紫罗兰酮含量维持在1—2μg·kg-1。

图5 低温冷藏及货架期间‘锦香’黄桃酯类和萜类芳香族化合物含量的变化Fig.5 Changes of esters and terpenoids contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

冷藏期间,果实乙酸己酯和邻苯二甲酸二异丁酯含量整体呈下降趋势,第30天,二者含量分别由初始的37.44μg·kg-1和261.38μg·kg-1降低至5.11μg·kg-1和61.67μg·kg-1;货架期间,乙酸己酯和邻苯二甲酸二异丁酯含量均呈急剧上升趋势,第3天其含量分别为69.61μg·kg-1和151.67μg·kg-1。说明低温冷藏可抑制果实酯类物质的散发,货架期间可恢复正常代谢。

2.3.3 内酯类芳香族化合物含量的变化

由图6可知,冷藏期间,γ-辛内酯、γ-己内酯和γ-庚内酯含量整体呈先上升后下降的趋势,γ-葵内酯和δ-癸内酯整体呈先下降后上升再下降的趋势,γ-十二内酯含量较为平稳;货架期间,γ-己内酯和γ-辛内酯含量均呈急剧上升趋势,说明这两种物质恢复常温后不存在代谢障碍。γ-癸内酯和δ-癸内酯在整个冷藏期间整体呈急剧下降趋势,且恢复常温后含量无显著性升高,说明长期冷藏对以上两种内酯造成了低温代谢障碍,为低温贮藏及调控技术研发重点关注的物质。

图6 低温冷藏及货架期间“锦香黄桃”内酯类芳香族化合物含量的变化Fig.6 Changes of lactones contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

2.4 UVC预处理对果实关键低温合成障碍挥发性芳香物质含量的影响

由图7可知,与对照相比,UVC预处理20 min和40 min促使果实1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量急剧增加,UVC预处理5 min,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量降低。

图7 UVC预处理前后1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量的变化Fig.7 Changes of 1-hexanol and trans-2-hexene-1-ol contents before and after UVC pretreatment

由图8可知,与对照相比,UVC预处理5 min和20 min均能诱导γ-癸内酯、δ-癸内酯和芳樟醇的合成,其中UVC预处理5 minγ-癸内酯和δ-癸内酯含量较高,UVC预处理20 min芳樟醇含量较高。

图8 UVC预处理对‘锦香’黄桃γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇含量的影响Fig.8 Changes of r-decalactone,δ-decalactone and linalool contents before and after UVC pretreatment

由图9可知,冷藏期间,各处理果实中1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量均呈前期稳定(0—15 d)、中期上升(15—20 d)、后期下降(20—30 d)的趋势。贮藏后期,UVC预处理5 min和20 min的果实1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量显著低于(P<0.05)对照和UVC预处理40 min的果实;货架期间,UVC预处理20 min和40 min处理的果实反式-2-己烯-1-醇含量均呈急剧上升趋势,UVC预处理5 min和CK果实反式-2-己烯-1-醇含量无显著性(P>0.05)变化。

图9 UVC预处理对‘锦香’黄桃冷藏和货架期间1-己醇和反式-2-己烯-1-醇含量的影响Fig.9 Effect of UVC pretreatment on 1-hexanol and trans-2-hexene-1-ol contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

由图10可知,冷藏期间,各处理果实γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇含量整体均呈下降趋势。冷藏0—10 d,UVC预处理5 min和20 min的果实芳樟醇含量显著高于(P<0.05)对照和UVC处理40 min的果实;货架期间,UVC预处理的果实芳樟醇含量极显著低于(P<0.01)果实固有芳樟醇含量(519.98μg·kg-1),为16—23μg·kg-1,显著高于(P<0.05)同期对照果实的7.48μg·kg-1。

冷藏0—15 d,UVC处理5 min的果实γ-癸内酯和δ-癸内酯含量均显著高于(P<0.05)其他处理;货架期第3天,UVC预处理5 min和20 min的果实γ-癸内酯(134.34μg·kg-1和82.71μg·kg-1)和δ-癸内酯(164.71μg·kg-1和83.57μg·kg-1)含量显著高于(P<0.05)对照果实和UVC处理40 min的果实(10—12.5μg·kg-1和20—30μg·kg-1)。

图10 UVC预处理对果实冷藏和货架期间γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇含量的影响Fig.10 Effect of UVC pretreatment on r-decalactone,δ-decalactone and linalool contents in‘Jinxiang’peaches during cold storage and shelf life

3 讨论

3.1 UVC预处理对‘锦香’黄桃呼吸强度和乙烯释放速率的影响

紫外线短波辐射(UV)的保鲜效果取决于果品表面形态和目标微生物对紫外线的抵抗力[19],其通过降低果实呼吸强度和乙烯释放速率来减缓衰老进程[20]。本研究表明,冷藏0—20 d,UVC预处理5 min的果实乙烯释放速率显著高于(P<0.05)其他处理,与Gonzalez-Aguilar等[21]报道的UVC预处理的桃果实乙烯释放速率于5℃冷藏14—21 d急速增加的结果一致。货架期间,UVC预处理5 min的果实呼吸强度显著低于(P<0.05)对照和其他处理,与Alique等[22]报道的UVC处理可降低果实的呼吸强度,从而延缓衰老的结果一致。UVC预处理5 min可诱导‘锦香’黄桃乙烯的释放,降低贮藏期间果实的呼吸强度,这与UVC预处理可抑制芳香物质的丧失有密切关系,与Aline Tiecher[23]报道的UVC预处理虽然诱导了番茄果实采后贮藏期间乙烯的积累,但抑制了果实的衰老并诱导果皮红色素的形成的结论一致。

3.2 UVC预处理对‘锦香’黄桃挥发性物质成分数量的影响

不适的低温贮藏使桃果实酯类、内酯类等特征性芳香成分减少,适宜的低温贮藏可提高货架期间果实总酯类物质的浓度,但仍可造成特征性风味物质的代谢障碍[7]。本研究发现,长期的低温冷藏可造成挥发性芳香物质γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇低温代谢障碍,与上述结论一致。1-MCP、气调处理、SA处理等虽然可延缓果实冷害的发生,但在揭示果实挥发性物质低温代谢障碍方面有待进一步研究。UV技术作为一项物理、安全、操作简便的技术已在果蔬中得到成熟应用,研究表明,UV处理可影响果实类胡萝卜素的积累[24],减少果实表面微生物[14],延缓冷害的发生[15],提高果实品质[15]和耐贮性[17],并可诱导芳樟醇的合成,提高果实的整体风味[16]。Gonzalez-Aguila[21]报道,UVC预处理桃3—5 min,可提高果实中腐胺、精胺和亚精胺的含量,从而提高果实综合品质,与UVC技术在柠檬保鲜上的应用结论一致[24]。UVB可通过调控生物合成基因,影响果实风味代谢[25],但是UVC对果实芳香物质成分及含量的影响鲜有报道。本研究发现,UVC预处理5 min可显著诱导挥发性物质数量的增加,在冷藏0 d、5 d、10 d、20 d、30 d时萜类物质比同期对照分别增加41.67%、0%、33.33%、0%、0%,酯类物质比同期对照分别增加20%、89%、16.67%、33.33%、62.5%;内酯类物质比同期对照分别增加22.2%、0%、0%、11.11%、33.33%,说明UVC预处理可抑制‘锦香’黄桃冷藏期间果实特征性果香和花香挥发性物质的丧失。

3.3 UVC预处理对‘锦香’黄桃挥发性物质成分含量的影响

Bianchi等[26]报道,γ-六内酯、γ-八内酯、C10H16O、乙酸和乙酸乙酯与香气强度和成熟桃果实感官评分呈正相关,苯乙醛、三甲苯和乙醛与香气强度和成熟桃果实感官评分呈负相关。气调、1-MCP、SA处理、外源乙烯处理均可调节冷藏期间和货架期间桃果实香气的形成和散发[8,11]。本研究表明,低温冷藏可显著抑制果实呼吸速率,降低挥发性酯类、内酯类和萜类物质的含量,但长期的低温冷藏可造成挥发性芳香物质γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇低温代谢障碍,为低温贮藏及调控技术研发重点关注的物质。UVC处理5 min可提高果实乙烯释放速率,诱导低温冷藏和货架期间γ-癸内酯和δ-癸内酯的合成,改善果实长期冷藏风味降低的问题。UVC预处理主要调控低温冷藏前期(10 d内)的果实芳樟醇的代谢进程,对低温冷藏后期芳樟醇含量无显著性影响,而Liu等[17]报道,UV处理可诱导常温(20℃)‘湖景蜜露’果实芳樟醇的合成,说明不同的贮藏温度条件下,UV预处理对果实芳樟醇的代谢的调控作用不同,具体机理需要进一步研究。

4 结论

长期的低温冷藏可造成‘锦香’黄桃特征性果香和花香挥发性物质γ-癸内酯、δ-癸内酯、芳樟醇低温代谢障碍,1-己醇和反式-2-己烯-1-醇是影响‘锦香’黄桃冷藏期间异味产生的主要因素。UVC预处理可减轻冷藏前期‘锦香’黄桃果实酯类和内酯类物质的代谢障碍,以UVC预处理5 min结合温度(1±0.5)℃、相对湿度85%—90%的冷藏参数效果较佳。UVC预处理5 min可显著诱导果香和花香型挥发性物质的产生,其中酯类、萜类和内酯类物质数量分别增加3种、5种和2种;可抑制冷藏和货架期间1-己醇和反式-2-己烯-1-醇的合成,诱导γ-癸内酯、δ-癸内酯和芳樟醇的合成,提高果实贮藏期间的整体风味。