不同1-甲基环丙烯熏蒸处理对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响

魏敬汶 吴世雨 吕尊富 崔 鹏 徐锡明 庞林江 陆国权,* 季少珍

(1浙江农林大学现代农学院/浙江省农产品品质改良重点实验室 浙江 杭州 311300；2浙江农林大学薯类作物研究所 浙江 杭州 311300； 3绿洁食品有限公司，浙江 杭州 311300)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]属旋花科甘薯属，是世界第七大粮食作物[1]，同时也是重要的饲料、工业原料和新型能源原料[2]。但因其块根体积较大、水分含量高，采收后在常温下贮藏呼吸强度增加，极易发生失水、发芽、糠心等问题。

1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)作为一种生产上常用的乙烯受体抑制剂，具有安全、高效、无毒[3]、无残留[4]等优点，能够有效阻断内源乙烯与受体蛋白的结合，从而阻碍乙烯信号转导，抑制果蔬的呼吸及衰老进程，提高果蔬的耐贮性[5]。1-MCP的保鲜效果与处理温度有关，Blankenshihip等[6]发现在一定温度范围内高温处理保鲜效果优于低温，Ku等[7]研究发现高温条件更有利于1-MCP与乙烯位点的结合，Sisler等[8]研究发现低温条件下1-MCP作用效果明显下降的原因可能与低温改变膜上受体蛋白构象有关。相关研究表明，1-MCP抑制作用效果在呼吸跃变型果实上更为明显，如苹果[9]、梨[10]、水蜜桃[11]等。孙爱萍等[12]研究发现，1-MCP处理可显著降低活性氧的产生速率，抑制MDA的产生，有效延缓甜瓜果实采后衰老。在甘薯保鲜贮藏方面，邓代辉等[13]研究发现1-MCP和水杨酸(salicylic acid, SA)能使甘薯在贮藏期间保持较好的品质，降低腐烂率。彭勇等[14]研究表明，与乙烯、氧苯胺灵(chlorpheniramine, CIPC)、热水处理等相比，1-MCP缓释剂是抑制甘薯采后发芽及延长贮藏期的最佳处理方法，其中29℃愈伤与1-MCP联合处理对甘薯防腐效果较好。张小村等[15]用1 μL·L-11-MCP 处理鲜食型甘薯品种，发现1-MCP对甘薯块根中可溶性糖、直链淀粉含量等品质相关指标有显著影响。

目前，1-MCP处理作为保持果实品质，延缓果实衰老，延长贮藏及货架供应期的关键技术在呼吸跃变型果蔬贮藏上被广泛应用，而关于不同熏蒸浓度、不同熏蒸时间1-MCP处理对新鲜甘薯的保鲜效果和抗氧化能力的影响鲜有系统的研究报道。本研究旨在明确不同1-MCP熏蒸浓度、不同熏蒸时间对甘薯贮藏保鲜效果的影响，并筛选出适合甘薯贮藏保鲜的最佳1-MCP处理方式，以期为甘薯采后保鲜提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯(烟薯25号)，于2020年10月统一采自浙江农林大学东湖校区薯博园；1-MCP：白色粉剂，有效成分3%，购于山东奥维特生物科技有限公司；8.5 L双扣式密封保鲜盒(38 cm×26 cm×13 cm)，购于广州市驰钢贸易有限公司。

1.2 主要仪器与设备

iCEN-24R型高速冷冻离心机，杭州奥盛仪器有限公司；HH6数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；MV9000紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；PBI-Dansensor CheckPoint II便携式顶空分析仪，上海连航机电科技有限公司，PRX-15013智能人工气候箱，宁波海曙赛福实验仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1 1-MCP溶液的制备 参考颉敏华等[16]的方法计算不同熏蒸浓度1-MCP处理(0.5、1、2、4、8 μL·L-1) 所需粉剂的量，称取相应质量的粉剂于5 mL指形试管内，加入体积比1∶20的超纯水，立即密封摇匀。

X=(C×V×ρ)/(A×106)

式中，X为1-MCP粉剂用量，g；C为设定1-MCP的质量浓度，μL·L-1；V为处理空间体积，L；ρ为相应处理温度下1-MCP的密度，g·L-1；A为所用1-MCP粉剂的质量分数，%。

1.3.2 薯块收获与处理 2020年10月13日上午在浙江农林大学东湖校区薯博园统一收获后立即运至薯类作物研究室。挑选无病虫害、无机械损伤、200～250 g的纺锤形薯块。每个处理箱中随机放入20个薯块，再放入装有1-MCP溶液的指形试管，打开试管盖后立即加盖保鲜膜封箱，放入恒温培养箱中(温度29℃，相对湿度85%～90%)进行愈伤与1-MCP熏蒸联合处理[14]，对应处理组编号如表1所示。不同熏蒸处理结束后，打开箱盖通风30 min，放置于恒温培养箱(温度25±0.5℃、相对湿度85%～90%)贮藏120 d。每隔5 d进行发芽情况统计，生理指标在贮藏前30 d内每7 d取样1次进行测定，之后每30 d取样1次进行测定[15]。试验进行3次重复，每个处理60个块根。

表1 不同1-MCP处理组参数及编号Table 1 Parameters and numbers of different 1-MCP treatment groups

1.3.3 发芽率的测定 采用计数法，以薯皮出现肉眼可见的芽点(大于2 mm)视为发芽。按照以下公式计算发芽率：

发芽率=(发芽甘薯个数/甘薯总个数)×100%

(1)。

1.3.4 发芽指数的测定 参考Pankomera[17]的方法，按照以下公式计算发芽指数：

(2)

式中，i为发芽级数(1级=0芽，2级=1～3芽，3级=4～6芽，4级=7～9芽，5级=10芽及以上)；Xi为发芽i级的甘薯个数；K为甘薯总个数。

1.3.5 呼吸强度的测定 采用静置法，参考曹建康等[18]的方法。

1.3.6 失重率的测定 采用称重法，计算公式如下：

甘薯失重率=(贮前甘薯鲜重-贮后甘薯鲜重)/贮前甘薯鲜重×100%

(3)。

1.3.7 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的测定 采用Hodges等[19]的方法测定。

1.3.8 抗氧化酶活性的测定 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、抗坏血酸过氧化酶(ascorbate peroxidase, APX)活性的测定参考文献[20-22]的方法。

(4)

采用熵权法确定各观测指标所占权重。各指标熵按公式(5) (6)计算。

(5)

(6)

式中，En为第n个指标的熵权值；fij为归一化后矩阵中第i行、第j列的数值。

为使 ln(fij)有意义，当fij=0时定义fijln(fij)=0。各指标熵权通过公式(7)计算，计算结果组成熵权矩阵Wi。

(7)

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计，SPSS 21.0软件进行单因素、双因素方差分析，Origin 2018软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同熏蒸浓度对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响

由图1可知，不同1-MCP浓度处理对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响存在差异。常温贮藏条件下，不同浓度1-MCP处理组均能有效抑制甘薯发芽率及发芽指数的上升(图1-A、B)，其中8 μL·L-1处理组极显著低于CK组(P<0.01)，抑芽效果最好。甘薯在贮藏3 d时达到呼吸跃变峰值(图1-C)，1 μL·L-1处理组在贮藏60 d以后呼吸强度始终处于最低，与其他处理组相比差异显著(P<0.05)。CK组甘薯失重率(图1-D)较1-MCP处理组上升迅速,至贮藏120 d时，0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 μL·L-11-MCP处理组甘薯失重率分别比CK组低4.50、10.26、6.09、11.78、9.32个百分点，处理间差异不显著。8 μL·L-1处理组甘薯MDA含量(图1-E)始终显著低于其他处理组(P<0.05)。甘薯SOD、POD、CAT和APX活性(图1-F～I)在整个贮藏期间总体呈下降趋势，其中 2 μL·L-1处理组甘薯的抗氧化酶活性与其他处理相比在贮藏后期仍能保持较高水平，效果最好。

2.2 不同熏蒸时间对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响

由图2可知，不同1-MCP时间处理对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响存在差异。CK组在高温愈伤结束即观察到芽点(图2-A、B)，各处理组出芽时间均有所延迟，至贮藏20 d时，CK组甘薯全部发芽，发芽指数显著高于各处理组(P<0.05)。贮藏3 d时，CK组甘薯的呼吸强度(图2-C)显著高于其他处理组(P<0.05)，12 h处理组甘薯的呼吸强度在贮藏30～120 d始终处于最低，说明该处理可显著降低甘薯的呼吸强度。贮藏前15 d，甘薯的失重率和MDA含量(图2-D、E)快速上升，至贮藏120 d时，6、12、24、36、48 h处理组的甘薯失重率与对照组相比分别下降9.34、13.78、5.85、11.54、7.80个百分点，MDA含量分别比CK组低3.11%、8.59%、6.43%、10.58%、5.70%。贮藏30～120 d，12 h处理组甘薯的SOD、POD、CAT和APX活性(图2-F～I)始终保持较高，SOD、POD、APX活性显著高于CK组(P<0.05)，CAT活性显著高于CK组和48 h处理组(P<0.05)。

图1 不同1-MCP浓度处理对甘薯贮藏期生理指标及抗氧化酶活性的影响Fig.1 Effects of different 1-MCP concentrations on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

图2 不同1-MCP薰蒸时间对甘薯贮藏期生理指标及抗氧化酶活性的影响Fig.2 Effects of different 1-MCP time treatments on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

2.3 熏蒸浓度和熏蒸时间对甘薯采后贮藏效果的交互作用

双因素方差分析结果表明(表2、表3)，浓度(C)、时间(T)及浓度与时间的互作(C×T)对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力的影响与贮藏天数有关。C、T及C×T从贮藏10 d起显著影响甘薯发芽(P<0.05)，贮藏10～30 d、15～35 d时，C对甘薯发芽率、发芽指数的影响分别达到极显著水平(P<0.01)。在0～90 d内，C、T及C×T极显著影响甘薯呼吸强度(P<0.01)，C×T贡献度最大；贮藏15 d及以后，C显著或极显著影响甘薯失重率(P<0.01)；C、C×T在贮藏0～60 d显著影响甘薯MDA含量的累积(P<0.05)，贡献度表现为C>C×T；贮藏7～30 d、7～90 d，C、T分别对甘薯SOD活性产生极显著影响(P<0.01)，T贡献度最大；贮藏0～30 d，C×T对甘薯POD活性产生显著影响(P<0.05)；C、T及C×T对甘薯CAT、APX活性产生的显著影响主要集中在贮藏7～30 d，贡献度总体表现为C>T>C×T。综上，处理浓度是影响甘薯发芽率、发芽指数、失重率、含量MDA含量及CAT、APX活性的主要因子，处理时间是影响甘薯SOD活性的主要因子，浓度×时间主要影响甘薯的呼吸强度。

表2 浓度(C)与时间(T)对甘薯发芽指标影响的双因素方差分析Table 2 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on the germination index of sweet potato

2.4 贮藏效果的模糊综合评价模型

为进一步明确不同1-MCP处理下甘薯在不同贮藏时间中的动态变化影响，利用模糊评价方法对前文获得的除发芽率、发芽指数外的7个有统计差异的数据指标进行量化综合评价。

2.4.1 计算模糊评价指标综合值 采用方差贡献法计算各组间方差贡献率相对大小。根据公式(4)计算各贮藏天数权重，不同处理组间各指标构成的方差矩阵V和标准化矩阵W如下所示。

表3 浓度(C)与时间(T)对甘薯贮藏保鲜及抗氧化能力指标影响的双因素方差分析Table 3 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on storage and antioxidant capacity of sweet potato

将各处理下甘薯的不同指标观测值进行有关贮藏天数的加权计算，最终得到模糊评价矩阵R。

2.4.3 平均指标熵权计算 根据公式(5)(6)分别计算失重率、呼吸强度、MDA、SOD、POD、CAT、APX的熵权构成熵权矩阵En，然后将各指标熵权归一化后构成各指标权重矩阵Wi。

通过公式(7)对各处理组与标准物元组的贴近度进行度量，构成最终矩阵Rnm。各处理组甘薯贮藏综合效果随处理浓度、处理时间的变化如图3所示。因此，各处理组甘薯贮藏效果由高到低为：3-2>3-1>3-3>2-3>2-2>3-4>1-4>4-2>4-1>1-1>1-3>2-5>4-3>2-1>2-4>5-4>5-2>4-4>5-1>5-3>4-5>3-5>1-5>1-2>5-5。即2 μL·L-11-MOP密闭熏蒸12 h保鲜效果最好。

图3 处理组与标准组的贴近度Fig.3 Euclide degree between treatment groups and standard matter-element

3 讨论

甘薯采后因蒸腾失水、物质代谢而使其重量逐渐损失[24-25]。本研究中，甘薯在常温贮藏期间失重率不断上升，其中贮藏0～15 d、90～120 d失重率变化幅度较大，薯块处于迅速失水状态，这与闫海锋等[26]研究不同贮藏温度对甘薯失重率的影响、王炜等[27]研究两种甘薯在贮藏中后期失重率的变化规律相一致。呼吸作用是了解农产品采后生理状态和影响贮藏效果的重要因素，各甘薯品种发生呼吸跃变的时间一般集中在贮藏0～10 d内[28]。本研究中，烟薯25在贮藏3 d时发生呼吸跃变，达到呼吸强度峰值，说明薯块在贮藏时已经解除休眠，生理状态较为活跃。何欣遥等[29]研究发现，甘薯在常温条件下贮运18 d时，发芽率和发芽指数分别高达83.33%和2.7，本研究中，对照组甘薯在常温贮藏20 d时已全部发芽，发芽指数达2.74，这与前人研究趋势相一致。

抗氧化酶活性与外界环境温度、水分胁迫、不同植物器官的发育阶段等内外因素的变化有关[30]。本研究发现，SOD、CAT和APX活性在贮藏前15 d迅速下降，之后缓慢回升，这与李建梅等[31]关于甘薯块根中SOD和APX活性在水分胁迫诱导下的变化趋势相一致。由此推测，在甘薯常温贮藏初期，薯块发生呼吸跃变，导致水分急速下降是影响抗氧化酶活性变化的关键原因之一。另外，将1-MCP处理下甘薯贮藏前15 d的生理指标与抗氧化酶活性进行相关性分析，发现发芽率、发芽指数、失重率与SOD、CAT、APX活性存在极显著负相关(P<0.01)，呼吸强度与POD活性存在极显著负相关(P<0.01)，这也进一步证实了上述猜测。

1-MCP作为一种乙烯作用的竞争性抑制剂，其使用浓度、作用时间都会影响果蔬的成熟衰老进程和品质。祝美云等[32]研究表明，1 μL·L-11-MCP处理西洋梨果皮组织的效果好于0.5 μL·L-11-MCP， 王宁等[33]对无核白葡萄进行不同时间1-MCP熏蒸处理，结果表明，在5℃低温下1-MCP处理无核白葡萄48 h比24 h更能够有效抑制葡萄生理代谢并保持果实较好品质。本研究结果表明，1-MCP熏蒸处理能显著降低甘薯呼吸强度、延缓MDA含量累积，保持较低的失重率、发芽率和发芽指数，提高抗氧化酶活性,这与邓代辉等[13]研究1-MCP、水杨酸、草木灰浸出液对甘薯储藏影响的结论一致，并且在油[34]、菠萝蜜[35]、苹果[36]等的研究中也有相似的结论。

本研究进一步发现，在相同熏蒸时间处理下，高浓度1-MCP处理显著抑制甘薯发芽率及发芽指数的上升，但在中长期贮藏过程中(15 d以后)不利于保持较高的SOD、POD、CAT、APX活性，这可能与高浓度 1-MCP 与薯块体内乙烯受体的结合出现饱和现象有关[37-38]；在相同熏蒸浓度处理下，12 h熏蒸处理与其他处理组相比能显著降低甘薯的呼吸强度，这可能是由于熏蒸时间太短不足以激活呼吸所必需的相关酶及基因表达[39]，熏蒸时间太长，氧气不足时，甘薯进行无氧呼吸，造成薯块组织伤害，加快呼吸作用[40]；双因素方差分析结果表明，熏蒸浓度、熏蒸时间及其交互作用对甘薯贮藏效果的各指标影响不同，且随贮藏天数延长呈现不同的变化规律。一般情况下, 1-MCP处理时间愈长, 所需浓度愈低；反之处理时间愈短, 所需浓度愈高[41-42]，其互作机理及影响因素仍需进一步深入探索。

4 结论

本研究结果表明，1-MCP作为乙烯作用的新型受体抑制剂，对甘薯有较好的保鲜效果，在实际生产中可缓解常温贮藏带来的失重、腐烂、发芽等现象，具有一定的应用前景，但1-MCP的处理时间和处理浓度具有特异性，高浓度长时间的熏蒸处理会对果实造成伤害。模糊综合评价模型表明，29℃愈伤联合 2 μL·L-11-MCP密闭熏蒸12 h对甘薯贮藏效果最好，可显著延缓甘薯在采后常温贮藏中(温度25±0.5℃，相对湿度85%～90%)出现的失重、腐烂和发芽现象，有效抑制块根的呼吸速率和MDA含量累积，同时能保持较强的抗氧化能力，从而有效延长贮藏期至120 d。