真空预冷结合氮气(N2)包装处理对小白杏糖代谢的影响

田全明, 路 帆, 殷贝贝, 刘雪艳, 魏 佳, 吴 斌

(1.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所,乌鲁木齐 830091;2.新疆农业大学食品科学与药学学院,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】2020年新疆杏种植面积达到2×105hm2,年产量超过1.5×106t,位居全国第一[1,2]。小白杏是新疆南疆地区主要种植鲜杏品种之一,因其风味独特,含有多种碳水化合物、维生素及丰富的营养价值[3]。小白杏属于呼吸跃变型果实,采收后会在较短时间内出现后熟软化现象,与采收初期相比,后期贮藏过程中其内部的糖酸类物质含量会发生显著变化,极易出现软化腐烂等问题,影响果实风味[4,5],影响鲜食杏在市场流通[6,7]。研究杏果实中糖代谢与贮藏品质之间的关联性,控制糖含量变化,对提高杏果实的贮藏品质,减少小白杏后熟软烂有重要意义。【前人研究进展】真空预冷是一种快速降低果实中心温度且冷却均匀的果蔬预冷技术[8,9]。陈亚鹏等[10]对芥蓝的研究中,真空预冷可以有效降低叶和根的温差,并降低呼吸强度、失重率和叶绿素含量,抑制丙二醛(MDA)含量的增长。在鲜食莲子[11]采后贮藏研究中发现,真空预冷结合补水处理能显著降低失重率,抑制褐变,较好的保持其外观品质,延长贮藏期。氮气(N2)是一种广泛应用于果蔬贮藏保鲜中熏蒸气体,研究表明,氮气包装处理对果蔬有显著的保鲜效果。86.6%的氮气对白玉菇进行保鲜处理,可有效的推迟呼吸高峰,保持其硬度,保鲜期可达7 d以上[12]。对新疆小白杏[13]的研究中发现,真空预冷结合氮气处理,可以通过调节细胞壁代谢延缓小白杏果实采后软化,较好的保持小白杏的品质。【本研究切入点】关于真空预冷结合氮气包装对果品糖代谢影响的报道及研究较少。需研究真空预冷结合氮气(N2)包装处理对小白杏糖代谢的影响。【拟解决的关键问题】采用真空预冷结合N2熏蒸方法,对新疆小白杏进行采后处理,分析真空预冷结合N2熏蒸方式对采后小白杏糖代谢的影响,为杏果实在采后保鲜方面的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 小白杏

绿熟期小白杏(TSS≥12.18%)于2020年5月采自新疆库车县小白杏种植基地。挑选无病虫害、无机械损伤,且大小、颜色、外观一致的小白杏,采用真空预冷机将果心温度预冷至4℃备用。

1.1.2 试 剂

氢氧化钠、3,5二硝基水杨酸,天津市光复精细化工厂;蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇(均为标准品)德国Dr.Ehrenstorfer股份有限公司;蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖分解酶、中性转化酶、酸性转化酶(均为试剂盒),北京Solarbio科技有限公司。

1.1.3 仪 器

高效液相色谱(安捷伦 美国PerkinElmer公司);十万分之一分析天平 MS105DU(瑞士Mettler Toledo公司);Centrifge 5810 R型高速冷冻离心机(德国Eppendorf公司);激光打孔机(日本HITACHI公司);GD1913 型气调包装机(广州行远包装机械有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 样品处理

将气调包装机的气调比例调到100% N2,通过O2和CO2检测器测量确定保鲜盒中的O2浓度≤0.05%(v/v)。将预冷后的果实放入保鲜盒中(每盒20个),气调包装。用激光打孔机于2 h后打孔,贮于10℃恒温箱中,每隔3 d测定各项生理指标。杏果实用液氮冻样后,放入-40℃冰箱贮存。真空预冷4℃、真空预冷4℃结合N2熏蒸2 h分别表示为CK、N2-2。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 可滴定酸(Titratable Acid TA)含量和还原糖含量

参照曹建康等[14]方法测定。

1.2.2.2 HPLC测定果糖、蔗糖、葡萄糖、山梨糖醇含量

糖含量测定采用Chunmei等[15]方法。取5 g杏粉加入25 mL超纯水中,超声30 min,8 000 r/min离心20 min,取上清液,过0.22 μm水相滤膜后待测。

1.2.2.3 SPS、SS、SS-I、AI、NI活性

蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶、蔗糖分解酶、中性转化酶、酸性转化酶按照北京Solarbio科技有限公司试剂盒使用说明书测定相关酶活性。

SPS、SS活性以每g组织1 min催化产生1 μg蔗糖定义为一个酶单位(U/g)。

SS-I、NI、AI活性以每g组织1 min产生1 μg还原糖定义为一个酶单位(U/g)。

1.2.2.4 标准溶液的制备

用超纯水制备1 000 mg/L蔗糖、果糖、葡萄糖、山梨糖醇标准母液避光储存于-4℃冰箱。利用标准品母液稀释配制并绘制标准曲线,浓度梯度为0.10,0.20,0.50,1.00,2.00,5.00和10.00 mg/L。

1.2.2.5 色谱条件

色谱柱:钙离子交换柱(安捷伦2600 Hi-Plex Ca液相色谱柱8.0 μm,7.7 mm×300 mm)。

仪器条件:流动相:纯水;检测器:RI检测器;柱温:40℃;流速:0.4 mL/min;进样量:10 μL。

1.3 数据处理

使用 GraphPad Prism 8.0软件作图,SPSS 20.0进行数据分析以及利用 Duncan法来比较均值。P≤0.05表示差异显著,P≤0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 杏果实中蔗糖、葡萄糖和果糖、山梨糖醇含量的测定

研究表明,蔗糖的出峰时间为17.273 s、葡萄糖的出峰时间为20.081 s、果糖的出峰时间为25.927 s和山梨糖醇的出峰时间为34.798 s;蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨糖醇相应的验证参数,其中标曲中蔗糖的出峰时间为17.287 s、葡萄糖的出峰时间为20.095 s、果糖的出峰时间为25.981 s和山梨糖醇的出峰时间为34.769 s,校准曲线在范围内线性回归良好(R2=0.998 7～0.999 3)。建立的测定方法能够同时定量测定果实中蔗糖、葡萄糖、果糖和山梨糖醇的含量。表1,图1

表1 HPLC法测定杏子中糖的验证参数

图1 HPLC色谱图-标准品(1)和样品(2)

2.2 N2-2对小白杏葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨糖醇含量的影响

研究表明,小白杏在贮藏过程中葡萄糖、果糖的含量逐渐升高。贮藏第0 d时葡萄糖和果糖的含量分别为(45.90±2.50) mg/g、(27.4±1.59) mg/g,贮藏至18 d时,N2-2处理组的葡萄糖和果糖含量分别为93.42、54.73 mg/g。在贮藏期间,N2-2处理组葡萄糖和果糖的含量始终高于CK组,N2-2处理能促进葡萄糖和果糖的生成。蔗糖含量呈现先上升后下降的趋势,贮藏初期蔗糖含量高于其他糖类,贮藏第0 d时蔗糖的含量为(58.62±1.46) mg/g,贮藏至第9 d时,蔗糖含量达到最大,CK组与N2-2处理组的最大值分别为79.26、73.42 mg/g,之后蔗糖含量逐渐下降。山梨糖醇含量呈逐渐下降的趋势,贮藏第0 d时山梨糖醇的含量为(36.02±1.25) mg/g,贮藏至第18 d时山梨糖醇的含量完全消失。N2-2对杏果实进行处理后,在贮藏期间可以减缓蔗糖的合成量并加速蔗糖和山梨糖醇的分解,促进葡萄糖和果糖的生成。图2

图2 N2-2处理下小白杏糖组分变化

2.3 N2-2对小白杏还原糖含量的影响

研究表明,还原糖含量呈现先下降后上升的趋势。在整个贮藏期间还原糖含量下降较缓慢,N2-2处理组还原糖含量始终高于CK组。贮藏至第6 d时,N2-2还原糖的含量是11.94%,CK组还原糖的含量是8.16%,其中N2-2处理组还原糖含量是CK组的1.32倍。在第12～18 d贮藏过程中,N2-2处理组中的还原糖含量呈上升趋势。在第6～18 d,CK组和N2-2处理组的还原糖含量均呈上升趋势,但CK组还原糖含量仍低于N2-2处理组。N2-2处理能有效的延缓小白杏中还原糖含量的降低,使还原糖含量维持在一个较高的水平,保持杏果实的品质。图3

图3 N2-2处理下小白杏还原

2.4 N2-2对小白杏TA含量的影响

研究表明,在贮藏0～18 d,N2-2处理组和CK处理组的杏果实中TA含量都呈现逐渐下降的变化趋势,但N2-2处理组中TA含量始终高于CK组,在贮藏第15 d,N2-2处理组和CK组TA含量分别为1.29%、1.01%。N2-2处理能抑制小白杏果实的呼吸强度,减少营养成分的消耗,从而减少TA的消耗,延缓果实衰老。N2-2处理组TA在贮藏0-18 d显著高于CK组(P<0.05),N2-2处理能有效减缓杏果实贮藏过程中TA含量的下降,较好的保持杏果实的风味。图4

图4 N2-2处理下小白杏TA含量变化

2.5 N2-2对小白杏糖组分相关酶活性的影响

研究表明,在整个贮藏期间,SPS、SS-Ⅰ、SS酶活性均呈现出先上升后下降的趋势,其中N2-2处理组SPS、SS-Ⅰ酶活性显著高于CK组。SPS活性在第9 d时达到最大值,CK组与N2-2处理组分别为371.73、457.14 U/g,其中N2-2处理组酶活性是CK组的1.31倍,贮藏至第18 d时,CK组与N2-2处理组SPS活性分别为194.35、283.39 U/g。SS-Ⅰ酶活性在第12 d时达到最大值,CK组与N2-2处理组最大值分别为220.41、290.85 U/g,其中N2-2处理组SS酶活性是CK组的1.32倍,贮藏至第18 d时,CK组与N2-2处理组SS-I活性分别为132.75、237.31 U/g。贮藏期间,N2-2处理组SS酶活性显著低于CK组,在第9 d时SS酶活性达到最大值,CK组与N2-2处理组最大值分别为406.58、358.92 U/g,其中CK组SS酶活性是N2-2处理组的1.12倍,贮藏至第18d时,CK组与N2-2处理组SS活性分别为200.81、171.12 U/g。N2-2处理能显著降低SS酶活性,抑制了杏果实蔗糖的合成,减缓杏果实中蔗糖含量的增加。NI、AI酶活性总体呈现出逐渐上升的趋势,在第18 d时,NI、AI酶活性达到最大,CK组与N2-2处理组的NI活性最大值分别为182.80、202.18 U/g ,N2-2处理组是CK组的1.11倍。CK组与N2-2处理组的AI活性最大值分别为171.57、214.40 U/g,N2-2处理组是CK组的1.25倍。其中N2-2处理组显著高于CK组(P<0.01),N2-2处理能显著提高AI、NI酶活性,促进了葡萄糖和果糖的生成,提高了小白杏贮藏品质。图5

图5 N2-2处理下小白杏糖组分相关酶活性变化

3 讨 论

葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨糖醇是杏果实中的主要可溶性糖[16]。在杏果实发育过程中,杏果实内的葡萄糖、果糖、蔗糖、山梨糖醇、还原糖和可滴定酸的含量均发生明显变化,杏果实后熟过程中,糖的积累方式会从葡萄糖转向蔗糖。华北杏在贮藏过程中总糖变化趋势与蔗糖变化趋势一致,贮藏前期果糖和葡萄糖含量较高,后期蔗糖含量明显下降[7],与试验结果相一致。Geng等[17]对桃的研究表明,桃果实中总糖的含量与蔗糖成正比。山梨糖醇和蔗糖是植物光合作用的产物,在糖代谢过程中,蔗糖合成酶在蔗糖的合成中起到重要作用,蔗糖磷酸合成酶的活性与蔗糖含量的变化趋势基本一致,蔗糖分解酶、蔗糖转化酶催化蔗糖分解生成葡萄糖和果糖,且在贮藏期间这一过程不可逆[18]。

果实采后的糖代谢主要受蔗糖代谢相关酶活性的调控,蔗糖代谢相关酶的相互作用很大程度上决定了果实可溶性糖的组成与积累[19-20]。SPS、SS-Ⅰ、SS是调控蔗糖含量变化的3种酶,其酶活性能够反映出贮藏期间杏果实内部的蔗糖含量变化。研究发现,SS酶活性与蔗糖的生成量呈正相关,其活性能直观的反映蔗糖合成的能力,N2-2处理组的蔗糖含量低于对照组,而葡萄糖、果糖、还原糖和可滴定酸的含量高于CK组,这可能是N2-2处理抑制了SS酶的活性,减缓了蔗糖的生成量,使得N2-2处理组中蔗糖含量始终低于CK组。同时,N2-2处理能提高AI、NI、SPS酶活性,促进蔗糖的分解,提高果实中葡萄糖和果糖的含量。果实还原糖含量的增加还可能与可溶性酸性转化酶密切相关,由于高活性的可溶性酸性转化酶的存在,导致在果实整个果实发育过程中蔗糖含量维持在较低水平[21-22],在杏果实成熟阶段,可溶性酸的代谢速率逐渐下降,可溶性酸的含量逐渐减少。山梨糖醇作为光合产物,对杏果实的生长,果实的品质和产量有密切关系[23-24]。杏果实山梨糖醇的含量在整个贮藏过程中逐渐降低,在贮藏至第18 d时,CK组中山梨糖醇的含量降到最低但未完全消失,N2-2处理组的杏果实中山梨糖醇完全消失。在整个贮藏过程中,N2-2处理组中山梨糖醇的含量始终低于CK组,且下降的速率大于CK组,N2-2处理能够较大程度的促进山梨糖醇的分解,加速葡萄糖和果糖的生成,从而提高小白杏的贮藏品质及其商品价值。

研究只对小白杏中糖类物质含量及调控其代谢的相关酶活性进行研究验证,后期还需对酸组分及相关酶进行分析,更进一步把握真空预冷结合N2熏蒸处理后小白杏果实中糖酸代谢规律。

4 结 论

杏果实中的可溶性糖类物质为葡萄糖、果糖、蔗糖和山梨糖醇,可溶性酸类物质为可滴定酸。贮藏前期蔗糖、山梨糖醇、还原糖和可滴定酸的含量逐渐减少,葡萄糖、果糖逐渐增加,贮藏结束时,N2-2处理组蔗糖比对照组低12.57%,还原糖和可滴定酸分别比对照组高5.60%和19.06%;N2-2处理组葡萄糖和果糖分别比对照组高13.32%和11.60%。同时,N2-2处理组显著提高了蔗糖分解酶、中性转化酶、酸性转化酶活性,分别比对照组高23.89%、10.89%和13.15%。较高的酶活性促进了蔗糖和山梨糖醇的分解和转化,提高了小白杏中葡萄糖和果糖的含量。