1-甲基环丙烯和短波紫外线处理对香菇采后贮藏品质和生理活性的影响

刘月芹,刘欣瑞,罗丽媛,赵瑞华,贺晓龙

(延安大学 生命科学学院,陕西 延安,716000)

香菇(Lentinusedodes)是世界第二、中国第一大食用菌品种,食药用价值很高[1]。与干菇相比,鲜香菇口感滑嫩、风味自然,更适合消费者需求。然而,新鲜香菇在采收2～3 d之后,由于自身旺盛的呼吸和蒸腾作用,很容易发生腐烂、干枯、褐变及微生物滋生,导致香菇的风味和营养价值大大降低,严重影响了香菇的品质和价值[2]。如何利用保鲜技术延长香菇的保鲜期和商品货架期是众企业所共同面临的瓶颈问题。所以,提高香菇的保鲜技术,将大大提高香菇的经济效益。

国内外的研究表明,香菇贮藏保鲜的常用方法有低温贮藏、气调保鲜、辐射保鲜、涂膜保鲜和保鲜剂保鲜等[2-3]。保鲜剂保鲜是香菇常用的贮藏保鲜方式,保鲜剂虽然价格低廉,但使用不合理易出现残留物超标问题,造成安全隐患。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)是一种无毒、高效的保鲜剂,而且简单易行、成本低,可有效抑制蔬果中乙烯的合成,延缓果实的后熟衰老[4-5]。近几年来,1-MCP已被慢慢应用于杏鲍菇、双孢菇、金针菇等食用菌的保鲜之中[6-7],但应用到香菇保鲜研究的很少[7]。虽然也有部分研究表明0.2～10 mg/L的1-MCP可有效延长香菇的品质,但多集中在对香菇感官品质、褐变以及引起褐变的多种抗氧化酶的活性研究[8-9],没有对香菇进行营养成分和生理活性较全面的分析研究。另外,食用菌保鲜是一项综合技术,依靠单一的保鲜方法很难取得良好效果。短波紫外线(ultraviolet-C,UV-C)作为一种新型的保鲜技术,已经引起保鲜领域的广泛关注,这为食用菌保鲜提供了新的思路[10]。已有研究表明,2 kJ/m2或4 kJ/m2UV-C照射不仅较好地保持了香菇的感官品质,还能有效抑制香菇褐变,延缓还原性糖、多糖和维生素C含量的下降,促进类黄酮次生代谢产物的生成,从而延长香菇的贮藏期[11]。鉴于以上研究现状,本研究结合前期利用不同质量浓度1-MCP熏蒸(0.5、2、8、16 mg/L)和不同剂量UV-C(1、3、5、7 kJ/m2)照射后对香菇品质的初步考察,确定了1-MCP熏蒸香菇的最佳质量浓度(8 mg/L)和UV-C照射的最佳剂量(3 kJ/m2),并通过1-MCP和UV-C的联合作用,较全面地分析了2种保鲜技术的结合对香菇基础营养成分(多糖、蛋白质、游离氨基酸),香菇重要次生代谢物含量(多酚、类黄酮、麦角甾醇)以及呼吸强度、乙烯释放量、总抗氧化能力(total antioxidant capacity, T-AOC)、菌落总数、Na+K+-ATP酶活性的影响。本研究为香菇的贮藏保鲜提供较好的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试香菇采摘于延安大学生命科学学院食用菌研发重点实验室,选取朵形完整,菌肉肥厚,形状大小颜色成熟度一致,无破损、无畸形、无病虫害的香菇。剪去香菇菌柄老化部分,备用。

低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)包装薄膜(厚度:30 μm;规格:350 mm×250 mm),妙洁官方旗舰店;1-MCP片剂,上海利统生化制品有限公司;没食子酸、芦丁、麦角甾醇,北京百奥莱特科技公司;T-AOC试剂盒、Na+K+-ATP酶试剂盒,南京建成生物工程研究所;苯酚、硫酸、茚三酮、牛血清蛋白、葡萄糖、考马斯亮蓝法G-250、甲醇、乙醇、正己烷,上海生工生物工程有限公司。

1.2 仪器与设备

UV-1200紫外可见分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;DW-86L388超低温冰箱,青岛海尔特种电器有限公司;FA2004电子天平,上海恒平科学仪器有限公司;BPG-9156A恒温干燥箱、DHP-9902恒温培养箱、HWS-26恒温水浴锅,上海一恒科学仪器有限公司;5424高速冷冻离心机,德国艾本德有限公司;短波紫外灯(240 nm),郑州博科仪器设备有限公司;Agilent7890气相色谱仪、Agilent1260高效液相色谱仪,安捷伦科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 1-MCP 和 UV-C 处理

在前期预试验的基础上筛选出适宜的1-MCP处理质量浓度为8 mg/L,UV-C照射剂量为3 kJ/m2。将香菇随机分成4组,对照组:不做任何处理;UV-C处理组:经辐能流为3 kJ/m2的UV-C处理,离香菇50 cm处垂直辐照10 min,照射时间半程时翻转香菇,使其受照均匀;1-MCP熏蒸组:将香菇放入5 L密闭熏蒸箱内,将相应质量的1-MCP片剂溶于水中,使密闭熏蒸箱内1-MCP气体质量浓度为8 mg/L,熏蒸12 h后,打开熏蒸箱通风0.5 h;1-MCP和UV-C联合处理组:先经8 mg/L的1-MCP 熏蒸12 h后再用3 kJ/m2照射剂量的UV-C 处理。每组处理用香菇500 g,实验重复3次。

1.3.2 样品制备

用1-MCP、UV-C以及1-MCP和UV-C联合处理后的香菇以及对照组香菇分别用350 mm×250 mm LDPE薄膜进行封口包装,放入温度为4 ℃,相对湿度为90%的恒温恒湿箱中贮藏。在保藏的第1、3、5、7、9天取样进行香菇基本营养成分(多糖、蛋白质、游离氨基酸)、次级代谢产物(总多酚、类黄酮、麦角甾醇)、生理指标(呼吸强度、乙烯释放量、T-AOC、Na+K+-ATP酶活)以及菌落总数的测定。每个处理3个重复。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 营养成分的测定

概率成像方法的基本原理[21-26]：将异常地质体下半空间剖分成均匀网格，计算每一网格节点(扫描点)单位物性差异所产生的异常(扫描函数)与实测场在一定窗口范围内的归一化互相关函数(场源发生的概率)，并逐点移动扫描点和窗口，计算所有网格节点上场源发生的概率，然后根据场源出现的概率情况画出场源的分布情况，考虑高概率区域，可以分析异常值的高低、异常地质体的形状和位置，从而根据某些判断标准得出地下异常体的形状、空间结构分布以及矿体类型等。该方法在MT与SP技术中已经有了应用，并由此推广到重力勘探中。本文将重点研究球体模型概率成像。

多糖含量测定:采用苯酚硫酸法进行测定,具体实验流程参考曹建康等[12]的方法。

蛋白质含量测定:采用考马斯亮蓝法测定,参考曹建康等[12]的方法。

游离氨基酸含量测定:采用茚三酮显色法[13]测定。

1.4.2 次级代谢产物测定

总多酚测定:称取香菇粉末2 g置于具塞锥形瓶中,加40 mL甲醇,超声提取(功率140 W,频率45 kHz,温度50 ℃)45 min,10 000 r/min离心15 min,收集上清液,剩下的残渣再按上述方法提取1次,合并2次甲醇上清液,甲醇提取液经分析滤纸过滤后,质量活度置于40 ℃下真空干燥,所得的干浸膏用甲醇溶解至溶度1 mg/mL。以没食子酸为标准,采用Folin-Ciocalteu 法进行总多酚含量测定分析[14]。

类黄酮测定:黄酮含量采用 NaNO2-Al(NO3)3比色法测定[15]。用芦丁配成质量浓度为0.3 mg/mL的标准品应用液制作标准曲线。称取香菇粉末2 g,加入95%(体积分数)乙醇25 mL加热回流提取2次,每次2 h,提取液过滤合并,浓缩后用95%的乙醇定容至25 mL,摇匀,放置12 min,以95%乙醇溶液作为空白溶液,在510 nm处测定吸光度。通过标准曲线计算待测样品提取液中总黄酮的含量。

麦角甾醇测定:麦角甾醇的含量测定参考了胡代花等[16]的方法并作一定修改。称取香菇粉末100 mg,在50 ℃下用2 mL含75%(体积分数)乙醇和100 g/L KOH的皂化萃取液处理2 h后,再用 2 mL 正己烷提取混合物3次,得到的提取液在N2下蒸发,将残渣溶解在0.5 mL甲醇中,在高效液相色谱仪上进行分析。HPLC条件为:Zorbax extend-C18柱(5 μm, 4.6 mm×250 mm),流动相:甲醇(100%),流速:1 mL/min,检测波长282 nm。根据麦角甾醇标准品的保留时间,获得了各处理组下的麦角甾醇峰,以峰面积做标准曲线(R2=0.997 3)进行计算。

1.4.3 生理及酶活性指标测定

乙烯释放量测定:参照ERGUN等[17]的方法,取保藏香菇子实体10 g,用蒸馏水浸泡15 min后,低压抽气,置于50 mL试管中密封5 h,抽取气体100 μL,用气相色谱仪测定乙烯释放量[μL/(g·h)]。色谱条件:FID检测器,柱温50 ℃,检测器为温度100 ℃,载气为N2(压力60 kPa),燃气为H2(压力300 kPa),助燃气为空气(压力50 kPa)。采用标准曲线法,以峰面积做标准曲线(R2=0.998 2)进行计算。

ATP酶活、T-AOC测定:腺苷三磷酸酶(ATPase)活性:使用Na+K+-ATP酶试剂盒测定,以每小时每克组织的ATP酶分解ATP产生1 μmol无机磷的量为1个ATP酶活力单位U,最终结果以U/g FW表示。T-AOC活性:采用酶活测定试剂盒,按照试剂盒说明书进行测定。

菌落总数测定:根据GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》的方法测定,菌落总数选用营养琼脂培养基,于36 ℃培养2 d后进行菌落总数计数。

1.5 数据统计分析

所有重复实验的数据均用mean±SD表示。利用SPSS 15.0进行方差分析,多重比较不同温度下的显著性差异。P<0.05为有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理对香菇营养成分的影响

香菇是具有高蛋白、多糖、多种氨基酸的菌类食物,具有很高的食药用价值。蛋白质含量的高低不仅影响香菇的营养价值,还在一定程度上反映了机体的抗氧化水平,而香菇多糖是评价香菇品质的重要指标之一[18]。鉴于此,本文研究了不同保鲜处理下对香菇多糖、蛋白质、游离氨基酸含量的影响。从表1可以看出,随着贮藏时间的延长,香菇多糖和蛋白质含量呈现下降趋势。在贮藏的前5 d,各处理组下的香菇多糖和蛋白质含量稍高于对照组,但无显著性差异。在贮藏的第7天、第9天,1-MCP+UV-C联合处理组下的香菇多糖含量比对照组分别提高了31.99%和36.03%,蛋白质含量比对照组分别提高了39.14%和56.74%,差异显著(P<0.05)。同时,从表1中还可以看出1-MCP+UV-C联合处理下的香菇多糖和蛋白质含量稍高于1-MCP处理组,1-MCP处理组稍高于UV-C处理组。在贮藏的前7 d,各处理组下的游离氨基酸含量虽然稍高于对照组,在贮藏的第9天,1-MCP+UV-C联合处理下的游离氨基酸含量比对照组提高了38.31%,差异显著(P<0.05)。结果表明,随着贮藏时间的延长,1-MCP+UV-C联合处理法有效抑制了香菇多糖、蛋白质含量的降低,提高了游离氨基酸的含量。因此,该结果揭示了1-MCP能有效抑制香菇的呼吸作用,同时1-MCP和UV-C都能有效杀灭、抑制微生物的入侵,减少了污染,从而延缓了香菇营养品质的降低。

表1 不同处理对香菇多糖、蛋白质、游离氨基酸含量的影响Table 1 Effects of different treatments on polysaccharides, proteins, and free amino acids content of L.edodes

2.2 不同处理对香菇次生代谢产物的影响

香菇中含有多种有效活性成分,多酚、类黄酮和麦角甾醇都是具有潜在促进健康作用的化合物[19]。多酚对香菇的褐变起着十分重要的作用,其含量的高低直接影响香菇的商品价值和外观品质。而类黄酮具有抗氧化作用,可有效延缓香菇的衰老。此外,香菇还含有大量的可转变为维生素D的麦角甾醇,对于人体来说麦角甾醇不仅可以增强抵抗力,还具有抗氧化、抗肿瘤、抑菌、利尿的功效[20]。因此,本文考察了不同处理下对香菇次生代谢产物多酚、类黄酮和麦角甾醇含量的影响。结果如表2所示,各处理组下的总多酚和类黄酮含量随着贮藏时间的延长呈现先升高再降低的趋势。贮藏的前3 d,各处理组下的总多酚含量与对照组无显著性差异,在贮藏的第5天,1-MCP+UV-C联合处理下的总多酚含量达最高,为(0.82±0.04) mg/100 g,是对照组的2.216倍,比1-MCP、UV-C单独处理组分别提高了32.26%和70.83%。类黄酮含量也在第5天达最高,为(2.53±0.06) mg/100 g,比对照组提高了35.29%。在贮藏的第7天和第9天,1-MCP+UV-C联合处理组下的总多酚含量分别是对照组的1.948和2.313倍,差异显著(P<0.05),类黄酮含量分别比对照组提高了39.26%和38.03%,差异显著(P<0.05)。在整个贮藏期间,麦角甾醇含量呈现逐渐降低的趋势。在贮藏的前5 d,各处理组下的麦角甾醇含量与对照组无显著性差异,但在贮藏的第7天和第9天,1-MCP+UV-C联合处理下组的麦角甾醇含量分别比对照组提高了32.55%和41.67%,差异显著(P<0.05)。研究结果表明,1-MCP+UV-C联合处理比1-MCP、UV-C单独处理能更有效刺激总多酚和类黄酮的代谢合成,从而延缓香菇氧化衰老。此外,联合处理也有效提高香菇麦角甾醇的含量,整体上较好地保持了香菇贮藏期间的品质。这一结果揭示了1-MCP和UV-C能有效提高香菇的抗氧化性,增强香菇抵抗外界不利环境的能力。

表2 不同处理对香菇总多酚、类黄酮、麦角甾醇含量的影响Table 2 Effects of different treatments on total polyphenol, flavonoid, and ergosterol content of L.edodes

2.3 不同处理对香菇呼吸强度的影响

有效降低香菇的呼吸强度有利于保持香菇的品质[11]。本研究考察了不同处理条件下对香菇呼吸强度的影响。从图1可以看出,随着贮藏时间的延长,香菇的呼吸强度呈现先快速上升再快速下降的趋势。对照组在贮藏的第1天呼吸强度就高达(98.55±2.35) mg/(kg·h),比UV-C、1-MCP单独处理组及1-MCP+UV-C联合处理组分别高出33.98%、36.81%和44.68%,差异显著。对照组香菇的呼吸强度在贮藏的第3天达到最高值为(132.24±5.13) mg/(kg·h),比UV-C组、1-MCP组及1-MCP+UV-C联合处理组分别高出33.64%、42.86%和48.27%,差异显著。UV-C和1-MCP处理组香菇的呼吸强度都在贮藏的第5天达到最高,其值低于对照组却高于1-MCP+UV-C联合处理组,但与2组都无显著性差异。1-MCP+UV-C联合处理组下香菇的呼吸强度在第7天达到最高,为(104.39±5.25) mg/(kg·h),稍高于其他3组。在贮藏的第9天,对照组香菇的呼吸强度仍高于3组处理组,但无显著性差异。该研究结果表明,一定剂量的1-MCP熏蒸,UV-C照射及1-MCP+UV-C联合处理均能降低香菇的呼吸强度,不仅减弱香菇在采后的呼吸作用,还推迟了呼吸峰值的出现,有效保持了香菇的品质。因此,该结果再次表明了香菇在UV-C和1-MCP的双重抑菌作用下,呼吸作用明显降低。

图1 不同处理对香菇呼吸强度的影响Fig.1 Effects of different treatments on the respiratory intensity of L.edodes

2.4 不同处理对香菇乙烯释放量的影响

乙烯是一种植物内源激素,可用作水果和蔬菜的催熟剂。乙烯也是香菇子实体进入生理成熟后的一种正常代谢产物,通过抑制乙烯的合成从而达到延缓香菇的成熟衰老[21]。从图2可以看出,随着贮藏时间的延长,香菇的乙烯释放量呈现先快速上升再快速下降的趋势,这一趋势与前面香菇呼吸强度的变化一致。在整个贮藏期间,对照组的乙烯释放量都高于其他3组,且在贮藏的第3天和第5天,其乙烯释放量比1-MCP+UV-C联合处理组提高了46.84%和58.81%,但与1-MCP和UV-C组并无显著性差异。在贮藏的第7天,1-MCP+UV-C联合处理组的乙烯释放量达到最高,但仍低于对照组,1-MCP组比对照组降低了34.51%,差异显著(P<0.05)。该结果表明,1-MCP+UV-C联合处理有效抑制了乙烯的合成,减缓了香菇子实体的质变。由此可推断出1-MCP和UV-C有效抑制了乙烯合成代谢途径中相关酶的酶活,从而降低了乙烯的合成量。

图2 不同处理对香菇乙烯释放量的影响Fig.2 Effects of different treatments on the ethylene evolution of L.edodes

2.5 不同处理对香菇菌落总数的影响

贮藏期间,香菇子实体表面菌落总数的增多会加速香菇的腐烂与质变,从而影响香菇的品质[10]。从图3可得出,随着贮藏时间的延长,各组处理下的香菇菌落总数呈现一直上升的趋势,且在贮藏的第9天达到最高。在贮藏初期(0～3 d),对照组的菌落总数虽然高于3组处理组,但并无显著性差异。在贮藏的第5、7和第9天,UV-C单独处理组下的菌落总数比对照组分别降低了42.25%、45.17%和47.51%,1-MCP+UV-C联合处理组比对照组分别降低了54.21%、59.18%和70.06%,差异显著(P<0.05)。1-MCP单独处理组下的菌落总数虽低于对照组,但并无显著性差异。该结果表明,各处理组都在一定程度上降低了香菇贮藏期间的菌落总数,对于维持香菇的品质有重要作用,这与1-MCP和UV-C的抑菌、杀菌作用密切相关。

图3 不同处理对香菇菌落总数的影响Fig.3 Effects of different treatments on the total number of colonies of L.edodes

2.6 不同处理对香菇Na+K+-ATP酶活的影响

近年研究表明,果蔬发生褐变的原因可能是由于能量供应有限或产生速率慢有关[8]。Na+K+-ATP酶(钠钾泵)是在所有高等真核生物中发现的跨膜蛋白复合物,其作为维持细胞中离子和渗透平衡的关键能量消耗泵。为此,本文考察了各处理组下的Na+K+-ATP酶活。从图4可以看出,随着贮藏时间的延长,Na+K+-ATP酶活呈现快速降低再升高的趋势。在贮藏的第1天,各组的Na+K+- ATP酶活最高,但各组之间并无显著性差异。在第3、7、9天,1-MCP+UV-C联合处理组下的Na+K+- ATP酶活比对照组分别提高了58.24%、45.29%和68.63%,差异显著。另外,1-MCP单独处理组在贮藏的第3天其Na+K+-ATP 酶活明显高于对照组且差异显著。同时,从图中还可以发现,在贮藏的第5天,各组的Na+K+-ATP 酶活最低,且各组之间并无显著性差异。结果表明,1-MCP+UV-C联合处理后能使香菇的Na+K+-ATP酶处于较高活性,维持了线粒体的产能效率,维持了香菇的能量水平。

图4 不同处理对香菇Na+K+-ATP酶活的影响Fig.4 Effects of different treatments on Na+K+-ATP ase activity of L.edodes

2.7 不同处理对香菇总抗氧化能力的影响

研究表明,香菇褐变除了与自身能量缺乏及多酚含量高低有关外,还与体内存在的氧自由基含量相关[22]。总抗氧化能力,是指物质对机体内各种氧化物质的清除能力[13]。机体防御体系的抗氧化能力的强弱与健康程度存在着密切联系。本文比较了各处理组下的总抗氧化能力的大小。从图5发现,随着贮藏时间的延长,总抗氧化能力呈现先升高再降低的趋势。在贮藏的第5天,1-MCP+UV-C联合处理组下的总抗氧化能力达到最高,为(88.76±2.38) U·mL,比对照组提高了69.52%,且第7天和第9天下的总抗氧化能力是对照组的2.326倍和2.915倍,差异极其显著。同时,从第5天开始,UV-C单独处理组下的总抗氧化能力明显高于对照组且差异显著,1-MCP组在贮藏的第5天和第7天其总抗氧化能力也远远高于对照组。该结果表明各处理组都在贮藏期间不同程度地提高了香菇的总抗氧化能力,有效延缓了香菇的褐变和衰老。

图5 不同处理对香菇总抗氧化能力的影响Fig.5 Effects of different treatments on T-AOC of L.edodes

3 结论

本研究主要探讨了1-MCP、UV-C单独处理及1-MCP和UV-C的联合处理对香菇采后保鲜效果的影响。结果表明,3种处理方式都有保鲜效果,1-MCP熏蒸比UV-C处理更明显地延缓了香菇贮藏过程中品质的降低,而1-MCP和UV-C的联合处理的效果更佳,无任何处理的对照组香菇品质最差。保鲜效果顺序内1-MCP和UV-C联合>1-MCP>UV-C>对照。

经4 ℃贮藏9 d后,单独1-MCP熏蒸,UV-C处理后的香菇多糖、蛋白质、游离氨基酸、总多酚、类黄酮和麦角甾醇的含量都高于对照组,但无显著性差异。而1-MCP和UV-C的联合处理组的香菇多糖、蛋白质、游离氨基酸、总多酚、类黄酮和麦角甾醇的含量相较于对照组分别提高了36.03%、56.74%、38.31%、131.25%、38.03%和41.67%,差异显著(P<0.05)。另外,单独1-MCP熏蒸,UV-C处理还降低了香菇的呼吸强度、乙烯释放量和菌落总数,提高了香菇的总抗氧化能力和Na+K+-ATP酶活,但1-MCP和UV-C的联合作用效果更佳。相关研究表明1-MCP处理能抑制果蔬的呼吸强度和乙烯的合成,达到延缓衰老的作用,大大提高了贮藏品质[21]。本研究中,1-MCP+UV-C联合处理使香菇的呼吸强度和乙烯的生成量不仅大大降低,而且延迟了呼吸峰值和乙烯峰值的出现,有效延缓了香菇的衰老及延长了贮藏期。同时,1-MCP+UV-C联合处理后,香菇菌落总数比对照组降低了70.06%,差异显著(P<0.05),这与许小璐等[10]及SHI等[22]发现UV-C有效降低了香菇贮藏期间的菌落总数结论相一致。研究表明香菇品质的高低与其能量缺乏和胞内氧自由基的含量密切有关[23]。过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等氧化酶可以清除自由基及各种氧化物质,提高香菇的抗氧化性能及同时抑制或降低香菇多酚氧化酶的酶活可有效延果蔬衰老[22,24]。ATP含量减少难以维持正常的生理代谢,加速品质败坏。负离子水处理香菇,使其保持了较高的能量后,延缓了香菇的褐变和衰老[25]。本文结果表明,在贮藏的第9天,联合处理下的总抗氧化能力是对照组的2.915倍,Na+K+-ATP酶活比对照组提高了68.63%,差异显著(P<0.05)。

本研究证实了1-MCP和UV-C的联合处理更有利于减少香菇在贮藏过程中的营养物质的损失,降低呼吸强度和乙烯释放量,提高香菇的抗氧化性能,保持较高的能量供应,同时降低微生物侵染的风险,增强了抵抗外界不利环境的能力,进而有效延缓了香菇的衰老和保持采后品质。本研究为香菇的保鲜及开发利用提供了一定的理论依据和参考价值。