肉桂精油复合壳聚糖处理对采后杧果的保鲜效果

方 静,谷 会,李 蕊,姚全胜,杜丽清

(1 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所/海南省热带园艺产品采后生理与保鲜重点实验室,广东湛江,524091;2 海南大学园艺学院,海口,570228)

杧果MangiferaindicaL.属漆树科杧果属植物,是重要的经济作物,2020年全国杧果种植面积34.34万hm2,产量331.2万t。杧果是呼吸跃变型水果,采后有后熟过程,尤其在采后运输过程中,由腐烂软化引起的损失比例达到30%～50%[1],提高杧果采后贮藏品质,延长杧果货架期是杧果贮运保鲜行业亟需解决的问题。目前,市场上常见的杧果保鲜剂大多是化学合成保鲜剂或杀菌剂,虽然可明显降低果实腐烂率,但存在果实化学药剂残留和病原菌耐药性问题。因此,研发绿色环保,安全高效的杧果保鲜技术方法,降低杧果采后损失,延长杧果贮运保鲜期,成为杧果产业发展的重要议题。

壳聚糖是一种天然高分子化合物,具有无毒、成膜性好、抗菌范围广、对气体有选择渗透性等优点,作为环保包装材料可为不同种类水果提供良好的气调微环境,减少气体交换,延缓成熟[2],已广泛应用于水果涂膜保鲜技术。已有研究表明,壳聚糖在番木瓜[3]、草莓[4]、甜瓜[5]、梨[6]等果品上具有良好的保鲜效果。然而,壳聚糖单独使用,作为涂膜保鲜剂仍具有一定的局限性,由于亲水性基团的存在,强度和韧性不够,机械性能较差,不能很好地应用于保鲜领域,单独壳聚糖的抑菌性能也有限。为了进一步提高壳聚糖的保鲜效果,通常会加入一些植物精油,在果实上涂膜形成可食用性薄膜。

植物精油是植物体内产生的次生代谢物质,对植物病害有明显的抑制作用,还可诱导植物增强自身防御能力[7],具有毒性微弱、环境友好、易于生产、作用方式多样,并且不易使病菌产生抗性等优点受到研究人员的广泛关注。由于肉桂精油不溶于水且挥发性强,单独应用于杧果保鲜的报道较少见。肉桂醛是肉桂精油的主要成分,肉桂醛+果蜡混合液涂膜杧果后可以明显降低杧果胶孢炭疽菌导致的果实腐败率[8]。肉桂精油和壳聚糖复合处理在甜椒[9]、哈密瓜[10]、菠萝[11]、番木瓜[12]等果蔬上均表现出良好的保鲜效果。肉桂精油复合壳聚糖处理在杧果上的保鲜效果鲜见报道,本研究即以此为切入点,研究肉桂精油复合壳聚糖处理对采后杧果的保鲜效果及抗氧化能力的影响,以期研发新型的杧果可食性涂膜保鲜剂,为杧果采后贮运保鲜提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

“台农1号”杧果MangiferaindicaL.七八成熟果实,果柄剪留约1～2 cm,挑选大小均匀、表面光滑、无病虫害、无机械损伤果实采收后立即运回南亚热带作物研究所采后保鲜实验室备用。

杧果胶孢炭疽菌ColletotrichumgloeosporioidesPenz.,由南亚热带作物研究所采后保鲜实验室分离纯化备用。

试剂包括马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA),北京中海生物科技有限公司产;肉桂精油(>99%),上海百舜生物科技有限公司产;壳聚糖(低黏度<200 mpa.s),分析纯,上海阿拉丁生化科技有限公司产;冰醋酸,分析纯,无锡市亚泰联合化工有限公司产;纤维素纳米纤维,开翊新材料科技(上海)有限公司产;2,6-二氯酚靛酚钠,分析纯,合肥巴斯夫生物有限公司产;抗坏血酸,分析纯,天津市大茂化学试剂厂产;酚酞,分析纯,常德比克曼生物科技有限公司产;蒽酮,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司产。

1.2 仪器与设备

HR-500/25T4型高剪切分散乳化机,上海沪析实业有限公司产;78-1磁力加热搅拌器,温州标诺仪器公司产;UV5紫外分光光度计,梅特勒托利多科技(中国)有限公司产;ST4RPlus型高速离心机,美国Thermo Fisher公司产;MIR-553低温恒温培养箱,日本三洋电机株式会社产;DS-700D分光测色仪,杭州彩谱科技有限公司产;HSY-26型电热恒温水浴锅,苏州徕谱科技有限公司产。

1.3 方法

1.3.1 肉桂精油+壳聚糖复合乳液的制备 前期用0.5%肉桂精油分别与0.1%、0.3%和0.5%壳聚糖复配后处理杧果,发现0.3%壳聚糖保鲜效果优于0.1%壳聚糖,而0.5%壳聚糖处理的杧果可能发生无氧呼吸不能正常转黄,故选取0.3%壳聚糖进行后续试验。将壳聚糖加入0.5%冰醋酸溶液,在磁力搅拌器转速1 000 r/min下搅拌,使壳聚糖完全溶解至终浓度0.3%后,依次加入0.1%纤维素纳米纤维和肉桂精油,用锡箔纸包裹,在不透光条件下用磁力搅拌器搅拌,再用10 000 r/min剪切分散乳化机搅拌2 min直至液体完全乳化,静置,待泡沫消失后备用。

1.3.2 肉桂精油和壳聚糖对杧果炭疽菌作用测定 设置PDA平板中分别含有0.02%、0.025%、0.03%肉桂精油,0.3%壳聚糖,以空白PDA平板作为对照(空白),取直径5 mm的杧果炭疽菌菌饼接种到各处理PDA平板中央,重复3次,28 ℃下恒温培养7 d后,用十字交叉法测量炭疽菌的菌落直径,计算菌丝抑制率。

1.3.3 贮藏保鲜试验 将备用杧果果实随机分为5份,设置0.7%、0.5%、0.3%肉桂精油分别和0.3%壳聚糖复配,0.3%壳聚糖、清水(对照)等5个处理喷雾果实表面,每处理果实15个,重复3次,自然晾干后放入塑料筐,用厚度0.03 mm PE袋包扎好塑料筐,PE袋上打取直径1.0 cm的4个孔,置于恒温箱下贮藏,20 ℃,每隔3 d调查果实炭疽病情况,计算病情指数。

果实炭疽病情分级标准参照王挥[13]的办法并加以改进,即0级,果实表面无病斑;1级,果皮病斑面积<果皮面积的10%;2级,果皮病斑面积占果皮面积的10%～20%;3级,果皮病斑面积占果皮面积的20%～50%;4级,果皮病斑面积>果皮面积的50%。病情指数=∑(发病等级×发病果实数)/(发病最高级×调查果实数)×100。

采后贮藏保鲜中果样品质测定。采后保鲜处理0、3、6、9、12、15 d,每处理分别取5个果实混样取果肉,其可溶性糖含量采用蒽酮法[14],可滴定酸含量采用酸碱中和滴定法,颜色b*值采用分光测色仪,失重率采用称重法测定。

采后贮藏保鲜中果样抗氧化物含量和相关酶活动测定。采后保鲜处理0、3、6、9、12、15 d,每处理取5个果实混样,取果实两侧面果皮下2 cm的果肉,切小块用液氮速冻,研磨成粉,采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定果样抗坏血酸含量;果样还原型谷胱甘肽(GSH)、类黄酮含量,过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性均用苏州科铭生物有限公司所生产的试剂盒测定。

1.4 数据分析

用Excel 2010软件作图;采用SPSS 22.0软件进行ANOVA差异显著性分析,p<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 对平板杧果炭疽菌的作用

由表1可知,在PDA平板28 ℃恒温培养7 d后,0.3%壳聚糖处理的炭疽菌菌落直径为81.3 mm,与对照(空白)无显著性差异,说明0.3%壳聚糖对杧果炭疽菌没有抑制效果;而0.02%肉桂精油、0.025%肉桂精油和0.03%肉桂精油均表现出较好的抑菌效果。其中,0.03%肉桂精油能够完全抑制病菌生长,说明0.03%是肉桂精油平板抑制杧果炭疽菌较适宜浓度。

表1 在PDA平板上28 ℃培养7 d后肉桂精油和壳聚糖对杧果炭疽菌菌丝生长的抑制作用

2.2 对杧果炭疽病病情指数的影响

由图1可知,对照(清水)在贮藏6 d时开始发病;保鲜处理在贮藏第9天开始发病,且病情指数明显低于对照(清水);贮藏12、15 d时,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的病情指数分别为31.0、45.0,分别比对照(清水)降低31.11%、23.73%,显著低于其他处理(p<0.05)。

注:同一时间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。图1 肉桂精油+壳聚糖处理对“台农1号”杧果果实炭疽病病情指数的影响

2.3 对杧果贮藏品质的影响

由图2可知,贮藏期间杧果可溶性糖含量呈上升趋势。各处理的可溶性糖含量在贮藏3 d时迅速上升;贮藏9、12、15 d时,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的可溶性糖含量分别为91.63、96.30、90.65 mg/g,显著高于其他处理(p<0.05)。

图2 肉桂精油+壳聚糖处理对“台农1号”杧果果实品质的影响

果实可滴定酸含量随着贮藏时间延长整体呈现下降趋势。其中,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的可滴定酸含量下降速度较缓;在贮藏6、9、12 d时,可滴定酸含量比对照(清水)分别高53.70%、96.13%、36.65%;贮藏15 d时,对照(清水)的可滴定酸含量与保鲜处理差异不显著。

在贮藏期间各处理的杧果果实颜色b*值呈缓慢上升趋势;贮藏前3 d,颜色b*值上升缓慢;对照(清水)在贮藏6 d后迅速升高,而保鲜处理的b*值上升幅度明显小于对照(清水)。其中0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的b*值上升幅度最小,能够显著延缓果实颜色转黄。

果实失重率随着贮藏时间延长呈持续上升趋势,对照(清水)的失重率在整个贮藏期间显著高于保鲜处理(p<0.05);0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理和0.3%壳聚糖处理在整个贮藏期间差异不显著,在贮藏15 d时分别比对照(清水)低45.57%和44.12%。

2.4 对杧果抗氧化物质含量和相关酶活性的影响

由图3可知,在贮藏期间,果实抗坏血酸含量整体呈先下降后上升的趋势,贮藏9 d时抗坏血酸含量迅速上升,直到贮藏15 d时达到最大值,此时对照(清水)和0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的抗坏血酸含量分别为89.3和109.15 mg/100 g。在贮藏前6 d,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的还原型谷胱甘肽含量迅速上升,贮藏6、9、12和15 d时的还原型谷胱甘肽含量分别为0.53、0.52、0.51、0.45 μmol/g,比对照(清水)高17.05%、24.28%、18.07%、28.99%。

由图4可知,在贮藏期间果实类黄酮含量呈现先上升后下降趋势,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的类黄酮含量在贮藏前9 d迅速上升,贮藏9 d时达到峰值,比同期对照(清水)高30.14%。

图4 肉桂精油+壳聚糖处理对“台农1号”杧果果实类黄酮含量和抗氧化相关酶活性的影响

从图4可知,在贮藏期间,两个处理果实超氧化物歧化酶活性呈先上升后期下降的趋势,贮藏3 d后迅速上升,贮藏12 d时达到峰值;此时0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理和对照(清水)的超氧化物歧化酶活性分别为146.61 U/g和190.69 U/g。在贮藏过程中,两个处理过氧化物酶活性整体呈现上升趋势,在贮藏前6 d缓慢上升,贮藏6 d后迅速上升;贮藏12 d时,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理和对照(清水)的过氧化物酶活性最高,从贮藏前的103.63 U/g分别上升到515.75和445.64 U/g。在贮藏期间,过氧化氢酶活性呈先上升后下降的趋势,贮藏前6 d,对照(清水)和处理差异不显著;0.5%壳聚糖+0.3%肉桂精油处理在贮藏6 d后迅速上升,在贮藏12 d时达到峰值,为137.46 U/g,比对照(清水)高30.06%。

3 讨论与结论

不同浓度肉桂精油复合壳聚糖处理对杧果采后炭疽病有一定的防治效果。其中,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的病情指数最低,在贮藏12 d、15 d时的病情指数显著低于其他处理。试验中,0.7%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理杧果果面出现灼伤现象,可能是精油浓度偏高损坏了杧果果皮,从而降低了果实抗病性;0.3%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理可能由于精油浓度偏低,防治效果较弱,造成这两个处理病情指数高于0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理。肉桂精油对平板上的杧果炭疽菌较适宜抑制浓度为0.03%,而贮藏保鲜试验中肉桂精油浓度高得多,这可能由于活体条件下肉桂精油没有直接接触病原菌,浓度如果过低会影响防治效果。

杧果果实中可溶性糖含量、可滴定酸含量、果皮颜色b*值、失重率是衡量果实品质的重要指标。本文研究发现,0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理显著提高供试杧果果实可溶性糖和可滴定酸含量,延缓了果皮颜色b*值和果实失重率的上升,这与甜椒[9]、哈密瓜[10]、菠萝[11]、番木瓜[12]等果蔬上的研究结果一致。肉桂精油复合壳聚糖乳液处理会在杧果表面形成一层薄膜,对果实气体交换和水分蒸发形成屏障,从而抑制失重率上升和果皮转黄。果实贮藏中进行正常生理代谢,可溶性糖含量一般先上升后下降,可滴定酸含量呈下降趋势,糖酸作为代谢底物被不断消耗,当消耗速度大于合成速度,可溶性糖含量会下降[15]。张晶琳等[16]研究发现,通过涂膜处理可以提高柑桔可溶性糖含量,延缓可滴定酸含量下降,通过抑制糖酸的转化和消耗,从而延缓果实衰老,本研究结果类似。

抗坏血酸和还原型谷胱甘肽是非酶促抗氧化系统重要的抗氧化剂,可以清除植物体内的过氧化物质,抗坏血酸和还原型谷胱甘肽的含量变化是植物响应胁迫的重要特征;类黄酮是酶促抗氧化系统的抗氧化剂,具有抗氧化作用,可以抵御果实衰老[17]。还原型谷胱甘肽和类黄酮均可清除植物体内的自由基和活性氧,保护植物细胞膜不受损害,增强植物的抗逆性,抗坏血酸可参与催化活性氧自由基,抵御自由基对细胞的损伤[18]。黄玉咪[19]研究发现壳聚糖涂膜处理可以诱导提高杧果类黄酮含量,通过维持抗坏血酸和还原型谷胱甘肽的较高含量,达到对杧果的保护作用。本研究结果类似,杧果贮藏品质从贮藏9 d时开始明显下降,而此时复合处理的果实类黄酮含量迅速增加、抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量积累相对较快,为抗坏血酸-还原型谷胱甘肽循环系统提供了充足底物,加速了活性氧清除效率,维持了细胞氧化平衡,保持了杧果品质。

超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶是酶促抗氧化系统重要的抗氧化酶,超氧化物歧化酶能催化体内过量的O2-生成H2O2,过氧化氢酶进一步催化H2O2生成H2O;过氧化物酶在植物体内参与酚类物质的合成,是细胞内良好的活性氧清除剂[20]。何靖柳等[21]研究发现,肉桂精油处理“红阳”猕猴桃能够延缓超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶峰值出现,抑制相关酶活性的降低,从而提高果实贮藏期间抗氧化能力。潘永梅[22]研究发现肉桂醛能够显著提高枇杷果实超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性,抑制活性氧的积累,加强对自由基的清除,进而减少果实腐烂及延缓衰老。本研究结果表明,复合处理后,在贮藏过程中果肉超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均呈先上升后下降的趋势,并且同时达到峰值,说明三者具有协同作用,通过调节抗氧化酶活性,以不同的方式清除氧化自由基,延缓杧果果实衰老[23]。

总之,不同浓度肉桂精油复合壳聚糖乳液对采后杧果有较好的保鲜效果,其中以0.5%肉桂精油+0.3%壳聚糖处理的保鲜效果最佳,可显著降低采后杧果炭疽病病情指数,增强果实抗氧化能力,进而延缓杧果成熟与衰老,提升采后杧果贮藏品质。