LED光照處理對豇豆采后貯藏品質和生理特征的影響

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(北京市農林科學院蔬菜研究中心,農業部蔬菜產后處理重點實驗室,果蔬農產品保鮮 與加工北京市重點實驗室,農業部華北地區園藝作物生物學 與種質創制重點實驗室,農業部都市農業(北方)重點實驗室,北京 100097)

豇豆(Vignasinensis)是蝶形花亞科一年生纏繞性草本植物,在我國廣泛種植,屬于夏秋季的大宗蔬菜,含有易于消化吸收的蛋白質、多種維生素和微量元素等,其中所含磷脂可促進胰島素的分泌,是糖尿病人的理想食品[1-2]。在我國,豇豆多在溫熱的夏、秋季采收,然而豇豆因組織幼嫩、呼吸強度高,在室溫下極不耐貯藏,采收后如不及時處理,短時間內就會出現萎蔫、銹斑、褪色、腐爛等現象[3]。

可見光照射處理可調節植物的生理代謝。研究發現,光照處理可通過調控葉綠體衰老進程、呼吸作用和光合作用產生糖類物質、形成ATP、抑制果蔬組織內乙烯的釋放量,進而延緩組織衰老[4]。LED技術具有綠色、安全、節能等優點,推動了不同顏色可見光在現代植物生長調控中的規?；瘧肹5]。LED可見光(白光、藍光)對西蘭花[6]、番茄[7]、西芹[8-9]等蔬菜具有顯著的貯藏保鮮效果,而在豇豆的貯藏保鮮技術,如1-甲基環丙烯(1-MCP)熏蒸[1]、氣調包裝技術[2]、低溫貯藏[3]等中,LED光照技術鮮見報道,因而本實驗采用LED白光和藍光照射豇豆,研究這兩種不同顏色LED單色光照對豇豆貯藏品質的影響。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

豇豆品種為“華贛·露地王”,采摘于順義區大孫各莊鎮,當日運回實驗室,挑選無病蟲害、無機械傷、完整、成熟度基本一致的作為試材;Trition X-100、30%過氧化氫分析純,西隴化工有限公司;丙酮、鹽酸、聚乙二醇(6000)、氫氧化鈉、石英砂分析純,北京化工廠;考馬斯亮藍G-250、愈創木酚、鄰苯二酚分析純,國藥集團化學試劑有限公司;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉分析純,天津市永晟精細化工有限公司。

UV-1800紫外分光光度計島津;KOITO-PCLH冷庫日本三朱社;-80 ℃冰箱日本SANYO;D-37520冷凍離心機德國Sigma有限公司;磁力攪拌器日本NISSN;HANNA PH211 pH測量儀意大利哈納公司;CR-400型色差計廣東東莞市拓福實業有限公司。

1.2　實驗方法

將挑選的豇豆以250 g左右用橡皮筋困扎成一把,然后將困扎的豇豆均分為三組,裝于0.03 mm厚PE袋中,每袋裝約3 kg豇豆,不封口。一組直接放置于暗處作為對照,一組放置在光照強度為40 μmol·m-2·s-1LED白光下照射,一組放置在光照強度為40 μmol·m-2·s-1LED藍光下照射,豇豆在整個貯藏期間均接受LED白光和藍光照射,三組處理均放置在15 ℃的冷庫中,每天觀察,每3 d進行一次取樣,樣品用液氮速凍,然后于-80 ℃下放置備用。

1.3　測定指標

1.3.1感官評分采用Fan等[10]的方法分為9級3等,1～3分表示不可接受,4～6分為一般,7～9分為商品價值樂意接受,其中5分為商品最低限,色澤、硬度降低,外觀品質下降。

1.3.2失重率的測定采用差量法,失重率(%)=(初始重量-最終重量)/初始重量×100

1.3.3銹斑指數的測定每組處理以3捆豇豆進行評定,評定標準如下:0級,無銹斑發生;1級,銹斑發生面積占1%～25%;2級,銹斑發生面積占26%～50%;3級,銹斑發生面積占51%～75%;4級,銹斑發生面積占76%～100%。銹斑指數(%)=∑(銹斑級數×該級豇豆數)/(最高級數×總豇豆數)×100

1.3.4可溶性固形物(TSS)含量測定采用手持糖度計測定。

1.3.5葉綠素含量測定采用Wang等[11]的方法測定。

1.3.6丙二醛(MDA)含量、總酚含量、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用曹建康等[12]的方法,其中總酚含量以每克樣品在280 nm處吸光度值表示。

1.4　數據分析

采用Excel 2003統計分析軟件進行基礎數據整理,利用Origin 8.5分析與作圖,利用IBM SPSS Statistics 19軟件對數據進行差異顯著性檢驗。

2　結果與分析

2.1　LED光照對豇豆感官評分的影響

豇豆感官評分依據豇豆的新鮮度、銹斑、霉菌、腐爛、衰老等情況確定,由圖1可知,豇豆在貯藏過程中感官評分值逐漸下降,其中白光處理組感官評分下降最為緩慢,其次為藍光。對照組貯藏3 d后下降迅速,貯藏至6 d時,感官評分值為5,此時豇豆的色澤、硬度和外觀品質變化的總體表現呈現可接受的最大限度,達到商品極限[10];藍光處理組貯藏至9 d時,感官評分值為5,達到商品極限;而白光處理組貯藏至12 d時,感官評分值為5,達到商品極限,說明藍光和白光處理均能有效保持豇豆的外觀品質,保持其商品性,有效延長保鮮期3～6 d,其中白光處理的效果更佳。

圖1　LED光照對豇豆感官評分的影響Fig.1　Effect of LED irradiation on sensory scores of cowpea

2.2　LED光照對豇豆失重率的影響

失重主要是由蒸騰作用和呼吸作用引起的[13],失重對豇豆的色澤和品質影響較大,嚴重時出現萎蔫和褪色現象,大多數大宗蔬菜在失重3%～10%時失去新鮮度[14]。由圖2可知,豇豆在貯藏過程中失重率逐漸升高,貯藏9 d后,對照組與其他兩組差異顯著(p<0.05),貯藏至12 d時,對照組失重率達0.85%,而藍光和白光處理組的失重率分別為0.69%和0.57%,兩組處理有效抑制了豇豆貯藏過程中水分的散失,維持了較好的品質,其中白光處理效果較好。

圖2　LED光照對豇豆失重率的影響Fig.2　Effect of LED irradiation on weight loss of cowpea

2.3　LED光照對豇豆銹斑指數和總酚含量的影響

豇豆銹斑的產生是其商品性下降甚至失去商品性的重要標志之一,采用銹斑指數來表示豇豆銹斑的產生和發展情況。果蔬表皮銹斑的產生與多酚氧化酶活性和酚類物質的新陳代謝密切相關,而且酚類物質也是植物組織中重要的抗氧化物質[15-16]。由圖3A可知,對照組貯藏3 d即發生銹斑,貯藏至6 d時,銹斑指數達28.8%,顯著高于LED處理組(p<0.05);至貯藏末期(12 d),對照組、藍光和白光處理組銹斑指數分別為65.4%、54.0%和45.0%,對照組銹斑指數始終高于LED處理組,且處理間兩兩差異顯著(p<0.05),說明LED處理可有效的延緩銹斑指數的升高。

由圖3B可知,在貯藏過程中,豇豆總酚含量呈上升趨勢,其中對照組總酚含量最低,LED光照處理可有效保持豇豆的酚類物質含量的積累;貯藏至12 d時,白光和藍光處理組分別比對照組總酚含量高26.65%和8.05%,而對照組銹斑指數始終高于LED處理(圖3A),這說明豇豆銹斑的產生與酚類物質含量變化密切相關,LED光照處理可保持酚類物質的含量,維持較好的營養品質,其中白光處理的效果更佳。

圖3　LED光照對豇豆銹斑指數和總酚含量的影響Fig.3　Effect of LED irradiation on rusty spot index and total phenolic content of cowpea

2.4　LED光照對豇豆可溶性固形物(TSS)和葉綠素含量的影響

可溶性固形物(TSS)和葉綠素均為豇豆的重要營養品質[17],豇豆TSS含量在貯藏過程中呈先上升后下降的趨勢(圖4A),其中,貯藏3 d后,白光處理組TSS含量下降最為緩慢,其次是藍光處理組,對照組TSS含量下降最為迅速,營養物質消耗快,說明LED光照處理可有效的維持豇豆貯藏期間的營養物質含量,保持品質。

由圖4B可知,豇豆葉綠素含量在貯藏過程中逐漸降低,LED光照處理延緩了葉綠素的降解速率,有效維持較好的外觀品質和營養物質。貯藏至12 d時,白光和藍光處理組葉綠素含量分別下降了25.70%和34.41%,而對照組葉綠素含量下降了47.03%。

圖4　LED光照對豇豆TSS和葉綠素含量的影響Fig.4　Effect of LED irradiation on TSS and chlorophyll contents of cowpea

2.5　LED光照對豇豆MDA含量的影響

MDA是膜質過氧化的產物,其含量可用來表示果蔬細胞膜的過氧化程度,與膜的完整性密切相關[14]。由圖5可知,豇豆在貯藏過程中MDA含量顯著升高,其中對照組MDA積累量顯著高于LED處理組(p<0.05),貯藏至12 d時,對照組MDA含量比藍光處理組和白光處理組分別高9.57%和27.93%,說明LED光照處理可有效抑制MDA的積累,延緩膜質過氧化反應,較好地維持豇豆組織細胞膜的完整性,其中白光處理好于藍光處理。

圖5　LED光照對豇豆MDA含量的影響Fig.5　Effect of LED irradiation on MDA content of cowpea

2.6　LED光照對豇豆POD和CAT活性的影響

活性氧(ROS)自由基可作為植物抗逆性的信號物質,過量的ROS可導致植物膜質過氧化反應,抗氧化系統可保護植物免除ROS損傷,其中POD和CAT與ROS代謝密切相關[18-20],研究發現,較強的活性氧可促進植物組織的酶促褐變,清除活性氧自由基可有效的抑制酶促褐變引起的銹斑等劣變反應[21]。由圖6可知,豇豆POD和CAT活性均呈現升高的趨勢,其中白光處理組POD和CAT活性最高,其次為藍光處理組,對照組POD和CAT活性最低,對照組與LED處理組間兩兩差異顯著(p<0.05),這說明LED光照處理可有效增強豇豆的抗氧化活性,延緩ROS對組織細胞的損傷,其中白光的處理效果好于藍光。

圖6　LED光照對豇豆POD和CAT活性的影響Fig.6　Effect of LED irradiation on POD and CAT activities of cowpea

3　結論

豇豆在貯藏過程中影響其貯藏品質的主要因素是萎蔫、銹斑和腐爛,本實驗采用LED白光和藍光照射豇豆發現,在15 ℃冷庫中貯藏,LED光照射可有效地抑制豇豆外觀品質的下降,延緩銹斑的產生和發展。在貯藏過程中,水分缺失等非生物因素會破壞組織細胞內活性氧平衡,使活性氧過氧化作用增強,可導致酚類物質和相關酶的區室化分布破壞,使得POD等抗氧化酶與酚類物質直接接觸發生酶促褐變反應,加速組織的褐變劣變反應[21-24],因此維持水分、酚類物質以及清除活性氧等可有效的抑制酶促褐變反應,減緩組織的褐變。LED光照處理可有效維持豇豆水分和總酚含量,抑制可溶性固形物(TSS)和葉綠素的降解,減緩MDA含量的積累,同時,增強組織POD和CAT活性,加速活性氧的清除,延緩銹斑的產生,維持較好的品質。因此,LED光照處理可有效延長豇豆貯藏期3～6 d,光照強度為40 μmol·m-2·s-1LED白光照射處理好于光照強度為40 μmol·m-2·s-1LED藍光處理。

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