不同包裝結合低溫貯藏對‘保研-7號’紅毛丹品質的影響

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(1.海南省農業科學院農產品加工設計研究所,海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點實驗室,海南?？?571100;2.海南大學化學工程與技術學院,海南?？?570228;3.海南大學理學院,海南?？?570228)

‘保研-7號’紅毛丹是中國紅毛丹果的品種之一,其年產量較高,每年可結兩次果,果大果甜果圓具有較高的穩產性、耐寒性、耐旱性等特點[1]。紅毛丹在高溫高濕季節成熟,采后快速褐變,貨架期短是影響紅毛丹運輸和銷售的主要原因。以往的研究認為果實采后褐變的發生與衰老、失水、冷害,病原菌侵染等因素有關[2]。大多數紅毛丹果皮褐變仍以表皮失水干燥為主。果實表皮失水干燥從柔刺狀突起(果毛)顏色開始逐漸變黑,并向其基底部發展,然后向果皮延伸[3]。柔刺狀突起(果毛)與果皮高度發達的微管組織相連,此外,果毛氣孔密度遠大于果皮,其特殊的果皮結構決定果毛與環境有更大的接觸面,蒸騰速度更快,同時果毛及果皮水勢的下降也是水分快速流失的主要因素[4-6]。高濕度(相對濕度90%～95%)貯藏可能延緩果實的干燥[7-8]。僅依靠高濕度貯藏是無法控制紅毛丹失水褐變的,包裝材料與冷藏相結合能降低果實呼吸速率、改善水分保持和抑制生理惡化來延長農產品的貯藏壽命已被廣泛推廣[9-10]。Varit等[11]報道無孔低密度聚乙烯包裝能延緩紅毛丹褐變指數和失水率增大,降低果實呼吸速率和乙烯產量,保鮮時間延長至16 d。然而,包裝材料的透性不足會引起無氧呼吸,導致乙醇、乙醛和異味的形成[12]。為防止果實采后因包裝膜的低滲透性導致無氧呼吸,一些研究在聚乙烯薄膜基礎上嵌加一定面積的具有高度滲透性的有機硅膜即硅窗膜(SW),薄膜與周圍大氣之間通過硅膠薄膜窗口進行氣體交換,誘導出包裝最佳氣氛,防止無氧呼吸并能保持相對低的呼吸率和乙烯濃度,減少抗壞血酸的損失,有效抑制葉綠素降解[13]。SW已廣泛運用于一些農場品保鮮,如綠蘆筍[13]、茶樹菇[14]、雙孢蘑菇[12,15]等。復命袋(FM)是一種新型的物理保鮮材料,其設計理論原理是基于不同種類果蔬的活性數據(呼吸速率、呼吸熵和/或酶活性)和各保鮮因素(溫度、濕度、氧氣濃度、氮氣濃度、二氧化碳濃度和/或乙烯濃度)之間建立保鮮因子方程如下:

這種物理果蔬保鮮材料是根據保鮮因子方程,獲得的最優保鮮因素和保鮮參數制得,該材料是采用熱力學透析理論,基于如下熱力學方程:F2=f(T,P1,P2,P3…H2O);F3=f(M1,M2,M3,M4,…)制備的具有自發氣調性,能較好維持杭白菜、草莓品質[16]。

紅毛丹果皮的特殊結構加快果實蒸騰速度,如何減少紅毛丹果水分流失,延緩果皮褐變是維持果實外觀品質亟待解決的問題。PE是常用的果蔬保鮮包裝材料,但果實在貯藏后期可能因持續低O2高CO2環境導致無氧呼吸,SW的有機硅膜的高滲透性可避免果實發生無氧呼吸,FM是上海復命新材料科技有限公司研發的一種新型自發氣調保鮮材料,在新鮮紅毛丹包裝中具有很大的應用潛力。根據本實驗室研究成果,最佳貯藏溫度為5～8 ℃。為避免4 ℃以下的冷害干擾,在(6±1) ℃下用PE、SW和FM包裝,通過對紅毛丹品質、生理及酶活性的評價,以確定最佳包裝材料,為紅毛丹的采后冷鏈及貯藏保鮮技術的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘保研-7號’紅毛丹 采自海南省保亭紅毛丹生產基地,采摘后放入筐中,5 h內送到?？陬A冷,挑揀淺紅色果皮和綠色的果毛,大小、形狀均勻、無機械損傷、無昆蟲或病原感染的果實進行研究;牛血清蛋白、馬斯亮藍G250、鹽酸、甲醇 國產分析純試劑;多酚氧化酶試劑盒 蘇州科銘檢測試劑盒;過氧化物酶試劑盒 南京建成檢測試劑盒;托盤(180 mm×130 mm)、普通低密度聚乙烯薄膜(400 mm×300 mm,0.05 mm) 購買自當地超市;硅窗薄膜(400 mm×300 mm,0.015 mm)、硅窗(50 mm×50 mm) 濟南果品研究所;復命保鮮薄膜(400 mm×300 mm,0.09 mm) 上海復命新材料科技有限公司。

PAL-1手持糖度計 日本愛拓公司;NS800分光測色儀 深圳三恩馳科技有限公司;COM-100電導率儀 韓國HM品牌;i3型紫外可見分光光度計 濟南海能儀器股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅毛丹包裝試驗設計 隨機挑選紅毛丹果,分為4組:a.CK組:將紅毛丹直接放置在4個托盤上,每個托盤有1.5 kg紅毛丹果;b.用PE薄膜包裝,分裝4袋,每袋1.5 kg;c.采用SW薄膜包裝,分裝4袋,每袋1.5 kg;d.用FM薄膜包裝,分裝4袋,每袋1.5 kg。包裝后所有的水果都儲存在(6±1) ℃和在第0、4、8、12、16 d每組取一袋紅毛丹果,此外,每個處理和取樣日期保持一致,對紅毛丹果實品質評估(果皮褐變指數,果肉可溶性固形物,可滴定酸,可溶性蛋白質),生理參數(相對電導率,丙二醛,可溶性總酚,花青素)及相關酶(PPO,POD)活性進行評價,重復三次。

1.2.2 果皮褐變指數和好果率測定 按照Shao等[17]方法根據紅毛丹果皮褐變面積進行分級:依據果皮褐變面積進行分級評價,使用以下等級:褐變階段0級:無褐變;1級:≤1/4面積褐變;2級:1/4～1/2面積褐變;3級:1/2～3/4面積褐變;4級:3/4～完全褐變,按照公式計算:

褐變指數=(∑褐變級數×相應級數果實個數)/(4×果實總數)

好果率(%)=(0級果實個數+1級果實個數+2級果實個數)/果實總數×100

1.2.3 果肉品質評估可溶性固形物、可滴定酸、可溶性蛋白質測定 參照Hafiz等[18]有所修改。從每組中隨機選取5個紅毛丹果,稱取3 g紅毛丹果肉,用勻漿機磨成勻漿后紗布過濾取汁液,用手持糖度計測量可溶性固形物；按照儀器操作要求,稀釋50倍后測定可滴定酸?？扇苄缘鞍踪|測定:參照曹建康等[19]的考馬斯亮藍法測定。

1.2.4 果皮生理參數評估 相對電導率測定:按照Shao等[17]方法用便攜式電導率儀測定。丙二醛(MDA)測定:采用硫代巴比妥酸反應法[17,20],用紫外-可見分光光度計在最大吸收波長532 nm測定其吸光度并可計算出丙二醛的含量。

可溶性總酚、花青素測定:按照Nurhuda等[21]方法,并稍作修改。將10 g紅毛丹果皮加入100 mL 1% HCl-CH3OH溶液,在4 ℃的搖床中避光振蕩提取20 min。提取完畢后再避光過濾,收集紅毛丹皮提取液。以1% HCl-CH3OH溶液作空白參比調零,用紫外-可見分光光度計在最大吸收波長280 nm吸光度值表示總酚含量OD280·g-1;在波長530 nm處和波長600 nm處波長吸光度值之差表示花青素含量(U),即U=OD530-OD600。此方法僅作為比較樣品間總酚、花青素的相對含量。

1.2.5 酶活性測定 將每組不同包裝的果皮剪成小塊,放入液氮中,再放入-50 ℃的低溫冰箱中保存,測定單位鮮重中多酚氧化酶、過氧化物酶。測定多酚氧化酶用多酚氧化酶試劑盒;過氧化物酶活性用過氧化物酶試劑盒。

1.3 數據處理

每組測試都設置三次平行,取平均值。采用Excel軟件處理數據,Origin 9.0軟件繪圖,SPSS 19.0軟件進行鄧肯氏多重比較法(P<0.05)差異顯著性分析,符號*表示每個時間點的獨立樣本鄧肯氏多重范圍檢驗的顯著性差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同包裝下紅毛丹果皮褐變指數及好果率的變化

紅毛丹采后貯藏過程中果皮褐變逐漸加劇,是果實衰老的特征標志之一,果皮褐變同荔枝、龍眼一樣,是果實產業采后最嚴重的問題[22]。如圖1A所示,紅毛丹果皮褐變指數隨著時間的延長而增大。相同的低溫條件下,貯藏第16 d,FM、SW及PE包裝的果實褐變指數顯著低于CK(P<0.05),這表明3種包裝均能顯著延緩果皮褐變上升,原因可能是薄膜充當了環境和水果之間的屏障,氧含量的降低減緩了紅毛丹的衰老[18]。圖1A顯示,在整個儲藏期間FM包裝的紅毛丹果皮褐變指數最小,這表明同SW及PE包裝比較,FM包裝更能明顯抑制紅毛丹果皮的褐變,原因可能是FM的自發氣調性調節了薄膜內O2和CO2含量,適宜的氛圍更能降低紅毛丹呼吸代謝,減少褐變發生。

紅毛丹的好果率是指具有商品價值的果個數占總果實數的比值。圖1B中,紅毛丹好果率在整個貯藏期間受貯藏溫度及呼吸代謝影響持續下降。貯藏第16 d,FM薄膜包裝的紅毛丹好果率(67.78%)顯著(P<0.05)高于CK好果率(5.56%),此外SW薄膜的紅毛丹好果率也高達53.33%,PE薄膜包裝的紅毛丹好果率45.56%同樣高于CK,FM薄膜包裝的紅毛丹好果率最高,其次是SW和PE薄膜。結果顯示3種包裝薄膜均能提高紅毛丹好果率,FM薄膜包裝的紅毛丹好果率提高效果最為顯著。

圖1 包裝材料對紅毛丹果皮褐變及好果率的影響Fig.1 The effect of packing materials on the pericarp browning index and intact fruit of rambutan注:“*”表示同一貯藏天數FM、SW、PE三種包裝分別與CK相比有顯著差異(P<0.05)；圖2～圖4同。

2.2 不同包裝下紅毛丹果肉可溶性固形物、可滴定酸、可溶性蛋白質的變化

為了更好地觀察包裝對紅毛丹果肉品質的影響,分析了可溶性固形物(TSS)、可滴定酸(TA)及可溶性蛋白質。由圖2A看出,紅毛丹果肉可溶性固形物含量先增加后減少,Latifah等[23]也認為紅毛丹在包裝中的TSS值隨整個貯藏時間逐漸上升后下降。相同低溫條件下,FM薄膜包裝的紅毛丹TSS含量顯著高于SW、PE膜(P<0.05),這表明與CK及SW、PE包裝相比,FM包裝更能延緩紅毛丹果肉TSS的減少,其次是SW。

圖2B中,紅毛丹果肉可滴定酸含量在整個貯藏期間持續下降,其中CK紅毛丹果肉TA在第12～16 d快速下降,3種包裝均延緩了紅毛丹果肉TA的減少,FM包裝的紅毛丹果肉TA含量最高,其次是SW薄膜,這表明FM薄膜包裝能保持紅毛丹果肉TA含量,維持紅毛丹果肉風味,其次是SW薄膜。

圖2C中,紅毛丹果可溶性蛋白質含量先減少后增大。貯藏第16 d,3種包裝的紅毛丹果可溶性蛋白質含量均高于CK,其中FM包裝的紅毛丹果肉可溶性蛋白含量最高,SW薄膜包裝的紅毛丹果可溶性蛋白質與PE包裝組無明顯差異。從果肉TSS、TA、可溶性蛋白質的變化結果可得FM薄膜包裝延緩了果肉TSS和TA的減少,保持果肉可溶性蛋白質含量,維持紅毛丹果肉風味效果最好。

圖2 包裝材料對紅毛丹果肉可溶性固形物、可滴定酸及可溶性蛋白質的影響Fig.2 The effect of packing materials on total soluble solids,titratable acidity,soluble protein of rambutan

2.3 不同包裝下紅毛丹果皮相對電導率、丙二醛、可溶性總酚、花青素含量的變化

以紅毛丹果皮相對電導率表示紅毛丹果皮細胞膜滲透率,電導率越高也代表細胞膜完整性越差[24]。圖3A顯示,紅毛丹果皮相對電導率隨貯藏時間的增加呈上升趨勢,表明紅毛丹果皮細胞膜完整結構逐漸被破壞。貯藏12～16 d,包裝處理后的紅毛丹相對電導率低于CK,說明3種薄膜包裝能延緩紅毛丹相對電導率的上升,其中FM包裝的紅毛丹果皮相對電導率最小,結果表明FM能維持果實細胞膜完整性。

丙二醛是細胞膜上多不飽和脂肪酸的氧化降解產物之一,被廣泛認為是脂質過氧化的生物標志物[25]。如圖3B所示,CK紅毛丹果皮MDA在貯藏后期12～16 d急劇上升,紅毛丹果皮細胞膜不飽和脂肪酸過氧化損傷較為嚴重,3種包裝處理的紅毛丹果皮MDA在貯藏后期均有輕微上升且MDA含量低于CK,在整個貯藏期間FM包裝的紅毛丹果皮積累的MDA含量最少,結果表明FM延緩紅毛丹果皮MDA的增長,降低了紅毛丹果皮脂質過氧化損傷。

酚類物質具有較強的抗氧化能力,可以通過抑制氧化鏈反應的起始或增殖來延緩脂質過氧化,同時酚類物質是酶促反應的底物,能被促氧化系列酶氧化[25-26]。從圖3C可以看出,隨著貯藏時間的增加,紅毛丹果實果皮總酚含量呈先上升后下降趨勢。Supapvanich[27]也報道了蒸餾水和溫水處理紅毛丹果在貯藏末期果皮總酚含量也呈逐漸減少趨勢,同時Yingsanga等[28]對比不同品種的紅毛丹總酚含量中也觀察到類似趨勢。CK組紅毛丹總酚含量在貯藏4～16 d持續下降;PE包裝紅毛丹總酚含量在貯藏第8～16 d也逐漸減少;SW和FM膜包裝的果實總酚含量在第12～16 d先增加后減少,整個貯藏期間呈“M”型。圖3C中,3種包裝的紅毛丹總酚含量在貯藏12～16 d顯著(P<0.05)高于CK,其中FM薄膜包裝的紅毛丹總酚含量遠比SW及PE薄膜組高。

花青素也是一種天然抗氧化劑,是果實保持鮮紅色的原因之一,花青素的降解也可能導致果實采后褐變[29-30]。圖3D中,紅毛丹果實花青素在貯藏0～8 d快速下降,CK和PE薄膜的果皮花青素在貯藏8～16 d先略微上升后下降;SW包裝的紅毛丹花青素在貯藏12～16 d又略微上升;FM包裝的紅毛丹在貯藏8～16 d花青素含量增加,表明FM能延緩果實花青素的降解,使花青素的生成速率大于降解速率,從而使花青素含量增加。圖3D顯示,貯藏12～16 d,同CK相比,3種包裝均能顯著提高果實花青素含量,FM膜的紅毛丹總花青素含量顯著高于SW和PE包裝(P<0.05),SW的果實花青素含量又顯著高于PE包裝,原因可能是SW薄膜是PE薄膜上嵌加一定面積的具有選擇透性的有機硅窗,包裝內與周圍大氣之間通過硅窗膜進行氣體交換,最終使包裝內氣體濃度達到適宜的水平。結果表明3種不同包裝材料中,FM包裝更能延緩花青素的降解,其次是SW薄膜和PE薄膜。

圖3 包裝材料對紅毛丹果皮相對電導率、丙二醛、總酚及花青素的影響Fig.3 The effect of packing materials on relative conductivity,malondialdehyde content,total polyphenol content,total anthocyanin content of rambutan

從果皮相對電導率、MDA、總酚及花青素的變化結果可得相同低溫條件下,與CK相比,3種包裝均能較好的延緩果皮相對電導率、MDA的積累及總酚、花青素的降解,其中FM的果實相對電導率、MDA最小,總酚和總花青素含量最高。

2.4 不同包裝下紅毛丹果皮多酚氧化酶,過氧化物酶含量的變化

多酚氧化酶(PPO)是一組含銅金屬的氧化還原酶,利用分子氧催化多種酚類化合物的氧化[31-32]。紅毛丹果實PPO活性隨時間的變化如圖4A所示,先下降后上升。貯藏第12～16 d,CK和PE包裝的果實PPO活性顯著增大(P<0.05),但PE薄膜的紅毛丹PPO活性低于CK,同時FM和SW包裝的紅毛丹PPO活性在第16 d同CK比顯著降低,結果表明與CK相比,包裝抑制了紅毛丹PPO活性的增大,其中FM薄膜能顯著抑制紅毛丹PPO活性,其次是SW薄膜和PE薄膜。

過氧化物酶(POD)以一組以H2O2存在為前提催化酚類、黃酮類等的氧化酶,POD活性的高低也可說明細胞內的過氧化情況[33]。圖4B中,紅毛丹POD活性隨貯藏時間變化呈先增大后減小。貯藏第16 d,3種包裝的果實POD活性無明顯差異但均顯著低于CK(P<0.05),表明3種包裝均能明顯抑制紅毛丹POD活性;貯藏第12 d,FM包裝的紅毛丹POD活性顯著小于SW和PE包裝(P<0.05),SW和PE薄膜包裝的果實POD活性差異不明顯,表明3種包裝材料中,FM薄膜更能抑制紅毛丹果POD活性,降低細胞內的過氧化作用。

圖4 包裝材料對紅毛丹果皮多酚氧化酶及過氧化物酶的影響Fig.4 The effect of packing materials on polyphenol oxidase and peroxidase of rambutan

3 討論與結論

與CK相比,(6±1) ℃下,3種保鮮包裝材料在低溫貯藏8 d之前,均能顯著抑制紅毛丹褐變指數的上升,維持較高的好果率,較好的保持紅毛丹品質,8 d后各種指標變化急劇增減,3中包裝性能對紅毛丹果實的保鮮效果差異明顯。FM包裝紅毛丹果肉和果皮在低溫貯藏16 d,11個指標變化均最小,保持新鮮品質最好,是3種包裝中最佳包裝材料,可為紅毛丹采后包裝技術的應用提供技術支撐。紅毛丹果皮褐變是直接影響品質的因素,果皮結構疏松,與果肉呈現分離狀態,低溫貯藏后果皮失水褐變,果皮硬度逐漸變硬,首先劣變在果皮,果肉劣變速度明顯低于果皮劣變速度。果皮多酚和花青素的含量、果皮細胞膜透性和丙二醛含量變化直接反映了紅毛丹果實的品質變化。

有無包裝和不同的包裝材料對紅毛丹采后保鮮效果有極大影響。本實驗僅針對不同包裝袋對紅毛丹果實品質變化監測,除了薄膜本身厚度對紅毛丹果保鮮有極大影響外,對包裝材料性能如氧氣滲透系數、透濕率、透光率等需進一步研究,同時由于材料性能不同,包裝內O2、CO2等氣體濃度是否對紅毛丹保鮮造成影響,也需對此深入研究。