CO2氣調處理對鮮蓮貯藏品質的影響

舒小芳，郜海燕，韓延超，房祥軍，陳杭君

（浙江省農業科學院食品科學研究所 農業農村部果品產后處理重點實驗室 浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室 中國輕工業果蔬保鮮與加工重點實驗室 杭州 310021）

蓮子（Lotus-seed），又名蓮實、蓮米、水芝丹，屬睡蓮科蓮屬（NympheaceaeNelumbo Adans），在我國主要種植在福建、浙江、湖北、江蘇等地[1-2]，是中國和東南亞地區常見的藥食兩用植物[3]。由于鮮蓮采收為夏季高溫季節，采后呼吸作用旺盛，導致蓮蓬在短時間內失水，營養物質流失，表皮褐變和葉綠素降解，因此嚴重制約了鮮蓮產業的發展[4-5]。解決鮮蓮貯藏過程中的褐變和品質衰老等問題，開發出一種安全、有效的保鮮技術至關重要。

目前有報道表明，氣體熏蒸（如臭氧、1-甲基環丙烯、一氧化碳）、可食性涂膜、化學藥劑浸泡（如氯吡苯脲、6-芐基腺嘌呤、殼聚糖）、箱式氣調及低溫貯藏等保鮮技術可有效控制鮮蓮褐變，減少營養物質流失和細胞壁多糖降解[6-12]。人工氣調貯藏是一種恒定保持貯藏環境中氣體濃度及溫、濕度的保鮮方式。通常采用降低O2、升高CO2濃度來控制貯藏環境中的氣體成分，降低植物的呼吸作用和生理生化代謝，從而延長其貯藏時間。由于氣體熏蒸和化學保鮮在果蔬表面會有部分殘留，具有潛在危害，而氣調保鮮技術具有操作條件可控、安全健康等特點，因此已普遍應用到石榴[13]、黃瓜[14]、蘋果[15]、火龍果[16]等果蔬中，并取得較好的保鮮效果。研究表明適宜的CO2濃度可有效抑制微生物的生長[17]。氣調處理可減緩櫻桃[18]和草莓[19]貯藏過程中病害的發生，降低腐爛率；氣調貯藏可有效維持果蔬的生理平衡，降低對果蔬的脅迫傷害，低O2、高CO2氣調處理可降低杏鮑菇的活性氧和谷氨酸代謝，減少營養物質的損失[20-21]。

本文以5% O2及CO2氣調處理新鮮蓮子，通過分析貯藏過程中蓮肉還原糖含量、可溶性糖含量、淀粉含量等營養品質的變化，以及對蓮皮酶促褐變和葉綠素降解的影響，探究鮮蓮氣調保鮮的最佳CO2含量。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗材料與采后處理 蓮子品種為 “十里荷一號”，采自杭州灣里塘蓮藕專業合作社，采后1 h 內運回實驗室進行預冷，選擇乳熟期且顆粒飽滿、無病蟲害、無機械損傷的蓮蓬作為試驗用果。將蓮蓬置于4 ℃冷庫預冷2 h 后剝出蓮子。

將無機械損傷、成熟度和大小均一的蓮子隨機分裝在4 個保鮮盒中，每盒50 顆，分別放入不同氣調箱內貯藏。本研究基于前期預試驗結果，O2固定為5%，按要求分別改變CO2（4%，8%和12%），其余氮氣補充；在氣調箱內注入空氣為對照組。貯藏溫度為（4±1）℃，濕度為85%～90%。各處理每4 d 取一次樣，取至20 d。每次隨機取樣并進行3 個生物學重復，完成相應基礎指標測定后，將果肉和果皮分離，分別用液氮速凍后，-80 ℃冷凍保存，用于后續指標測定。

1.1.2 試劑氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、苯酚、濃硫酸、3，5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、亞硫酸鈉、無水乙醚、無水乙醇等均為分析純級，購于上海凌鋒化學試劑有限公司；碘、碘化鉀、福林酚等均為分析純級，購于上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TA.XT.plus 型物性測定質構儀，英國Stable Micro Systems 公司；CR-400 型手持色差儀，日本柯尼卡美能達公司；LB20T 型手持糖度計，廣州市速為電子科技有限公司；5430 型臺式高速離心機，美國Eppendorf 生命科學公司；UV-2802 型紫外分光光度計，尤尼柯儀器公司；MRC-250B 型智能人工氣候箱，上海百典儀器設備有限公司；YSXCAB 型氣調保鮮實驗設備，杭州屹石科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 失重率測定 采用稱量法測定失重率，計算公式見式（1）。

1.3.2 色澤測定 采用CR-400 手持色差儀測定L*、a*和b*值，其中L*表示明度，a*和b*表示色度。每個處理隨機取6 粒蓮子，將鮮蓮表皮側面分為3 等份，每等份測定1 次。

1.3.3 硬度和脆度測定 參考嚴銳等[5]的方法進行修改，每個處理隨機取蓮子20 粒，采用TAXT2i 型質構儀P6 探頭進行質地多面分析（TPA），測前速度5 mm/s，測試速度2 mm/s，測后上行速度2 mm/s，蓮子受壓變形為5 mm，觸發力為0.049 N。表皮硬度表示蓮子表皮破裂時探頭所用的最大力度，表皮脆度表示蓮子表皮發生破裂的深度；內部硬度表示蓮子果肉的平均硬度，內部脆性表示蓮子果肉發生破裂時探頭所用的最大力度。

1.3.4 褐變度測定 參考Sun[22]等的方法略有改動。稱取0.5 g 蓮肉樣品于2.0 mL 離心管中，加入1.5 mL 0.1 mol/L 磷酸緩沖液（pH 6.8）混勻，離心（4 ℃，10 000 r/min，20 min）。取上清液在波長410 nm 處測定吸光度值（A410nm），計算褐變度。

式中，V——樣品提取液總體積，mL；m——樣品質量，g。

1.3.5 還原糖含量測定 參照曹建康等[23]的方法略有改動。采用3，5-二硝基水楊酸法測定。還原糖的提?。悍Q取0.5 g 蓮肉樣品，加入蒸餾水定容至25 mL，于80 ℃恒溫水浴鍋中浸提30 min。收集濾液，蒸餾水反復沖洗濾渣，合并濾液，定容至100 mL，即為還原糖提取液。還原糖的測定：取2 mL 提取液，加入1.5 mL 3，5-二硝基水楊酸溶液，混勻后沸水浴5 min，冷卻后定容至25 mL，在波長540 nm 處測定吸光度值。根據顯色液吸光度值，葡萄糖標準溶液繪制標準曲線，并用公式計算還原糖含量，單位用質量分數（%）表示。

1.3.6 可溶性糖含量測定 參照曹建康等[23]的方法略有改動。采用苯酚-硫酸試劑法測定?？扇苄蕴堑奶崛。悍Q取0.5 g 蓮肉樣品，加入5 mL 蒸餾水，沸水浴浸提30 min，冷卻后過濾，將濾液轉移至100 mL 容量瓶中，再將濾渣重新轉入試管中，加5 mL 蒸餾水，繼續沸水浴浸提10 min，過濾至容量瓶中，用水反復沖洗試管及殘渣，合并濾液并定容至100 mL，即為可溶性糖提取液?？扇苄蕴堑臏y定：吸取0.5 mL 樣品提取液到25 mL 刻度試管中，加入1.5 mL 蒸餾水和1 mL 90 g/L 苯酚溶液，搖勻，再加入5 mL 濃硫酸，充分混勻，在室溫下靜置30 min。以蒸餾水代替提取液作為空白對照并調零，在波長485 nm 處測定吸光值。蔗糖標準溶液繪制標準曲線，并用公式計算可溶性糖含量，單位用質量分數（%）表示。

1.3.7 可溶性固形物（TSS）含量測定參照隋棠等[11]的方法略有改動。取1.0 g 蓮肉樣品，研磨后加2 mL 磷酸緩沖液離心（4 000 r/min，10 min），取上清液，用阿貝折光儀測定。

1.3.8 淀粉含量測定 按照GB 5009.9-2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》中的方法進行淀粉含量的測定。

1.3.9 總酚含量測定 蓮子的總酚含量用福林酚法測定。取1.0 g 蓮皮樣品研磨后，加入10 mL 60%乙醇，于暗處常溫提取2 h，離心（4 ℃，12 000 r/min，20 min），上清液備用。取0.2 mL 上清液加入1.2 mL 福林酚試劑，混勻后靜置5 min，加入2.4 mL 7.5%的碳酸鈉溶液，充分混勻后，室溫避光靜置2 h 后，在波長760 nm 處測定吸光度值，沒食子酸標準溶液繪制標準曲線，并用公式計算總酚含量。

1.3.10 多酚氧化酶（PPO）和過氧化物酶（POD）活力測定 PPO 和POD 活力測定均參考曹建康等[23]的方法。粗酶液提?。悍Q取0.2 g 蓮皮樣品，液氮研磨，加入1.5 mL 0.1 mol/L 磷酸鈉緩沖液（pH 6.8），于12 000 r/min、4 ℃條件下離心25 min，所得上清液即為粗酶提取液。

PPO 酶活力反應體系包括：0.2 mL 粗酶液＋2.8 mL 10 mmol/L 鄰苯二酚溶液，測定3 min 內波長420 nm 處吸光度值的變化，以每分鐘鮮樣吸光度值變化0.01 為1 個酶活單位（U/g）。POD 酶活力測定反應體系包括：0.3 mL 粗酶液、0.3 mL 6 mmol/L 愈創木酚溶液和2.4 mL 5 mmol/L H2O2溶液，混勻，測定3 min 內波長470 nm 處吸光度值的變化，以鮮樣每分鐘吸光度值變化0.01 為1 個酶活單位（U/g）。

1.3.11 葉綠素含量測定 采用Mampholo 等[24]的方法。取0.2 g 蓮皮樣品，加入20 mL 95%甲醇，于暗處常溫提取2 h，于4 ℃下9 558×g離心10 min。取上清液測定OD646nm和OD662nm。

式中，V——樣品提取液總體積，mL；m——樣品質量，g。

1.4 數據處理

所有指標測定進行3 次重復實驗，采用Excel 2010 統計試驗數據，SPSS 18.0 進行方差分析和單因素ANOVA 分析，P<0.05 表示存在顯著差異。采用GraphPad Prism8 進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 氣調處理對采后蓮子色澤與褐變度的影響

蓮皮的表觀色澤直接影響蓮子的商品價值，褐變度、L*值（亮度）、a*值（+：偏紅，-：偏綠）和b*值（+：偏黃，-：偏藍）是表征色澤變化的重要指標[25]。由圖1a 可知，在貯藏過程中，隨著蓮子的表觀色澤由嫩綠色轉變為黃綠色，最后逐漸褐變，對照組和氣調處理組蓮子的褐變度呈上升趨勢。在貯藏12～20 d 期間，8% CO2處理褐變度明顯低于對照組和其它處理組（P<0.05）。由圖1b 和1c 得出，對照組和氣調處理組蓮子亮度會下降，并且隨著葉綠素的降解，黃化現象加重。在貯藏12～20 d期間，8% CO2處理蓮子的L*值和a*值與對照組和其它處理組具有顯著差異（P<0.05）；由圖1d 可知，在貯藏0～8 d 期間，對照組與氣調處理組b*值變化不顯著（P>0.05），在貯藏8 d 以后，各處理蓮子b*值上、下波動，其中對照組的b*值保持較大值；而12% CO2處理在貯藏期間b*值變化不明顯。結果表明適宜的二氧化碳可有效抑制鮮蓮貯藏過程中蓮皮色澤變化，過高的二氧化碳容易造成表皮損傷，而過低的二氧化碳對蓮子保鮮效果不明顯。

圖1 氣調處理對采后果皮褐變度（a）、L*值（b）、a*值（c）和b*值（d）的影響Fig.1 Effect of air conditioning treatment on the browning degree（a）， L value（b）， a* value（c）and b* value（d）of pericarp after harvest

2.2 氣調處理對采后蓮子失重率與質構的影響

蓮子在貯藏過程中失重程度嚴重會導致失鮮，影響表皮和果肉的硬度與脆性[26]。由圖2 可知，氣調處理能有效延緩蓮子失重率。從整體上看，對照組的失重程度較為嚴重，與氣調處理組呈顯著差異（P<0.05），在貯藏20 d 時，失重率為19.96%；12% CO2處理蓮子雖比4% CO2處理蓮子的失重程度更為嚴重，但兩處理間無顯著差異（P>0.05）；8% CO2處理蓮子的失重程度最輕，在貯藏12 d 后，與對照組和其它氣調處理組呈顯著差異（P<0.05），在貯藏20 d 時，此處理失重率為8.54%。

圖2 氣調處理對采后蓮子失重率的影響Fig.2 Effect of air conditioning treatment on weight loss rate of lotus seed after harvest

如表1所示，隨著貯藏時間的延長，對照組和氣調處理組的表皮硬度、表皮脆度、內部平均硬度以及內部脆性都有顯著變化（P<0.05）。表皮硬度呈先上升后下降的趨勢，對照組和8% CO2處理組的表皮硬度始終保持顯著差異（P<0.05）。在貯藏期間，表皮脆度呈持續下降趨勢，這與蓮子的失重程度密切相關；內部平均硬度是指果肉的平均硬度，對照組和氣調處理組的內部平均硬度呈顯著上升趨勢，但各處理之間顯著差異不大；對照組和氣調處理組的內部脆性變化較為顯著（P<0.05），在貯藏4～8 d 時，各處理組間有顯著差異（P<0.05）。蓮子在后熟過程中伴隨著糖類物質轉化為淀粉，淀粉的積累會導致口感變得更加緊實，導致蓮肉的硬度明顯上升。8% CO2處理在表皮硬度、表皮脆度以及內部脆性方面表現出較好的效果。

表1 氣調處理對采后蓮子質構指標的影響Table 1 Effect of air conditioning treatment on quality and structure index of lotus seed after harvest

2.3 氣調處理對采后蓮肉糖類物質含量的影響

蓮子果肉中的還原糖主要是提供蓮子新陳代謝的主要能量物質。如圖3a所示，隨著貯藏時間的延長，對照組和氣調處理組蓮子的還原糖含量整體呈先上升再下降趨勢。對照組和12% CO2處理的還原糖含量在貯藏12 d 后出現下降趨勢，而8% CO2處理的還原糖含量在貯藏8 d 后急劇下降；在貯藏結束時，各處理組的還原糖含量差異顯著（P<0.05），對照組和4%，8%，12% CO2處理的還原糖含量分別是0.90%，0.85%，0.70%，0.77%。

由圖3b所示，在貯藏期間，對照組和氣調處理組的可溶性糖含量總體呈下降趨勢，并且對照組始終低于氣調處理組，在貯藏8 d 后，對照組和氣調處理組之間的可溶性糖含量差異顯著（P<0.05）；從貯藏12 d 后，8% CO2處理的可溶性糖含量始終高于對照組和其它氣調處理組，在貯藏20 d 后可溶性糖含量相比對照組高0.16%，這說明8% CO2處理可有效延緩蓮子貯藏過程中可溶性糖的消耗。

在植物體內，淀粉是主要的能量物質之一。由圖3c所示，隨著貯藏時間的延長，對照組和氣調處理組的蓮子淀粉含量呈現先上升再下降的趨勢；對照組在貯藏0～8 d 期間呈現上升趨勢，第8 天時達到峰值為153.11 mg/g，隨后開始下降。12% CO2處理在第12 天時達到峰值，其淀粉含量為149.22 mg/g，顯著高于對照組（P<0.05）。4%和8%CO2處理淀粉含量變化趨勢較為相同，而8% CO2處理的淀粉含量在貯藏16 d 后變化趨于平緩，這說明8% CO2處理能延緩鮮蓮糖代謝和抑制蓮子淀粉的分解速率。

可溶性固形物是表征果蔬品質的重要指標。由圖3d所示，在貯藏過程中，對照組和12% CO2處理的TSS 含量呈現先下降后上升的趨勢，而4%和8% CO2處理的蓮子TSS 含量呈現先下降再趨于平緩。在貯藏0～16 d 期間，對照組與氣調處理組無顯著差異（P>0.05），在第20 天時，4%，8%和12% CO2處理的TSS 含量分別比對照組低0.47%，0.53%和0.20%，4%和8% CO2處理與對照組之間存在顯著差異（P<0.05），說明氣調處理能延緩蓮子貯藏期間淀粉等營養物質的消耗，從而減少TSS 的累積。

圖3 氣調處理對采后還原糖（a）、可溶性糖（b）、淀粉（c）、可溶性固形物（d）含量的影響Fig.3 Effect of air conditioning treatment on reducing sugar（a），soluble sugar（b），starch（c），TSS（d）content of lotus seed after harvest

2.4 氣調處理對采后蓮皮總酚和相關酶的影響

酚類物質是植物體中重要的次生代謝物質，也是酶促褐變的底物，褐變主要是由過氧化物酶催化酚類物質形成醌類物質，呈現出褐色[25]。由圖4a 可知，在貯藏過程中，8% CO2處理蓮皮的總酚含量始終高于對照組和其它處理組，4% CO2處理組呈持續下降趨勢。在貯藏結束時，8% CO2處理組總酚含量最高（218.77 mg/g），依次是12%（210.00 mg/g）、4%（195.58 mg/g）和對照組（186.52 mg/g）。由圖4b 可知，在貯藏0～12 d 期間，對照組和氣調處理組蓮子表皮的PPO 活性呈上升趨勢，第12 天以后出現下降趨勢。8% CO2處理組的PPO 活性始終低于對照組和其它處理組，在貯藏8 d 后，8% CO2處理組與其它處理之間存在顯著差異（P<0.05）。在貯藏結束時，8% CO2處理組的PPO 活性比對照組低0.14 倍。由圖4c 可見，不同處理蓮皮POD 活性呈現先上升后下降的趨勢。對照組、4%和8% CO2處理組在貯藏第8 天時達到最大值，而12% CO2處理組在第12 天時達到最大值，隨后均呈現下降趨勢。在貯藏期間，8% CO2處理組的POD 活性始終小于對照組和其它氣調處理組，在貯藏16～20 d 期間，與對照組和其它氣調處理組存在顯著差異（P<0.05）。

圖4 氣調處理對采后總酚（a）、PPO（b）、POD（c）的影響Fig.4 Effect of air conditioning treatment on total phenol（a），PPO（b），POD（c）of lotus seed after harvest

2.5 氣調處理對采后蓮皮葉綠素含量的影響

由圖5 可知，對照組和氣調處理組蓮皮的葉綠素含量呈下降趨勢；在貯藏0～12 d 期間，對照組的葉綠素含量下降較快，4%和8% CO2處理組葉綠素含量下降速率較慢。在整個貯藏期間，8%CO2處理的葉綠素含量下降速率最慢，其次是4%和12%，可看出8% CO2處理組可明顯延緩蓮皮葉綠素的降解。

圖5 氣調處理對采后蓮皮葉綠素含量的影響Fig.5 Effect of air conditioning treatment on chlorophyll of lotus seed after harvest

3 討論

蓮子在高溫潮濕季節采收，采后依然維持著較高的呼吸作用，極易導致蓮肉品質劣變，本試驗發現蓮皮失綠、褐變和蓮肉糖類物質消耗是影響蓮子食用品質和商品價值的關鍵因素。研究結果表明，當5% O2+8% CO2氣調處理時，可有效降低蓮子的失重率、褐變度、表皮硬度，維持蓮肉的脆性和表皮的葉綠素含量，蓮子變色進程明顯遲于對照組，說明該處理可有效延緩蓮子在貯藏過程中蓮皮色澤和蓮肉質地變化。當CO2過高時，蓮子主要進行無氧呼吸作用，生理代謝紊亂，蓮皮組織更易褐變，蓮肉的營養物質消耗也較快。在柑橘研究中發現，15% CO2處理使柑橘出現CO2損傷，加快果皮褪綠及乙醛和乙醇的產生[26]。不同果蔬對CO2耐受力存在差異，蘋果、杏和桃等水果的CO2耐受力在5%左右，而藍莓、黑莓等小漿果的CO2耐受力在25%[27]。本研究得出蓮子的CO2耐受力在10%左右，在CO2為8%的貯藏環境下能保持新鮮蓮子的最佳品質。

蓮子采后呼吸作用使葡萄糖、果糖和蔗糖等糖類物質被消耗，導致可溶性糖含量降低，是蓮子甜味降低的主要原因[28]，吳松霞等[29]研究也發現芋艿貯藏過程中可溶性糖和還原糖含量呈下降趨勢。在本試驗發現，對照組和氣調處理組的淀粉含量呈先上升后下降趨勢。在貯藏前期，對照組和氣調處理組的淀粉含量變化不顯著，此時淀粉的合成與分解速率達到相對平衡；在貯藏后期，淀粉含量迅速下降，而可溶性固形物和可溶性糖含量變化趨于平緩，這是由于此時淀粉分解速率大于合成速率，淀粉分解后產生可溶性糖，彌補了呼吸作用消耗的糖類物質。適宜的氣調處理能減弱呼吸作用，從而減少蓮子在貯藏期間營養物質消耗。8% CO2處理的淀粉含量和可溶性糖含量顯著高于對照組（P<0.05），而還原糖含量和可溶性固形物低于對照組。氣調貯藏在處理“碭山酥”梨、香菇等果蔬中均有延緩其糖類物質降解的作用[30-31]。

POD 和PPO 雖然作為抗氧化酶參與清除自由基，但兩者在有氧條件下能催化酚類、類黃酮物質的氧化和聚合，導致組織褐變。適宜的CO2處理有助于維持果蔬細胞的氧化還原平衡，同時高CO2造成的環境脅迫，導致果實自由基產生與清除系統失衡，從而需要增強POD、PPO 活性及更多的總酚用于減少氧化損傷[32]。顏征等[33]證實蓮皮中的多酚物質有較強的還原能力和清除DPPH、ABTS+、O2-等自由基的能力。王超[34]發現6% CO2處理促進蘋果細胞膜透性和丙二醛含量上升，加快了膜脂過氧化程度，導致PPO 活性被激發，加速果肉褐變。本研究發現8% CO2處理的POD 和PPO 活性低于對照組，而總酚含量高于對照組，這說明8% CO2氣調可通過抑制蓮皮POD 和PPO活性，從而減緩了蓮皮酚類物質氧化，降低褐變度。

4 結論

本文針對鮮蓮在貯藏過程中易出現褐變和營養物質流失等問題，采用固定5% O2，改變CO2的氣調技術對鮮蓮貯藏保鮮20 d，通過測定分析相關品質指標，得出以下結論：

1）鮮蓮在貯藏期間外觀品質和營養品質的下降是不可避免的，氣調保鮮技術通過調控鮮蓮的生理代謝從而影響其品質變化，該技術促進或延緩鮮蓮品質劣變取決于合理的O2及CO2氣調。

2）隨著貯藏時間的延長，對照和氣調處理組鮮蓮的褐變度、a*值、失重率、蓮肉硬度等均呈上升趨勢，而L*值、表皮脆度、可溶性糖、淀粉、還原糖、總酚、葉綠素等含量均呈下降趨勢，這些指標與蓮肉口感和蓮皮色澤密切相關，通過延緩品質指標的變化可以達到保鮮的目的。

3）4% CO2處理雖可以降低蓮子的失重率和褐變度，但營養物質消耗較為嚴重；8% CO2處理降低了蓮皮褐變度、失重率、還原糖含量及POD和PPO 活性，維持了蓮肉的脆性及淀粉、可溶性糖和表皮葉綠素含量；12% CO2處理使蓮子受到高CO2傷害，褐變現象比對照組更加明顯。

綜上所述，氣調處理對新鮮蓮子貯藏過程中外觀及貯藏品質有顯著影響。在4 ℃、5% O2貯藏條件下，8% CO2處理對維持鮮蓮品質效果相對最佳，可作為一種安全可靠的技術開展應用。