微真空条件对西兰花叶绿素降解与内源抗氧化性的影响

王丽娇，牟其云，李文香*，王士奎，张圣杰

(青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛市现代农业质量与安全工程重点实验室，山东 青岛 266109)

摘 要：为探讨微真空贮藏条件延缓西兰花叶绿素降解的生理机制，以西兰花为材料，在贮藏温度(3.0±0.5)℃、真空压力53.33～66.66kPa的微真空贮藏条件下，对微真空贮藏条件下西兰花叶绿素降解与内源抗氧化酶活性、自由基含量的消长和膜脂过氧化的变化及其相关性进行研究。结果显示：与相同温度条件下的常压贮藏相比，微真空贮藏条件能显著(P＜0.05)延缓西兰花叶绿素的降解速率，提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性，降低O2¯•释放速率及H2O2、丙二醛(MDA)含量，延缓细胞膜渗透率的增加；且叶绿素降解速率与SOD、POD、CAT活性以及叶绿素含量与O2¯•释放速率、H2O2、MDA含量及细胞膜透性均呈显著负相关。

关键词：微真空；西兰花；叶绿素；降解

Effect of Micro-Vacuum Conditions on Broccoli Chlorophyll Degradation and Endogenous Oxidation Resistance

WANG Li-jiao，MU Qi-yun，LI Wen-xiang*，WANG Shi-kui，ZHANG Sheng-jie

(Key Laboratory of Modern Agricultural Quality and Safety Engineering of Qingdao, School of Food Science and Engineering,

Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Abstract：In order to explore the physiological mechanisms of micro-vacuum storage conditions for delaying chlorophyll degradation, broccoli was stored at (3.0 ± 0.5) ℃ and vacuum pressure of 53.33 to 66.66 kPa. The changes of chlorophyll degradation, endogenous antioxidant enzyme activity, free radicals and membrane lipid peroxidation as well as the relationship between chlorophyll degration and these indicators were studied during the micro-vacuum storage. The results showed that vacuum pressure could delay the degradation rate of chlorophyll, improve SOD, POD and CAT activities, reduce the release rate of superoxide anion free radical and H2O2 as well as MDA content, and retard the increase of membrane permeability significantly (P ＜ 0.05) when compared with atmospheric storage at the same temperature. The degradation rate of chlorophyll revealed a significantly negative correlation with SOD, POD and CAT activities, chlorophyll content, superoxide anion free radical release rate, H2O2 and MDA contents, and cell membrane permeability.

Key words：micro-vacuum；broccoli；chlorophyll；degradation

中图分类号：TS255.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)20-0312-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201320065

叶绿素(chlorophyll，Ch1)是绿色植物叶绿体内参与光合作用的重要色素，在光合作用的能量捕获及能量传递中起着重要作用[1]。同时也是与果蔬采后商品性状密切相关的重要色素之一[2]。在果蔬成熟衰老过程中，通常是随着叶绿素的降解，果蔬特有的色泽得以显现，但绿色果蔬其绿色色泽的消退变黄往往是导致品质下降的重要标志。西兰花采后常温条件下呼吸旺盛，极易衰老，叶绿素容易降解使花球变黄，茎和花蕾失水而变的松软，营养成分迅速降解，整棵西兰花常温放置2～3d就开始变黄，严重影响其商品价值[3-6]。关于果蔬的采后衰老，国内外学者相继提出了多种理论。其中，自由基衰老学说是目前公认的主要衰老理论[7]。自由基的衰老学说认为，刚采收的果蔬其体内的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)等内源抗氧化酶活性较高，能及时清除果蔬代谢产生的活性氧，维持活性氧代谢的平衡，不会对果蔬造成伤害；果蔬采后随着贮藏时间的延长，其体内的内源抗氧化酶活性逐渐下降，不能完全清除过量的活性氧，当活性氧的积累超过一定的阀值，即会对细胞膜系统造成伤害，从而加速果蔬的衰老，促进叶绿素的降解。

“微真空贮藏”是在专利(CN 1530290A)[8]技术基础上开发的一种轻度减压贮藏技术，周莎莎等[9]采用微真空设施对莱阳梨进行了贮藏实验，并取得了良好的贮藏效果。本研究将在此基础上通过对微真空贮藏条件下西兰花叶绿素降解与自由基、保护酶及细胞膜膜脂过氧化变化及其相关性的探讨，揭示微真空条件延缓西兰花叶绿素降解的生理机制，为微真空贮藏保鲜机理的探讨及其在其他果蔬的推广应用提供有益的借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘速丰’西兰花购于青岛市城阳区果品批发市场。

1.2 仪器与设备

微真空贮藏设备 青岛农业大学食品科学与工程学院研制；常压冷库 青岛农业大学食品科学与工程学院教学实习基地；电子分析天平 上海奥豪斯国际贸易有限公司；冷冻离心机 上海安亭科技仪器厂；754型紫外-可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司；DDS-11C电导仪 上海精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的预处理

挑选新鲜洁净，花球紧密，无病虫害，成熟度一致，大小适中的西兰花作为实验材料，各取30棵西兰花放入衬有保鲜袋的周转筐内，折口后分别放入微真空贮藏设施和常压冷库中。将微真空设施的压力设为53.33～66.66kPa，温度为(3.0±0.5)℃；控制常压冷库的湿度为85%～95%，温度与微真空贮藏相同。每周随机抽取3棵西兰花，进行各项指标的测定，重复3次，取平均值。

1.3.2 指标测定

叶绿素含量的测定：参照曹建康等[10]的方法；SOD活性测定：参照Sujatha[11]、Lowry[12]等的方法；POD活性测定：参照Ei-hilali等[13]的方法；CAT活性测定：参考Candan等[14]方法测定；细胞膜渗透率：参照曹建康等[10]的方法；丙二醛(MDA)含量测定：采用硫代巴比妥酸比色法；过氧化氢(H2O2)含量测定：参照曹建康等[10]的方法；超氧阴离子自由基(O2－•)产生速率测定：参照曹建康等[10]的方法。

1.4 数据统计分析

采用Excel等数据处理软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 叶绿素含量的变化

图 1 叶绿素含量随贮藏时间的变化

Fig.1 Changes of chlorophyll content under different storage conditions

叶绿素是植物进行光合作用的重要色素物质。新鲜的西兰花中含有大量叶绿素，但随着贮藏时间的延长叶绿素含量下降，导致西兰花褪绿黄化，严重影响西兰花感官品质。从图1可以看出，不同的贮藏条件下叶绿素的含量呈先缓慢后快速的下降趋势，这与韩俊华等[15]的实验结果相一致，且在整个贮藏过程中微真空条件下叶绿素含量下降幅度低于常压贮藏条件。至贮藏结束，微真空条件下的叶绿素含量为0.26mg/g，而常压贮藏条件下为0.16mg/g，二者差异显著(P＜0.05)，表明微真空贮藏能有效抑制叶绿素的降解。

2.2 西兰花SOD活性的变化及其与叶绿素降解速率之间的关系

超氧化物歧化酶(SOD)能够清除超氧阴离子自由基(O2－•)，它与CAT、POD等酶协同作用，来防御活性氧或其他过氧化物自由基对细胞膜系统的伤害，从而减少自由基对有机体的毒害。

图 2 不同贮藏条件下西兰花SOD活性的变化

Fig.2 Changes of SOD activity in broccoli under different storage conditions

由图2可以看出，两种贮藏条件下，西兰花SOD活性均呈先升后降的变化趋势，且在整个贮藏过程中，微真空贮藏条件下的SOD活性始终高于常压贮藏。微真空贮藏条件下，SOD活性至贮藏第28天达到最大值，然后逐渐下降；而常压贮藏条件下，SOD活性于贮藏的第21天达到最大值，且其最大值只有微真空贮藏条件下的89.66%。至贮藏结束时，常压贮藏条件下SOD活性是微真空条件下的78.01%。表明微真空贮藏条件能够显著提高西兰花的SOD活性(P＜0.05)，维持其较高的活性。

图 3 叶绿素降解速率与SOD活性之间的关系

Fig.3 Relationship between chlorophyll degradation rate and SOD activity

由图3可知，两种贮藏条件下叶绿素降解速率与SOD活性之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素降解速率与SOD活性之间的回归方程分别为y1=－0.0026x＋0.0251和y2=－0.0022x＋0.0221，复相关系数分别为0.9683和0.9705。由于两种贮藏条件下叶绿素降解速率与SOD活性之间均呈负相关，结合图2、3可知，微真空条件能够通过提高SOD的活性，延缓西兰花的褪绿黄化。

2.3 西兰花POD活性的变化及其与叶绿素降解速率之间的关系

POD是活性氧自由基清除系统的重要酶之一，在木质素生物合成的最后一步中催化H2O2分解而发挥[16]，为果实衰老的一个指标[17]。

图 4 不同贮藏条件下西兰花POD活性的变化

Fig.4 Changes of POD activity in broccoli under different storage conditions

由图4可以看出，两种贮藏条件下西兰花POD活性均呈先升后降的变化趋势，这与王宏延等[18]采用臭氧处理西兰花的结果相一致。整个贮藏过程中，微真空条件下POD的活性始终高于常压贮藏，贮藏至21d时，两种贮藏条件下西兰花POD活性均达到最大值，且微真空条件下是常压贮藏条件下的1.15倍。表明微真空贮藏条件能抑制西兰花POD活性的下降，保持其较高的POD活性。

由图5可知，两种贮藏条件下叶绿素降解速率与POD活性之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素降解速率与POD活性之间的回归方程分别为y1=－0.00004x＋0.0214和y2=－0.00005x＋0.0253，复相关系数分别为0.8309和0.8788。由于两种贮藏条件下叶绿素降解速率与POD活性之间均呈负相关，结合图4、5可知，微真空条件能通过提高POD活性，延缓西兰花褪绿黄化。

图 5 叶绿素降解速率与POD活性之间的关系

Fig.5 Relationship between chlorophyll degradation rate and
POD activity

2.4 西兰花CAT活性的变化及其与叶绿素降解速率之间的关系

图 6 不同贮藏条件下西兰花CAT活性的变化

Fig.6 Changes in CAT activity in broccoli under different storage conditions

图 7 叶绿素降解速率与CAT活性之间的关系

Fig.7 Relationship between chlorophyll degradation rate and CAT activity

由图6可以看出，两种贮藏条件下西兰花的CAT活性均呈现先升后降的变化趋势，且在整个贮藏过程中，微真空贮藏条件下西兰花CAT活性始终高于常压贮藏。常压贮藏条件下，CAT活性在贮藏的第21天时达到最大值，而在微真空贮藏条件下，CAT活性在第28天达到最大，且常压贮藏最大值仅为微真空贮藏条件下的85%，二者差异显著(P＜0.05)。表明微真空贮藏条件能够显著提高西兰花的CAT活性，保持较高的CAT活性。

由图7可知，两种贮藏条件下叶绿素降解速率与CAT活性之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素降解速率与CAT活性之间的回归方程分别为y1=－0.0006x＋0.0345和y2=－0.001x＋0.0502，复相关系数分别为0.9185和0.9504。由于两种贮藏条件下叶绿素降解速率与CAT活性之间均呈负相关，结合图6、7可知，微真空条件能通过提高CAT活性，延缓西兰花的褪绿黄化。

2.5 西兰花O2－•产生速率的变化及其与叶绿素含量之间的关系

图 8 不同贮藏条件下西兰花O2－•产生速率的变化

Fig.8 Changes of superoxide anion free radical production rate in broccoli under different storage conditions

由图8可以看出，两种贮藏条件下西兰花的O2－•产生速率均呈不断上升的变化趋势，且在整个贮藏过程中，微真空贮藏条件下O2－•产生速率始终低于常压贮藏条件。至贮藏结束时，微真空贮藏条件下O2－•的产生速率是常压贮藏当天的79%，两种贮藏条件下O2－•产生速率差异显著(P＜0.05)。表明微真空贮藏条件能够有效地降低西兰花O2－•的产生速率。

图 9 叶绿素含量与O2－•的产生速率之间的关系

Fig.9 Relationship between chlorophyll content and superoxide anion free radical production rate

由图9可知，两种贮藏条件下叶绿素含量与O2－•产生速率之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素含量与O2－•产生速率之间的回归方程分别为y1=－0.0221x＋0.7077和y2=－0.0216x＋0.7104，复相关系数分别为0.9112和0.9203。由于两种贮藏条件下叶绿素含量与O2－•产生速率之间均呈负相关，结合图8、9可知，微真空条件能通过降低O2－•的产生速率，延缓西兰花的褪绿黄化。

2.6 西兰花H2O2含量的变化及其与叶绿素含量之间的关系

由图10可以看出，两种贮藏条件下西兰花的H2O2含量均呈不断上升的变化趋势，其中微真空贮藏条件下H2O2含量在整个贮藏期均低于常压贮藏条件。至贮藏结束时，微真空条件下H2O2的含量是常压贮藏条件下的82%，两种贮藏条件下H2O2含量的增加速率差异显著(P＜0.05)，表明微真空贮藏条件能够显著抑制西兰花H2O2含量的增加。

图 10 不同贮藏条件下西兰花H2O2含量的变化

Fig.10 Changes of H2O2 content in broccoli under different storage conditions

图 11 叶绿素含量与过氧化氢含量之间的关系

Fig.11 Relationship between chlorophyll content and H2O2 content

由图11可知，两种贮藏条件下叶绿素含量与H2O2含量之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素含量与H2O2含量之间的回归方程分别为y1=－0.0135x＋0.7902和y2=－0.0136x＋0.7948，复相关系数分别为0.9024和0.9455。由于两种贮藏条件下叶绿素含量与H2O2含量之间均呈负相关，结合图10、11可知，微真空条件能通过抑制H2O2的产生，延缓西兰花的褪绿黄化。

2.7 西兰花丙二醛含量的变化及其与叶绿素含量之间的关系

图 12 不同贮藏条件下西兰花MDA含量的变化

Fig.12 Changes of MDA content in broccoli under different
storage conditions

由图12可以看出，两种贮藏条件下西兰花MDA含量均呈不断上升的趋势，在整个贮藏过程中，常压贮藏条件下MDA含量始终高于微真空贮藏条件。在贮藏的前21d，两种贮藏条件下MDA含量上升缓慢，二者差异不显著(P＞0.05)；21d后，常压贮藏条件下MDA含量上升速度明显高于微真空贮藏，至贮藏结束，常压贮藏条件下MDA含量是微真空贮藏下MDA含量的1.28倍，二者差异显著(P＜0.05)。表明微真空贮藏条件能够显著降低西兰花的MDA含量，延缓果实的黄化。

图 13 叶绿素含量与丙二醛含量之间的关系

Fig.13 Relationship between chlorophyll content and MDA content

由图13可知，两种贮藏条件下叶绿素含量与MDA含量之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素含量与MDA含量之间的回归方程分别为y1=－0.2675x＋0.7478和y2=－0.2314x＋0.7208，复相关系数分别为0.9523和0.9373。由于两种贮藏条件下叶绿素含量与MDA含量之间均呈负相关，结合图12、13可知，微真空条件能通过降低丙二醛的含量，延缓西兰花的褪绿黄化。

2.8 西兰花细胞膜渗透率的变化及其与叶绿素含量之间的关系

果蔬组织后熟衰老过程中，细胞质膜功能活性下降，膜通透性增加，通过测定果蔬组织浸提液或外渗液的电导率，可以了解果蔬细胞膜通透性的变化，组织相对电导率越高，说明细胞膜透性越大，细胞膜完整性遭到破坏的程度也就越大。

图 14 不同贮藏条件下西兰花细胞膜渗透率的变化

Fig.14 Changes of relative conductivity in broccoli under different storage conditions

由图14可以看出，两种贮藏条件下的细胞膜渗透率均呈现不断上升的趋势，且整个贮藏过程中，微真空条件下的细胞膜渗透率始终低于常压贮藏，表明微真空能有效抑制细胞膜受到的破坏。

图 15 叶绿素含量与细胞膜渗透率之间的关系

Fig.15 Relationship between chlorophyll content and relative conductivity

由图15可知，两种贮藏条件下叶绿素含量与细胞膜渗透率之间均呈负相关。经线性回归分析，微真空与常压贮藏条件下叶绿素含量与细胞膜渗透率之间的回归方程分别为y1=－0.0282x＋1.1557和y2=－0.0342x＋1.2851，复相关系数分别为0.9203和0.9063。由于两种贮藏条件下叶绿素含量与细胞膜渗透率之间均呈负相关，结合图14、15可知，微真空条件能通过降低西兰花的细胞膜渗透率，延缓西兰花的褪绿黄化。

3 讨论与结论

SOD、POD、CAT是果蔬氧化代谢过程中重要的内源抗氧化酶，其主要功能是清除果蔬代谢过程中产生的过量超氧阴离子，减少其对细胞膜的破坏，延缓西兰花叶绿素的降解。实验过程中发现，贮藏初期，微真空和常温贮藏条件下内源抗氧化酶活性均呈上升的趋势，可能是因为西兰花在采收过程中产生较多的切割伤，由于果蔬自身的修复机制，果蔬本身会通过旺盛的代谢以加快切割伤口的愈合，在此过程中会诱导内源抗氧化酶活性的升高。这与周莎莎等[19]采用微真空设施贮藏莱阳梨的实验结果一致；与胡晓亮等[20]用天然保鲜剂对樱桃番茄的保鲜结果不一致，可能是与果蔬品种有关，具体原因还有待于进一步的探究。

色泽是评价绿色果蔬品质的重要指标之一，也是消费者选择果蔬的重要标准。新鲜西兰花色泽鲜绿，叶绿素含量高；采后随着贮藏时间的延长，其叶绿素不断降解，西兰花花球绿色色泽逐渐消褪变黄。本实验通过对微真空贮藏条件下西兰花叶绿素降解与内源抗氧化酶活性、自由基含量的消长及膜脂过氧化的研究表明，与常压贮藏相比，微真空贮藏条件能显著抑制叶绿素的降解，提高CAT、SOD、POD活性，降低O2－•、H2O2、MDA含量及细胞膜渗透率的增加速率；通过相关性分析表明，叶绿素降解速率与CAT、SOD、POD活性之间、叶绿素含量与O2－•释放速率、H2O2、MDA含量及细胞膜透性之间均呈显著负相关。表明微真空贮藏条件可能通过提高西兰花内源抗氧化酶活性，以减少其自由基的积累，降低西兰花膜脂过氧化程度和对膜透性的影响，从而抑制西兰花叶绿素降解、延缓西兰花的采后衰老进程。

参考文献：

[1] 王宝增. 叶绿素降解代谢的研究进展[J]. 生物学教学, 2010, 35(2): 7-8.

[2] 杨晓棠, 张昭其. 果蔬采后叶绿素降解与品质变化的关系[J]. 果蔬学报, 2005, 22(6): 691-696.

[3] MA Gang, WANG Ran, WANG Chengrong, et al. Effect of 1-methylcyclopropene on expression of genes for ethylene biosynthesis enzymes and ethylene receptors in post-harvest broccoli[J]. Plant Growth Regulation, 2009, 57(3): 223-232.

[4] MA Gang, WANG Ran, WANG Chengrong, et al. Effect of 1-methylcyclopropene on the antioxidant enzymes of broccoli flower buds senescing during storage[J]. Japan Crop Science, 2007, 224(9): 274-275.

[5] 徐斐燕, 蒋高强, 陈健初. 臭氧在鲜切西兰花保鲜中应用的研究[J]. 食品科学, 2006, 27(5): 254-257.

[6] 庄荣福, 胡维骥, 林光荣, 等. 辐射对青花菜生理生化指标及保鲜效果的影响[J]. 亚热带植物科学, 2002, 31(3): 16-18.

[7] 班兆军, 冯建华, 徐新明. 果蔬衰老机理研究简述[J]. 中国果菜, 2011(1): 55-56.

[8] 王世清. 微真空贮藏设施: 中国, CN 1530290A[P]. 2004-09-22.

[9] 周莎莎, 吴爱现, 李文香. 微真空贮藏条件对莱阳茌梨保鲜效果的影响[J]. 食品科学, 2011, 32(12): 320-323.

[10] 曹建康, 姜微波, 赵玉梅. 果蔬采后生理生化实验指导[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2007: 32-34; 116-120; 152-154.

[11] SUJATHA V, KORDE J P, RASTOGI S K. Amelioration of heat stress induced disturbances of the antioxidant defense system in broilers[J]. Veterinary Medicine Animal Health, 2010, 2(3): 18-28.

[12] LOWRY O H, ROSENBROUGH J J, FARR A L. Estimation of protein with the folin-phenol reagent[J]. Biological Chemical, 1951, 193: 265-275.

[13] EI-HILALI F, AIT-OUBAHOU A. Chilling injury and peroxidase activity changes in “Fortune” mandarin fruit during low temperature storage[J]. Plant Physiology, 2003, 29(1/2): 44-54.

[14] CANDAN N, TARHAN L. Relationship among chlorophyllcarotenoid content, antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation levels by Mg deficiency in the Mentha pulegium leaves[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2003, 41: 35-40.

[15] 韩俊华, 周君, 牛天贵. 乙醇对鲜切西兰花抗氧化酶及叶绿体超微结构的影响[J]. 食品科学, 2008, 29(3): 283-287.

[16] BRUCE R J, WEST C A. Elicitation of lignin biosynthesis and
isoperoxidase activity with induced systemic resistance of cucumber to colletotrichum lagenarium[J]. Physiological and Molecular Plant Pathology, 1982, 20(8):73-82.

[17] 吴锦程, 陈群, 唐朝晖. 外源水杨酸对冷藏枇杷果实木质化及相关酶活性的影响[J]. 农业工程学报, 2006, 22(7): 175-179.

[18] 王宏延, 曾凯芳, 贾凝. 不同质量浓度臭氧化水对鲜切西兰花贮藏品质的影响[J]. 食品科学, 2012, 33(2): 267-271.

[19] 周莎莎, 岳本芳, 李文香. 微真空贮藏条件对莱阳梨果实膜脂过氧化的影响[J]. 食品与生物技术学报, 2012, 31(4): 423-428.

[20] 胡晓亮, 周国燕. 四种天然保鲜剂对樱桃番茄的贮藏保鲜效果[J]. 食品科学, 2012, 33(10): 287-292.