贮前热水处理对‘红阳’猕猴桃果实冷害的影响

马秋诗,饶景萍*,李秀芳,孙振营,索江涛

(西北农林科技大学园艺学院,陕西 杨凌 712100)

 

摘 要:以‘红阳’猕猴桃果实为试材,研究贮前3 种不同温度((35±1)、(45±1)、(55±1) ℃)热水处理10 min对‘红阳’猕猴桃果实冷害的影响。结果表明:(35±1) ℃和(45±1) ℃处理可以有效地降低‘红阳’猕猴桃果实冷害率和冷害指数,显著减少膜脂过氧化产物丙二醛的积累和抑制相对细胞膜透性的增加,有效地抑制果实呼吸速率和乙烯释放速率,保持较高的过氧化物酶活性,降低多酚氧化酶活性,并在贮藏末期保持较好的果实品质。(55±1) ℃热水处理加重了‘红阳’猕猴桃果实的冷害,并产生了与前两个热水处理相反的生理效应。3 种不同温度热水处理中,(45±1)℃热处理10 min对控制‘红阳’猕猴桃果实冷害的效果最显著。

关键词:采后;猕猴桃;果实;热水处理;冷害

 

Effect of Prestorage Hot Water Treatments on Chilling Injury in Hongyang Kiwifruit

 

MA Qiu-shi, RAO Jing-ping*, LI Xiu-fang, SUN Zhen-ying, SUO Jiang-tao

(College of Horticulture, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

 

Abstract: The effects of three different prestorage hot water treatments [(35±1), (45±1) and (55±1) ℃] on chilling injury in ‘Hongyang’ kiwifruits were investigated. The results showed that both (35±1) and (45±1) ℃ treatments could significantly reduce chilling injury index and chilling injury incidence, inhibit the accumulation of malonaldehyde and the increase in membrane permeability and decrease respiratory rate and ethylene production rate. Moreover, these two treatments maintained higher peroxidase (POD) activity and lower polyphenol oxidase (PPO) activity. These kiwifruits retained better commercial quality at the end of storage. However, (55±1) ℃ treatment aggravated chilling injury in ‘Hongyang’ kiwifruits and resulted in the opposite physiological effects in comparison with two other treatments. This study suggests that dipping in (45±1) ℃ hot water for 10 min is the most effective against chilling injury in ‘Hongyang’ kiwifruits.

Key words: postharvest; kiwifruit; fruit; hot water treatment; chilling injury

中图分类号:S609.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2014)14-0256-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201414049

猕猴桃是典型的呼吸跃变型果实,为皮薄汁多的浆果,常温条件下贮藏其果实成熟衰老速度非常快且极易软化腐烂,采后损失率非常高。低温冷藏可降低猕猴桃采后的呼吸作用和内源乙烯的生成,有利于降低生理代谢速度及保持营养物质的相对稳定,延缓衰老;抑制病菌的繁殖,减少因此而引起的腐烂。然而,猕猴桃果实对低温较敏感,在冰点以上低温环境中容易发生代谢失调和细胞伤害,冷害导致果实抗病性和耐藏性下降,损失严重。Lallu[1]发现,在-0.8 ℃的条件下贮藏24 周,高达98%的猕猴桃会出现冷害。因此,研究猕猴桃果实冷害、冷害调控技术及发生机理,寻找安全、有效的贮藏保鲜方法,对减少经济损失,促进猕猴桃产业发展具有重要意义。

近年来,果蔬采后冷害发生机制以及调控措施成为国内外采后贮藏技术领域的研究新热点,诸多科学家和研究人员一直在不断地探索控制冷害的技术,以期延长冷敏性果蔬的贮藏寿命。由于采后热处理具有无毒、无污染、环保健康等优点,因此受到国内外研究者的高度重视。热处理技术一般是指采用35~60 ℃的热空气、热蒸汽或热水对采后果蔬进行处理,旨在抑制果蔬后熟、延缓衰老、控制病虫害、延长贮藏寿命[2]。热处理是目前采后处理的一种常用方法,可以通过直接杀死病菌并刺激宿主提高对病原菌的应激能力,从而达到抑制果蔬采后病害的效果[3]。目前通常采用的热处理方式有:热水浸蘸法、热水冲刷法、热蒸汽法和热空气法。很多研究表明,使用热水浸蘸法和热水冲刷法处理果蔬比较好,因为与其他需要长时间的处理方式相比,这种短时间的处理不会改变果蔬的品质[4]。在冷藏前进行热处理可减轻一些果蔬的冷害症状,例如柑橘[5]、石榴[6]、番茄[7]、香蕉[8]和黄瓜[9]等,但是热处理能否提高猕猴桃果实的抗冷性还未见有报道。

因此,本实验选取冷敏感性较强的猕猴桃品种‘红阳’果实为试材,研究贮前热水处理对其冷害的影响,以期为降低猕猴桃果实低温贮藏期间的冷害发生提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

猕猴桃品种‘红阳’果实,于2012年9月14日采自陕西省眉县首善镇第五村一管理良好的果园,果实采后当天运回西北农林科技大学园艺学院采后实验室。

0.03mm的聚乙烯保鲜袋购自国家农产品保鲜工程中心。

1.2 仪器与设备

HH-S4型电热恒温水浴锅、7001型CO2分析仪 美国
Telaire公司;TRACE GC ULTRA型气相色谱仪 日本Shimadzu公司;FT-327型硬度计 意大利Fruit Test公司;WYT-4型手持测糖仪 上海精密仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 果实处理方法

在果实可溶性固形物含量(soluble solids content,SSC)达到6.5%~7.5%时采收,选择大小均匀、无病虫害、无机械损伤的果实,随机分成4 组,每组3 个重复,每个重复用果600 个,分别进行如下处理:A:对照(CK):室温清水处理10 min,阴干后入冷库;B:(35±1)℃热水处理10 min,阴干后入冷库;C:(45±1)℃热水处理10 min,阴干后入冷库;D:(55±1)℃热水处理10 min,阴干后入冷库。

热水处理采用恒温水浴锅进行,冷库条件:(0±1)℃,相对湿度(90±5)%。所有处理的果实均放入0.03 mm的聚乙烯保鲜袋中,待果实入库完全冷却后再封口。

以上4 组果实每10 d取样测定相关指标,将用于相关酶活性测定的样品用液氮速冻,-80 ℃超低温保藏。同时每重复取15 个果实于室温20 ℃放置5 d,用于统计冷害率和冷害指数。入贮后从各处理重复中随机取100 个果实,用于出库后质量损失率和好果率的统计。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 冷害指数和冷害率

参照Yang Qingzhen等[10]的方法。将室温放置5 d的果实均匀横切成三等份,根据横切面的冷害情况统计果实冷害指数。冷害程度分为5 级:0级,无冷害发生;1级,冷害发生面积≤20%;2级,冷害发生面积在20%~40%之间;3级,冷害发生面积为40%~60%;4级,冷害发生面积≥60%。按公式(1)、(2)计算冷害指数和冷害率:

644328.jpg (1)

644345.jpg (2)

1.3.2.2 呼吸速率和乙烯释放速率

呼吸速率的测定参照董晓庆等[11]的方法,用CO2分析仪测定,单位为mg CO2/(kg•h);乙烯释放速率(单位为μL/(kg•h))用气相色谱仪进行测定;载气为N2;GDX-502 色谱柱;柱长2 m;柱温70 ℃;进样口温度70 ℃;氢气流量0.7 kg/cm2;空气流量0.7 kg/cm2;氮气流量1.0 kg/cm2;氢火焰离子化检测器检测;检测室温度150 ℃。

1.3.2.3 果实硬度、SSC、质量损失率和好果率

果肉硬度采用探头直径11 mm、测定深度8 mm的硬度计测定,测果实赤道部两侧去皮果肉硬度,单位为kg/cm2;SSC采用手持测糖仪测定。贮藏结束时按公式(3)、(4)统计质量损失率和好果率。

644364.jpg (3)

644381.jpg (4)

1.3.2.4 相对细胞膜透性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量

相对细胞膜透性的测定采用电导率法,以相对电导率为衡量指标;MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸比色法,单位为nmol/g。

1.3.2.5 过氧化物酶(peroxidase,POD)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的活性

参照曹建康等[12]的方法。POD以每克果肉每分钟OD470 nm值变化1为一个酶活单位,以U/g表示其活性变化;PPO以每克果肉每分钟OD420 nm值变化1为一个酶活单位,以U/g表示其活性变化。

1.4 数据处理

采用Excel 2003软件进行分析,并用SPSS 18.0软件进行显著性统计分析,采用Duncan法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 采后热处理对‘红阳’果实冷害的影响

猕猴桃果实是一种冷敏感果实,在低温条件下贮藏容易发生冷害[1,13-15]。冷害症状在低温贮藏时无明显表现,但当移至20 ℃后熟时,冷害症状逐步表现出来。‘红阳’果实的冷害症状主要表现为果面褐化和皮下果肉组织的木质化。如图1所示,‘红阳’果实冷藏90 d并在20 ℃后熟5 d后,对照A果实的果面有明显的褐化现象,皮下果肉组织也出现较为严重的木质化症状。(35±1)℃热水处理B与对照相比有较明显的抑制冷害的效果,其皮下果肉组织仅有离散的木质化现象出现。(45±1)℃热水处理C效果最好,冷害率低,表现极轻微的冷害症状。效果最差的是(55±1)℃热水处理D,其果面严重褐化,还带有烫伤的红褐色斑痕,皮下果肉组织的木质化现象比对照严重。

mqs-t1a.tif

a

A

B

C

D

mqs-t1b.tif

b

A

B

C

D

 

A. 对照;B.(35±1)℃热水处理10 min ;C.(45±1)℃热水处理。10 min;D.(55±1)℃热水处理10 min。下同。

图 1 ‘红阳’果实0 ℃贮藏90 d后20 ℃后熟5 d时果面(a)和
皮下果肉组织(b)的冷害症状

Fig.1 Chilling injury symptoms on skin (a) and pulp tissue (b) of ‘Hongyang’ kiwifruit after 90 days at 0 ℃ and 5 days at 20 ℃

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图 2 不同热处理对‘红阳’果实冷害指数的影响

Fig.2 Effect of different heat treatments on chilling injury index of ‘Hongyang’ kiwifruit

由图2可知,‘红阳’果实在(0±1) ℃条件下贮藏时,对照果实40 d即开始出现冷害,且随着贮藏时间的延长,冷害现象愈加严重。在冷藏60 d后,对照A的冷害指数显著高于同期处理B和C(P<0.05),说明贮前适当的热水处理可以有效抑制‘红阳’果实冷害的发生。在整个冷藏过程中,处理C的冷害指数一直保持在较低水平,且在冷藏70 d后,处理C的冷害指数显著低于同期其他处理(P<0.05),由此可见,(45±1)℃热水处理抑制‘红阳’猕猴桃果实冷害发生的效果最好。

从图3可以看出,在(0±1)℃贮藏70 d后,处理B和C与对照A的冷害发生率有显著差异(P<0.05)。在贮藏末期(90 d),处理C的冷害率仅为30.0%,比对照A的冷害率66.7%降低了55.0%,有效地抑制了‘红阳’果实冷害的发生。但是处理D的冷害率显著高于同期其他处理(P<0.05),比对照A增加了24.9%,这说明不适宜的热处理反而加重冷害的发生。

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图 3 不同热处理对‘红阳’果实冷害率的影响

Fig.3 Effect of different heat treatments on chilling injury incidence of ‘Hongyang’ kiwifruit

2.2 采后热处理对‘红阳’果实呼吸速率和乙烯释放速率的影响

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图 4 不同热处理对‘红阳’果实呼吸速率的影响

Fig.4 Effect of different heat treatments on respiratory rate of ‘Hongyang’ kiwifruit

由图4可知,低温贮藏可以降低果实的呼吸速率。在经过1 d的低温贮藏后,对照A果实的呼吸速率由14.50 mg CO2/(kg•h)降至6.73 mg CO2/(kg•h),处理果实的呼吸速率也有大幅度降低,但比对照A果实的呼吸速率略微高一些。在贮藏至第10天时,各处理果实均出现呼吸高峰,处理B和C的峰值显著低于对照A
P<0.05),且处理之间也有显著差异(P<0.05)。经过呼吸高峰后,各处理果实的呼吸速率均呈逐渐下降的趋势,并在后期一直维持在较低水平;在此期间,处理C的呼吸速率一直低于同期其他处理,但处理D的呼吸速率相对于同期其他处理而言是最高的。

各处理果实在贮藏期间乙烯释放速率均呈现先上升后下降的趋势(图5),在贮藏至第50天时,各处理乙烯释放速率均达到峰值,且相互之间差异显著
P<0.05)。处理B和C对果实的乙烯释放速率有明显的抑制作用,表现在显著降低峰值,但并不改变乙烯峰出现的时间。处理D的乙烯释放速率一直高于同期其他处理。

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图 5 不同热处理对‘红阳’果实乙烯释放速率的影响

Fig.5 Effect of different heat treatments on ethylene production rate of ‘Hongyang’ kiwifruit

2.3 低温贮藏90 d后不同处理对‘红阳’果实硬度、SSC、质量损失率和好果率的影响

表 1 低温贮藏90 d后不同热处理对‘红阳’果实硬度、SSC、
质量损失率和好果率的影响

Table 1 Effect of different heat treatments on firmness, SSC, weight loss rate and accepted fruit percentage of ‘Hongyang’ kiwifruits during low temperature storage

处理

硬度/(kg/cm2)

SSC/%

质量损失率/%

好果率/%

A

1.45±0.18c

14.09±0.07c

1.19±0.01c

28±3c

B

2.15±0.12b

14.81±0.12b

0.95±0.01b

48±3b

C

2.63±0.07a

15.61±0.08a

0.89±0.02a

57±4a

D

1.24±0.13c

13.52±0.26d

1.31±0.01d

8±1d

 

注:A.对照;B.(35±1) ℃热水处理10 min;C.(45±1) ℃热水处理10 min;D.(55±1) ℃热水处理10 min。同列数据后不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。

 

果实硬度和SSC是反映果实耐贮性、衡量果实品质的主要指标。从表1可以看出,在贮藏结束(90 d)时,处理B和C均保持较高的果实硬度和SSC,且与对照A有显著性差异(P<0.05),说明这两种热处理都有显著的抑制‘红阳’果实软化、保持果实品质的效果,尤以处理C的效果最明显。但处理D的果实硬度和SSC均低于对照A,其中SSC与A有显著差异,说明不适宜的热处理会降低果实品质,缩短其贮藏期。

果实在贮藏期间水分的不断丧失是果实质量损失的主要原因。有研究表明,减少果实水分丧失会减轻冷害的发生[16-17],从而果实水分丧失被认为是冷害发生的先兆[18]。与对照A相比,处理B和C均显著降低了‘红阳’猕猴桃果实的质量损失率,并显著提高了其好果率
P<0.05),且处理之间也有显著差异(P<0.05),而处理D则表现相反的作用。

2.4 采后热处理对‘红阳’果实细胞膜相对电导率和MDA含量的影响

在整个贮藏过程中,处理B和C的细胞膜相对电导率一直低于对照A(图6),且在贮藏中后期(40~90 d)与对照差异显著(P<0.05),处理之间也有显著差异
P<0.05)。这说明适宜温度的热水处理有效地减轻了由冷害导致的膜损伤。相反,热水处理D的细胞膜相对电导率性相对于同期其他处理,一直处于最高水平。

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图 6 不同热处理对‘红阳’果实细胞膜相对电导率的影响

Fig.6 Effect of different heat treatments on membrane permeability of ‘Hongyang’ kiwifruit

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图 7 不同热处理对‘红阳’果实MDA含量的影响

Fig.7 Effect of different heat treatments on malondialdehyde content of ‘Hongyang’ kiwifruit

MDA常用来表示采后果实衰老或冷害发生过程中细胞膜脂过氧化程度和逆境伤害的程度[19]。MDA含量的变化与细胞膜相对电导率类似(图7)。从贮藏40 d开始处理与对照就有了显著差异(P<0.05),且处理D和对照A的MDA含量的增加幅度较大,处理B和C的MDA含量一直处于较低水平,变化较为平缓。这些数据表明处理B和C对于维持细胞膜的完整性有着较大的作用。

2.5 采后热处理对‘红阳’果实POD和PPO活性的影响

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图 8 不同热处理对‘红阳’果实POD活性的影响

Fig.8 Effect of different heat treatments on POD activity of
‘Hongyang’ kiwifruit

如图8所示,在整个贮藏期间,各处理果实POD的活性均呈现先上升后下降的趋势。处理B和C与对照A相比促进POD活性升高并抑制其后期活性降低,且活性高峰比对照A和处理D提前10 d到来,各处理间差异显著(P<0.05)。

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图 9 不同热处理对‘红阳’果实PPO活性的影响

Fig.9 Effect of different heat treatments on PPO activity of
‘Hongyang’ kiwifruit

冷害会导致果肉褐变,而褐变主要是酚类物质在PPO参与下的氧化结果。由图9可知,对照A和处理D的PPO活性一直维持在较高水平,活性高峰比同期其他处理提前10 d,于贮藏40 d时到来。处理D的峰值显著高于其他处理(P<0.05),处理C有着显著降低果实PPO活性高峰的作用(P<0.05)。

3 讨论与结论

猕猴桃果实具有独特的风味、较高的营养价值及保健价值,深受消费者的喜爱。猕猴桃果实采后常温下极易软化,冷藏虽能有效抑制采后果蔬的软化,但又容易发生冷害。随着采后贮藏保鲜技术的发展,冷敏性果蔬的耐冷能力也有所提高。目前,热处理技术已成为减轻冷敏性果蔬冷害发生的有效措施。大量研究表明,热处理的温度、时间和处理方法要因果蔬的种类和品种不同而异,以避免不适宜的热处理的副作用[8]。这些副作用既表现为表皮褐化、凹陷,果肉组织烫伤等外部伤害,又表现为果实不正常软化、淀粉不能正常分解、组织内部形成孔腔等内部伤害[20]。在本实验中,(55±1) ℃热水处理果实由于受到高温伤害,其表皮出现烫伤的红褐色斑痕,内部组织异常软化,代谢紊乱,进而加重果实冷害的发生。本研究发现,适宜的贮前热水处理可以减轻‘红阳’猕猴桃果实的冷害,保持果实良好的品质;不适宜的贮前热水处理反而加重果实冷害,在贮藏末期丧失果实的商品价值。这与在柑橘上的研究结果[5]一致。

冷敏性植物在不适宜的低温条件下,细胞膜的完整性和其结构最先发生变化[3]。电解质的外渗,MDA含量的变化,都是膜损伤的直接反应[21]。本实验中,对照果实和(55±1)℃热水处理果实的细胞膜相对电导率和MDA含量在贮藏40 d后急剧增长,结合冷害指数和冷害率可知,此时冷害刺激使其细胞膜发生相变,膜结构受损,进而导致生理紊乱。而(35±1) ℃热水处理和(45±1) ℃热水处理延缓了细胞膜的损伤,降低了膜损伤的程度,维持细胞膜的完整性,进而提高了‘红阳’猕猴桃果实的耐冷能力。这与在甜柿[22]和香蕉[23]上的研究结果相一致。

冷害使冷敏性果蔬的细胞膜受到伤害后,紧随而来的伤害是植物细胞活性氧的代谢失调。低温胁迫导致活性氧含量迅速增加,并进一步加剧膜损伤。POD是细胞内清除活性氧的保护酶之一,可避免低温胁迫下活性氧在植物体内的产生和积累导致的伤害,POD活性与植物的抗冷性密切相关[24]。在果实的低温贮藏中,POD的作用较为复杂。一般来说,人们把POD归在自由基清除酶一类,认为它具有保护作用;但也有不少人报道POD在低温胁迫下导致植物褐变,加重冷害,具有伤害作用。本研究发现,与对照相比,(35±1) ℃热水处理和(45±1) ℃热水处理的猕猴桃果实POD的活性一直维持在较高水平,其冷害症状也较轻,说明POD对于清除猕猴桃体内活性氧有着较好的作用,减轻了冷害。这与在番茄[25]和樱桃[26]上的实验结果相似。

果蔬组织褐变的主要原因是酚类物质在PPO催化下发生氧化,在正常组织中,酚类物质和PPO是区域分布的,当细胞膜遭到破坏后会使PPO和酚类物质接触,从而导致褐变的发生[27]。在本实验中发现,(35±1) ℃热水处理和(45±1)℃热水处理显著降低了PPO活性,并推迟其高峰到来的时间,有助于抑制果肉的褐变,减轻其冷害发生。这与有效地降低甜柿中PPO的活性,延缓了果实的褐变,使冷害症状得以减轻[22];降低杧果PPO活性,有效地抑制褐变相关酶活性,延缓了果实冷害的发生[28]的报道相一致。

在许多冷敏性植物中,呼吸速率的提高可以作为冷害发生的标志[5],冷害的发展伴随着乙烯的大量生成[3]。本研究中,猕猴桃果实贮藏10 d时即出现呼吸高峰,这可能是果实在低温胁迫下一种本能的自我保护反应,预示冷害的即将发生;在冷害症状开始表现的时候,乙烯大量释放,随着冷害的加剧,乙烯释放量急剧减少,直到很低的水平,这说明当低温胁迫超过一定限度的时候,乙烯生成量会迅速降低。在整个贮藏过程中,(35±1) ℃热水处理果实和(45±1) ℃热水处理果实的呼吸速率和乙烯释放量一直低于对照,说明这两种处理可以减轻猕猴桃果实的冷害。相反,(55±1) ℃热水处理果实的呼吸速率和乙烯释放量一直高于同期其他处理,加剧了果实的冷害发生。这与在柑橘[5]和杧果[28]上的研究结果相似。

SSC是植物细胞重要的渗透调节物质,能够增加胞内溶质浓度,降低细胞的冰点,提高植物的耐冷能力,缓解冷害的发生[28-29]。植物采后失水会导致其出现萎蔫、疲软的状态,降低品质,还会加重冷害的发生[16-17]。在本研究结果中,(35±1) ℃热水处理和(45±1) ℃热水处理果实在出库时保持着较高的硬度和SSC,失水较少,好果率也较高,其中又以(45±1) ℃热水处理为最好。(55±1) ℃热水处理果实在贮藏结束时各项指标均不及对照,同时果皮褐化严重,丧失商品价值。

本实验研究发现,采用适宜的贮前热水处理可以保持果实细胞膜的完整性,提高保护酶的活性,从而减轻‘红阳’猕猴桃果实冷害的发生。而不适宜的贮前热水处理会加重果实的冷害,在贮藏末期丧失商品价值。综合评定在所设计的3 个热处理中,(45±1) ℃热水处理10 min后入(0±1) ℃冷库贮藏对‘红阳’猕猴桃果实冷害的控制效果最为显著。

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收稿日期:2013-08-28

基金项目:陕西省科技统筹创新工程计划项目(2012KTJD03-05)

作者简介:马秋诗(1990—),女,硕士研究生,研究方向为采后生理及贮藏保鲜。E-mail:ma_qiushi@163.com,

*通信作者:饶景萍(1957—),女,教授,硕士,研究方向为采后生理及贮藏保鲜。E-mail:dqr0723@163.com