γ-聚谷氨酸對荔枝常溫貨架保鮮效果研究

疏秀林，施慶珊，馮 勁，林小平，歐陽友生，陳儀本

(廣東省微生物研究所，廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室，廣東省微生物應(yīng)用新技術(shù)公共實驗室和廣東省華南應(yīng)用微生物重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，廣東廣州 510070)

γ-聚谷氨酸對荔枝常溫貨架保鮮效果研究

疏秀林，施慶珊*，馮 勁，林小平，歐陽友生，陳儀本

(廣東省微生物研究所，廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室，廣東省微生物應(yīng)用新技術(shù)公共實驗室和廣東省華南應(yīng)用微生物重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，廣東廣州 510070)

為提高荔枝貯藏保鮮質(zhì)量、延長貨架期，研究了生物高分子γ－聚谷氨酸在保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用情況。本論文通過對新鮮荔枝進行γ－聚谷氨酸涂膜處理保鮮實驗，研究常溫貯藏過程中荔枝的生理變化。結(jié)果表明:6g/L γ－聚谷氨酸涂膜處理能夠顯著降低果實的二氧化碳釋放率和乙烯釋放率，防止水分散失，推遲花色素苷的降解，降低多酚氧化酶、過氧化物酶的活性變化，常溫下能夠有效延長荔枝保鮮期4d左右。

荔枝，保鮮，γ－聚谷氨酸，生理生化

荔枝(Litchi chinensis)是中國南方特色水果，在國內(nèi)及國際市場上極具競爭力。荔枝采后貯運最嚴重的一個問題就是果皮褐變，進而品質(zhì)迅速劣變，是導致荔枝貨架壽命短和降低荔枝商品價值的主要因素。誘發(fā)荔枝果實褐變的因素有失水、冷害、熱損傷、病蟲害、乙烯的發(fā)生等。但根據(jù)果實結(jié)構(gòu)和生理特性，荔枝果實褐變的主要原因可分為果皮失水、酶促反應(yīng)和花色素結(jié)構(gòu)的變化及其相互作用［1］。為了解決荔枝果實貯藏的難題，前人相繼采用低溫貯藏、氣調(diào)貯藏、化學藥劑處理、輻照處理和涂膜處理等方法，均取得了一定的效果［2］。近年來在藥物殺菌、薄膜包裝和低溫貯藏等綜合措施方面也取得了突破性進展，但是低溫法、氣調(diào)法和輻射法需大量設(shè)備、投資大、難以普及;化學法保鮮存在化學物質(zhì)殘留的問題;而涂膜保鮮具有成本低廉、工藝簡單、安全性高、保鮮效果較好等優(yōu)點。涂膜是近年興起的保鮮方法之一，選擇純天然、無毒、無害的大分子多糖蛋白類［3－4］、脂類物質(zhì)［5－6］等作為被膜劑，采用浸漬、涂抹、噴灑等方式涂敷于果實表面，形成一層薄薄的透明被膜。該方法可以增強果實表皮的防護作用，適當覆蓋表皮開孔，抑制呼吸作用，減少營養(yǎng)損耗;抑制水分蒸發(fā)，防止皺縮萎蔫;抑制微生物侵入，防止腐敗變質(zhì)。該技術(shù)因其生態(tài)環(huán)保功能逐漸受到人們的重視，對于推動保鮮技術(shù)的進一步發(fā)展具有積極作用。γ－聚谷氨酸［γ－poly(glutamic acid)，γ－PGA］，是由L－谷氨酸、D－谷氨酸通過γ－酰胺鍵結(jié)合形成的一種高分子氨基酸聚合物。γ－PGA具有極佳的成膜性、成纖維性、阻氧性、可塑性、粘結(jié)性、保濕性和可生物降解等獨特的理化和生物學特性，因而具有增稠、乳化、凝膠、成膜、保濕和粘接等功能，是一種對人體和環(huán)境無毒害的生物相溶性新型天然高分子。這些特性決定了γ－PGA在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)保、化妝品工業(yè)、煙草、皮革制造工業(yè)和植物種子保護等領(lǐng)域的廣泛用途［6－7］。有關(guān)γ－PGA作為果蔬保鮮劑的研究國內(nèi)外尚未見報道。本文初步研究了γ－PGA涂膜處理對荔枝貯藏期間生理代謝的影響并探討其原因，以期為改進荔枝果實保鮮技術(shù)提供理論和實踐依據(jù)，為進一步研究和推廣新型果蔬保鮮劑提供參考。

表1 不同處理荔枝褐變指數(shù)Table 1 Apparent changes of Lychee Fruit under different treatments

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荔枝 糯米糍荔枝，購自農(nóng)貿(mào)市場，果皮鮮艷，果實飽滿，色澤、成熟度均勻;γ－PGA干品 本實驗室發(fā)酵、純化并低溫真空干燥［8－9］，為 γ－PGA和γ－PGA鹽的混合物，分子量范圍為65～110ku。

TEL7001CO2測定儀 上海杰魁森實業(yè)有限公司;752紫外分光光度計 廣東環(huán)凱生物技術(shù)有限公司;Pharo 300紫外/可見光分光光度計 德國默克(Spectroquant);烘箱 廣東環(huán)凱生物技術(shù)有限公司; PHSJ－4A PH計 上海雷磁儀器廠;氣相色譜儀GC－2010 Plus、AUY220電子天平 日本島津(Shimadzu)。

1.2 實驗方法

1.2.1 貯藏效果及貨架期觀察 參照張昭其等［10］的方法，每處理隨機抽取60個果實以上檢查好果率和果皮褐變情(0級:全紅;1級:龜裂片尖變褐;2級: 1/3以下變褐;3級:1/3～1/2變褐;4級:1/2以上變褐;5級:完全變褐。按下式計算褐變指數(shù):褐變指數(shù)=∑(褐變級別×果實數(shù))/調(diào)查總果數(shù)。好果率:褐變0級+1級+2級果占調(diào)查總果數(shù)的百分數(shù)(%);貨架期:以好果率90%以上為標準確定，重復3次。

1.2.2 果皮失水率的測定 采用烘干法(80℃)計算果皮的失水率，平行測定5次取平均值。

1.2.3 花色素苷含量測定 采用pH差示法測定花色素苷含量［10］，用蒸餾水作對照，重復 3次取平均值。

1.2.4 多酚氧化酶(PPO)活性測定 參照Jiang［11］的方法，用蒸餾水作對照，重復3次取平均值。

1.2.5 過氧化物酶(POD)活性測定 參照張昭其等［10］的方法，用蒸餾水作對照，重復3次取平均值。

1.2.6 呼吸強度的測定［12］氣流法，將果實置于二氧化碳分析儀中測定果實呼吸所放出的二氧化碳量，并計算二氧化碳的釋放率。

1.2.7 乙烯釋放量的測定［13］測定前4h將荔枝果實置于密封容器內(nèi)，取樣，用氣相色譜儀測定。工作條件:儀器柱溫70℃，檢測室溫度120℃，載氣為Ar，流速20mL/min。

1.2.8 荔枝保鮮方法 將新鮮荔枝先剔除破裂、機械損傷和病蟲果，保留短果枝，除去葉子，晾干表面水分放入冰冷 γ－PGA保鮮液中預(yù)冷并浸泡5～10min，在荔枝表面形成了具有防腐作用的凝膠，再在25℃以下風干后即形成被膜。裝入襯墊有合適厚度(用0.02～0.04mm)聚乙烯薄膜袋籮筐中，不密封，常溫貯藏，實驗設(shè)置γ－PGA的處理濃度為0(對照，以蒸餾水代替)、2、4、6、8、10、12g/L，將新鮮荔枝在每處理重復3次，每次用果1kg。

1.3 數(shù)據(jù)差異性分析

測得的原始數(shù)據(jù)在Microsoft Excel 2003中進行計算和繪圖;各次取樣所有指標的測量值匯總后，在Minitab數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA濃度對荔枝果皮表觀變化的影響

貯藏初期，荔枝的果皮鮮紅，外形完好，肉質(zhì)嫩滑，香甜多汁;密封保藏10d以后，未經(jīng)處理的對照已經(jīng)腐爛，而γ－PGA涂膜密封樣品的色澤、氣味、硬度等感官品質(zhì)變化明顯慢于對照，保存12d以后，其他組的樣品基本變質(zhì)，6g/L γ－PGA的處理果未發(fā)生褐變;16d后，6g/L γ－PGA的處理果發(fā)生變質(zhì)。總體來看，采用 γ－PGA涂膜后的荔枝保鮮期均有所延長。

后續(xù)實驗將采用6g/L的γ－PGA對新鮮荔枝進行涂膜處理，晾干后置于密封袋中常溫保藏，并定期檢測荔枝在貯藏中生理代謝變化。

2.2 γ-PGA涂膜對荔枝果皮褐變的影響

如圖1所示，在常溫條件下，采后荔枝果實褐變指數(shù)迅速增加，12d后對照基本已完全褐變，易裂易碎;但是γ－PGA涂膜后，荔枝果皮第4d才稍微有些褐變，褐變指數(shù)為0.13，好果率為100%，但是果皮一旦開始出現(xiàn)褐斑，則褐變速度加快。常溫保藏10d后γ－PGA處理的好果率仍高于90%，達到貨架期標準，而對照在貯藏6d后好果率僅為87%。相比對照，γ－PGA涂膜處理果的貨架期能延長4d左右。

圖1 γ－PGA處理后荔枝果皮褐變指數(shù)變化Fig.1 Browning index of litchi fruit treated with γ－PGA during storage at room temptation

2.3 γ-PGA涂膜對荔枝呼吸強度和乙烯釋放率的影響

呼吸作用是果蔬采后最主要的生理活動，是生命存在的重要標志。由圖2可以看出，常溫條件下，對照果與γ－PGA處理果呼吸強度的變化趨勢一致。但是，對照果CO2釋放率最高峰出現(xiàn)在第6d，而處理過的最高峰出現(xiàn)在第12d。涂膜處理后的CO2釋放最高峰的來臨比對照推遲6d。貯藏末期，由于果實過度衰老、營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，呼吸強度才表現(xiàn)出一定程度下降。乙烯是調(diào)控果實軟化衰老的關(guān)鍵因子，在果實成熟和衰老過程中起重要作用，此對乙烯代謝的調(diào)控在果實的貯藏保鮮中具有極為重要的意義。γ－PGA處理可以顯著地降低乙烯的釋放速率，從圖3可以看出，荔枝乙烯釋放速率的變化和呼吸強度的變化趨勢相似，整個貯藏期間維持在較低水平，并緩慢波動。推測荔枝經(jīng)γ－PGA保鮮處理后，在果皮表面形成一層薄膜，在一定程度上限制果皮細胞與外界的氣體交換，特別是氧氣對組織細胞的滲透，因而能夠抑制荔枝果實的呼吸強度;乙烯釋放與呼吸強度變化同步。

圖2 γ－PGA涂膜處理后荔枝呼吸強度的變化Fig.2 The change of respiration rate of Lychee fruit under γ－PGA fresh－treatment

圖3 γ－PGA涂膜處理后荔枝乙烯釋放量的變化Fig.3 The change of thylene production of Lychee fruit under γ－PGA fresh－treatment

2.4 γ-PGA涂膜對荔枝果皮含水量的影響

圖4 γ－PGA處理后荔枝果皮含水量Fig.4 The water content of Lychee pericarp under γ－PGA fresh－treatment

由圖4所示，荔枝采后果皮含水量一直呈下降趨勢，對照與處理在采后的含水量均逐漸降低，到末期趨于穩(wěn)定態(tài)。經(jīng)過γ－PGA處理，前4d果皮含水量變化不大，僅有微小波動，4d后果皮含水量才緩慢下降，到第16d，果皮中含水量才低于50%;而未經(jīng)處理的對照，果皮失水持續(xù)加劇，直至采后16d果皮硬化，其含水率僅為達17%。實驗表明，荔枝果實經(jīng)γ－PGA保鮮處理后，在果皮表面形成的涂膜可以阻礙果皮的蒸騰作用，有效地保持采后果實的水分，從而減少水分散失及失重率，避免貯藏過程中因水分喪失導致的果實品質(zhì)下降。但是在常溫下，隨著時間延長，果實自然走向衰老，果皮細胞結(jié)構(gòu)受到破壞，通透性增大，水分蒸騰速率加快的同時，果皮細胞內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，果皮逐漸趨于褐變。

2.5 γ-PGA涂膜后對荔枝果皮花色素苷含量的影響

荔枝果皮顯現(xiàn)紅色主要由于荔枝的果皮液泡中有花色素苷的存在。荔枝果皮紅色的消失是由花色素苷降解或結(jié)構(gòu)變化引起的。如圖5所示，隨著貯藏時間的延長，荔枝果的花色素苷含量下降，經(jīng)過6g/L γ－PGA處理的荔枝前4d花色素苷變化很平穩(wěn)，4d后開始緩慢下降，10d之后明顯下降;而對照2d后花色素苷就迅速下降。

圖5 常溫條件下荔枝果皮花色素苷含量的變化Fig.5 The change of anthocyanogen content of Lychee pericarp at room temperature

2.6 γ-PGA涂膜對荔枝果皮多酚氧化酶活性影響

據(jù)報道，荔枝與荔枝殼褐變其主要是多酚氧化酶引起的酶促褐變［14］，因此酶促褐變的控制已成為食品工業(yè)研究的焦點。

表2 γ－PGA涂膜保鮮處理荔枝各因素間的相關(guān)性Table 2 Correlationship between some parameters of Lychee Fruit after γ－PGA fresh－keeping treatment

在本實驗中，由圖6可以看出，常溫條件下，在褐變程度不同的荔枝果皮中，保鮮處理的荔枝果皮多酚氧化酶活性低于對照。經(jīng)γ－PGA保鮮處理荔枝果皮中的多酚氧化酶活性在初始階段只是很緩慢上升，酶活性高峰出現(xiàn)在第14d，相比對照被推遲了4d左右。

圖6 荔枝經(jīng)γ－PGA處理后果皮中PPO和POD活性變化情況Fig.6 The change of PPO and POD activities of Lychee pericarp under γ－PGA fresh－treatment

實驗表明，荔枝果皮表面的γ－PGA膜具有很強的保護功能，可以在一定程度上減少多酚氧化酶的產(chǎn)生，從而降低由于多酚氧化酶催化降解花色素苷形成褐色物質(zhì)的機會［15－16］。

2.7 γ-PGA涂膜對荔枝果皮過氧化物酶活性的影響

由圖6可以看出，常溫條件下，對照中果皮過氧化物酶酶活性隨時間緩慢上升，10d后活性下降。而經(jīng)保鮮處理的荔枝果皮過氧化物酶活性在果皮褐變過程中變化緩慢，后期略微下降。證明了常溫下γ－PGA涂膜使得過氧化物酶表現(xiàn)較低的活性。

2.8 γ-PGA涂膜后荔枝各生理指標相關(guān)性分析

從表2中可以看出，果皮含水量與PP0的活性、花色素苷含量以及褐變指數(shù)都有非常顯著的關(guān)系，另外，褐變指數(shù)與PPO的活性、花色素苷含量關(guān)系顯著。果皮含水量與花色素苷的含量呈正相關(guān)，果皮中花色素苷的含量隨著果皮含水量的下降而減少;而果皮含水量的與PPO、POD以及呼吸強度、乙烯釋放量、褐變指數(shù)等呈負相關(guān)。

在果皮褐變過程中，有關(guān)PPO活性變化的研究結(jié)果極不一致。有研究者認為PPO活性隨貯藏時間延長而下降［10］;也有研究者發(fā)現(xiàn)PPO活性在貯藏過程中逐漸上升［17］;另一些研究者發(fā)現(xiàn)PPO活性先上升后下降［18］，本實驗的PPO活性在貯藏中逐漸上升。這些矛盾的結(jié)果可能與測定方法以及實驗品種有關(guān)。

3 結(jié)論

涂膜劑濃度的選擇是應(yīng)用過程中最受關(guān)注的問題之一，適宜的涂膜質(zhì)量濃度和浸泡時間隨果蔬品種的變化而變化。本研究在了解γ－PGA特性的基礎(chǔ)上，通過對比實驗，確定6g/L濃度的γ－PGA涂膜處理荔枝有最佳的保鮮效果。實驗證明荔枝果皮經(jīng)6g/L γ－PGA涂膜處理后，在果皮表面形成了一個保護層，可以防止因碰撞、摩擦等造成對果皮表面的損傷，從而減少果皮水分的散失和減緩花色素苷的降解，降低果實呼吸強度、乙烯釋放量與多酚氧化酶等酶活性，所有這些因素綜合在一起，便推遲了荔枝果實褐變與腐爛的發(fā)生與發(fā)展速度，將常溫下荔枝的貨架期延長4天左右。實驗證明，γ－PGA對荔枝貯藏具有一定的保鮮作用，對其保鮮工藝需進一步完善并對其進行深入研究。

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Effects of γ－poly(glutamic acid) on Lychee Fruit shelf－life during normal temperature storage

SHU Xiu－lin，SHI Qing－shan*，F(xiàn)ENG Jing，LIN Xiao－ping，OUYANG You－sheng，CHEN Yi－ben
(Guangdong Institute of Microbiology，Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application，Guangdong Open Laboratory of Applied Microbiology，State Key Laboratory of Applied Microbiology (Ministry—Guangdong Province Jointly Breeding Base)South China，Guangzhou 510070，China)

To improve the shelf－life period and the freshness quality of Lychee Fruit，γ－poly(glutamic acid)，a high－molecule biomaterial，was coated on litchi for fresh keeping and stored at normal temperature.The changes of physiological characteristics in storage were studied.The results showed that the treatment of 6g/L γ－PGA could lessen the loss of water content of litchi pericarp，remarkably degrade the respiration rate and the ethylene production rate，slow down the degradation of anthocyanin content，decrease of PPO and POD activities in the pericarp.This method could prolong the fresh－keeping period about 4 days of Lychee Fruit.

Lychee Fruit;freshness;γ－poly(glutamic acid);physiology

TS205

A

1002－0306(2012)21－0318－05

2012－04－16 *通訊聯(lián)系人

疏秀林(1980－)，女，碩士，主要從事應(yīng)用微生物方面的研究。

廣東省科技計劃項目(2009A010700005);廣州市科技計劃項目－應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項(11C14060684)。