氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝影響的多變量解析

李麗萍, 張 萌, 何欣萌, 楊宏偉, 張成金

（1.北京工商大學(xué)食品學(xué)院/北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝影響的多變量解析

李麗萍1,2, 張 萌1, 何欣萌1, 楊宏偉1, 張成金1

（1.北京工商大學(xué)食品學(xué)院/北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

探討了氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝的影響。單因素方差分析顯示，常溫下臭氧顯著抑制了草莓果實(shí)腐爛指數(shù)和呼吸強(qiáng)度的升高，而在低溫下顯著抑制了腐爛指數(shù)、丙二醛的上升，氮?dú)鈩t抑制了常溫下果實(shí)腐爛指數(shù)和丙二醛的上升，加速了過(guò)氧化氫含量的下降。主成分分析結(jié)果也表明，臭氧處理有利于草莓的保鮮。偏最小二乘回歸分析得出，腐爛指數(shù)與呼吸強(qiáng)度、花青素、脂氧合酶活性、超氧化物歧化酶活性呈正相關(guān)，與過(guò)氧化氫酶活性、羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力呈負(fù)相關(guān)；過(guò)氧化氫與過(guò)氧化物酶活性、多酚氧化酶活性呈正相關(guān)。通徑分析顯示，呼吸強(qiáng)度、DPPH自由基清除能力、羥自由基清除能力、抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性為草莓腐爛指數(shù)的直接作用因子，總酚、還原力、多酶氧化酶活性均對(duì)其起負(fù)間接作用；谷胱甘肽、超氧化物歧化酶活性、過(guò)氧化物酶活性為過(guò)氧化氫的直接作用因子，多酚氧化酶活性、抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性、DPPH自由基清除能力、超氧陰離子清除能力均為過(guò)氧化氫的間接作用因子。

草莓；氣體沖擊；品質(zhì)；活性氧

草莓（Fragaria ananassa Duc.）含水量高，組織嬌嫩，外皮無(wú)保護(hù)作用，因而在采收和貯運(yùn)中易受損傷，極不耐貯藏，嚴(yán)重制約了其運(yùn)輸和銷售［1］。目前草莓的保鮮方法有很多，如鈣和熱預(yù)處理［2］、高能電子束輻照［3］、氣調(diào)包裝［4］、植酸處理［5］等。氣體沖擊處理是一種物理保鮮方法，利用低氧環(huán)境可抑制果蔬有氧呼吸、減少糖分等有機(jī)物消耗的原理，從而達(dá)到保鮮的目的。已有研究報(bào)道，利用短時(shí)氣體沖擊處理可有效地提高鱷梨［6］和青蘋(píng)果［7］的貯藏效果，但對(duì)草莓的保鮮少有報(bào)道。

活性氧影響果實(shí)成熟衰老和品質(zhì)變化，李英華等［8］探討了采后正己醇處理對(duì)草莓果實(shí)活性氧代謝和衰老的影響；郭紅蓮等［9］以草莓懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞為對(duì)象，研究了殼寡糖處理對(duì)活性氧代謝的效應(yīng)；陳學(xué)紅等［10］研究了高氧處理對(duì)草莓果實(shí)采后活性氧代謝和腐爛的影響；彭淼等［11］探討了鈣對(duì)干旱脅迫下草莓SOD、CAT、PPO活性的影響。但關(guān)于多種氣體沖擊處理對(duì)草莓品質(zhì)與活性氧代謝的相關(guān)性分析，目前未見(jiàn)報(bào)道。

目前對(duì)果蔬保鮮的研究方法主要有單因素方差分析法［12］、主成分分析法［13］、相關(guān)性分析［14］、偏最小二乘法回歸［15］、通徑分析［16］，然而綜合運(yùn)用這幾種統(tǒng)計(jì)方法的卻極少［17-18］，并且對(duì)草莓活性氧代謝的研究未見(jiàn)報(bào)道。本研究綜合運(yùn)用單因素方差分析法、主成分分析法、偏最小二乘法回歸、通徑分析四種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了氣體沖擊處理對(duì)草莓品質(zhì)和活性氧代謝相關(guān)指標(biāo)的影響及其相關(guān)性，以期獲得高效的草莓保鮮技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

草莓品種為湖北武漢的“法蘭地”草莓，采摘24 h內(nèi)運(yùn)至北京，選擇無(wú)傷害、同等成熟度、均勻大小的果實(shí)，放置到帶孔的塑料保鮮盒中。設(shè)計(jì)4組處理：對(duì)照組（即不做處理），臭氧組（儀器功率為15 W，臭氧質(zhì)量濃度為3.57 mg/L，常溫20℃沖擊15 min，密封保存），二氧化碳組（二氧化碳沖擊15 min，密封保存）和氮?dú)饨M（氮?dú)鉀_擊15 min，密封保存）。定期取樣分析，取樣天數(shù)為0，4（20℃），8 d（1℃）。

1.2 試劑

三吡啶三吖嗪（TPTZ）、2，2′-聯(lián)氮-雙-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）、二苯代苦味?；―PPH）等均為分析純，購(gòu)于Sigma-Aldrich公司。其他試劑均為分析純。

1.3 儀器

TB-214型分析天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；T25型分散機(jī)，德國(guó)Ultra-turrax公司；F-80C型制冰機(jī)，北京博威興業(yè)科技發(fā)展有限公司；Eppendorf 5810R型離心機(jī)，德國(guó)Eppendorf公司；UV -2450型分光光度計(jì)，日本島津公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

腐爛指數(shù)按式（1）計(jì)算。腐爛指數(shù)=（0×a+1×b+2×c）/2/（a+b+c）。（1）其中，a為好果數(shù)；b為壞果但未霉變的果數(shù)；c為壞果且霉變的果數(shù)。

1.4.2 呼吸強(qiáng)度測(cè)定

呼吸強(qiáng)度測(cè)定參考靜置堿液吸收法［19］。

1.4.3 總酚、總黃酮含量測(cè)定

總酚含量參照文獻(xiàn)［20］的方法測(cè)定。總黃酮參照文獻(xiàn)［21］的方法進(jìn)行，以蘆丁作標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品中總酚含量換算為每克鮮重樣品中蘆丁的含量（μg/g）。

1.4.4 花青素含量測(cè)定

花青素含量測(cè)定參照文獻(xiàn)［22］的方法。以天竺葵-3-葡萄糖苷作標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品的花青素含量換算為每克鮮重樣品中天竺葵-3-葡萄糖苷的含量（mg/g）。

1.4.5 谷胱甘肽含量測(cè)定

谷胱甘肽（GSH）參照文獻(xiàn)［23］的方法測(cè)定，并有所改進(jìn)。

1.4.6 過(guò)氧化氫和丙二醛含量測(cè)定

過(guò)氧化氫的測(cè)定參考文獻(xiàn)［24］方法，并有所改進(jìn)，以每克鮮重樣品的過(guò)氧化氫物質(zhì)的量表示（μmol/g）。丙二醛（MDA）根據(jù)文獻(xiàn)［25］的方法測(cè)定。

1.4.7 抗氧化能力測(cè)定

總抗氧化能力（ferric reducing/antioxidant power，F(xiàn)RAP）測(cè)定參照文獻(xiàn)［26］的方法進(jìn)行，略有改進(jìn)，以相應(yīng)的硫酸亞鐵濃度（mmol/L）定義為FRAP值并作為總抗氧化能力的活性單位（U），以每克鮮重樣品中含有的活性單位來(lái)表示（U·g-1）。ABTS自由基清除能力（trolox equivalent antioxidant capacity，TEAC）參照文獻(xiàn)［27］的方法進(jìn)行，略有改進(jìn)，以ABTS自由基50%清除率定義為1個(gè)活性單位（U），以每克鮮重樣品中含有的活性單位來(lái)表示（U·g-1）?？傔€原力的測(cè)定參考文獻(xiàn)［28］的方法，以每克鮮質(zhì)量樣品中含有的活性單位來(lái)表示（U·g-1）。參考文獻(xiàn)［29］的方法進(jìn)行清除DPPH自由基能力的測(cè)定，將對(duì)DPPH自由基50%清除率定義為1個(gè)活性單位（U），以每克鮮重樣品中含有的活性單位來(lái)表示（U·g-1）。羥自由基清除能力測(cè)定采用結(jié)晶紫分光光度法［20］，以樣品對(duì)羥自由基50%清除率定義為1個(gè)活性單位（U），清除羥自由基清除能力的單位為U·g-1。采用NBT光還原法測(cè)定清除超氧陰離子自由基能力［30］，以每克樣品中含有的活性單位來(lái)表示（U·g-1）。

1.4.8 活性氧代謝相關(guān)酶測(cè)定

脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性的測(cè)定參考文獻(xiàn)［31］的方法，以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化1為一個(gè)LOX活力單位（U）。過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）活性測(cè)定參照文獻(xiàn)［12］的方法，吸光度變化1為一個(gè)CAT活力單位（U）。抗壞血酸過(guò)氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性測(cè)定參考文獻(xiàn)［32］的方法，并有所改進(jìn)，以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化1為一個(gè)APX活力單位（U）。參照文獻(xiàn)［33］的方法測(cè)定過(guò)氧化物酶活性（POD），吸光度變化0.01為一個(gè)POD活力單位（U）。多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的測(cè)定參照文獻(xiàn)［33］的方法，以每分鐘酶促反應(yīng)體系吸光度變化1為一個(gè)PPO活力單位（U）。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的測(cè)定采用NBT光還原法［30］。酶活性均以U·g-1表示。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（oneway ANOVA），鄧肯氏多重差異比較或t檢驗(yàn)，當(dāng)P＜0.05時(shí)，表示差異顯著。采用Unscrambler 9.7統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行主成分分析（PCA）和偏最小二乘回歸分析（PLSR），采用DPS（v.8.01）軟件進(jìn)行通徑分析，數(shù)據(jù)在進(jìn)行分析前均先做標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素方差分析

表1為氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表1可知，常溫貯藏4 d時(shí)，草莓果實(shí)的腐爛指數(shù)和呼吸強(qiáng)度均升高，臭氧和氮?dú)馓幚砭l(fā)揮了顯著抑制作用。此外，臭氧還抑制了花青素含量上升及總酚、總黃酮下降。與對(duì)照相比，臭氧和二氧化碳均抑制了其過(guò)氧化氫含量的下降，而氮?dú)夂投趸继幚韯t抑制了MDA含量的升高。在常溫貯藏4 d后，草莓果實(shí)還原力和清除DPPH自由基、羥自由基、超氧陰離子能力顯著下降，臭氧抑制了還原力、DPPH自由基清除能力和超氧陰離子清除能力的下降，不同的是，二氧化碳和氮?dú)庖种屏丝偪寡趸芰颓宄鼳BTS自由基能力的升高。草莓果實(shí)活性氧代謝相關(guān)酶也呈現(xiàn)出不同的變化，3種氣體沖擊處理均抑制了LOX、POD活性升高和CAT下降。

低溫貯藏期間，臭氧處理也表現(xiàn)出抑制草莓腐爛指數(shù)和呼吸強(qiáng)度升高的作用，并且也抑制了花青素含量的上升及總黃酮的下降。雖然氣體沖擊處理均抑制了MDA積累，但僅臭氧和二氧化碳對(duì)過(guò)氧化氫減少具有抑制效果。此外，3種氣體沖擊處理均促進(jìn)了總抗氧化能力的下降，而抑制了ABTS自由基清除能力、還原力的升高和DPPH自由基、羥自由基清除能力的下降。對(duì)于活性氧代謝相關(guān)酶，3種氣體沖擊處理均抑制了LOX、PPO、CAT和SOD活性的下降。

2.2 主成分分析

通過(guò)主成分分析得到前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為77%，因此設(shè)定這3個(gè)主成分即能夠代表整體數(shù)據(jù)的信息特征。圖1是各個(gè)理化指標(biāo)在不同貯藏時(shí)間、不同處理下的載荷和得分散點(diǎn)的PCA雙標(biāo)圖。

表1 氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝的影響Tab.1 Influence of different treatments on reactive oxygen metabolism in strawberries during postharvest storage

圖1（a）中的PC1、PC2分別解釋了變量的39%、26%。花青素、POD、總抗氧化能力、MDA、ABTS自由基清除能力、總黃酮在PC1的正坐標(biāo)處有較高的載荷，羥自由基清除能力、APX、CAT在PC1的負(fù)坐標(biāo)處有較高的載荷；腐爛指數(shù)、呼吸強(qiáng)度、LOX、SOD在PC2的正坐標(biāo)處有較高的載荷，而超氧陰離子清除能力、GSH、DPPH、PPO、還原力、總酚在PC2的負(fù)坐標(biāo)處有較高的載荷。PC1較好地區(qū)分了對(duì)照與各處理間的樣本差異，PC2較好地區(qū)分了0 d與常溫4 d的樣本差異，并且臭氧處理與對(duì)照相距較遠(yuǎn)，說(shuō)明常溫貯藏4 d后草莓果實(shí)出現(xiàn)品質(zhì)劣變，臭氧處理較好地延緩了果實(shí)衰老。

圖1（b）中的PC3解釋了變量的12%。過(guò)氧化氫、總黃酮、羥自由基清除能力、POD、PPO在PC3的正坐標(biāo)上有較高的載荷，腐爛指數(shù)、ABTS自由基清除能力在負(fù)坐標(biāo)上有較高的載荷。PC3較好地區(qū)分了0 d與低溫8 d、對(duì)照與臭氧處理之間的差異，說(shuō)明臭氧處理在低溫條件下也對(duì)草莓具有保鮮效果。

圖1 草莓果實(shí)主成分的因子載荷和得分的雙標(biāo)圖Fig.1 Loadings and scores from PCA of strawberries

2.3 偏最小二乘回歸分析

選取腐爛指數(shù)、過(guò)氧化氫為因變量，其他指標(biāo)為自變量，建立PLSR模型圖（如圖2）。從圖2中可以看出，腐爛指數(shù)與呼吸強(qiáng)度、LOX、SOD、花青素呈正相關(guān)，與羥自由基清除能力、CAT、超氧陰離子清除能力呈負(fù)相關(guān)；過(guò)氧化氫與POD、PPO呈正相關(guān)?？偡印⒖傸S酮、還原力、DPPH、總抗氧化能力、MDA、ABTS自由基清除能力、APX、GSH與腐爛指數(shù)和過(guò)氧化氫有微弱相關(guān)性，可見(jiàn)它們對(duì)后者的影響較小。

2.4 通徑分析

以腐爛指數(shù)為因變量、其他指標(biāo)為自變量做線性回歸分析，得到線性回歸方程，見(jiàn)式（2）。

X1、X2、X10、X11、X12、X17、X19分別代表呼吸強(qiáng)度、總酚、還原力、DPPH、羥自由基清除能力、APX、PPO。調(diào)整決定系數(shù)R2=1，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，F(xiàn)= 42 815.59，p=0.003 7，說(shuō)明該方程有顯著意義，進(jìn)一步做通徑分析。通徑分析結(jié)果如表2。由簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)值可以看出，腐爛指數(shù)與呼吸強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與羥自由基清楚能力呈顯著負(fù)相關(guān)，結(jié)合表中作用因子可以看出呼吸強(qiáng)度、總酚、還原力、DPPH自由基清除能力、羥自由基清除能力、APX、PPO為其直接作用因子，其中呼吸強(qiáng)度和PPO對(duì)其為正效應(yīng)，其他為負(fù)效應(yīng)，除此之外，總酚、還原力、PPO均通過(guò)DPPH自由基清除能力對(duì)腐爛指數(shù)起負(fù)間接作用。

圖2 基于主成分1與2的PLSR回歸模型的相關(guān)載荷圖Fig.2 Correlation loading plot from PLSR model

表2 以腐爛指數(shù)為因變量的通徑分析結(jié)果Tab.2 Result of path analysis takingrot index as dependent variable

以過(guò)氧化氫為因變量、其他指標(biāo)為自變量做線性回歸分析，得到線性回歸方程，式（3）。

（X7、X11、X13、X15、X17、X18、X19分別代表GSH、DPPH、NBT、SOD、APX、POD、PPO）。調(diào)整決定系數(shù)R2= 0.9999，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，F(xiàn)=8 094.86，p=0.008 6，說(shuō)明該方程有顯著意義，進(jìn)一步做通徑分析。通徑分析結(jié)果如表3。由簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)值可以看出，POD與過(guò)氧化氫的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)最大為0.628，結(jié)合表中作用因子可以看出GSH、DPPH自由基清除能力、超氧陰離子清除能力、SOD、APX、POD、PPO為其直接作用因子，其中SSC和蛋白質(zhì)對(duì)其為負(fù)效應(yīng)，其他為正效應(yīng)，除此，DPPH自由基清除能力、PPO均通過(guò)POD對(duì)過(guò)氧化氫起正間接作用，超氧陰離子清除能力通過(guò)GSH對(duì)過(guò)氧化氫起負(fù)間接作用，APX通過(guò)SOD對(duì)過(guò)氧化氫起正間接作用。

表3 以過(guò)氧化氫為因變量的通徑分析結(jié)果Tab.3 Result of path analysis taking H2O2as dependent variable

3 結(jié) 論

單因素方差分析顯示，常溫貯藏4 d時(shí)，草莓腐爛指數(shù)、呼吸強(qiáng)度、花青素、總酚、MDA、總抗氧化能力、ABTS自由基清除能力、LOX、POD上升，總黃酮、總酚、過(guò)氧化氫下降；低溫貯藏8 d時(shí)與之差異在于總酚上升，總抗氧化能力、POD、LOX下降。常溫下臭氧顯著抑制了草莓果實(shí)腐爛指數(shù)和呼吸強(qiáng)度的升高，而在低溫下顯著抑制了腐爛指數(shù)、MDA的上升。主成分結(jié)果也顯示，臭氧處理有利于草莓的保鮮，這支持了前人的報(bào)道［34］。田世平等［35］發(fā)現(xiàn)，以氮?dú)庾銎胶獾牡脱鯒l件下有利于甜橙的短期保鮮。本研究在草莓果實(shí)中得出類似的結(jié)論，氮?dú)庖种屏顺刭A藏時(shí)草莓果實(shí)腐爛指數(shù)和MDA的上升，加速了過(guò)氧化氫含量的下降，說(shuō)明適宜的臭氧處理對(duì)草莓具有保鮮效果。但二氧化碳處理加速了呼吸強(qiáng)度的上升，不利于草莓貯藏。

研究表明，活性氧在果實(shí)體內(nèi)的大量積累會(huì)導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)的劣變［36］。MDA是膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，具有細(xì)胞毒性可導(dǎo)致膜滲漏，使酚類物質(zhì)與底物接觸而發(fā)生酶促褐變［37］。偏最小二乘回歸分析得出腐爛指數(shù)與呼吸強(qiáng)度、花青素、LOX、SOD呈正相關(guān)，與羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力、CAT呈負(fù)相關(guān)；過(guò)氧化氫與POD、PPO呈正相關(guān)。通徑分析顯示，呼吸強(qiáng)度、DPPH自由基清除能力、羥自由基清除能力、APX為其直接作用因子，總酚、還原力、PPO均通過(guò)DPPH自由基清除能力對(duì)腐爛指數(shù)起負(fù)間接作用。以上結(jié)果暗示了呼吸強(qiáng)度和羥自由基清除能力對(duì)腐爛指數(shù)的影響較大，然而對(duì)于氣體沖擊處理如何影響草莓果實(shí)的活性氧代謝，需要進(jìn)行更深入的研究。

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Multivariate Analysis of Reactive Oxygen Species Metabolism of Strawberry Treated with Gas Impingement

LI Liping1，2， ZHANG Meng1， HE Xinmeng1， YANG Hongwei1， ZHANG Chengjin1
（1.School of Food and Chemical Engineering/Beijing Key Laboratory of Food Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；2.Beijing Electronic Science and Technology Institute，Beijing 100176，China）

The effects of individual treatments with gas impingement on fruit quality and reactive oxygen species metabolism of strawberries were analyzed by one-way analysis of variance，principal component analysis（PCA），partial least squares regression（PLSR），and path analysis（PA）.One-way analysis of variance showed that ozone significantly inhibited the strawberry fruit rot index and respiration intensity at room temperature，while suppressed decay index as well as the methane dicarboxylic aldehyde（MDA）content during storage at 1℃.Nitrogen inhibited the decay index and MDA content of strawberries stored at 20℃.It was supported by PCA results which concluded that the ozone treatment was helpful for strawberries storage.PLSR indicated that decay index was positively correlated with respiration intensity，anthocyanins，LOX，and SOD activity，but negatively correlated with CAT，radical scavenging ability of hydroxyl，and ultra oxygen anion.Hydrogen peroxide was positively correlated with POD and PPO.It was showed by PA that respiratory intensity，DPPH radical scavenging ability，hydroxyl radical scavenging ability，and APX were all direct factors for strawberry decay index，while total phenol，reducing power and PPO had negative indirect effects on decay index.GSH，SOD and POD directly impacted hydrogen peroxide of strawberry fruits，but PPO，APX，DPPH radical scavenging ability，and ultra oxygen anion removal ability were indirect factors of hydrogen peroxide.

strawberry；gas impingement；quality；reactive oxygen species

葉紅波）

TS255.3

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.05.006

2095-6002（2015）05-0031-08

李麗萍，張萌，何欣萌，等.氣體沖擊處理對(duì)草莓活性氧代謝影響的多變量解析［J］.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，33（5）：31-38.

LI Liping，ZHANG Meng，HE Xinmeng，et al.Multivariate analysis of reactive oxygen species metabolism of strawberry treated with gas impingement［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（5）：31-38.

2015-09-01

北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（CIT&TCD201504008）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD16B06）；科技部科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專項(xiàng)（2014EG127234）。

李麗萍，女，教授，博士，主要從事食品貯藏與加工方面的研究。