O2/CO2氣調(diào)中CO2對西蘭花葉綠素降解及保鮮作用

孫志文，呂鳳艷，郭衍銀，*，王兆全

（1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049；2.濰坊昌邑市檢驗檢測中心，山東 濰坊 261300）

O2/CO2氣調(diào)中CO2對西蘭花葉綠素降解及保鮮作用

孫志文1，呂鳳艷1，郭衍銀1，*，王兆全2

（1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049；2.濰坊昌邑市檢驗檢測中心，山東 濰坊 261300）

為研究O2/CO2氣調(diào)環(huán)境下CO2對西蘭花葉綠素降解及保鮮效果的影響，在固定O2為50%的前提下，分別設(shè)置CO2體積分?jǐn)?shù)為20%、30%、40%和50%，同時以自然大氣為對照，對5 ℃貯藏條件下西蘭花的總?cè)~綠素、葉綠素a和葉綠素b含量，葉綠素還原酶、脫鎂葉綠素酶活性，乙醇、乙醛和抗壞血酸含量進(jìn)行了定期測定。結(jié)果表明：過低或過高的CO2體積分?jǐn)?shù)都會對西蘭花貯藏品質(zhì)造成不利影響，CO2體積分?jǐn)?shù)過高易造成西蘭花無氧呼吸生成乙醇、乙醛；CO2體積分?jǐn)?shù)過低則造成西蘭花葉綠素還原酶、脫鎂葉綠素酶活性升高，導(dǎo)致葉綠素迅速降解，引起西蘭花黃化和抗壞血酸的損失。本實驗條件下，50% O2+40% CO2處理可有效延緩西蘭花葉綠素降解，且不會造成乙醇、乙醛的積累，達(dá)到很好的保鮮效果。

西蘭花；二氧化碳；氧氣；品質(zhì)；氣調(diào)；保鮮

西蘭花（Brassica oleracea L.）因營養(yǎng)豐富，富含維生素、類黃酮及多種抗氧化成分，深受消費者青睞，消費市場日益擴大。但西蘭花極不耐貯藏，常溫條件下2～3 d即出現(xiàn)黃化，嚴(yán)重影響其經(jīng)濟價值和食用價值［1］。鑒于此，國內(nèi)外對西蘭花保鮮進(jìn)行了大量研究。如研究溫度［2］、氣調(diào)［3-5］、1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）［6］等對西蘭花保鮮效果的影響，并取得了一定效果。

花球黃化是西蘭花貯藏過程中最為嚴(yán)重的問題，主要是葉綠素降解所致［7-8］，因此，如何控制黃化是采后保鮮西蘭花的研究熱點。郭衍銀等［9］研究指出，氣體條件對西蘭花黃化有重要影響，O2含量高時容易黃化，而增加CO2則可延緩黃化進(jìn)程，但具體機制尚需進(jìn)一步研究。為此，本研究在固定O2含量為50%的基礎(chǔ)上，逐步提高CO2含量，研究不同氣體比例對西蘭花葉綠素降解及保鮮效果的影響，以期為西蘭花保鮮及其他綠色果蔬顏色控制提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

西蘭花于2015年4月28日采收自山東省壽光蔬菜示范園。西蘭花采收后迅速運回山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院冷庫，3 ℃預(yù)冷12 h。然后，選取形態(tài)一致、無病蟲害、無機械損傷的西蘭花進(jìn)行氣調(diào)處理。

2，4-二硝基苯肼、95%乙醇、濃硫酸、丙酮、偏磷酸、冰醋酸、氯化鈉、2，6-二氯酚靛酚、碳酸氫鈉、草酸、抗壞血酸、磷酸鹽、丙酮、己烷、聚乙二醇辛基苯甲醚、三羥甲基氨基甲烷；所有試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

DW-FW351型低溫冰箱 中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司；GL-20G-2型臺式多功能高速冷凍離心機 上海安亭儀器制造廠；UV-1750型紫外-可見分光光度計島津國際貿(mào)易有限公司；BCD-206TMZL型冷藏冷凍箱青島海爾股份有限公司；YB型電子天平 上海力能電子儀器公司；AL-1D4型精密分析天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；XMTD-4000型電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；VarianCP-3800型氣相色譜 美國安捷倫科技公司；MR-07825-00型O2/CO2測定儀 美國FBI Dansensor公司；LDZ-15氣體流量計天津凱隆儀表科技有限公司。

1.3方法

1.3.1實驗設(shè)計

將預(yù)冷后的西蘭花分為5 個處理，每處理15 個西蘭花。將每個處理的西蘭花分別放入1.2 m×0.6 m×0.8 m的氣調(diào)箱內(nèi)，并分別持續(xù)通入O2/CO2體積百分比為20% CO2+50% O2、30% CO2+50% O2、40% CO2+ 50% O2、50% CO2+50% O2和自然大氣（對照）。通氣時采用純度99.9%的鋼瓶O2和CO2，使用LDZ-15流量計進(jìn)行氣體比例測量和調(diào)整，并使用O2/CO2測定儀進(jìn)行定期校正。西蘭花于5 ℃、相對濕度不小于95%的條件下貯藏，當(dāng)30%西蘭花出現(xiàn)黃化或腐爛或異味時，即終止貯藏。

1.3.2指標(biāo)測定

葉綠素a、b及總含量測定：參照鄒琦［10］介紹的方法測定；葉綠素還原酶、脫鎂葉綠素酶活性測定：參照Zhang Xuelian等［11］方法測定，其中葉綠素還原酶活性單位以單位時間生成的植基葉綠素表示（nmol/（min·g））；乙醇和乙醛含量測定：采用靜態(tài)頂空氣相色譜法［12］測定；VC含量測定：采用2，4-二硝基苯肼法比色法［13］測定。貯藏期間每隔6 d測定1 次，各指標(biāo)測定時，分別將每處理的2 個西蘭花花球剪碎混合后測定，每個指標(biāo)3 次重復(fù)。

1.4數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用SPSS 13.0軟件進(jìn)行LSD顯著性分析，并用Excel軟件作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1O2/CO2氣調(diào)對西蘭花葉綠素a、b及總?cè)~綠素含量的影響

圖1　O2/CO2氣調(diào)對西蘭花總?cè)~綠素（A）、葉綠素a（B）、b（C）含量的影響Fig.1　Effects of O2/CO2controlled atmospheres on the total chlorophyll （A）， chlorophyll a （B）， chlorophyll b （C） contents of broccoli during storage

葉綠素是西蘭花呈現(xiàn)綠色的主要物質(zhì)，隨著葉綠素含量的損失，西蘭花逐漸呈現(xiàn)出黃化現(xiàn)象。圖1A表明，隨著貯藏時間的延長，西蘭花總?cè)~綠素含量基本呈現(xiàn)下降趨勢，但各處理下降趨勢不同。隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的增加，總?cè)~綠素含量下降呈減緩趨勢，對照組下降最快，18 d內(nèi)下降了68.75%，而50% O2+20% CO2、50% O2+ 30% CO2、50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理30 d內(nèi)分別下降了56.25%、40.63%、14.06%和10.94%，表明CO2對葉綠素降解具有很好的抑制作用。

葉綠素b含量變化與總?cè)~綠素變化趨勢相似（圖1A），基本呈下降趨勢。但葉綠素a含量變化與葉綠素b稍有區(qū)別，即50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理在0～12 d呈現(xiàn)稍有上升，之后下降（圖1B），這可能與葉綠素b轉(zhuǎn)化為葉綠素a有關(guān)。

2.2O2/CO2氣調(diào)對西蘭花葉綠素還原酶和脫鎂葉綠素酶活性的影響

葉綠素還原酶具有轉(zhuǎn)化葉綠素b到葉綠素a的作用，而脫鎂葉綠素酶則是將葉綠素a降解為脫鎂葉綠素［14-15］。圖2A表明，貯藏期間西蘭花葉綠素還原酶活性呈下降趨勢，且隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的增加，其活性隨之降低，表明CO2具有抑制葉綠素還原酶活性并阻止葉綠素b轉(zhuǎn)化為葉綠素a的作用。在整個貯藏期間，50% O2+ 20% CO2、50% O2+30% CO2、50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理30 d內(nèi)分別下降了37.54%、55.26%、65.74%和67.51%，而對照在18 d內(nèi)僅下降了17.50%。同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CO2增加到一定程度后，再增加CO2體積分?jǐn)?shù)，西蘭花葉綠素還原酶活性變化不大，如整個貯藏期間50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理的葉綠素還原酶活性無顯著差異。

與葉綠素還原酶活性變化趨勢相反，脫鎂葉綠素酶活性隨著貯藏時間的延長而上升（圖2B），但隨著CO2體積分?jǐn)?shù)增加，其活性呈降低趨勢。如對照在18 d、50% O2+20% CO2在30 d內(nèi)脫鎂葉綠素酶活性分別上升了2.64、1.79 倍，而50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理30 d內(nèi)僅上升了20.89%和13.43%。

圖2　O2/CO2氣調(diào)對西蘭花葉綠素還原酶（A）和脫鎂葉綠素酶（B）活性的影響Fig.2　Effects of O2/CO2controlled atmospheres on the chlorophyllase （A）and Mg-dechelatase （B） activity of broccoli during storage

2.3O2/CO2氣調(diào)對西蘭花乙醇和乙醛含量的影響

圖3　O2/CO2氣調(diào)對西蘭花乙醇（A）和乙醛（B）含量的影響Fig.3　Effects of O2/CO2 controlled atmospheres on the ethanol （A） and acetaldehyde （B） content of broccoli during storage

氣調(diào)貯藏過程中，如果CO2比例過高，果蔬容易發(fā)生無氧呼吸產(chǎn)生乙醇、乙醛等異味物質(zhì)［16-17］，嚴(yán)重影響果蔬的商品和食用價值。圖3表明，O2/CO2氣調(diào)貯藏的前18 d內(nèi)，西蘭花乙醇、乙醛含量基本穩(wěn)定在一定水平，但隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的增加，其含量稍有上升。18 d之后，50% O2+50% CO2處理的乙醇、乙醛含量迅速上升，12 d內(nèi)分別上升了44.25%和55.45%，表明過高的CO2可導(dǎo)致西蘭花呼吸異味現(xiàn)象。

2.4O2/CO2氣調(diào)對西蘭花抗壞血酸含量的影響

圖4　O2/CO2氣調(diào)對西蘭花抗壞血酸含量的影響Fig.4　Effects of O2/CO2 controlled atmospheres on the ascorbic acid content of broccoli during storage

西蘭花含有豐富的抗壞血酸，其含量的高低可作為評價貯藏效果的有效指標(biāo)［18］。隨著貯藏時間的延長，西蘭花抗壞血酸含量均呈下降趨勢（圖4），但各處理下降速率存在極大不同。其中，對照下降速率最快，18 d內(nèi)下降了72.36%；50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理下降最慢，30 d內(nèi)分別下降了34.04%和31.68%，且兩者不存在顯著差異。同時可以看出，50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理的抗壞血酸含量在貯藏前期（0～18 d）基本沒有下降，之后才出現(xiàn)下降現(xiàn)象，18～30 d內(nèi)就下降了29.70%和29.47%，表明這兩個處理在貯藏前期對西蘭花抗壞血酸具有很好的維持作用。

3　討 論

西蘭花貯藏過程中的黃化現(xiàn)象，主要是葉綠素降解所致。葉綠素b在葉綠素還原酶的作用下還原生成葉綠素a［14］，葉綠素a在脫鎂葉綠素酶作用下脫去植醇生成脫鎂葉綠酸a［19］，脫鎂葉綠酸a經(jīng)過系列反應(yīng)最終生成非熒光葉綠素代謝產(chǎn)物［20］。因此，葉綠素還原酶和脫鎂葉綠素酶活性的高低直接關(guān)系到葉綠素的降解進(jìn)程。本實驗中，隨著CO2體積分?jǐn)?shù)的增加，葉綠素還原酶和脫鎂葉綠素酶活性均受到明顯抑制，有效阻止了西蘭花的黃化進(jìn)程，表明CO2利于西蘭花的綠色保持。Veierskov等［21］則指出，CO2利于綠色保持，但這種作用只有在CO2高于20%才有效，且CO2對葉綠素的抑制具有量的效應(yīng)，本研究結(jié)果也驗證了這一點，50% O2+40% CO2和50% O2+50% CO2處理均能有效維持葉綠素含量，而50% O2+20% CO2、50% O2+30% CO2處理的葉綠素含量則存在不同程度的下降。

貯藏果蔬如果處于低O2或高CO2環(huán)境下，會產(chǎn)生無氧呼吸［22］，并在丙酮酸脫羧酶、乙醇脫氫酶的作用下生成乙醛、乙醇，是貯藏果蔬產(chǎn)生異味的原因之一［17，23-24］。本實驗中，除50% O2+50% CO2處理西蘭花在貯藏后期（18 d后）乙醇、乙醛顯著升高外，其余處理雖然CO2增加到40%，乙醇、乙醛含量也沒有顯著升高，這可能與本研究同時提高O2體積分?jǐn)?shù)至50%有關(guān)。也就是說，高比例O2可能具有緩解高CO2傷害的作用［25］，但具體機理需要進(jìn)一步研究。

總之，適宜的O2/CO2氣調(diào)可有效延緩西蘭花葉綠素降解，阻止西蘭花黃化；在CO2含量較高的情況下，提高O2含量可有效緩解西蘭花無氧呼吸，降低乙醇、乙醛的積累；在5 ℃條件下，50% O2+40% CO2可有效延緩西蘭花葉綠素降解，抑制乙醇、乙醛生成，并能很好地保存西蘭花營養(yǎng)價值。

［1］ 郭衍銀， 張楠， 朱艷紅， 等. 赤霉素處理對青花菜花球礦質(zhì)元素含量及保鮮效果的影響［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2008， 24（1）: 274-278. DOI:10.3321/j.issn:1002-6819.2008.01.054.

［2］ 張怡， 關(guān)文強， 張娜， 等. 溫度對西蘭花抗氧化活性及其品質(zhì)指標(biāo)影響［J］. 食品研究與開發(fā)， 2011， 32（8）: 156-161. DOI:10.3969/ j.issn.1005-6521.2011.08.047.

［3］ JONES R B， FARAHGER J D， WINKLER S. A review of the influence of postharvest treatments on quality and glucosinolate content in broccoli （Brassica oleracea var. italica） heads［J］. Postharvest Biology and Technology， 2006， 41（1）: 1-8. DOI:10.1016/ j.postharvbio.2006.03.003.

［4］ HIDEMI I， ALLEY E W， WILLARD D. Optimum O2or CO2atmospheres for storing broccoli florets at various temperatures［J］. Journal of America Society of Horticulture Science， 1996， 121（1）: 127-131.

［5］ PARADIS C， CASTAIGNE F， DESROSIERS T， et al. Sensory，nutrient and chlorophyll changes in broccoli florets during controlled atmosphere storage［J］. Journal of Food Quality， 1996， 19（4）: 303-316. DOI:10.1111/j.1745-4557.1996.tb00425.x.

［6］ FEMANDEZ-LEON M F， FEMANDEZ-LEON A M， LOZANO M， et al. Different postharvest strategies to preserve broccoli quality during storage and shelf life: controlled atmosphere and 1-MCP［J］. Food Chemistry， 2013， 138（1）: 564-573. DOI:10.1016/ j.foodchem.2012.09.143.

［7］ AIAMLA-OR S， NAKAJIMA T， SHIGYO M， et al. Pheophytinase activity and gene expression of chlorophyll-degrading enzymes relating to UV-B treatment in postharvest broccoli （Brassica oleracea L. Italica Group） florets［J］. Postharvest Biology and Technology，2012， 63: 60-66. DOI:10.1016/j.postharvbio.2011.08.003.

［8］ FUKASAWA A， SUZUKI Y， TERAI H， et al. Effects of postharvest ethanol vapor treatment on activities and gene expression of chlorophyll catabolic enzymes in broccoli florets［J］. Postharvest Biology and Technology， 2009， 55: 97-102. DOI:10.1016/ j.postharvbio.2009.08.010.

［9］ 郭衍銀， 李玲， 陳東， 等. O2聯(lián)合CO2氣調(diào)對西蘭花活性氧代謝及保鮮效果的影響［J］. 食品科學(xué)， 2013， 34（24）: 304-308. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201324063.

［10］ 鄒琦. 植物生理生化試驗指導(dǎo)［M］. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社， 1995: 36-39； 97-99.

［11］ ZHANG X L， ZHANG Z Q， LI J， et al. Correlation of leaf senescence and gene expression/activities of chlorophyll degradation enzymes in harvested Chinese flowering cabbage （Brassica rapa var. parachinensis）［J］. Journal of Plant Physiology， 2011， 168: 2081-2087. DOI:10.1016/j.jplph.2011.06.011.

［12］ 紀(jì)淑娟， 尹競男， 李家政， 等. 靜態(tài)頂空氣相色譜法測定蜜柚中乙醇和乙醛含量［J］. 保鮮與加工， 2010， 10（4）: 17-20. DOI:10.3969/ j.issn.1009-6221.2010.04.006.

［13］ JI S J， YIN J N， LI J Z， et al. Determination of alcohol and acetaldehyde in pomelo by Static head space gas chromatography［J］. Storage and Processing， 2010， 10（4）: 7-20. DOI:10.3969/ j.issn.1009-6221.2010.04.006.

［14］ TANAKA A， TANAKA R. Chlorophyll metabolism［J］. Current Opinion in Plant Biology， 2006， 9（3）: 248-255. DOI:10.1016/ j.pbi.2006.03.011.

［15］ BUCHERT A M， CIVELLO P M， MARTINEZ G A. Chlorophyllase versus pheophytinase as candidates for chlorophyll dephytilation during senescence of broccoli［J］. Journal of Plant Physiology， 2011，168（4）: 337-343. DOI:10.1016/j.jplph.2010.07.011.

［16］ LI L， ZHANG Z K， GUO Y Y， et al. Responses of postharvest broccoli（Brassica oleracea L. var. italica） florets to controlled atmospheres with varying CO2/O2levels at different temperature［J］. Journal of Applied Botany and Food Quality， 2014， 87: 124-130.

［17］ OBENLAND D， COLLIN S， MACKEY B， et al. Storage temperature and time influences sensory quality of mandarins by altering soluble solids， acidity and aroma volatile composition［J］. Postharvest Biology and Technology， 2011， 59（2）: 187-193. DOI:10.1016/ j.postharvbio.2010.09.011.

［18］ Agricultural research service， United States Department of Agriculture. National nutrient database for standard reference release 28［EB/OL］. http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2871？fgcd=&manu=&lfacet= &format=&count=&max=35&offset=&sort=& qlookup=broccoli.

［19］ 李棟棟， 羅自生. 植物衰老葉片與成熟果實中葉綠素的降解［J］.園藝學(xué)報， 2013， 40（10）: 2039-2048. DOI:10.3969/j.issn.0513-353X.2013.10.021.

［20］ MATILE P， HORTENSTEINER S， THOMAS H. Chlorophyll degradation［J］. Annual Review of Plant of Physiology and Plant Molecular Biology， 1999， 50: 67-95. DOI:10.1146/annurev. arplant.50.1.67.

［21］ VEIERSKOV B， HANSEN M. Effects of O2and CO2partial pressure on senescence of oat leaves and broccoli miniflorets［J］. Crop and Horticultural Science， 1992， 20: 155-158. DOI:10.1080/01140671.199 2.10421909.

［22］ HELDT H， HELDT F. 植物生物化學(xué)（英文版）［M］. 北京: 科學(xué)出版社， 2007: 135-164.

［23］ BOTONDI R， RUSSO V， MENCARELLI F. Anaerobic metabolism during short and long term storage of kiwifruit［J］. Postharvest Biology and Technology， 2012， 64（1）: 83-90. DOI:10.1016/ j.postharvbio.2011.09.017.

［24］ LEGNANI G， WATKINS C B， MILLER W B. Effects of hypoxic and anoxic controlled atmospheres on carbohydrates， organic acids，and fermentation products in Asiatic hybrid lily bulbs［J］. Postharvest Biology and Technology， 2010， 56（1）: 85-94. DOI:10.1016/ j.postharvbio.2009.11.003.

［25］ TIAN S P， JIANG A L， XU Y， et al. Responses of physiology and quality of sweet cherry fruit to different atmospheres in storage［J］. Food Chemistry， 2004， 87（1）: 43-49. DOI:10.1016/ j.foodchem.2003.10.014.

Effect of CO2Concentration in O2/CO2Controlled Atmosphere on Chlorophyll Degradation and Quality Preservation in Chilled Broccoli

SUN Zhiwen1， Lü Fengyan1， GUO Yanyin1，*， WANG Zhaoquan2
（1. School of Agricultural Engineering and Food Science， Shandong University of Technology， Zibo 255049， China；2. Inspection and Testing Center of Changyi City， Weifang 261300， China）

In order to study the effect of CO2concentration in O2/CO2controlled atmosphere on chlorophyll degradation and quality preservation in chilled broccoli， fresh broccoli were in atmospheres consisting of 50% O2and CO2at four different concentration levels of 20%， 30%， 40% and 50% or air and then stored at 5 ℃. During storage， the contents of total chlorophyll， chlorophyll a， chlorophyll b， ethanol， acetaldehyde and ascorbic acid， and the activities of chlorophyllase and Mg-dechelatase were regularly determined. The results showed that too low or too high CO2proportion in controlled atmospheres had a disadvantageous effect on the storage quality of broccoli. Too high CO2could accumulate the contents of ethanol and acetaldehyde through anaerobic respiration. However， too low CO2could promote the activities of chlorophyllase and Mg-dechelatase， leading to rapid degradation of chlorophyll， yellowing and ascorbic acid loss in broccoli. Under the experimental condition in this study， 50% O2+ 40% CO2treatment could effectively retard chlorophyll degradation and avoid the accumulation of ethanol and acetaldehyde and therefore have an ideal effect on quality maintenance of stored broccoli.

broccoli； carbon dioxide； oxygen； quality； controlled atmosphere； storage

10.7506/spkx1002-6630-201618049

S635.3；TS205.7

A

1002-6630（2016）18-0313-05

孫志文， 呂鳳艷， 郭衍銀， 等. O2/CO2氣調(diào)中CO2對西蘭花葉綠素降解及保鮮作用［J］. 食品科學(xué)， 2016， 37（18）: 313-317. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201618049. http://www.spkx.net.cn

SUN Zhiwen， Lü Fengyan， GUO Yanyin， et al. Effect of CO2concentration in O2/CO2controlled atmosphere packaging on chlorophyll degradation and quality preservation in chilled broccoli［J］. Food Science， 2016， 37（18）: 313-317. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201618049. http://www.spkx.net.cn

2015-12-10

山東理工大學(xué)青年教師發(fā)展支持計劃項目（4072-115008）；國家自然科學(xué)基金面上項目（31671900）

孫志文（1989—），男，碩士研究生，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。E-mail：sunzhiwen951@126.com

郭衍銀（1976—），男，副教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工技術(shù)。E-mail：guoyy@sdut.edu.cn