微酸性電解水結合鈣處理對采后桃果實組織結構及水分遷移的影響

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(鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院,河南鄭州 450002)

微酸性電解水結合鈣處理對采后桃果實組織結構及水分遷移的影響

支歡歡,李小娟,劉琦琦,王黎明,郭棟,董宇*

(鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院,河南鄭州450002)

以‘久?！覟樵嚥?利用微酸性電解水(SAEW)結合1%Ca(NO3)2對果實進行浸泡處理,分析在貯藏過程中果實硬度、口感、腐爛率、相對電導率和出汁率等生理指標,并用掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀監(jiān)測處理后果實內部細胞結構以及Ca2+和K+含量變化,同時利用低場核磁共振分析水分遷移變化。結果表明,SAEW結合Ca(NO3)2處理優(yōu)于單一SAEW或Ca(NO3)2處理,能明顯地抑制桃果實硬度和口感下降,減少腐爛率，降低細胞膜透性的增加,提高對Ca2+吸收,穩(wěn)定細胞壁和膜系統(tǒng)完整以及細胞間質水,抑制胞內外水散失,從而維持較高貯藏品質。

桃，貯藏，微酸電解水,鈣,細胞結構,水分移動

Abstract:Effects of slightly acidic electrolyzed water(SAEW)in combination with 1% Ca(NO3)2on fruit firmness,sensory scores,decay incidence,relative electrical conductivity,and juice yield were investigated in the ‘Okubao’ peach. The cell structure and contents of Ca2+and K+were monitored by scanning electron microscopy and X-ray energy spectra intensity. Furthermore,water mobility was analyzed by the low-field nuclear magnetic resonance. Results showed that the combined treatment was the most effective than SAEW or Ca(NO3)2treatment alone,which significantly inhibited the decrease of fruit firmness and taste score,reduced decay incidence and the increase of cell membrane permeability,promoted Ca2+absorption,stabilized cell wall and membrane system and extra-cellular water,inhibited the loss of intra-and extra-cellular water,maintained the higher quality.

Keywords:peach;storage;slightly acidic electrolyzed water;calcium;cell structure;water mobility

‘久?！?PrunuspersicaL. Batsch cv. Okubao)是我國北方主栽桃品種之一。由于桃果實自身含糖量較高,導致外界微生物易于侵染果實而引起果實腐爛、軟化,嚴重限制其采后貯運。目前,桃采后保鮮方式主要包括1-MCP(1-methylcyclopropene)[1]、草酸[2]、不同形態(tài)鈣(如:CaCl2、Ca(NO3)2、乳酸鈣等)浸泡[3]、一氧化碳熏蒸[4]等,這些方法中,采后浸鈣處理被認為是最安全、有效的處理手段[5]。此外,近年來研究發(fā)現采后浸鈣結合其他物理和化學手段,如:超聲波[6]、殼聚糖[7]和熱[8]等,在顯著抑制病原菌生長同時,還可以維持較高的果實品質,延長其貯藏壽命。

電解水又稱氧化還原電位水,是通過電解水和食鹽(氯化鈉)溶液得到,并根據溶液中pH和有效氯含量可分為強酸性電解水(pH2.3～2.7,氧化還原電位>1000 mV,有效氯含量>100 mg/L)和微酸性電解水(Slightly Acidic Electrolyzed Water,SAEW,pH5～6.5,氧化還原電位800～900 mV,有效氯含量10～30 mg/L),且早在2002年日本已將微酸性電解水指定為食品添加劑[9]。隨著微酸性電解水在食品加工[9]、植病防治以及果蔬清潔[10]等方面被廣泛應用,研究發(fā)現微酸性電解水除對果實表面有害微生物具有殺菌效果外,能夠顯著抑制水蜜桃、櫻桃及哈密瓜等果實自身乙烯產生,降低呼吸速率,減少酚類物質積累,延緩果皮變色[11-13]。但由于SAEW極易分解,作用時效短,嚴重影響其時效性[14]。針對SAEW不足,前期利用微酸性電解水單獨或結合0.5%、1.0%和2%Ca(NO3)2處理采后‘久保’桃,發(fā)現微酸性電解水結合1% Ca(NO3)2能有效地抑制果肉褐變、提高抗氧化系統(tǒng)和Ca2+吸收,抑制軟化及相關降解酶活性,延長果實壽命[15]。在此基礎上,本研究將SAEW與1% Ca(NO3)2單獨及結合處理采后‘久?！?研究其對果實內部結構和可食性影響,分析處理后果肉組織結構變化并用X射線能譜定量果肉中Ca2+和K+含量,并用低場核磁共振監(jiān)測貯藏過程中水分遷移情況,為進一步揭示SAEW結合鈣處理對延長桃果實貯藏品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘久保’桃 果實硬度50 N,可溶性固形物含量11%，2016年7月14日采自河南省鄭州市水牛張村商業(yè)桃園,隨機選取果實形狀、大小一致,無明顯病蟲害和機械損傷。

AEOW1000A型微酸性電解水制備裝置 有效氯濃度29.8 mg/L,pH5.9,氧化還原電位907.2 mV，廣州康百源水處理技術有限公司;GY-4型硬度計 浙江托普儀器有限公司;DDS-307A型電導率儀 上海儀電科學儀器股份有限公司;HC-3618R型高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司;XY-FD-18冷凍干燥機 上海欣諭儀器有限公司;S-4800型掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司;INCA PentaFEX×3型X射線能譜分析儀 英國OXFORD公司;NMI20-15型低場核磁共振儀 共振頻率21.3 MHz,磁體強度0.5 T,磁體溫度32 ℃，上海紐邁電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料處理 將果實隨機分成4組,每組用果120個,隨后放入4個55 L塑料箱,分別加入15 L水(對照組)、15 L微酸性電解水、15 L 1%Ca(NO3)2溶液和15 L含有1%Ca(NO3)2的微酸性電解水,浸泡20 min,然后將果實用電風扇吹干,在20 ℃和相對濕度為75%下貯藏,每隔2 d測定相應指標,每個時間點各處理用果30個。

1.2.2 口感評定 選10個有培訓經驗的人員進行感官評定,品評前將樣品任意進行編號,根據果肉質地脆嫩、色澤和有無香氣進行打分,分為9個等級:1為果肉質地硬且干澀、顏色暗淡且無香氣;3為果肉質地偏硬無干澀、顏色較亮且無香氣;5為可市售、果肉質地適中、顏色鮮亮,多汁且有香氣;7為果肉質地較脆,顏色鮮亮,出汁較多且香氣較濃;9為質地脆、顏色鮮亮、多汁且香氣濃厚。

1.2.3 果實硬度 沿果實赤道部位(避開縫合線部位)等距離的兩個位置用刀削去2 mm厚果皮,用直徑為11.1 mm的探頭,測試距離為10 mm,以探頭插入果肉時受到最大阻力即為果實硬度(N),10個果實為1個重復,取平均值。

1.2.4 腐爛率測定 腐爛率(%)=發(fā)病果實個數/各處理總果數×100

1.2.5 相對電導率的測定 參照羅琴等[10]的方法,測定果肉相對電導率。

1.2.6 出汁率的測定 參照陳京京等[16]的方法,將切取的直徑9 mm,厚10 mm的樣品塊放入已稱質量的裝有吸水紙的離心管(W1)中,并稱重(W2),1500×g離心10 min后取出果肉并稱重(W3),果肉出汁率根據公式:出汁率(%)=(W3-W1)/(W2-W1)×100進行計算。

1.2.7 細胞結構觀察 根據Hu等[17]的方法,在桃果實貯藏6 d時,用單面刀片切去5 mm厚桃果皮組織,將暴露的果肉組織切成3 mm3正方體小塊,投入含有4%多聚甲醛和2%戊二醛溶液在4 ℃下固定24 h,后經1%鋨酸固定,系列乙醇脫水,叔丁醇置換后,將樣品放入冷凍干燥機在-53 ℃下干燥12 h,最后將制備的樣品粘于樣品臺并在掃描電子顯微鏡下觀察并照相。

1.2.8 X射線微區(qū)分析 參照Kerton等[18]的方法,將切取樣品數塊迅速投入液氮中,1 min后將樣品冷凍干燥8 h后,將樣品粘于樣品臺并用X射線能譜儀測定樣品中Ca2+和K+原子百分比。能譜儀測試條件:加速電壓20 kV,電子束流1.5×10-10A,工作距離15 mm,工作時間120 s,每個時間點各處理測定15個果實。

1.2.9 低場核磁共振分析 參照Lagnika等[19]的方法,用打孔器切取直徑為9 mm,厚15 mm的果肉柱狀小塊,放入永久磁場中心的射頻線圈中進行檢測,采用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脈沖序列檢測樣品中自旋-自旋弛豫時間(T2)并記錄信號相應峰值,實驗參數如下:90° pulse length=13 μs,180° pulse length=25 μs,dwell time=1 μs,echo time=160 μs,total echo count=10000,其他設置均為默認值,每個處理重復測定5次。

1.3 數據統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05版數據處理軟件進行數據處理和Duncan多重比較法檢驗。

2 結果與分析

2.1 微酸性電解水結合鈣處理對果實口感、硬度和腐爛率影響

由圖1可看出,SAEW結合Ca(NO3)2處理能夠較好的維持果實脆性和濃厚香氣、多汁、抑制果實腐爛。雖然SAEW和Ca(NO3)2單獨處理果實的脆性較低但仍具市售價值,且貯藏6 d時對照組果實香氣已完全喪失,果肉敗絮褐變,腐爛率高達19%(圖1A和C)。隨貯藏時間延長，各處理果實硬度均呈下降趨勢,其中,對照組果實在貨架貯藏6 d時硬度下降了91%,而SAEW、Ca(NO3)2以及結合處理果實硬度顯著高于對照(p<0.05),其中結合處理果實硬度僅下降了50%(圖1B)。上述結果表明，SAEW和Ca(NO3)2單獨或結合處理都能延緩‘久?！臆浕?、抑制果實腐爛,其中結合處理果實效果最好。

圖1 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對‘久?！夜麑嵖诟?、硬度和腐爛率的影響Fig.1 Effects of SAEW in combination with Ca(NO3)2on texture score,fruit firmness and decay incidence in ‘Okubao’ peach during storage注:小寫字母不同者表示經Duncan多重比較法檢驗,并在0.05水平上差異顯著;相同字母則表示差異不顯著(p>0.05)。圖2、圖4同。

2.2 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對果肉相對電導率和出汁率影響

相對電導率是衡量果實細胞傷害程度的重要生理指標，代表細胞膜透性。由圖2A可知,各處理果實在貯藏過程中相對電導率均呈上升趨勢,其中貯藏6 d時,對照組果實相對電導率增加了95%,而SAEW、Ca(NO3)2以及結合處理果實分別增加了61%、52%和49%。周然等[11]在研究微酸性電解水對水蜜桃護色保鮮機制過程中,同樣發(fā)現經SAEW處理果實的細胞膜透性顯著降低,提高對采后水蜜桃的護色保鮮效果。此外,貯藏過程中對照組果實出汁率呈先上升后下降趨勢(圖2B)。單體敏等[20]研究發(fā)現,桃熟后,果肉出汁率同樣呈上升趨勢,此時桃果肉軟化呈柔軟且多汁的特性,但后期由于桃內部果肉發(fā)生褐變、風味下降等,雖能軟化,但果肉呈絮狀敗壞現象,果肉出汁率嚴重下降;而SAEW、Ca(NO3)2以及結合處理的果實出汁率在整個貯藏過程中穩(wěn)定增加,說明SAEW和Ca(NO3)2單獨或結合處理都能夠延緩‘久?！夜麑嵳：笫?抑制果肉絮狀敗壞現象發(fā)生。

圖2 弱酸性電解水結合Ca(NO3)2對‘久?！夜庀鄬﹄妼屎统鲋实挠绊慒ig.2 Effects of SAEW in combination with Ca(NO3)2on relative electrical conductivity during storage and juice yield in ‘Okubao’ peach

2.3 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對果肉細胞結構的影響

圖3 貯藏6 d微酸性電解水結合Ca(NO3)2對‘久保’桃薄壁細胞結構的影響(700×)Fig.3 Effects of SAEW in combination with Ca(NO3)2on parenchyma cell structure of pulp tissue in ‘Okubao’ peach after 6 d of storage(700×)

由圖3可知，貯藏6 d時,對照組果肉薄壁細胞層無明顯細胞輪廓且大量細胞嚴重擠壓。SAEW處理雖能觀察到部分呈橢圓形的薄壁細胞,但大部分細胞仍無明顯邊界,細胞形狀皺褶。與Ca(NO3)2處理果實相比,結合處理的果肉薄壁細胞大部分都具有清晰的細胞輪廓,細胞排列緊密且呈近圓或橢圓形(圖3)。果實經電解水浸泡處理后,電解水中ClO-以及H+等離子可通過果實表皮進入到內部,進而影響細胞膜電位和胞內外H+濃度,提高胞內物質運輸,延長果實壽命[21]。此外,前期研究發(fā)現,SAEW也能激活果實酶促和非酶促抗氧化系統(tǒng),清除衰老過程中氧自由基的生成,減輕細胞膜系統(tǒng)損傷,且加入Ca2+后,穩(wěn)定了細胞膜內外電勢差,加固細胞壁,抑制果膠水解以及細胞壁降解酶活性[15],因而能夠更有效地維持果肉細胞結構穩(wěn)定。

2.4 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對果實內部Ca2+和K+含量影響

X射線微區(qū)分析可直觀反映果實組織微區(qū)元素含量變化[19]。由圖4可知,經貯藏6 d,Ca(NO3)2單獨及結合SAEW處理果實的Ca2+峰值和原子百分比顯著高于對照和SAEW處理。此外,K+峰值和原子百分比在各處理和對照之間無顯著差異(p>0.05),表明Ca(NO3)2單獨以及結合處理均能提高果實對Ca2+吸收,增加胞壁中Ca2+含量,但不影響K+含量。

圖4 貯藏6 d微酸性電解水結合Ca(NO3)2對‘久保’桃果肉的X射線能量微區(qū)分析以及Ca2+和K+含量影響Fig.4 Effects of SAEW in combination with Ca(NO3)2on microanalysis of X-ray energy spectra intensity,Ca2+ and K+ contents of pulp tissue in ‘Okubao’ peach after 6 d of storage

2.5 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對果肉水分移動的影響

通過低場核磁共振檢測桃果實貯藏過程T2弛豫時間及特征峰變化,發(fā)現各處理圖譜中均含有4個特征峰,分別代表細胞壁水(T2,0～5 ms)、細胞質水(T2,5～15 ms)、細胞間質水(T2,100～200 ms)和液泡水(T2,1000～1300 ms)[22]。由表1可知,對照組細胞壁水的峰面積在貯藏第2 d時達到最高,隨后迅速下降,但弛豫時間T2無顯著變化,推測水分是從胞內轉移至胞外細胞壁,增加其水分含量,但在貯藏后期由于水分散失造成其含量下降;而其他處理組細胞壁水的峰面積均在貯藏第4 d出現高峰,說明SAEW、Ca(NO3)2以及結合處理能夠延緩水分由胞內向胞外移動。弛豫時間T2延長表示該組織部位中含有豐富的自由水,同時各項生理代謝活性將隨自由水含量增加而增強[23]。對照組從貯藏開始細胞質水的峰面積和弛豫時間T2顯著高于其他處理,表明SAEW、Ca(NO3)2及結合處理均能降低細胞質中水分移動及自由水生成速率。此外,與對照組相比,SAEW、Ca(NO3)2及結合處理抑制貯藏第2 d細胞間質水的峰面積和弛豫時間T2增加,其中以結合處理的抑制效果最為顯著,說明Ca2+在維持細胞間質水的交換平衡中發(fā)揮重要作用。所有處理組液泡水的峰面積在貯藏第2 d均達到最高值,隨后下降,其中在貯藏第6 d對照組峰面積最低,而結合處理峰面積最高,表明果實在貯藏2 d時由于細胞質和細胞間質中大分子物質降解,水分從液泡向上述部位快速轉移,自由水含量增加,又受貯藏時間延長和外界環(huán)境因素等影響,使得細胞壁、細胞間質和液泡中水分快速散失,加速果實軟化衰老進程[24],而SAEW結合Ca(NO3)2處理通過抑制液泡水向其他部位移動,穩(wěn)定細胞壁、細胞質以及細胞間質中水分。

3 結論

SAEW和Ca(NO3)2單獨或結合處理均能明顯維持果實軟化且多汁的口感,抑制果實硬度下降,減少果實腐爛率,降低細胞膜透性并保持果肉細胞結構完整性。與SAEW和Ca(NO3)2單獨處理相比,SAEW和Ca(NO3)2結合處理更能顯著提高果實對Ca2+的吸收,加強果實內部細胞結構穩(wěn)定。通過分析貯藏過程果實內不同狀態(tài)水分遷移和果實品質之間的關系可知,細胞壁水、細胞間質水和液泡水對果實出汁率和品質的影響較大。貯藏前期,細胞壁水、細胞間質水和液泡水快速積累,導致果實內各項生理代謝活動增強,胞內外大分子物質迅速降解;隨著貯藏時間延長,果實水分散失,細胞壁水、細胞間質水和液泡水快速下降,果肉呈絮狀敗壞現象加劇。SAEW和Ca(NO3)2結合處理則可穩(wěn)定細胞結構和胞內外水分移動,從而有助于保持‘久保’桃食用品質。

表1 微酸性電解水結合Ca(NO3)2對果肉水分分布的低場能譜核磁共振分析Table 1 Effects of SAEW in combination with Ca(NO3)2 on water distribution and mobility of pulp tissue by analysis with low-field nuclear magnetic resonance

注:同一指標各處理不同時間之間小寫字母不同者表示經Duncan多重比較法檢驗,并在0.05水平上差異顯著;相同字母則表示差異不顯著(p>0.05)。

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EffectofslightlyacidicelectrolyzedwaterincombinationwithCa(NO3)2ontissuestructureandwatermobilityofpeachfruitduringstorage

ZHIHuan-huan,LIXiao-juan,LIUQi-qi,WANGLi-ming,GUODong,DONGYu*

(College of Food and Bioengineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002,China)

TS255.3

A

1002-0306(2017)18-0279-06

2017-03-20

支歡歡(1982-)，女，博士，講師，研究方向：果蔬貯藏保鮮，E-mail:zhihuanhuan163@163.com。

*通訊作者:董宇(1983-)，男，博士，講師，研究方向：果蔬貯藏保鮮，E-mail:dongyu8306@hotmail.com。

國家自然基金項目(31501539)；鄭州輕工業(yè)學院博士科研啟動基金項目(2014BSJJ028；2014BSJJ0.27)。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.053