不同溫度差壓預(yù)冷及其對西葫蘆冷藏效果的影響

季麗麗，梁蕓志，陳存坤，董成虎，于晉澤，紀(jì)海鵬，王成榮※

（1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266109；2. 國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津），天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

0 引 言

預(yù)冷可降低果蔬采后呼吸強(qiáng)度[1]，抑制酶活性和乙烯的釋放，降低果蔬生理代謝水平，減少生理病害[2]。差壓預(yù)冷預(yù)冷速度快，預(yù)冷均勻度高[3]，其原理是：在差壓風(fēng)機(jī)的作用下，冷風(fēng)均勻、低速地流經(jīng)包裝物料箱內(nèi)的果蔬表面，形成溫度梯度差，果蔬內(nèi)部的田間熱傳導(dǎo)至表面，被冷風(fēng)流體熱帶走，進(jìn)入差壓通道內(nèi)的空氣經(jīng)差壓風(fēng)機(jī)回抽至換熱間，與冷風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)熱交換，在冷風(fēng)機(jī)內(nèi)的冷媒吸收熱量后進(jìn)入制冷機(jī)組進(jìn)行壓縮制冷，在熱交換室內(nèi)形成的冷凝水由冷凝水排管排出，液態(tài)冷媒循環(huán)進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)制冷，通過冷媒實(shí)現(xiàn)預(yù)冷機(jī)與環(huán)境的熱交換，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制冷循環(huán)，通過加濕器實(shí)現(xiàn)預(yù)冷間內(nèi)的空氣保持一定的濕度，避免果蔬在預(yù)冷過程中的水分過度散失，最終達(dá)到果蔬表面與質(zhì)心溫度一致[4]。

Qiang Han等[5]的研究結(jié)果表明預(yù)冷結(jié)合臭氧處理可有效延緩桑葚硬度的降低并抑制呼吸作用和多酚氧化酶活性。鄭先章等[6]對采后生鮮雙孢蘑菇進(jìn)行了真空和減壓預(yù)冷試驗(yàn)。結(jié)果表明減壓冷藏的雙孢蘑菇整體潔白，無變色、開傘及萎蔫，與試驗(yàn)前感官幾乎無異，保鮮效果理想。Justin L. O’Sullivan[7]等針對園藝產(chǎn)品進(jìn)行了差壓預(yù)冷條件的研究，學(xué)者們還進(jìn)行蘋果[8]、荔枝[9]、黃秋葵[10]、李果實(shí)[11]、澳芒[12]和韭菜[13]等果蔬的預(yù)冷研究，但以上預(yù)冷的研究大都局限于對果蔬的感官評定和常規(guī)指標(biāo)如可滴定酸等的影響。

然而對西葫蘆進(jìn)行不同溫度差壓預(yù)冷效果的研究尚未見報(bào)道，因此本試驗(yàn)選用差壓預(yù)冷方式，研究不同溫度差壓預(yù)冷對西葫蘆的冷藏效果，以期為西葫蘆冷鏈技術(shù)的完善提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

西葫蘆（亞歷山大，八成熟）采自河北青縣，直接運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

硫代巴比妥酸；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀；三氯乙酸、聚乙二醇 6000、聚乙烯吡咯烷酮、愈創(chuàng)木酚、乙二胺四乙酸、Triton-100、丙酮、濃鹽酸，30%過氧化氫；抗壞血酸；氫氧化鈉

1.2 儀器與設(shè)備

高濕度果蔬差壓制冷一體化預(yù)冷機(jī)（圖1），國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津)自制，蒸發(fā)器換熱面積160 m2,預(yù)冷風(fēng)速4～6 m/s，功率2.2 kW，風(fēng)量20 000 m3/h，單次預(yù)冷時間不超過6 h；單機(jī)單批次處理量可達(dá)5 t，日處理能力為20～30 t; 預(yù)冷期間果蔬失重率低于2.8%。

圖1 果蔬差壓預(yù)冷機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Structural diagram of high-humidity forced-air precooling machine of fruits and vegetables

香山SENSSUN電子秤（上海菁海儀器有限公司）；3-30K高速冷凍離心機(jī)(德國Sigma公司)；TA.XT.Plus 物性儀（英國SMS公司）；GMK-835N酸度測定儀（韓國G-WON公司）；UV-1780紫外可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；PBI Dansensor殘氧儀（丹麥丹圣公司）；島津2010氣相色譜儀（日本島津公司）；SSN-22溫濕度記錄儀（深圳宇問公司）；Trace DSQ GC-MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Thermo公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

挑選出大小一致、成熟度均勻、無病蟲害和機(jī)械傷的西葫蘆，在差壓冷庫進(jìn)行預(yù)冷處理。每筐的試樣質(zhì)量為6 kg，預(yù)冷結(jié)束后，用微孔袋包裝并扎口，放入10 ℃的普通冷庫中冷藏。冷藏期間每4 d取1次樣，每個處理重復(fù)測定3次，并取平均值。

碼放規(guī)則：基本要求是物料側(cè)要充實(shí)，頂面和后面要蓋嚴(yán)實(shí)，目的是保證風(fēng)從側(cè)面進(jìn)，經(jīng)過物料，從而實(shí)現(xiàn)物料的快速降溫，為保證預(yù)冷效率均一，將物料裝入帶孔塑料箱并將垛碼成4層2列，單次處理為24箱。

1.3.2 測定項(xiàng)目

降溫曲線：使用SSN-22溫濕度記錄儀，探針插入果實(shí)內(nèi)部，記錄西葫蘆中心溫度的變化，達(dá)到10 ℃后取下溫度計(jì)，用電腦導(dǎo)出數(shù)據(jù)，然后用Origin8.5軟件做出預(yù)冷降溫曲線。

呼吸速率（respiration rate）：參考曹建康[14]的方法，用靜置法測定呼吸強(qiáng)度。

式中Q為呼吸強(qiáng)度，mg/(kg·h)；N為二氧化碳體積分?jǐn)?shù)，%；V為容器體積(干燥器體積－果實(shí)體積)，L；m為樣品質(zhì)量，kg；t為放置時間，h；1.96為標(biāo)況下CO2的摩爾質(zhì)量與摩爾體積之比。

乙烯生成速率（ethylene production rate）：取樣方法同上。放置3 h，然后用玻璃針管抽取氣體20 mL，每個處理抽取3管，用島津2010氣相色譜儀測定。采用面積外標(biāo)法計(jì)算，

式中Q為乙烯的生成速率，μL/(kg·h)；V為容器體積(干燥器體積－果實(shí)體積)，L；N為乙烯的體積分?jǐn)?shù)，μL/L；m為試樣質(zhì)量，kg；t為悶罐時間，h。

失重率：每個溫度設(shè)置3個平行，利用電子秤稱量，測定預(yù)冷前后及貯藏過程中的失重率，單位為%。

硬度（firmness）：利用P/2柱頭（Φ=2.0 mm）對西葫蘆進(jìn)行穿刺測試，測前速率為 5.0 mm/s，測試速率為2.0 mm/s，穿刺深度為10.0 mm，重復(fù)測定6次并取得平均值，單位為N。

維生素C（vitamin C，VC）含量：參考馬宏飛[15]的方法測定，定容體積為25 mL），單位為mg/100 g。

葉綠素（chlorophyll）含量：參考曹建康[14]的方法，并稍作修改。用丙酮為參比調(diào)0，測定其在652 nm處的吸光度值，重復(fù)3次，取平均值。葉綠素含量單位為mg/g。

丙二醛（malonaldehyde，MDA）含量：參考曹建康［14］等的方法（稱取樣品為5 g，加入TCA的體積為10 mL）。測定其在450，532和 600 nm處的吸光值，重復(fù)測定3次，取平均值，MDA含量單位是μmol/g·。

過氧化物酶（peroxidase，POD）活性：參考曹建康[14]等的方法測定，并稍作修改。POD酶活性以每克樣品（鮮重）每分鐘吸光度變化值增加1時為1個過氧化物酶活性單位，為 U/(min?g)。

過氧化氫酶（catalase，CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的測定：參考曹建康[14]等的方法測定，CAT與APX活性都以每克樣品（鮮重）每分鐘吸光度變化減少0.01為1個酶活性單位，U/(min·g)。

香氣成分（aroma component）的測定：采用HS-SPME和GC-MS聯(lián)用法測定西葫蘆香氣成分，用相對峰面積含量表示，單位為%。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析，P<0.05表示差異顯著。所有試驗(yàn)均重復(fù) 3次，使用Origin8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度預(yù)冷對預(yù)冷相關(guān)指標(biāo)的影響

從圖2a可以看出，4種預(yù)冷溫度下，預(yù)冷溫度越低，果實(shí)中心溫度下降越快。其中預(yù)冷溫度為-3 ℃時，達(dá)到目標(biāo)溫度用時最短，而6 ℃預(yù)冷速度最慢。由此可見，預(yù)冷庫的溫度越低越有利于縮短預(yù)冷時間，提高預(yù)冷效率。

從圖2b可以看出，預(yù)冷溫度越高，失重率越高。本試驗(yàn)各處理組的失重率都不超過0.75 %。且-3、0和3 ℃預(yù)冷處理的失重率在冷藏第4、8和12天并不存在顯著性差異（P>0.05）。6 ℃預(yù)冷的失重率在整個過程一直處于較高水平。

不同溫度預(yù)冷對硬度的影響見圖 2c，各處理組的硬度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。推測是因?yàn)樵z逐漸轉(zhuǎn)化為果膠和果膠酸等可溶性果膠，使得果實(shí)變軟[16]。其中0 ℃預(yù)冷處理的硬度一直處于較高水平，并在第12和16天，與3 ℃預(yù)冷之間無顯著性差異（P>0.05），說明0和3 ℃差壓預(yù)冷可有效抑制呼吸作用，減少質(zhì)構(gòu)成分的損失，使得硬度變化緩慢[17]。

圖2 不同預(yù)冷溫度對果心溫度、失重率和硬度的影響Fig.2 Effects of different temperatures precooling on core temperature、weight loss rate and firmness

2.2 不同溫度預(yù)冷對呼吸和乙烯生成速率的影響

呼吸作用是果蔬采后的重要生理活動，其強(qiáng)度越大，果蔬內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)消耗越多，品質(zhì)下降越快。從圖3a可知各處理組的呼吸強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。第 4天，呼吸速率下降程度最大，說明預(yù)冷和冷藏有效抑制了果蔬的呼吸。乙烯能促進(jìn)果蔬的后熟衰老過程，第 4天，乙烯生成速率（圖 3b）也逐漸下降，可見抑制呼吸強(qiáng)度有利于抑制乙烯的產(chǎn)生和延緩衰老進(jìn)程。4 d以后呼吸強(qiáng)度趨于平穩(wěn)，而乙烯降幅增大。冷藏期間，0和 3 ℃預(yù)冷組的呼吸強(qiáng)度和乙烯生成速率均低于-3和6 ℃預(yù)冷組且二者之間不存在顯著差異（P>0.05），對哈密瓜[18]和西葫蘆的研究都表明并不是預(yù)冷溫度越低越好。

圖3 不同溫度預(yù)冷對呼吸速率和乙烯生成速率的影響Fig.3 Effects of different temperatures precooling on respiration and ethylene production rate

2.3 不同溫度預(yù)冷對維生素C和葉綠素含量的影響

維生素C是果蔬重要的營養(yǎng)成分之一，同時也是果實(shí)內(nèi)活性氧的重要抗氧化劑[19]，可有效得保護(hù)細(xì)胞組織免受損害而延緩果蔬衰老的速度[20]。從圖4a可以看出，VC被氧化分解和呼吸作用消耗，其含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。第4天，各組的VC含量下降幅度較大，第8天后，-3和6 ℃預(yù)冷組VC降解速率高于0和3 ℃處理組，且在第12和16天，0和3 ℃處理組維生素C含量顯著高于其它2組。

圖4 不同溫度預(yù)冷對維生素 C和葉綠素含量的影響Fig.4 Effects of different temperatures precooling on vitamin c and chlorophyll content

西葫蘆、黃瓜等綠色果蔬的黃化和顏色變化是其成熟與衰老的主要標(biāo)志之一。從圖4b可以看出，葉綠素含量隨著冷藏期的延長而逐漸下降。從冷藏開始到第 4天各處理組的葉綠素降幅較大，冷藏期間0和3 ℃處理的葉綠素含量顯著（P<0.05）高于6 ℃處理，-3 ℃預(yù)冷組在冷藏前期與0和3 ℃之間不存在顯著差異（P>0.05）。葉綠素極易發(fā)生降解[21]，而0～3℃預(yù)冷處理可以較好的延緩葉綠素含量的降低，保持了西葫蘆采后的新鮮狀態(tài)。

2.4 不同溫度預(yù)冷對衰老相關(guān)指標(biāo)的影響

從圖5a和5b可以看出，POD與CAT酶活性都呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢，且都于第 4天出現(xiàn)峰值。POD能催化酚類等物質(zhì)氧化產(chǎn)生褐變[23]，其中0和3 ℃預(yù)冷組的POD酶活性在整個冷藏期處于低于其它2組。冷藏后期，0和 3 ℃預(yù)冷處理組的 CAT酶活性顯著（P<0.05）高于其它2個處理組，因而避免了果蔬機(jī)體受H2O2毒害作用[22]，延緩西葫蘆進(jìn)入衰老階段。

圖5 不同溫度預(yù)冷對POD、CAT、APX酶和MDA含量的影響Fig.5 Effects of different temperatures precooling on POD，CAT，APX activity and MDA content

由圖5c所知，0和3 ℃預(yù)冷組的APX活性較低，且二者之間無顯著性差異（P>0.05），說明0和3 ℃預(yù)冷有效抑制了H2O2的堆積。而-3和6 ℃預(yù)冷組的APX活性在冷藏后期驟然上升，推測是組織內(nèi)活性氧大量積累誘導(dǎo)了酶活性的升高，APX通過抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)催化H2O2與抗壞血酸反應(yīng)從而清除H2O2[24]。

丙二醛可作為膜脂過氧化的指標(biāo)[25]。從圖5d可以看出，各處理組的MDA含量在冷藏期間呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢。第8天，MDA含量下降幅度較大，說明此時組織細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化反應(yīng)受到一定程度抑制。與冷藏前相比，冷藏結(jié)束時各組（-3 ℃、0 ℃、3 ℃和6 ℃）的 MDA含量分別上升了 96.74%、66.76%、71.63%和93.65%。

2.5 不同溫度預(yù)冷對香氣成分的影響

從表 1可以看出，在檢測出的香氣成分中，主要是醛類和醇類，而酯類只在-3 ℃預(yù)冷組的第8天中檢測出較少的含量，第16天時已檢測不出脂類物質(zhì)。

在檢測出的醛類中，主要是具有蘋果香的反-2-己烯醛，己醛和檸檬醛含量較少。冷藏期間醛類物質(zhì)相對含量之和呈現(xiàn)略微的升高，6 ℃預(yù)冷處理的醛類含量最少，從第8天的12.08%上升到第 16天的 12.35%。而-3、0和 3 ℃預(yù)冷的西葫蘆，其醛類總含量在第 16天分別為21.87%、23.27%和30.12%。醛類物質(zhì)的升高可能是因?yàn)槲骱J貯藏期間的后熟作用。

表1 各處理組第8天及16天香氣成分含量Table 1 Aroma components of each treatment on 8th and 16th day/(%)

在檢測出的醇類中，主要是1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇，同一處理整個貯藏期間醇類物質(zhì)相對含量之和是上升的。第16天，各處理的醇類含量之和分別為69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。這種醇含量的上升和酯含量的下降是由乙酰轉(zhuǎn)移酶(acetyltransferase)活性下降或者代謝底物不足所致[26]。

3 討 論

果品采后預(yù)冷是現(xiàn)代冷鏈物流不可缺少的必備環(huán)節(jié)之一[27]。預(yù)冷速度是衡量差壓預(yù)冷的主要指標(biāo)之一[28]。本研究表明，差壓預(yù)冷可顯著縮短西葫蘆降溫時間，且預(yù)冷溫度越低，預(yù)冷速度越快。本試驗(yàn)預(yù)冷的目標(biāo)溫度和預(yù)冷后的貯藏溫度均為為10 ℃，因?yàn)槲骱J是冷敏感型蔬菜，在不合適的低溫條件下貯藏會發(fā)生冷害，導(dǎo)致西葫蘆抗病性和耐貯性下降，造成嚴(yán)重的腐爛與品質(zhì)劣變現(xiàn)象[29]。-3 ℃預(yù)冷的西葫蘆其內(nèi)部冷害現(xiàn)象不明顯，可能是因?yàn)?3 ℃預(yù)冷速度較快，但冷藏期間西葫蘆表面長斑嚴(yán)重，在銷售過程會影響到其商品價(jià)值和可接受程度。這與劉歡等[19]對嫩刺芽的研究結(jié)論類似，即并不是預(yù)冷溫度越低對貯藏品質(zhì)的保持效果越好。而-3 ℃預(yù)冷與0和3 ℃預(yù)冷在貯藏前期對抑制呼吸速率和乙烯生成速率、失重率的上升以及葉綠素的下降等方面并無顯著性差異（P>0.05）。

在整個貯藏過程中0和3 ℃預(yù)冷組的丙二醛含量顯著（P<0.05）低于-3和6 ℃預(yù)冷，并提高了過氧化氫酶活性，因此可有效抵御果實(shí)內(nèi)部的H202的毒害作用。6 ℃預(yù)冷速度最慢致使其呼吸強(qiáng)度和乙烯生成速率相對較高，有機(jī)物消耗過多，因而預(yù)冷后的貯藏品質(zhì)最差，且硬度顯著（P<0.05）低于0℃預(yù)冷處理組。果實(shí)的香味可以客觀反映其成熟程度和風(fēng)味特點(diǎn)，是評價(jià)果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)[30]，但蔬菜類的香氣成分一般低于水果類，西葫蘆的香氣成分主要是醛類和醇類，6 ℃預(yù)冷組醛類總相對含量最低，0和3 ℃預(yù)冷的西葫蘆其香氣含量較高。

4 結(jié) 論

1）利用差壓冷庫對西葫蘆進(jìn)行預(yù)冷，研究結(jié)果表明：預(yù)冷庫溫度越低，預(yù)冷速度越快，如-3 ℃預(yù)冷僅需 40分鐘；但預(yù)冷溫度不能太低或過高，當(dāng)預(yù)冷溫度過低會對其表皮產(chǎn)生冷害現(xiàn)象甚至對預(yù)冷后的冷藏效果產(chǎn)生不良影響；過高的溫度預(yù)冷，其降溫速度慢且達(dá)不到理想的保持采后品質(zhì)的效果；

2）差壓預(yù)冷和低溫貯藏對采后西葫蘆的效果表明：0～3 ℃差壓預(yù)冷對西葫蘆的預(yù)冷及冷藏效果最好，并能保持較高的香氣含量，如冷藏結(jié)束時各組的維生素C含量分別下降了32.61%、20.65%、26.09%和30.87%；提高了過氧化氫酶活性，第 16天 CAT活性分別為 16.25、19.79、17.58和16.63 U/(min?g)；抑制了過氧化物酶活性，0和3 ℃預(yù)冷組的POD酶活性在整個冷藏期處于低于其它 2組；香氣成分中醛類相對含量分別為 69.94%、76.33%、71.47%和70.97%。低溫可有效抑制呼吸速率和乙烯的生成速率，減少采后維C、葉綠素等營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，結(jié)合以上研究結(jié)果，建議西葫蘆的差壓預(yù)冷溫度在0～3 ℃為宜。

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