低溫貯藏下木納格葡萄 適宜UV-C照射劑量的篩選

蒲婉璐,李 萍,鄧 冰,李曉慧,閆師杰,5,*

(1.天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院,天津 300384; 2.天津農(nóng)學院基礎科學學院,天津 300384; 3.西南大學食品科學學院,重慶 404100; 4.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030; 5.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術工程中心,天津 300384)

木納格葡萄(Munage grape),是新疆地區(qū)果農(nóng)在長時間的種植過程中通過自然培育而成的一個天然品種群,屬歐亞種群中的東方品種[1];“木納格”,即維吾爾族語“晶瑩透亮”的意思[2],木納格葡萄以其色澤鮮艷、肉厚皮薄以及較耐貯運等特點,在當?shù)厝罕娭泻苁軞g迎。2004年，木納格葡萄產(chǎn)量為14.46萬噸[3],2014年達到28.55萬噸[4],十年期間總產(chǎn)量翻了近一倍,為新疆地區(qū)發(fā)展較為迅猛的葡萄品種之一。采后腐爛是制約葡萄產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的因素之一[5],目前生產(chǎn)上多采用窖藏或放置化學保鮮劑等手段對木納格葡萄進行貯藏[6],兩種方法均不能兼顧低腐爛率和低化學殘留的要求。

物理防治,即使用物理手段抑制水果采后病原菌生長,同時降低貯藏期間水果的生理代謝水平,以達到延長貯藏期、保持果實良好品質的目的。目前應用于水果采后保鮮的物理防治方法包括調節(jié)貯藏溫濕度[7-8]、氣調技術[9-10]、臭氧保鮮技術[11-14]、短波紫外線技術[15]、可食性涂膜保鮮技術[16-17]等。短波紫外線(Ultraviolet-C,UV-C),即波長小于280 nm的紫外線[18]。處于該范圍波長的紫外線能量高、穿透力強[19],一定劑量的UV-C照射會干擾侵染微生物的內部代謝平衡,破壞具有活性的大分子物質的生理活性,導致其不能繁殖或停止生長。除對微生物的抑制作用,近年來一些研究還發(fā)現(xiàn),UV-C處理可以誘導機體產(chǎn)生抗病效應:如長時間低強度的UV-C照射會增加番茄[20]、葡萄、草莓及洋蔥[18]等機體內抗病物質的形成。作為常見的冷殺菌手段之一,UV-C已在食品保鮮中得到廣泛應用,并且其無污染、無化學殘留的特點[18]已為廣大消費者所接受。目前UV-C處理在玫瑰香葡萄[18]、巨峰葡萄[21]上的適用性,及對應的適宜照射劑量已經(jīng)得到確定,而UV-C處理在木納格葡萄上的應用研究尚屬空白。

本文設定了CK(對照組)和3個不同劑量UV-C照射共四種處理,擬篩選適宜的UV-C照射劑量,為木納格葡萄新型采后貯藏方法提供理論依據(jù)和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木納格葡萄 于2015年11月20日購于北京新發(fā)地(2015年10月30日采摘于新疆省和田市,采用塑料筐包裝,內襯無紡布,規(guī)格為8 kg。0 ℃預冷24 h后采用冷藏車(0 ℃)運輸至北京新發(fā)地。在新發(fā)地貯藏溫度為0 ℃,當晚由冷藏車(0 ℃)運至天津農(nóng)學院冷庫。

CA-10呼吸測定儀 美國SableSystems儀器公司;SMY-2000色差儀 北京盛名揚科技開發(fā)有限公司;PAL-1手持式糖度計 日本愛拓公司;FA1104電子天平 上海精天電子主要儀器有限公司;YTD418-1臭氧消毒柜 青島美特斯公司;NK-10推拉力計 樂清市愛德堡儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的處理 葡萄運輸至冷庫后,進行修剪,剔除壞果、落粒后分裝至小塑料筐,塑料筐內襯PE膜,每筐重量在2.5 kg左右;PE葡萄保鮮膜(厚0.03 nm)。木納格葡萄分裝后,于0 ℃環(huán)境下敞口預冷24 h。預冷結束后,CK處理直接封口,共15筐,放入-1 ℃庫內貯藏,0.4、1.2和2 kJ/m2處理于-1 ℃庫內對應紫外線劑量照射,貯藏期間每15 d照射一次,每20 d測定一次相關指標。

本實驗以市售的臭氧消毒柜(共4層)為基礎,于各層頂部安裝醫(yī)用短波紫外燈(8 W),并在消毒柜內部貼襯錫紙,改裝成試驗用短波紫外線設備。經(jīng)測試,隨照射時間加長,各層底部短波紫外線強度逐漸上升至300 μw/cm2。

有研究表明,各葡萄品種適宜的UV-C照射劑量范圍為0.5～1.5 kJ/m2[21-23],為確定木納格葡萄適宜的UV-C照射劑量,共設置0.4、1.2和2 kJ/m2三個劑量處理。本試驗UV-C處理方案如表1。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 腐爛率、落粒率 參考王寧等[24]實驗方法。

每組處理挑選3筐定果,每次試驗稱量并記錄葡萄總重,并分別統(tǒng)計落粒果和腐爛果重量。公式如下:

式(1)

式(2)

1.2.2.2 呼吸強度 參考李珍等[25]實驗方法。

每次試驗時,隨機從修剪完畢的葡萄上剪下總重約1 kg的果穗,每個處理設三個平行。將果穗放入改裝過的樂扣保鮮盒中(密封蓋上固定著由橡膠塞密封的塑料管)于0 ℃下密封2 h,用1 mL醫(yī)用注射器抽取氣體,每個平行抽取三針。抽取完畢后,稱量果穗重量(記為W)。用呼吸測定儀測量每針氣體中CO2含量,記錄對應的峰面積(記為S1);每次試驗時測量一次本底CO2含量,即密封保鮮盒時周圍空氣中CO2含量,記錄對應峰面積(記為S2)。

式(3)

式中:Q為呼吸強度(以每小時每千克內CO2的質量計);S1為樣品峰面積;S2為空氣峰面積;保鮮盒體積為4500 mL;m為果穗質量(kg);k為CO2標曲斜率;b為標曲截距;c′為一定溫度下單位物質量濃度CO2的濃度(mg/mL)。計算各平行穗軸的呼吸強度,求平均值為對應處理對應貯藏時間的呼吸強度。

注:標曲是通過測定CO2標氣含量得到,公式為y=984.14x+0.0118;c′表示密閉盒中CO2濃度與密閉環(huán)境下CO2在空氣中的濃度差值。

1.2.2.3 可溶性固形物含量 隨機從各穗軸的不同部位隨機挑選30個大小、顏色相近的果粒,去皮、去籽后壓成汁,經(jīng)尼龍紗布過濾后抽取1 mL,用手持式糖度儀測定三次,取平均值,以(%)表示。

1.2.2.4 可滴定酸含量 隨機從各穗軸的不同部位隨機挑選30個大小、顏色相近的果粒,去皮、去籽后壓成汁,經(jīng)尼龍紗布過濾后搖勻,吸取10 mL定容至100 mL容量瓶中。采用氫氧化鈉滴定法測定三次,取平均值,計算公式參考李志文[26]的方法。以(%)表示可滴定酸含量。

1.2.2.5 果柄分離力 果柄分離力用改裝過的拉力測試儀測定,在臺式拉力測試儀頂端安裝有小孔(OD:3 mm)的載物臺,拉力計探頭部位改裝為試驗夾。隨機剪下30個大小均勻的果粒(帶果梗);測量時將帶果柄的果粒放置在載物臺,露出果柄并用試驗夾夾緊,勻速轉動拉力儀轉輪,待果梗與果粒分離后,記錄儀表上數(shù)據(jù)。取平均值,以(g)表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Office excel 2010進行數(shù)據(jù)處理;用DPS 7.0進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間可溶性固形物含量的影響

木納格葡萄可溶性固形物含量(SSC)初始值為19.2%,隨著貯藏期延長,由于呼吸代謝等活動,各處理SSC整體呈下降趨勢。貯藏0～40 d各處理組的SSC下降明顯,各處理下降量在1.85%～3%,其中2 kJ/m2UV-C處理SSC下降最少(SSC為17.62%,減少1.85%)。貯藏40～80 d,各處理呈現(xiàn)急劇上升后迅速下降的趨勢;隨后至貯藏末期,SSC下降緩慢。貯藏末期1.2 kJ/m2UV-C處理果SSC為16.54%,明顯高于CK、0.4 kJ/m2UV-C處理和2 kJ/m2UV-C處理,照射劑量過高時,可溶性固形物含量下降,與劉闖平等[27]研究結果一致。

圖1 不同短波紫外線處理對木納格葡萄SSC的影響Fig.1 The influence of different UV-C treatments on SSC of Munake grape during storage

2.2 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間可滴定酸含量的影響

可滴定酸含量(TA)主要表征葡萄中有機酸的含量。有機酸是參與自身能量代謝、保持代謝平衡的重要反應物質,同時也是葡萄特殊風味形成的關鍵。貯藏期間各UV-C處理及CK組木納格葡萄果實TA含量變化如圖2。木納格葡萄貯藏TA初始值為0.42%;貯藏初期(0～60 d)各處理木納格葡萄TA呈下降趨勢,2 kJ/m2UV-C處理下降最明顯,下降量高于CK、0.4 kJ/m2及1.2 kJ/m2UV-C處理。CK組及0.4 kJ/m2UV-C處理均在80 d時出現(xiàn)TA高峰,分別為0.52%和0.44%,隨后緩慢下降;1.2 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C處理在貯藏60～120 d期間總體呈上升趨勢。貯藏末期,1.2 kJ/m2UV-C處理TA明顯高于CK、0.4 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C處理,較好的保持了木納格葡萄果實的有機酸含量。

圖2 不同短波紫外線處理對木納格葡萄TA的影響Fig.2 The influence of different UV-C treatment on TA of Munake grape during storage

2.3 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間腐爛率的影響

貯藏期間各處理腐爛率整體呈上升趨勢。貯藏各時期(20、40、60、100 d)CK處理腐爛率均高于其余各處理;貯藏初期(0～80 d)三個UV-C處理腐爛率呈交替上升趨勢,貯藏80 d至貯藏末期,各UV-C處理間腐爛率關系為0.4 kJ/m2>2 kJ/m2>1.2 kJ/m2。貯藏末期各處理間腐爛率關系為CK>0.4 kJ/m2>2 kJ/m2>1.2 kJ/m2。其中，1.2 kJ/m2UV-C處理在貯藏末期腐爛率為7.7%。腐爛率與UV-C照射劑量并不呈正相關。

圖3 不同短波紫外線處理對木納格葡萄腐爛率的影響Fig.3 The influence of different UV-C treatments on decay rate of Munake grape during storage

2.4 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間落粒率的影響

隨貯藏期延長,各短波紫外線處理及CK處理落粒率總體呈增加趨勢。如圖,貯藏20 d時各處理落粒率明顯增加;貯藏40 d時CK及各UV-C處理落粒率有所下降,隨后逐漸上升,至貯藏末期達到最高值。貯藏期結束時,各處理間落粒率關系為CK(14.0%)>1.2 kJ/m2(12.51%)>0.4 kJ/m2(11.52%)>2 kJ/m2(10.0%);2 kJ/m2UV-C處理低于其余各處理。各UV-C處理貯藏期間每15 d照射一次,于消毒柜內擺放時的磕碰會增加落粒的可能。

圖4 不同短波紫外線處理對木納格葡萄落粒率的影響Fig.4 The influence of different UV-C treatments on shattering rate of Munake grape during storage

2.5 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間呼吸強度的影響

水果采后保鮮的根本在于將果實的自身消耗維持至較低水平,即降低呼吸代謝造成的自身營養(yǎng)物質減少。圖5為貯藏期間各處理呼吸強度變化情況。葡萄屬于非呼吸躍變型果實,整個貯藏過程中不會出現(xiàn)呼吸高峰[28]。貯藏初始呼吸強度為7 mg CO2·kg-1·h-1,貯藏期間各處理呼吸強度變化情況如下:各處理木納格葡萄呼吸強度呈現(xiàn)上下波動趨勢。2 kJ/m2UV-C處理在大多數(shù)時期(0～80 d)明顯高于其它處理。葡萄為典型的非呼吸躍變型果實,貯藏期間沒有明顯的呼吸強度高峰出現(xiàn);但從圖中可以看出各處理在貯藏期間均出現(xiàn)不同程度的呼吸躍變,分析原因可能是:本試驗采用破壞型方法測定葡萄果實呼吸強度,且各時期用于測定呼吸強度的葡萄大小不一;葡萄在感染微生物時,機體為抵抗真菌侵染,其能量代謝會異常增加以提高自身抵抗力;果梗屬于呼吸躍變型,果梗呼吸強度遠高于果粒[29],隨著貯藏時間延長各穗軸落粒增加,單位重量葡萄其果梗比重增高從而整體呼吸強度出現(xiàn)躍變。

圖5 不同短波紫外線處理對木納格葡萄呼吸強度的影響Fig.5 The influence of different UV-C treatments on respiration intensity of Munake grape during storage

2.6 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏期間果柄分離力的影響

貯藏期間各處理果柄分離力如圖6。果柄分離力呈下降趨勢,由于貯藏時間果實產(chǎn)生脫落酸和乙烯,打破了果粒中原有的激素平衡,導致離層的形成[30]。貯藏初期木納格葡萄果柄分離力為391.17 g。貯藏期間CK、1.2 kJ/m2、0.4 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C處理分離力均呈先急速上升后緩慢下降的趨勢,1.2 kJ/m2及0.4 kJ/m2貯藏末期降至初始水平(分別為397.75 g和386.55 g);貯藏末期CK及2 kJ/m2保持了較高的分離力,分別為444.05 g和421.5 g。CK處理果柄分離力高于其余短波紫外線處理;各UV-C處理分離力關系為2 kJ/m2>1.2 kJ/m2>0.4 kJ/m2。UV-C處理并不能很好的保持木納格葡萄貯藏期間果柄分離力。

圖6 不同短波紫外線處理對木納格葡萄果柄分離力的影響Fig.6 The influence of different UV-C treatments on stalk separating force of Munake grape during storage

2.7 不同短波紫外線照射劑量對木納格葡萄貯藏末期好果率的影響

貯藏末期各處理好果率如圖7。貯藏120 d時,各處理好果率關系為2 kJ/m2(87.24%)>1.2 kJ/m2(86.6%)>0.4 kJ/m2(74.06%)>CK(64.7%)。各UV-C處理好果率顯著高于(p<0.05)對照處理;1.2 kJ/m2及2 kJ/m2UV-C照射處理其好果率均顯著高于0.4 kJ/m2處理(p<0.05),兩處理間差異不顯著(p>0.05)。

圖7 不同短波紫外線處理對木納格葡萄好果率的影響Fig.7 The influence of different UV-C treatments on marketable fruit rate of Munake grape during storage

3 討論

一定劑量的UV-C處理,可通過殺滅水果表面微生物、誘導果實機體抗病性產(chǎn)生,而達到抑制葡萄采后腐爛發(fā)生、保證良好品質的目的。目前UV-C照射在葡萄采后貯藏上的應用研究,多為單次照射前提下的適宜照射劑量篩選;同時為保證照射均勻,各研究中多會選擇照射的同時對穗軸進行翻轉。但由于木納格葡萄易落粒、易損傷的特點,定期翻轉并不能廣泛應用于生產(chǎn);因此本試驗采用間隔性的多批次不同劑量照射,研究該處理方案對木納格葡萄貯藏品質的影響,為方便、快捷、高效的木納格葡萄UV-C方法提供理論基礎。

本試驗中,UV-C處理在保持木納格葡萄良好品質方面表現(xiàn)出一定優(yōu)勢,但不同品質指標適宜的照射劑量不盡相同:1.2 kJ/m2UV-C照射能保持貯藏結束時木納格葡萄較高的可溶性固形物和有機酸含量，貯藏期間腐爛率較低;貯藏期結束,1.2 kJ/m2及2 kJ/m2劑量照射果均保持了較高的好果率,2 kJ/m2UV-C處理略高于1.2 kJ/m2劑量照射。綜合考慮，1.2 kJ/m2UC-C處理能夠較好地保持木納格葡萄的貯藏品質，延長其保存期。需要注意的是,間隔性的UV-C處理在保證果實品質的同時,增加了貯藏期間落粒的發(fā)生及果實與處理環(huán)境中微生物孢子接觸的可能性,在一定程度上降低了短波紫外線的處理效果。研究開發(fā)高效的處理設備、探索更適宜的處理方案(處理間隔、不同貯藏期照射劑量),是今后UV-C處理在木納格葡萄采后貯藏上的研究重點。

4 結論

與對照組相比,短波紫外線處理在保持果實SSC、TA,降低貯藏期間腐爛、落粒發(fā)生,及保證貯藏末期高好果率方面優(yōu)勢明顯。其中1.2 kJ/m2UV-C間隔性(15 d)照射保持了木納格葡萄貯藏期間較高的可溶性固形物含量(16.54%)和可滴定酸含量(0.37%),貯藏期間腐爛率(7.7%)、落粒率低(12.51%),果柄分離力高于其它劑量處理,貯藏末期好果率達到86.6%,為木納格葡萄最適宜的采后UV-C處理方法。