不同初始機體溫度對熱水處理西葫蘆果實低溫貯藏品質和活性氧代謝的影響

姜雪，張敏,2,3,4*，趙昱瑄，郝爽，李佳樂，胡均如，蓋曉陽，厲建國

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306) 2 (上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海，201306)3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術服務平臺，上海，201306) 4(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學)，上海，201306)

西葫蘆原產自北美洲南部，于19世紀中葉引入我國，為葫蘆科南瓜屬一年生攀援草質植物，具有消腫散結、潤肺止咳、減肥、防癌等多種豐富的營養(yǎng)保健功能，受到廣大消費者的喜愛與推崇[1-4]。但作為典型冷敏性果蔬的西葫蘆，采摘后于常溫下不易貯藏，極易失水萎縮、出現斑點、腐敗變質，造成不可避免的外觀及營養(yǎng)品質的降低，因此采后西葫蘆果實的貯藏保鮮引起了學者們極大關注。目前，低溫貯藏是一種快速有效的果蔬保鮮方式，但不適的低溫會引起冷敏性果蔬出現冷害，研究者們通過大量的試驗表明適當貯前處理能夠減輕低溫貯藏果蔬冷害的發(fā)生，其中熱處理以其簡單、快速、有效等特點引起眾多學者的青睞。ZHANG等[5]研究發(fā)現室溫條件下，強制對流熱處理能減緩西葫蘆的冷害。王靜等[6]研究得出55 ℃熱水處理3 min可以降低哈密瓜活性氧代謝，激發(fā)抗寒性，減輕果實冷害。ZHANG等[7]發(fā)現45 ℃熱水處理10 min能顯著調控采后枇杷果實活性氧代謝平衡，降低過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)對果實的危害作用，使果實冷害程度處于較低水平。ENDO[8]在研究熱水處理對低溫貯藏成熟綠梅果實的影響中發(fā)現45 ℃熱水處理5 min可能增強了活性氧清除酶過氧化氫酶(catalase，CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)等的活性，提高了熱激蛋白含量，降低果實冷害。諸多研究表明熱處理對低溫條件下的桃子[9]、柿子[10]、血橙[11]、成熟綠番茄[12]、黃花梨[13]等都可起到改善貯藏效果的作用，具有廣闊的應用前景。熱處理對減輕果蔬低溫貯藏冷害的發(fā)生與溫度息息相關，人們關注的往往是傳熱過程中的熱處理環(huán)境熱源，但對同樣影響傳熱的果蔬不同初始機體溫度對果蔬冷藏品質與活性氧代謝的影響還尚未見報道，那么是否不同的初始機體溫度對熱激處理過程有著不同的影響？該試驗研究相同外界有效熱處理的條件下，西葫蘆不同的自身機體溫度對果實的貯藏品質和活性氧代謝的影響，旨在為西葫蘆果實貯藏保鮮的進一步研究提供參考與借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2019年5月初選取自浦東新區(qū)臨港新城果園農場的“綠豐”西葫蘆，要求果實長度約20.4 cm、直徑約6.0 cm、無病蟲害、無機械損傷、完全成熟，當天采摘，隨即裝于泡沫箱運往實驗室。將西葫蘆果實分別放置在15、20、25 ℃，相對濕度為80%的恒溫恒濕箱中過夜，確保西葫蘆果實自身機體處于均勻穩(wěn)定狀態(tài)。取出初始機體溫度為15 ℃(A組)、20 ℃(B組)、25 ℃(C組)的西葫蘆果實，根據前期2次回歸正交旋轉組合設計試驗結果，迅速用外界有效溫度為43.3 ℃的熱水浸泡處理28.4 min，根據當地該時節(jié)平均氣溫，對照組選取機體溫度為20 ℃未熱處理的果實，處理后快速將果實拭干，稱重，裝入已打孔的聚乙烯薄膜包裝袋中，每袋3根，留有間距，置于溫度為(4±0.5)℃、相對濕度為(80±5)%的冷庫中貯藏，貯藏時間為15 d，每隔5 d取出測定相關指標。

1.2 儀器設備

BPS-100CA恒溫恒濕試驗箱，上海一恒科學儀器有限公司；HSWX-600BS電熱恒溫水溫箱，上海圣科儀器設備有限公司；WTC10002電子天平，杭州萬特衡器有限公司；GY-4-J數顯式水果硬度測試儀，浙江托普儀器有限公司；WAY-2S數顯阿貝折射儀；DDSJ-308A電導率儀，上海笛柏實驗設備有限公司；HZ-82A恒溫振蕩箱，江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠；TGL-20bR高速臺式冷凍離心機，上海安亭科學儀器廠；UV-7504紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 測定方法

1.3.1 冷害指數的測定

參考ZHANG等[5]的方法，每組挑選9根西葫蘆果實，分別在低溫脅迫第5、10、15天取出于20 ℃條件下放置2 d，觀察各組果實冷害情況，結果以%表示，計算公式見式(1)。

(1)

式中：冷害級數劃分等級為：0級，無冷害；1級，冷害面積≤5%；2級，6%<冷害面積≤25%；3級，26%<冷害面積≤50%；4級，50%<冷害面積。

1.3.2 失重率、硬度、可溶性固形物含量和色差值的測定

失重率的測定參考李春暉等[14]的方法，各組稱取7根西葫蘆果實，在冷庫稱重后立即放回，結果以%表示，計算公式見式(2)。

(2)

硬度測定參考李春暉等[14]的方法，結果以kg/cm2表示，重復3次。

可溶性固形物含量(soluable solid content，SSC)的測定參考曹建康等[15]的阿貝折光儀測定法，結果以%表示，重復3次。

色差值的測定參考付云云等[16]的方法，略作修改，在西葫蘆果實赤道部位均勻取3個點，采用色差儀于光線良好條件下測得果皮顏色L*、a*、b*值，果皮顏色和白板顏色L0、a0、b0對比變化用色差值ΔE*表示，計算如公式(3)所示，重復3次。

(3)

1.3.3 電解質外滲率和MDA含量的測定

電解質外滲率的測定參考邵婷婷等[17]的方法，結果以%表示，計算如公式(4)所示，重復3次。

(4)

式中：R，樣品活組織提取液的電導率，μS/cm；R′，活組織被殺死后提取液的電導率，μS/cm；R0，提取液初始電導率，μS/cm。

丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量的測定參考MDA測試盒方法[18]，結果以nmol/g表示，重復3次。

H2O2含量的測定采用H2O2測試盒方法[18]，結果以μmol/g表示，重復3次。

1.3.5 SOD、CAT、POD和APX活性的測定

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性的測定采用SOD測試盒方法[18]，以每克組織在1 mL反應液中SOD抑制率達50%時所對應的SOD量為1個SOD活力單位(U)，結果以U/g表示，重復3次。

CAT活性的測定參考曹建康等[15]的方法，以每克樣品每分鐘吸光度變化值減少0.01為1個過氧化氫酶活性單位(U)，結果以U/g表示，重復3次。

過氧化物酶(peroxidase，POD)活性的測定參考曹建康等[15]的方法，以每克樣品每分鐘吸光度變化值增加1時為1個過氧化物酶活力單位(U)，結果以U/g表示，重復3次。

APX活性的測定參考曹建康等[15]的方法，以每克樣品每分鐘吸光度變化值降低0.01為1個酶活單位(U)，結果以U/g表示，重復3次。

1.3.6 ASA和GSH含量的測定

抗壞血酸(ascorbic acid，ASA)含量的測定參考曹建康等[15]，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，結果以mg/100 g表示，重復3次。

GSH(reduced glutathione，GSH)含量的測定參考曹建康等[15]，結果以μmol/g表示，重復3次。

1.4 數據統(tǒng)計分析

試驗數據采用Excel 2016處理作圖，圖表結果均以平均值±標準差表示。以SPSS 19.0進行單因素方差分析及Duncan多重比較，顯著性水平為在0.05水平上差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏冷害指數的影響

冷害是造成果實采后低溫貯藏品質下降的重要原因之一[19]。由圖1可知，各處理組在低溫貯藏過程中冷害指數呈持續(xù)增加的趨勢，但各組增長速率以及同階段各處理組冷害指數數值差別各異。從整體可以看出，在貯藏前期(5 d)、中期(10 d)和末期(15 d)，CK組的冷害指數始終顯著高于其余熱處理組(P<0.05)，這表明熱處理能夠有效減輕西葫蘆果實冷害癥狀，該結論在鄭鄢燕等[20]研究熱處理對黃瓜抗寒性和抗氧化酶活性的影響中也得到了相似結論。在貯藏前期，B、C兩組冷害指數分別為0.65%、0.23%，此時2組西葫蘆果實表現出個別冷害癥狀，少數果實表皮出現水漬狀斑點，2個處理組之間不存在差異，而貯藏中期和末期則差異顯著(P<0.05)，這表明在熱水溫度43.3 ℃處理28.4 min的情況下，果實機體溫度為25 ℃的西葫蘆果實能取得更好減輕冷害的效果，該結果可能和果蔬組織與外界熱水之間的溫度差有關，溫度差值過大則會降低西葫蘆果實抗冷性，而溫度差達到某一范圍時，果實抗冷性的上升速率則趨于減緩。

圖1 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏冷害指數的影響

2.2 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏失重率、硬度、可溶性固形物含量和色差值的影響

采后果蔬由于蒸騰和呼吸作用常失水失重，表皮出現皺縮，故失重率是果蔬貯藏過程中重要品質指標。如圖2所示，在貯藏過程中各組失重率均呈現上升趨勢。在整個貯藏過程中，處理B、C組較CK組能顯著減緩西葫蘆果實失重率的上升(P<0.05)，該結果與果實冷害指數結果類似，可能是因為B、C這2組能明顯改變西葫蘆果皮表面的蠟質層，降低了果實水分的蒸發(fā)，從而減緩了失重率的上升速率，提高了果實在低溫逆境下的抗性。在貯藏末期，CK組果實失重率達到了2.55%，分別是同時期A、B、C處理組的1.23、1.52和1.58倍，顯著高于熱處理組(P<0.05)，而B、C處理組果實失重率要顯著低于A組，這表明熱處理能降低西葫蘆果實低溫貯藏的失重率，提高商品品質，但當外界處理相同的情況下，果實機體溫度為20、25比15 ℃效果更好。

圖2 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏失重率的影響

硬度是能夠反映果蔬成熟度的重要指標，它與果蔬的貯藏性呈正相關。由圖3可知，在整個低溫貯藏過程中，CK組果實硬度始終處于最低值，這說明該組西葫蘆果實在貯藏周期內軟化程度較為嚴重，果實品質較差。而熱處理組在貯藏周期內能維持果實較高的硬度，但3組熱處理果實硬度之間又存在顯著性差異(P<0.05)，這說明熱處理能延緩西葫蘆硬度的下降，而果實機體自身的溫度對熱處理的影響效果不同，可能是因為機體與外界熱水之間劇烈的溫度變化使果蔬產生生物應激效應的效果不同，面對外界適宜的熱處理，果實機體溫度與之溫度差較大時，外界刺激較大，果實來不及適應環(huán)境的驟然巨大改變，不能很好的適應外界環(huán)境帶來的組織機體內部的改變。綜合整個貯藏周期果實硬度數據，可以看出在外界熱水處理溫度、時間相同的情況下，果實機體溫度為20、25 ℃時，西葫蘆果實在低溫逆境下的硬度維持效果較好，商品品質得到了較好保持。

圖3 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏硬度的影響

在果蔬的成熟過程中，果蔬的可溶性固形物含量一般會逐漸增加，但在衰老過程中則可能下降，因此SSC是評價果蔬耐貯性的重要指標[15]。如圖4所示，在西葫蘆的整個低溫貯藏過程中，果實SSC呈現先增加后略微下降趨勢，這一趨勢與HUAN等[9]和程玉嬌等[11]研究結果相似。在貯藏前、中期，CK組與熱處理C組果實SSC之間存在顯著差異(P<0.05)，這可能是不同處理組果實大分子物質降解和呼吸消耗綜合影響的結果，C組果實表皮蠟質層結構發(fā)生改變，通過自身調節(jié)，果實呼吸速率下降，新陳代謝減緩，使得西葫蘆果實失重率上升速率減緩，硬度、SSC等貯藏品質得到提高。而在貯藏末期，4個處理組果實SSC不存在顯著性差異，且該時期的熱處理B組較剛貯藏時增加了0.60%，CK、A、C組較開始則分別下降了1.40%、2.00%和0.60%，這說明低溫貯藏末期時，熱處理西葫蘆果實的SSC并未得到較好維持，可能是西葫蘆SSC對果實抗寒性不存在顯著性關系。

圖4 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏SSC的影響

西葫蘆在采后貯藏過程中表皮由綠變黃，同時有斑點出現，這是西葫蘆果實衰老的一種標志，通過色差值可以來測定果實顏色的變化，色差值越大說明果實黃化程度越嚴重，果實品質越低。由圖5可知，果實色差值隨貯藏時間的延長而逐漸增大，但各組果實色差值增加程度之間存在一定的差異；貯藏前期CK、A、B、C組較剛貯藏時果實色差值分別增加了6.57%、5.04%、1.92%和2.17%，B處理組增長程度最為緩慢，其次是C組；而在貯藏第15天的CK、A、B、C組的色差值分別為55.11、54.20、52.90和52.39，較貯藏剛開始時各組色差值分別增加了13.79%、11.91%、9.42%和8.18%，其中熱處理色差值增長程度顯著低于CK組(P<0.05)，而以C組的增長程度最低，這說明熱處理能夠延緩果實衰老，從熱處理C組的抑制程度為最佳，這一結論與果實冷害結論一致，可能是果實初始機體溫度對熱處理抑制細胞壁分解酶的活性有關，進而對表皮色澤的保護存在一定影響。

圖5 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏色差值的影響

2.3 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏電解質外滲率和MDA含量的影響

果蔬發(fā)生冷害時，細胞膜的通透性會增加甚至完全喪失，細胞膜結構的完整性遭到破壞，果實的電解質外滲率變大，膜脂過氧化程度加劇，而電解質外滲率越大則細胞膜的完整性破壞的越嚴重，如圖6所示。

圖6 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏電解質外滲率的影響

各組果實電解質外滲率隨時間延長而逐漸增加，但同時期的熱處理組能顯著性的抑制果實電解質外滲率的升高(P<0.05)，這一結論在橄欖[21]、黃瓜[22]、枇杷[7]、青椒[17]等熱處理低溫貯藏果蔬中都得到了相似的結果，可能是因為熱處理降低了果實的冷害指數，細胞膜的完整性得到了較好維持，膜脂過氧化程度得到了較好改善。但在貯藏末期，CK、A、B、C組果實電解質外滲率值各組差異顯著(P<0.05)，其中熱處理C組值最小，同時期CK、A、B組值分別是C組的1.52、1.16、1.07倍，均顯著高于C組，CK組因直接在低溫下進行貯藏，細胞膜被破壞的最為嚴重，但經相同外界熱處理的果實，自身機體溫度的差異也會導致膜脂過氧化程度的不同。

低溫傷害會造成細胞膜通透性的增大以及膜上結合酶活化能的提高，酶促反應失去平衡，膜脂過氧化程度加強，有害物質積累程度加劇，而MDA作為膜脂過氧化的產物之一，其含量能夠表示細胞膜受傷害的程度[23]。由圖7可知，低溫貯藏下的西葫蘆果實MDA含量隨貯藏時間增加而持續(xù)上升，這一趨勢在低溫貯藏茄子[24]、杏[19]、綠梅[8]等果實中都得到了相似的驗證，說明低溫下果實的膜脂過氧化會隨貯藏時間而加劇，進而對果實商品品質等造成一定傷害。如圖7所示，熱處理組能夠顯著性地抑制西葫蘆果實MDA含量的上升(P<0.05)，且熱處理C組果實MDA含量在整個周期內一直處于最低值，這和熱處理C組很好地抑制西葫蘆果實電解質外滲率、冷害指數的上升結果保持一致，該結果表明C處理組能作為一種很好的熱處理方式增強低溫脅迫下西葫蘆果實的抗寒性。

圖7 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏MDA含量的影響

2.4 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏H2O2和含量的影響

當果蔬受到逆境脅迫時，細胞內自由基代謝不再平衡，作為果蔬內部一種活性氧自由基的H2O2將會大量的積累，膜脂過氧化作用加劇，果蔬衰老進程加速，因此H2O2含量可用來反映低溫逆境下西葫蘆果實的膜脂過氧化程度。如圖8所示，各組果實H2O2含量持續(xù)上升，膜脂過氧化程度不斷增加，但CK組與熱處理B、C組H2O2含量之間始終存在顯著性差異(P<0.05)，這表明適當熱處理能降低西葫蘆H2O2含量的積累，抑制果實膜脂過氧化進程，這一結論與SHAO等[25]、王靜等[6]研究結果相似。但在貯藏末期，B處理組比C組H2O2含量提高了11.75%，這表明外界處理相同時，果實機體內部自身溫度對低溫脅迫存在顯著的影響(P<0.05)。

圖8 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏H2O2含量的影響

圖9 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏的影響

2.5 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏SOD、CAT、POD和APX活性的影響

圖10 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏SOD的影響

果蔬內的CAT可以催化H2O2分解，減少對組織造成的氧化傷害。如圖11所示，在低溫貯藏期間，各處理組西葫蘆果實CAT活性呈先增加后降低趨勢，但CK組在第5天達到其整個周期內的最大值，其值為3.47 U/g，相對于同時期熱處理A、B、C組分別降低了1.42%、14.32%和17.58%，顯著低于B、C處理組(P<0.05)。在貯藏中期，各熱處理組果實CAT活性分別達到其周期內最大值，C組CAT活性達到了CK組的1.92倍，顯著提高了果實CAT活性(P<0.05)，加速了H2O2的分解，增強了果實的抗寒性，與西葫蘆果實H2O2含量以及冷害指數結果保持一致。貯藏末期，C組仍顯著高于同一時期的其他處理組(P<0.05)，這表明外界43.3 ℃、28.4 min熱水處理能夠延緩低溫下西葫蘆果實的衰老，但以果實機體溫度為25℃處于最佳效果。

圖11 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏CAT的影響

POD作為果蔬內重要的氧化還原酶之一，在降低活性氧積累、延緩膜脂過氧化進程以及維持細胞膜完整性中都承擔重要作用。由圖12可知，低溫下西葫蘆果實POD活性隨貯藏時間的延長而不斷增加，但3組熱處理組POD活性始終顯著高于同時期的CK組(P<0.05)，這說明熱處理對維持西葫蘆POD高活性起著重要作用，同時熱處理對哈密瓜[6]、番茄[28]等低溫貯藏下的果蔬得到了相似結論。在貯藏中期和末期，熱處理C組西葫蘆果實POD活性顯著高于A、B組(P<0.05)，這和果實H2O2含量以及冷害指數結果基本一致，說明當外界熱處理條件一致，果實機體溫度對自身低溫貯藏的抗寒性存在較大影響，當溫度差值較大時，西葫蘆果實不能維持較佳貯藏品質。

圖12 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏POD的影響

APX可以催化ASA與H2O2發(fā)生反應，ASA被氧化的同時，H2O2得到清除。如圖13所示，各組果實APX都在貯藏前期達到其周期內的最高峰，之后隨時間延長而下降，這可能是由于果實在前期本身對于低溫脅迫產生防衛(wèi)反應，而中、后期的下降可能是果實冷害程度加強，H2O2等活性氧含量不斷升高，酶分子結構被破壞所致。但在整個貯藏周期內，CK、A、B、C處理組果實APX活性始終存在顯著性差異(P<0.05)，且CK組APX活性一直處于同時期的最低值，至貯藏末期A、B、C組果實APX活性達到了CK組的1.37、1.67、1.61倍，這說明熱處理組能提高低溫下西葫蘆果實的APX活性，加速活性氧的分解清除，進而增強果實抗寒性，維持較好果實品質。

圖13 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏APX的影響

2.6 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏ASA和GSH含量的影響

ASA作為果蔬體內一種重要的抗氧化劑，不僅可以評價果蔬的貯藏品質，同時能直接清除H2O2活性氧，自身被氧化形成脫氫抗壞血酸，保護細胞組織免受膜脂氧化作用，延緩果實衰老，如圖14所示。

圖14 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏ASA的影響

隨著西葫蘆果實冷害加劇，果實失重率的增加以及H2O2含量的持續(xù)積累，西葫蘆果實ASA含量不斷下降，這一結論在低溫貯藏火龍果[29]、綠梅[8]、黃皮[30]和青圓椒[31]等果實中都得到了驗證。但熱處理B、C組果實ASA含量始終顯著高于同時期的CK組(P<0.05)，且B、C處理組不存在顯著差異，而熱處理A組始終顯著低于B、C組果實ASA含量，這說明外界熱處理相同，西葫蘆自身機體溫度能顯著影響果實貯藏品質，同時對細胞內自由基非酶促清除能力存在差異。

GSH作為果蔬體內非酶清除活性氧的一種重要抗氧化劑，可以將ASA形成的脫氫抗壞血酸再次還原成ASA，其含量能直接反應果蔬抵御活性氧傷害的能力。由圖15所示，西葫蘆果實GSH含量整體呈先增加后快速降低趨勢，這可能和果實貯藏中、后期活性氧的不斷積累有關，隨著貯藏時間的延長，果實不斷受到持續(xù)累積活性氧的傷害，果實冷害加劇，商品品質下降，ASA含量持續(xù)降低，推動GSH含量下降的循環(huán)。但熱處理C組在貯藏前、中、后期，果實GSH含量始終顯著高于同時期的CK組(P<0.05)，這表明熱處理能提高西葫蘆果實GSH含量，延緩果實ASA含量的下降，這一結論與熱處理甜辣椒[32]、香蕉[33]和蜜橘[34]結果保持一致。而熱處理A組在貯藏周期內與C組GSH含量差異顯著(P<0.05)，這表明外界熱處理相同時，果實自身機體溫度對其低溫貯藏效果存在顯著性影響(P<0.05)。

圖15 不同初始機體溫度對熱處理西葫蘆低溫貯藏GSH的影響

3 結論