外源乙烯對常溫物流甘薯的抑芽作用及其品質(zhì)的影響

何欣遙，靳苗苗，劉錦，程圣，張敏*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(重慶)，重慶，400715) 3(西南大學(xué) 食品貯藏與物流研究中心，重慶，400715)

甘薯(Ipomoeabatatas(L.)Lam.)味美甜糯,營養(yǎng)豐富，藥食兼用，我國的種植面積和產(chǎn)量均居世界首位。對其進行高附加值利用，對促進我國農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展具有積極意義[1]。甘薯在16～35 ℃的儲運環(huán)境下極易發(fā)芽，嚴(yán)重影響商品價值，原因在于甘薯收獲時，塊根周皮下已分化形成大量潛伏的不定芽原基[2]。因甘薯無生理休眠期的生理特性，芽原基在16～35 ℃環(huán)境中極易萌發(fā)。萌芽前期所需的養(yǎng)分，主要由甘薯本身供給，隨著幼苗生長，逐漸轉(zhuǎn)為靠根系吸收床土中養(yǎng)分生長[3]。因此，甘薯前期發(fā)芽會促進塊根內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，釋放能量，供于芽的生長。為保持甘薯的營養(yǎng)品質(zhì),抑芽非常重要。

目前應(yīng)用于甘薯抑芽的技術(shù)主要有：輻照抑芽、植物生長調(diào)節(jié)劑抑芽、植物提取物抑芽等。輻照抑芽通過直接破壞甘薯芽體細(xì)胞內(nèi)DNA，使塊根產(chǎn)生的活性自由基與核內(nèi)物質(zhì)作用，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而抑制甘薯芽生長[4]。但目前存在輻照資源緊張、操作不便、運輸成本高等難題。植物生長調(diào)節(jié)劑中有氯苯胺靈(chlor-propham，CIPC)[5]、NaClO溶液和萘乙酸。CIPC屬于低毒性物質(zhì)，而NaClO溶液和萘乙酸對甘薯品質(zhì)會產(chǎn)生不良影響[6-7]。植物提取物抑芽主要是從植物中提取出香芹酮、茉莉酸甲酯[8]、薄荷醇[5]等物質(zhì)，此法提取成本較高，并不適于商業(yè)應(yīng)用。

乙烯利(外源乙烯)成本低，安全性好，可商業(yè)化批量生產(chǎn)。有研究表明，外源乙烯可有效抑制馬鈴薯[9-11]、洋蔥[12-14]等的采后萌芽現(xiàn)象。迄今為止，乙烯已在部分國家被注冊為洋蔥、馬鈴薯商業(yè)抑芽劑，但在甘薯抑芽方面的研究鮮有報道。本試驗以甘薯為原材料，探討了不同濃度外源乙烯對25 ℃(模擬常溫物流溫度)貯藏下甘薯的抑芽作用及其品質(zhì)的影響，為外源乙烯在甘薯抑芽中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“渝薯7號”甘薯購于北碚區(qū)天生農(nóng)貿(mào)市場，要求同一批次、大小均勻、機械傷少、無發(fā)芽、無病蟲害。標(biāo)準(zhǔn)郵政6號紙箱(260 mm×150 mm×180 mm)，3層B瓦楞，山東冠縣萬林紙制品有限公司。

2.5 g/包乙烯利(有效成分20%)，山東營養(yǎng)源食品科技有限公司；NaOH、BaCl2、無水乙醇、乙酸鉛、無水Na2SO4、甲醇、草酸、2,6-二氯靛酚鈉、CuSO4、酒石酸鉀鈉、Na2CO3，成都科龍化工試劑廠；石油醚，重慶川東化工(集團)有限公司；濃HCl、丙酮，重慶北碚化學(xué)試劑廠；L(+)-抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品，北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RXZ-8000智能人工氣候箱，寧波東南儀器有限公司；H1650R臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀公司；UV-2450PC紫外可見分光光度計、UV-2450手持式折光儀，日本島津公司；GY-4數(shù)顯式果實硬度計，浙江樂清艾德堡儀器有限公司；CENTER?314數(shù)位溫濕度表，群特科技股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

挑選大小均勻、無發(fā)芽、無病蟲害的甘薯進行處理，將甘薯隨機放入紙箱，每箱1 500 g左右，再放入一定量乙烯利后封箱。試驗中乙烯利濃度分別為0(CK)、0.5、1、2 g/L(乙烯利質(zhì)量與氣體空間體積比)。最后將裝箱后的甘薯放入氣候箱中，模擬常溫物流，在(25±1)℃、相對濕度(90±5)%的條件下貯藏18 d，每3 d每組隨機取3箱取樣進行指標(biāo)測定。

1.3.2 發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率的測定

以薯皮出現(xiàn)肉眼可見的芽點視為發(fā)芽[15]，參考PANKOMERA[16]的方法，觀察并記錄每個甘薯的發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽指數(shù)記錄為：1級=0芽；2級=1～3芽；3級=4～6芽；4級= 7～9芽；5級=10芽及以上。按照公式(1)和(2)分別計算甘薯的發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽率:

(1)

(2)

式中:i,發(fā)芽級數(shù)；Xi,i級甘薯個數(shù)；K,甘薯總個數(shù)。

1.3.3 開裂率的測定

以薯皮出現(xiàn)肉眼可見的裂紋視為裂果。按照公式(3)計算甘薯的裂果率。

(3)

1.3.4 呼吸強度的測定

參考曹建康等[17]的方法，按靜置法測定甘薯的呼吸強度[mg/(kg·h)]。

1.3.5 硬度的測定

使用艾德堡GY-4硬度計測定甘薯硬度，探頭直徑為3.5 mm。在甘薯橫向赤道部位均勻取4點測定，取平均值。

1.3.6 可溶性固形物含量的測定

稱取2.5 g甘薯，按NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》測定甘薯的可溶性固形物含量。

1.3.7 淀粉含量的測定

稱取2.5 g甘薯，按NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》執(zhí)行，測定甘薯的可溶性固形物含量，以%表示。

1.3.8 總酚含量的測定

參考曹建康等[17]的方法，測定甘薯的總酚含量，以O(shè)D280/g表示。

1.3.9 類黃酮含量的測定

參考曹建康等[17]的方法，測定甘薯的類黃酮含量，以O(shè)D325/g表示。

1.3.10 抗壞血酸(ascorbic acid, ASA)含量的測定

按GB 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中抗壞血酸的測定》中2, 6-二氯酚靛酚滴定法測定甘薯的ASA含量。

1.3.11 類胡蘿卜素含量的測定

按NY/T 1320—2007《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定技術(shù)規(guī)程甘薯》中丙酮直提法測定甘薯的類胡蘿卜素含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2007對各指標(biāo)進行數(shù)據(jù)計算；用IBM SPSS Statistics 22對指標(biāo)進行顯著性分析，最后用OriginPro 8.6制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)

甘薯在愈傷期間和儲運后期易發(fā)芽，發(fā)芽將增加其營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，塊根本身則萎縮干枯,品質(zhì)下降以致不堪食用[18]。如圖1、圖2所示，在常溫儲存期間處理組甘薯發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均遠(yuǎn)低于CK組，差異極顯著(P<0.01)。0.5、1、2 g/L乙烯處理組分別在第12、15、18天觀察到芽點，CK組在第3天觀察到芽點。第18天時，CK組發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)分別高達(83.33±4.71)%和(2.7±0.08)；0.5、1、2 g/L乙烯處理組發(fā)芽率為(30±8.16)%、(10±8.16)%、(3.33±4.71)%；處理組發(fā)芽指數(shù)均處于較低水平，與CK組差異極顯著(P<0.01)，0.5 g/L乙烯組發(fā)芽指數(shù)顯著高于1、2 g/L乙烯組(P<0.05)，1 g/L乙烯組發(fā)芽指數(shù)略高于2 g/L乙烯組，差異不顯著(P>0.05)。表明在常溫儲運時，外源乙烯處理不能完全抑制甘薯發(fā)芽，但能有效延遲甘薯初芽時間，且濃度越高效果越好，0.5、1、2 g/L乙烯處理能有效控制甘薯在12、15、18 d內(nèi)不發(fā)芽。

圖1 外源乙烯處理對甘薯發(fā)芽率的影響

圖2 外源乙烯處理對甘薯發(fā)芽指數(shù)的影響

2.2 外源乙烯對甘薯開裂率的影響

甘薯周皮開裂影響其商品性，將增加微生物的浸染，進而導(dǎo)致其腐爛。周皮開裂的實質(zhì)是周皮和果肉組織之間增長速度不平衡而產(chǎn)生開裂[19]。如表1所示，2 g/L乙烯組在6 d時觀察到表皮開裂現(xiàn)象，18 d時開裂率為(33.33±4.71)%。而CK組、0.5和1 g/L乙烯組直至儲運末期均未出現(xiàn)周皮開裂現(xiàn)象。表明2 g/L外源乙烯處理將導(dǎo)致甘薯周皮出現(xiàn)裂紋，可能是由于高濃度的外源乙烯處理使甘薯果實膨大，而甘薯果肉和周皮組織增大速度不一致使周皮開裂。

表1 甘薯開裂率

2.3 外源乙烯對甘薯呼吸強度的影響

呼吸作用是甘薯采后重要的生理代謝方式，如圖3所示，各組甘薯呼吸強度呈現(xiàn)出隨儲運時間先上升再下降再上升的動態(tài)趨勢。CK組在6 d時達到峰值(34.09±3.76)mg/(kg·h)后下降，12 d后再次上升并趨于穩(wěn)定。這是由于環(huán)境溫度較高，塊根呼吸強度增大，甘薯達到呼吸躍變峰值后萌芽，導(dǎo)致塊根呼吸強度再次增大[20- 21]。盡管如此，在整個儲運過程中CK組呼吸強度仍顯著低于0.5、1 g/L乙烯組(P<0.05)，極顯著低于2 g/L乙烯組(P<0.01)。2、1 g/L 乙烯組呼吸強度在第3天達到峰值，較CK組呼吸峰值提高了77.86%、34.81%；0.5 g/L乙烯組在第6天達到峰值，比CK組提高了27.74%；2 g/L乙烯組峰值顯著高于0.5、1 g/L處理組(P<0.05)；1 g/L乙烯組峰值稍高于0.5 g/L乙烯組，但差異不顯著(P>0.05)。

圖3 外源乙烯處理對甘薯呼吸強度的影響

2.4 外源乙烯對甘薯硬度的影響

果蔬的硬度與纖維素、果膠和半纖維素形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在果蔬成熟衰老過程中，此交聯(lián)結(jié)構(gòu)在內(nèi)切-β-1,4-葡聚糖酶(EGase)、β-葡萄糖苷酶(β-Glu)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)和果膠甲酯酶(PME)作用下發(fā)生水解，從而導(dǎo)致果蔬軟化[22]。如圖4所示。

圖4 外源乙烯處理對甘薯硬度的影響

在整個常溫儲運期間，各組甘薯硬度值基本呈下降趨勢，但在儲運中后期硬度值有所回升，這是由于25 ℃下甘薯水分流失、組織木質(zhì)化加劇所致。所有組中2 g/L乙烯組硬度值最低，與其余3組差異顯著(P<0.05)，0.5、1 g/L乙烯組硬度值稍低于CK組，但差異不顯著(P>0.05)。

2.5 外源乙烯對甘薯可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物是果蔬甜味的主要來源，能作為呼吸代謝底物，并可保護生物膜[15]。如圖5所示，在整個常溫儲運期間，外源乙烯處理組甘薯可溶性固形物含量先上升再下降再上升又下降，其中CK組全程處于較低水平，與處理組差異顯著(P<0.05)，在第6天，CK組可溶性固形物含量達到最大值(14±0.33)%，此后持續(xù)下降，可能是由于甘薯發(fā)芽消耗了甘薯果實的有機物所致。0.5、1、2 g/L乙烯組均在12 d時達到最大值，分別為(16.4±0.16)%、(18.4±0.16)%、(18±0.16)%，直到儲運結(jié)束，處理組可溶性固形物含量仍處于較高水平。

圖5 外源乙烯處理對甘薯可溶性固形物含量的影響

2.6 外源乙烯甘薯淀粉含量的影響

淀粉是甘薯塊根除水分以外含量最多的成分，在儲運過程中，甘薯淀粉經(jīng)淀粉酶作用降解為小分子糖類，為甘薯萌芽和生長提供養(yǎng)分與能量[5]。如圖6所示，在整個常溫儲運期間，CK組淀粉含量均高于處理組，由于處理組更高的呼吸強度導(dǎo)致甘薯淀粉快速分解消耗，含量下降。在第3天增大后持續(xù)下降，在前期變化較緩，9 d后下降趨勢加快，可能是由于甘薯在儲運中后期發(fā)芽旺盛，淀粉等高分子化合物被分解為低聚糖等較簡單的化合物供給甘薯發(fā)芽，造成淀粉含量下降。盡管如此，CK組淀粉含量全程仍處于較高水平，15 d前與處理組差異顯著(P<0.05)。所有外源乙烯處理組甘薯淀粉含量在第3天均略微升高，但增大幅度顯著低于CK組(P<0.05)，可能是由于乙烯處理增大了甘薯的呼吸強度，導(dǎo)致淀粉分解速度較快。3 d后，2 g/L乙烯組淀粉含量迅速降低，直到儲運結(jié)束均處于最低水平，而0.5、1 g/L乙烯組甘薯淀粉含量在第9天有所回升，9 d后，0.5 g/L乙烯組淀粉含量下降速度加快，此時，甘薯開始萌芽，淀粉大量消耗分解為小分子物質(zhì)。

圖6 外源乙烯處理對甘薯淀粉含量的影響

2.7 外源乙烯對甘薯總酚含量的影響

酚類化合物是植物次生代謝產(chǎn)物，由于其羥基具有清除自由基的能力，被認(rèn)為是抗氧化劑，并為細(xì)胞損傷提供保護[23-24]。如圖7所示，在整個常溫儲運過程中，所有甘薯總酚含量均呈波動上升趨勢。儲運0～6 d，各組甘薯總酚含量均有不同程度的上升，其中CK組上升幅度最小，與2 g/L乙烯組差異極顯著(P<0.01)，與0.5、1 g/L乙烯組差異顯著(P<0.05)。儲運6～18 d，各組甘薯總酚含量有所下降后再上升，2 g/L乙烯組總酚含量仍處于最高水平，與其余組差異顯著(P<0.05)，其次是0.5、1 g/L乙烯組，兩組間差異不大(P>0.05)，但均與CK組差異顯著(P<0.05)。

圖7 外源乙烯處理對甘薯總酚含量的影響

2.8 外源乙烯對甘薯類黃酮含量的影響

如圖8所示，在整個常溫儲運過程中，所有甘薯類黃酮含量均呈波動上升趨勢。其中2 g/L乙烯組類黃酮含量全程處于較高水平，極顯著高于CK組(P<0.01)，顯著高于其余2個處理組(P<0.05)；其次是0.5、1 g/L乙烯組，均顯著高于CK組(P<0.05)；18 d時1 g/L乙烯組顯著高于0.5 g/L乙烯組(P<0.05)。

圖8 外源乙烯處理對甘薯類黃酮含量的影響

2.9 外源乙烯對甘薯ASA含量的影響

如圖9所示，在儲運第3天，各組ASA含量差異不大(P>0.05)。6 d時，CK組、2 g/L乙烯組ASA含量最低，與其余2組差異顯著(P<0.05)；1 g/L乙烯組ASA含量最高，與0.5 g/L乙烯組差異不顯著(P>0.05)。直到儲運末期，1 g/L乙烯組ASA含量仍保持在最高水平，與其余3組差異極顯著(P<0.01)，18 d時，較CK組高出39.91%，此時0.5、2 g/L 乙烯組略高于CK組，一方面可能是由于甘薯發(fā)芽和高濃度的外源乙烯處理使塊根ASA加速分解。

圖9 外源乙烯處理對甘薯ASA含量的影響

2.10 外源乙烯對甘薯類胡蘿卜素含量的影響

如圖10所示，在整個常溫儲運過程中，CK組甘薯類胡蘿卜素含量呈先升后降的趨勢，乙烯處理組均呈波動上升趨勢。各組甘薯類胡蘿卜素含量在儲運0～6 d均有不同程度的上升，其中CK組上升幅度最小，與處理組差異顯著(P<0.05)，CK組類胡蘿卜素含量在第6天上升至峰值(4.72±0.97)mg/100 g后波動下降；2 g/L和1 g/L處理組的類胡蘿卜素含量仍繼續(xù)上升，其中2 g/L乙烯組類胡蘿卜素含量全程處于最高水平，與其余3組差異顯著(P<0.05)，18 d時較CK組高出44.22%，此時1 g/L和0.5 g/L乙烯組類胡蘿卜素含量較CK組分別高出35.17%和30.22%。

圖10 外源乙烯處理對甘薯類胡蘿卜素含量的影響

3 結(jié)論與討論

實驗結(jié)果表明,外源乙烯處理能極顯著(P<0.01)延緩甘薯發(fā)芽時間。CK組在第3天開始發(fā)芽，而0.5、1、2 g/L乙烯組能有效控制甘薯在12、15、18 d內(nèi)不發(fā)芽，但過高質(zhì)量濃度的2 g/L乙烯組會促使甘薯周皮開裂。陳晶晶等[25]研究表明，乙烯通過誘導(dǎo)番荔枝細(xì)胞壁水解酶、氧化酶基因高水平量表達，引起果實細(xì)胞壁快速降解，使細(xì)胞壁變得疏松，細(xì)胞之間的結(jié)合力減弱從而導(dǎo)致果皮開裂，且高濃度乙烯會加劇這種效應(yīng)[26]。

在整個儲運過程中外源乙烯處理會使甘薯的呼吸強度提高，一方面是由于乙烯通過受體與細(xì)胞膜結(jié)合，增強膜透性，使氣體交換加速，氧化作用加強[27]；另一方面乙烯可誘導(dǎo)呼吸酶mRNA的合成，提高呼吸酶含量并增強了呼吸酶活性，對抗氰呼吸有顯著的誘導(dǎo)作用，進而使呼吸強度增大[28-29]，這與代紅飛[30]在馬鈴薯中實驗結(jié)果相一致。乙烯處理組的淀粉含量均低于CK組，這可能與處理組呼吸強度較高，導(dǎo)致淀粉分解速度加快有關(guān)。而0.5、1 g/L乙烯組甘薯淀粉含量在第9天有所回升，是由于甘薯儲運一定時間后，甘薯呼吸代謝逐漸趨緩，甘薯內(nèi)比淀粉更復(fù)雜的化合物分解，重新合成淀粉，機體為了維持生理代謝平衡而進行自我調(diào)節(jié)所致[31]。實驗中還發(fā)現(xiàn)，處理組中可溶性固形物與CK組差異顯著(P<0.05)，一方面在于外源乙烯處理延遲了甘薯的發(fā)芽時間，使得萌芽消耗的營養(yǎng)物質(zhì)較少；另一方面在儲運過程中，乙烯處理促進甘薯呼吸，促使淀粉分解轉(zhuǎn)化為糖和糊精[32]，從而提高甘薯可溶性固形物含量，這與石小玉等[33]在獼猴桃中的研究結(jié)果一致。此外，所有組前期硬度均呈下降趨勢，可能是因為糖和淀粉為細(xì)胞的主要內(nèi)含物質(zhì)，其含量和比例的改變，影響果蔬風(fēng)味品質(zhì)，能顯著影響細(xì)胞的膨壓，最后通過影響細(xì)胞的張力而參與軟化進程[34]，導(dǎo)致甘薯的硬度變化。

在儲運期間，外源乙烯處理有利于甘薯總酚含量的提升，原因可能與苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性有關(guān)，柳洪鵑等[35]表示呼吸強度增大，PAL酶活力將提高，PAL催化的酚類物質(zhì)含量也相應(yīng)地增多。MURKUTE等[36]、DOWNES[37]等也得出外源乙烯會增加洋蔥總酚含量的結(jié)論，也有研究顯示外源乙烯會增加蘋果[38]、柑橘[39]中的游離酚含量。甘薯富含能消除體內(nèi)自由基、具有抗氧化功能的類黃酮物質(zhì)[40]，而外源乙烯處理能保持更高的類黃酮含量，曲文穎等[41]也發(fā)現(xiàn)外源乙烯處理有助于藍莓中類黃酮的積累。此外，ASA是普遍存在于植物組織中的一種重要的抗氧化物質(zhì)[42]，在整個常溫儲運過程中，所有組甘薯ASA含量均呈下降趨勢，同時ASA作為甘薯中的營養(yǎng)物質(zhì)在儲運過程中也會被不斷消耗吸收和氧化分解[43]，但1 g/L外源乙烯組的ASA含量能始終保持最高的水平。甘薯中的類胡蘿卜素是有效的抗氧化劑，能消滅人體中活性氧，消除自由基，具有良好的營養(yǎng)保健功能[44]，外源乙烯可明顯提高甘薯的類胡蘿卜素含量，且乙烯濃度越高，提升程度越大。

總體而言，外源乙烯處理能顯著延遲甘薯發(fā)芽時間，促進甘薯淀粉轉(zhuǎn)化，保持塊根較高的可溶性固形物、總酚、類黃酮和類胡蘿卜素含量，且濃度越高效果越好。0.5 g/L乙烯組與CK組ASA含量、硬度差異不顯著；1 g/L乙烯組能維持較高的ASA含量；但2 g/L乙烯濃度會明顯降低甘薯ASA含量、硬度，并會導(dǎo)致甘薯塊根開裂。綜合比較，1 g/L外源乙烯處理組既能達到抑芽的效果又能有效保持甘薯的品質(zhì)。