采前噴施納米鈦提升冷藏楊梅品質及其通徑分析

孫志棟 焦 云 李共國 史婷婷

(1寧波市農業(yè)科學研究院，浙江 寧波 315040；2浙江萬里學院寧波市農品加工技術重點實驗室，浙江 寧波 315100)

楊梅(Myrica rubra)為我國南方特產水果，果實酸甜多汁，風味濃郁。楊梅成熟季節(jié)正逢酷暑，加上采收集中、時間短以及采后楊梅極易發(fā)霉變質，楊梅的貯運保鮮一直是研究熱點[1]。納米二氧化鈦(TiO2)是一種光催化型抑菌劑，無毒、無味、化學性質穩(wěn)定，具有很強的氧化性和抑菌、除臭功效[2]。TiO2能利用紫外光降解多種有害的有機物，在凈化污水、空氣以及防污自潔和抗菌殺毒等領域廣泛應用[3]。納米TiO2對金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)[4]、大腸桿菌(Escherichia coli)[5]、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)[6]、青霉菌(Penicillium)[7]等具有一定的抑制作用。因此，納米TiO2的復合溶液常用作果蔬保鮮劑，如含納米TiO2的復合溶液處理雙孢蘑菇可以較好地改善其色澤，延緩開傘[8]。前人研究表明，納米TiO2多作為涂膜添加劑或復合包裝膜的抑菌成分用于易腐果蔬的保鮮，如桃[9]、草莓[10-11]、梨[12]、金針菇[13]、番茄[14]、胡蘿卜[15]等，其原理是納米TiO2的光催化性可以將果蔬產生的乙烯氧化分解成二氧化碳和水，同時納米TiO2在光照射下產生氧化性較強的活性自由基，可以抑制微生物的生長甚至殺死微生物[16]。納米TiO2的光催化特性不僅能明顯促進光能的吸收、并將其轉換為電能及活躍的化學能，還能促進CO2的同化[17-18]。但有關納米TiO2溶液對果樹進行采前噴施，促進其果實品質提高、增強耐貯性的研究尚鮮有報道。TiO2是一種多相混合物，有金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型三種形態(tài)，其中，金紅石型TiO2化學性能穩(wěn)定，具有較好的光散射和反射性能，因而光催化性能良好[19]。為此，本研究設計了楊梅采前噴施金紅石納米TiO2試驗，考察楊梅在冷藏期間的果實品質及生理生化等指標的變化，并采用逐步回歸和通徑分析法，揭示楊梅果實品質、生理生化等指標與好果率之間的關系，以期為楊梅的保鮮提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

本試驗選用浙江慈溪市溫室大棚栽培樹齡、樹勢及掛果量一致的荸薺種楊梅。

金紅石納米TiO2(60 nm 和40 nm)均為分析純，上海Aladdin 公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

TA.XT Plus 物性分析儀，英國Stable Micro Systems公司；SYNAPT G2 液質聯(lián)用色譜儀，美國Waters 公司；PAL-1 數(shù)顯糖度儀，日本ATAGO 公司；MS105DU 精密天平，瑞士Mettler Toledo 公司；YP30002 電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司；DK-S24 電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司；UV756P 紫外分光光度計，上海赫爾普國際貿易有限公司；H1850R 離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；KQ2200DE 型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 試驗方法

研究表明，納米TiO2只有在吸收一定紫外光后，才能通過價帶電子的能級躍遷，產生空穴，繼而產生活性自由基，發(fā)揮抗菌功能，且粒徑為30 ～40 nm 的納米TiO2對紫外線有良好的吸收性能[16]。此外，當納米TiO2質量分數(shù)達到0.10%時，即可對寄生于水果中的青霉菌、綠霉菌及大腸桿菌具有較高的活性抑制能力[20]。結合預備試驗的經(jīng)驗，當噴施的納米TiO2溶膠質量分數(shù)達到0.25%時，白色乳液易在楊梅樹葉上殘留較長時間，影響楊梅的觀光休閑采摘。本試驗最終設置噴施金紅石納米TiO2的粒徑和濃度水平如表1所示。共設5 個處理，4 次重復，噴施時間為5月23日下午(晴天)，自上而下噴施一次，采摘時間為5月31日上午(晴天)，每處理采摘樣品2 框，每框2 kg。

表1 采前噴施金紅石納米TiO2 的試驗設計Table1 Experimental design of pre-harvest spraying rutile TiO2

試驗流程:挑選受試楊梅株→采前噴施金紅石納米TiO2溶液→采收、取樣→4℃預冷12 h→0 ～4℃冷藏20 d，每隔5 d 取樣1 次，共取樣4 次，考查果實商品果率、硬度、可溶性固形物(total soluble solid，TSS)含量、可滴定酸(total acid，TA)含量、還原糖(reducing sugar，RS)含量、維生素C(vitamin C，Vc)含量。

1.4 指標測定方法

楊梅硬度采用物性分析儀測定，傳感器端面直徑5 mm，移動速度1.0 mm·s-1，壓縮距離5 mm，以壓縮時受力的最大峰值表示硬度[21]。

TSS 含量采用數(shù)顯糖度儀測定。

用酸堿滴定法測定TA 含量。

用堿性酒石酸銅溶液直接滴定法測定RS 含量。

用2，6-二氯酚靛酚法測定Vc 含量[22]。

參照文獻[23]的方法測定羥自由基(·OH)清除率。

參照文獻[24]的方法測定多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)活性，酶活性均以每克鮮樣每分鐘吸光度變化0.01 為1 個酶活性單位，表示為U·min-1·g-1。

楊梅的好果率和發(fā)霉率分別按好果數(shù)量和發(fā)霉果數(shù)量占總果數(shù)量的百分比進行統(tǒng)計。裂軟果率按裂、軟果數(shù)量占總果數(shù)量的百分比進行統(tǒng)計。

1.5 數(shù)據(jù)處理

冷藏楊梅品質與因子間的通徑分析:逐步回歸分析分別以楊梅好果率、發(fā)霉率以及裂軟果率為因變量(y)，以果實的硬度、TSS、TA、RS 和Vc 含量等品質指標，以及·OH 清除率、POD 和PPO 活性等生理生化指標為自變量(x)[25]，分析上述指標對楊梅好果率、發(fā)霉率、裂軟果率的影響。對入選多元回歸方程的自變量因子，作進一步的通徑分析，即將自變量與因變量之間的相關系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)，通過比較各因子通徑系數(shù)絕對值的大小，確定各自變量對因變量產生顯著影響的主次順序[26]。同時，引入影響楊梅好果率的決策系數(shù)(計算公式:2×相關系數(shù)×直接作用系數(shù)-直接作用系數(shù)2)概念，通過計算各自變量對因變量作用的決策系數(shù)，確定因變量的主要決策變量(決策系數(shù)為最大正值)，以及引起因變量波動的限制變量(決策系數(shù)為最小負值)[27]。以上分析均應用DPS 10.15 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成。采用Word 97-2003 制圖。

2 結果與分析

2.1 冷藏期間楊梅品質的變化

由圖1可知，貯藏期20 d 內60 nm、0.10% TiO2處理組楊梅果實的平均裂軟果率(3.4%)明顯高于CK(0.8%)和0.05%TiO2處理組(0.0%)(圖1-A)；40 nm、0.10% TiO2處理組楊梅平均發(fā)霉率(6.1%)明顯低于CK(20.6%)、40 nm、0.05% TiO2處理組(29.5%) 和60 nm、0.10% TiO2處理組(19.3%)(圖1-B)。40 nm、0.10%TiO2處理組楊梅果實的硬度最高，明顯高于60 nm、0.05%TiO2處理組(圖1-C)；TSS 含量則明顯低于60 nm TiO2處理組(圖1-D)；RS含量明顯低于0.05% TiO2處理組(圖1-F)；TA 含量最高，明顯高于CK 和40 nm、0.05% TiO2處理組(圖1-E)；Vc 含量最高，·OH 清除率最低(圖1-G、H)。楊梅經(jīng)采前噴施金紅石納米TiO2后，POD 和PPO 活性均較CK 有不同程度的下降(圖1-I、J)。40 nm、0.10%TiO2處理組和60 nm、0.05% TiO2處理組楊梅的好果率分別較CK 高14.5 和4.8 個百分點。由于冷藏試驗各組楊梅的初始TSS 含量不同，即成熟度不同，導致冷藏楊梅品質的差異較大。CK 楊梅在冷藏初期10 d成熟度最低，但在冷藏過程中TSS 含量不斷升高，后熟速度快，硬度下降明顯，且冷藏10 d 發(fā)霉率高達20%；60 nm、0.05% TiO2處理組由于楊梅早熟，應適當縮短冷藏期，冷藏15 d 時楊梅的發(fā)霉率比CK 低9.5 個百分點，但發(fā)霉率已達17.2%；而40 nm、0.10% TiO2處理組冷藏楊梅TSS 含量波動不大，后熟現(xiàn)象不明顯，冷藏15 d 時發(fā)霉率仍控制在7.5%以下，比CK 低19.5個百分點。

圖1 采前噴施金紅石納米TiO2 對冷藏楊梅品質的影響Fig.1 Effect of pre-harvest spraying rutile TiO2 on quality of cold storage Myrica rubra

2.2 楊梅好果率、發(fā)霉率以及裂軟果率的多元逐步回歸與通徑分析

由表2可知，楊梅果實好果率、發(fā)霉率、裂軟果率與果實品質指標之間的逐步多元回歸方程均通過了顯著性檢驗(n＝20，R≥0.686，P≤0.014 9)。鑒于果實品質與生理生化指標變量對楊梅好果率、發(fā)霉率、裂軟果率的直接影響和綜合影響排序可能不同，為檢出重要指標以便分析，引入決策系數(shù)，從而確定主要決策變量和限制變量[25]。從影響冷藏楊梅好果率、發(fā)霉率以及裂軟果率的重要因子及其決策系數(shù)看，RS 含量是冷藏楊梅好果率變化最大的決策因子，決策系數(shù)為0.428，TSS 含量是冷藏楊梅好果率和發(fā)霉率波動的限制因子，限制系數(shù)分別為-0.356 和-0.318。另外，TA含量分別成為冷藏楊梅發(fā)霉率和裂軟果率變化的主要決策因子。

表2 冷藏期楊梅好果率、發(fā)霉率與果實品質指標之間的多元逐步回歸方程Table2 Multiple stepwise regression equations between good fruit rate，mildew rate of Myrica rubra and fruit quality index in the cold storage period

為探究上述決策因子和限制因子對楊梅好果率的作用機理，進一步對其作通徑分析。由表3可知，影響冷藏期楊梅好果率(發(fā)霉率)最大的直接作用因子均為RS 含量，作用系數(shù)為-0.824 (0.720)；影響冷藏期楊梅好果率(發(fā)霉率)最大的間接作用總和均為TSS含量，作用系數(shù)為-0.623 (0.593)，其主要通過積累RS 對楊梅好果率(發(fā)霉率)產生較大的間接負向(正向)作用，作用系數(shù)達-0.501 (0.438)。盡管TSS 含量對楊梅好果率(發(fā)霉率)的直接作用系數(shù)為正向(負向)的0.444 (-0.410)，但其綜合作用效果相反-0.179 (0.183)。

果實RS 含量對楊梅好果率的決策系數(shù)為最大的正值[偏相關系數(shù)r(y，RS)＝-0.747，P＝0.000 6]，成為影響楊梅好果率的主要決策因子；而TA、RS 含量對楊梅發(fā)霉率的決策系數(shù)均為較大的正值[偏相關系數(shù)r(y，TA)＝-0.663，P＝0.003 4；r(y，RS)＝0.704，P＝0.001 4]，共同構成了楊梅發(fā)霉率的主要決策因子；TSS 含量對楊梅好果率[偏相關系數(shù)r(y，TSS)＝0.529，P＝0.029 1]和發(fā)霉率[偏相關系數(shù)r(y，TSS)＝-0.503，P＝0.038 7]的決策系數(shù)均為最小的負值，同時成為楊梅好果率和發(fā)霉率波動的限制因子。

由表4可知，影響冷藏期楊梅裂軟果率最大的直接作用因子是TA 含量，作用系數(shù)為0.597，其次為RS 含量，作用系數(shù)為0.481，但后者通過TA 發(fā)生較大的負向間接作用，致使RS 含量對楊梅裂軟果率的綜合作用效果在3 個變量中為最小，·OH 清除率的綜合作用效果僅次于TA 含量。果實TA 含量的決策系數(shù)為最大的正值[偏相關系數(shù)r(y，TA)＝0.599，P＝0.008 2]，成為影響楊梅裂軟果率的主要決策因子。

表3 冷藏楊梅好果率(發(fā)霉率)與主要品質指標通徑分析結果Table3 Results of path analysis between good fruit rate (mouldy fruit rate) of Myrica rubra and fruit quality index in the cold storage period

表4 冷藏楊梅裂軟果率與主要品質指標通徑分析Table4 Correlation and path analysis between fissure，soft fruit rate of Myrica rubra and fruit quality index in the cold storage period

3 討論

3.1 噴施納米TiO2 對楊梅成熟度和冷藏品質的影響

聶磊[18]研究發(fā)現(xiàn)，在污染空氣條件下，噴施納米TiO2溶膠能凈化空氣以減輕植物葉片細胞質膜的透性，降低膜脂過氧化水平，增加葉綠素含量，提高植物光合作用速率，并以0.4%濃度預處理的效果最好。蘇明玉[28]研究表明，用適當?shù)蜐舛燃{米TiO2處理波菜，可增強其對可見光的吸收能力，并提高菠菜光系統(tǒng)Ⅱ的光化學活性，加快水的光解和氧氣釋放。本研究發(fā)現(xiàn)，楊梅采前1 周經(jīng)金紅石納米TiO2溶膠噴施后，采摘時所有處理組的TSS 含量均明顯高于CK，其中60 nm 粒徑處理組的TSS 含量高于40 nm 粒徑處理組，可能是大顆粒的金紅石納米TiO2具有較好的光散射和反射性能，因而能提高光能的利用率[19]。由此可見，噴施納米TiO2溶膠可促進楊梅早熟，提前采收，且在試驗過程中也發(fā)現(xiàn)噴施組的楊梅轉色早，顏色更紅紫。此外，祝鈞等[16]認為，納米TiO2在粒徑為30 ～40 nm 時，對600 nm 波長以內的紫外線有良好的吸收特性。蘇明玉[28]研究表明，納米TiO2顆粒粒徑越小，殺菌效果越好，其光催化殺菌作用在光照結束后的一段時間內仍有效。龍小藝等[20]研究發(fā)現(xiàn)，當納米TiO2質量分數(shù)達到0.10%時，已對寄生于南豐蜜桔的青霉菌、綠霉菌及大腸桿菌具有較高的活性抑制能力；而劉艷輝[29]研究認為，低濃度納米TiO2對真菌的殺滅率不明顯，這是由于真菌的細胞壁和細胞膜明顯比細菌的厚。由此解釋了本試驗中小顆粒、高濃度的TiO2處理組(40 nm、0.10%)具有最好的殺滅霉菌作用。鑒于楊梅保鮮過程中最大的問題是由霉菌引起的發(fā)霉，采前噴施40 nm、0.10%金紅石納米TiO2抑制楊梅發(fā)霉效果明顯，基本達到了果蔬保鮮生產的商業(yè)要求，是較理想的采前保質措施。本試驗還發(fā)現(xiàn)，當納米TiO2濃度不足以及時殺霉時，會引起霉菌的大量滋生，如40 nm、0.05%TiO2處理組反而起到了誘導微生物生長繁殖的作用，還需要后續(xù)進一步的研究分析。

3.2 納米TiO2 處理提升冷藏楊梅品質的機制分析

采后果蔬仍然有呼吸代謝，在冷藏過程中，組織中復雜的有機酸分解成簡單分子的代謝物，或大分子淀粉水解轉化為小分子糖。同時，微生物生長代謝產生的酶系將多糖等非還原糖轉化為RS[30]，促使TSS 和RS 含量均呈上升趨勢，且二者之間具有極顯著正相關性[31]，這是果實后熟、衰老的生理特征。本試驗結果表明，40 nm、0.10% TiO2處理組能延緩冷藏期楊梅TSS 和RS 含量的上升，緩解果實中復雜物質的分解，且二者之間也有明顯的正相關性。通徑分析結果表明，RS 含量是直接影響冷藏期楊梅好果率(發(fā)霉率)最大的直接作用因子，最大的間接作用總和均為TSS含量，并且TSS 主要通過RS 的積累對楊梅好果率(或發(fā)霉率)產生較大的間接負向(或正向)作用?？梢?，40 nm、0.10% TiO2處理組成功阻斷了楊梅的微生物生長代謝，這與具有廣譜抑菌功能的OAA-7 復合保鮮劑的作用機制相似[32]。從果蔬的生理活性反應來看，采后果蔬組織受到逆境脅迫或病菌侵染時，PPO活性會快速上升來保護果蔬組織，而POD 活性可以衡量系統(tǒng)清除自由基能力，是果蔬衰老的重要指標之一[33]。納米TiO2光催化殺菌主要依靠催化劑表面所產生的氧化基團，如O2-、H2O2和·OH 等，并以·OH氧化性最強[28]。本研究中，CK 楊梅的PPO、POD 活性均最高，說明受到病菌侵染的脅迫作用最強，而40 nm、0.10% TiO2處理組的·OH 清除率最低，可能是由于外源·OH 具有凈化空氣環(huán)境和對楊梅表面殺菌等作用，消除了病菌侵染對楊梅抗氧化系統(tǒng)的誘導。張萍等[34]和李博等[35]研究表明，納米TiO2處理能提高葉片凈光合速率，顯著促進葉片植物光合作用速率的增加，導致葉片水分的消耗也增加，如果葉片水分供應不足，會造成葉果爭水現(xiàn)象，這可能也是本試驗高濃度TiO2處理組楊梅有少量裂果的主要原因之一；另外，由于納米TiO2光催化殺菌是通過對“水的光解”完成的，楊梅組織失水后也會引起開裂。由本研究的發(fā)霉率和裂軟果率來看，雖然高濃度TiO2處理組楊梅有裂果現(xiàn)象發(fā)生，但發(fā)霉率比CK 明顯下降，如40 nm、0.10%TiO2處理組楊梅冷藏15 d 裂軟果率比CK 高0.5 個百分點，而發(fā)霉率比CK 低19.5 個百分點，這在農業(yè)生產上是可接受的。

4 結論

綜上，采前噴施大顆粒、低濃度(60 nm、0.05%)的金紅石納米TiO2可提高楊梅對光能的利用率，有利于楊梅早熟；噴施小顆粒、高濃度(40 nm、0.10%)的金紅石納米TiO2有助于楊梅的表面殺霉，提高楊梅的貯藏性能。TiO2處理濃度過高會導致楊梅發(fā)生裂果，TiO2處理濃度過低又會起到誘導微生物生長繁殖的作用。RS 含量是影響冷藏楊梅好果率的主要決策因子，TSS 含量是影響楊梅好果率波動的限制因子，主要通過積累RS 發(fā)揮間接的負向作用。TA 含量是影響冷藏楊梅發(fā)霉率和裂軟果率的主要決策因子。本研究結果為促進楊梅早熟以及提高其冷藏性能提供了思路。