不同1-甲基環(huán)丙烯熏蒸處理對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

魏敬汶 吳世雨 呂尊富 崔 鵬 徐錫明 龐林江 陸國(guó)權(quán),* 季少珍

(1浙江農(nóng)林大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院/浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江 杭州 311300；2浙江農(nóng)林大學(xué)薯類作物研究所 浙江 杭州 311300； 3綠潔食品有限公司，浙江 杭州 311300)

甘薯[Ipomoeabatatas(L.) Lam.]屬旋花科甘薯屬，是世界第七大糧食作物[1]，同時(shí)也是重要的飼料、工業(yè)原料和新型能源原料[2]。但因其塊根體積較大、水分含量高，采收后在常溫下貯藏呼吸強(qiáng)度增加，極易發(fā)生失水、發(fā)芽、糠心等問題。

1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)作為一種生產(chǎn)上常用的乙烯受體抑制劑，具有安全、高效、無毒[3]、無殘留[4]等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效阻斷內(nèi)源乙烯與受體蛋白的結(jié)合，從而阻礙乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制果蔬的呼吸及衰老進(jìn)程，提高果蔬的耐貯性[5]。1-MCP的保鮮效果與處理溫度有關(guān)，Blankenshihip等[6]發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)高溫處理保鮮效果優(yōu)于低溫，Ku等[7]研究發(fā)現(xiàn)高溫條件更有利于1-MCP與乙烯位點(diǎn)的結(jié)合，Sisler等[8]研究發(fā)現(xiàn)低溫條件下1-MCP作用效果明顯下降的原因可能與低溫改變膜上受體蛋白構(gòu)象有關(guān)。相關(guān)研究表明，1-MCP抑制作用效果在呼吸躍變型果實(shí)上更為明顯，如蘋果[9]、梨[10]、水蜜桃[11]等。孫愛萍等[12]研究發(fā)現(xiàn)，1-MCP處理可顯著降低活性氧的產(chǎn)生速率，抑制MDA的產(chǎn)生，有效延緩甜瓜果實(shí)采后衰老。在甘薯保鮮貯藏方面，鄧代輝等[13]研究發(fā)現(xiàn)1-MCP和水楊酸(salicylic acid, SA)能使甘薯在貯藏期間保持較好的品質(zhì)，降低腐爛率。彭勇等[14]研究表明，與乙烯、氧苯胺靈(chlorpheniramine, CIPC)、熱水處理等相比，1-MCP緩釋劑是抑制甘薯采后發(fā)芽及延長(zhǎng)貯藏期的最佳處理方法，其中29℃愈傷與1-MCP聯(lián)合處理對(duì)甘薯防腐效果較好。張小村等[15]用1 μL·L-11-MCP 處理鮮食型甘薯品種，發(fā)現(xiàn)1-MCP對(duì)甘薯塊根中可溶性糖、直鏈淀粉含量等品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)有顯著影響。

目前，1-MCP處理作為保持果實(shí)品質(zhì)，延緩果實(shí)衰老，延長(zhǎng)貯藏及貨架供應(yīng)期的關(guān)鍵技術(shù)在呼吸躍變型果蔬貯藏上被廣泛應(yīng)用，而關(guān)于不同熏蒸濃度、不同熏蒸時(shí)間1-MCP處理對(duì)新鮮甘薯的保鮮效果和抗氧化能力的影響鮮有系統(tǒng)的研究報(bào)道。本研究旨在明確不同1-MCP熏蒸濃度、不同熏蒸時(shí)間對(duì)甘薯貯藏保鮮效果的影響，并篩選出適合甘薯貯藏保鮮的最佳1-MCP處理方式，以期為甘薯采后保鮮提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯(煙薯25號(hào))，于2020年10月統(tǒng)一采自浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)薯博園；1-MCP：白色粉劑，有效成分3%，購(gòu)于山東奧維特生物科技有限公司；8.5 L雙扣式密封保鮮盒(38 cm×26 cm×13 cm)，購(gòu)于廣州市馳鋼貿(mào)易有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

iCEN-24R型高速冷凍離心機(jī)，杭州奧盛儀器有限公司；HH6數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司；MV9000紫外可見分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；PBI-Dansensor CheckPoint II便攜式頂空分析儀，上海連航機(jī)電科技有限公司，PRX-15013智能人工氣候箱，寧波海曙賽福實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 1-MCP溶液的制備 參考頡敏華等[16]的方法計(jì)算不同熏蒸濃度1-MCP處理(0.5、1、2、4、8 μL·L-1) 所需粉劑的量，稱取相應(yīng)質(zhì)量的粉劑于5 mL指形試管內(nèi)，加入體積比1∶20的超純水，立即密封搖勻。

X=(C×V×ρ)/(A×106)

式中，X為1-MCP粉劑用量，g；C為設(shè)定1-MCP的質(zhì)量濃度，μL·L-1；V為處理空間體積，L；ρ為相應(yīng)處理溫度下1-MCP的密度，g·L-1；A為所用1-MCP粉劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1.3.2 薯塊收獲與處理 2020年10月13日上午在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)薯博園統(tǒng)一收獲后立即運(yùn)至薯類作物研究室。挑選無病蟲害、無機(jī)械損傷、200～250 g的紡錘形薯塊。每個(gè)處理箱中隨機(jī)放入20個(gè)薯塊，再放入裝有1-MCP溶液的指形試管，打開試管蓋后立即加蓋保鮮膜封箱，放入恒溫培養(yǎng)箱中(溫度29℃，相對(duì)濕度85%～90%)進(jìn)行愈傷與1-MCP熏蒸聯(lián)合處理[14]，對(duì)應(yīng)處理組編號(hào)如表1所示。不同熏蒸處理結(jié)束后，打開箱蓋通風(fēng)30 min，放置于恒溫培養(yǎng)箱(溫度25±0.5℃、相對(duì)濕度85%～90%)貯藏120 d。每隔5 d進(jìn)行發(fā)芽情況統(tǒng)計(jì)，生理指標(biāo)在貯藏前30 d內(nèi)每7 d取樣1次進(jìn)行測(cè)定，之后每30 d取樣1次進(jìn)行測(cè)定[15]。試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，每個(gè)處理60個(gè)塊根。

表1 不同1-MCP處理組參數(shù)及編號(hào)Table 1 Parameters and numbers of different 1-MCP treatment groups

1.3.3 發(fā)芽率的測(cè)定 采用計(jì)數(shù)法，以薯皮出現(xiàn)肉眼可見的芽點(diǎn)(大于2 mm)視為發(fā)芽。按照以下公式計(jì)算發(fā)芽率：

發(fā)芽率=(發(fā)芽甘薯個(gè)數(shù)/甘薯總個(gè)數(shù))×100%

(1)。

1.3.4 發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定 參考Pankomera[17]的方法，按照以下公式計(jì)算發(fā)芽指數(shù)：

(2)

式中，i為發(fā)芽級(jí)數(shù)(1級(jí)=0芽，2級(jí)=1～3芽，3級(jí)=4～6芽，4級(jí)=7～9芽，5級(jí)=10芽及以上)；Xi為發(fā)芽i級(jí)的甘薯個(gè)數(shù)；K為甘薯總個(gè)數(shù)。

1.3.5 呼吸強(qiáng)度的測(cè)定 采用靜置法，參考曹建康等[18]的方法。

1.3.6 失重率的測(cè)定 采用稱重法，計(jì)算公式如下：

甘薯失重率=(貯前甘薯鮮重-貯后甘薯鮮重)/貯前甘薯鮮重×100%

(3)。

1.3.7 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量的測(cè)定 采用Hodges等[19]的方法測(cè)定。

1.3.8 抗氧化酶活性的測(cè)定 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、抗壞血酸過氧化酶(ascorbate peroxidase, APX)活性的測(cè)定參考文獻(xiàn)[20-22]的方法。

(4)

采用熵權(quán)法確定各觀測(cè)指標(biāo)所占權(quán)重。各指標(biāo)熵按公式(5) (6)計(jì)算。

(5)

(6)

式中，En為第n個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)值；fij為歸一化后矩陣中第i行、第j列的數(shù)值。

為使 ln(fij)有意義，當(dāng)fij=0時(shí)定義fijln(fij)=0。各指標(biāo)熵權(quán)通過公式(7)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果組成熵權(quán)矩陣Wi。

(7)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，SPSS 21.0軟件進(jìn)行單因素、雙因素方差分析，Origin 2018軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熏蒸濃度對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

由圖1可知，不同1-MCP濃度處理對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響存在差異。常溫貯藏條件下，不同濃度1-MCP處理組均能有效抑制甘薯發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)的上升(圖1-A、B)，其中8 μL·L-1處理組極顯著低于CK組(P<0.01)，抑芽效果最好。甘薯在貯藏3 d時(shí)達(dá)到呼吸躍變峰值(圖1-C)，1 μL·L-1處理組在貯藏60 d以后呼吸強(qiáng)度始終處于最低，與其他處理組相比差異顯著(P<0.05)。CK組甘薯失重率(圖1-D)較1-MCP處理組上升迅速,至貯藏120 d時(shí)，0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 μL·L-11-MCP處理組甘薯失重率分別比CK組低4.50、10.26、6.09、11.78、9.32個(gè)百分點(diǎn)，處理間差異不顯著。8 μL·L-1處理組甘薯MDA含量(圖1-E)始終顯著低于其他處理組(P<0.05)。甘薯SOD、POD、CAT和APX活性(圖1-F～I(xiàn))在整個(gè)貯藏期間總體呈下降趨勢(shì)，其中 2 μL·L-1處理組甘薯的抗氧化酶活性與其他處理相比在貯藏后期仍能保持較高水平，效果最好。

2.2 不同熏蒸時(shí)間對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響

由圖2可知，不同1-MCP時(shí)間處理對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響存在差異。CK組在高溫愈傷結(jié)束即觀察到芽點(diǎn)(圖2-A、B)，各處理組出芽時(shí)間均有所延遲，至貯藏20 d時(shí)，CK組甘薯全部發(fā)芽，發(fā)芽指數(shù)顯著高于各處理組(P<0.05)。貯藏3 d時(shí)，CK組甘薯的呼吸強(qiáng)度(圖2-C)顯著高于其他處理組(P<0.05)，12 h處理組甘薯的呼吸強(qiáng)度在貯藏30～120 d始終處于最低，說明該處理可顯著降低甘薯的呼吸強(qiáng)度。貯藏前15 d，甘薯的失重率和MDA含量(圖2-D、E)快速上升，至貯藏120 d時(shí)，6、12、24、36、48 h處理組的甘薯失重率與對(duì)照組相比分別下降9.34、13.78、5.85、11.54、7.80個(gè)百分點(diǎn)，MDA含量分別比CK組低3.11%、8.59%、6.43%、10.58%、5.70%。貯藏30～120 d，12 h處理組甘薯的SOD、POD、CAT和APX活性(圖2-F～I(xiàn))始終保持較高，SOD、POD、APX活性顯著高于CK組(P<0.05)，CAT活性顯著高于CK組和48 h處理組(P<0.05)。

圖1 不同1-MCP濃度處理對(duì)甘薯貯藏期生理指標(biāo)及抗氧化酶活性的影響Fig.1 Effects of different 1-MCP concentrations on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

圖2 不同1-MCP薰蒸時(shí)間對(duì)甘薯貯藏期生理指標(biāo)及抗氧化酶活性的影響Fig.2 Effects of different 1-MCP time treatments on physiological indexes and antioxidant enzyme activities of sweet potato during storage

2.3 熏蒸濃度和熏蒸時(shí)間對(duì)甘薯采后貯藏效果的交互作用

雙因素方差分析結(jié)果表明(表2、表3)，濃度(C)、時(shí)間(T)及濃度與時(shí)間的互作(C×T)對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力的影響與貯藏天數(shù)有關(guān)。C、T及C×T從貯藏10 d起顯著影響甘薯發(fā)芽(P<0.05)，貯藏10～30 d、15～35 d時(shí)，C對(duì)甘薯發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響分別達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。在0～90 d內(nèi)，C、T及C×T極顯著影響甘薯呼吸強(qiáng)度(P<0.01)，C×T貢獻(xiàn)度最大；貯藏15 d及以后，C顯著或極顯著影響甘薯失重率(P<0.01)；C、C×T在貯藏0～60 d顯著影響甘薯MDA含量的累積(P<0.05)，貢獻(xiàn)度表現(xiàn)為C>C×T；貯藏7～30 d、7～90 d，C、T分別對(duì)甘薯SOD活性產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01)，T貢獻(xiàn)度最大；貯藏0～30 d，C×T對(duì)甘薯POD活性產(chǎn)生顯著影響(P<0.05)；C、T及C×T對(duì)甘薯CAT、APX活性產(chǎn)生的顯著影響主要集中在貯藏7～30 d，貢獻(xiàn)度總體表現(xiàn)為C>T>C×T。綜上，處理濃度是影響甘薯發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、失重率、含量MDA含量及CAT、APX活性的主要因子，處理時(shí)間是影響甘薯SOD活性的主要因子，濃度×?xí)r間主要影響甘薯的呼吸強(qiáng)度。

表2 濃度(C)與時(shí)間(T)對(duì)甘薯發(fā)芽指標(biāo)影響的雙因素方差分析Table 2 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on the germination index of sweet potato

2.4 貯藏效果的模糊綜合評(píng)價(jià)模型

為進(jìn)一步明確不同1-MCP處理下甘薯在不同貯藏時(shí)間中的動(dòng)態(tài)變化影響，利用模糊評(píng)價(jià)方法對(duì)前文獲得的除發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)外的7個(gè)有統(tǒng)計(jì)差異的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行量化綜合評(píng)價(jià)。

2.4.1 計(jì)算模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合值 采用方差貢獻(xiàn)法計(jì)算各組間方差貢獻(xiàn)率相對(duì)大小。根據(jù)公式(4)計(jì)算各貯藏天數(shù)權(quán)重，不同處理組間各指標(biāo)構(gòu)成的方差矩陣V和標(biāo)準(zhǔn)化矩陣W如下所示。

表3 濃度(C)與時(shí)間(T)對(duì)甘薯貯藏保鮮及抗氧化能力指標(biāo)影響的雙因素方差分析Table 3 Two-factor ANOVA analysis of effects of concentration (C) and time (T) on storage and antioxidant capacity of sweet potato

將各處理下甘薯的不同指標(biāo)觀測(cè)值進(jìn)行有關(guān)貯藏天數(shù)的加權(quán)計(jì)算，最終得到模糊評(píng)價(jià)矩陣R。

2.4.3 平均指標(biāo)熵權(quán)計(jì)算 根據(jù)公式(5)(6)分別計(jì)算失重率、呼吸強(qiáng)度、MDA、SOD、POD、CAT、APX的熵權(quán)構(gòu)成熵權(quán)矩陣En，然后將各指標(biāo)熵權(quán)歸一化后構(gòu)成各指標(biāo)權(quán)重矩陣Wi。

通過公式(7)對(duì)各處理組與標(biāo)準(zhǔn)物元組的貼近度進(jìn)行度量，構(gòu)成最終矩陣Rnm。各處理組甘薯貯藏綜合效果隨處理濃度、處理時(shí)間的變化如圖3所示。因此，各處理組甘薯貯藏效果由高到低為：3-2>3-1>3-3>2-3>2-2>3-4>1-4>4-2>4-1>1-1>1-3>2-5>4-3>2-1>2-4>5-4>5-2>4-4>5-1>5-3>4-5>3-5>1-5>1-2>5-5。即2 μL·L-11-MOP密閉熏蒸12 h保鮮效果最好。

圖3 處理組與標(biāo)準(zhǔn)組的貼近度Fig.3 Euclide degree between treatment groups and standard matter-element

3 討論

甘薯采后因蒸騰失水、物質(zhì)代謝而使其重量逐漸損失[24-25]。本研究中，甘薯在常溫貯藏期間失重率不斷上升，其中貯藏0～15 d、90～120 d失重率變化幅度較大，薯塊處于迅速失水狀態(tài)，這與閆海鋒等[26]研究不同貯藏溫度對(duì)甘薯失重率的影響、王煒等[27]研究?jī)煞N甘薯在貯藏中后期失重率的變化規(guī)律相一致。呼吸作用是了解農(nóng)產(chǎn)品采后生理狀態(tài)和影響貯藏效果的重要因素，各甘薯品種發(fā)生呼吸躍變的時(shí)間一般集中在貯藏0～10 d內(nèi)[28]。本研究中，煙薯25在貯藏3 d時(shí)發(fā)生呼吸躍變，達(dá)到呼吸強(qiáng)度峰值，說明薯塊在貯藏時(shí)已經(jīng)解除休眠，生理狀態(tài)較為活躍。何欣遙等[29]研究發(fā)現(xiàn)，甘薯在常溫條件下貯運(yùn)18 d時(shí)，發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別高達(dá)83.33%和2.7，本研究中，對(duì)照組甘薯在常溫貯藏20 d時(shí)已全部發(fā)芽，發(fā)芽指數(shù)達(dá)2.74，這與前人研究趨勢(shì)相一致。

抗氧化酶活性與外界環(huán)境溫度、水分脅迫、不同植物器官的發(fā)育階段等內(nèi)外因素的變化有關(guān)[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，SOD、CAT和APX活性在貯藏前15 d迅速下降，之后緩慢回升，這與李建梅等[31]關(guān)于甘薯塊根中SOD和APX活性在水分脅迫誘導(dǎo)下的變化趨勢(shì)相一致。由此推測(cè)，在甘薯常溫貯藏初期，薯塊發(fā)生呼吸躍變，導(dǎo)致水分急速下降是影響抗氧化酶活性變化的關(guān)鍵原因之一。另外，將1-MCP處理下甘薯貯藏前15 d的生理指標(biāo)與抗氧化酶活性進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、失重率與SOD、CAT、APX活性存在極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，呼吸強(qiáng)度與POD活性存在極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，這也進(jìn)一步證實(shí)了上述猜測(cè)。

1-MCP作為一種乙烯作用的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，其使用濃度、作用時(shí)間都會(huì)影響果蔬的成熟衰老進(jìn)程和品質(zhì)。祝美云等[32]研究表明，1 μL·L-11-MCP處理西洋梨果皮組織的效果好于0.5 μL·L-11-MCP， 王寧等[33]對(duì)無核白葡萄進(jìn)行不同時(shí)間1-MCP熏蒸處理，結(jié)果表明，在5℃低溫下1-MCP處理無核白葡萄48 h比24 h更能夠有效抑制葡萄生理代謝并保持果實(shí)較好品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，1-MCP熏蒸處理能顯著降低甘薯呼吸強(qiáng)度、延緩MDA含量累積，保持較低的失重率、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，提高抗氧化酶活性,這與鄧代輝等[13]研究1-MCP、水楊酸、草木灰浸出液對(duì)甘薯儲(chǔ)藏影響的結(jié)論一致，并且在油[34]、菠蘿蜜[35]、蘋果[36]等的研究中也有相似的結(jié)論。

本研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在相同熏蒸時(shí)間處理下，高濃度1-MCP處理顯著抑制甘薯發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)的上升，但在中長(zhǎng)期貯藏過程中(15 d以后)不利于保持較高的SOD、POD、CAT、APX活性，這可能與高濃度 1-MCP 與薯塊體內(nèi)乙烯受體的結(jié)合出現(xiàn)飽和現(xiàn)象有關(guān)[37-38]；在相同熏蒸濃度處理下，12 h熏蒸處理與其他處理組相比能顯著降低甘薯的呼吸強(qiáng)度，這可能是由于熏蒸時(shí)間太短不足以激活呼吸所必需的相關(guān)酶及基因表達(dá)[39]，熏蒸時(shí)間太長(zhǎng)，氧氣不足時(shí)，甘薯進(jìn)行無氧呼吸，造成薯塊組織傷害，加快呼吸作用[40]；雙因素方差分析結(jié)果表明，熏蒸濃度、熏蒸時(shí)間及其交互作用對(duì)甘薯貯藏效果的各指標(biāo)影響不同，且隨貯藏天數(shù)延長(zhǎng)呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。一般情況下, 1-MCP處理時(shí)間愈長(zhǎng), 所需濃度愈低；反之處理時(shí)間愈短, 所需濃度愈高[41-42]，其互作機(jī)理及影響因素仍需進(jìn)一步深入探索。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，1-MCP作為乙烯作用的新型受體抑制劑，對(duì)甘薯有較好的保鮮效果，在實(shí)際生產(chǎn)中可緩解常溫貯藏帶來的失重、腐爛、發(fā)芽等現(xiàn)象，具有一定的應(yīng)用前景，但1-MCP的處理時(shí)間和處理濃度具有特異性，高濃度長(zhǎng)時(shí)間的熏蒸處理會(huì)對(duì)果實(shí)造成傷害。模糊綜合評(píng)價(jià)模型表明，29℃愈傷聯(lián)合 2 μL·L-11-MCP密閉熏蒸12 h對(duì)甘薯貯藏效果最好，可顯著延緩甘薯在采后常溫貯藏中(溫度25±0.5℃，相對(duì)濕度85%～90%)出現(xiàn)的失重、腐爛和發(fā)芽現(xiàn)象，有效抑制塊根的呼吸速率和MDA含量累積，同時(shí)能保持較強(qiáng)的抗氧化能力，從而有效延長(zhǎng)貯藏期至120 d。