肉桂精油復(fù)合殼聚糖處理對采后杧果的保鮮效果

方 靜,谷 會,李 蕊,姚全勝,杜麗清

(1 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所/海南省熱帶園藝產(chǎn)品采后生理與保鮮重點實驗室,廣東湛江,524091;2 海南大學(xué)園藝學(xué)院,?？?570228)

杧果MangiferaindicaL.屬漆樹科杧果屬植物,是重要的經(jīng)濟(jì)作物,2020年全國杧果種植面積34.34萬hm2,產(chǎn)量331.2萬t。杧果是呼吸躍變型水果,采后有后熟過程,尤其在采后運輸過程中,由腐爛軟化引起的損失比例達(dá)到30%～50%[1],提高杧果采后貯藏品質(zhì),延長杧果貨架期是杧果貯運保鮮行業(yè)亟需解決的問題。目前,市場上常見的杧果保鮮劑大多是化學(xué)合成保鮮劑或殺菌劑,雖然可明顯降低果實腐爛率,但存在果實化學(xué)藥劑殘留和病原菌耐藥性問題。因此,研發(fā)綠色環(huán)保,安全高效的杧果保鮮技術(shù)方法,降低杧果采后損失,延長杧果貯運保鮮期,成為杧果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要議題。

殼聚糖是一種天然高分子化合物,具有無毒、成膜性好、抗菌范圍廣、對氣體有選擇滲透性等優(yōu)點,作為環(huán)保包裝材料可為不同種類水果提供良好的氣調(diào)微環(huán)境,減少氣體交換,延緩成熟[2],已廣泛應(yīng)用于水果涂膜保鮮技術(shù)。已有研究表明,殼聚糖在番木瓜[3]、草莓[4]、甜瓜[5]、梨[6]等果品上具有良好的保鮮效果。然而,殼聚糖單獨使用,作為涂膜保鮮劑仍具有一定的局限性,由于親水性基團(tuán)的存在,強(qiáng)度和韌性不夠,機(jī)械性能較差,不能很好地應(yīng)用于保鮮領(lǐng)域,單獨殼聚糖的抑菌性能也有限。為了進(jìn)一步提高殼聚糖的保鮮效果,通常會加入一些植物精油,在果實上涂膜形成可食用性薄膜。

植物精油是植物體內(nèi)產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì),對植物病害有明顯的抑制作用,還可誘導(dǎo)植物增強(qiáng)自身防御能力[7],具有毒性微弱、環(huán)境友好、易于生產(chǎn)、作用方式多樣,并且不易使病菌產(chǎn)生抗性等優(yōu)點受到研究人員的廣泛關(guān)注。由于肉桂精油不溶于水且揮發(fā)性強(qiáng),單獨應(yīng)用于杧果保鮮的報道較少見。肉桂醛是肉桂精油的主要成分,肉桂醛+果蠟混合液涂膜杧果后可以明顯降低杧果膠孢炭疽菌導(dǎo)致的果實腐敗率[8]。肉桂精油和殼聚糖復(fù)合處理在甜椒[9]、哈密瓜[10]、菠蘿[11]、番木瓜[12]等果蔬上均表現(xiàn)出良好的保鮮效果。肉桂精油復(fù)合殼聚糖處理在杧果上的保鮮效果鮮見報道,本研究即以此為切入點,研究肉桂精油復(fù)合殼聚糖處理對采后杧果的保鮮效果及抗氧化能力的影響,以期研發(fā)新型的杧果可食性涂膜保鮮劑,為杧果采后貯運保鮮提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“臺農(nóng)1號”杧果MangiferaindicaL.七八成熟果實,果柄剪留約1～2 cm,挑選大小均勻、表面光滑、無病蟲害、無機(jī)械損傷果實采收后立即運回南亞熱帶作物研究所采后保鮮實驗室備用。

杧果膠孢炭疽菌ColletotrichumgloeosporioidesPenz.,由南亞熱帶作物研究所采后保鮮實驗室分離純化備用。

試劑包括馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA),北京中海生物科技有限公司產(chǎn);肉桂精油(>99%),上海百舜生物科技有限公司產(chǎn);殼聚糖(低黏度<200 mpa.s),分析純,上海阿拉丁生化科技有限公司產(chǎn);冰醋酸,分析純,無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司產(chǎn);纖維素納米纖維,開翊新材料科技(上海)有限公司產(chǎn);2,6-二氯酚靛酚鈉,分析純,合肥巴斯夫生物有限公司產(chǎn);抗壞血酸,分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠產(chǎn);酚酞,分析純,常德比克曼生物科技有限公司產(chǎn);蒽酮,分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

HR-500/25T4型高剪切分散乳化機(jī),上海滬析實業(yè)有限公司產(chǎn);78-1磁力加熱攪拌器,溫州標(biāo)諾儀器公司產(chǎn);UV5紫外分光光度計,梅特勒托利多科技(中國)有限公司產(chǎn);ST4RPlus型高速離心機(jī),美國Thermo Fisher公司產(chǎn);MIR-553低溫恒溫培養(yǎng)箱,日本三洋電機(jī)株式會社產(chǎn);DS-700D分光測色儀,杭州彩譜科技有限公司產(chǎn);HSY-26型電熱恒溫水浴鍋,蘇州徠譜科技有限公司產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 肉桂精油+殼聚糖復(fù)合乳液的制備 前期用0.5%肉桂精油分別與0.1%、0.3%和0.5%殼聚糖復(fù)配后處理杧果,發(fā)現(xiàn)0.3%殼聚糖保鮮效果優(yōu)于0.1%殼聚糖,而0.5%殼聚糖處理的杧果可能發(fā)生無氧呼吸不能正常轉(zhuǎn)黃,故選取0.3%殼聚糖進(jìn)行后續(xù)試驗。將殼聚糖加入0.5%冰醋酸溶液,在磁力攪拌器轉(zhuǎn)速1 000 r/min下攪拌,使殼聚糖完全溶解至終濃度0.3%后,依次加入0.1%纖維素納米纖維和肉桂精油,用錫箔紙包裹,在不透光條件下用磁力攪拌器攪拌,再用10 000 r/min剪切分散乳化機(jī)攪拌2 min直至液體完全乳化,靜置,待泡沫消失后備用。

1.3.2 肉桂精油和殼聚糖對杧果炭疽菌作用測定 設(shè)置PDA平板中分別含有0.02%、0.025%、0.03%肉桂精油,0.3%殼聚糖,以空白PDA平板作為對照(空白),取直徑5 mm的杧果炭疽菌菌餅接種到各處理PDA平板中央,重復(fù)3次,28 ℃下恒溫培養(yǎng)7 d后,用十字交叉法測量炭疽菌的菌落直徑,計算菌絲抑制率。

1.3.3 貯藏保鮮試驗 將備用杧果果實隨機(jī)分為5份,設(shè)置0.7%、0.5%、0.3%肉桂精油分別和0.3%殼聚糖復(fù)配,0.3%殼聚糖、清水(對照)等5個處理噴霧果實表面,每處理果實15個,重復(fù)3次,自然晾干后放入塑料筐,用厚度0.03 mm PE袋包扎好塑料筐,PE袋上打取直徑1.0 cm的4個孔,置于恒溫箱下貯藏,20 ℃,每隔3 d調(diào)查果實炭疽病情況,計算病情指數(shù)。

果實炭疽病情分級標(biāo)準(zhǔn)參照王揮[13]的辦法并加以改進(jìn),即0級,果實表面無病斑;1級,果皮病斑面積<果皮面積的10%;2級,果皮病斑面積占果皮面積的10%～20%;3級,果皮病斑面積占果皮面積的20%～50%;4級,果皮病斑面積>果皮面積的50%。病情指數(shù)=∑(發(fā)病等級×發(fā)病果實數(shù))/(發(fā)病最高級×調(diào)查果實數(shù))×100。

采后貯藏保鮮中果樣品質(zhì)測定。采后保鮮處理0、3、6、9、12、15 d,每處理分別取5個果實混樣取果肉,其可溶性糖含量采用蒽酮法[14],可滴定酸含量采用酸堿中和滴定法,顏色b*值采用分光測色儀,失重率采用稱重法測定。

采后貯藏保鮮中果樣抗氧化物含量和相關(guān)酶活動測定。采后保鮮處理0、3、6、9、12、15 d,每處理取5個果實混樣,取果實兩側(cè)面果皮下2 cm的果肉,切小塊用液氮速凍,研磨成粉,采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定果樣抗壞血酸含量;果樣還原型谷胱甘肽(GSH)、類黃酮含量,過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性均用蘇州科銘生物有限公司所生產(chǎn)的試劑盒測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010軟件作圖;采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析,p<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 對平板杧果炭疽菌的作用

由表1可知,在PDA平板28 ℃恒溫培養(yǎng)7 d后,0.3%殼聚糖處理的炭疽菌菌落直徑為81.3 mm,與對照(空白)無顯著性差異,說明0.3%殼聚糖對杧果炭疽菌沒有抑制效果;而0.02%肉桂精油、0.025%肉桂精油和0.03%肉桂精油均表現(xiàn)出較好的抑菌效果。其中,0.03%肉桂精油能夠完全抑制病菌生長,說明0.03%是肉桂精油平板抑制杧果炭疽菌較適宜濃度。

表1 在PDA平板上28 ℃培養(yǎng)7 d后肉桂精油和殼聚糖對杧果炭疽菌菌絲生長的抑制作用

2.2 對杧果炭疽病病情指數(shù)的影響

由圖1可知,對照(清水)在貯藏6 d時開始發(fā)病;保鮮處理在貯藏第9天開始發(fā)病,且病情指數(shù)明顯低于對照(清水);貯藏12、15 d時,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的病情指數(shù)分別為31.0、45.0,分別比對照(清水)降低31.11%、23.73%,顯著低于其他處理(p<0.05)。

注:同一時間不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。圖1 肉桂精油+殼聚糖處理對“臺農(nóng)1號”杧果果實炭疽病病情指數(shù)的影響

2.3 對杧果貯藏品質(zhì)的影響

由圖2可知,貯藏期間杧果可溶性糖含量呈上升趨勢。各處理的可溶性糖含量在貯藏3 d時迅速上升;貯藏9、12、15 d時,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的可溶性糖含量分別為91.63、96.30、90.65 mg/g,顯著高于其他處理(p<0.05)。

圖2 肉桂精油+殼聚糖處理對“臺農(nóng)1號”杧果果實品質(zhì)的影響

果實可滴定酸含量隨著貯藏時間延長整體呈現(xiàn)下降趨勢。其中,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的可滴定酸含量下降速度較緩;在貯藏6、9、12 d時,可滴定酸含量比對照(清水)分別高53.70%、96.13%、36.65%;貯藏15 d時,對照(清水)的可滴定酸含量與保鮮處理差異不顯著。

在貯藏期間各處理的杧果果實顏色b*值呈緩慢上升趨勢;貯藏前3 d,顏色b*值上升緩慢;對照(清水)在貯藏6 d后迅速升高,而保鮮處理的b*值上升幅度明顯小于對照(清水)。其中0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的b*值上升幅度最小,能夠顯著延緩果實顏色轉(zhuǎn)黃。

果實失重率隨著貯藏時間延長呈持續(xù)上升趨勢,對照(清水)的失重率在整個貯藏期間顯著高于保鮮處理(p<0.05);0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理和0.3%殼聚糖處理在整個貯藏期間差異不顯著,在貯藏15 d時分別比對照(清水)低45.57%和44.12%。

2.4 對杧果抗氧化物質(zhì)含量和相關(guān)酶活性的影響

由圖3可知,在貯藏期間,果實抗壞血酸含量整體呈先下降后上升的趨勢,貯藏9 d時抗壞血酸含量迅速上升,直到貯藏15 d時達(dá)到最大值,此時對照(清水)和0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的抗壞血酸含量分別為89.3和109.15 mg/100 g。在貯藏前6 d,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的還原型谷胱甘肽含量迅速上升,貯藏6、9、12和15 d時的還原型谷胱甘肽含量分別為0.53、0.52、0.51、0.45 μmol/g,比對照(清水)高17.05%、24.28%、18.07%、28.99%。

由圖4可知,在貯藏期間果實類黃酮含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的類黃酮含量在貯藏前9 d迅速上升,貯藏9 d時達(dá)到峰值,比同期對照(清水)高30.14%。

圖4 肉桂精油+殼聚糖處理對“臺農(nóng)1號”杧果果實類黃酮含量和抗氧化相關(guān)酶活性的影響

從圖4可知,在貯藏期間,兩個處理果實超氧化物歧化酶活性呈先上升后期下降的趨勢,貯藏3 d后迅速上升,貯藏12 d時達(dá)到峰值;此時0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理和對照(清水)的超氧化物歧化酶活性分別為146.61 U/g和190.69 U/g。在貯藏過程中,兩個處理過氧化物酶活性整體呈現(xiàn)上升趨勢,在貯藏前6 d緩慢上升,貯藏6 d后迅速上升;貯藏12 d時,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理和對照(清水)的過氧化物酶活性最高,從貯藏前的103.63 U/g分別上升到515.75和445.64 U/g。在貯藏期間,過氧化氫酶活性呈先上升后下降的趨勢,貯藏前6 d,對照(清水)和處理差異不顯著;0.5%殼聚糖+0.3%肉桂精油處理在貯藏6 d后迅速上升,在貯藏12 d時達(dá)到峰值,為137.46 U/g,比對照(清水)高30.06%。

3 討論與結(jié)論

不同濃度肉桂精油復(fù)合殼聚糖處理對杧果采后炭疽病有一定的防治效果。其中,0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的病情指數(shù)最低,在貯藏12 d、15 d時的病情指數(shù)顯著低于其他處理。試驗中,0.7%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理杧果果面出現(xiàn)灼傷現(xiàn)象,可能是精油濃度偏高損壞了杧果果皮,從而降低了果實抗病性;0.3%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理可能由于精油濃度偏低,防治效果較弱,造成這兩個處理病情指數(shù)高于0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理。肉桂精油對平板上的杧果炭疽菌較適宜抑制濃度為0.03%,而貯藏保鮮試驗中肉桂精油濃度高得多,這可能由于活體條件下肉桂精油沒有直接接觸病原菌,濃度如果過低會影響防治效果。

杧果果實中可溶性糖含量、可滴定酸含量、果皮顏色b*值、失重率是衡量果實品質(zhì)的重要指標(biāo)。本文研究發(fā)現(xiàn),0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理顯著提高供試杧果果實可溶性糖和可滴定酸含量,延緩了果皮顏色b*值和果實失重率的上升,這與甜椒[9]、哈密瓜[10]、菠蘿[11]、番木瓜[12]等果蔬上的研究結(jié)果一致。肉桂精油復(fù)合殼聚糖乳液處理會在杧果表面形成一層薄膜,對果實氣體交換和水分蒸發(fā)形成屏障,從而抑制失重率上升和果皮轉(zhuǎn)黃。果實貯藏中進(jìn)行正常生理代謝,可溶性糖含量一般先上升后下降,可滴定酸含量呈下降趨勢,糖酸作為代謝底物被不斷消耗,當(dāng)消耗速度大于合成速度,可溶性糖含量會下降[15]。張晶琳等[16]研究發(fā)現(xiàn),通過涂膜處理可以提高柑桔可溶性糖含量,延緩可滴定酸含量下降,通過抑制糖酸的轉(zhuǎn)化和消耗,從而延緩果實衰老,本研究結(jié)果類似。

抗壞血酸和還原型谷胱甘肽是非酶促抗氧化系統(tǒng)重要的抗氧化劑,可以清除植物體內(nèi)的過氧化物質(zhì),抗壞血酸和還原型谷胱甘肽的含量變化是植物響應(yīng)脅迫的重要特征;類黃酮是酶促抗氧化系統(tǒng)的抗氧化劑,具有抗氧化作用,可以抵御果實衰老[17]。還原型谷胱甘肽和類黃酮均可清除植物體內(nèi)的自由基和活性氧,保護(hù)植物細(xì)胞膜不受損害,增強(qiáng)植物的抗逆性,抗壞血酸可參與催化活性氧自由基,抵御自由基對細(xì)胞的損傷[18]。黃玉咪[19]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖涂膜處理可以誘導(dǎo)提高杧果類黃酮含量,通過維持抗壞血酸和還原型谷胱甘肽的較高含量,達(dá)到對杧果的保護(hù)作用。本研究結(jié)果類似,杧果貯藏品質(zhì)從貯藏9 d時開始明顯下降,而此時復(fù)合處理的果實類黃酮含量迅速增加、抗壞血酸和還原型谷胱甘肽含量積累相對較快,為抗壞血酸-還原型谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)提供了充足底物,加速了活性氧清除效率,維持了細(xì)胞氧化平衡,保持了杧果品質(zhì)。

超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶是酶促抗氧化系統(tǒng)重要的抗氧化酶,超氧化物歧化酶能催化體內(nèi)過量的O2-生成H2O2,過氧化氫酶進(jìn)一步催化H2O2生成H2O;過氧化物酶在植物體內(nèi)參與酚類物質(zhì)的合成,是細(xì)胞內(nèi)良好的活性氧清除劑[20]。何靖柳等[21]研究發(fā)現(xiàn),肉桂精油處理“紅陽”獼猴桃能夠延緩超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶峰值出現(xiàn),抑制相關(guān)酶活性的降低,從而提高果實貯藏期間抗氧化能力。潘永梅[22]研究發(fā)現(xiàn)肉桂醛能夠顯著提高枇杷果實超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性,抑制活性氧的積累,加強(qiáng)對自由基的清除,進(jìn)而減少果實腐爛及延緩衰老。本研究結(jié)果表明,復(fù)合處理后,在貯藏過程中果肉超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性均呈先上升后下降的趨勢,并且同時達(dá)到峰值,說明三者具有協(xié)同作用,通過調(diào)節(jié)抗氧化酶活性,以不同的方式清除氧化自由基,延緩杧果果實衰老[23]。

總之,不同濃度肉桂精油復(fù)合殼聚糖乳液對采后杧果有較好的保鮮效果,其中以0.5%肉桂精油+0.3%殼聚糖處理的保鮮效果最佳,可顯著降低采后杧果炭疽病病情指數(shù),增強(qiáng)果實抗氧化能力,進(jìn)而延緩杧果成熟與衰老,提升采后杧果貯藏品質(zhì)。