泡核桃青果貯藏期間生理指標響應

梁 美,王紀輝,胡伯凱,劉亞娜,耿陽陽,張時馨,曾亞軍,何佳麗,楊 光

(1.貴州省核桃研究所,貴州 貴陽 550005)(2.貴州省林業科學研究院,貴州 貴陽 550005)(3.貴州陽光食品有限公司,貴州 畢節 551600)

核桃(Juglans regia L.)是胡桃科、核桃屬的植物,其核仁內含有多種營養物質[1],其中以人體所必需的不飽和脂肪酸[2-3]、六大營養素[4]最為豐富. 核桃通常進入市場的方式主要以帶殼或去殼的干果為主[5-6],但核桃采摘后對其進行干燥的過程會引起核仁中部分營養物質因高溫氧化而產生劣變[7]. 近年以來,鮮食核桃因未經干燥,避免了在干燥過程中的營養成分流失[8],加之鮮食核桃香甜的口感[9]、獨特的風味而備受推崇[10],目前在我國的核桃主要產區已形成了一定規模的消費市場[11]. 泡核桃為貴州本地的優良農家品種,具有一定的抗病和耐濕熱性,在貴州本地種植范圍較廣,市場推崇度較高,尤以貴州省赫章縣核桃市場認可度較高. 此外,貴州地區因其獨特的地理環境和氣候造就了貴州當地鮮食泡核桃特有的香甜口感,在西南地區備受歡迎,尤其是在中高檔餐廳作為一道獨特的美味佳肴很受消費者喜愛. 然而鮮食核桃水分含量較高,冷藏雖然可抑制部分酶的活性,但鮮食核桃的呼吸作用仍在進行[12]. 因此,了解和掌握鮮食核桃冷藏過程中的各生理指標的響應變化,對于預測鮮食核桃冷藏過程中的品質變化至關重要[13-14]. 所以對采后泡核桃青果冷藏過程中的生理指標響應變化進行探究十分必要,也可以為民間泡核桃青果較為基本的貯藏保鮮提供數據參考[15-16]. 鑒于此,本研究以貴州本地鄉間泡核桃青果為試材,跟蹤分析泡核桃青果在低溫自然裸露環境下的氧化狀態,探究泡核桃青果在3～4 ℃ 冷藏過程中的果實生理響應變化,基于相關性揭示各生理生化指標間的協同和拮抗作用,依據主成分分析較為科學合理地闡釋各生理生化指標與泡核桃青果品質的相關密切程度.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

以核桃青果皮顏色略黃且尚未開裂為標準進行采收,泡核桃青果采自貴州省赫章縣財神鎮某農家果園,約九成熟,選擇大小較為一致、青皮無損傷、未褐變及無病蟲害的果實. 采后立即將核桃青果運至貴州省核桃研究所冷庫中降溫備用.

1.2 主要儀器與設備

L5S型紫外可見分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司);3-18R臺式高速冷凍離心機(湖南可成儀器設備有限公司);多功能酶標儀(BIOTEK).

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗設計

以貯藏溫度3～4 ℃、相對濕度85%～90%進行核桃青果貯藏實驗. 每次取10個核桃青果,取出核仁裝入自封袋置于-80 ℃超低溫冰箱中保存樣品備用,定期對核桃青果的生理指標進行分析測定.

1.3.2 指標測定

超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、脂氧合酶(LOX)、多酚氧化酶(PPO)活性測定及丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、還原糖、VE、類黃酮、植物總酚(TP)含量測定均采用試劑盒(購自蘇州科銘生物技術有限公司). 每個指標值進行3次生物學重復,取其平均值.

1.4 數據分析

以Excel 2007進行數據處理與整理,通過Origin 9.1進行圖形繪制,以SPSS19.0軟件對所得的試驗數據進行Duncan多重比較,以SPSS19.0軟件中的分析-降維-因子分析進行主成分分析.

2 結果與分析

2.1 冷藏期間核桃青果超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性變化

由圖1可知,隨著貯藏時間的延長SOD活性呈現先升高又逐漸下降的趨勢變化. 在10 d時SOD活性達到較高為[(858.38±27.41)U/g 鮮重],70 d時SOD活性較低僅為[(594.44±7.52)U/g 鮮重]. 0～10 d期間SOD活性升高,10～70 d期間SOD活性逐漸降低,在10～30 d時SOD活性下降幅度達10.51%(P<0.05). 在30～40 d時SOD活性下降幅度較大,降低26.47%(P<0.05). 在40～70 d時SOD活性下降幅度較為不明顯,降低3.32%(P>0.05).

圖1 冷藏期間超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性變化

由圖1可知,隨著貯藏時間延長POD活性整體上呈現先升高后逐漸下降趨勢變化. 在10 d時POD活性達到較高為[(142.70±4.29)U/g 鮮重],0 d時POD活性較低僅為[(92.65±1.50)U/g 鮮重]. 0～10 d和20～30 d期間POD活性升高,POD活性增加幅度分別為54.02%(P<0.05)、5.89%(P>0.05). 10～20 d和30～70 d期間POD活性逐漸降低,POD活性下降幅度分別為10.12%(P<0.05)、31.32%(P<0.05).

2.2 冷藏期間核桃青果過氧化氫酶(CAT)和脂氧合酶(LOX)活性變化

由圖2可知,隨著貯藏時間的延長CAT活性呈現“W”的趨勢變化. 在40 d時CAT活性達到較高為[(809.12±43.20)nmol·(min·g)-1鮮重],20 d時CAT活性較低為[(306.56±11.80)nmol·(min·g)-1鮮重]. 0～30 d和40～55 d期間CAT活性下降;30～40 d和55～70 d時CAT活性升高. 在0～30 d時CAT活性下降幅度達73.57%(P<0.05). 在40～55 d時CAT活性下降幅度較大,降低77.00%(P<0.05). 在30～40 d時CAT活性升高幅度較大,增加159.17%(P<0.05). 在55～70 d時CAT活性升高19.20%(P<0.05).

圖2 冷藏期間過氧化氫酶(CAT)和脂氧合酶(LOX)活性變化

由圖2可知,隨著貯藏時間的延長LOX活性呈現類似“W”的趨勢變化. 在20 d時LOX活性達到較高為[(161.74±4.05)U/g 鮮重],10 d時LOX活性較低為[(92.23±5.50)U/g 鮮重]. 0～10 d和20～40 d、55～70 d期間LOX活性下降;10～20 d和40～55 d期間LOX活性升高. 在0～10 d時LOX活性下降幅度較大,降幅達69.90%(P<0.05). 在20～40 d時LOX活性降低62.62%(P<0.05). 貯藏時間在55～70 d期間時LOX活性降低6.32%(P>0.05). 在10～20 d時LOX活性升高幅度較大,為75.37%(P<0.05). 在40～55 d時LOX活性升高35.00%(P<0.05).

2.3 冷藏期間核桃青果丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量變化

由圖3可知,隨著貯藏時間的延長MDA含量呈現逐漸增加的趨勢變化. 在0～20 d時MDA含量增加速率較慢,20 d時的MDA含量較0 d增加8.11%(P>0.05);20～30 d時MDA含量增加速率較快,30 d時的MDA含量較20 d增加13.21%(P<0.05). 30～55 d時MDA含量增加速率較慢,55 d時的MDA含量較30 d增加4.18%(P>0.05);55～70 d時MDA含量增加速率較快,70 d時的MDA含量較55 d增加5.53%(P<0.05).

圖3 冷藏期間丙二醛(MDA)和可溶性蛋白(SP)含量變化

由圖3可知,隨著貯藏時間的延長SP含量表現為先下降又逐漸增加的趨勢變化. 0～10 d時SP含量下降,0 d時的SP含量較10 d降低14.62%(P<0.05);10～30 d時SP含量增加速率較快,30 d時的SP含量較10 d、20 d時分別增加28.05%、11.02%,20 d時的SP含量較10 d增加15.34%,此時10 d、20 d、30 d時的SP含量兩兩之間均達到顯著性差異水平. 30～55 d時SP含量增加速率較小,55 d時的SP含量較 30 d 增加2.69%,此時30 d、40 d、55 d時的SP含量差異性均不顯著(P>0.05);55～70 d時SP含量增加速率較快,70 d時的SP含量較55 d增加24.27%(P<0.05).

2.4 冷藏期間核桃青果還原糖(RS)和VE含量變化

由圖4可知,隨著貯藏時間的延長RS含量表現為先增加又逐漸下降的趨勢變化. 在低溫貯藏期為10 d時的RS含量較高為[(69.39±2.34)mg/g 鮮重],70 d時的RS含量較低為[(50.93±0.78)mg/g 鮮重]. 0～10 d時RS含量升高,10 d時的RS含量較0 d增加9.45%(P<0.05). 在10～70 d時RS含量逐漸下降,其中在10～20 d時RS含量下降速率較快,10 d時的RS含量較20 d降低13.53%(P<0.05);20～40 d 時RS含量下降速率較小,20 d時的RS含量較40 d降低6.61%(P<0.05);40～70 d時RS含量下降速率也較為緩慢,40 d時的RS含量較70 d降低12.57%(P<0.05).

圖4 冷藏期間還原糖(RS)和VE含量變化

由圖4可知,隨著貯藏時間的延長VE含量呈波浪形的趨勢變化. 在低溫貯藏期為10 d時的VE含量較高為[(619.47±38.46)μg/g],40 d時的VE含量較低為[(435.84±12.97)μg/g];0～10 d、20～30 d、40～55 d時VE含量升高,10 d時的VE含量較0 d增加35.20%(P<0.05),30 d時的VE含量較20 d增加6.95%(P>0.05),55 d時的VE含量較40 d增加34.29%(P<0.05). 在10～20 d時VE含量下降速率較快,10 d時的VE含量較20 d降低34.32%(P<0.05);30～40 d時VE含量下降速率較慢,30 d時的VE含量較40 d降低13.17%(P>0.05);55～70 d時VE含量下降速率也較為緩慢,55 d時的VE含量較70 d降低4.20%(P>0.05).

2.5 冷藏期間核桃青果類黃酮、總酚(TP)含量和多酚氧化酶(PPO)活性變化

由圖5可知,隨著貯藏時間的延長類黃酮含量呈“N”形的趨勢變化. 在貯藏70 d時的類黃酮含量較高為[(3.99±0.06)mg/g 干重],20 d時的類黃酮含量較低為[(1.50±0.04)mg/g 干重];0～10 d、20～70 d時類黃酮含量升高,10 d時的類黃酮含量較0 d增加8.51%(P>0.05). 20～40 d時類黃酮含量增速較快,40 d時類黃酮含量較20 d增加56.00%(P<0.05). 40～55 d時類黃酮含量增速較慢,55 d時類黃酮含量較40 d增加14.10%(P<0.05). 55～70 d時類黃酮含量增速也較快,70 d時類黃酮含量較55 d增加49.44%(P<0.05). 在10～20 d時類黃酮含量下降速率較快,20 d時的類黃酮含量較10 d降低70.00%(P<0.05).

圖5 冷藏期間類黃酮、總酚(TP)含量和多酚氧化酶(PPO)活性變化

由圖5可知,隨著貯藏時間的延長TP含量呈“N”形的趨勢變化. 在整個低溫貯藏期間70 d時的TP含量較高為[(7.98±0.21)mg/g 干重],20 d時的TP含量較低為[(1.06±0.05)mg/g 干重];0～10 d、20～70 d 時TP含量升高,10 d時的TP含量較0 d增加57.93%(P<0.05). 20～30 d時TP含量增速較慢,30 d時TP含量較20 d增加51.89%(P<0.05). 30～40 d時TP含量增加迅速,40 d時的TP含量是30 d的4.50倍(P<0.05). 40～70 d時TP含量增速變慢,70 d時TP含量較40 d增加10.07%(P<0.05),但70 d時TP含量與55 d的TP含量、55 d時TP含量與40 d的TP含量均未達到顯著性差異水平(P>0.05). 在10～20 d 時TP含量下降速率較快,20 d時的TP含量較10 d降低116.04%(P<0.05).

由圖5可知,隨著貯藏時間的延長PPO活性呈現波浪形的趨勢變化. 在10 d時PPO活性達到較高為[(66.97±4.81)U/g 鮮重],70 d時PPO活性較低為[(39.22±2.33)U/g 鮮重]. 0～10 d和20～30 d、40～55 d期間PPO活性升高;10～20 d和30～40 d、55～70 d 期間PPO活性下降. 在0～10 d時PPO活性升高幅度較大,增幅達52.17%(P<0.05). 在20～30 d時PPO活性升高9.66%(P>0.05). 在40～55 d期間PPO活性升高19.45%(P<0.05). 在10～20 d時PPO活性下降幅度為23.45%(P<0.05). 在30～40 d時PPO活性下降幅度為20.13%(P<0.05). 在55～70 d時PPO活性下降幅度較大,降低50.82%(P<0.05).

2.6 各生理指標間相關性分析

由圖6可知,貯藏時間與SOD、RS呈現出極顯著性負相關關系(r=-0.91、-0.90,P<0.01),表明隨著貯藏時間的延長SOD的活性變弱,尤其是在貯藏后期SOD清除核桃青果因呼吸代謝產生的自由基和活性氧的能力降低,核桃青果后期腐爛、霉變程度加劇. 此外,核桃青果采摘后失去光合作用,糖類化合物的合成不能進行,但貯藏期間青果的呼吸作用仍在進行,致使之前通過光合作用合成的糖類逐漸被消耗. 貯藏時間與TP呈顯著性正相關(r=0.87,P<0.05),貯藏時間與MDA、SP則呈極顯著性正相關關系(r=0.94、0.89,P<0.01),說明隨著貯藏時間的延長,核桃青果果仁中的總酚含量在逐漸積累,果仁中的其它物質被氧化或者轉化為酚類物質. 在貯藏過程中核桃青果逐漸失去水分,致使細胞在水分脅迫的情況將細胞組織中的游離氨基酸迅速合成可溶性蛋白以提高細胞的保水能力. 核桃青果采摘后,雖然部分有益酶仍在發揮作用來維持果實的生理代謝平衡,然而果實的膜脂過氧化仍在發生,果實中自由基和活性氧的積累引起細胞膜脂過氧化,生成丙二醛,核桃青果逐漸衰老;SOD與MDA、SP呈顯著性負相關關系(r=-0.84、-0.83,P<0.05),SOD與TP呈極顯著性負相關關系(r=-0.96,P<0.01),表明當果實在受到外界不良環境的脅迫時,細胞組織內的SOD首先發揮作用,以此來清除組織內因代謝失衡而產生的自由基和活性氧來維持機體代謝平衡,隨著貯藏時間延長,果實失水加劇,SOD活性下降,貯藏后期主要以合成的可溶性蛋白來維持果實的代謝. 核桃青果采摘后機體代謝處于平衡的邊緣,自由基和活性氧的代謝處于失衡狀態,自由基作用于脂質發生過氧化反應,氧化終產物為丙二醛. 青果失水加劇引起多酚氧化酶活性降低,細胞組織內多酚物質的氧化中斷,加之其它物質的氧化及轉化引起總酚含量增加. 此外,SOD與RS呈極顯著性正相關關系(r=0.89,P<0.01),說明隨著核桃青果失水加劇,SOD的活性下降,機體代謝的失衡導致青果的呼吸作用加強,進一步來維持機體代謝,從而引起細胞組織內原有積累的還原糖被逐漸消耗;POD與PPO呈顯著性正相關(r=0.78,P<0.05),說明隨著貯藏時間的延長,青果逐漸失去水分,致使POD和PPO的活性降低;MDA與SP、TP呈現出極顯著性正相關、顯著性正相關(r=0.89,P<0.01、0.79,P<0.05),MDA與RS呈顯著性負相關(r=-0.85,P<0.05),表明青果采摘后受到外界環境的脅迫,自由基和活性氧代謝失去平衡,引起膜脂過氧化發生,引起丙二醛含量增加. 此外,青果為減緩水分喪失,加速了游離氨基酸進一步合成可溶性蛋白,因為機體失水加劇,細胞組織內其它物質逐漸被氧化生成多酚物質,加之多酚氧化酶活性下降致使總酚含量增加. 由于機體自由基、活性氧的生成及清除處于失衡狀態,青果為使這種狀態發生逆轉,呼吸作用增強,引起還原糖消耗量逐漸增加;SP與RS呈極顯著性負相關(r=-0.95,P<0.01),RS與TP呈顯著性負相關(r=-0.76,P<0.05),說明青果在低溫貯藏過程中,因受到外界環境的脅迫,體內游離氨基酸合成可溶性蛋白的速度加快,而青果為維持機體代謝的平衡,加強了呼吸作用. 青果一方面受到外界環境的脅迫,另一方面又受到細胞內自由基和活性氧代謝失衡的威脅,最終引起多酚氧化酶活性降低,總酚含量增加.

圖6 各指標間的Pearson相關系數

3 討論

本研究發現RS含量在貯藏過程中呈現升高-下降的趨勢變化,究其原因可能是核桃青果在采摘后失去了光合作用,但在貯藏過程中其呼吸作用仍在進行,為了維持植物體代謝平衡,植物體內大分子物質分解成小分子物質以此來進行呼吸作用,因此,在貯藏初期RS含量表現為增加,SP含量則表現為下降. 在貯藏10～70 d時RS含量呈下降趨勢,而SP含量則逐漸增加,原因可能是隨著貯藏時間延長,植物體內之前合成的還原糖被逐漸消耗,而此時核桃青果處于外界不良環境的脅迫中,為維持機體代謝穩定將體內的游離氨基酸逐步合成可溶性蛋白以對抗外界不良環境的脅迫[27].

核桃青果果仁中因含有類黃酮和總酚物質,在一定程度上可抑制果仁褐變的發生[28]. 本研究發現,在貯藏時間為0～10 d和20～70 d時類黃酮和總酚含量均呈現增加的趨勢變化,而在10～20 d時類黃酮和總酚含量均呈現下降的趨勢變化,原因可能是貯藏初期酚類物質合成速率高于氧化速率. 貯藏后期類黃酮和總酚含量逐漸增加,一方面可能是POD和PPO活性逐漸變弱,不能進一步將多酚類物質氧化,另一方面可能是因為核桃青果逐漸霉變、腐爛,微生物大量繁殖,果仁中的大分子物質在酶及微生物的作用下逐漸被降解轉化為酚類物質[29]. 核桃青果果仁中含有一定量的酚類物質,食用后可提高機體的抗氧化能力及緩解部分炎癥[30].

4 結論

低溫保存有利于延長核桃青果的貯藏時間,SOD、POD、CAT通過協同效應共同維持植物體內活性氧和自由基代謝平衡. 此外,各生理生化指標之間存在協同、拮抗作用,能較好的維持果實品質. 后期可從一級反應動力學角度出發來預測和模擬鮮食核桃品質變化.