时间:2024-07-28
李 洋 张 茜 陈业莉 刘美爽
(东北林业大学工程技术学院 哈尔滨 150040)
蓝莓(Vacciniumspp.)具有独特风味、丰富营养和高抗氧化活性(郜海燕等, 2013; 郭兴等, 2013),还含有丰富的花青素、黄酮类等活性成分,具有良好的保健功能(Rossietal., 2003)。为满足人们对果蔬日益提高的品质要求,中国冷链物流迅猛发展。当前,互联网和O2O的逐渐成熟为蓝莓产业发展提供有利的条件。蓝莓极易腐烂(Rodarteetal., 2008),易受到机械损伤加速变质(李志鹏等, 2014),并且蓝莓果实采收季正值高温季,采后田间温度高且呼吸作用旺盛,各种生理代谢加快,采摘后常温条件下果肉萎蔫疲软迅速,一般采后20~30 ℃下仅可存放5~7天。因此,鲜果的活性及品质会受到振动胁迫及贮运温度等因素的影响。
运输过程中产生的机械振动对果蔬品质的有多种影响, 振动胁迫显著加速杏(Armeniacavulgaris)果乙烯生成量、呼吸速率、膜透性和SSC含量的上升,使得叶绿素、抗坏血酸和硬度显著下降(程曦, 2015)。郝永菲(2015)模拟二级公路实际运输情况下的自由振动,发现常温运输中的振动影响梨(Pyrussp.)果外观,同时促进果实代谢,加速果实的成熟与衰老,且振动强度越高,梨果振动损伤越严重。许时星等(2017)研究认为,物流运输过程中的运输振动对蓝莓品质的影响逐渐累积,振动时间越久对品质损伤越大,一定程度加快蓝莓果实的衰老进程。屈海泳等(2019)研究表明,蓝莓1~3 ℃低温贮藏60天,果实失重率、腐烂率显著下降,并可抑制Vc含量及可滴定酸(TA)含量的下降,维持果实原有风味,保持果实营养价值。而王芳等(2011)研究认为,0~5 ℃是蓝莓较适宜的贮运温度,果实活性维持较高水平,还能显著延长果实贮藏期。然而,目前诸多研究多是考虑振动或温度等单一因素对蓝莓贮藏品质的影响,而鲜少关注振动胁迫与贮运温度交互作用对蓝莓品质的影响。鉴于此,本文以“蓝丰”蓝莓为研究对象,通过模拟公路运输方式,采用振动试验、贮藏试验研究振动胁迫与贮运温度对蓝莓各指标含量变化的影响,探讨双重因素交互作用对蓝莓果实采后品质的变化规律及影响其品质变化的显著性因素,为减缓蓝莓冷链运输过程中的品质损失提供参考。
蓝莓为“蓝丰”品种,种植于黑龙江省通河县清河蓝莓基地,采摘后迅速运送至实验室,挑拣无腐烂、无机械损伤、成熟度一致、大小均匀的果实分装于透明塑料盒中(尺寸65 mm×45 mm×56 mm,厚度0.4 mm,材质PET,生产于悦佳包装工厂),内部蓝莓自然摆放,包装内无障碍物,保证每盒蓝莓在包装件中均匀分布、充满整个包装件且内部蓝莓果实不会随包装件的运动而任意滚动,每盒(170±5)g,等分3组且分别贮存于4、10和25 ℃恒温冰箱内备用。
试验设备: MPA403/M124 A电动振动试验系统(北京航天希尔测试技术有限公司); 紫外分光仪(上海仪电分析仪器有限公司); 台式高速低温冷冻离心机(美国Thermo公司); 手持折光仪(北京日捷仪器仪表设备有限公司); 质构仪CT3-10k(Brookfield 公司)等。
1.2.1 正弦振动试验 模拟公路运输采用实验振动装置,这类装置由振动台、控制计算机、测量和分析装置、加速度传感器和振动控制系统组成。
1) 扫频试验 为保证试验测试数据准确性,进行扫频振动实验时将数据传感器紧固在小块薄板上。蓝莓包装件正立于实验台,再用专用设备将蓝莓包装件与振动台紧固,保证包装件不会在振动期间发生错位甚至开盒且确保包装件不受挤压。将振动台初始频率设定为5 Hz,加速度设为5 m·s-2(田津津等, 2016),在5~100 Hz的范围内来回扫描,扫频速率为1/2 OCT·min-1。取3盒分别在不同温度条件下贮存的蓝莓包装件,依次放置在振动测试台上进行单件振动扫频试验,取平均值,确定蓝莓包装件的固有频率值。
2) 定频试验 定频实验中振动实验台加速度与扫频实验保持一致(田津津等, 2016)。除了固有频率值,再选择2个与固有频率振动幅值不同的频率以测试蓝莓在3种不同频率作用下其品质所受到的影响。4、10和25 ℃下每组选取6盒蓝莓包装件共18盒,分别将3组蓝莓包装件依次置于3种振动频率下进行振动,每个频率下放置2盒,振动时间均为2 h。
1.2.2 贮藏试验 采后蓝莓可能由于各种原因而导致无法全程冷链,会影响蓝莓品质(Patel, 2014; 郜海燕等, 2017)。本文选取3个不同温度条件进行贮藏实验以探索受振后蓝莓在不同温度下品质的变化规律。
试验组: 经历定频振动后的3组蓝莓,分别放置于4、10和25 ℃恒温冰箱内进行贮藏,选择不同温度及频率正交组合的包装件各2盒,测试蓝莓MDA含量、SSC含量、花青素、Vc含量、TA含量、失重率和硬度共7个指标,取平均值。对照组: 选取6盒未经振动处理的蓝莓包装件分别置于4、10和25 ℃恒温冰箱内,每种温度条件下放置2盒,测试相应7个指标,取平均值。
贮藏周期: 低温冷藏条件可减缓蓝莓果实的衰老,使蓝莓保鲜期延长至30天以上,为明确且有效表现蓝莓贮藏过程中各指标的变化,本文选定4 ℃和10 ℃条件下的贮藏周期为30天; 25 ℃近常温温度,蓝莓品质极易损失,7天后便衰老腐败至失去检测意义,因此贮藏周期选定为7天。
测定蓝莓MDA、SSC、花青素、Vc、TA含量(曹建康等, 2013)。随机取20颗果实进行测定,计算各温度下的指标含量; 蓝莓失重率测定依据为: 失重率(%)=(贮前蓝莓包装件重量-测定时蓝莓包装件重量)/贮前蓝莓包装件重量×100%,每组测3次,求其平均值; 蓝莓硬度采用质构仪进行测定,选用直径为3 mm的圆形探头,测试速度为0.5 mm·s-1,触发力为7 g,每次随机取20颗蓝莓果实进行测定,计算平均硬度(kg·cm-2)。
采用SPSS 17.0进行数据统计分析,通过主效应方差分析蓝莓果实受振动及温度因素交互作用的影响程度,差异显著性水平设定为0.05。通过回归分析得到蓝莓果实各指标与振动及温度因素的关系,蓝莓果实在不同温度及不同频率下关键指标的含量变化趋势。利用Origin 2015绘图。
蓝莓包装件的扫频结果如图1所示。y轴为加速度振幅,幅值单位为g(g=9.8 m·s-2),自50 Hz开始,幅值随频率的升高而增大,至85 Hz时达到峰值,而后随频率的升高而减小,在90 Hz之后出现小幅度反弹,这可能是振动环境受到干扰,或从能量角度分析蓝莓包装件出现多阶共振频率呈指数衰减的振动特性,因其幅值变化微小忽略不计。对3盒蓝莓包装件分别进行试验,扫频的峰值结果几乎一致,蓝莓包装件扫频振动幅频曲线是以正弦曲线为基本的运动轨迹,基于扫频试验理论分析可知,波峰处对应的频率值即为包装件的共振频率,由此确定蓝莓包装件固有振动频率为85 Hz。另根据扫频试验理论,常以固有频率±5~10 Hz确定共振频率范围,为有效对比振动试验损伤结果,结合幅频变化曲线对称性的特点,选择75 Hz(低于固有频率10 Hz)与90 Hz(高于固有频率5 Hz),以测试不同频率对蓝莓的影响,同时避免90 Hz后的波动值对测试结果的影响。
图1 正弦扫频实验振动幅频曲线Fig.1 Vibration frequency-amplitude curve of sinusoidal sweep frequency experiment
蓝莓果实受振后贮存于4、10和25 ℃条件下,各项指标受振动与温度双重因素的交互作用影响,二者显著性分析结果见表1。
1) 单因素分析。蓝莓7项指标中,受振动频率影响显著(P<0.05)的指标为MDA(P=0.029)、花青素(P=0.049); 受温度影响显著(P<0.05)的指标为SSC(P=0.048)、Vc(P=0.029)、硬度(P=0.047); TA含量、失重率受二者哪个因素影响更多尚不明确(P>0.05)。
2) 双因素分析。振动频率与贮运温度的交互作用对蓝莓的SSC 含量(P=0.044)、Vc含量(P=0.025)、TA含量(P=0.032)产生更为显著的影响,即显著性影响明显大于单因素所产生的影响。
受到振动频率及贮运温度影响的7个指标含量变化分析如表1。
表1 不同贮藏温度与振动频率对蓝莓指标含量变化的主效应方差分析Tab.1 Analysis of main effect variance of different storage temperature and vibration frequency on the contents of blueberry
2.3.1 丙二醛含量变化 受振后蓝莓贮存于4、10和25 ℃ 3种贮藏条件下,蓝莓MDA含量随时间的变化情况分别如图2所示。采摘后的蓝莓细胞膜脂发生过氧化反应形成MDA,含量越高则成熟程度甚至腐烂程度越深,所以MDA是评定蓝莓保鲜效果的一项重要指标。蓝莓初期MDA含量迅速增加,而后缓慢上升。不同贮藏温度对MDA含量变化影响不显著(P>0.05),而不同振动频率处理使MDA含量上升趋势呈显著差异(P<0.05),即蓝莓MDA含量变化过程受温度影响不显著,而受振动胁迫影响较大,振动胁迫能够促进MDA含量的增加,使蓝莓更易成熟。双重因素交互作用对MDA含量的显著性水平为0.592,表明双重因素交互作用对MDA含量的影响不显著(P>0.05)(表1)。由图3的拟合曲线可知,温度一定时,在固有频率附近受振的蓝莓MDA含量的变化率最大,整体呈抛物线形状。因此,在运输过程中,应尽量减少包装件在固有频率下的振动以减缓蓝莓的品质衰老。
图2 不同振动频率的蓝莓MDA变化Fig.2 Changes of MDA of blueberry at different vibration frequencies at 25 ℃
图3 不同温度条件下蓝莓MDA随振动频率的变化Fig.3 Change rate of MDA of blueberry with vibration frequency at different temperatures
2.3.2 可溶性固形物(SSC)含量变化 SSC反映果实成熟度由图4可知,4 ℃与10 ℃下,10天内上升趋势较为明显,10~20天内上升较慢, 20天以后呈下降的趋势。常温下,前2天上升趋势较为明显,2~4天内上升较慢,4天以后呈下降的趋势。蓝莓果实内果胶、淀粉和纤维素等成分被其所对应的果胶酶、淀粉酶和纤维素酶分解为可溶性糖(许晴晴等, 2014)。最初阶段形成的可溶性糖大于呼吸作用消耗的可溶性糖,而后期形成的则小于呼吸作用消耗,所以蓝莓果实可溶性糖含量呈先升高而后下降趋势。同一温度下,不同振动频率处理对SSC含量上升趋势无显著影响(P>0.05); 同一频率下,不同温度贮藏时对SSC含量上升趋势有显著影响(P<0.05)(表1)。可见蓝莓SSC含量变化过程受振动影响并不显著,而受贮运温度影响颇大。振动频率与贮运温度的交互作用对蓝莓的SSC含量上升趋势有显著性影响(P=0.044),且比温度单因素的影响更显著(P=0.048),因此振动频率与贮运温度的交互作用加剧了SSC含量的变化。由图5可知,温度一定时,蓝莓SSC含量变化率随频率变化的曲线几乎呈直线,说明SSC含量变化过程受振动影响并不显著。因此,在运输过程中应尽量使蓝莓鲜果处于低温冷藏条件下,且尽量避免果实受到机械振动,以维持蓝莓内部可溶性糖的含量,保持蓝莓风味。
图4 不同振动频率的蓝莓SSC含量变化Fig.4 Changes of SSC content of blueberry at different vibration frequencies
图5 不同温度条件下蓝莓SSC随振动频率的变化Fig.5 Change rate of SSC content of blueberry with vibration frequency at different temperatures
2.3.3 花青素含量变化 花青素抗衰老、抗氧化,是评价蓝莓品质优劣的一项重要指标。其成分主要位于蓝莓表皮,花青素在酸性条件下呈红色,在碱性条件下呈蓝色。由图6可知,受振后蓝莓花青素含量随时间呈先升高后下降趋势。4、10和25 ℃下经75、85及90 Hz不同频率振动处理后的蓝莓均在贮藏第10、10、3天时花青素含量达到峰值,而对照组未振动处理过的蓝莓在贮藏第15、15、4天时花青素含量达到峰值,因此振动作用促使花青素含量提前到达峰值。不同温度贮藏对花青素含量的变化影响不显著(P>0.05)(表1),而不同振动频率处理对花青素含量的上升趋势影响显著(P<0.05)。因此,蓝莓花青素含量变化受温度影响不是特别明显,而受振动胁迫影响较大。在双重因素交互作用下,花青素含量的显著性水平为0.748,差异不显著(P>0.05)。温度一定时,蓝莓花青素含量变化率曲线呈抛物线(图7),在固有频率附近变化率最大,也说明其受振动影响更明显。因此应尽量减少蓝莓贮运过程中包装件在固有频率值下的振动,减缓蓝莓鲜果的衰老和花青素的流失。
图6 不同振动频率的蓝莓花青素含量变化Fig.6 Changes of anthocyanin content of blueberry at different vibration frequencies
图7 不同温度条件下蓝莓花青素含量随振动频率的变化率Fig.7 Change rate of anthocyanin content of blueberry with vibration frequency at different temperatures
2.3.4 抗坏血酸含量变化 Vc抗氧化且延缓衰老,为果品中一种重要营养成分。由图8可知,受振后蓝莓Vc含量随时间的增加而降低,并且25 ℃下蓝莓Vc的损失最为严重。同一温度下,不同振动频率处理时,Vc含量下降趋势差异不显著(P>0.05),而同一频率下,不同温度贮藏对Vc含量下降趋势影响显著(P<0.05),因此蓝莓Vc含量受贮运温度影响较大。就蓝莓Vc含量而言,低温贮藏可减缓蓝莓Vc含量下降速度。振动频率与贮运温度双重因素的交互作用(P=0.025)对比于温度单因素(P=0.029)对蓝莓的Vc含量上升趋势有显著性影响,加剧Vc的氧化(表1)。由图9可知,温度一定时,蓝莓Vc含量变化率随频率变化的曲线平缓,说明Vc含量变化受振动影响并不显著。因此蓝莓自采摘起的物流全程应保持低温贮藏。
图8 不同振动频率的蓝莓Vc含量变化Fig.8 Changes of Vc content of blueberry at different vibration frequencies
图9 不同温度条件下蓝莓Vc含量随振动频率的变化率Fig.9 Change rate of Vc content of blueberry with vibration frequency at different temperatures
2.3.5 硬度变化 硬度是评价蓝莓品质的一种重要指标,它决定蓝莓的货架期。果实的硬度可以反映其细胞壁构成物质、细胞间结合度以及相关分解酶的变化(刘萌等, 2013)。受振蓝莓在4、10和25 ℃下贮藏期间硬度随时间的变化结果见图10。蓝莓硬度随时间变化先升高后下降,4、10 ℃下,0~5天内硬度随时间变化先逐渐升高,5天后又逐渐降低,25 ℃下0~2天内蓝莓硬度随时间变化先逐渐升高,2天后开始逐渐降低。
图10 不同振动频率的蓝莓硬度变化Fig.10 Changes of hardness of blueberry at different vibration frequencies
同一温度下,不同振动频率处理对蓝莓硬度降低趋势无显著影响(P>0.05); 同一频率下,不同贮藏温度对蓝莓硬度降低趋势影响显著(P<0.05)(表1)。因此蓝莓硬度变化过程受振动影响并不显著,而受贮运温度影响较大。在双重因素交互作用时,硬度的显著性水平为0.473(P>0.05),说明温度和振动频率对硬度的影响不显著。由图11可知,温度一定时,蓝莓硬度变化率改变不明显,同样表明SSC含量变化过程受振动影响不显著。蓝莓硬度降低主要表现为萎蔫、疲软形态,表皮亦失去光泽,品质降低,销售难度随之增加。因此,为维持蓝莓果实硬度,应尽量保证蓝莓处于低温贮藏状态。
图11 不同温度条件下蓝莓硬度随振动频率的变化率Fig.11 Change rate of hardness of blueberry with vibration frequency at different temperatures
2.3.6 可滴定酸含量变化 蓝莓中可滴定酸(TA)的含量是果品口感的指标,含糖量越多则越甜,含酸量越多则越酸。图12为4、10和25 ℃下TA含量随时间变化的结果。蓝莓TA含量随时间的变化先下降后升高,表现为随着果实的成熟,有机酸被逐渐分解形成糖类,口感由酸涩变得甘甜可口,但由于呼吸作用与蓝莓的细胞坏死,部分糖类转化成酸类的物质,所以蓝莓的可滴定酸含量又呈现上升的趋势。温度因素和振动因素分别对蓝莓TA含量无显著影响(P>0.05)(表1),因此蓝莓TA含量同时受温度还是振动因素影响更多尚不明显。而振动频率与贮运温度的交互作用对蓝莓TA含量下降趋势有显著性影响(P=0.032),因此单一因素对蓝莓的TA含量均无显著性影响,但双重因素结合的交互作用使得蓝莓TA含量产生显著变化。
图12 不同振动频率的蓝莓可滴定酸(TA)含量变化Fig.12 Changes of TA content of blueberry at different vibration frequencies
2.3.7 失重率变化 水分是维持细胞生命活动的主要成分,蓝莓果肉水分充足时,细胞膨胀,组织坚挺脆嫩,蓝莓鲜果表现为富有弹性和硬度,而蒸腾作用会导致蓝莓水分损失。4、10和25 ℃下蓝莓在贮藏期间失重率随时间的变化结果如图13。蓝莓的失重率随着时间的增加而变大。贮运温度和振动频率对蓝莓失重率升高趋势均无显著影响(P>0.05),但振动及贮运温度的影响均会使蓝莓失重率产生波动,而受哪个因素影响更多尚不明显(表1)。双重因素交互作用对失重率的显著性水平为0.822(P>0.05),因此双因素交互作用对失重率的影响亦不显著。
图13 不同振动频率的蓝莓失重率变化Fig.13 Change of weight loss rate of blueberry at different vibration frequencies
受贮运温度及振动频率影响的蓝莓7种指标含量变化回归分析见表2。
1) 回归显著性分析 蓝莓7个指标中,回归显著性排序为SigMDA=0.005 2) 回归方程 设X1为贮运温度,X2为振动频率,建立蓝莓MDA、SSC及Vc等3个指标的回归方程分别如下: Y=3.176+0.085X1+0.105X2; (1) Y=0.979+0.075X1-0.008X2; (2) Y=19.956-0.144X1+0.009X2。 (3) 由表2可知,蓝莓MDA指标PT=0.104,PF=0.055,均在0.1左右,表明自变量温度及振动因素与因变量MDA含量呈相关关系,回归系数较为显著,得到蓝莓MDA含量变化关于温度及振动频率因素的关系式如公式(1)。 蓝莓SSC指标PT=0.060,PF=0.843,温度自变量与蓝莓SSC含量较为相关,而PF已接近1,可判断振动频率与SSC含量的变化相关性非常小,因此回归系数值较小,得到蓝莓SSC含量变化关于温度及振动频率因素的关系式如公式(2)。 蓝莓Vc指标PT=0.080,PF=0.918,温度对Vc含量变化影响有较为显著的回归性,而PF已接近1,P值过大,表明振动频率与Vc含量的变化不存在相关性,因此振动频率的回归系数值亦较小,得到蓝莓Vc含量变化关于温度及振动频率因素的关系式如公式(3)。 通过回归方程的建立,可以了解蓝莓果实在不同温度及频率双重因素作用下部分关键指标含量的变化规律,可为预测蓝莓的成熟甚至衰败程度提供依据。 表2 7种指标含量变化关于贮藏温度与振动频率的回归分析Tab.2 Regression analysis of storage temperature and vibration frequency of 7 indicators 振动因素影响蓝莓果实品质,主要表现在振动胁迫能够促进蓝莓MDA含量增加,使得花青素含量峰值提前出现,蓝莓内部酶活性以及细胞内水分的散发过程均减弱,硬度降低,损伤蓝莓品质。Cheng等(2015)同样得到MDA含量变化趋势为前期迅速增加,而后缓慢上升,认为原因是采摘初期蓝莓的迅速成熟,贮存后期蓝莓出现缓慢腐烂。本研究发现振动胁迫促进MDA含量的增加,使得蓝莓更易成熟。这与许时星等(2017)得到的结论类似,均表明与未振动蓝莓果实相比,振动胁迫可促进MDA含量的增加,使得蓝莓更易成熟,且对细胞膜结构损害加大。许时星等(2017)还发现振动作用促使得花青素含量提前到达峰值,同时加速果实衰老和营养流失,这与本研究得到的花青素含量变化趋势一致,原因可能是振动条件下,蓝莓糖度迅速升高,保护花青素不被降解,因此尽管花青素的形成速率变慢,但花青素仍在不断形成(Kaltetal., 2003)。 温度因素影响蓝莓果实品质,主要表现在高温明显降低果实硬度,加速果实贮藏期内Vc含量的下降,加快SSC含量的上升速度。本研究发现温度显著影响蓝莓果实的硬度变化,这与蔡宋宋等(2016)的研究结果相似,由于高温滋生大量细菌,增加对蓝莓表皮纤维素的破坏,增加细胞组织与外界空气的接触,加快水分散失,导致蓝莓硬度的降低。纪淑娟等(2013)认为,避免蓝莓在其固有频率下振动可有效减缓Vc含量随时间的下降,本研究的结果表明,Vc受温度影响更显著。屈海泳等(2014)研究表明,低温贮藏可使Vc含量呈下降趋势,但下降趋势缓慢,总糖含量基本无明显变化。酸度下降而糖度变化不大时会致糖酸比增大,这可能是蓝莓口感变淡,刚采摘时口感新鲜的的原因。SSC含量的趋势之所以呈现先上升后下降,主要是前期果实生理代谢使原果胶转化为可溶性果胶,淀粉等多糖类物质转化为可溶性碳水化合物,从而SSC含量上升,而后期SSC含量不足以补充呼吸作用消耗便会降低(韩鹏祥等, 2015; 陈杭君等, 2013; Paniaguaetal., 2014; 刘萌等, 2013)。 振动胁迫与贮运温度双重因素对蓝莓果实品质产生明显影响。以蓝莓TA含量为例,温度或振动单因素对蓝莓TA含量下降趋势均无显著影响(P>0.05),而振动频率与贮运温度的交互作用对蓝莓TA含量下降趋势有显著性影响(P=0.032)。而在尉青竹(2016)等研究中,仅展示相同振动时间不同温度下蓝莓的品质变化情况,表现为低温状态减缓蓝莓咀嚼性、TA、Vc含量及硬度的下降,维持较高的花青素含量,还发现温度对蓝莓Vc含量影响最显著,这与本文的研究结果相似。但振动频率与贮运温度的交互作用对蓝莓果实产生的影响并未揭示,有待进一步研究。 蓝莓贮藏过程受到振动频率和贮运温度的共同影响,振动及高温加速蓝莓腐败的速度。在蓝莓贮运过程中,包装件在固有频率85 Hz下所受共振影响最大,受振后蓝莓贮存于4 ℃条件下更利于果实各项指标的稳定,延缓果实衰老。其中振动胁迫促使蓝莓花青素含量达到峰值时间缩短,加快了MDA含量的上升速度; 非低温贮藏环境明显降低蓝莓果实硬度,加速果实贮藏期内Vc含量的下降,加快SSC含量的上升速度。蓝莓MDA、SSC与Vc含量受温度及振动频率影响显著,通过建立回归方程预测蓝莓果实品质变化规律; 而硬度、可滴定酸含量、失重率及花青素未表现与振动及温度二者明显的线性关系。蓝莓冷链物流过程中,应尽量置于低温环境并避免果实受固有频率的振动胁迫。3 讨论
4 结论
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