外源褪黑素处理对黄瓜采后冷藏期抗冷性的影响

辛丹丹，司金金，张若曦，寇莉萍

(西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

低温冷藏是目前使用最普遍、效果最好的保鲜方式，但对于黄瓜等冷敏型果蔬而言，温度过低反而会产生冷害。冷害是指冰点以上的低温使贮藏果蔬发生生理代谢失调，造成细胞损伤的现象[1]。黄瓜表皮较薄，冷害会损害果实细胞膜的半透性，使细胞质向外渗出，果实转移至室温后冷害症状会迅速出现，表现为果实表皮出现水浸状斑点，香气消失，产生异味等[2]，感官品质大大降低，出现腐烂[3]，影响消费者的接受程度。研究认为，热处理[4]及壳聚糖[5]、茉莉酸甲酯[6]、甜菜碱[7]等涂膜处理均能提高黄瓜的抗冷性。

褪黑素(Melatonin)，化学名称N-乙酞基-5-甲氧基色胺，为吲哚类色胺，因它能够漂白某些两栖动物的黑色素细胞，导致皮肤颜色变浅而得名[8]，最早在动物松果体中提取得到[9]。褪黑素具有防止老年痴呆、促进睡眠、抗癌、调节动物体生理节律、感应光周期信号等作用[10-11]。在动物体内外褪黑素有高效的活性氧清除能力[12-13]，食物中的褪黑素很容易被人体利用，其对人身体健康具有重要意义[14]。褪黑素有利于植物抵御逆境胁迫，可降低氯化钠[15]、渗透胁迫[16]等对黄瓜种子造成的损伤，也能增强黄瓜幼苗抵御高温[17]、硝酸盐胁迫[18]的能力。研究表明，外源褪黑素处理可提高番茄幼苗[19]、黄瓜幼苗[20]及采后桃果实[21]的抗冷性，但褪黑素对采后黄瓜抗冷性影响的研究尚未见报道。本研究将供试黄瓜用褪黑素处理后于2 ℃条件下贮藏，贮藏期间进行感官评价并测定冷害指数、失重率、相对电导率、呼吸强度及丙二醛、维生素C、可溶性蛋白、游离脯氨酸和活性氧含量，研究外源褪黑素对黄瓜采后贮藏期抗冷性的影响，为褪黑素增强采后果蔬抗冷性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试黄瓜采自陕西省杨凌示范区崔东沟村温室，品种为‘博耐35’，选择成熟度基本一致(开花后15 d)、大小均匀、无病虫害、顶花带刺的新鲜嫩绿色瓜条为试验材料。

1.2 试验处理

将供试黄瓜随机分成4组，每组99根，分别浸泡在蒸馏水(对照)及50，100，500 μmol/L的褪黑素溶液中30 min后取出，于室温下自然风干，然后每3根为一组用厚度为0.01 mm的聚乙烯保鲜膜包裹后并列放置于2 ℃冰箱中冷藏。在冷藏的第0，3， 6，9，12天分别取样，每处理取5根，样品在室温(20～22 ℃)下复温2 d后取果实中间部位用于各指标检测，重复测定3次。

1.3 测定指标及方法

感官评价：请10位评价者分别为各组样品打分，根据果实的颜色、甜度、苦味、涩味、水分、脆度、韧性、口感、香气、腐烂程度进行评定，每项10分，品质越好，得分越高，结果取其平均值[22]。冷害指数的测定参考文献[23-24]进行，黄瓜冷害指数分级为：0级,冷害面积(S)为0；1级,0

失重率的测定：参照王明钦[25]的方法，用分析天平称量黄瓜质量，以最初果实质量(W0)与每次测定果实质量(W1)之差占最初果实质量的百分比表示失重率，即：失重率=(W0-W1)/W0×100%。相对电导率参照Dong等[26]的方法，用PDS-307型电导率仪测定。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法[27]测定。呼吸强度参照Kageyama等[28]的方法，使用红外CO2分析仪测定。维生素C含量用2，6-二氯靛酚钠盐滴定法[29]测定。可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250染色法[30]测定。游离脯氨酸含量参照李佩艳[31]的方法测定。活性氧含量主要测定超氧阴离子生成速率和过氧化氢含量，具体操作参照陆晓民等[32]的方法。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2007和SPSS V20进行分析。

2 结果与分析

2.1 外源褪黑素对冷藏黄瓜感官评价和冷害指数的影响

由图1-A可知，2 ℃冷藏的黄瓜在室温下复温2 d后出现明显的冷害症状，不同浓度外源褪黑素处理的黄瓜果实感官评价得分从冷藏第3天起显著高于对照；冷藏第12天时,50，100和500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜感官评价得分分别为对照组的1.9，3.9，2.8倍。结果表明，褪黑素处理可抑制低温对黄瓜感官品质的影响，其中以100 μmol/L处理组效果最好。

由图1-B可知，2 ℃冷藏的黄瓜在第3天时就出现冷害，3个褪黑素处理延缓了黄瓜冷害指数的上升，100和500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜从冷藏第6天开始与对照差异都达到显著水平(P<0.05)，50 μmol/L处理组和对照差异仅在冷藏第6天和第9天达到显著水平(P<0.05)。说明外源褪黑素处理可有效减轻低温对黄瓜的冷害，其中以100 μmol/L处理组效果最好。

图中不同小写字母表示同一冷藏时间不同处理组间差异显著(P<0.05)。下图同Different lowercase letters mean significant difference among groups at the same storage time (P<0.05).The same below图1 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜感官评价(A)和冷害指数(B)的影响Fig.1 Effects of exogenous melatonin treatment on sensory quality (A) and chilling injury index (B) of cucumber during storage at 2 ℃

2.2 外源褪黑素对冷藏黄瓜失重率的影响

由图2可以看出，在低温条件下黄瓜的蒸腾作用受到抑制，失水量较少，黄瓜失重率较低。100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜失重率最低，从冷藏第3天开始与对照组差异达到显著水平(P<0.05)，50和500 μmol/L褪黑素处理组从冷藏第9天开始与对照组差异显著(P<0.05)；冷藏第12天时50，100和500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜失重率分别比对照组低16.9%，38.1%和25.9%。

图2 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜失重率的影响Fig.2 Effects of exogenous melatonin treatment on weight loss rate of cucumber during storage at 2 ℃

2.3 外源褪黑素对冷藏黄瓜相对电导率和MDA含量的影响

低温条件下贮藏果蔬体内会产生很多攻击细胞膜的氧自由基，使细胞膜透性增大，果蔬的相对电导率能够反映细胞膜受损的程度。外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜相对电导率的影响如图3-A所示。由图3-A可知，低温冷藏期间，黄瓜的相对电导率快速上升，100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的相对电导率从冷藏第9天开始显著低于对照组(P<0.05)，50和500 μmol/L褪黑素处理组与对照差异不显著；冷藏第12天时，对照组相对电导率高达72.1%，100和500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的相对电导率分别比对照组低34.6%和21.1%。结果表明，冷害使膜系统损伤严重；外源褪黑素处理能降低低温对细胞膜的损伤，并且在贮藏后期更能发挥作用，其中100 μmol/L褪黑素作用效果最好。

MDA含量与相对电导率都能反映细胞受损的程度。由图3-B可知，黄瓜在整个冷藏过程中MDA含量不断升高，100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的MDA含量从冷藏第6天开始显著低于对照组(P<0.05)，500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的MDA含量从冷藏第9天开始显著低于对照组(P<0.05)，50 μmol/L褪黑素处理组与对照组差异不显著；冷藏第12天时，对照组黄瓜的MDA含量分别是50，100和500 μmol/L褪黑素处理组的1.2，1.7和2.1倍。结果表明，外源褪黑素处理能明显抑制冷藏期间黄瓜MDA的积累，其中以100 μmol/L处理组效果最好。

图3 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜相对电导率(A)和MDA含量(B)的影响Fig.3 Effects of exogenous melatonin treatment on relative conductivity (A)and MDA content(B) of cucumber during storage at 2 ℃

2.4 外源褪黑素对冷藏黄瓜呼吸强度和维生素C含量的影响

由图4-A可以看出，冷藏期间黄瓜的呼吸强度逐渐升高，100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的呼吸强度从冷藏第3天开始显著低于对照组(P<0.05)，500 μmol/L褪黑素处理组从冷藏第6天开始显著低于对照组(P<0.05)，50 μmol/L褪黑素处理组与对照差异不显著。

如图4-B所示，冷藏期间黄瓜维生素C含量逐渐下降，在冷藏的第6天和第9天100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜维生素C含量显著高于对照组(P<0.05)，50和500 μmol/L褪黑素处理组与对照组总体差异不显著；在冷藏的第12天，50，100和500 μmol/L褪黑素处理组维生素C含量分别是对照组的1.3，1.5和1.5倍。结果表明，外源褪黑素可抑制冷藏期间黄瓜维生素C含量的下降，其中以100 μmol/L褪黑素处理组效果最好。

图4 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜呼吸强度(A)和维生素C含量(B)的影响Fig.4 Effects of exogenous melatonin treatment on respiratory intensity(A) and VC content(B) of cucumber during storage at 2 ℃

2.5 外源褪黑素对冷藏黄瓜可溶性蛋白和游离脯氨酸含量的影响

由图5-A可知，除500 μmol/L褪黑素处理组外，其他组黄瓜可溶性蛋白含量大体上呈先降低后升高的变化趋势， 100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜可溶性蛋白含量在冷藏第3,9和12天均显著高于对照组(P<0.05)。结果表明，外源褪黑素处理能使黄瓜保持较高的可溶性蛋白含量，其中100 μmol/L处理组作用效果最佳。

低温贮藏的黄瓜体内会产生脯氨酸来抵抗低温胁迫对果实造成的损伤。如图5-B所示，2 ℃冷藏的黄瓜中游离脯氨酸含量呈先升高后下降的变化趋势；从冷藏第6天开始， 100，500 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的游离脯氨酸含量显著高于对照组(P<0.05)，50 μmol/L处理组与对照组的差异未达到显著水平。

图5 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜可溶性蛋白(A)和游离脯氨酸(B)含量的影响Fig.5 Effects of exogenous melatonin treatment on soluble protein content (A) and free proline content(B) of cucumber during storage at 2 ℃

2.6 外源褪黑素对冷藏黄瓜超氧阴离子生成速率和过氧化氢含量的影响

冷藏会使黄瓜遭受冷害，导致活性氧含量大幅增加，加剧细胞损伤程度。由图6-A可知，冷藏期间各组黄瓜的超氧阴离子生成速率总体呈增大趋势；从冷藏第3天开始，100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜的超氧阴离子生成速率显著低于对照组(P<0.05)；贮藏结束(第12天)时对照组超氧阴离子生成速率是贮藏开始(第0天)时的2.8倍，而100 μmol/L的褪黑素处理组贮藏结束时仅为开始时的1.3倍。

过氧化氢含量也是评价黄瓜果实冷藏过程中活性氧积累状况的一个指标。图6-B显示，冷藏期间各组黄瓜的过氧化氢含量均不断增加；从冷藏第3天开始100 μmol/L褪黑素处理组黄瓜过氧化氢含量显著低于对照组(P<0.05)，其余2个处理组黄瓜过氧化氢含量也低于对照组，但差异未达显著水平。

图6 外源褪黑素对2 ℃冷藏黄瓜超氧阴离子生成速率(A)和过氧化氢含量(B)的影响Fig.6 Effects of exogenous melatonin treatment on O2-· production rate (A)and H2O2 content (B) of cucumber during storage at 2 ℃

3 讨 论

黄瓜是冷敏型果蔬，尤其在秋冬季节进行运输的过程中容易遭受冷害，使果实表面出现水渍状或凹陷斑点，果肉腐烂变质，组织绵软，风味散失，商品价值受到严重影响[33]。感官评价可直观反映冷害对黄瓜品质的影响。本试验结果表明，外源褪黑素处理可抑制冷害对黄瓜感官品质的影响，对照组黄瓜在低温贮藏结束复温2 d后的腐烂现象严重，果实变软，风味丧失，而外源褪黑素处理的黄瓜果实品质要好于对照组，只有少部分出现腐烂，风味、脆性也都优于对照组。冷害指数能直观地反映黄瓜受冷害的程度，外源褪黑素处理减小了黄瓜的冷害指数，其中以100 μmol/L褪黑素处理效果最好。近年来大部分研究认为，果蔬冷害发生的本质原因是低温，冷害首先会使细胞膜结构发生变化，导致果蔬的相对电导率大幅升高以及MDA的积累[34]。本研究结果显示，褪黑素处理可显著抑制相对电导率和丙二醛含量升高，减轻冷害对细胞的损伤。果蔬在遭受冷害后呼吸强度会大幅增加，呼吸强度越高表明其遭受的冷害越严重，这可能是果蔬自我保护的一种反应[35]。在本试验中，外源褪黑素处理抑制了黄瓜呼吸强度的增加速度，从而抑制了呼吸作用造成的果实内有机物消耗。

维生素C含量可以反映果实的营养品质，影响果实风味，也可以降低果实衰老过程中发生的氧化损伤，保护细胞膜的完整性，从而延长水果的保质期[36]，已有试验证实外源褪黑素处理能提高干旱胁迫下番茄内的抗坏血酸含量[37]。本试验结果显示，100 μmol/L褪黑素处理能使黄瓜果实内保持较高的维生素C含量。保持果蔬体内较高的可溶性蛋白水平,有利于增强其抗冷性，低温条件下耐冷型马铃薯体内可溶性蛋白含量高于冷敏型马铃薯[38]。冷害能触发果蔬体内脯氨酸合成机制，较高的脯氨酸水平同样有利于提高果蔬的抗冷性[39]。低温会诱导果蔬生成多余的自由基，引起酶活性降低而使果实内多余的自由基不能及时被去除，使生物膜系统受损，甚至使膜透性丧失[40]。本试验结果表明，褪黑素处理可抑制低温条件下黄瓜活性氧的积累，抑制冷害； 100和500 μmol/L褪黑素处理组显著抑制了游离脯氨酸的消耗，说明外源褪黑素处理能使黄瓜保持较高的游离脯氨酸水平，增强果实的抗冷性。综合考虑，100 μmol/L褪黑素处理组提高黄瓜抗冷性的效果最好。