番茄是人们日常生活中不可或缺的果蔬,口感酸甜,具有特殊风味,营养丰富,含有人体所需的多种维生素和矿物质[1]。番茄生长和采收期通常处于高温时段,易受疫病、软腐病、溃疡病等多种病害侵染,采后贮运过程中易受到振动、挤压等损伤,为微生物侵染提供了机会,极易软化腐烂失去商品价值,造成严重损失[1]。番茄是呼吸跃变型果实,呼吸强度和乙烯释放速率大,导致品质下降快,贮藏期和货架期短。目前冷藏仍然是延长番茄果实贮藏期和货架期的主要形式,但是冷藏后的番茄果实营养品质下降,一些风味物质如氨基酸、脂肪酸、类胡萝卜素等含量显著减少[2,3,4]。

研究表明,番茄果实品质与采前管理措施密切相关。王婷等[5]研究表明采前叶面喷施5-氨基乙酰丙酸可以显著提高采后番茄果实的耐贮性。魏宝东等[6]采用外源维生素A和腐殖酸钙混合喷施番茄果实,可以提高番茄果实的单果质量、维持番茄果实的品质,延缓衰老。

ClO2是A1级安全消毒剂,具有很强的杀菌能力,能有效杀死微生物,无气味残留,在杀菌过程中不产生有害物质,不影响食品的风味和外观品质,是目前国际上公认的性能优良的新一代广谱、高效、安全杀菌、保鲜、漂白剂,是氯制剂理想的替代品[7,8,9,10]。ClO2能防止乙烯的生成,杀灭腐败菌,起到长期保鲜的作用。从20世纪80年代开始,已被众多国家批准用于食品领域,2004年FDA将ClO2批准为果蔬杀菌剂[11,12,13,14]。

目前ClO2在果蔬的采前防腐保鲜方面已进行了一些研究,并应用在生产实践当中[15,16,17]。ClO2是否对设施番茄也具有一定的防腐保鲜效果,目前还没有相关的报道。该研究以设施栽培番茄为试验材料,研究采前喷施不同浓度的ClO2溶液对采后常温贮藏下的防腐保鲜效果,以期为生产中番茄的贮藏保鲜提供一定的理论依据和技术参考。

1、材料与方法

1.1试验材料

供试番茄品种“粉红一号”,于2017年10月1日采自贵州省农业科学院园艺所设施大棚内。

固体ClO2片剂(有效成分含量10%)食品级购于西安维绿环保科技有限公司;牛肉膏、蛋白胨、琼脂粉、氢氧化钠、酚酞、草酸、抗坏血酸、2,6-二氯酚靛酚、盐酸分析纯,购于贵州省格瑞恩科技有限公司;邻苯二甲酸氢钾、牛血清蛋白质、考马斯亮蓝G-250、85%磷酸、乙醇、甲苯分析纯,购于贵州省赛兰博科技有限公司。

1.2试验方法

试验在贵州省农业科学院园艺所(东经106.39°,北纬26.30°)进行,采用单因素随机区组进行设计。每处理3次重复,每个重复共处理植株30棵。从盛花期后第50天开始,分别用浓度为20、40、60mg·L-1的ClO2溶液(每个浓度处理加一滴吐温-20)对其进行叶面喷施,以喷清水(加一滴吐温-20)为对照。每次于18:00光线较弱时进行。使果实表面均匀喷布,喷到滴水为止。每2d喷施一次,共3次。喷施完最后一次,于第2天(盛花后第55天)傍晚采摘,选择大小适中、色泽均匀、成熟度一致、无机械损伤的破色期番茄果实进行采收,采收后立即运到贵州大学采后实验室,贮存于常温(20±1)℃下进行试验。每隔1d随机取样,测定番茄果实失重率、腐烂率、呼吸速率、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、维生素C含量、可溶性蛋白质含量、番茄红素含量和β-胡萝卜素含量等品质指标。第12天对果实进行感官品质指标的评价。

1.3项目测定

菌落总数参照GB/T4789.2-2016《食品卫生微生物学检测》的方法测定[18]。菌落清除率(%)=(处理前果实菌落含量-处理后果实菌落含量)/处理前果实菌落含量×100。

硬度采用硬度计(探头直径11mm,测定深度8mm)测定(kg·cm-2);可溶性固形物含量采用数显糖度计测定(%);可滴定酸含量采用酸碱滴定法测定(%);固酸比以可滴定酸和可溶性固形物的比值进行计算;呼吸速率参考董晓庆等[19]方法,用CO2分析仪测定(mg·kg-1·h-1);腐烂率采用统计计数方法进行,腐烂率(%)=(腐烂果数/总数)×100;失重率采用称质量法进行测定,失重率(%)=(采收当天果实的初始质量-试验当天果实的质量)/采收当天果实的初始质量×100;维生素C含量参考曹建康等[20]的方法采用2,6-二氯酚靛酚法进行测定;可溶性蛋白质含量参考曹建康等[20]的方法采用考马斯亮蓝染色法测定;番茄红素和β-胡萝卜素参考DONG等[21]和SALDER等[22]的方法进行测定。所有测定重复3次,取平均值。

果实的感官品质评定参照冯雪立等[23]的方法,具体标准见表1,在贮藏12d时,由10位专业人士对不同处理方式(每个处理随机取样3袋)番茄果实的色泽、质地、风味和漂白现象进行评价。

1.4数据分析

采用MicrosoftExcel软件进行数据计算和绘图,采用SAS10.0软件进行数据统计分析,以最小显著差异值(leastsignificantdifference,LSD)小于0.05判断各种结果差异是否显著(P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著)。数据用“平均值±标准误”(n=3)表示。

表1番茄果实感官品质评价标准

2、结果与分析

2.1采前ClO2处理对果实表面菌落的影响

从表2可以看出,20、40、60mg·L-1的ClO2采前喷施处理对番茄果实表面的菌落均有一定的清除作用,清除率分别为89.00%、91.96%和93.99%,清水处理的清除率为59.16%,处理与对照之间差异显著(P<0.05),其中60mg·L-1的ClO2清除效果最好。

2.2采前ClO2处理对果实失重率和腐烂率的影响

由图1A可知,采后贮藏期间,所有处理番茄果实失重率均呈现上升趋势,不同浓度ClO2处理对果实失重率均有一定的抑制作用。贮藏12d,对照果实的失重率为3.65%,20、40、60mg·L-1ClO2处理果实的失重率分别为1.99%、2.97%和3.12%。ClO2各处理的果实失重率均小于对照组,且显著差异(P<0.05),说明采前不同浓度ClO2处理可减缓番茄果实失重率的增加,其中效果最好的是20mg·L-1ClO2处理。

由图1B可知,贮藏期间,所有处理番茄果实的腐烂率均呈现上升趋势,ClO2处理的番茄果实腐烂率远低于对照,差异显著(P<0.05)。贮藏12d,对照果实的腐烂率为50.00%,20、40、60mg·L-1ClO2处理果实的腐烂率分别为20.00%、40.00%和30.00%。这说明采前适宜浓度的ClO2处理能有效抑制番茄果实腐烂,其中效果最好的是20mg·L-1ClO2处理。

表2不同浓度ClO2采前处理对番茄果实表面菌落清除率的影响

图1不同浓度ClO2采前处理对番茄果实失重率(A)和腐烂率(B)的影响

2.3采前ClO2处理对果实呼吸速率的影响

由图2可知,对照果实呼吸高峰出现在第2天,峰值为7.84mg·kg-1·h-1,不同浓度ClO2处理的果实呼吸高峰出现在第4天,峰值分别为7.99、8.11、8.00mg·kg-1·h-1。各个处理均推迟了呼吸高峰的出现,但是没有降低呼吸峰值,分别比对照高1.91%、3.44%和2.04%,统计分析结果差异不显著(P<0.05)。由此可见,ClO2处理后能够明显抑制番茄果实呼吸高峰的到来,但是没能降低果实呼吸强度,其中20mg·L-1ClO2的效果最好。

图2不同浓度ClO2采前处理对番茄果实呼吸速率的影响

2.4采前ClO2处理对果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸和固酸比的影响

从图3A可以看出,随着贮藏时间增加,所有处理果实硬度均呈下降趋势。在常温下贮藏12d,对照、20、40、60mg·L-1ClO2处理果实硬度分别由最初的12.95、12.57、12.85、12.89kg·cm-2降低到5.43、6.99、6.56、5.92kg·cm-2,各处理分别比对照高28.73%、20.81%和9.02%,与对照均差异显著(P<0.05),各处理之间差异显著(P<0.05)。由此可见,适宜浓度的ClO2处理能有效延缓番茄果实软化。在所设置的浓度范围内,20mg·L-1处理的效果最佳。

由图3B可知,所有处理番茄果实的SSC呈先上升后下降趋势,均在第4天达到高峰,然后降低。贮藏4d时,番茄果实的SSC分别为4.26%、4.61%、4.38%和4.35%。随后SSC作为呼吸底物被消耗,含量降低。常温(20±1)℃下贮藏12d时,含量分别为3.62%、3.88%、3.67%和3.69%,比对照分别高7.18%、1.38%和1.93%。说明不同ClO2处理可降低番茄果实SSC的减少,其中20mg·L-1处理与对照差异显著(P<0.05),40、60mg·L-1处理与对照之间差异不显著(P>0.05)。

由图3C可知,随着贮藏时间增加,所有处理番茄果实的可滴定酸含量呈下降趋势。各处理果实的可滴定酸含量均高于对照,常温(20±1)℃贮藏前6d时,对照、20、40、60mg·L-1的可滴定酸含量分别降低了40.59%、24.11%、32.36%和36.35%。不同浓度ClO2处理与对照间均有显著差异(P<0.05),20mg·L-1和40mg·L-1处理的果实可滴定酸含量与对照差异极显著(P<0.01)。贮藏12d,20、40、60mg·L-1ClO2处理的可滴定酸含量比对照分别高56.09%、34.55%和17.30%,各处理与对照之间差异显著(P<0.05),说明不同浓度ClO2处理可以减缓番茄果实可滴定酸含量的减少,其中20mg·L-1处理的效果最佳。

由图3D可知,贮藏期间,所有处理的番茄果实固酸比均呈上升趋势,各个处理的固酸比均小于对照,贮藏前8d,各处理与对照、以及处理之间差异不显著(P>0.05),8d到贮藏结束,各处理与对照之间差异显著(P<0.05)。这说明采前不同浓度的ClO2处理对番茄果实采后固酸比有降低的作用,其中抑制固酸比升高作用最好的是20mg·L-1处理。

2.5采前ClO2处理对果实维生素C和可溶性蛋白质含量的影响

由图4A可知,对照、20、40mg·L-1ClO2处理呈现了相似的变化规律,均在贮藏第4天达到最大值,分别为28.50、40.72、35.97mg·(100g)-1,而60mg·L-1ClO2处理在第6天达到最大值,为31.67mg·(100g)-1。贮藏期间,ClO2各处理都延缓了番茄果实维生素C的降解,与对照对比差异显著(P<0.05),20mg·L-1ClO2处理番茄果实的维生素C含量最高。这说明采前适宜浓度的ClO2处理可以减小番茄果实维生素C含量降低,处理效果最好的是20mg·L-1。

图3不同浓度ClO2采前处理对番茄果实硬度(A)、可溶性固形物(B)、可滴定酸(C)和固酸比(D)的影响

图4不同浓度ClO2采前处理对番茄果实维生素C含量(A)和可溶性蛋白质含量(B)的影响

由图4B可知,贮藏期间,ClO2各处理番茄果实的可溶性蛋白质含量均大于对照,贮藏12d,可溶性蛋白质含量分别为1.70、2.83、2.43、2.66mg·g-1,ClO2各处理与对照之间均有着显著差异(P<0.05)。其中,20mg·L-1ClO2处理的可溶性蛋白质含量最高,且变化波动最小。采前一定浓度的ClO2处理可以有效减缓番茄果实可溶性蛋白质含量的降低。

2.6采前ClO2处理对果实番茄红素和β-胡萝卜素的影响

由图5A可知,采后贮藏期间,所有处理的番茄果实番茄红素含量逐渐升高。在(20±1)℃贮藏12d后,对照处理果实的番茄红素含量从初始值0.51mg·(100g)-1迅速升高至4.56mg·(100g)-1。20、40、60mg·L-1ClO2处理番茄红素含量的积累被推迟,贮藏12d番茄红素含量分别为3.09、3.99、3.83mg·(100g)-1。比对照的含量分别低32.24%、12.50%和16.01%,且呈显著差异(P<0.05)。其中20mg·L-1ClO2处理的效果最好。

由图5B可知,20、40、60mg·L-1ClO2处理延缓了β-胡萝卜素的降解,贮藏12d果实β-胡萝卜素含量分别为0.21、0.16、0.18mg·(100g)-1,对照为0.09mg·(100g)-1,分别是对照处理的2.33、1.78、2.00倍,且呈显著差异(P<0.05)。其中20mg·L-1ClO2处理的效果最好。

图5不同浓度ClO2采前处理对番茄果实番茄红素含量(A)和β-胡萝卜素含量(B)的影响

2.7采前ClO2处理对番茄果实感官品质的影响

由表3可知,在采后贮藏过程中番茄果实在色泽、质地、风味和漂白现象等方面极易发生变化。(20±1)℃下贮藏12d时,对照果实全部变为深红色,质地极软、果实柔软易碎,基本丧失原有风味。各浓度ClO2处理均能有效抑制果实软化、风味丧失和腐烂变质,其中20mg·L-1处理效果最佳,其果实质地较硬,原有风味保留,果实未出现漂白现象。

表3(20±1)℃下贮藏12d的番茄果实感官品质评定

3、讨论与结论

该研究结果表明,ClO2采前处理可显著去除番茄果实表面的菌落,这与赵明慧等[15]在采前喷施苹果、田红炎等[16]在采前喷施猕猴桃上的研究结果一致。ClO2是一种强氧化剂,对细胞壁有较好的吸附和透过能力,它可有效地氧化细胞内含巯基的酶,对包括病毒、芽孢以及水路系统中的异养菌、硫酸盐还原菌、真菌和菌团均有很好的消毒效果。ClO2具有很强的杀菌能力,依靠其自身强烈的氧化作用快速地控制微生物蛋白质的合成,使合成生物细胞蛋白质的单体氨基酸氧化分解,导致氨基酸的碳链断裂,使蛋白质失去活性和功能,从而导致细胞死亡,达到杀死病原微生物的目的[8,9,24,25]。李军等[26]报道ClO2对苹果表面的Listeriamonocytogenes有很好的杀菌作用。董晓庆等[27]研究表明以ClO2为主要成分的清洗剂对“红富士”苹果果实表面的菌落有很好的清除作用,清除率可达80.64%。

失重是影响果实外观和品质的重要因素之一,它主要是由于呼吸作用导致的干物质损耗和蒸腾失水所致,一般失重率超5%时,果实就会发生皱缩萎蔫而成疲软状态[28]。该研究发现ClO2处理显著地降低了果实质量的损失,减少了腐烂的发生。可能原因是ClO2处理可以提高果实的抗病能力和抗氧化能力,减少了营养物质的消耗,同时ClO2是一种A1级安全消毒剂,其对细胞质具有很强的凝聚作用,能有效杀死微生物[29]。因此,贮藏过程中,处理果实的失重率和腐烂率显著低于对照。

果实作为植物的一个延存器官,在离开母体后仍保持旺盛的呼吸作用,呼吸强度是表示组织新陈代谢大小的标志。该研究证明ClO2处理可抑制呼吸强度,延缓呼吸高峰的出现时间。郑小林等[30]认为可能ClO2能阻止蛋氨酸生成乙烯,且能破坏已形成的乙烯,延缓呼吸高峰的出现。

果实的硬度、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比是决定果实品质的几个重要因子。该研究发现,适宜浓度的ClO2采前处理延缓了番茄果实硬度、可溶性固形物和可滴定酸的下降、延迟了固酸比的升高。这与在猕猴桃[16]和苹果[31]上的结论相一致。DU等[31]的研究证明,ClO2不与脂肪酸反应,能够较好地保持园艺产品的品质,延缓果蔬的衰老和腐败,延长其贮藏期。

维生素C含量和可溶性蛋白质含量是评价果实营养价值的重要指标。维生素C是果实内一种重要的营养成分和天然的抗氧化物,是人体必需的主要维生素之一,其在酸性介质中相对稳定[32]。强氧化剂ClO2对有机物的氧化处理具有广谱性,在常温常压下催化氧化水中的有机物,可以直接将一些有机物氧化成为二氧化碳和水,使溶液呈现酸性[14]。该研究证明经过ClO2处理果实的维生素C下降速度得到了延缓。说明ClO2可以抑制维生素C的降解,保持果实的营养成分,相似的结果也在无花果上得到了验证[33]。可溶性蛋白质是一类重要的营养物质,可为人体提供必需的氨基酸,其积累能提高果实组织细胞的保水能力,对番茄果实的采后贮藏保鲜有一定的影响[34]。该研究结果表明,ClO2采前喷施处理可以减缓设施番茄果实中的可溶性蛋白质含量和品质的下降。

番茄红素和β-胡萝卜素都是天然的抗氧化物质,能够清除人体内的自由基,在抗癌、提高免疫力、抗氧化和抗衰老方面具有重要的作用[35]。研究表明,ClO2处理延缓了番茄红素的升高,可能的原因是ClO2抑制了番茄红素合成相关基因的表达,从而抑制了番茄红素的增加。此外,ClO2处理还能够促进番茄红素环化生成β-胡萝卜素,从而降低了番茄红素含量,提高了β-胡萝卜素含量,该研究结果和IRITI等[36]的结论相一致。

该研究结果显示,ClO2并不是浓度越高对果实的保鲜效果越好,高浓度处理对番茄果实造成一定程度的伤害。这可能是因为ClO2是一种强氧化剂,高浓度的ClO2提供的分子氧使得果实的细胞膜透性增加,细胞内的营养物质外渗,对果实造成一定的漂白作用[8]。此外,高浓度的ClO2还会对果实产生较大的膨压,造成果实裂果,从而降低了果实的贮藏品质。研究表明40、60mg·L-1的ClO2采前处理的设施番茄,有10%和20%的果实已经漂白,延迟了果实变红,而20mg·L-1的ClO2采前处理对番茄的感官品质没有影响。以结论也与韩永生等[37]在巨峰葡萄上的结果相似。

该研究中,经40、60mg·L-1ClO2处理的番茄果实,虽然菌落去除率高于20mg·L-1ClO2处理,但是其品质指标没有20mg·L-1ClO2处理效果好。因此,在常温(20±1)℃下,对设施番茄果实保鲜效果较好的ClO2采前处理浓度为20mg·L-1。ClO2作为一种安全高效的杀菌剂,不但能高效地杀灭设施番茄果蔬表面的病原微生物,还能显著地延缓番茄品质的下降,可以广泛地用于采前番茄果实的杀菌与保鲜。

参考文献：

[5]王婷,饶景萍,宋永令,等.叶面喷施5-氨基乙酰丙酸对番茄果实采后生理指标的影响[J].西北农业学报,2009,18(1):243-247.

[6]魏宝东,马玥,李晓明,等.叶面喷施VA和钙混剂对番茄冷藏效果的影响[J].食品科学,2013,34(4):267-271.

[8]傅茂润,杜金华.二氧化氯在食品保鲜中的应用[J].食品与发酵工业,2004,30(8):113-116.

[11]龚宇同.二氧化氯在食品工业中的应用[J].食品科技,2004,9(4):7-8.

[15]赵明慧,饶景萍,辛付存,等.二氧化氯采前处理对红富士苹果的保鲜[J].食品科学,2011,32(16):352-356.

[16]田红炎,祝庆刚,饶景萍.采前二氧化氯处理对‘海沃德’猕猴桃的防腐保鲜效果[J].植物生理学报,2011,47(12):1167-1172.

[17]谢国芳,王瑞,刘晓燕.采前喷施二氧化氯处理对蓝莓保鲜效果的影响[J].现代食品科技,2014(8):207-213.

[18]GB/T4789.2-2016食品卫生微生物学检验菌落总数测定[S].北京:中国标准出版社,2016.

[19]董晓庆,饶景萍,朱守亮,等.气调包装和1-MCP抑制苹果蜡质成分降低[J].农业工程学报,2013,29(16):269-277.

[20]曹建康,赵玉梅,姜微波.果蔬采后生理生化实验技术[M].北京:中国轻工业出版社,2007.

[23]冯雪立,董晓庆,朱守亮,等.褪黑素处理对蜂糖李果实的保鲜效应[J].食品工业科技,2020,46(6):271-277.

[24]陈钊.二氧化氯对真菌杀灭机理及果蔬保鲜效果的研究[D].泰安:山东农业大学,2011.

[25]李江阔,张鹏,张平,等.二氧化氯在水果保鲜中的应用研究进展[J].食品工业科技,2011,32(9):439-442.

[26]李军,张振华,葛毅强,等.二氧化氯对苹果表面的Listeriamonocytogenes杀菌效果的研究[J].食品科技,2004,11(26):72-77.

[27]董晓庆,饶景萍,田改妮,等.草酸复合清洗剂对红富士苹果贮藏品质的影响[J].园艺学报,2009,36(4):577-584.

[28]何海玲,顾龚平,张卫明.白芨多糖胶涂膜保鲜樱桃番茄的研究[J].食品科学,2007,28(4):336-340.

[29]张晓煜.二氧化氯对细菌杀灭机理的研究[D].武汉:中国科学院武汉病毒研究所,2007.

[30]郑小林,田世平,李博强,等.外源草酸延缓采后芒果成熟及其生理基础的研究[J].中国农业科学,2007,40(8):1767-1773.

[32]杜天浩,周小婷,朱兰英,等.褪黑素处理对盐胁迫下番茄果实品质及挥发性物质的影响[J].食品科学,2016,37(15):69-76.

[33]张冬梅,杨震,卫晓英,等.不同浓度对无花果流通过程中贮藏品质的影响[J].北方园艺,2016(8):127-130.

[34]岳冬,刘娜,朱为民,等.樱桃番茄与普通番茄部分品质指标及氨基酸组成比较[J].食品科学,2015,36(4):92-96.

[37]韩永生,周欣.固载二氧化氯缓释保鲜剂对巨峰葡萄保鲜效果的研究[J].包装工程,2009,30(2):9-11.

董晓庆,吴本翠,黄世安,朱守亮,袁远国.采前喷施二氧化氯对设施番茄采后贮藏品质的影响[J].北方园艺,2020(20):98-106.

基金:国家自然科学基金资助项目(31960620);贵州省科技厅成果转化资助项目(黔科合成果20164035);贵州省自然科学基金资助项目(黔科合基础20161042);贵州省农业农村厅资助项目(黔农发2016153);贵州大学博士基金资助项目(贵大人基合字201417)