臭氧气体处理对甜瓜和雪花梨贮藏品质及效果的影响
日期：2017-05-04作者：于弘慧，王之莹，田赛等来源：北京农学院学报 2017年第1期
甜瓜和雪花梨清爽甘甜，深受消费者青睐。由于病原真菌侵染导致的采后病害造成严重的果实腐烂损失。长期以来，使用化学药剂被认为是防治此类病害最有效的方法，但是由于化学药剂的过多使用，使得土壤中氮肥过多，而缺钙､缺硼，其盐渍化程度增高，影响果实对钙､镁､硼肥的吸收，由于植株体内缺乏营养素而引发果肉发酵腐烂；在果实表面残留农药､病原菌容易产生抗药性等诸多弊端，迫使人们去寻求新的安全保鲜方法取代化学药剂的使用。
臭氧是一种强氧化剂，对果实表面的病原真菌有氧化作用，从而破坏细胞膜结构，导致新陈代谢障碍，进而破坏细菌细胞膜内的脂蛋白和脂多糖，使细菌死亡；再者果实在接近成熟阶段将产生大量乙烯，促进果实成熟衰老，而乙烯能够快速被臭氧分解，生成二氧化碳和水，从而延缓果实衰老。最重要的是，臭氧的最终产物是氧气，具有无公害的特点，贮藏果蔬表面上不会有残留物，对食品几乎没有影响。此外，臭氧还具有“成本较低､对整个空间都有杀菌效果”的优点。用臭氧处理采后的果实，可达到一举多得的效果。
李艳等发现板栗经过臭氧处理，处理质量浓度越大板栗的呼吸强度越小，当臭氧处理质量浓度达到150μg/L时呼吸强度最低。已有研究结果显示，草莓､葡萄等果实经过臭氧水处理后，能有效抑制微生物和真菌病原体的生长，延长国光苹果､茬梨､山楂､杏等的保质期。臭氧水处理保鲜果实，常出现两个问题，一者臭氧水处理后会增加晾干工序，二者臭氧水中溴酸盐的危害问题。本研究以甜瓜和雪花梨为试材，探寻臭氧气体处理对甜瓜和雪花梨果实贮藏效果的试验，筛选出具有显著效果的最佳臭氧质量浓度。
1 材料与方法
1.1 材料
2015年11月，果实购于北京市昌平区农贸市场。挑选同一品种､无病虫害新鲜的甜瓜和雪花梨作为试验材料。当天运到北京农学院食品科学与工程学院，并立即对甜瓜和雪花梨果实做分组处理。
1.2 方法
1.2.1臭氧处理 臭氧质量浓度的确定：试验前，将臭氧机所带的干燥皿同臭氧浓度分析仪连接，控制臭氧机开启的时间，确定干燥皿中臭氧的质量浓度。臭氧机开启2s，达到20mg/m3；臭氧机开启5s，到达60mg/m3；臭氧机开启60s，达到100mg/m3；臭氧机开启5min，达到200mg/m3。将甜瓜分为4组，每组20个，分别放在2个干燥器中，进行臭氧处理，分别通入臭氧气体20mg/m3(T2)､60mg/m3(T5)和100mg/m3(T60)时，停止通气后在干燥皿中再放置10min后取出。每种处理3个平行，其中空白组(CK)不进行臭氧处理。雪花梨处理同1.2.1。将雪花梨分为3组，通入臭氧气体分别达100mg/m3(L1)和200mg/m3(L5)时，停止通气后在干燥皿中再放置10min后取出，空白对照不进行臭氧处理，每种处理3个平行。
将以上处理好的各组果实放在塑料框中并用塑料袋包好(不扎口，防止温差产生水蒸气使果实腐烂)，置于恒温恒湿4℃的冷藏室，并于2d后检查有无水汽产生，若有，则将果实表面水汽擦干，在果实上部铺上吸水纸；若无，则封上塑料袋。甜瓜每7d取样1次，雪花梨每10d取样1次，分别测定各项指标。
1.2.2指标测定方法 果实的腐烂率：参照理论方法，腐烂率按下式计算。
腐烂率%=(腐烂果数/总果实数)×100%果实硬度测定：用硬度计测定(测头直径为5mm)果实削皮后的硬度。分别对顶部､中部､底部等部位进行测定，每组间隔等距离重复5次，取平均值记录。可溶性固形物含量用手持折光仪测定。可滴定酸含量､维生素C含量､可溶性蛋白含量､叶绿素含量､丙二醛分别采用酸碱滴定法､2，6-二氯酚靛酚滴定法､考马斯亮蓝法､丙酮法和硫代巴比妥酸法。
2 结果与分析
2.1 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实腐烂率的影响
2.1.1臭氧处理对甜瓜果实腐烂率的影响
腐烂率是果实储藏效果最明显的指标之一。贮藏期间各组都有不同程度的腐烂，贮藏28d时，CK腐烂率显著高于臭氧处理，T2的腐烂率最低。
2.1.2臭氧处理对雪花梨果实腐烂率的影响
由于雪花梨保存时间较长，且在低温条件下贮藏到40d时，没有出现腐败的果实。感官检查发现，L5处理的果皮表面的黑斑明显较少，且硬度较高，色泽鲜亮。
2.2 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实硬度的影响
2.2.1臭氧处理对甜瓜果实硬度的影响
甜瓜果实的硬度在贮藏过程中逐渐下降，经过臭氧处理后，贮藏后期果实硬度下降趋势缓慢。贮藏前期，不同处理的果实硬度下降的程度不同；处理果实不同部位的硬度变化的程度不同，不同臭氧处理的效果不同；贮藏28d后，臭氧处理各组的甜瓜中部硬度分别高于对照果实13.43%､11.57%和4.48%。无论是对于甜瓜的顶部､底部和中部，从果实硬度整体变化趋势来看，采后通过臭氧处理能有效保持甜瓜果实硬度，T2的效果最好。
2.2.2臭氧处理对雪花梨果实硬度的影响
雪花梨果实硬度在贮藏过程中呈逐渐下降趋势，经过臭氧处理后，贮藏后期果实硬度下降趋势缓慢。不同臭氧处理的雪花梨在贮藏前期硬度均有不同程度的下降；贮藏20d后，无论是雪花梨的顶部､底部还是中部，臭氧处理明显抑制了果实硬度的下降。贮藏第40天时，100､200mg/m3的果实中部硬度分别高于对照果实25.84%和13.68%。从果实硬度整体变化趋势来看，采后通过臭氧处理能有效保持雪花梨果实硬度，其中100mg/m3的果实效果最好。
2.3 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实可溶性固形物含量的影响
2.3.1臭氧处理对甜瓜果实可溶性固形物含量的影响
甜瓜果皮和果肉的可溶性固形物含量在贮藏过程中均呈先减小后增大的趋势，在贮藏前7d可溶性固形物含量均快速减小，可能是果实为了适应环境的变化，可溶性固形物降低来抵抗环境变化引起的伤害，随着对环境的适应，果实逐渐成熟，可溶性淀粉转化成可溶性糖，因此可溶性固形物含量有所增加。T5和T2两处理的可溶性固形物含量从第7天开始上升，第14天甜瓜皮和肉的T5均达到较高6.8%和7.1%，而对照达到较低3.5%和4.5%。第14天后T5和T2开始下降，T60和对照开始上升，但T5含量一直高于对照。从整个贮藏过程看，臭氧处理的T5和T60可溶性固形物含量都高于对照。故臭氧处理T5和T60可抑制甜瓜可溶性固形物含量的下降，有利于保鲜，60mg/m3最明显。
2.3.2臭氧处理对雪花梨果实可溶性固形物含量的影响
雪花梨在贮藏过程中可溶性固形物含量均呈先减小后增大再减小的趋势，在贮藏前10d均减小。从第10天，随着果实对环境的适应，可溶性固形物含量上升，但臭氧处理组上升程度明显高于对照组。40d，臭氧处理L1组(100mg/m3)中，雪花梨皮的可溶性固形物含量比对照组高16.04%，肉的可溶性固形物含量比对照高21.6%。综上，臭氧处理可抑制雪花梨可溶性固形物含量的下降，有利于保鲜，100mg/m3的臭氧处理最明显。
2.4 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实可滴定酸含量的影响
2.4.1臭氧处理对甜瓜果实可滴定酸含量的影响
各组甜瓜在贮藏前期(0～14d)，可滴定酸含量增高，随后急剧下降，并低于初始水平。T60的增高趋势延长至第21天，随后含量下降。表明臭氧100mg/m3延长了甜瓜的成熟期。贮藏至第28天，CK的可滴定酸含量较臭氧处理低。与贮藏前相比，CK减少可滴定酸23%，T2和T5减少15%，T60减少7%。该结果表明，臭氧处理能有效抑制果实的成熟过程，抑制可滴定酸的损失，延长保藏期。
2.4.2臭氧处理对雪花梨果实可滴定酸含量的影响
雪花梨CK在贮藏前期0～10d中，可滴定酸含量增高，贮藏第10天，可滴定酸含量由于果实成熟，下降很快。在贮藏前期，臭氧处理后的雪花梨中可滴定酸含量急剧下降，应是前期中雪花梨臭氧处理质量浓度较高，分别为100mg/m3和200mg/m3，其中200mg/m3的最低。在第40天，CK的可滴定酸含量明显低于臭氧处理。此时相比较贮藏前，CK可滴定酸减少27%，L1和L5分别减少18%。表明臭氧处理质量浓度较高，对于贮藏效果，具有一定作用。其中臭氧100mg/m3最明显。
2.5 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实维生素C含量的影响
2.5.1臭氧处理对甜瓜果实维生素C含量的影响
甜瓜果实在储藏期间Vc含量逐渐降低，在储藏14d后，T6组Vc含量相较与储藏7d后的含量有所上升，但经臭氧处理的Vc含量均高于CK。储藏至21d后，所有甜瓜的抗坏血酸含量均呈下降趋势，其中CK含量最低。处理28d后，CKVc含量为最初的50%､T2为57%､T5为55%､T60为60%，表明臭氧处理可有效防止Vc含量降低，其中T60的处理效果最好。
2.5.2臭氧处理对雪花梨果实维生素C含量的影响
随着果实的成熟，抗坏血酸含量逐渐下降，不同质量浓度的臭氧处理能有效延缓果实中抗坏血酸含量的下降。贮藏40天，L1(臭氧100mg/m3)处理果实中的抗坏血酸含量比CK(对照)组高6.4%，L5(臭氧200mg/m3)处理果实中的抗坏血酸含量比CK高2.02%。其中L1果实抗坏血酸含量下降最缓慢。
2.6 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实可溶性蛋白含量的影响
2.6.1臭氧处理对甜瓜果实可溶性蛋白含量的影响
可溶性蛋白是果实中重要的渗透调节物质和营养物质，细胞的保水能力通过可溶性蛋白的增加而提高，保护细胞的生命物质及生物膜。臭氧处理后，CK的可溶性蛋白含量下降了72%､T2下降了71%､T5下降了69%､而T60下降了66%。不同处理的可溶性蛋白含量总体呈现下降趋势，但臭氧处理的可溶性蛋白含量相比对照的含量要高，说明臭氧处理对甜瓜起到保鲜作用。
T2处理的可溶性蛋白含量一直缓慢下降，最终保持较高的相对含量。
2.6.2臭氧处理对雪花梨果实可溶性蛋白含量的影响
贮藏前期，梨果实中可溶性蛋白含量随着果实的逐渐成熟先增加，后因为蛋白酶的分解等因素而减少。贮藏40d后，L5(臭氧200mg/m3)雪花梨的可溶性蛋白含量高于CK5.25%，L1(臭氧100mg/m3)低于CK5.1%。整体上，L5的稳定性较好，即在贮藏过程中可溶性蛋白较高。
2.7 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实叶绿素含量的影响
2.7.1臭氧处理对甜瓜果实叶绿素含量的影响
甜瓜叶绿素含量整体呈减小趋势，但整个贮藏过程中，经过臭氧处理的甜瓜叶绿素含量均比未处理的高。随着果实贮藏期的延长，果实成熟度的增加，甜瓜果皮叶绿素逐步分解。贮藏28d时，T5处理甜瓜叶绿素含量比对照高51.5%，T60比对照高19.4%。综上，臭氧60mg/m3和100mg/m3可抑制甜瓜叶绿素含量的下降，有助于甜瓜的贮藏，且T5效果最好。
2.7.2臭氧处理对雪花梨果实叶绿素含量的影响
雪花梨叶绿素含量整体呈减小趋势，臭氧处理的叶绿素含量远高于CK。随着果实贮藏期的延长，果实成熟度的增加，雪花梨果皮中叶绿素逐渐在光照和氧气的作用下分解。40d时，CK叶绿素含量接近0，而臭氧处理的两组雪花梨中叶绿素含量明显较高。其中L5(臭氧200mg/m3)的叶绿素含量仅比处理前下降了67%。综上，L5处理雪花梨更能抑制叶绿素含量的下降，有利于雪花梨的贮藏。
2.8 臭氧处理对甜瓜和雪花梨果实中丙二醛含量的影响
2.8.1臭氧处理对甜瓜果实丙二醛含量的影响
丙二醛是脂质氧化终产物，随果实成熟，其含量增加。各组甜瓜在贮藏前21d，丙二醛含量均有所下降，可能是冷藏低温环境使丙二醛氧化有关的酶活性下降，导致丙二醛含量较低。随着果实成熟度增加，膜脂氧化程度升高，丙二醛含量上升。第28天，CK丙二醛含量最高，臭氧处理较低，且T2低于贮藏前的丙二醛含量，以20mg/m3的效果较好。
2.8.2臭氧处理对雪花梨果实丙二醛含量的影响
在贮藏前10d，随着贮藏时间的增加，各组雪花梨的丙二醛含量均有所增加贮藏10～30d，各处理的变化相差不明显。30d后，丙二醛含量上升，其中CK的丙二醛含量明显高于臭氧处理。该结果显示，臭氧可能延缓了雪花梨果肉组织丙二醛含量的上升，特别是L1(臭氧100mg/m3)中丙二醛含量比CK低32%。
3 讨论
有研究表明，臭氧是一种很好的杀菌剂，具有高活性､高渗透性和无毒降解产物等特点，在食品工业上有着巨大的应用潜力。用臭氧处理后的葡萄冷藏63d后，品质和鲜度明显好于对照果实，货架寿命比对照明显延长；臭氧处理对猕猴桃､富士苹果､草莓均具有一定的防腐保鲜效果。本文研究了臭氧处理对采后甜瓜和雪花梨品质的影响，结果表明，经过臭氧处理的果实在贮藏前期果实的腐烂指数明显降低，有效延长果实的保藏期，这结果与以上报道一致。
本研究表明，果实腐烂率､各部位硬度以及叶绿素等指标，臭氧处理能明显改善果实外观，保持一定的新鲜度。对于甜瓜类果实，对照果实全部腐烂，臭氧处理的3组均能保持相对较好的外观，其中20mg/m3明显维持果实表面的新鲜；对于雪花梨果实，臭氧处理明显保持果实的硬度，其中200mg/m3的处理对梨效果最好。针对两种不同果实所需最适宜的臭氧质量浓度不同，分析原因，可能由于甜瓜所含水分､糖类以及叶绿素较多，外皮较薄，因此低臭氧质量浓度处理更有利于外观保鲜，由于臭氧对细胞膜具有破坏作用，较高的臭氧质量浓度反而会破坏甜瓜中的细胞，达不到保鲜的理想效果；相比之下，雪花梨外皮较硬，叶绿素含量相对较低，因此保鲜所需的臭氧质量浓度较高。对于可溶性固形物､可滴定酸､VC､可溶性蛋白以及丙二醛等指标，臭氧因强氧化作用，破坏果实中的酶系统，抑制水解酶､氧化酶等的活性，减少对营养物质的分解，其杀菌作用能降低微生物病害的发生率，同时能抑制呼吸强度，因此能明显延缓生理指标的变化，延长果实货架期。试验表明，对于甜瓜类，100mg/m3的臭氧效果更好，对于雪花梨，100mg/m3能够延缓理化性质的改变。100mg/m3臭氧对于果实类果蔬，能有效减慢果实本身的生化反应，从而达到延长保藏期的效果。
尽管臭氧对果实采后生理变化有着积极作用，但还需要注意其强氧化能力的潜在破坏性。在甜瓜处理中，100mg/m3的臭氧对果实硬度和丙二醛的影响同空白组的变化区别较小；在雪花梨处理中，200mg/m3的臭氧各种指标的最终变化与空白组相近。针对外观保鲜和延缓理化性质不是同一臭氧质量浓度的问题，以及不同质量浓度的臭氧处理对果实在贮藏过程中的理化性质的影响显著不同，表明臭氧改善果实品质有待于进一步研究。
4 结论
综上所述，臭氧气体处理能有效降低甜瓜和雪花梨果实的腐烂率，延缓果实部分理化指标的变化，但不同质量浓度的臭氧气体处理对果实的感官变化和品质的变化不同。甜瓜贮藏28d后，20mg/m3臭氧气体显著降低腐烂率；雪花梨贮藏40d后，100mg/m3臭氧处理后其各项品质指标最优。
于弘慧，王之莹，田赛，张瑶，张晶，陈壁州，李红卫*
(北京农学院食品科学与工程学院/农产品有害微生物及农残安全检测与控制北京市重点实验室)
