基于代谢组学的苹果保鲜机理及减损技术研究

【摘要】：苹果是世界四大水果之一,我国是世界上的苹果生产大国,苹果的种植面积和总产量均居世界第一。然而由于采后贮运过程中的碰压伤多、生理病害重,因此造成了巨大的品质损耗和经济损失。由高浓度的二氧化碳引起的果肉褐变是苹果贮藏过程中最易发生的生理性病害之一,但其具体的伤害机理目前还不是很清楚。代谢组学是从整体出发,系统地、全面地研究植物中的所有小分子物质,通过对特定条件下的代谢物进行分析,可以得到与某一特定生理、病理、刺激相关的代谢物变化,在果实营养评价、品质检测及代谢途径分析等方面都有广泛的应用。本研究以代谢组学为重要研究手段,初步探讨了二氧化碳伤害、1-MCP处理后的代谢组变化,研究了1-MCP、高二氧化碳和超低氧处理对品质的影响,并初步探讨了可见/近红外光谱在机械损伤检测方面的应用。本研究的主要内容和研究结果如下：1.以富士和花牛苹果为材料,研究了可见/近红外光谱无损检测技术在判别机械损伤方面的应用。结果表明富士苹果光谱数据经多元散射校正(MSC)及卷积平滑处理后,建立判别分析模型,损伤4小时的模型建模集的判别率是94.56%,验证集的判别率为90%；损伤48小时后的模型中建模集的判别率达98%,验证集的判别率为94%。花牛苹果光谱数据经标准正态变量变化(SNV)预处理建立判别分析模型,损伤4小时模型中建模集的判别率为89.36%,验证集的判别率为85.71%；损伤48小时模型中建模集的判别率为93.62%,验证集的判别率为85.71%。2.以20%二氧化碳连续处理富士苹果28天,研究了处理过程中果实品质及褐变相关指标的变化,并以28天的果实为样品,进行了代谢组学分析。结果表明,在本次实验中,多酚氧化酶(PPO)的活性随时间而提高,但对照与处理中无显著差异。处理组苹果从14天开始出现褐变果实,褐变度与总酚含量也与对照有显著差异,维生素C含量从7天开始显著低于对照。代谢组学的分析显示,处理与对照的差异化合物为柠檬酸、肌醇、缬氨酸、丝氨酸、赖氨酸、腑氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、棕榈酸及硬脂酸等,且处理中相对含量显著低于对照。3.以1-MCP处理后1天和3天的富士苹果为材料进行代谢组学分析,结果显示处理组样品能与对照组样品很好地分离。1天时筛选到的差异化合物在3天时差异并不显著,柠檬酸,谷氨酸和1,4-丁二醇为处理后1天与3天都存在的差异代谢物。研究了1-MCP处理对常温贮藏富士和金冠苹果品质的影响,发现1-MCP处理对失重率、硬度及可溶性固形物含量无显著影响,可以维持较高的可滴定酸和维生素C含量,对pH值的升高也有显著的抑制作用。4.研究高二氧化碳和超低氧短时处理对品质的影响。结果表明新鲜采收的富士和金冠苹果经过24小时处理,果实的失重率低于对照,果实硬度无显著性差异,可滴定酸和维生素含量高于对照。商业贮藏2个月的苹果经不同时间的处理,果实失重率、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量及pH值等品质指标的最优处理时间不同,经TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)分析不同处理时间对品质的综合影响,结果显示高二氧化碳处理富士苹果的最佳处理时间为12小时,处理金冠苹果的最佳时间为24小时;超低氧处理富士和金冠苹果的最佳时间都是48小时。