短波紫外線處理對鮮切蓮藕酶促褐變的影響

解新方,王曉萍,王志東,張 潔,*,郝 青

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全收貯運管控重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,北京 100193;2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院,山東青島 266109)

蓮藕(Nelumbonucifera,lotus)屬睡蓮科(Nymphaeaceae)蓮屬(Nelumbo)多年生水生草本植物[1],其營養(yǎng)豐富,組織脆嫩[2],具有清熱生津等藥用價值[3],是我國特色的水生蔬菜和出口創(chuàng)匯蔬菜。近年來,鮮切果蔬以其營養(yǎng)、新鮮、快速、便捷等特點受到消費者關(guān)注[4],鮮切蓮藕也逐漸成為鮮切果蔬商品化中重要組成部分。然而,鮮切蓮藕在鮮切加工引起機械損傷時極易發(fā)生酶促褐變,嚴重影響其外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)[5-6]。果蔬的酶促褐變是一個復(fù)雜的生理反應(yīng),目前較為認可的理論是酚-酶區(qū)域化分布學(xué)說[6-9]。酚類底物、多酚氧化酶(PPO)和氧氣濃度是決定是否發(fā)生酶促褐變反應(yīng)的三個重要條件[10-12],不同果蔬中PPO作用的底物不同[13-17]。

目前,鮮切蓮藕的保鮮方式主要是利用植物提取物[18]等非亞硫酸鹽類的新型保鮮劑進行生物保鮮或利用氣調(diào)包裝[19]和真空包裝[20]進行物理保鮮。短波紫外線(Ultraviolet-C,UV-C)作為一種物理保鮮方式以其操作簡便、綠色安全,正逐漸成為一種重要的保鮮方式。它可以有效地抑制病原菌的侵染,防止細胞質(zhì)膜被破壞,減少果蔬采后的褐變,并且在多種鮮切即食果蔬以及果蔬加工制品中得到證實[21-25]。而關(guān)于UV-C抑制鮮切蓮藕酶促褐變效果鮮有研究。

本文主要研究不同劑量UV-C照射(1.0、3.0和5.0 kJ/m2)對4 ℃下鮮切蓮藕褐變的影響。以褐變度、失水率、硬度、褐變相關(guān)底物含量與酶活等作為評價指標(biāo),以期獲得抑制鮮切蓮藕褐變貯藏保存的最佳UV-C照射劑量,為UV-C在鮮切蓮藕貯藏保鮮應(yīng)用提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘粉紅藕’(挑選大小一致,顏色均一,無機械損傷作為試材) 天津市寶坻區(qū);兒茶酚標(biāo)準(zhǔn)品(純度99.3%) 德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度99.8%) 德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司;多酚氧化酶(PPO)活性檢測試劑盒 北京索萊寶科技有限公司;總超氧化物歧化酶(T-SOD)測試盒 南京建成生物工程研究所。

T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;BSA224S-CW分析天平(0.0001 g) 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;Digieye Digital Imaging System型電子眼 英國verivide company;DGP-3600SDN高效液相色譜儀(配有DAD-3000檢測器) Thermo Scientific;TA.HD plus TA 型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System;短波紫外線裝置 天津商業(yè)大學(xué)自制;Sigma 3K高速臺式冷凍離心機 北京五洲東方有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料處理 蓮藕經(jīng)自來水清洗、晾干后,分節(jié),去除兩端,留粗細均勻的中段蓮藕。將蓮藕用削皮刀去皮,用陶瓷刀將其切割成0.5 cm厚度的薄片。照射劑量分別為1.0、3.0、5.0 kJ/m2的UV-C對鮮切蓮藕進行正反面照射。對照組為未經(jīng)UV-C處理組。照射后立即將各組鮮切蓮藕裝入聚丙烯保鮮盒內(nèi),用聚乙烯保鮮膜包好,置于4 ℃冷庫中貯藏12 d,每隔2 d隨機取樣測定各指標(biāo)。除另有說明外,每個處理組由6片蓮藕組成,每組重復(fù)3次測定生理品質(zhì),取其平均值作為最終測定結(jié)果。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.2.1 褐變度 采用電子眼進行測定,每個處理重復(fù)測定9次,根據(jù)下列公式[18]計算其褐變度。

褐變指數(shù)=100(x-0.31)/0.172

式中:x=(a*+1.75L*)/(5.645L*+a*-3.012b*)。

1.2.2.2 失水率 采用稱量法。分別在貯藏的第0、3、6、9、12 d測定對照組和3個處理組中的鮮切蓮藕的重量并記錄,每組設(shè)6個平行。并按以下公式計算失水率。

失水率(%)=(貯藏前質(zhì)量-貯藏后質(zhì)量)/貯藏前質(zhì)量×100

1.2.2.3 硬度 利用物性檢測儀進行測定:使用HDP/BSK型號刀具,測試模式是compression,測試速度為1 mm/s,測試距離為25 mm,觸發(fā)力為5.0 g,每個處理重復(fù)測定6次。

1.2.2.4 沒食子酸、兒茶酚含量 參照郁志芳等[17]和孫雯等[26]的方法略作修改。精確稱取5.0 g新鮮蓮藕組織加入5 mL甲醇,于沸水浴上煮沸5 min,充分研磨后,用甲醇定容至10 mL,再離心10 min(9500 r/min)取上清液,上清液置于-80 ℃冰箱保存待測。

色譜柱:Syncronis C18液相色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)。流動相為10%(v/v)醋酸水溶液(A)、甲醇(B),按表1的梯度條件進行檢測,流速為0.8 mL/min,進樣體積20 μL,檢測波長278 nm。

表1 流動相梯度洗脫條件

1.2.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性 采用PPO活性檢測試劑盒進行測定。取0.1 g樣品,冰浴條件下加入1 mL提取液勻漿,4 ℃下9000 r/min離心10 min,取上清置于冰上待測。離心管中按照說明書依次加入試劑和樣本,25 ℃水浴10 min后,迅速放入沸水中加熱10 min。充分混勻后,放1000 r/min離心10 min,收集上清液,紫外分光光度計410 nm檢測測定管和空白管的OD值,每個處理設(shè)3個重復(fù)。該試驗條件下,每分鐘每克組織在每毫升反應(yīng)體系中使410 nm處吸光值變化0.005定義為一個酶活力單位。

PPO活性(U/g FW)=120ΔA/W(W:樣品質(zhì)量)

ΔA=A測定-A對照

1.2.2.6 超氧化物歧化酶(SOD)活性 采用T-SOD測試盒進行測定。取1.0 g樣品溶于4 mL pH7.4磷酸緩沖液(0.1 mol/L)中制成20%的組織勻漿,4000 r/min離心10 min,取上清液。離心管中按照說明書依次加入試劑和樣本,旋渦混勻器混勻,37 ℃恒溫水浴40 min,最后加入顯色劑,混勻,室溫放置10 min,550 nm處測定OD值。該試驗條件下,每克組織在1 mL反應(yīng)液中SOD抑制率達50%時所對應(yīng)的SOD量為一個SOD活力單位(U),計算公式(參照試劑盒說明書)如下。

總SOD活力(U/g組織濕重)=(對照OD值-測定OD值)/對照OD值÷50%×反應(yīng)液總體積(mL)/取樣量(mL)÷勻漿液濃度(g/mL)

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

應(yīng)用Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,用統(tǒng)計分析軟件SPSS 22對數(shù)據(jù)進行顯著性分析,利用Origin 2017軟件作圖。實驗結(jié)果為6次平行試驗的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中褐變度的影響

鮮切蓮藕在貯藏過程中褐變指數(shù)越大即褐變越嚴重。如圖1所示,各組鮮切蓮藕在貯藏過程中褐變指數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢。對照組的褐變指數(shù)從第3 d開始迅速增大,而UV-C處理組的褐變指數(shù)上升緩慢且顯著低于對照組(P<0.05)。在不同劑量的UV-C處理組中,6 d前各處理組褐變指數(shù)變化無顯著差異,而從第6 d開始,5.0 kJ/m2的處理組褐變指數(shù)變化趨于平穩(wěn),直到貯藏末期(第12 d),其褐變指數(shù)約為30,顯著低于其他組別(P<0.05),此時對照組褐變指數(shù)達到56.7。結(jié)果表明,UV-C處理可以抑制鮮切蓮藕的褐變,在貯藏期12 d內(nèi),5.0 kJ/m2的處理組抑制褐變效果最佳。

圖1 UV-C處理對鮮切蓮藕褐變度的影響

2.2 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中失水率的影響

蓮藕中的水分含量較高,失水率是判斷鮮切蓮藕新鮮度的重要指標(biāo),水分充足的鮮切蓮藕外觀佳、品質(zhì)高。由圖2可知,對照組和不同劑量的UV-C處理組鮮切蓮藕在貯藏過程中失水率均呈現(xiàn)上升趨勢。鮮切蓮藕整個貯藏過程中,對照組與UV-C照射的處理組以及同處理組之間失水率無顯著差異,說明UV-C對鮮切蓮藕的失水率影響不大。Penelope等[27]對藍莓進行了UV-C處理,也未影響藍莓果實質(zhì)量損失率,與本研究結(jié)果一致。

圖2 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中失水率的影響

2.3 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中硬度的影響

如圖3所示,隨著貯藏時間的增加,對照組和處理組鮮切蓮藕的硬度均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。在貯藏第12 d,UV-C處理組的硬度顯著高于對照組(P<0.05),這可能是由于UV-C通過鈍化纖維酶的活性抑制蓮藕硬度下降。但不同劑量的處理組之間無顯著差異,說明UV-C處理可以延緩鮮切蓮藕硬度的下降,前人在研究UV-C對果蔬品質(zhì)影響中也有相同結(jié)論[28-29]。

圖3 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中硬度的影響

2.4 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中兒茶酚和沒食子酸含量的影響

兒茶酚的含量影響鮮切蓮藕的酶促褐變。郁志芳等[17]通過兒茶酚和PPO作用后產(chǎn)物的紫外吸收光譜與鮮切蓮藕自然褐變產(chǎn)物對比,初步確定兒茶酚是鮮切蓮藕酶促褐變的主要作用底物。如圖4所示,貯藏期間對照組和1.0 kJ/m2的處理組兒茶酚的含量均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,3.0和5.0 kJ/m2的處理組兒茶酚濃度均呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢。在貯藏的第0～3 d中,3.0和5.0 kJ/m2的處理組兒茶酚濃度明顯上升,且顯著高于對照組和1.0 kJ/m2的處理組(P<0.05),而3.0和5.0 kJ/m2UV-C處理組褐變指數(shù)顯著低于對照組,推測較高劑量的UV-C照射可以通過抑制兒茶酚與PPO結(jié)合從而延緩鮮切蓮藕的褐變。

圖4 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中兒茶酚含量的影響

沒食子酸是蓮藕褐變過程中PPO酶作用的重要底物。如圖5所示,對照組和處理組在貯藏期間,沒食子酸的濃度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,且在第6 d達到峰值,這與圖1中對照組和UV-C照射處理組均在第6 d后褐變指數(shù)明顯上升趨勢相吻合。沒食子酸的含量在第6 d出現(xiàn)峰值后開始下降,與褐變度在第6 d出現(xiàn)較快增長的變化趨勢相吻合,表明沒食子酸可能是鮮切蓮藕酶促褐變的最適底物,與王清章等[16]研究結(jié)果一致。

圖5 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中沒食子酸含量的影響

2.5 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中PPO活性的影響

PPO是促進蓮藕酶促褐變的關(guān)鍵酶。如圖6所示,對照組和1.0 kJ/m2處理組的PPO活性呈現(xiàn)先下降后上升再下降的趨勢,3.0和5.0 kJ/m2處理組的PPO酶活呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。在本研究中,對照組PPO酶活在貯藏期第3 d上升,UV-C照射處理組PPO酶活的上升趨勢出現(xiàn)時間較晚,在第6 d出現(xiàn)上升。在貯藏期第6 d,對照組PPO酶活顯著上升且高于處理組(P<0.05),說明UV-C處理可以短期內(nèi)抑制PPO酶活,從而延緩鮮切蓮藕的酶促褐變。并且,貯藏期6 d內(nèi),UV-C劑量對PPO的調(diào)節(jié)作用沒有顯著差異,與陳奕兆等[29]研究結(jié)果一致。6 d到11 d內(nèi),3.0 kJ/m2處理效果顯著優(yōu)于5.0 kJ/m2,5.0 kJ/m2的處理效果顯著優(yōu)于1.0 kJ/m2,表明適當(dāng)劑量UV-C照射體現(xiàn)出對酶活性有效調(diào)節(jié)作用。研究報道,UV-C對PPO的抑制效果可能與該處理調(diào)節(jié)酶生產(chǎn)相關(guān)遺傳物質(zhì)有關(guān)[30]。

圖6 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中PPO活性的影響

2.6 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中SOD活性的影響

SOD作為一類防御活性氧或其他過氧化物自由基對生物膜造成傷害的酶,廣泛存在于植物體內(nèi),它可清除植物在代謝過程中產(chǎn)生的活性氧,降低酶促褐變所需的活性氧含量并抑制酶促褐變。如圖7所示,對照組和處理組SOD活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,并在貯藏的第3 d出現(xiàn)酶活的峰值。且不同照射劑量的處理組間在貯藏期為3 d時出現(xiàn)差異,1.0 kJ/m2的處理組在貯藏3 d時SOD活性顯著高于3.0和5.0 kJ/m2的處理組(P<0.05)。但3～12 d各處理組與對照組的SOD活力無顯著差異(P>0.05)。結(jié)果表明,在鮮切蓮藕貯藏過程中,低劑量的UV-C照射處理可在貯藏前期通過提高鮮切蓮藕SOD的活性從而抑制蓮藕的褐變,而在長期貯藏過程中,UV-C對SOD的促進作用不明顯,這可能是由于低劑量的輻照激活了SOD酶相關(guān)的合成[31]。田竹希等[32]研究發(fā)現(xiàn)在大櫻桃前期貯藏過程中,1.37 kJ/m2的UV-C可顯著提高SOD的活力從而提高大櫻桃的貯藏品質(zhì),而在貯藏后期作用不明顯,與本研究結(jié)果基本一致。

圖7 UV-C處理對鮮切蓮藕貯藏過程中SOD活性的影響

3 結(jié)論

鮮切蓮藕的酶促褐變問題是蓮藕初加工環(huán)節(jié)亟待解決的問題。在4 ℃貯藏,利用UV-C處理可以在一定時間內(nèi)顯著抑制鮮切蓮藕褐變發(fā)生(P<0.05)。較高劑量UV-C照射,可以通過抑制褐變底物兒茶酚、沒食子酸與PPO反應(yīng),從而延緩鮮切蓮藕酶促褐變。同時UV-C處理可顯著延緩貯藏期鮮切蓮藕硬度的下降(P<0.05),但不同劑量的處理組間無顯著差異(P>0.05)。此外,UV-C處理對鮮切蓮藕在貯藏過程中失重率影響不大。綜合貯藏品質(zhì),在12 d的貯藏期內(nèi),5.0 kJ/m2的UV-C處理組抑制鮮切蓮藕褐變的效果最佳。本研究為UV-C處理技術(shù)在鮮切蓮藕貯藏保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。