短波紫外線處理對貯藏期鮮切馬鈴薯的護(hù)色作用

王夢茹，張芳，賈玉，陳麗莎，崔娜，額日赫木

（山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界上四大糧食作物之一，它富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)。2015 年，我國馬鈴薯種植面積和生產(chǎn)量均已躍居世界第一，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)擁有巨大的發(fā)展空間和市場前景[1-3]。然而馬鈴薯在貯藏、運輸及加工過程中，由于受損而極易發(fā)生酶促褐變，從而導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)品感官品質(zhì)下降、營養(yǎng)價值降低及貨架期縮短，嚴(yán)重制約了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展[4-6]。馬鈴薯酶促褐變的產(chǎn)生與異常的貯藏環(huán)境（受凍或受熱）和貯藏、加工過程中的機(jī)械性損傷密切相關(guān)，一旦細(xì)胞破損，其酚類物質(zhì)在有氧條件下被多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）氧化成醌，醌再進(jìn)一步發(fā)生聚合反應(yīng)形成黑色素沉淀，從而降低馬鈴薯感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值[7-8]。

近年來，非熱物理技術(shù)在鮮切果蔬保鮮方面得到了較好的推廣應(yīng)用。它不僅可以有效降低（或滅活）氧化酶活性，還可以降低由熱處理對鮮切果蔬感官品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)造成的不利影響。短波紫外線（ultraviolet-C，UV-C）被認(rèn)為是代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱力殺菌，減少褐變的一種果蔬護(hù)色保鮮方法，得到了國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)從業(yè)者的廣泛關(guān)注[9-13]。UV-C 是波長在100 nm～280 nm 的紫外線，它不但能抑制病原菌的侵染，還可以防止細(xì)胞膜的破損和延緩果蔬采后或加工過程中的褐變[14]。李波等[15]研究了UV-C 處理對雞腿菇的護(hù)色作用，結(jié)果表明，UV-C 輻照8 min 時，顯著抑制了其PPO 活性。劉然然等[16]研究了UV-C 處理對“玫瑰香”葡萄貯藏品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，UV-C 在輻照強(qiáng)度為1.0×102μW/cm2下處理20 min，能有效降低貯藏期葡萄的腐爛率和褐變程度。解新方等[17]研究了UV-C 處理對鮮切蓮藕的護(hù)色作用，結(jié)果表明，與對照組相比，UV-C處理組在貯藏前期其PPO 活性顯著下降，延緩了鮮切蓮藕的酶促褐變。 由此可見，UV-C 可以通過抑制PPO 活性而延緩鮮切果蔬酶促褐變的發(fā)生，繼而延長其貨架期。然而，目前UV-C 在鮮切馬鈴薯護(hù)色保鮮中的應(yīng)用鮮有報道，特別是對酶促褐變的生理機(jī)制還缺乏系統(tǒng)性的研究。

本研究擬采用UV-C 處理鮮切馬鈴薯，考察其在0～12 d 貯藏期內(nèi)褐變指數(shù)（browning index，BI）、PPO 活性、過氧化物酶（peroxidase，POD）活性、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyase，PAL）活性、總酚含量、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量等生理生化指標(biāo)的變化，系統(tǒng)分析UV-C 對貯藏期鮮切馬鈴薯的護(hù)色效果，以期為鮮切馬鈴薯貯藏保鮮提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯（中薯3 號）：山西臨汾堯豐市場；鄰苯二酚（分析純）：上海泰坦科技股份有限公司；L-苯丙氨酸、福林酚（分析純）：上海源葉有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVPP）：天津市科密歐有限公司；硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）（分析純）、三氯乙酸（trichloroacetic acid solution，TCA）（分析純）：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；β-巰基乙醇、愈創(chuàng)木酚、水楊酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、碳酸鈉、無水乙醇：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。以上化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

NR110 型精密色差儀：深圳市三恩時科技有限公司；TDL-16M 臺式高速冷凍離心機(jī)：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；752 型紫外可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司；SL-518 型切片機(jī)：佛山市炊之王炊具有限公司；CBIO-UV8C 紫外誘變/反應(yīng)箱：北京賽百奧科技有限公司；HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 UV-C 預(yù)處理

馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮、切片（厚度為3 mm）后，將6片鮮切樣品（約30 g）置于UV-C 裝置內(nèi)（紫外誘變箱，見圖1）。將輻照高度固定在15 cm，在輸出功率為15 W 下輻照處理6 min。將UV-C 鮮切樣品（試驗組）和未處理鮮切樣品（對照組）放入托盤中并用聚乙烯保鮮膜包好，置于4 ℃冷庫中貯藏12 d，每隔3 d 隨機(jī)取樣測定其各項生理生化指標(biāo)。

圖1 UV-C 處理裝置Fig.1 UV-C treatment device

1.3.2 BI 值的測定

用色差儀測定L*、a*、b*值，其中L*值代表明亮值，a*值代表的是紅綠值，b*值代表的是顏色的黃藍(lán)值，BI 值根據(jù)解新方等[17]的研究方法進(jìn)行計算。

1.3.3 相關(guān)酶活性的檢測

PPO 活性的檢測是參照程麗林等[18]的方法，并稍作改動。取5 g 鮮切馬鈴薯，加入20 mL 0.1 mol/L 的磷酸緩沖液，經(jīng)冰浴研磨、過濾、離心（12 000 r/min，4 ℃，15 min），取上清液（粗酶液）備用。依次量取1.8 mL 的磷酸鹽緩沖溶液和1 mL 0.02 mol/L 的鄰苯二酚溶液，再加入0.2 mL 粗酶液搖勻，并在410 nm 處測定其吸光值。每15 s 記錄1 次數(shù)據(jù)，共記錄3 min。以單位酶液每分鐘吸光度值每增加0.01 為一個活力單位（U/g）。

POD 活性檢測是參照TEREFE 等[19]的方法，并稍作改動。粗酶液的提取方法同上。依次量取1 mL 的磷酸鹽緩沖溶液和1 mL 0.02 mol/L 的愈創(chuàng)木酚溶液、2 mL 0.02 mol/L 的過氧化氫溶液，再加入1 mL 粗酶液搖勻，在470 nm 處測定其吸光值。每15 s 記錄1 次數(shù)據(jù)，共記錄3 min。以單位酶液每分鐘吸光度值每增加0.01為一個活力單位（U/g）。

PAL 活性的檢測是參照LIU 等[20]的方法，并稍作修改。取5 g 鮮切馬鈴薯，加入10 mL 的硼酸緩沖液，經(jīng)冰浴研磨、過濾、離心（10 000 r/min，4 ℃，30 min），上清液即為粗酶液。依次量取3 mL 硼酸緩沖液、0.5 mL L-苯丙氨酸（0.02 mol/L），再加入0.5 mL 粗酶液搖勻，在290 nm 處測定其吸光值。將反應(yīng)液在40 ℃水浴1 h，冷卻后于290 nm 處再次測定其吸光值。以1 h 內(nèi)A290增加0.01 為PAL 的一個活力単位（U/g）。

1.3.4 總酚含量的測定

總酚含量的測定參照LIU 等[20]的方法，略有改動。取5 g 鮮切馬鈴薯，加入15 mL 60%乙醇，經(jīng)冰浴研磨、過濾、離心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），上清液即為粗酶液。依次量取0.2 mL 粗酶液，1 mL 0.25 mol/L 的福林酚，搖勻靜置3 min，再加入1 mL Na2CO3溶液，避光1 h，在765 nm 處測定其吸光值。以mg/100 g 表示總酚含量。

1.3.5 MDA 含量的測定

MDA 含量的測定是參照LIU 等[20]的方法，略有改動。取5 g 鮮切馬鈴薯，加入10 mL TCA，冰浴研磨，過濾，離心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），上清液即為粗酶液。反應(yīng)液中含3 mL TBA，3 mL 粗酶液，沸水中反應(yīng)15 min，冷卻后再次離心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），在450、532、600 nm 處測定吸光值。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

利用IBM SPSS Statistics 20.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，試驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用Duncan 多重比較分析法進(jìn)行差異顯著性分析，以p ＜0.05 為差異顯著。采用Origin 2018 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯BI 值的影響

UV-C 處理對鮮切馬鈴薯BI 值的影響見圖2。

圖2 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯BI 值的影響Fig.2 Effect of UV-C treatment on BI value of fresh-cut potato during storage

BI 值是衡量鮮切馬鈴薯褐變程度的重要指標(biāo)之一，由圖2 可知，在貯藏期間，試驗組和對照組鮮切馬鈴薯的BI 值均呈上升趨勢，但試驗組BI 值在貯藏3 d～9 d 內(nèi)顯著低于對照組（p ＜0.05），表明UV-C 處理在此期間能夠延緩鮮切馬鈴薯褐變。當(dāng)貯藏時間延長至12 d，試驗組BI 值大幅上升，與對照組比較并無顯著差異（p ＞0.05）。總體來看，在貯藏3 d～9 d，UV-C 處理對鮮切馬鈴薯抗褐變效果比較明顯，在此期間UV-C延緩了鮮切馬鈴薯的褐變。

2.2 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PPO 活性的影響

PPO 是引起鮮切馬鈴薯組織褐變的關(guān)鍵酶之一。UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PPO 活性的影響如圖3 所示。

圖3 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PPO 活性的影響Fig.3 Effect of UV-C treatment on PPO activity of fresh-cut potato during storage

由圖3 可知，在0～12 d 貯藏期內(nèi)，試驗組和對照組鮮切馬鈴薯PPO 活性均有先上升后下降的趨勢，3 d～12 d 試驗組PPO 活性顯著低于對照組（p ＜0.05）。在整個貯藏期間，鮮切馬鈴薯PPO 活性總體的變化趨勢與劉然然等[16]的研究相似。在貯藏第6 天時，對照組和試驗組PPO 活性分別達(dá)到最高值（91.00 U/g和78.23 U/g），隨后試驗組PPO 活性呈大幅下降趨勢，與對照組比較差異明顯（p ＜0.05），說明在貯藏后期，UV-C 對PPO 活性的抑制作用明顯優(yōu)于貯藏前期（0～6 d）。相關(guān)研究表明，酶活性的變化主要取決于酶天然結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)）的變化，紫外線處理可以促進(jìn)PPO 氨基酸的吸收殘基直接光氧化形成自由基，同時可修飾酶的天然結(jié)構(gòu)[21]，使其原有活性產(chǎn)生變化。因此，這可能是導(dǎo)致試驗組鮮切馬鈴薯PPO 活性在貯藏期內(nèi)下降的原因?？傊琔V-C 處理可以延緩鮮切馬鈴薯PPO活性的上升，繼而起到延緩褐變的作用。

2.3 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯POD 活性的影響

UV-C 處理對鮮切馬鈴薯POD 活性的影響見圖4。

圖4 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯POD 活性的影響Fig.4 Effect of UV-C treatment on POD activity of fresh-cut potato during storage

POD 是果蔬酶促褐變過程中另一種重要的氧化酶，它可以催化H2O2形成O2與酚類化合物發(fā)生氧化作用，進(jìn)而引發(fā)酶促褐變[22]。如圖4 所示，在0～6 d 貯藏期內(nèi)，對照組和試驗組鮮切馬鈴薯POD 活性均呈大幅上升趨勢。在貯藏第12 天，試驗組和對照組POD 活性達(dá)到最大值，分別為60.74 U/g 和54.06 U/g，但試驗組POD 活性始終低于對照組。牛麗芳等[23]的研究表明，在整個貯藏期內(nèi)，對照組和試驗組（UV-C 處理）鮮切荸薺POD 活性均呈大幅上升趨勢，且試驗組POD活性顯著低于對照組（p ＜0.05）。如前所述，UV-C 處理可能對POD 分子高級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響，從而延緩了酶促褐變的發(fā)生。

2.4 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PAL 活性的影響

UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PAL 活性的影響見圖5。

在0 ～12 d 貯藏期間，對照組與試驗組PAL 活性均呈先上升后下降趨勢。在貯藏第6 天時，對照組與試驗組PAL 活性均達(dá)到最大值，即0.52 U/g 和0.75 U/g。由于切割損傷誘導(dǎo)氧化應(yīng)激作用，促使PAL 活性上升，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷[24-25]。在本研究中，試驗組PAL 活性始終高于對照組（p ＜0.05），證明UV-C處理能顯著提高鮮切馬鈴薯PAL 活性，繼而降低細(xì)胞受損程度。

圖5 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯PAL 活性的影響Fig.5 Effect of UV-C treatment on PAL activity of fresh-cut potato during storage

2.5 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯總酚含量的影響

UV-C 處理對鮮切馬鈴薯總酚含量的影響見圖6。

圖6 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯總酚含量的影響Fig.6 Effect of UV-C on total phenol content of fresh-cut potato during storage

酚類化合物是果蔬中重要的抗氧化物質(zhì)之一，但同時也是果蔬酶促褐變的關(guān)鍵底物[26-28]。如圖6 所示，在0～12 d 貯藏期內(nèi)，試驗組與對照組的總酚含量都呈先上升后下降趨勢。在貯藏第3 天，對照組總酚含量達(dá)到最大值（58.81 mg/100 g FW），隨后大幅下降。然而，試驗組總酚含量在第6 天達(dá)到最高值（56.58mg/100gFW），隨后大幅下降，這可能與試驗組PAL 活性升高有關(guān)。在6 d～9 d 內(nèi)，試驗組鮮切馬鈴薯總酚含量顯著高于對照組（p ＜0.05），但在貯藏第12 天，試驗組和對照組的總酚含量沒有顯著差異（p ＞0.05）。

2.6 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯MDA 含量的影響

UV-C 處理對鮮切馬鈴薯MDA 含量的影響見圖7。

圖7 UV-C 處理對鮮切馬鈴薯MDA 含量的影響Fig.7 Effect of UV-C on MDA content of fresh-cut potato during storage

MDA 是植物細(xì)胞膜的膜脂過氧化產(chǎn)物，它可使膜中的酶蛋白發(fā)生交聯(lián)、聚合反應(yīng)，引起細(xì)胞膜的損傷和破壞，從而加速酶促褐變反應(yīng)[29]。如圖7 所示，在0～12 d 貯藏期內(nèi)，試驗組和對照組鮮切馬鈴薯MDA 含量均呈先上升后下降趨勢。但3 d～12 d 的貯藏期內(nèi)，試驗組鮮切馬鈴薯MDA 含量顯著低于對照組（p ＜0.05）。周琪等[11]利用UV-C 對鮮切蘋果進(jìn)行輻照處理，結(jié)果表明，整個貯藏期內(nèi)試驗組（UV-C）鮮切蘋果的MDA 含量均顯著低于對照組（p ＜0.05）。由此可見，通過UV-C 處理可以降低鮮切馬鈴薯膜脂過氧化程度，減少細(xì)胞膜的損傷，進(jìn)而延緩酶促褐變的發(fā)生。

3 結(jié)論

酶促褐變是影響鮮切馬鈴薯貯藏品質(zhì)的重要因素之一，在完整的果實中，PPO 與酚類物質(zhì)呈區(qū)域化分布，避免了底物與酶的相互接觸，從而不會發(fā)生酶促褐變。然而，馬鈴薯在加工和貯藏過程中受損，促使原本區(qū)域化的底物與酶接觸，形成褐色物質(zhì)而發(fā)生褐變[30]。在本研究中，試驗組鮮切馬鈴薯在貯藏期內(nèi)其BI值、PPO 活性、POD 活性均低于對照組，說明UV-C 是通過抑制氧化酶活性而起到延緩酶促褐變的作用。在整個貯藏期內(nèi)，試驗組鮮切馬鈴薯PAL 活性顯著高于對照組（p ＜0.05），這可能促進(jìn)了酚類化合物的合成與積累，繼而促使貯藏后期（6 d～9 d）試驗組總酚含量顯著高于對照組（p ＜0.05）。試驗組MDA 含量在整個貯藏期內(nèi)始終低于對照組，說明UV-C 處理降低了鮮切馬鈴薯的膜脂過氧化程度，避免了細(xì)胞膜過多的損傷，進(jìn)而延緩酶促褐變的發(fā)生。綜上所述，在0～12 d 貯藏期內(nèi)，通過UV-C 處理后，鮮切馬鈴薯的氧化酶活性均得到了較好的抑制，延緩了酶促褐變的發(fā)生，有效提高了鮮切馬鈴薯的貯藏品質(zhì)。