外源硫化氫對(duì)鮮切馬鈴薯褐變的影響

李國琴 王昕昕 許國帥 朱洪梅 李桂峰 杜俊杰 宋小青 額日赫木

摘要：研究外源硫化氫（H2S）對(duì)鮮切馬鈴薯褐變的影響。以硫氫化鈉（NaHS）作為H2S供體，首先篩選出H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度，然后檢測(cè)H2S對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯的褐變度、丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）酶活、過氧化物酶（POD）酶活、苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活、總酚含量和失重率的影響，以期探索外源H2S調(diào)控鮮切馬鈴薯褐變的機(jī)理。結(jié)果表明，濃度≥2 mmol/L的NaHS可顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變（P＜0.05）。在貯藏期，H2S可顯著降低鮮切馬鈴薯的PPO和PAL酶活，降低總酚和MDA含量，提高POD酶活（P<0.05）。另外，H2S可顯著降低鮮切馬鈴薯的失重率（P＜0.05）。綜上所述，H2S處理是一種抑制鮮切馬鈴薯褐變和維持品質(zhì)的有效措施，它可能通過降低PPO酶活、抑制苯丙烷代謝和激活抗氧化酶系統(tǒng)來抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

關(guān)鍵詞：硫化氫；鮮切馬鈴薯；褐變；酶活；總酚

中圖分類號(hào)：TS201.2????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：1000-9973（2023）08-0045-05

Effect of Exogenous Hydrogen Sulfide on the Browning of Fresh-Cut Potatoes

LI Guo-qin1，2， WANG Xin-xin1， XU Guo-shuai3， ZHU Hong-mei1， LI Gui-feng1，

DU Jun-jie4， SONG Xiao-qing1， Erihemu1*

（1.School of Food Science， Shanxi Normal University， Taiyuan 030031， China; 2.Department of

Biology， Modern College of Humanities and Sciences of Shanxi Normal University， Linfen 041000，

China; 3.Linfen Comprehensive Inspection and Testing Center， Linfen 041000， China;

4.School of Life Science， Shanxi Normal University， Taiyuan 030031， China）

Abstract： The effect of exogenous hydrogen sulfide （H2S） on the browning of fresh-cut potatoes is studied. With sodium hydrosulfide （NaHS） as the donor of H2S， the effective concentration of H2S to inhibit the browning of fresh-cut potatoes is screened firstly， and then the effects of H2S on the browning degree， malondialdehyde （MDA） content， polyphenol oxidase （PPO） activity， peroxidase （POD） activity， phenylalanine ammonia-lyase （PAL） activity， total phenol content and weight loss rate of fresh-cut potatoes during storage are tested， in order to explore the mechanism of exogenous H2S regulating the browning of fresh-cut potatoes.The results show that NaHS with the concentration ≥2 mmol/L can significantly inhibit the browning of fresh-cut potatoes （P<0.05）. During storage， H2S can significantly inhibit the PPO and PAL activities， decrease MDA and total phenol content， and increase POD activity of fresh-cut potatoes （P<0.05）. In addition， H2S can significantly reduce the weight loss rate of fresh-cut potatoes （P<0.05）. In conclusion， H2S treatment is an effective measure? to inhibit the browning of fresh-cut potatoes and maintain their quality. It can inhibit the browning of fresh-cut potatoes by reducing PPO activity， inhibiting phenylpropanoid metabolism and activating antioxidase system.

Key words： hydrogen sulfide; fresh-cut potatoes; browning; enzyme activity; total phenol

收稿日期：2023-02-26

基金項(xiàng)目：山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃（20210302124515，20210302123334，20210302124263）；山西省高等學(xué)校教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（J20221509，J20221512）；山西師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（DMXC-2021087）；山西師范大學(xué)國家自然基金項(xiàng)目（JCYJ2022026）

作者簡(jiǎn)介：李國琴（1986—），女，講師，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。

通信作者：額日赫木（1983—），男，副教授，博士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）又稱土豆，是茄科茄屬一年生草本植物。塊莖可供食用，是我國繼玉米、水稻和小麥之后的第四大主糧作物[1]。它富含B族維生素、微量元素、蛋白質(zhì)和脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]。近幾年，鮮切馬鈴薯憑借其便捷、高利用率及高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值保留率等特點(diǎn)在我國快速發(fā)展，逐漸進(jìn)入人們的生活[3]。然而，鮮切馬鈴薯極易發(fā)生褐變，嚴(yán)重影響感官品質(zhì)，極大限制了相關(guān)食品加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此研究抑制鮮切馬鈴薯褐變的措施及機(jī)理具有重要的實(shí)踐意義。

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）被認(rèn)為是繼一氧化氮和一氧化碳之后的第三種氣體信號(hào)分子，可以調(diào)節(jié)果蔬的生理過程[4]。有研究發(fā)現(xiàn)外源H2S可以抑制鮮切蘋果[5]、胡蘿卜[6]和蓮藕[7]的褐變。由于H2S的處理濃度很低，所以處理的果蔬是安全的[8]，因此H2S處理在鮮切果蔬褐變的控制上具有一定的應(yīng)用前景。目前關(guān)于H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的研究鮮少報(bào)道。

鮮切馬鈴薯褐變主要是一種酶促褐變[9]，即多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）將單酚羥化為二酚，二酚在二酚酶作用下氧化為醌，醌自發(fā)集合或者與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的一些氨基酸基團(tuán)結(jié)合生成黑色或褐色物質(zhì)[10]。另外，有研究認(rèn)為過氧化物酶（peroxidase，POD）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）與酶促褐變高度相關(guān)[11-12]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，能夠體現(xiàn)細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷程度，與酶促褐變關(guān)系密切[13-14]。

本試驗(yàn)以硫氫化鈉（NaHS）溶液為H2S供體，使用不同濃度（0， 1， 2， 4， 6， 8 mmol/L）的NaHS溶液對(duì)鮮切馬鈴薯進(jìn)行浸泡處理，在4 ℃貯藏12 d后測(cè)定鮮切馬鈴薯的褐變度，篩選出H2S的有效處理濃度。然后研究H2S對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯的褐變度、MDA含量、PPO酶活、POD酶活、PAL酶活、總酚含量和失重率的影響，探索H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的機(jī)理。通過上述研究，可以為H2S在鮮切馬鈴薯等相關(guān)食品產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯：購于山西臨汾市堯都區(qū)堯豐市場(chǎng)，選取大小均勻、無機(jī)械損傷、無病蟲害的馬鈴薯。

1.2 試劑

硫氫化鈉、氯乙酸：薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（≥98%）：合肥博美生物科技有限責(zé)任公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、無水碳酸鈉：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；福林酚：上海源葉生物技術(shù)有限公司；愈創(chuàng)木酚、無水乙醇、鄰苯二酚：洛陽市化學(xué)試劑廠；次氯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、β-巰基乙醇：天津市大茂化學(xué)試劑廠；L-苯丙氨酸：上海信裕生物科技有限公司，以上試劑均為分析純。

1.3 主要儀器與設(shè)備

H1850R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司；NR110色差儀 天津市歐諾儀器儀表有限公司；CP214電子天平 奧豪斯儀器有限公司；XR53648數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇區(qū)西城新瑞儀器廠；PHS-3C pH計(jì) 上海儀電科技有限公司；752型紫外可見分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司；LC-001切片機(jī) 佛山市順德區(qū)韓泰電器有限公司；DGX-9073B-1電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海福瑪實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；KQ300E超聲波清洗器 ??昆山市超聲儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 篩選H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度

挑選新鮮、大小均勻、無機(jī)械損傷、無病蟲害的馬鈴薯，經(jīng)清洗、去皮和切片（厚度在0.5 cm左右，形狀大小相同）后，將鮮切馬鈴薯浸泡在不同濃度（0，1，2，4，8 mmol/L）的NaHS溶液中10 min。然后將鮮切馬鈴薯快速瀝干，裝入塑料托盤中，用0.05 mm厚度的聚乙烯保鮮膜封口包裝后置于4 ℃貯藏，12 d后測(cè)定各處理組的褐變度并比較。

1.4.2 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯褐變的影響

按照上述步驟，使用有效濃度的NaHS對(duì)鮮切馬鈴薯進(jìn)行處理，蒸餾水浸泡作為對(duì)照組（CK）。低溫貯藏期為12 d，自0 d起每3 d檢測(cè)鮮切馬鈴薯的褐變度、MDA含量、總酚含量、PPO酶活、POD酶活和PAL酶活。一般先測(cè)定鮮樣的重量和褐變度，然后將樣品經(jīng)液氮速凍2～3 min后，將凍樣放于經(jīng)液氮預(yù)冷的研磨罐中研磨成粉末狀，存放于-80 ℃冰箱中，用于后續(xù)MDA含量、總酚含量和酶活的測(cè)定。

1.4.3 褐變度

參考賈玉等[15]的方法測(cè)定褐變度。使用NR110色差儀測(cè)定鮮切馬鈴薯的L*、a*和b*， 然后通過Badin等[16]的公式將其換算成BI值，BI值反映褐變度。

BI=100×（x－0.31）0.172。

x=a*+1.75L*5.645L*+a*－3.012b*。

1.4.4 MDA含量

參考王夢(mèng)茹等[17]的方法測(cè)定MDA含量。稱取1.0 g粉末樣品置于10 mL離心管中，加入5 mL 4 ℃ TCA溶液（100 g/L）后充分混勻，置于4 ℃、10 000 r/min下離心15 min后取上清液。將3 mL上清液和3 mL 6 g/L硫代巴比妥酸在試管中充分混勻后在沸水浴中反應(yīng)15 min，冷卻至室溫。在4 ℃、10 000 r/min條件下離心15 min，在450，532，600 nm處測(cè)定吸光度，計(jì)算鮮切馬鈴薯的MDA含量（μmol/g）。TCA溶液代替樣液按同樣方法測(cè)定作為空白對(duì)照。

1.4.5 PPO酶活和POD酶活

稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，加入5 mL 4 ℃磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）后充分混勻，置于4 ℃、10 000 r/min下離心15 min，取上清液用于PPO酶活和POD酶活的測(cè)定。PPO酶活參照程麗林等[18]的方法測(cè)定，并稍作改動(dòng)。在試管中依次加入1.0 mL 0.02 mol/L的鄰苯二酚溶液、1.8 mL磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）和0.2 mL粗酶提取液，充分混勻后在410 nm處測(cè)定3 min內(nèi)吸光值的變化，定義每克樣品每分鐘吸光度變化值增加0.01時(shí)為1個(gè)活性單位（U）。POD酶活參照Terefe等[19]的方法測(cè)定，并稍作改動(dòng)。在試管中依次加入2.7 mL磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）、0.2 mL 0.05%的H2O2溶液、0.5 mL 2%的愈創(chuàng)木酚溶液和0.1 mL粗酶液，充分混勻后在470 nm處測(cè)定3 min內(nèi)吸光值的變化，定義每分鐘吸光度變化值增加0.01時(shí)為1個(gè)活性單位（U）。

1.4.6 PAL酶活和總酚含量

PAL酶活的測(cè)定參照Liu等[20]的方法，并稍作改動(dòng)。稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，加入5 mL硼酸緩沖溶液（0.05 mol/L，pH 8.8，含40 g/L 交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮、2 mmol/L 乙二胺四乙酸和5 mmol/L β-巰基乙醇），置于4 ℃、10 000 r/min下離心30 min，取上清液。在試管中依次加入3 mL上清液、0.5 mL 20 mmol/L的L-苯丙氨酸溶液和0.5 mL酶液，在37 ℃條件下保溫10 min和1 h后，在290 nm處測(cè)定吸光度，定義每小時(shí)吸光度變化值增加0.01時(shí)為1個(gè)活性單位（U）。

總酚含量參考Liu等[20]的方法進(jìn)行測(cè)定，并稍作修改。首先配制沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.02 g沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)樣品，置于小燒杯中，用蒸餾水充分溶解后定容至100 mL，配成0.2 mg/mL的沒食子酸溶液。分別取上述溶液90，80，70，60，50，40，30，20，10 μL于1.5 mL離心管中，分別加入10，20，30，40，50，60，70，80，90 μL蒸餾水，渦旋振蕩使其充分混合，依次配成0.18，0.16，0.14，0.12，0.10，0.08，0.06，0.04，0.02 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。然后向各濃度比色管中加入1.0 mL 0.25 mol/L的福林酚試劑，混合3 min后向各管中加入3.0 mL 7.5%的碳酸鈉溶液，避光靜置1 h，在765 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，求得回歸方程和相關(guān)系數(shù)分別為A=3.177C+0.015 7，R2=0.997 8。樣品測(cè)定：稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，并加入5 mL 80%的乙醇，在4 ℃、10 000 r/min下離心15 min。取0.2 mL上清液按測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法進(jìn)行操作，測(cè)定樣品的吸光度值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程計(jì)算出粗提液的總酚濃度，最后換算成每克凍樣的總酚含量。

1.4.7 失重率

采用稱重法測(cè)定。初樣品質(zhì)量（m0）與每次測(cè)定樣品質(zhì)量（m1）之差占最初樣品質(zhì)量（m0）的百分比表示失重率。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

所有指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。在1.4.1中，采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件對(duì)不同濃度H2S處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素ANOVA和Duncan多重比較顯著性分析（P=0.05）。在1.4.2中，采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進(jìn)行T檢驗(yàn)對(duì)H2S處理組和對(duì)照組的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行顯著性分析。采用SigmaPlot 12.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 篩選H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度

BI值可以直觀反映褐變程度，BI指數(shù)越高，褐變程度越高[15]。2，4，6，8 mmol/L NaHS處理組的褐變指數(shù)顯著低于0 mmol/L（對(duì)照組）（P<0.05），而1 mmol/L NaHS處理組和對(duì)照組的褐變指數(shù)無顯著差異（見圖1）。由此可知，2，4，6，8 mmol/L NaHS可以顯著抑制鮮切馬鈴薯的褐變。在這4個(gè)濃度的處理組中，選擇抑制褐變效果較明顯的4 mmol/L NaHS展開下一步試驗(yàn)。

2.2 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯褐變的影響

2.2.1 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯褐變度的影響

由圖2可知，隨著貯藏期的延長(zhǎng)，H2S對(duì)照組和處理組的BI值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這說明在貯藏期，鮮切馬鈴薯的褐變逐漸加重。從貯藏第3天開始，H2S處理組的BI值顯著（P<0.05）低于對(duì)照組，這表明4 mmol/L NaHS（H2S）從貯藏第3天開始可以有效抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

由圖3可知，在貯藏期間H2S處理組和對(duì)照組的MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能是馬鈴薯經(jīng)切片后，細(xì)胞膜過氧化加劇，導(dǎo)致MDA含量增加[21]。在第6～12 天，H2S處理組的MDA含量顯著低于對(duì)照組（P<0.05）。由此可知H2S有效抑制鮮切馬鈴薯MDA的積累。這與H2S處理對(duì)采后香蕉MDA含量的影響相一致[22]，可能是因?yàn)镠2S提高POD等抗氧化酶的酶活，加速對(duì)體內(nèi)自由基的清除，減少自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的破壞[23]。

2.2.3 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯PPO酶活和POD酶活的影響

由圖4可知，貯藏期H2S處理組和對(duì)照組的PPO酶活整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但在貯藏期間H2S處理組的PPO酶活均顯著低于對(duì)照組（P<0.05），這說明H2S在整個(gè)貯藏期明顯抑制了鮮切馬鈴薯的PPO酶活，可能是因?yàn)镠2S影響了PPO的高級(jí)結(jié)構(gòu)[24]。有研究發(fā)現(xiàn)H2S可以直接作用于含有金屬離子和巰基的蛋白質(zhì)，對(duì)蛋白質(zhì)特別是酶蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行硫巰基化修飾，從而調(diào)節(jié)酶蛋白的活性[25—26]。

由圖5可知，隨著貯藏期的延長(zhǎng)，H2S處理組和對(duì)照組的POD酶活呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但在貯藏第3天和第12 天時(shí)，H2S處理組的POD酶活顯著大于對(duì)照組（P<0.05），這些結(jié)果說明在貯藏期H2S可以提高鮮切馬鈴薯的POD酶活。在H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的機(jī)理中，POD可能起著抗氧化酶的作用，有效清除過量的過氧化氫和自由基，進(jìn)而減少脂質(zhì)過氧化，保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)免遭破壞[27]。

2.2.4 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯PAL酶活和總酚含量的影響

由圖6可知，對(duì)照組的PAL酶活先上升后下降，而H2S處理組的PAL酶活先下降后上升。在貯藏期的第3，6，12天，H2S處理組的PAL酶活顯著（P<0.05）低于對(duì)照組。由此可知，在貯藏期H2S有效抑制鮮切馬鈴薯的PAL酶活。有研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下的芒果果皮褐變與PAL酶活有著緊密聯(lián)系[28]，PAL是苯丙烷代謝中的一個(gè)關(guān)鍵酶，因此認(rèn)為H2S有可能通過調(diào)控苯丙烷代謝來控制鮮切馬鈴薯褐變。

由圖7可知，貯藏期H2S處理組和對(duì)照組的總酚含量整體呈上升趨勢(shì)，但是在貯藏第9天和第12天，H2S處理組的總酚含量顯著低于對(duì)照組（P<0.05），這表明H2S有效降低了鮮切馬鈴薯的總酚含量，可能是因?yàn)镠2S降低了PAL酶活，抑制苯丙烷代謝系統(tǒng)合成酚類物質(zhì)[29]。

2.2.5 H2S處理對(duì)貯藏期鮮切馬鈴薯失重率的影響

失重率是衡量果蔬采后貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)，失重率達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致果蔬萎蔫，影響其食用價(jià)值[30]。

由圖8可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，鮮切馬鈴薯的失重率逐漸上升。在貯藏0～9 d時(shí)，處理組與對(duì)照組的失重率沒有顯著差異，但在貯藏第12天時(shí)，處理組的失重率顯著低于對(duì)照組（P<0.05），這些結(jié)果表明H2S可以減輕鮮切馬鈴薯的失重率，有利于品質(zhì)的保持。這與H2S熏蒸對(duì)葡萄失重率的影響一致[31]，可能是因?yàn)镠2S抑制了鮮切馬鈴薯的呼吸速率和水分蒸發(fā)[32]。

3 討論和結(jié)論

濃度≥2 mmol/L的NaHS可以顯著抑制鮮切馬鈴薯的褐變（P<0.05），這一結(jié)果為產(chǎn)業(yè)有效控制鮮切馬鈴薯褐變提供了新思路和理論支撐。4 mmol/L NaHS（H2S）從貯藏第3天開始顯著降低鮮切馬鈴薯的褐變度，同時(shí)顯著降低PPO酶活，因此認(rèn)為外源H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變可能是因?yàn)镠2S降低了PPO酶活，使酚類物質(zhì)氧化成醌的速率明顯下降，這與H2S降低PPO酶活從而抑制鮮切荸薺褐變的結(jié)果一致[33]。我們還發(fā)現(xiàn)H2S顯著降低了PAL酶活和總酚含量，因此H2S也可能通過抑制苯丙烷代謝、減少酚類物質(zhì)含量來抑制鮮切馬鈴薯的褐變。有研究表明減少底物酚類物質(zhì)的含量可以有效控制酶促褐變[31]。最后，H2S顯著提高POD酶活和降低MDA含量，這說明H2S可能激活抗氧化酶系統(tǒng)來減少自由基對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，從而抑制鮮切馬鈴薯的褐變，這與H2S調(diào)控抗氧化酶系統(tǒng)抑制鮮切荸薺和蘿卜褐變的結(jié)論一致[33]。綜上所述，H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的途徑可能有以下3種：第一，H2S抑制PPO酶活；第二，H2S抑制苯丙烷代謝，減少酚類物質(zhì)的積累；第三，H2S激活抗氧化酶系統(tǒng)，減少自由基對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞。由此可見，H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的途徑比較復(fù)雜，仍需進(jìn)一步深入研究，為后續(xù)精準(zhǔn)、高效地調(diào)控鮮切馬鈴薯提供理論支撐，推動(dòng)我國馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)及鮮切果蔬產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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