低溫等離子處理對采后雷竹筍貯藏品質(zhì)的影響

吳志豪，張富強(qiáng)，吳彩娥，2，范龔鍵，2

（1.南京林業(yè)大學(xué) 輕工與食品學(xué)院，南京 210037；2.南京林業(yè)大學(xué) 華南林業(yè)可持續(xù)發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037）

0 引言

雷竹筍是禾本科，剛竹屬，早竹的栽培種雷竹（Phyllostachys praecox）的幼芽，為多年生常綠草本植物［1］。筍肉鮮嫩，營養(yǎng)豐富，備受人們歡迎［2］。但是雷竹筍出筍后，常溫下生理代謝過程旺盛且極易發(fā)生木質(zhì)化［3］，因此開發(fā)安全高效保鮮技術(shù)以延緩其衰老與木質(zhì)化的過程成為關(guān)鍵。

木質(zhì)化是木質(zhì)素單體聚合引起的植物體重要的生理過程［4］。木質(zhì)素在次級細(xì)胞壁中沉積［5］，保護(hù)細(xì)胞壁多糖免受微生物的降解［6］。木質(zhì)化過程降低采后竹筍的食用品質(zhì)，目前主要通過低溫處理［7］，與通過褪黑素、草酸、水楊酸等化學(xué)抑制劑延緩竹筍木質(zhì)化的過程［8-10］。但是化學(xué)方法具有營養(yǎng)貶值、變色和變味等缺點。

介質(zhì)阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge，DBD）低溫等離子體是一種新型綠色保鮮物理方法［11］。低溫等離子體產(chǎn)生的RONS通過活性基團(tuán)引起微生物細(xì)胞膜的氧化損傷［12］，且可以影響果蔬軟化與細(xì)胞壁合成的相關(guān)過程［13］。低溫等離子體處理產(chǎn)生的O3，H2O2，活性氧活性氮物質(zhì)（RONS）等成分因子壽命短，擴(kuò)散能力低，對采后果蔬的損傷?。?4］，少量的RONS成分可以作為信號因子引起果蔬自身代謝水平的變化，從而影響木質(zhì)化進(jìn)程［15］，但不同條件的低溫等離子體處理具有差異性［16］。本文通過多條件低溫等離子體處理雷竹筍，研究低溫等離子對竹筍貯藏過程衰老與木質(zhì)化的抑制作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用雷竹筍，產(chǎn)地江西，于2022年4月收獲并于24 h內(nèi)運(yùn)輸至實驗室。去除筍萚后篩選無機(jī)械損傷，無病蟲害，無褐變，長度15～18 cm，基部直徑3～5 cm的雷竹筍進(jìn)行試驗處理。

試劑：福林酚、鄰苯三酚（上海源葉生物科技公司）；碳酸鈉、四氯化鈦（上海麥克林生化科技有限公司）。

儀器：TGL-18MS型臺式高速離心機(jī)（上海精密儀器有限公司）；DDS307A型電導(dǎo)率儀（上海雷磁儀器有限公司）；UVmini-1240型分光光度計（島津?qū)嶒炂鞑挠邢薰荆?；DKZ-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）；TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀（北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司）；NH310型手持色差儀（深圳三恩馳科技有限公司）；FD240型熱風(fēng)循環(huán)烘箱（賓德環(huán)境試驗設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗方法

根據(jù)前期試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高電壓短時間DBD處理與低電壓長時間DBD處理效果具有顯著差異性，因此從2種方案中均選擇效果較為顯著的處理參數(shù)進(jìn)行后續(xù)試驗。將挑選后的雷竹筍分為4組，剝?nèi)スS萚，通過低密度聚乙烯（LDPE）袋進(jìn)行塑封包裝后進(jìn)行DBD處理，處理參數(shù)分別為30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）與150 kV/（1 min）。CK組不進(jìn)行任何處理，僅進(jìn)行塑封包裝。處理結(jié)束后，將竹筍置于（3±1）℃環(huán)境下貯藏。

在貯藏第3，6，9，12，15 d測量相關(guān)指標(biāo)，每組在每個取樣時間取24根雷竹筍，每個指標(biāo)均進(jìn)行3次生物學(xué)重復(fù)。

1.3 項目測定

失重率采用李燦嬰等［17］的方法測定。色差采用手持色差儀按照季瀟男等［18］的方法測定。褐變指數(shù)通過將竹筍褐變與褐斑面積每10%定為1級。褐變面積＞60%視為不可食用，定為10級。竹筍褐變率的計算公式：竹筍褐變指數(shù)=（∑褐變竹筍數(shù)×褐變級數(shù)）÷（總竹筍數(shù)×最高級數(shù)）。硬度采用質(zhì)構(gòu)儀測定，探頭為P/2E，測試速度為1 mm/s，測試深度為3 mm。電解質(zhì)滲透率采用徐海鴻等［19］的方法進(jìn)行測定。木質(zhì)素含量采用硫酸法（Klason法）進(jìn)行測定［20］。H2O2含量采用潘家麗等［21］的方法進(jìn)行測定?？偡雍坎捎酶Ａ址臃y定［22］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 7和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析［23-24］，P<0.05表示顯著差異，P<0.01表示極顯著差異。每個樣品的所有測定項目一式3份。

2 結(jié)果與分析

2.1 采后DBD處理對雷竹筍貯藏品質(zhì)的影響

2.1.1 對失重率、色差與褐變率的影響

雷竹筍的水分在貯藏過程中因呼吸作用與蒸騰作用不斷減少，導(dǎo)致雷竹筍表皮皺縮，顏色變暗，對微生物的抵抗能力減弱。失重率可以一定程度上反應(yīng)雷竹筍在貯藏過程中衰老的情況。如圖1（a）所示，DBD處理組在第3 d時，除30 kV/（5 min）處理組外，其他處理組與CK組并無顯著差異（P＞0.05）。隨著貯藏時間增加，DBD處理顯著延緩整個貯藏過程中失重率的增加（P＜0.05），并在貯藏15 d時達(dá)到最大值，此時DBD處理30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）與150 kV/（1 min）與CK組相比分別顯著降低33.9%，44.7%，30.5%。因此可知，DBD可有效減緩雷竹筍在采后貯藏過程中失重率的增加，且長時間的處理效果較好。

圖1 采后DBD處理對雷竹筍失重率、褐變指數(shù)、L*值和b*值的影響Fig.1 Effects of post-harvest DBD treatments on weight loss rate，browning index，L* value，and b* value of bamboo shoots

顏色是評價貯藏過程中雷竹筍品質(zhì)變化的重要指標(biāo)之一。隨著貯藏時間增加，雷竹筍的顏色由明亮的淡黃色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘迭S色或黃綠色，并且隨著冷害與微生物的侵染，雷竹筍表面出現(xiàn)明顯的褐色斑紋或斑塊。如圖1（b）所示，DBD處理對雷竹筍的褐變均具有良好的抑制效果（P＜0.05）。在貯藏12 d后，CK組竹筍表面已出現(xiàn)明顯褐斑，出現(xiàn)大面積暗褐色區(qū)域，褐變率最高達(dá)37.6%，而DBD處理組在貯藏期間褐變率均顯著低于CK組（P＜0.05）。由此可知，DBD處理具有保持采后雷竹筍良好感官品質(zhì)的作用。以往的研究也指出，長時間DBD處理可以將荔枝過氧化物酶（POD）失活至47.16%［25］，這是延緩植物體褐變的重要過程，與本文結(jié)果一致。

如圖1（c）和圖1（d）所示，在整個貯藏過程中，CK組的L*值相較于處理組顯著降低（P＜0.05），而b*值相較于處理組顯著升高（P＜0.05）。從第6 d開始，處理組的L*與b*值均明顯高于CK組；在貯藏至15 d時，CK組L*值降低24.1%，b*值提高22.6%。DBD處理可以顯著延緩雷竹筍采后的暗變與黃變。過度處理后，DBD處理對雷竹筍暗變與黃變的抑制能力降低，在貯藏后期，30 kV/（10 min）處理組的L*值迅速下降，代表抑制竹筍暗變的效果減弱。同時，120 kV/（1 min）處理組與CK組相比，對L*值降低與b*值上升的抑制率分別達(dá)到51.9%與46.5%，這表明高電壓短時間處理對顏色的保護(hù)效果最佳。

2.1.2 對硬度與木質(zhì)素含量的影響

硬度是評價采后雷竹筍內(nèi)在品質(zhì)的一項直觀指標(biāo)。木質(zhì)素是由羥基肉桂醇單體合成的芳香族聚合物大分子，包括對香豆基、針葉樹醇和芥子醇［26］。木質(zhì)素的沉積是果蔬木質(zhì)化的主要原因，也是導(dǎo)致竹筍硬度上升、口感下降的重要因素。

由圖2（a）可知，長時間的DBD處理可以延緩竹筍在貯藏過程中硬度的上升。在貯藏3～6 d和12～15 d低強(qiáng)度長時間DBD處理組與CK組具有顯著差異（P＜0.05）。但30 kV/（10 min）處理組的硬度在3，15 d時顯著低于30 kV/（5 min）處理組（P＜0.05），其他時間2組之間并沒有顯著差異（P＞0.05）。這表明隨著處理時間的增加，DBD處理延緩竹筍硬度上升的能力沒有明顯提升。此外，120 kV/（1 min）處理組在貯藏過程中呈現(xiàn)促進(jìn)硬度上升的趨勢，差值最大時比CK組高9.3%。

圖2 采后DBD處理對雷竹筍硬度和木質(zhì)素含量的影響Fig.2 Effects of post-harvest DBD treatments on hardness and lignin content of bamboo shoots

由圖2（b）知，30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）處理組顯著抑制竹筍采后木質(zhì)化的發(fā)生（P＜0.05），差值最大時分別比CK組低9.1%與12.0%。在貯藏3，9 d時，120 kV/（1 min）處理組木質(zhì)素含量均顯著高于CK組（P＜0.05），這代表高電壓短時間處理促進(jìn)雷竹筍采后木質(zhì)化的進(jìn)程。

DBD處理顯著延緩竹筍的采后木質(zhì)化，同時硬度分析表明，低溫等離子體可以延緩硬度的增加。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)較長時間處理導(dǎo)致貯藏早期時的硬度降低，表明長時間處理可能對竹筍造成有限的細(xì)胞壁損傷，這有助于提高貯藏過程中雷竹筍的可食用性。ZHOU等［27］也觀察到這一點，20 min的低溫等離子體處理會使藍(lán)莓果實軟化，引起細(xì)胞壁損傷。

2.1.3 對電解質(zhì)滲透率的影響

電解質(zhì)滲透率是評價細(xì)胞膜通透性的重要指標(biāo)，代表果蔬在貯藏過程中的抗逆性。竹筍在貯藏過程中隨著木質(zhì)化的發(fā)生，電解質(zhì)滲透率降低，當(dāng)受到微生物侵染時，細(xì)胞被破壞，電解質(zhì)滲透率上升。由圖3可知，120 kV/（1 min）處理組在貯藏過程中顯著低于CK組（P＜0.05），30 kV/（5 min）處理組的電解質(zhì)滲透率在第3，6 d時低于CK組，此后迅速升高，貯藏至12，15 d時，顯著高于CK組。30 kV/（10 min）處理組在貯藏過程中高于CK組，表明長時間的DBD處理會引起竹筍細(xì)胞膜脂過氧化，造成細(xì)胞膜破損，而高強(qiáng)度短時處理則具有保護(hù)細(xì)胞膜完整性的作用。這與報道所說RONS可引起氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)成分的氧化損傷一致［28］。

圖3 采后DBD處理對雷竹筍電解質(zhì)滲透率的影響Fig.3 Effects of post-harvest DBD treatments on electrolyte permeability of bamboo shoots

2.1.4 對H2O2含量與總酚含量的影響

H2O2被視為參與木質(zhì)化過程的主要ROS之一，在木質(zhì)素單體氧化聚合成木質(zhì)素的過程中起到催化作用，同時作為細(xì)胞信號因子參與木質(zhì)部細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用［29］。由圖4（a）可知，30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）處理組在貯藏中后期H2O2含量顯著低于CK組（P＜0.05），在貯藏至15 d時，處理組比CK組含量低35.4%以上。而120 kV/（1 min）處理組含量在貯藏前期顯著高于CK組（P＜0.05），在木質(zhì)素合成過程中起到促進(jìn)作用，并在達(dá)到頂峰后迅速下降至低水平，減少雷竹筍細(xì)胞損傷。長時間低溫處理時間會降低H2O2含量，這可能是由于較長時間的暴露會產(chǎn)生更多的活性氧（ROS）和活性氮（RNS），可以有效地引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而提高抗氧化酶的活性。

圖4 采后DBD處理對雷竹筍H2O2含量和總酚含量的影響Fig.4 Effects of post-harvest DBD treatments on H2O2 content and total phenol content of bamboo shoots

總酚含量是果蔬采后過程中重要的營養(yǎng)指標(biāo)與氧化應(yīng)激的指標(biāo)，也可作為苯丙烷途徑的底物與中間產(chǎn)物存在，是木質(zhì)素合成的重要原料。由圖4（b）可知，CK組雷竹筍在貯藏期間總酚含量呈先上升后下降的趨勢，DBD處理后雷竹筍的總酚含量在貯藏前期顯著低于CK組（P＜0.05）,并呈現(xiàn)下降趨勢，隨后隨著貯藏時間增加逐步上升，在貯藏至15 d時再次下降。且隨著處理時間增加，總酚含量上升的時間逐漸推遲，120 kV/（1 min）處理組在貯藏至12，15 d時，總酚含量顯著高于CK組（P＜0.05）。有報道稱DBD處理10 min的棗在貯藏過程中表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化性與更高的總酚含量，并發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性受到苯丙類生物合成途徑基因表達(dá)的影響，這是果蔬應(yīng)對環(huán)境防御氧化損傷的應(yīng)激過程［30］，與本文結(jié)論一致。

2.2 貯藏品質(zhì)相關(guān)性分析與主成分分析

由圖5可知，貯藏時間與失重率、L*值、b*值、硬度與木質(zhì)素含量等多數(shù)貯藏指標(biāo)均呈顯著相關(guān)，其中L*值與H2O2含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。H2O2可產(chǎn)生自由基引起膜脂過氧化，同時也作為苯丙烷生物合成途徑的信號因子存在，因此H2O2含量與木質(zhì)素含量也呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P＜0.05）。但是L*值與木質(zhì)素含量并沒有顯著相關(guān)性（P＞0.05），這表明竹筍并不是由于苯丙烷途徑的代謝產(chǎn)物導(dǎo)致的顏色變暗，而是由于膜脂過氧化導(dǎo)致細(xì)胞破損，從而引起細(xì)胞內(nèi)酚類物質(zhì)與細(xì)胞間多酚氧化酶發(fā)生酶促褐變導(dǎo)致顏色變暗。電解質(zhì)滲透率、總酚含量與L*值具有正相關(guān)，但相關(guān)性并不顯著（P＞0.05），這是因為這2個指標(biāo)互為影響因素但都不是影響L*降低的決定因素。

圖5 采后雷竹筍各指標(biāo)間的相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis among various indicators of post-harvest bamboo shoots

圖6顯示不同處理方法對雷竹筍貯藏過程中貯藏品質(zhì)影響的主成分分析，其中第一、第二主成分貢獻(xiàn)率分別為62.5%與18.2%。在竹筍貯藏過程中，木質(zhì)素含量、H2O2含量、硬度、總酚含量、失重率與L*值對第一、第二主成分貢獻(xiàn)均較大，而褐變指數(shù)與b*值對第一主成分貢獻(xiàn)較大，電解質(zhì)滲透率僅對第二主成分貢獻(xiàn)較大。因此木質(zhì)素含量、H2O2含量、硬度、總酚含量和失重率為竹筍貯藏過程中的關(guān)鍵指標(biāo)。在貯藏過程中隨著貯藏時間的增加，各處理組因子均向右半?yún)^(qū)移動，這代表著竹筍的貯藏品質(zhì)下降。在貯藏前期處理組［30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）］與CK組均位于左下象限，隨著貯藏時間增加，CK組因子向右半?yún)^(qū)移動并在貯藏后期位于右上象限，這代表竹筍在貯藏過程中發(fā)生木質(zhì)化，而處理組［30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）］因子則先向右上移動后向右下移動并停留在右下象限，這代表處理組抑制貯藏過程中竹筍的木質(zhì)化，但因此降低竹筍的抗逆性，在貯藏后期對細(xì)胞組織的保護(hù)能力降低。120 kV/（1 min）處理則加劇竹筍的木質(zhì)化進(jìn)程，并減少竹筍細(xì)胞的破損。雷竹筍采后木質(zhì)素含量與H2O2含量的載荷幾乎重疊，這與相關(guān)性分析結(jié)果相似，證明DBD處理通過調(diào)控H2O2含量來影響竹筍的木質(zhì)化進(jìn)程。

圖6 采后雷竹筍貯藏品質(zhì)主成分分析雙標(biāo)圖Fig.6 Double plot of scores for analysis of principal component of storage quality in bamboo shoots

通過相關(guān)性與主成分分析［31］，DBD處理后木質(zhì)素含量與硬度呈現(xiàn)處理時間依賴性，隨著處理時間的增加逐漸降低后升高，這是因為H2O2作為激活苯丙烷途徑的信號因子，在竹筍體內(nèi)起到促進(jìn)木質(zhì)素合成的作用。隨著處理時間增加，H2O2含量降低，木質(zhì)素合成過程被抑制，這與郭依萍等［32］的研究一致。但是長時間的DBD處理［30 kV/（10 min）］后，竹筍的顏色品質(zhì)、褐變率相較與其他DBD處理組均有所下降，而電解質(zhì)滲透率升高，這是因為過量的處理導(dǎo)致如H2O2等RONS的過量增加，使植物體氧化應(yīng)激過程調(diào)節(jié)能力降低，一方面降低其對微生物侵染的抵抗能力；另一方面過量的活性氧成分產(chǎn)生大量自由基從而引起細(xì)胞膜脂過氧化。高強(qiáng)度短時間DBD處理在貯藏前期大幅提高H2O2含量，這可能一方面與低溫等離子體本身的組成有關(guān)；另一方面是高強(qiáng)度的刺激短期抑制竹筍的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致H2O2的積累。同時H2O2又作為信號因子促進(jìn)植物體自身抗氧化過程。因此在短暫的快速升高后，竹筍體內(nèi)H2O2含量迅速降低，反而起到保護(hù)竹筍細(xì)胞，延緩衰老的作用。

3 結(jié)語

DBD處理調(diào)節(jié)雷竹筍氧化應(yīng)激與苯丙烷生物合成相關(guān)途徑活性，可以有效延緩雷竹筍采后貯藏過程中的衰老，有效保護(hù)雷竹筍的顏色、組織結(jié)構(gòu)與營養(yǎng)品質(zhì)。但不同時間的DBD處理對雷竹筍采后貯藏保鮮效果具有較大的差異。120 kV/（1 min）的DBD處理上調(diào)雷竹筍貯藏過程中的木質(zhì)素含量，而30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）等長時間處理則下調(diào)木質(zhì)素的合成。通過對H2O2含量與其他指標(biāo)的相關(guān)性分析與主成分分析發(fā)現(xiàn)，DBD處理通過調(diào)控雷竹筍體內(nèi)H2O2含量來影響苯丙烷途徑的生物合成，從而調(diào)節(jié)雷竹筍體內(nèi)的木質(zhì)素含量。研究為竹筍采后貯藏保鮮提供參考依據(jù)與思路。