短波紫外線處理對木薯保鮮效果及生理指標的影響

王中元，王 展，李 雯，邵遠志

（1.海南大學園藝園林學院，海南 海口 570228；2.海南大學食品學院，海南 海口 570228）

短波紫外線處理對木薯保鮮效果及生理指標的影響

王中元1，王 展1，李 雯1，邵遠志2,*

（1.海南大學園藝園林學院，海南 海口 570228；2.海南大學食品學院，海南 海口 570228）

探討短波紫外線對木薯果實感官品質、營養品質和生理指標的影響，為木薯的貯運保鮮提供技術指導。以‘華南5號’木薯果實為試材，以波長254 nm紫外線殺菌燈為輻射源，比較研究不同時間的紫外線處理對木薯品質的影響。結果表明：與對照相比，紫外線處理能夠顯著推遲果實硬度的下降和色澤的轉變，延緩總可溶性固形物（TSS）含量的增加和淀粉的降解，并且能夠抑制丙二醛（MDA）的積累，維持超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性在較高的水平，保持果實的貯藏品質，推遲果實的成熟軟化過程。綜合來看，30 min紫外線處理時間對木薯品質的保持最好，20 min處理次之，10 min效果最差。

木薯；紫外線處理；保鮮；應用效果

木薯（Manihot esculenta Crantz）屬于大戟科（Euphorbiaceae）木薯屬植物，是世界三大薯類（木薯、馬鈴薯、甘薯）之一[1]。木薯是物美價廉的淀粉原材料，其塊根富含淀粉量極高（淀粉含量占干物質的75%～85%），是熱帶亞熱帶地區重要的生物質能源植物[2]，海南是其主產區之一[3]。收獲后的木薯不耐貯藏，易出現“采后生理性變質”，這種變質導致貯藏根褐化及腐爛，影響其淀粉加工及產品[4]。

短波紫外線（ultraviotet-cirradiation，UV-C）波長為180～280 nm。紫外線一直被作為滅菌方法廣泛使用，經過UV-B處理的新鮮農產品可以提高抗病性，產生功能成分，延緩成熟衰老，抑制病原微生物的生長繁殖[5-6]。美國已研制出適用于果蔬采后處理與加工的UV-C處理設備，經在蘋果采后處理中應用，效果很好[7]。在我國，該項技術雖然還沒有開發用于商業，但其應用于果蔬商品化處理的前景非常好。目前，國內外針對木薯貯藏的報到很少，但在其他方面的研究表明，UV-C處理可誘導采后果蔬抗病性，顯著延緩果蔬貯藏期間后熟作用，降低腐爛率，延長貨架壽命。如汪開治[8]用UV-C照射成熟芒果10 min，增加了芒果皮組織中多胺含量，起到了防止芒果腐爛的效果。吳芳芳等[9]報道，低劑量UV-C照射能在一定程度上降低蘋果炭疽病發病率，抑制蘋果采后炭疽病的發生。榮瑞芳等[10]的研究表明，短波紫外線照射可以減輕草莓貯藏期病害，延緩后熟，較好地保持VC含量。而UV-C處理后的番茄，果皮細胞中的葉綠體等細胞器衰老延緩，細胞壁和細胞質變得致密和黏稠[11]。Francisco等[12]的研究表明，UV-C處理可抑制鮮切西瓜上微生物的生長，并顯著增強其抗氧化能力。Lorenza等[13]研究表明，采后花椰菜經UV-C處理后，呼吸作用下降，葉綠素降解延緩，硬度和抗氧化力維持在較高水平。李波等[14]的研究表明，UV-C處理雞腿菇，能夠顯著延長其保鮮時間，抑制后熟作用，降低多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性及呼吸強度，延緩褐變反應，但UV-C處理時間越長，帶給雞腿菇的損傷（如褐變、呼吸增強）越強烈。

本實驗采用不同時間的紫外線處理木薯，對其進行采后感官品質、營養品質及腐爛影響的研究，探索用紫外線處理對木薯進行貯藏保鮮的作用和效果，以期為木薯的貯藏保鮮提供理論和方法依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘華南5號’木薯（果用）：九成熟，由中國熱帶科學院品質資源所提供。樣品采后立即運回實驗室：挑選出無病蟲害、無機械損傷、大小均勻一致的木薯，先用0.1%次氯酸鈉溶液浸泡10 min，取出晾干后再用0.5 g/L施寶功浸泡5 min，晾干后備用。

磷酸氫二鈉 廣州化學試劑廠；L-甲硫氨酸、愈創木酚、硫代巴比妥酸、核黃素 國藥集團化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉、氮藍四唑、乙二胺四乙酸二鈉、過氧化氫 西攏化工股份有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

UV-1900型紫外-可見分光光度計、G30T8型普通紫外殺菌燈（燈下垂直30 cm處的紫外強度為0.20 mW/cm2）上海亞研電子科技有限公司；TGL-16G型臺式高速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；CM-700d分光測色計柯尼卡-美能達公司；FHM-1型果實硬度計、N-1α手持式折光計 日本Atago公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

紫外線處理：清水清洗木薯，清除木薯表面污垢，置于普通紫外燈下分別照射10、20 min和30 min，即1.2、2.4 kJ/m2和3.6 kJ/m2，照射一半時間翻轉果實，使果面接受均勻照射。以不照射的果實為對照。

處理后的果實用0.01 mm厚的聚乙烯薄膜保鮮膜包裝，每袋3 條果實（長度20 cm左右，粗度5 cm左右），每個處理共裝6 袋（4 次測定，2 次觀察貯藏時間），置于（25±0.5） ℃智能人工氣候箱（相對濕度為86%～90%）中貯藏。貯藏期間每過6 d取樣測定一次，一根木薯為一次重復，每個處理重復3 次（1 袋果實）。由于對照組的果實在第18天，10 min組的果實在第24天已全部腐爛，故取樣測定分析到此結束。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 果實（木薯）硬度的測定

硬度計（錐形頭，基部直徑12 mm）測定去皮后果肉的硬度，將木薯去皮后從果實中部切開，測定橫切面的硬度，每個面測定4 個點，重復3 次，取平均值為該果實的硬度（N/cm2）。

1.3.2.2 果實（木薯）色澤的測定

分光測色計測量果實中部果肉的色度，單果測定4 個點，記錄不含鏡面反射光條件下L*值。L*值表示亮暗方向顏色變化。

1.3.2.3 果實（木薯）可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量的測定

用手持式折光計測定，結果采用百分數表示。

1.3.2.4 果實（木薯）淀粉含量的測定

依照陸國權等[15]的方法進行測定（碘-淀粉比色法），結果計算見式（1）：

式中：m為從標準曲線查得的淀粉質量/μg；V為樣品提取液總體積/mL；N為樣品提取液稀釋倍數；Vs為測定時所取樣品提取液體積/mL；M為樣品質量/g。

1.3.2.5 果實（木薯）超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的測定

采用氮藍四唑光還原法[16]測定，按式（2）計算：

式中：Ao為光下對照管吸光度；As為樣品測定管吸光度；Vt為樣品提取液總體積/mL；Vs為測定時取粗酶液量/mL；t為顯色反應光照時間/min；m為樣品鮮質量/g。1.3.2.6 果實（木薯）過氧化物酶（peroxidase，POD）活性的測定

采用紫外吸收法測定[16]。記錄反應體系在470 nm波長處的光密度值，制作OD470nm隨時間變化曲線，根據曲線的初始線性部分，按式（3）計算每分鐘光密度變化值?OD470nm。

式中：?OD470nm為每分鐘反應光密度變化值；?OD470F為反應混合液光密度終止值；?OD470I為反應混合液光密度初始值；tF為反應終止時間/min；tI為反應初始時間/min。

以每克果蔬樣品（鮮質量）每分鐘470 nm波長處光密度變化值增加1時為1 個POD活性單位，計算見公式（4）：

式中：V為樣品提取液總體積/mL；Vs為測定時所取樣品提取液體積/mL；m為樣品質量/g。

1.3.2.7 果實（木薯）丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的測定

采用硫代巴比妥酸法進行測定[17]，計算見式（5）：

式中：Vt為提取液總體積/mL；Vs為測定用提取液體積/mL；m為樣品鮮質量/g。

1.4 數據處理

測定數據用Excel處理并用SAS 9.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 UV-C紫外線處理對活性氧代謝的影響

2.1.1 紫外線處理對木薯MDA含量的影響

由圖1可見，隨著貯藏時間的延長，各處理的木薯果實MDA含量總體呈上升趨勢，紫外線處理的木薯果實MDA含量上升速度低于對照，其中20 min和30 min紫外線處理的果實MDA含量最低。貯藏到第12天時，對照、10、20、30 min紫外線處理的果實MDA含量分別是7.86、5.95、5.05、4.22 μmol/g，紫外線處理過的各組和對照組差異顯著（P＜0.05）。說明紫外線處理能延緩木薯果實的膜脂過氧化進程，推遲木薯的成熟與衰老。

圖1 紫外線處理對木薯MDA含量的影響Fig.1 Effect of ultraviolet light treatment on MDA content

2.1.2 紫外線處理對木薯SOD、POD活性的影響

圖2 紫外線處理對木薯SOD（A）和POD（B）活性的影響Fig.2 Effect of ultraviolet light treatment on the activities of SOD and POD

SOD和POD是植物體保護酶系統中重要的酶類，能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質[18]。由圖2可以看出，木薯果實SOD活性總體呈現由低到高再到低的變化趨勢。0、10、20 min和30 min處理的SOD活性高峰分別出現在第6、6、12、12天，活性峰值分別為9.88、15.80、17.64、17.94 U/g，處理間差異極顯著（P＜0.01）。POD活性呈現先上升后下降的趨勢，對照、10、20、30 min處理的POD活性峰值分別為21.65、22.86、27.42、26.54 U/g，處理間差異極顯著（P＜0.01）。說明紫外線處理有利于提高木薯SOD和POD活性，20 min和30 min的照射時間效果更顯著。

2.2 紫外線處理對木薯品質的影響

2.2.1 紫外線處理對木薯果肉色澤的影響

果肉顏色變化是反映果實品質優劣的重要指標之一，色度L*表示亮色或暗色，正值為亮色，負值為暗色[19]。由圖3可以看出，不同處理間木薯果肉色澤L*值呈逐漸下降狀態，即由亮變暗。在第12天，10、20 min和30 min紫外線處理組與對照組之間差異顯著（P＜0.05），18～24 d內，對照組和10 min紫外線處理的果實已經腐爛，其他處理間差異不顯著。整個貯藏期內紫外線處理的果實其L*值都顯著高于對照，且20 min和30 min處理的木薯果肉色澤L*值始終保持在較高水平，說明20 min和30 min的紫外線處理最有利于保持木薯果肉的白色色澤。

圖3 紫外線處理對木薯果肉色澤影響Fig.3 Effect of ultraviolet light treatment on color L* value

2.2.2 紫外線處理對木薯硬度的影響

圖4 紫外線處理對木薯硬度的影響Fig.4 Effect of ultraviolet light treatment on cassava firmness

由圖4可以看出，各組處理的木薯果實硬度變化比較平緩，但總體呈下降趨勢。在4 個處理中，30 min紫外線處理的果實硬度一直維持在最高的水平，在6～12 d紫外線處理的果實硬度明顯高于對照組。在第12天，10、20 min和30 min處理的果實硬度分別比對照組硬度高0.07、0.06、0.13 kg/cm2，處理間差異達極顯著水平（P＜0.01），且經紫外線30 min處理的果實硬度始終最大。說明紫外線處理可抑制木薯果實的后熟軟化，以30 min的紫外線處理對于木薯果實硬度的保持效果最好，20 min次之，10 min最差。

2.2.3 紫外線處理對木薯淀粉含量的影響

由圖5可知，各處理果實淀粉在貯藏期間的變化比較平緩，總體呈下降趨勢，其中對照組下降最快，20 min和30 min紫外線處理的木薯果實淀粉含量下降最慢。在第12天，處理間差異明顯，經紫外線處理的木薯果實的淀粉含量明顯高于對照組，且20 min和30 min紫外線處理果實的淀粉含量最高，分別為28.76%和30.60%。12～24 d，20 min和30 min紫外線處理的果實淀粉含量始終維持在較高水平，而對照組和10 min紫外線處理組果實已經腐爛，差異極顯著（P＜0.01），說明20 min和30 min的紫外線處理可以保持木薯的淀粉含量，防止淀粉的轉化。

圖5 紫外線處理對木薯淀粉含量的影響Fig.5 Effect of ultraviolet light treatment on starch content

2.2.4 紫外線對木薯TSS含量的影響

圖6 紫外線處理對木薯TSS含量的影響Fig.6 Effect of ultraviolet light treatment on the content of total soluble solids

如圖6所示，木薯果實的TSS含量在貯藏期間呈緩慢上升的變化趨勢。對照組木薯到第12天時TSS含量達到最大值，為5.30%，隨后開始腐爛；10 min紫外線處理組在第18天TSS含量達到最大值，為4.77%，之后開始腐爛；20 min和30 min紫外線處理組果實在第24天可TSS含量最高，并且穩定增長，沒有腐爛。說明與對照組相比，紫外線處理可以抑制木薯由淀粉向TSS的轉化，有利于保持木薯品質，其中以20 min和30 min的紫外線處理效果最佳。

3 討論與結論

3.1 UV-C對木薯果實采后生理的影響

紫外照射處理可通過影響果蔬產品的采后生理代謝而影響產品的貯藏品質。榮瑞芬等[10]的研究指出，低劑量UV-C處理能減少芒果，番茄和葡萄果實的有機物質的消耗，保持果實品質。本研究結果表明，紫外線處理能夠明顯抑制木薯MDA含量的增長，維持SOD和POD活性保持在很高的水平，從而延緩了木薯的成熟與衰老，在康朵蘭[20]研究中指出在馬鈴薯塊莖上也有類似的報道。李長看等[21]研究指出，γ射線輻照山藥，能夠抑制山藥MDA含量的增長，促進SOD和POD活性的增長，與本研究結果一致。

3.2 UV-C對木薯果實感官品質的影響

感官品質是衡量果蔬商品性的重要指標。UV-C處理可提高果實的抗病能力， 改善果蔬的外觀品質[7,22]。本研究表明，不同的紫外照射時間對木薯果實的感官品質影響不同，以20 min和30 min的照射時間效果最好，能顯著降低貯藏過程中木薯硬度的下降，推遲果實色澤的轉變，起到了保持木薯果實商品價值的作用。這可能與紫外處理誘導了抗病物質如酚類等的積累，激活了病程相關蛋白，如苯丙氨酸解氨酶和幾丁質酶，提高了抗病性有重要關系[23-24]。

3.3 UV-C對木薯果實營養品質的影響

紫外照射處理對木薯果實的營養品質也有重要影響。木薯是典型的熱帶薯芋類果實，本實驗結果表明，在采后貯藏期間，木薯果實TSS含量持續上升，淀粉含量持續下降，這與朱先波等[25]在馬鈴薯上的研究結果是一致的，再一次說明了采后薯芋類果實淀粉向糖的轉化過程。

不同時間的紫外線處理均對木薯保鮮有一定的效果，但不同處理時間對木薯生理和品質的影響不同，以30 min照射時間最好，20 min次之，10 min效果最差。

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Effects of Ultraviolet-C Treatment on Postharvest Physiology and Storage Quality of Cassava Tubers

WANG Zhongyuan1, WANG Zhan1, LI Wen1, SHAO Yuanzhi2,*
(1. College of Horticulture and Landscape, Hainan University, Haikou 570228, China; 2. College of Food Science, Hainan University, Haikou 570228, China)

This study was conducted to explore the effect of ultraviolet (UV-C) treatment on sensory, nutritional and physiological characteristics of cassava tubers, aiming to provide technical guidance for short-term storage and preservation of cassava. Tubers of the cassava cultivar ‘Southern China 5’ were irradiated by 254 nm UV light for different periods and quality characteristics of cassava tubers were determined during subsequent storage. Results showed that compared to the control, UV-C treatment significantly delayed the drop of tuber hardness and the changes in color, retarded the increase in total soluble solids (TSS) and starch degradation, inhibited the accumulation of malondialdehyde (MDA), maintained the enzymatic activities of superoxide dismutase (SOD) and polyphenol oxidase (POD) at a high level, maintained the quality of cassava tubers, and delayed the maturation and softening processes. Taken together, 30 min UV-C irradiation is optimal to keep the quality of cassava, followed by 20 min UV-C irradiation, and UV-C irradiation for 10 min provides the worst preservation of cassava quality.

cassava; ultraviolet treatment; preservation; application effect

10.7506/spkx1002-6630-201602045

TS255.3

A

1002-6630（2016）02-0256-05

王中元, 王展, 李雯, 等. 短波紫外線處理對木薯保鮮效果及生理指標的影響[J]. 食品科學, 2016, 37(2): 256-260. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602045. http://www.spkx.net.cn

WANG Zhongyuan, WANG Zhan, LI Wen, et al. Effects of ultraviolet-C treatment on postharvest physiology and storage quality of cassava tubers[J]. Food Science, 2016, 37(2): 256-260. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602045. http://www.spkx.net.cn

2015-02-17

海南省自然科學基金項目（6312074）

王中元（1990—），男，碩士研究生，研究方向為果蔬采后生理與貯藏技術。E-mail：wzy2094360@163.com

*通信作者：邵遠志（1969—），男，副教授，本科，研究方向為果蔬采后病害與貯藏技術。E-mail：syz123789@sina.com