低壓靜電場對靈武長棗低溫貯藏品質及呼吸強度的影響

張浩宇 ，劉慧燕 ，楊亞麗 ，李金娜 ，方海田 ，張光弟 ,

1. 寧夏大學農學院（銀川 750021）；2. 寧夏食品微生物應用技術與安全控制重點實驗室（銀川 750021）；3. 寧夏設施園藝（寧夏大學）技術創新中心（銀川 750021）

靈武長棗（Zizphus jujubaMill cv. Lingwu Changzao）是寧夏特色果品、靈武市特產之一[1]。鮮果銷售市場占有率逐年增高[2-3]。由于靈武長棗的采摘期在每年的9月中旬至9月末，集中采摘時間相距不超過1個月，而常溫下的貨架期僅1周，短時間之內無法完全銷售，嚴重影響其銷售量[4]。因此，需要經過貯藏，才能保持靈武長棗產業的正常運行。但由于采后果實的生命活動比較活躍，呼吸強度高，導致其在貯藏期極易失水皺縮、軟化、褐變、霉變，使得果實風味及營養品質遭到破壞、貨架期縮短，喪失食用價值和商品價值[5]。隨著靈武長棗種植面積擴大和消費者需求，市場迫切需要一種成本低、效果好的靈武長棗貯藏保鮮技術[6]。

針對棗果貯藏期品質劣變問題，有研究提出多種保鮮技術。韓海彪等[7]采用氣調技術保鮮靈武長棗，結果發現在VCO2∶VO2∶VN2=2∶7∶91的氣體組成成分時，其對靈武長棗的保鮮效果最優；頡敏華等[8]試驗表明，低溫貯藏（0±0.5 ℃）使靈武長棗轉色期延長50 d以上；吳小華等[9]用納米SiOx涂膜保鮮靈武長棗，轉紅率顯著降低，其他生理品質也顯著高于對照組。魏天軍等[10]用植物生長調節劑保鮮靈武長棗，保鮮劑處理后的靈武長棗果肉硬度和好果率遠高于對照組；任玉鋒等[11]研究發現，殼聚糖聯合百里香酚保鮮，明顯抑制病原菌菌絲生長，降低棗果發病率。但這些保鮮方法在長期使用過程中發現均存在不足，如普通低溫冷藏效果欠佳，不能滿足長期貯藏要求，氣調貯藏成本高，化學保鮮存在食品安全隱患等。

自然界通常處于低壓正靜電場的狀態，地球表面存在約130 Vm的天然電場[12]，生物體在這個自然靜電場中生長、繁殖，其電荷分布、排列和運動均呈現一定規律性，經過漫長的進化過程，生物體與這一電場環境逐漸相適應[13]。改變電場環境，勢必會給置于其中的生物帶來影響。關于靜電場生物學效應，早在18世紀中期就發現，并且在20世紀60年代，Murr[14]與Sidaway等[15]分別研究電場對植物細胞的傷害和植物呼吸強度的影響。靜電場保鮮作為一種非熱物理保鮮方式受到廣泛關注，起步較早的是高壓靜電技術。在食品工業領域中，高壓靜技術的應用研究主要集中于冷凍食品的快速凍結與解凍[16]、殺菌[17]以及高壓靜電對食品品質和各種酶的影響[18]。但是高壓靜電場的輸出電壓較高，存在一定安全隱患，應用局限性較大。低壓靜電場輸出電壓一般≤2.5 kV，電流≤0.2 mA，具有安全性高、設備要求低、節能環保等特點[19]；且成本低廉，一次投入長期使用，低壓靜電場保鮮能使食品最大限度地保持其品質和營養，是生鮮食品保鮮技術領域最具發展前景的技術之一。近年來，國內外低壓靜電場應用技術的研究主要集中于肉品[20-21]和水產品[22]方面，在果蔬保鮮方面的應用報道較少。

試驗采用低溫耦合低壓靜電場處理保鮮技術，分析其對靈武長棗硬度、總酸、VC和可溶性固形物等果實品質的影響，并進一步探究不同靜電場強度對靈武長棗呼吸強度及超氧化物歧化酶活性的影響，旨在為低壓靜電場在靈武長棗貯藏保鮮中的商業化應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

靈武長棗，2018年9月26日帶果柄采摘于靈武市大泉林場，采前常規農藝管理。采收當日運抵實驗室并挑選著色度2/3果實剔除傷病的果實后裝袋，每袋500±10 g。

PE保鮮袋：厚度0.02 mm，O2透過率2.02×103cm2/（m-2·24 h·atm），CO2透過率1.27×103cm2/（m2·24 h·atm）。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器與設備

精準控溫電場保鮮庫（3 m×4 m×2.5 m）：自研裝配，溫度控制精度±0.5 ℃；冷凍離心機（H1850R）；土壤碳通量測定系統（E G M-5）；果實硬度計（STEPS）；低壓靜電場裝置（Denba+）；電子天平（FB224）；手持折光儀（DT35）；超聲波清洗器（KQ-50E）；實驗室超純水器（UPT）；制冰機（天馳）；電場強度測定儀（FLUKE 177C）。

1.2.2 主要試劑

氫氧化鈉、酚酞、2, 6-二氯酚靛酚鈉、草酸、碳酸氫鈉、苯酚、抗壞血酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、蛋氨酸、硝基四氮唑藍、核黃素、乙二胺四乙酸二鈉。所有藥劑均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗分組

將裝袋果實分為4組，其中1組置于0 ℃冷庫中，為對照組，另3組為試驗組，置于有低壓靜電場的0 ℃冷庫。

1.3.2 靜電場布置與強度處理

如圖1所示，低壓靜電場裝置由發生器和放電板組成，放電板懸掛于冷庫中央。第1，第2和第3試驗組與放電板距離分別為10，40和70 cm，即試驗組分別處于3種場強的靜電場環境中，并使用FLUKE 177C測定其靜電場強度，分別為300，200和100 mV。

圖1 低壓靜電場結合低溫冷庫示意圖

4組樣品每15 d測定1次呼吸強度和超氧化物歧化酶活性，每組試驗重復3次。

1.3.3 貯藏過程中理化指標測定。

每隔15 d測定硬度、總酸、VC、可溶性固形物和超氧化物歧化酶，記錄數據。

1) 硬度的測定。參照班兆軍等[23]的方法，略加改動。采用果實硬度測定儀測定。在果實赤道處1周均勻取3個點，削去0.5 mm厚的果皮，將改進的硬度計插頭留出5 mm，用插頭留出部位插入棗內并記錄數值。

2) 總酸的測定。采用酸堿滴定法測定。

3) VC含量測定。采用2, 6-二氯靛酚滴定法測定。

4) 可溶性固形物的測定。采用手持折光儀測定。

5) 超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定。采用氮藍四唑（NBT）光還原法測定。

1.3.4 果實呼吸強度的測定

入庫后從貯藏第15天開始，在冷庫內使用EGM-5進行果實呼吸強度的測定。在袋兩端開孔插入塑料直通并旋緊，在塑料直通袋子外的兩端接4 cm軟管并打折后，用長尾夾固定。測定呼吸強度時，先拔掉一端軟管接通EGM-5測定系統，排氣10 min后接上另一端，記錄初始CO2數值，并測定后3 min內每1 min的CO2變化量。分3組重復測定3次。

式中：a為測定后二氧化碳濃度，mg/m3；a0為測定前二氧化碳濃度，mg/m3；T為測定后溫度，℃；T0為測定后溫度，℃；V為容器總體積，dm3；h為測定所用時間，h；m為測定用果蔬質量，kg；44為CO2的相對分子質量；22.4為在標準狀況下氣體摩爾體積，為22.4 L/mol；273為絕對零度，為-273 ℃。

1.3.5 數據分析

每次測定重復3次，用Excel對數據進行統計，用SPSS 20.0對試驗數據進行方差分析，用Origin進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中不同品質指標的影響

不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中不同品質指標的影響如圖2所示。

不同電場強度對靈武長棗貯藏過程中硬度的影響見圖2（A）。對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，各組和測量時間交互作用不顯著，說明試驗組與對照組在測量時間上變化的趨勢相同；在相同貯藏時間，試驗組硬度均高于對照組，其中100 mV組與對照組無顯著差異，200 mV組達到顯著水平（p=0.006），300 mV組達到極顯著水平（p＜ 0.001）。在貯藏45，60和75 d時，對照組硬度為2.381，2.009和2.133 kg/cm2，300 mV組硬度為2.637，2.426和2.484 kg/cm2，分別比對照組高9.7%，17.2%和14.1%；200 mV組硬度為2.53，2.35和2.31 kg/cm2，分別比對照組高6.25%，16.9%和8.67%；100 mV組硬度為2.47，2.10和2.24 kg/cm2，分別比對照組高3.73%，4.83%和5.34%。說明低壓靜電場可以減緩采后靈武長棗硬度的降低。

不同電場強度對靈武長棗貯藏過程中總酸的影響見圖2（B）。總酸含量的變化呈現波動變化的趨勢，這可能是因為果實在貯藏過程中的無氧呼吸引起總酸含量的波動變化，也可能是由水分下降引起的[24]。對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，除300 mV組外，200 mV組與100 mV組和測量時間交互作用均不顯著，說明2組和3組與對照組在測量時間上變化的趨勢相同。300 mV組與對照組組間對比顯著（p＞0.05），但對照組最低峰值在45 d出現，為0.298 7%；試驗組的最低峰值延遲15 d，在第60天出現，為0.318 6%，比對照組高6.24%，說明低壓靜電場處理可以延緩采后靈武長棗中總酸含量的變化。

不同電場強度對靈武長棗貯藏過程中VC含量的影響見圖2（C）。對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，各組和測量時間交互作用均顯著（p＜0.05），說明試驗組與對照組在測量時間上變化的趨勢不同；結合折線圖可知，對照組VC含量在30 d到達峰值，為182.77 mg/100 g；各試驗組VC含量均在45 d到達峰值，其中300 mV組45 d VC含量為192.95 mg/100 g，比對照組高5.28%。這與黃洪云[25]利用高壓靜電場對冬棗貯藏研究的結果一致。

對靈武長棗貯藏過程中可溶性固形物含量的影響見圖2（D）。對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，各組和測量時間交互作用不顯著，說明試驗組與對照組在測量時間上變化的趨勢相同。3個試驗組可溶性固形物含量均顯著高于對照組，其中300 mV組在各個貯藏時間的可溶性固形物含量明顯高于對照組（p＜0.05）：貯藏45，60和75 d時，對照組可溶性固形物含量為8.08%，7.44%和7.42%，300 mV組可溶性固形物含量為9.83%，9.24%和8.46%，分別比對照高17.8%，19.5%和12.3%。說明低壓靜電場處理可在一定程度上保持采后靈武長棗中可溶性固形物含量。

2.2 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中SOD活性的影響

超氧化物歧化酶（SOD）能夠清除超氧自由基（O2-），并與其他過氧化物酶協同作用來防御活性氧或其他過氧化物自由基對細胞膜系統的傷害，從而減少自由基對有機體的毒害[26]。圖4是不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中SOD活性的影響。

對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，各組和測量時間交互作用極顯著，說明試驗組與對照組在測量時間上變化的趨勢不同；各組間有極顯著差異（p＜0.01）；各測量時間點間差異極顯著。對照組在貯藏期間的SOD活性為先升高后下降，為單峰曲線；而試驗組貯藏期間的SOD活性改變為重復升高下降的雙峰曲線，說明低壓靜電場處理對靈武長棗SOD活性有顯著影響作用。與200 mV的3組處理相比，300 mV組靜電場處理的靈武長棗SOD活性高峰延遲15 d出現，且活性高峰（47.45 U/g）極顯著低于對照組的峰值（57.44 U/g）；在75 d，對照組SOD活性極顯著低于各試驗組，僅為各組的35.5%，67.1%和48.3%。說明低壓靜電場處理可以較好地保持靈武長棗的SOD活性，從而抑制貯藏期間靈武長棗的衰老。

圖2 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中不同品質指標的影響

圖3 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中SOD活性的影響

2.3 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中呼吸強度的影響

果蔬在采收后，呼吸作用成為主要的生理代謝活動，要為果蔬采后生命活動提供能量[27]。但呼吸作用消耗了果實內積累的有機養分，隨著貯藏期延長或降低果實品質和貯藏性。呼吸高峰出現的時間及儲藏期間呼吸強度的波動幅度均可衡量儲期品質。圖4為不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中呼吸強度的影響。

對4個處理組前后測定結果進行重復測量數據方差分析，各組和測量時間交互作用極顯著，說明試驗組與對照組在測量時間上變化的趨勢不同；各組間有極顯著差異（p＜0.01）；各測量時間點間差異極顯著。對照組在第45天測得呼吸高峰，為24.70 mg/（kg·h），之后呼吸強度迅速下降，整組變異系數為0.413。試驗組較對照組而言，呼吸高峰均延遲出現，呼吸強度均有明顯降低且波動幅度明顯變小。各試驗組均在60 d測得呼吸高峰，100 mV組峰值為17.61 mg/（kg·h），為對照組峰值的71.3%，整組變異系數為0.234，為對照組的56.7%；200 mV組峰值17.42 mg/（kg·h），為對照組峰值的70.5%，整組變異系數為0.287，為對照組的69.5%；300 mV組最為顯著，在60 d測得呼吸高峰，為17.90 mg/（kg·h），為對照組峰值的72%，整組變異系數僅為0.081，為對照組的19.6%。試驗證明低壓靜電場可以降低靈武長棗的呼吸強度，延緩呼吸高峰的到來，有效減少呼吸強度的波動幅度，對保證靈武長棗貯期品質有利。

圖4 不同低壓靜電場處理對靈武長棗貯藏過程中呼吸作用的影響

3 討論

經過多年對果蔬抗氧化物酶多種途徑的研究，可以比較清楚地認識到果蔬體內活性氧的產生及清除機制，當果蔬受到外界生理或非生理因素脅迫而產生過量的活性氧時，果蔬超氧化物歧化酶就可以清除這些氧自由基，從而防止氧自由基破壞細胞的組成、結構和功能，保護細胞免受氧化損傷。超氧化物歧化酶作為果蔬防御機制是必不可缺的，它與其他重要抗氧化酶之間相互協同抵抗外界環境的脅迫并有效地提高果蔬的抗逆性[28]。葉青[29]研究發現，經過高壓靜電場處理蘋果、桃、梨在貯藏過程中的變化趨勢與對照組基本一致，均是經過短暫活力上升后持續下降，但高壓靜電場處理后下降程度較對照組小，下降速度減緩，說明高壓靜電場處理使果實內SOD活性得到提高。試驗中經低壓靜電場處理使靈武長棗SOD活性變化由先上升后下降的單峰變為重復上升下降的雙峰尚屬首次發現。此現象是否普遍存在以及低壓靜電場對SOD活性變化影響的機制，還有待進一步研究。

呼吸強度的變化是衡量果實采后衰老狀態的重要指標，抑制果實的呼吸作用可以更好地保持果實的貯藏質量，延長貯藏期。所以，果實呼吸作用的變化歷來是采后果實生理研究的重要領域之一。呼吸鏈中的Fe—S和Cyt只傳遞電子，主要通過鐵卟啉及其衍生物中鐵離子發生的可逆的Fe2+Fe3++e反應進行。基于此原理，王頡等[30]利用高壓靜電場處理硫酸亞鐵溶液發現，經過30 min高壓靜電場處理，試驗組Fe3+濃度顯著高于對照組。試驗中低壓靜電場處理下靈武長棗的呼吸作用總體趨勢未改變，但推遲靈武長棗呼吸高峰出現，呼吸峰值降低。所以推斷其原因或是低壓靜電場未打亂原先的電子傳遞過程，但減弱電子傳遞的速率，從而降低呼吸強度。

4 結論

采用低溫耦合低壓靜電場處理技術對采后靈武長棗進行保鮮效果探究。結果表明，低壓靜電場對靈武長棗貯藏保鮮有明顯的提升效果，在0 ℃和300 mV場強環境下對棗果品質的保持、呼吸強度的抑制尤為顯著，可有效減緩靈武長棗在貯藏過程中的衰老，延長貯藏期。