短波紫外線處理對貯藏期鮮切馬鈴薯的護色作用

王夢茹，張芳，賈玉，陳麗莎，崔娜，額日赫木

（山西師范大學食品科學學院，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、礦物質、維生素等多種營養物質。2015 年，我國馬鈴薯種植面積和生產量均已躍居世界第一，馬鈴薯產業擁有巨大的發展空間和市場前景[1-3]。然而馬鈴薯在貯藏、運輸及加工過程中，由于受損而極易發生酶促褐變，從而導致馬鈴薯產品感官品質下降、營養價值降低及貨架期縮短，嚴重制約了馬鈴薯產業發展[4-6]。馬鈴薯酶促褐變的產生與異常的貯藏環境（受凍或受熱）和貯藏、加工過程中的機械性損傷密切相關，一旦細胞破損，其酚類物質在有氧條件下被多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）氧化成醌，醌再進一步發生聚合反應形成黑色素沉淀，從而降低馬鈴薯感官品質和營養價值[7-8]。

近年來，非熱物理技術在鮮切果蔬保鮮方面得到了較好的推廣應用。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和營養品質造成的不利影響。短波紫外線（ultraviolet-C，UV-C）被認為是代替傳統熱力殺菌，減少褐變的一種果蔬護色保鮮方法，得到了國內外學者和相關從業者的廣泛關注[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 處理對雞腿菇的護色作用，結果表明，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”葡萄貯藏品質的影響。結果表明，UV-C 在輻照強度為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色作用，結果表明，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生，繼而延長其貨架期。然而，目前UV-C 在鮮切馬鈴薯護色保鮮中的應用鮮有報道，特別是對酶促褐變的生理機制還缺乏系統性的研究。

本研究擬采用UV-C 處理鮮切馬鈴薯，考察其在0～12 d 貯藏期內褐變指數（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的變化，系統分析UV-C 對貯藏期鮮切馬鈴薯的護色效果，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）：天津市風船化學試劑科技有限公司；β-巰基乙醇、愈創木酚、水楊酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、碳酸鈉、無水乙醇：天津市光復科技發展有限公司。以上化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

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：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；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：佛山市炊之王炊具有限公司；CBIO-UV8C 紫外誘變/反應箱：北京賽百奧科技有限公司；HH-4 數顯恒溫水浴鍋：江蘇榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 UV-C 預處理

馬鈴薯經清洗、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（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 隨機取樣測定其各項生理生化指標。

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值，BI 值根據解新方等[17]的研究方法進行計算。

1.3.3 相關酶活性的檢測

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 次數據，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 次數據，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。反應液中含3 mL TBA，3 mL 粗酶液，沸水中反應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 數據處理與統計分析

利用IBM SPSS Statistics 20.0 軟件對試驗數據進行統計學處理，試驗結果以平均值±標準偏差表示。采用Duncan 多重比較分析法進行差異顯著性分析，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，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于貯藏前期（0～6 d）。相關研究表明，酶活性的變化主要取決于酶天然結構（高級結構）的變化，紫外線處理可以促進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構[21]，使其原有活性產生變化。因此，這可能是導致試驗組鮮切馬鈴薯PPO 活性在貯藏期內下降的原因。總之，UV-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與酚類化合物發生氧化作用，進而引發酶促褐變[22]。如圖4 所示，在0～6 d 貯藏期內，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，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 分子高級結構產生了一定的影響，從而延緩了酶促褐變的發生。

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 活性均達到最大值，即0.52 U/g 和0.75 U/g。由于切割損傷誘導氧化應激作用，促使PAL 活性上升，進而保護細胞免受氧化損傷[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之一，但同時也是果蔬酶促褐變的關鍵底物[26-28]。如圖6 所示，在0～12 d 貯藏期內，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。在6 d～9 d 內，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 是植物細胞膜的膜脂過氧化產物，它可使膜中的酶蛋白發生交聯、聚合反應，引起細胞膜的損傷和破壞，從而加速酶促褐變反應[29]。如圖7 所示，在0～12 d 貯藏期內，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，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 對鮮切蘋果進行輻照處理，結果表明，整個貯藏期內試驗組（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，減少細胞膜的損傷，進而延緩酶促褐變的發生。

3 結論

酶促褐變是影響鮮切馬鈴薯貯藏品質的重要因素之一，在完整的果實中，PPO 與酚類物質呈區域化分布，避免了底物與酶的相互接觸，從而不會發生酶促褐變。然而，馬鈴薯在加工和貯藏過程中受損，促使原本區域化的底物與酶接觸，形成褐色物質而發生褐變[30]。在本研究中，試驗組鮮切馬鈴薯在貯藏期內其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，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，避免了細胞膜過多的損傷，進而延緩酶促褐變的發生。綜上所述，在0～12 d 貯藏期內，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生，有效提高了鮮切馬鈴薯的貯藏品質。