微波處理對‘新大坪’馬鈴薯貯藏品質的影響

劉瑞，陶樂仁，萬康

(上海理工大學 醫療器械與食品學院，上海，200093)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)采后仍是具有生理活動的有機體，在儲運過程中容易發生發芽、腐爛、褐變和低溫糖化等問題。據調查，國內馬鈴薯儲運損失達到15%～20%[1]。目前馬鈴薯貯藏保鮮可分為簡易貯藏、物理和化學保鮮法。簡易貯藏包括堆藏、溝藏和窖藏，然而簡易貯藏馬鈴薯損失高達15%～30%[2]；物理方法主要包括控溫、紫外輻射、伽馬射線、熱燙、氣調包裝和高壓等，研究表明2～5 ℃為馬鈴薯最佳冷藏溫度[3]，也有學者研究發現利用伽馬射線輻照馬鈴薯有較好的抑芽效果，使用0.05 kGy的伽馬射線輻照對馬鈴薯塊莖的保存效果最佳[4-5]；化學方法主要是采用不同的化學試劑噴涂或浸泡馬鈴薯，常用的保鮮劑有氯苯胺靈、外源乙烯、1-甲基環丙烯、殼聚糖、生姜提取物等[6]。

近年來，微波保鮮技術在食品工業迅速發展，其產生的熱效應可以對果蔬加熱殺菌，產生的非熱效應可以破壞生物體細胞內外環境，如蛋白質變性、破壞細胞膜和酶功能紊亂等[7-8]。微波技術用于貯藏保鮮的主要影響因素有微波功率、微波時間、樣品類型和樣品質量等。此外，微波處理與傳統的漂燙相比，處理時間短、穿透性強、酶失活率高，并且可以最大限度減少食品營養物質流失[9]。SEVERINI等[10]對比熱水、蒸氣和微波燙漂對西蘭花品質的影響，發現微波處理組過氧化物酶失活率高，Vc損失少。WANG等[11]研究發現微波處理對紅甜椒的質量損失低于熱水和熱風燙漂組。為減少馬鈴薯貯藏過程中的品質劣變問題，本實驗以“新大坪”馬鈴薯為實驗材料，研究不同功率及時間的微波處理對馬鈴薯貯藏品質的影響，以尋求更加方便、安全、有效的保鮮方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及處理

“新大坪”馬鈴薯，購買于甘肅木禾電子商務有限公司，大小均一，質量(150±20)g、無病蟲害、無機械損傷。

愈創木酚(化學純)、硫代巴比妥酸(生化試劑)、H2O2(優級純)、NaH2PO4、Na2HPO4、碘、KI、抗壞血酸、三氯乙酸、鄰苯二酚，國藥集團化學試劑有限公司，未標明的化學試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設備

C25 WX1型變頻冰箱，松下電氣開發(蘇州)有限公司；WB-200IXA型全自動色差儀，北京新恒能分析儀器有限公司；UV-1200型紫外分光光度計，上海美普達儀器有限公司；WZB45型數顯折光儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；VP20002型電子天平，上海光正醫療器械有限公司；G80F23CN3L-C2K(G2)型微波爐，廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司；11063型探針溫度計，美國DeltaTRAK公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 微波實際輸出功率的測定

本實驗所用微波爐額定輸出功率為800 W，額定微波頻率為2 450 MHz，可設置20%、40%、60%、80%和100%五個不同輸出功率，由于微波爐的額定功率和實際加熱功率存在差異，因此需要測量微波實際輸出功率。按照楊凌等[12]的方法測定，經測定20%、40%、60%、80%和100%實際輸出功率分別為115、220、350、445和550 W。

1.3.2 處理量及擺放位置的確定

由于實驗所用微波爐容量有限，故選取500、1 000、1 500 g馬鈴薯塊莖/次，以放射狀均勻分為中心、內環和外環3層擺在微波加熱瓷板上，用220 W實際輸出功率處理1 min，處理完畢立即用電子溫度計檢測塊莖中心溫度，探討處理數量及擺放位置與塊莖中心溫度的相關性，確定最佳擺放位置及處理數量。

1.3.3 處理功率及時間的確定

以輸出功率(115、220、350、445、550 W)，處理時間(1、2、3 min)分別進行單因素試驗，處理完畢立即用電子溫度計檢測塊莖中心溫度，確定本實驗最佳微波處理功率及時間。

1.3.4 馬鈴薯處理方法

根據確定好的微波處理條件，將選購的馬鈴薯徹底清洗干凈并晾干后隨機分為6組(約1 500 g/組)，設置 115和220 W 輸出功率分別處理1、2、3 min，另設對照組，記為CK組。再將7組樣品放入4 ℃、85%～90%相對濕度的冰箱貯藏。

1.3.5 微波處理對過氧化物酶和多酚氧化酶的抑制率

由于多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)是引起馬鈴薯發生褐變衰老的關鍵酶，實驗中測定微波處理前后馬鈴薯塊莖內PPO和POD的活性，探討微波處理對馬鈴薯內PPO和POD活性的抑制率。

1.3.6 相關指標的測定

失重率采用稱重法[13]測定，結果以%表示；可溶性固形物(total soluble solids，TSS)含量使用數顯折光儀測定，結果以%表示；維生素C(vitamin C，Vc)含量采用分光光度法[14]測定，結果以mg/g表示；淀粉含量采用碘顯色法[15]測定，結果以%表示；褐變指數(browning index，BI)采用全自動色差儀測定[16]；PPO活性采用消光值法[17]測定，結果以U/g表示；POD活性采用愈創木酚法[17]測定，結果以U/g表示。所有指標進行3次重復試驗。

1.4 數據分析

實驗數據用Excel 2013軟件進行數據統計及整理，采用Origin 2019b軟件作圖，采用SPSS 19.0軟件中最小顯著性差異法對數據進行顯著性分析，顯著性水平為0.05。

2 結果與討論

2.1 處理數量及擺放位置對塊莖中心溫度的影響

由表1可知，采用220 W功率處理1 min，處理數量對馬鈴薯塊莖中心溫度的影響較大，而擺放位置對馬鈴薯塊莖中心溫度幾乎無影響，為減少微波熱效應對馬鈴薯的損傷，以及考慮到微波處理的方便性，實驗中微波處理量確定為1 500 g/組。

表1 處理量及擺放位置對塊莖中心溫度的影響

單位：℃

2.2 微波處理功率及時間對塊莖中心溫度的影響

塊莖內部聚集過高的溫度對于馬鈴薯的營養價值及貯藏特性都不利，因此馬鈴薯塊莖中心溫度≤30 ℃為宜。由圖1可知，馬鈴薯內部溫度與微波處理功率及處理時間成正比。微波處理前測得馬鈴薯塊莖中心溫度為20.1 ℃，220 W處理3 min時，馬鈴薯塊莖中心溫度≤30 ℃，而以550 W處理3 min，馬鈴薯塊莖內部溫度高達47.9 ℃。此外，高功率微波處理會造成馬鈴薯塊莖不同部位溫差較大。因此為了減少熱損傷及受熱不均勻的影響，最終確定處理功率為115和220 W，處理時間為1、2和3 min。

圖1 微波處理功率及時間對塊莖中心溫度的影響Fig.1 Effect of microwave treatment power and time on tuber center temperature

2.3 微波處理對馬鈴薯貯藏品質的影響

2.3.1 微波處理對馬鈴薯失重率的影響

收獲后的馬鈴薯仍是一個具有生理活動的有機體，貯藏期間依舊會有呼吸作用，在這個過程中會消耗自身的營養物質，因此馬鈴薯貯藏期間的失重率可視為其品質下降的重要因素。由圖2可知，馬鈴薯塊莖在貯藏期間失重率不斷變大，其中220 W/3 min組的馬鈴薯失重率高于對照組，可能是這組微波產生的熱效應最大，加速了馬鈴薯的生理活動，使馬鈴薯營養物質和水分流失[18]。另外，貯藏中后期其他微波處理組的失重率均小于對照組，這可能與微波抑制了馬鈴薯呼吸作用有關[19]。本實驗中115 W/2 min組的馬鈴薯失重率最低，由此可看出適宜的微波處理可以降低馬鈴薯的失重率。

圖2 微波處理對馬鈴薯失重率的影響Fig.2 Effect of microwave treatment on potato weight loss rate

2.3.2 微波處理對馬鈴薯Vc含量的影響

Vc含量可以作為馬鈴薯的營養品質和貯藏效果的評價指標之一。由圖3可知，貯藏期間馬鈴薯塊莖內Vc含量呈下降趨勢，且貯藏前期下降速度高于貯藏后期。貯藏30 d以后，各組Vc損失量均高于30%，220 W/3 min組的馬鈴薯Vc含量略低于對照組，這可能是220 W/3 min組微波處理功率及時間均最大，受到的微波熱效應最大，從而對馬鈴薯造成熱損傷，加快了馬鈴薯Vc的損失。而貯藏中后期220 W/1 min組Vc含量顯著高于對照組(P<0.05)，這說明適當的微波處理能在一定程度上延緩馬鈴薯塊莖內Vc含量的下降，這可能是微波非熱作用抑制了某些酶的活性，降低了生理代謝速率[20]。

圖3 微波處理對馬鈴薯Vc含量的影響Fig.3 Effect of microwave treatment on Vc content of potato

2.3.3 微波處理對馬鈴薯可溶性固形物含量的影響

TSS含量可以作為馬鈴薯塊莖內營養物質流失的一個評價指標。由圖4可知，在貯藏期間各組TSS含量總體上表現為先上升后下降的趨勢，對照組最先達到峰值，其峰值高于各處理組，貯藏前期對照組TSS含量高于處理組，但是在第40天時，處理組TSS含量顯著高于對照組(P<0.05)，此時對照組馬鈴薯TSS含量為5.97%，而各處理組TSS含量均在6.3%以上，這可能是因為在4 ℃下貯藏淀粉轉換為還原糖所致[21]，而微波處理抑制了相關酶的活性，使得TSS含量增加較少，冷藏后期由于馬鈴薯的呼吸作用和水分蒸騰作用使得TSS含量不斷下降。因此，微波處理可減緩馬鈴薯TSS含量的變化，本實驗中，115 W/1 min組由于微波處理不足，在貯藏前期TSS含量增加較多，而220 W/2 min組TSS含量變化不大，處理效果較好。

圖4 微波處理對馬鈴薯可溶性固形物含量的影響Fig.4 Effects of microwave treatment on total soluble solids content of potato

2.3.4 微波處理對馬鈴薯淀粉含量的影響

淀粉是馬鈴薯的主要能量來源，馬鈴薯的淀粉含量可用來評價其食用品質。由圖5可知，整個貯藏期間，淀粉含量呈下降趨勢，在貯藏前期，對照組淀粉含量快速下降，而處理組下降緩慢，處理組淀粉含量顯著高于對照組(P<0.05)，這可能是因為在4 ℃下淀粉轉化為還原糖，而微波處理抑制了相關酶的活性，由圖5可知，貯藏期間220 W/2 min組和220 W/3 min組的馬鈴薯淀粉含量高于其他組。但隨著貯藏時間的延長，各組之間淀粉含量差異變小，這可能是馬鈴薯塊莖內未被完全滅活的相關淀粉轉化酶的活性增加，以及呼吸作用對淀粉的消耗[22]所致。

圖5 微波處理對馬鈴薯淀粉含量的影響Fig.5 Effect of microwave treatment on starch content of potato

2.3.5 微波處理對馬鈴薯褐變指數的影響

馬鈴薯在貯藏期間會發生酶促褐變而影響其品質，BI可直接反映馬鈴薯的褐變程度[23]，由圖6可知，馬鈴薯塊莖的BI不斷變大，對照組的BI從最初的17.04增加到貯藏末期的34.62，并顯著高于處理組(P<0.05)。第50天時，115 W/1 min組的馬鈴薯BI出現較大提升，可能是微波處理不足導致相關褐變酶抑制不足，實驗第60天時，220 W/2 min組和220 W/3 min組的BI分別為28.37和29.16，比對照組低18.05%和15.77%，這可能是微波處理抑制了PPO和POD等褐變相關酶的活性，且微波處理功率越大、處理時間越長，酶活性抑制率越高，因此褐變程度越低。

圖6 微波處理對馬鈴薯褐變指數的影響Fig.6 Effect of microwave treatment on browning index of potato

2.5 微波處理對馬鈴薯PPO和POD活性的影響

PPO是使馬鈴薯褐變的主要酶類，PPO活性越高，馬鈴薯褐變速率越快，由圖7可知，貯藏期間PPO活性呈先減少后上升的趨勢，對照組PPO活性顯著高于處理組(P<0.05)，并且微波處理功率越大、處理時間越長，PPO活性越低，這與馬鈴薯BI變化正相關。貯藏60 d時，對照組PPO活性幾乎增加2倍，而220 W/2 min和220 W/3 min組的PPO活性與貯藏前相比沒有明顯提升，這與已有研究顯示的酶活力隨微波功率和微波時間的增加而減少一致[24]。

圖7 微波處理對馬鈴薯多酚氧化酶活性的影響Fig.7 Effect of microwave treatment on potato polyphenol oxidase activity

POD是果蔬成熟和衰老的生理標志，參與果蔬酶促褐變，可以催化酚類物質[25]。由圖8可知，POD活性變化與PPO活性變化類似，處理組POD活性始終低于對照組，但115 W/1 min組由于微波處理不足，POD活性高于其他處理組，這說明微波處理不足對POD活性的抑制不明顯，而充足的微波處理可以顯著抑制POD活性。

圖8 微波處理對馬鈴薯過氧化物酶活性的影響Fig.8 Effect of microwave treatment on potato peroxidase activity

2.6 微波處理對馬鈴薯PPO和POD活性的抑制率

由圖9和圖10可知，隨著微波處理功率和處理時間的增加，其對馬鈴薯塊莖內PPO和POD活性的抑制率不斷增加，115 W/1 min組PPO抑制率只有22.58%，POD抑制率為15.43%；而220 W/3 min組的PPO抑制率為82.71%，POD抑制率為76.64%。

圖9 微波處理對馬鈴薯多酚氧化酶活性的抑制率Fig.9 Inhibition rate of potato polyphenol oxidase activity treated by microwave

圖10 微波處理對馬鈴薯過氧化物酶活性的抑制率Fig.10 Inhibition rate of potato peroxidase activity treated by microwave

這進一步解釋了貯藏期間不同組別PPO和POD活性的變化，也說明微波的非熱效應可以抑制酶的活性。

3 結論

通過比較不同功率和時間微波處理對馬鈴薯貯藏品質的影響，發現適宜的微波處理(220 W/2 min)可以有效地抑制馬鈴薯中PPO和POD的活性，從而降低馬鈴薯的褐變程度，同時該處理能夠有效保持塊莖的TSS和淀粉含量，不會加重塊莖質量以及Vc的損失。另外，微波處理不足(115 W/1 min)對酶抑制率低，處理過量(220 W/3 min)又容易引起水分及Vc的損失，所以在控制褐變效果的同時，要在適當的范圍內控制微波的功率和時間。然而由于微波的非熱效應一直存在爭議，并且對馬鈴薯塊莖貯藏期間的生理影響是多方面的、復雜的，所以非熱效應的作用機理還需進一步驗證，為微波提升馬鈴薯貯藏品質的研究提供更可靠的依據。