短波紫外線處理對采后香菇褐變的影響

許小璐 劉 靜 鄧 冰 耿雪冉 程艷芬 馮翠萍

(山西農業大學食品科學與工程學院，山西 太谷 030800)

香菇[Lentinula edodes(Berk.) Pegler]，又稱香蕈、花菇，富含蛋白質、氨基酸以及礦質元素，被稱為“菇中之王”，產量是僅次于雙孢菇的世界第二大食用菌[1]。我國是世界上最大的香菇生產國和消費國，總產量和栽培面積均居世界首位[2]。新鮮香菇在加工和貯藏過程中易發生褐變，香菇的褐變現象不僅影響其外觀，也會造成營養物質的損失及其風味物質的改變[3]。因此，褐變問題是鮮香菇加工和貯藏過程中亟待解決的問題。香菇褐變主要有酶促褐變和非酶促褐變，酶促褐變是由于多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)催化酚類物質，使多酚含量減少導致的；非酶促褐變主要包括美拉德反應、抗壞血酸氧化降解反應以及多酚類化合物氧化縮合反應等[4]。韓春然等[5]研究發現，香菇中總酚、還原糖、Vc 含量以及PPO 活性與其褐變顯著相關。近年來，諸多研究表明，酶促褐變不僅與酚類物質含量以及PPO 活性有關，還受過氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase，PAL)等因素影響[6]。POD、SOD 和CAT 可以清除自由基，延緩果蔬衰老。PAL 在一定條件下能催化酚類、類黃酮的氧化與聚合，導致組織褐變[7-8]。

短波紫外線(ultraviolet-C，UV-C) 是波長介于200～280 nm 的紫外線，UV-C 處理是一種無化學殘留，操作簡便，成本低廉的物理保鮮方法，具有良好的殺菌消毒作用，可延緩果蔬的腐敗衰老過程，提高果蔬貯藏品質。不同劑量的UV 處理對果蔬的褐變和貯藏品質有不同的影響[9]，如田竹希等[10]研究發現，與對照組櫻桃果實相比，1.37 kJ·m-2UV-C 處理可有效抑制其POD 和SOD 活性下降，顯著延緩大櫻桃果實品質下降；施衡樂等[11]采用不同輻照劑量的UV-C 對采后紫背天葵品質及活性氧代謝相關酶的影響發現，5 kJ·m-2處理組效果優于1.3 kJ·m-2處理組。近年來，不同學者對UV-C 在食用菌保鮮中的應用進行了研究，陸建東[12]研究了不同劑量短波紫外線(2、3 和4 kJ·m-2) 對杏鮑菇品質的影響，發現UV-C 處理可降低杏鮑菇的失重率，有效保持其可溶性固形物含量，降低丙二醛(malonaldehyde，MDA)的積累。錢書意等[13]研究了UV-C 對白玉菇采后品質的影響，結果表明，0.5、1.0 kJ·m2UV-C 處理可有效保持白玉菇白度，促進總酚的合成和積累，提高抗氧化物活性并抑制PPO 活性的升高。目前關于UV-C 對香菇的研究甚少，尤其是關于香菇褐變機理方面的研究，因此，本試驗以香菇為材料，研究不同劑量UV-C 處理對香菇褐變的影響，并探究UV-C 對香菇褐變相關因素的影響和機制，以期為防止香菇貯藏期褐變提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以香菇品種香菇808 為試驗材料，由廣靈縣北野食用菌業開發有限責任公司提供，選擇無病蟲害、無機械損傷的香菇，采后放入盛有冰袋的泡沫箱中，立即運回實驗室切除菌柄，備用。

PPO、POD、SOD、CAT、PAL 試劑盒購于南京建成生物研究所。

沒食子酸、福林酚、考馬斯亮藍G-250、牛血清蛋白、茚三酮、亮氨酸、抗壞血酸、檸檬酸、L-半胱氨酸、酒石酸鉀鈉、3，5-二硝基水楊酸等均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

WSC-S 色差儀，上海精密科學儀器有限公司；AR224CN 電子天平，奧豪斯儀器(常州)有限公司；UV-9200 紫外-可見分光光度計，北京瑞利分析儀器有限公司；DZKW-4 電熱恒溫水浴鍋，北京中興偉業儀器有限公司；T-25 勻漿機，德國IKA 公司；BR4i 臺式高速冷凍離心機，法國Jouan 公司；SpectraMax i3x 多功能酶標儀，美谷分子儀器(上海)有限公司。

1.3 試驗方法

紫外燈(有效波長254 nm)功率20 W，照射距離20 cm，根據不同照射時間設置5 個照射劑量: 0(CK)、2、4、6、8 kJ·m-2，并且在照射時間內翻轉香菇，使其照射均勻，每個劑量處理100 個香菇，重復3 次，之后放置在無覆膜的泡沫箱中于溫度4℃、相對濕度80%條件下貯藏，每隔5 d 取樣測定各項指標。

1.3.1 色澤測定 采用色差儀測定色澤。L*值越大，產品顏色越白，褐變程度越低；L*值小，產品顏色暗，褐變程度高。每個處理重復測定6 個香菇，每個香菇測定3 次，取平均值。

1.3.2 總酚測定 采用Folin-Ciocalteu 法[14]測定總酚含量。

1.3.3 褐變相關酶活性的測定 PPO、POD、SOD、CAT 和PAL 活性均按照試劑盒說明書進行測定。

1.3.4 非酶促褐變相關指標測定 還原糖含量采用3，5-二硝基水楊酸DNS 法[15]測定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250 法[16]測定；游離氨基酸采用茚三酮顯色法[17]測定。

1.3.5 微生物檢測 根據GB 4789.2-2010[18]，菌落總數選用營養瓊脂培養基，于36℃培養2 d 后進行菌落總數計數。

1.4 數據處理與分析

采用GraphPad prism 5.0 軟件作圖、SPSS 17.0 軟件進行顯著性分析(鄧肯法，P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 UV-C 處理對香菇色澤的影響

由圖1 可知，在貯藏期間CK 和各處理組香菇L*值均呈下降的趨勢，即由亮變暗，在整個貯藏期間4 kJ·m-2處理組香菇色澤最亮，褐變程度最小；8 kJ·m-2處理組香菇L*值低于其他處理組但高于CK，說明4 kJ·m-2的UV-C 處理有利于保持香菇色澤。

圖1 UV-C 處理對香菇L*值的影響Fig.1 Effects of UV-C irradiation treatment on L* value in Lentinula edodes

2.2 UV-C 處理對香菇總酚含量的影響

由圖2 可知，貯藏期間CK 和各處理組香菇總酚含量總體呈下降趨勢，其中CK 下降最快。各處理組總酚含量均不同程度高于CK，貯藏0～30 d 內4 kJ·m-2處理組香菇的總酚含量變化較為平緩，其他處理組香菇總酚含量緩慢下降，6 和8 kJ·m-2處理組香菇的總酚含量低于2 和4 kJ·m-2處理組，貯藏30 d 時4 kJ·m-2處理組香菇的總酚含量是CK 的1.38 倍，貯藏30 d 后4 kJ·m-2處理組香菇的總酚含量迅速下降。綜上可知，4 kJ·m-2的UV-C 處理能更好地保持總酚含量，防止酚類物質的轉化。

圖2 UV-C 處理對香菇總酚含量的影響Fig.2 Effects of UV-C irradiation treatment on the content of total phenol in Lentinula edode

2.3 UV-C 處理對香菇褐變相關酶的影響

圖3 UV-C 處理對香菇PPO、POD、SOD、CAT 和PAL 活性的影響Fig.3 Effects of UV-C irradiation treatment on PPO，POD，SOD，CAT and PAL activities in Lentinula edodes

由圖3-A 可知，在貯藏0 ～5 d 香菇PPO 活性上升，且2 kJ·m-2處理組香菇PPO 活性迅速上升且高于CK，這可能是由于2 kJ·m-2UV-C 照射誘導香菇產生了應激反應，導致其活性升高。貯藏5 ～45 d 內CK 和各處理組香菇的PPO 活性呈下降趨勢，且各處理組香菇PPO 活性均低于CK，說明UV-C 可以抑制PPO 活性，4 kJ·m-2處理組香菇PPO 活性低于其他處理組，由此可知，4 kJ·m-2的UV-C 處理組可較好地抑制香菇PPO 活性。

由圖3-B 可知，貯藏0～5 d 各處理組香菇的POD活性上升，貯藏5～30 d 除4 kJ·m-2組香菇POD 活性呈先略上升后緩慢下降外，各處理組香菇的POD 活性均大致呈緩慢波動下降的趨勢；貯藏30 d 后各處理組香菇的POD 活性迅速下降，在整個貯藏期間各處理組香菇POD 活性均大于CK。貯藏第30 天時，4、2、6 和8 kJ·m-2處理組香菇的POD 活性分別為0.344、0.280、0.250 和0.215 U·mg-1pro.，分別是CK 的2.18、1.77、1.58 和1.36 倍。說明UV-C 處理有利于提高香菇POD 活性，4 和2 kJ·m-2的UV-C 處理效果更明顯。

由圖3-C 可知，CK 和各處理組香菇的SOD 活性在貯藏0～5 d 呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，且各處理組香菇的SOD 活性均高于CK；貯藏5～25 d 各處理組和CK 香菇的SOD 活性整體下降緩慢，在貯藏30 ～40 d 時，CK 和各處理組香菇JOD 活性下降迅速，且在該貯藏時間，4 和6 kJ·m-2處理組香菇SOD 活性顯著高于CK(P＜0.05)，第40 天時，4 和6 kJ·m-2處理組香菇SOD 活性為CK 的2.8 和2.5 倍，說明4 kJ·m-2處理組可以有效延緩香菇SOD 活性降低。

由圖3-D 可知，在貯藏期間CK 和各處理組香菇的CAT 活性呈下降趨勢，各處理組香菇CAT 活性均高于CK，貯藏10～30 d 期間CK 和各處理組香菇CAT活性變化較平緩，4 和6 kJ·m-2處理組香菇CAT 活性保持在較高水平，第30 天時4 和2 kJ·m-2處理組香菇的CAT 活性分別較CK 提高了62.14%和37.85%。貯藏后期，各處理組和CK 香菇CAT 活性急劇下降，但4 kJ·m-2處理組酶活性在整個貯藏期間始終保持最高。說明UV-C 處理可使香菇保持較高的CAT 活性，且4 kJ·m-2處理組效果最好。

圖4 UV-C 處理對香菇還原糖、可溶性蛋白和游離氨基酸含量的影響Fig.4 Effects of UV-C irradiation treatment on the contents of reducing sugar，solube protein and free amino acid in Lentinula edodes

由圖3-E 可知，在貯藏0 ～5 d 內各處理和CK 香菇的PAL 活性上升，其中2 和4 kJ·m-2處理組香菇PAL 活性高于其他處理組和CK。貯藏10 ～25 d 內2和4 kJ·m-2處理組香菇PAL 活性比6 和8 kJ·m-2處理組高，貯藏后期各處理組和CK 香菇的PAL 活性快速下降，且在整個貯藏期間UV-C 處理組香菇的PAL 活性均高于CK，說明UV-C 處理明顯延緩了香菇PAL 活性的降低。

2.4 UV-C 處理對香菇非酶促褐變相關成分的影響

由圖4-A 可知，貯藏0 ～5 d 內CK 和各處理組香菇還原糖含量呈下降趨勢；貯藏5 ～10 d 內2、4 和8 kJ·m-2處理組香菇還原糖含量上升，CK 和6 kJ·m-2處理組香菇還原糖含量下降；貯藏15 ～45 d 內CK 和各處理組香菇還原糖含量均呈下降趨勢，處理組香菇還原糖含量高于CK，且6 和8 kJ·m-2UV-C 處理組香菇的還原糖含量較大。由此可知UV-C 處理有利于香菇保持較高的還原糖含量。

由圖4-B 可知，貯藏0 ～5 d 內UV-C 處理組香菇可溶性蛋白含量上升，CK 可溶性蛋白含量下降，各處理組可溶性蛋白含量均高于CK；貯藏5 ～15 d 內CK和各處理組香菇的可溶性蛋白含量均呈下降趨勢，且CK、6 和8 kJ·m-2處理組香菇可溶性蛋白含量下降速度較快；貯藏15～45 d 香菇可溶性蛋白含量緩慢下降，在貯藏期間各處理組可溶性蛋白含量不同程度地高于CK，說明UV-C 處理可以保持較高的可溶性蛋白含量。

由圖4-C 可知，在貯藏初期(0 ～5 d)CK 和各處理組香菇的游離氨基酸含量略有下降；貯藏5 ～15 d 內CK 和各處理組香菇的游離氨基酸呈上升趨勢，15 d后CK 和各處理組香菇游離氨基酸含量呈緩慢下降趨勢，在整個貯藏期間處理組的游離氨基酸含量低于CK，其中8 kJ·m-2的UV-C 處理可使香菇保持較高的游離氨基酸含量。

2.5 UV-C 處理對香菇菌落總數的影響

由表1 可知，隨著貯藏時間延長各組香菇的菌落總數不斷增加，在整個貯藏時間內，各UV-C 處理組香菇的菌落總數相較于CK 均降低，表明不同劑量的UV-C 處理對香菇菌落總數具有一定的抑制作用。其中在UV-C 處理5 d 后，各貯藏時間均以4 kJ·m-2處理組中香菇的菌落總數最低。

表1 UV-C 處理對香菇菌落總數的影響Table 1 Effects of UV-C irradiation treatment on total number of colonies in Lentinula edodes.

3 討論

本研究主要探討了UV-C 處理對采后香菇褐變的影響，結果表明，UV-C 有效延緩了香菇L*值的下降，表明UV-C 可以在一定程度上抑制香菇褐變，這與施衡樂等[11]利用UV-C 抑制紫背天葵衰老的結果一致，這可能與紫外處理降低氧化酶活性有關。總酚是體現抗氧化的重要指標之一，本研究結果表明，UV-C 處理可以提高香菇的總酚含量，與胡麗娜等[19]對山楂的研究結果一致，之前亦有研究表明UV-C 處理可以誘導PAL 合成酚類物質，抑制PPO 分解酚類物質[20]，因而，本研究發現香菇經過UV-C 處理，其色澤及其總酚含量均發生了不同程度的變化。

香菇褐變與多種酶的活性有關。PAL 是合成酚類物質的關鍵酶[21]，在果實受到機械損傷脅迫時其活性會增加，促使果實合成酚類物質以減輕機械損害，本研究發現，UV-C 處理組有效誘導香菇PAL 活性上升，表明UV-C 可以增強香菇苯丙烷代謝途徑，進而有利于酚類物質的合成和積累。PPO 是發生酶促褐變生成黑色素的主要酶[22]，本研究中，在貯藏0 ～10 d 時，處理組香菇PPO 活性升高，可能是由于紫外照射誘導香菇產生應激反應；經10 d 貯藏后處理組PPO 活性始終低于CK，這與梁敏華等[23]對桃采后貯藏品質的研究一致，進一步說明UV-C 可以抑制香菇的酶促褐變。根據本研究結果，4 kJ·m-2的UV-C 處理后香菇的PPO 活性最低，這與4 kJ·m-2處理組香菇的L*值保持在較高水平的試驗結果相一致。SOD、CAT 和POD 能減少H2O2、自由基對細胞膜的損傷，從而達到延緩香菇褐變及衰老的效果[24]。本研究中，SOD 和POD 活性均隨著貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢，其活性升高可能是由于輻照的敏感性，從而導致SOD 和POD 活性短暫上升，之后其活性呈下降趨勢，但在整個貯藏期間UV-C 處理組SOD、CAT 和POD 活性均高于CK，劉長虹等[25]對番茄的研究中也有類似的報道，說明UV-C 處理有利于保持較高的抗氧化酶活性，從而延緩香菇褐變。

美拉德反應是氨基化合物(如胺、氨基酸、蛋白質等)和羰基化合物(如還原糖、脂質以及由此而來的醛、酮、多酚、抗壞血酸、類固醇等)之間發生的非酶反應，也是植物發生非酶褐變的主要機制[26]。本研究中，UV-C 處理組香菇還原糖和可溶性蛋白含量高于CK，這與陳曦等[27]的研究一致，表明UV-C 處理可以使香菇保持較高的還原糖和可溶性蛋白含量，防止還原糖和可溶性蛋白發生非酶褐變。而本研究中UV-C處理組香菇的游離氨基酸含量低于CK，可能是由于UV-C 處理抑制了蛋白酶活性，降低了蛋白質的分解，進而減少了氨基酸的積累。

微生物是導致香菇褐變和腐敗的一個重要因素，本研究結果表明UV-C 處理可有效減少香菇表面微生物的數量。Víctor 等[28]研究指出較高劑量的UV-C 照射處理能夠減少鮮切菠菜的致病菌和腐敗菌，本研究同樣表明，在整個貯藏時間內，不同劑量的UV-C 處理組對香菇的菌落總數均有一定的抑制作用，經貯藏5 d后，4 kJ·m-2UV-C 處理組中香菇的菌落總數均為最低。

綜上所述，一定劑量的UV-C 處理可通過提高香菇抗氧化性，減少香菇在儲藏過程中的營養物質的損失，同時降低微生物侵染的風險，進而延長香菇的貯藏期。

4 結論

本研究以香菇色澤、總酚含量、褐變相關酶(PPO、POD、SOD、CAT、PAL)活性以及可溶性蛋白、還原糖和游離氨基酸含量為指標，探究了不同劑量UV-C 處理對香菇褐變的影響，結果表明，4 kJ·m-2的UV-C 處理效果最佳。UV-C 處理能夠通過保持香菇較高的總酚和還原糖含量、延緩可溶性蛋白的降解、維持PAL、SOD、CAT 和POD 活性、抑制PPO 活性以及微生物的生長保持其色澤，進而延緩香菇褐變，但是有關其抑制作用的具體代謝機制有待進一步深入探討。