不同濃度臭氧處理對香椿貯藏期間非酶抗氧化性的影響

林少華，張慧杰，王細燕，紀海鵬,4，羅紅霞,*，董成虎,*

（1.北京農業職業學院食品與生物工程系，北京 102442；2.北京大學現代農業研究院，北京 100080；3.天津市農業科學院農產品保鮮與加工技術研究所（國家農產品保鮮工程技術研究中心（天津）），農業農村部農產品貯藏保鮮重點實驗室，天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津 300384；4.天津國嘉農產品保鮮生產力促進有限公司，天津 300384）

香椿（Toona sinensis）是一種在我國具有較大種植規模的木本蔬菜，不但營養豐富、風味獨特，而且富含黃酮類、皂甙類、萜類和內酯類等活性成分，具有抗氧化、抗衰老、抗癌和抗病毒等保健功效[1-5]，深受廣大消費者的喜愛。作為一種季節性非常明顯的蔬菜，剛采摘的香椿嫩芽含水量高、呼吸旺盛、蒸騰作用強，極易腐爛變質，顏色也由紫紅色衰變為深綠色，貨架期極短，產業發展受到很大的限制[6-8]。

對比化學保鮮劑，臭氧保鮮具有使用后無污染、無殘留等特點[9]。臭氧作為一種強氧化劑，不但能夠減少果蔬表面微生物的污染，控制水分損失，抑制果蔬的呼吸和乙烯釋放量[10]，而且可以激活果蔬體內的酶促和非酶促抗氧化系統，清除植物生理代謝產生的超氧陰離子和過氧化氫等會引起細胞損傷甚至死亡的活性氧[11-12]。在合適的處理濃度下，臭氧不會對果蔬的外觀、質地或營養品質產生不利影響，并能有效地延長果蔬的貯藏時間[13]。但當臭氧處理濃度過高時會對果蔬造成損傷，反而加速它們的衰老和腐爛[14]。Lin等[8]研究表明，4.28 mg/m3的臭氧處理濃度可以延長香椿的貯藏時間，改善其生理生化指標，并抑制微生物的生長。但是該研究并未對不同的臭氧處理濃度進行篩選優化，亦未對臭氧處理如何影響采后香椿貯藏期間抗氧化系統進行分析。因此，本文將重點研究不同臭氧處理濃度對采后香椿貯藏期間抗氧化系統的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

香椿，采摘自北京市門頭溝區雁翅鎮葦子水村，3 h 內運送至國家農產品保鮮工程技術研究中心（天津）；聚乙烯（PE）膜，厚度0.02 mm，O2滲透率為2 860 cm3/（m2·24 h·0.1 MPa），CO2滲透率為9 400 cm3/（m2·24 h·0.1 MPa），透濕率為2.2 g/m2·d；碳酸鈉、氫氧化鈉、鉬酸胺、草酸、乙酸、福林酚、乙二胺四乙酸、乙醇、亞硝酸鈉等試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。INS-SH-0115F、INS-SH-0120F試劑盒，黃石市艾恩斯生物科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

TU-1810 紫外-可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；HR/T20M 臺式高速冷凍離心機，湖南赫西儀器裝備有限公司；PBI-200616-E 便攜式氣體測定儀，丹麥PBI-Dansensor 公司；精準控溫保鮮庫（±0.5 ℃，相對溫度（RH）90%±5%），國家農產品保鮮工程技術研究中心（天津）監制；FA1004 電子天平，上海天平儀器廠；精準臭氧控制裝置，國家農產品保鮮工程技術研究中心（天津）自制。

1.2 方法

1.2.1 處理方法

試驗共設4 個處理，將經過挑選的新鮮、未損壞的香椿嫩芽隨機分為4 組，每組含10 份，每份500 g，分為對照組（CK）：僅套上PE 保鮮袋；處理組1（T1）：在套上PE 保鮮袋的基礎上，采用精準臭氧控制裝置，每7 d 用4.28 mg/m3臭氧氣體處理30 min；處理組2（T2）：在套上PE 保鮮袋的基礎上，每7 d 用8.56 mg/m3臭氧氣體處理30 min；處理組3（T3）：在套上PE 保鮮袋的基礎上，每7 d 用12.84 mg/m3臭氧氣體處理30 min。樣品運抵實驗室后即采樣測定初值，并在4 ℃下預冷4 h 后開始貯藏。貯藏溫度為（1±0.5）℃，RH 90%±5%。每10 d 采樣測定各項指標，重復3 次，結果取平均值。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 呼吸強度

采用靜置法[15]進行測定。取100 g 香椿放于密封罐內靜置2 h 后測定氧氣和二氧化碳百分含量，然后計算得出。

1.2.2.2 可溶性蛋白含量

采用考馬斯亮藍染色法[16]進行測定。

1.2.2.3 VC 含量

采用鉬藍比色法[17]進行測定。

1.2.2.4 谷胱甘肽含量

采用比色法[18]進行測定。

1.2.2.5 總酚含量

采用福林酚法[19]，以沒食子酸為標準品測定。

1.2.2.6 超氧陰離子含量

采用可見分光光度法[10]進行測定。

1.2.2.7 過氧化氫含量

參照Li 等[20]的方法進行測定。

1.2.2.8 總抗氧化能力

使用INS-SH-0115F 試劑盒進行測定。

1.2.2.9 總黃酮含量

采用硝酸鋁顯色法[21]，以蘆丁為標準品測定。

1.2.2.10 花青素含量

采用INS-SH-0120F 試劑盒進行測定。

1.2.3 數據處理

使用SPSS 20.0 對數據進行LSD 差異顯著性分析（P＜0.05 為差異顯著，P＜0.01 為差異極顯著），結果以±s 表示。

2 結果與分析

2.1 不同濃度臭氧處理對香椿呼吸強度的影響

果蔬采摘后光合作用即停止，呼吸作用是其生命活動獲取能量的主要來源，對其采后生理及品質變化均具有重要調控作用[22]，其強弱能間接反映果實的衰老進程。Glowacz 等[13]研究發現，果蔬的呼吸作用隨著其組織損傷強度的增加而增強。從圖1 可以看出，各個處理組在第10 天時出現了呼吸低谷，然后開始呈現上升趨勢，其中，T1 和T2 處理組差異不顯著，但均顯著低于CK 和T3 處理組（P＜0.05）。隨著貯藏時間的延長，T2 處理組顯著低于其他3 組（P＜0.05），而T3 處理組則顯著高于其他3 組（P＜0.05），這說明合適濃度的臭氧處理可以抑制香椿的呼吸強度，但是臭氧處理濃度過高反而會促進香椿的呼吸作用，表明濃度為12.84 mg/m3的臭氧氣體對香椿造成了損傷。

圖1 不同濃度臭氧處理對香椿呼吸強度的影響Fig.1 Effects of different concentrations of ozone on respiratory intensity of Toona sinensis

2.2 不同濃度臭氧處理對香椿可溶性蛋白含量的影響

果蔬中的可溶性蛋白不但參與調控其生理生化的代謝過程，并且與果蔬的衰老變質密切相關[23]。從圖2 可以看出，貯藏期間，4 個處理組香椿的可溶性蛋白含量呈下降趨勢，但T1 和T2 處理組下降的趨勢比CK 和T3 處理組緩慢，第20 天后，T1 和T2 處理組的可溶性蛋白含量顯著高于CK 和T3 處理組（P＜0.05）。第20 天時，T2 處理組顯著高于T1 處理組（P＜0.05），但在第30 天時兩組差異不顯著。李志巡等[24]的研究也表明，香椿可溶性蛋白含量隨貯藏時間的延長而降低。此外，適宜濃度的臭氧處理可以延緩香椿可溶性蛋白含量的降低，但高濃度臭氧處理會導致香椿可溶性蛋白含量的快速減少。

圖2 不同濃度臭氧處理對香椿可溶性蛋白含量的影響Fig.2 Effects of different concentrations of ozone on the content of soluble protein in Toona sinensis

2.3 不同濃度臭氧處理對香椿VC 含量的影響

VC 是評價果蔬貯藏品質的一個重要營養指標，也是十分重要的抗氧化物質，可與臭氧及其他活性氧發生反應，防止對果蔬造成損傷[25]。如圖3 所示，貯藏期間香椿VC 含量呈現先上升后下降的趨勢。貯藏到第10 天時，香椿VC 含量達到峰值，其中，臭氧處理組均顯著低于對照組（P＜0.05），而且隨著臭氧處理濃度的增加，香椿VC 含量降低。隨著貯藏時間的延長，低濃度臭氧處理的香椿VC 含量與對照組的差距進一步縮小，貯藏至第30 天時差異不顯著。

圖3 不同濃度臭氧處理對香椿VC 含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of ozone on VC content of Toona sinensis

2.4 不同濃度臭氧處理對香椿谷胱甘肽含量的影響

從圖4 可以看出，貯藏期間香椿谷胱甘肽含量的變化趨勢與VC 含量變化趨勢類似，也是先上升再下降。貯藏到第10 天時，香椿谷胱甘肽含量達到峰值，其中，T1 和T2 處理組顯著高于對照組和T3 處理組（P＜0.05），過高濃度的臭氧處理會降低香椿谷胱甘肽的含量。該研究結果與Zhang 等[10]采用適當濃度臭氧處理草莓可促進其谷胱甘肽含量增加的結果類似。谷胱甘肽含量的高低直接影響了香椿抗氧化性的高低，因此，適宜濃度的臭氧處理可增強香椿的抗氧化能力。

圖4 不同濃度臭氧處理對香椿谷胱甘肽含量的影響Fig.4 Effects of different concentrations of ozone on glutathione content of Toona sinensis

2.5 不同濃度臭氧處理對香椿總酚含量的影響酚類物質作為植物體內一種極為重要的次生代

謝產物，其累積水平受紫外線輻照、高光、創傷、營養不良、病原體侵襲等生物和非生物脅迫誘導的影響[26]。從圖5 可以看出，T1 和T2 處理組香椿總酚含量在貯藏初期升高，而CK 和T3 處理組則降低，第10 天時T1 與T2 處理組差異不顯著，但均顯著高于CK 和T3處理組（P＜0.05）。隨著貯藏時間的延長，4 個處理組的總酚含量均呈下降趨勢。T1 和T2 處理組含有較高的多酚可能是因為適宜濃度的臭氧處理可以延緩其衰老，從而降低了多酚在抗衰老過程中的消耗，但高濃度臭氧處理導致的香椿損傷則加快了多酚物質的消耗。

圖5 不同濃度臭氧處理對香椿總酚含量的影響Fig.5 Effects of different concentrations of ozone on total phenols content of Toona sinensis

2.6 不同濃度臭氧處理對香椿總黃酮含量的影響

黃酮類化合物是一類次生代謝產物，在植物中含量豐富，對自由基有很強的清除作用[27]。由圖6 可知，香椿總黃酮含量在不同貯藏條件下總體呈下降趨勢，其中，在第10 天時，T1 和T2 處理組顯著高于T3處理組（P＜0.05）。貯藏至30 d 時，4 組間差異不顯著。

2.7 不同濃度臭氧處理對香椿花青素含量的影響

花青素含量的變化是評判香椿貯藏效果的重要指標，也是其抗氧化體系的重要指標[13]。由圖7 可以看出，香椿花青素含量在貯藏初期（0~10 d）基本保持穩定，但臭氧處理組顯著高于對照組（P＜0.05）。隨著貯藏時間的延長，香椿花青素含量出現斷崖式下降，在30 d 時，T2 與T1 處理組香椿花青素含量差異不顯著，但均顯著高于CK 和T3 處理組（P＜0.05）。這可能是由于當臭氧濃度超過植物承受范圍時，花青素與臭氧直接作用而發生氧化裂解。而適宜濃度的臭氧處理（如T2 處理）可以提升香椿花青素的合成，該結果與Chen 等[27]的研究結果類似。

圖7 不同濃度臭氧處理對香椿花青素含量的影響Fig.7 Effects of different concentrations of ozone on anthocyanin content of Toona sinensis

2.8 不同濃度臭氧處理對香椿總抗氧化能力的影響

果蔬總抗氧化能力包括多種干擾自由基傳播的物質，如VC、花青素、谷胱甘肽和多酚類等物質，它們共同組成的抗氧化活性物質都是活性氧的清除劑，保護細胞結構和生物大分子免受氧化損傷[13]。由圖8 可知，整個貯藏過程中，T3 處理組香椿總抗氧化能力損失最大，顯著低于T1 和T2 處理組（P＜0.05）。盡管臭氧具有強烈的氧化活性，但T1 和T2 處理組的香椿總抗氧化能力在第10 天與CK 處理組差異不顯著，這可能是因為適宜濃度的臭氧處理引起的氧化應激在香椿中誘導了一些防御機制[25]。

圖8 不同濃度臭氧處理對香椿總抗氧化能力的影響Fig.8 Effects of different concentrations of ozone on total antioxidant capacity of Toona sinensis

2.9 不同濃度臭氧處理對香椿活性氧含量的影響

活性氧主要是指超氧陰離子（O2·）和過氧化氫（H2O2）等物質，它們是植物生理代謝的產物，與植物的衰老劣變密切相關。

2.9.1 不同濃度臭氧處理對香椿超氧陰離子含量的影響

O2·經一系列反應最終會生成羥自由基（·OH），與植物體內的糖類、蛋白質、核酸及脂類等發生氧化損傷[28]。從圖9 可以看出，臭氧處理組在香椿貯藏第10 天時抑制了超氧陰離子的產生，并顯著低于CK 處理組（P＜0.05），T2 處理組又顯著低于T1 和T3 處理組（P＜0.05）。隨著貯藏時間的延長，超氧陰離子的含量在不斷積累，第30 天時，T3 處理組顯著高于其他3組（P＜0.05）。當超氧陰離子的產生超過香椿的氧化防御范圍時，就會引起細胞損傷甚至死亡，從而導致其衰老腐爛。

圖9 不同濃度臭氧處理對香椿超氧陰離子含量的影響Fig.9 Effects of different concentrations of ozone on superoxide anion content of Toona sinensis

2.9.2 不同濃度臭氧處理對香椿過氧化氫含量的影響

過氧化氫是化學性質較為穩定的活性氧種類，通常在植物體內以信號分子的形式發揮作用，高濃度的過氧化氫會破壞果蔬的細胞膜，導致脂質過氧化，并引起植物的氧化應激。降低活性氧含量是延長果蔬貯藏期并保持其營養品質的最有效方法之一[10]。由圖10 可見，各試驗組香椿過氧化氫含量總體呈上升趨勢，但在貯藏初期（第10 天），T1 和T2 處理組抑制了過氧化氫的產生并顯著低于CK 和T3 處理組（P＜0.05），高濃度臭氧處理組（T3）反而會加速過氧化氫的產生。貯藏至20 d 時，T2 處理組顯著低于其他3 組（P＜0.05）。

圖10 不同濃度臭氧處理對香椿過氧化氫含量的影響Fig.10 Effects of different concentrations of ozone on hydrogen peroxide content of Toona sinensis

3 結論

通過研究不同濃度臭氧處理對香椿貯藏過程中呼吸強度、非酶促抗氧化體系（可溶性蛋白、VC、谷胱甘肽、總酚、總黃酮和花青素的含量，以及總抗氧化能力）和活性氧含量（超氧陰離子和過氧化氫）的變化，結果表明，隨貯藏時間延長，香椿呼吸強度、超氧陰離子和過氧化氫含量呈現出逐步上升的趨勢，但非酶促抗氧化體系呈現逐步下降的趨勢。臭氧濃度過高（12.84 mg/m3）時，將會導致香椿損傷，加速其衰老褐變。采用濃度為8.56 mg/m3的臭氧處理后，香椿的各項指標更優。