UV-C处理对甘薯贮藏品质的影响

陈曦 邓吉良 陈日东 周其良 朱国鹏 祝志欣

摘  要  以海南桥头产区的“高系14”甘薯为材料，分别进行10、20、30 min的UV-C照射处理，统计甘薯贮藏60 d内的腐烂率、失重率和发芽率，并同时记录5种生理指标的变化，以探讨UV-C处理对甘薯贮藏品质的影响。结果表明：UV-C处理显著降低了甘薯贮藏期间的腐烂率，但同时促进了发芽，而对失重率无显著影响。生理指标方面，30 min的UV-C照射提高了可溶性蛋白的积累，减少可溶性固形物的损耗，并促进了POD、SOD和CAT的总体酶活性。综合来说，UV-C处理若要应用于甘薯贮藏保鲜，还需辅助使用其他的抑芽手段。

关键词  UV-C;甘薯;贮藏;品质

中图分类号  S531      文献标识码  A

甘薯[Ipomoea batatas （L.） Lam.]是我国重要的粮食及工业原料作物[1]。作为食物，新鲜的甘薯块根口感独特、营养丰富，具有抗氧化、防癌等多种保健功能，受到广大消费者青睐[2]。但甘薯组织含水量高、皮薄肉嫩，采收时容易损伤，采收后也不进入休眠，贮藏期间易发生腐烂、发芽和失重等问题，导致甘薯大量损耗、品质明显降低，严重阻碍了鲜薯产业的发展[3-5]。有效的甘薯贮藏保鲜手段是解决以上问题的关键。

UV-C是波长在200～280 nm的短波紫外，可杀灭植物表面病原菌，提高植物自身的抗逆性，在果蔬采后保鲜上具有无残留、安全、高效等优点[6]。蒋紫洮等[7]用UV-C处理龙眼，减少了龙眼果实的失重率，延缓了龙眼的成熟软化和可溶性固形物的降解。郑杨等[8]用1.7 kJ/m2的UV-C处理韭菜，减少了韭菜蛋白质、总酚等营养物质的流失，并显著降低了韭菜的黄变率和腐烂率。UV-C处理对果蔬保鲜的积极效果也在草莓[9]、菠萝[10]、苹果[11]、花椰菜[12]、香菇[13]等众多物种中被报道。

木薯、马铃薯和甘薯是全球三大薯类，UV-C对木薯和马铃薯的保鲜效果已被报道[14-16]，但对甘薯贮藏的影响还不明确。Rocha等[14]首次发现对马铃薯采后使用UV-C和荧光灯照射，有利于软腐病的防治，而不影响其发芽。余斌等[15]也发现适当剂量UV-C处理能有效减少马铃薯干腐病。王中元等[16]发现UV-C处理能延缓木薯的成熟和衰老，提高抗病能力，改善外观品质。

本研究以海南桥头产区的“高系14”甘薯为材料，分别进行10、20、30 min的UV-C照射，统计甘薯贮藏60 d内的腐烂率、失重率和发芽率，并同时定期取样，测定5种生理指标，包括可溶性蛋白和可溶性固形物（TSS）的含量，以及过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性。以期通过对甘薯贮藏期的外观和生理指标的综合评价，探讨UV-C处理对甘薯贮藏品质的影响，为安全有效的甘薯贮藏保鲜技术提供新的思路和理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料  研究材料为海南桥头产区的“高系14”甘薯。样品采后立即运回实验室，挑选无病虫害、无明显机械伤、大小均一的薯块，在阴凉通风的室内平摊放置，进行7 d的愈伤处理后备用。愈伤期间保持室温为28 ℃、相对湿度为88%。

1.1.2  试剂  磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、乙二胺四乙酸二钠、无水乙醇、30%双氧水、磷酸、L-甲硫氨酸、氮蓝四唑（NBT，上海麦克林生物有限公司）、核黄素（美国Amresco公司）、愈创木酚（索莱宝公司）、考马斯亮蓝（索莱宝公司）和牛血清蛋白（索莱宝公司）等。所有试剂均为分析纯。

1.1.3  仪器  梅特勒-托利多PL303电子分析天平，广州沪瑞明仪器有限公司;UV-2100型紫外可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司;冷冻离心机，美国Sigma;手持折光仪，日本ATAGO;紫外杀菌灯，上海亚研电子科技有限公司。

1.2  方法

1.2.1  样品处理  UV-C处理：随机挑选40个甘薯为一组，置于紫外灯下分别照射10、20、30 min，并在照射时间达到一半时翻转薯块，以使薯块上下面均得到照射。紫外灯下30 cm处的紫外强度为0.20 mW/cm2，3种处理对应的UV-C辐射剂量分别为1.2、2.4、3.6 kJ/m2。以未照射的薯块为对照（CK），每个处理设3组重复。

处理后的薯块用记号笔在薯皮上标记，并按组收集于塑料筐中，放置于室内桌面，定期观察取样。实验期间，室内温度为22 ℃左右（最低15 ℃，最高30 ℃），空气相对湿度为90%左右（最低58%，最高99%），光照为室内自然光（白天光强度为10～200 lx）。期间每隔10 d统计各组的腐烂率、发芽率和失重率，并取出腐烂的甘薯置于筐外稍远处。对于生理生化指标，每20 d从各筐中挑选一个没有发芽或腐烂的甘薯，去皮后迅速切成细丁，装于密封袋中置?80 ℃冰箱存放。取样结束后，统一测定所有样品的生理生化指标，测量时每个样品设置3次技术重复。

2  结果与分析

2.1  UV-C处理对甘薯表观指标的影响

2.1.1  UV-C处理对甘薯腐烂率的影响  由图1可知，UV-C处理显著抑制了甘薯的腐烂。对照组（CK）从第10天即出现腐烂，随着贮藏时间的延长，腐烂率呈现阶梯型上升趋势，第60天时腐烂率達12.5%。而紫外照射10、20 min的处理组，在第50天后开始腐烂，第60天的腐烂率分别为5.0%和2.5%。紫外照射30 min组，在实验期间并未观测到腐烂情况。可见，UV-C照射时间越长，防腐效果越好。

2.1.2  UV-C处理对甘薯失重率的影响  甘薯贮

图1  不同时长UV-C处理的甘薯腐烂率

Fig. 1  The decay rate of sweet potatoes after UV-C

treatment for different irradiation time

藏过程中，块根易失水，薯皮萎蔫皱缩，造成品质下降。失重率是反映甘薯贮藏品质的重要因素。由图2可知，随着贮藏时间的延长，各组薯块失重率均逐渐上升，失重率与时间成线性正相关。失重的速率上，CK、20、30 min组的速度基本一致，第60天时失重率均达到10.50%左右。而紫外照射10 min组的失重率略高于其它组，在第60天时，达到12.24%左右（图2）。总的来说，UV-C处理20～30 min对甘薯失重率没有显著影响。

图2 不同时长UV-C处理的甘薯失重率

Fig. 2  The weight loss rate of sweet potatoes after UV-C treatment for different irradiation time

2.1.3  UV-C处理对甘薯发芽的影响  甘薯发芽虽然无毒，但会消耗薯块的营养，使甘薯商品性下降。由发芽指数（表1）和发芽率（图3）的数据统计可知，对照组和实验组在第10天均观察到芽点，第30天以后发芽率呈指数型上升。甘薯发芽率与UV-C照射时间呈显著的正相关，处理组的发芽率始终高于对照组。第60天时，CK组和3个紫外处理组的发芽率分别达到67.5%（CK）、65.0%（10 min）、70.0%（20 min）和82.5%（30 min）。但CK组在第50天后由于单个薯块上芽点偏多，发芽指数反而高于UV-C处理组。以上结果表明紫外照射能促进甘薯发芽。

2.2  UV-C处理对甘薯品质指标的影响

2.2.1  UV-C处理对甘薯可溶性蛋白含量的影响  可溶性蛋白作为重要的渗透调节物质和营养物质，对提高细胞的保水能力，保护生物膜有重要作用[19]。由图4可知，对照组与紫外处理组甘薯的可溶性蛋白含量在贮藏过程中呈轻微的上升趋势。第60天，紫外处理组的数据平均值均稍高于对照组。整个贮藏期内，紫外照射30 min处理组甘薯的可溶性蛋白含量始终高于对照组。推测紫外照射能小幅促进可溶性蛋白的积累。

2.2.2  UV-C处理对甘薯TSS含量的影响  甘薯在收获后生理活动依然活跃，呼吸代谢较为旺盛[20]。TSS是水果和蔬菜甜味的主要来源，能作为呼吸代谢的底物，并可保护生物膜[21]。由图5可知，TSS含量总体呈现先上升后下降的趋势，在第20 d达到最大值。在40～60 d时，经紫外照射后的甘薯TSS含量均高于对照组。推测紫外处理能够减少甘薯在贮藏期间中的TSS的消耗，降低代谢速率，延缓甘薯衰老。

2.3  UV-C处理对甘薯抗氧化酶POD、SOD、CAT活性的影响

植物抗氧化酶系，如POD、SOD和CAT具有抗氧化活性，能清除各种胁迫造成的活性氧、抑制膜脂过氧化，在维持细胞膜正常代谢、延缓衰老等方面起到重要作用[22]。

由图6可知，所有处理组甘薯的POD酶活性在整个贮藏过程中都显著高于第0天。整体来看，对照组与紫外处理10 min组甘薯的POD酶活性呈缓慢上升趋势，而20、30 min處理组则呈先升高后降低的趋势。对比不同处理组，可发现UV-C照射20、30 min能在前期显著提高POD酶活水平，但贮藏后期POD的酶活水平反而下降。

由图7可知，相比于第0 d，贮藏期间内所有处理组甘薯的SOD酶活性均显著降低。20 min处理组甘薯的SOD酶活性均略高于其他组。可见，紫外照射甘薯20 min对SOD酶活性具有一定的促进作用。

由图8可见，随着贮藏时间的延长，所有处理组甘薯的CAT酶活性均呈先上升后降低的变化趋势。在第20 d时，各组的CAT酶活性达到峰值，尤其是CK组和30 min处理组。随后各组甘薯的CAT酶活性均呈下降趋势，尤其是CK组下降趋势最为明显。

3  讨论

目前UV-C在龙眼[9]、草莓[11]、马铃薯[15]、木薯[16]等多种植物的保鲜应用上已取得初步成效，能够起到延缓果蔬采后衰老的作用。从本研究中甘薯的表观指标来看，甘薯贮藏期间腐烂率呈现阶梯型递增曲线，失重率呈线性直线，而发芽率则呈现指数型增长模式，以上不同的曲线趋势反映了甘薯的生理特点。UV-C处理对甘薯具有显著的防腐效果，并与紫外处理时间呈正比，这与UV-C的杀灭病菌的能力相符合。失重率上，仅UV-C 10 min处理组的数据稍微偏高，其余组与对照基本一致。李玉娟等[23]利用UV-C处理显著降低了苹果的失重率;Perkins-Veazie等[24]发现短波紫外并不影响蓝莓的失重率，其原因可能在于不同作物采后的呼吸作用及表皮对紫外的敏感程度不同。在发芽方面，紫外处理显著促进了甘薯的发芽，并与紫外处理时间成正相关。这与姜智超[25]与张晓晶等[26]分别在玉米和冬小麦种子中的研究结果一致。

对于可溶性蛋白和TSS这2个品质指标，本研究测定的数据变化幅度不大，可能是每次取样都选取的未发芽且未腐烂的甘薯所致。但从数据显著性上，发现UV-C照射能小幅提高甘薯可溶性蛋白的含量，这与UV-C对芒果[27]可溶性蛋白含量的影响不同，但与杜正花[28]利用UV-C照射橄榄果实的研究结果相似，可能是由于植物在紫外胁迫下自身抗逆相关蛋白含量提高所致[29]。李玉娟等[23]发现苹果在UV-C照射下TSS呈先上升后下降的变化趋势，处理组TSS含量始终高于对照组，与本研究结果趋势一致。总体来说，紫外处理能提高甘薯可溶性蛋白含量，延缓TSS降解，延长保鲜期。

活性氧的积累是果蔬在贮藏期衰老的重要原因，植物中POD、SOD、CAT等保护酶可清除体内活性氧，达到延缓衰老的目的。联合本研究POD、SOD和CAT的酶活测定结果，在甘薯贮藏前期，其POD和CAT的活性显著升高，SOD的活性反而降低;在贮藏后期，POD和CAT的活性下降，而SOD的活性开始上升。以上现象反映了甘薯贮藏期间的抗氧化功能伴随着3个酶的此消彼长，而紫外总体上有助于提高这3个酶的总体活性这与李玉娟[23]、王焕宇[30]等人利用UV-C照射苹果和草莓中的研究结果相似。

综上所述，紫外处理显著降低了甘薯贮藏期间的腐烂率，但同时促进了发芽，而对失重率无显著影响。其中30 min的UV-C处理对腐烂率和发芽率的影响最为显著。生理指标方面，紫外照射有助于可溶性蛋白的积累，减少甘薯在贮藏期间TSS的消耗，能提高甘薯CAT、SOD和POD的总体酶活水平，延缓甘薯衰老。

从本研究结果来看，紫外处理若要应用于甘薯贮藏保鲜，还需要辅助使用其他的抑芽手段。

参考文献

马代夫， 李  强， 曹清河， 等. 中国甘薯产业及产业技术的发展与展望[J]. 江苏农业学报， 2012， 28（5）： 969-973.

Bovell-Benjamin A C. Sweet Potato： A Review of its Past， Present， and Future Role in Human Nutrition[J]. Advances in Food and Nutrition Research， 2007， 52（6）： 1-59.

柳洪鹃， 史春余， 张海峰， 等. 甘薯贮藏过程中营养品质变化及生理机制研究进展[J]. 山东农业大学学报（自然科学版）， 2012， 43（1）： 159-162.

王  钊， 刘明慧， 樊晓中， 等. 甘薯收获与安全贮藏[J]. 中国种业， 2008（5）： 72-73.

Cheema M U A. Dormancy and Sprout Control in Root and Tuber Crops[D]. London： University of Greenwich， 2010.

Shama G. Process challenges in applying low doses of ultraviolet light to fresh produce for eliciting beneficial hormetic responses[J]. Postharvest Biology & Technology， 2007， 44（1）： 1-8.

蒋紫洮， 袁孟玲， 钟曼茜， 等. 紫外照射处理对龙眼果实常温下保鲜效果的研究[J]. 食品科技， 2016， 41（1）： 22-26.

郑  杨， 曹  敏， 申  琳， 等. 短波紫外照射对韭菜采后贮藏品质及活性氧代谢相关酶的影响[J]. 食品科学， 2011， 32（20）： 307-311.

Shin Y J， Song H Y， Song K B. Effect of a combined treatment of rice bran protein film packaging with aqueous chlorine dioxide washing and ultraviolet-C irradiation on the postharvest quality of ‘Goha strawberries[J]. Journal of Food Engineering， 2012， 113（3）： 374-379.

Sari L K， Setha S， Naradisorn M. Effect of UV-C irradiation on postharvest quality of ‘Phulae pineapple[J]. Scientia Horticulturae， 2016， 213： 314-320.

Wilson C L， Upchurch B， Ghaouth A M， et al. Using an online UV-C apparat-us to treat harvested fruit for controlling postharvest decay[J]. Hort Technology， 1997， 7（3）： 278-282.

Lorenza C， Ariel R V I， Pedro M C， et al. UV-C treatment delays postharvest senescence in broccoli florets[J]. Postharvest Biology and Technology， 2006， 39： 204-210.

姜天甲， 陸仙英， 蒋振晖等. 短波紫外线处理对香菇采后品质的影响[J]. 农业机械学报， 2010， 41（2）： 108-112.

Rocha A B O， Honório S L， Messias C L， et al. Effect of UV-C radiation and fluorescent light to control postharvest soft rot in potato seed tubers[J]. Scientia Horticulturae， 2015， 181： 174-181.

余  斌， 南运有， 孔娜娜， 等. 采后UV-C辐照对马铃薯干腐病的抑制效应及相关酶活性的影响[J]. 核农学报， 2017， 31（9）： 1730-1736.

王中元， 王  展， 李  雯， 等. 短波紫外处理对木薯保鲜效果及生理指标的影响[J]. 食品科学， 2016， 37（2）： 256-260.

李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京： 高等教育出版社， 2005： 164-167.

陈建勋， 王晓峰. 植物生理学实验指导[M]. 2版. 广州： 华南理工大学出版社， 2006： 72-73.

王  娟， 李德全. 逆境条件下植物体内渗透调节物质的积累与活性氧代谢[J]. 植物学通报， 2001（4）： 459-465.

林汝湘. 甘薯收获后短期存放营养的变化[J]. 食品科学， 1990（11）： 44-46.

徐  点， 张慧鑫， 从心黎. 不同剂量的紫外照射结合热处理对龙眼保鲜效果的研究[J]. 热带农业科学， 2017， 37（10）： 61-67.

Foyer C H， Lopez-Delgado H， Dat J F， et al. Hydrogen peroxide and glutathione-associated mechanism of acclamatory stress tolerance and signaling[J]. Physiologia Plantarum， 1997， 100： 241-254.

李玉娟， 尹明安， 任小林. 采后短波紫外线处理对苹果耐贮性和品质的影响[J]. 食品科学， 2015， 36（14）： 244-249.

Perkins-Veazie P， Collins J K， Howard L. Blueberry fruit response to postharvest application of ultraviolet radiation[J]. Postharvest Biology & Technology， 2008， 47（3）： 280-285.

姜智超， 王作日， 徐  莹， 等. UV-C辐射对玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 分子植物育种， 2018， 16（10）： 1-5.

Zhang X J， Zhang S L， Lu J， et al. Influnces of UV-C irradiation on seed germination and seedling growth of winter wheat[J]. Agricultural Science & Technology， 2013， 14（1）： 49-53，75.

趙  静. UV-C照射对芒果采后果实贮藏性的影响及其代谢基础的研究[D]. 杭州： 浙江工商大学， 2013.

杜正花. 冷激与紫外（UV-C）处理对橄榄果实采后品质的影响[D]. 福州： 福建农林大学， 2015.

郑少泉， 蒋际谋， 张泽煌， 等. 套袋对枇杷果实PAL、PPO、POD活性和可溶性蛋白质含量的影响[J]. 福建农业学报， 2001（3）： 45-47.

王焕宇. UV-C处理对草莓果实保鲜的效果及其机理研究[D]. 南京： 南京农业大学， 2015.