短波紫外线处理对贮藏期鲜切马铃薯的护色作用

王梦茹，张芳，贾玉，陈丽莎，崔娜，额日赫木

（山西师范大学食品科学学院，山西临汾041000）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上四大粮食作物之一，它富含碳水化合物、蛋白质、矿物质、维生素等多种营养物质。2015 年，我国马铃薯种植面积和生产量均已跃居世界第一，马铃薯产业拥有巨大的发展空间和市场前景[1-3]。然而马铃薯在贮藏、运输及加工过程中，由于受损而极易发生酶促褐变，从而导致马铃薯产品感官品质下降、营养价值降低及货架期缩短，严重制约了马铃薯产业发展[4-6]。马铃薯酶促褐变的产生与异常的贮藏环境（受冻或受热）和贮藏、加工过程中的机械性损伤密切相关，一旦细胞破损，其酚类物质在有氧条件下被多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）氧化成醌，醌再进一步发生聚合反应形成黑色素沉淀，从而降低马铃薯感官品质和营养价值[7-8]。

近年来，非热物理技术在鲜切果蔬保鲜方面得到了较好的推广应用。它不仅可以有效降低（或灭活）氧化酶活性，还可以降低由热处理对鲜切果蔬感官品质和营养品质造成的不利影响。短波紫外线（ultraviolet-C，UV-C）被认为是代替传统热力杀菌，减少褐变的一种果蔬护色保鲜方法，得到了国内外学者和相关从业者的广泛关注[9-13]。UV-C 是波长在100 nm～280 nm 的紫外线，它不但能抑制病原菌的侵染，还可以防止细胞膜的破损和延缓果蔬采后或加工过程中的褐变[14]。李波等[15]研究了UV-C 处理对鸡腿菇的护色作用，结果表明，UV-C 辐照8 min 时，显著抑制了其PPO 活性。刘然然等[16]研究了UV-C 处理对“玫瑰香”葡萄贮藏品质的影响。结果表明，UV-C 在辐照强度为1.0×102μW/cm2下处理20 min，能有效降低贮藏期葡萄的腐烂率和褐变程度。解新方等[17]研究了UV-C 处理对鲜切莲藕的护色作用，结果表明，与对照组相比，UV-C处理组在贮藏前期其PPO 活性显著下降，延缓了鲜切莲藕的酶促褐变。 由此可见，UV-C 可以通过抑制PPO 活性而延缓鲜切果蔬酶促褐变的发生，继而延长其货架期。然而，目前UV-C 在鲜切马铃薯护色保鲜中的应用鲜有报道，特别是对酶促褐变的生理机制还缺乏系统性的研究。

本研究拟采用UV-C 处理鲜切马铃薯，考察其在0～12 d 贮藏期内褐变指数（browning index，BI）、PPO 活性、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyase，PAL）活性、总酚含量、丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量等生理生化指标的变化，系统分析UV-C 对贮藏期鲜切马铃薯的护色效果，以期为鲜切马铃薯贮藏保鲜提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯（中薯3 号）：山西临汾尧丰市场；邻苯二酚（分析纯）：上海泰坦科技股份有限公司；L-苯丙氨酸、福林酚（分析纯）：上海源叶有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVPP）：天津市科密欧有限公司；硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）（分析纯）、三氯乙酸（trichloroacetic acid solution，TCA）（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；β-巯基乙醇、愈创木酚、水杨酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、碳酸钠、无水乙醇：天津市光复科技发展有限公司。以上化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

NR110 型精密色差仪：深圳市三恩时科技有限公司；TDL-16M 台式高速冷冻离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；752 型紫外可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司；SL-518 型切片机：佛山市炊之王炊具有限公司；CBIO-UV8C 紫外诱变/反应箱：北京赛百奥科技有限公司；HH-4 数显恒温水浴锅：江苏荣华仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 UV-C 预处理

马铃薯经清洗、去皮、切片（厚度为3 mm）后，将6片鲜切样品（约30 g）置于UV-C 装置内（紫外诱变箱，见图1）。将辐照高度固定在15 cm，在输出功率为15 W 下辐照处理6 min。将UV-C 鲜切样品（试验组）和未处理鲜切样品（对照组）放入托盘中并用聚乙烯保鲜膜包好，置于4 ℃冷库中贮藏12 d，每隔3 d 随机取样测定其各项生理生化指标。

图1 UV-C 处理装置Fig.1 UV-C treatment device

1.3.2 BI 值的测定

用色差仪测定L*、a*、b*值，其中L*值代表明亮值，a*值代表的是红绿值，b*值代表的是颜色的黄蓝值，BI 值根据解新方等[17]的研究方法进行计算。

1.3.3 相关酶活性的检测

PPO 活性的检测是参照程丽林等[18]的方法，并稍作改动。取5 g 鲜切马铃薯，加入20 mL 0.1 mol/L 的磷酸缓冲液，经冰浴研磨、过滤、离心（12 000 r/min，4 ℃，15 min），取上清液（粗酶液）备用。依次量取1.8 mL 的磷酸盐缓冲溶液和1 mL 0.02 mol/L 的邻苯二酚溶液，再加入0.2 mL 粗酶液摇匀，并在410 nm 处测定其吸光值。每15 s 记录1 次数据，共记录3 min。以单位酶液每分钟吸光度值每增加0.01 为一个活力单位（U/g）。

POD 活性检测是参照TEREFE 等[19]的方法，并稍作改动。粗酶液的提取方法同上。依次量取1 mL 的磷酸盐缓冲溶液和1 mL 0.02 mol/L 的愈创木酚溶液、2 mL 0.02 mol/L 的过氧化氢溶液，再加入1 mL 粗酶液摇匀，在470 nm 处测定其吸光值。每15 s 记录1 次数据，共记录3 min。以单位酶液每分钟吸光度值每增加0.01为一个活力单位（U/g）。

PAL 活性的检测是参照LIU 等[20]的方法，并稍作修改。取5 g 鲜切马铃薯，加入10 mL 的硼酸缓冲液，经冰浴研磨、过滤、离心（10 000 r/min，4 ℃，30 min），上清液即为粗酶液。依次量取3 mL 硼酸缓冲液、0.5 mL L-苯丙氨酸（0.02 mol/L），再加入0.5 mL 粗酶液摇匀，在290 nm 处测定其吸光值。将反应液在40 ℃水浴1 h，冷却后于290 nm 处再次测定其吸光值。以1 h 内A290增加0.01 为PAL 的一个活力単位（U/g）。

1.3.4 总酚含量的测定

总酚含量的测定参照LIU 等[20]的方法，略有改动。取5 g 鲜切马铃薯，加入15 mL 60%乙醇，经冰浴研磨、过滤、离心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），上清液即为粗酶液。依次量取0.2 mL 粗酶液，1 mL 0.25 mol/L 的福林酚，摇匀静置3 min，再加入1 mL Na2CO3溶液，避光1 h，在765 nm 处测定其吸光值。以mg/100 g 表示总酚含量。

1.3.5 MDA 含量的测定

MDA 含量的测定是参照LIU 等[20]的方法，略有改动。取5 g 鲜切马铃薯，加入10 mL TCA，冰浴研磨，过滤，离心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），上清液即为粗酶液。反应液中含3 mL TBA，3 mL 粗酶液，沸水中反应15 min，冷却后再次离心（10 000 r/min，4 ℃，15 min），在450、532、600 nm 处测定吸光值。

1.3.6 数据处理与统计分析

利用IBM SPSS Statistics 20.0 软件对试验数据进行统计学处理，试验结果以平均值±标准偏差表示。采用Duncan 多重比较分析法进行差异显著性分析，以p ＜0.05 为差异显著。采用Origin 2018 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 UV-C 处理对鲜切马铃薯BI 值的影响

UV-C 处理对鲜切马铃薯BI 值的影响见图2。

图2 UV-C 处理对鲜切马铃薯BI 值的影响Fig.2 Effect of UV-C treatment on BI value of fresh-cut potato during storage

BI 值是衡量鲜切马铃薯褐变程度的重要指标之一，由图2 可知，在贮藏期间，试验组和对照组鲜切马铃薯的BI 值均呈上升趋势，但试验组BI 值在贮藏3 d～9 d 内显著低于对照组（p ＜0.05），表明UV-C 处理在此期间能够延缓鲜切马铃薯褐变。当贮藏时间延长至12 d，试验组BI 值大幅上升，与对照组比较并无显著差异（p ＞0.05）。总体来看，在贮藏3 d～9 d，UV-C 处理对鲜切马铃薯抗褐变效果比较明显，在此期间UV-C延缓了鲜切马铃薯的褐变。

2.2 UV-C 处理对鲜切马铃薯PPO 活性的影响

PPO 是引起鲜切马铃薯组织褐变的关键酶之一。UV-C 处理对鲜切马铃薯PPO 活性的影响如图3 所示。

图3 UV-C 处理对鲜切马铃薯PPO 活性的影响Fig.3 Effect of UV-C treatment on PPO activity of fresh-cut potato during storage

由图3 可知，在0～12 d 贮藏期内，试验组和对照组鲜切马铃薯PPO 活性均有先上升后下降的趋势，3 d～12 d 试验组PPO 活性显著低于对照组（p ＜0.05）。在整个贮藏期间，鲜切马铃薯PPO 活性总体的变化趋势与刘然然等[16]的研究相似。在贮藏第6 天时，对照组和试验组PPO 活性分别达到最高值（91.00 U/g和78.23 U/g），随后试验组PPO 活性呈大幅下降趋势，与对照组比较差异明显（p ＜0.05），说明在贮藏后期，UV-C 对PPO 活性的抑制作用明显优于贮藏前期（0～6 d）。相关研究表明，酶活性的变化主要取决于酶天然结构（高级结构）的变化，紫外线处理可以促进PPO 氨基酸的吸收残基直接光氧化形成自由基，同时可修饰酶的天然结构[21]，使其原有活性产生变化。因此，这可能是导致试验组鲜切马铃薯PPO 活性在贮藏期内下降的原因。总之，UV-C 处理可以延缓鲜切马铃薯PPO活性的上升，继而起到延缓褐变的作用。

2.3 UV-C 处理对鲜切马铃薯POD 活性的影响

UV-C 处理对鲜切马铃薯POD 活性的影响见图4。

图4 UV-C 处理对鲜切马铃薯POD 活性的影响Fig.4 Effect of UV-C treatment on POD activity of fresh-cut potato during storage

POD 是果蔬酶促褐变过程中另一种重要的氧化酶，它可以催化H2O2形成O2与酚类化合物发生氧化作用，进而引发酶促褐变[22]。如图4 所示，在0～6 d 贮藏期内，对照组和试验组鲜切马铃薯POD 活性均呈大幅上升趋势。在贮藏第12 天，试验组和对照组POD 活性达到最大值，分别为60.74 U/g 和54.06 U/g，但试验组POD 活性始终低于对照组。牛丽芳等[23]的研究表明，在整个贮藏期内，对照组和试验组（UV-C 处理）鲜切荸荠POD 活性均呈大幅上升趋势，且试验组POD活性显著低于对照组（p ＜0.05）。如前所述，UV-C 处理可能对POD 分子高级结构产生了一定的影响，从而延缓了酶促褐变的发生。

2.4 UV-C 处理对鲜切马铃薯PAL 活性的影响

UV-C 处理对鲜切马铃薯PAL 活性的影响见图5。

在0 ～12 d 贮藏期间，对照组与试验组PAL 活性均呈先上升后下降趋势。在贮藏第6 天时，对照组与试验组PAL 活性均达到最大值，即0.52 U/g 和0.75 U/g。由于切割损伤诱导氧化应激作用，促使PAL 活性上升，进而保护细胞免受氧化损伤[24-25]。在本研究中，试验组PAL 活性始终高于对照组（p ＜0.05），证明UV-C处理能显著提高鲜切马铃薯PAL 活性，继而降低细胞受损程度。

图5 UV-C 处理对鲜切马铃薯PAL 活性的影响Fig.5 Effect of UV-C treatment on PAL activity of fresh-cut potato during storage

2.5 UV-C 处理对鲜切马铃薯总酚含量的影响

UV-C 处理对鲜切马铃薯总酚含量的影响见图6。

图6 UV-C 处理对鲜切马铃薯总酚含量的影响Fig.6 Effect of UV-C on total phenol content of fresh-cut potato during storage

酚类化合物是果蔬中重要的抗氧化物质之一，但同时也是果蔬酶促褐变的关键底物[26-28]。如图6 所示，在0～12 d 贮藏期内，试验组与对照组的总酚含量都呈先上升后下降趋势。在贮藏第3 天，对照组总酚含量达到最大值（58.81 mg/100 g FW），随后大幅下降。然而，试验组总酚含量在第6 天达到最高值（56.58mg/100gFW），随后大幅下降，这可能与试验组PAL 活性升高有关。在6 d～9 d 内，试验组鲜切马铃薯总酚含量显著高于对照组（p ＜0.05），但在贮藏第12 天，试验组和对照组的总酚含量没有显著差异（p ＞0.05）。

2.6 UV-C 处理对鲜切马铃薯MDA 含量的影响

UV-C 处理对鲜切马铃薯MDA 含量的影响见图7。

图7 UV-C 处理对鲜切马铃薯MDA 含量的影响Fig.7 Effect of UV-C on MDA content of fresh-cut potato during storage

MDA 是植物细胞膜的膜脂过氧化产物，它可使膜中的酶蛋白发生交联、聚合反应，引起细胞膜的损伤和破坏，从而加速酶促褐变反应[29]。如图7 所示，在0～12 d 贮藏期内，试验组和对照组鲜切马铃薯MDA 含量均呈先上升后下降趋势。但3 d～12 d 的贮藏期内，试验组鲜切马铃薯MDA 含量显著低于对照组（p ＜0.05）。周琪等[11]利用UV-C 对鲜切苹果进行辐照处理，结果表明，整个贮藏期内试验组（UV-C）鲜切苹果的MDA 含量均显著低于对照组（p ＜0.05）。由此可见，通过UV-C 处理可以降低鲜切马铃薯膜脂过氧化程度，减少细胞膜的损伤，进而延缓酶促褐变的发生。

3 结论

酶促褐变是影响鲜切马铃薯贮藏品质的重要因素之一，在完整的果实中，PPO 与酚类物质呈区域化分布，避免了底物与酶的相互接触，从而不会发生酶促褐变。然而，马铃薯在加工和贮藏过程中受损，促使原本区域化的底物与酶接触，形成褐色物质而发生褐变[30]。在本研究中，试验组鲜切马铃薯在贮藏期内其BI值、PPO 活性、POD 活性均低于对照组，说明UV-C 是通过抑制氧化酶活性而起到延缓酶促褐变的作用。在整个贮藏期内，试验组鲜切马铃薯PAL 活性显著高于对照组（p ＜0.05），这可能促进了酚类化合物的合成与积累，继而促使贮藏后期（6 d～9 d）试验组总酚含量显著高于对照组（p ＜0.05）。试验组MDA 含量在整个贮藏期内始终低于对照组，说明UV-C 处理降低了鲜切马铃薯的膜脂过氧化程度，避免了细胞膜过多的损伤，进而延缓酶促褐变的发生。综上所述，在0～12 d 贮藏期内，通过UV-C 处理后，鲜切马铃薯的氧化酶活性均得到了较好的抑制，延缓了酶促褐变的发生，有效提高了鲜切马铃薯的贮藏品质。