微波处理对‘新大坪’马铃薯贮藏品质的影响

刘瑞，陶乐仁，万康

(上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海，200093)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)采后仍是具有生理活动的有机体，在储运过程中容易发生发芽、腐烂、褐变和低温糖化等问题。据调查，国内马铃薯储运损失达到15%～20%[1]。目前马铃薯贮藏保鲜可分为简易贮藏、物理和化学保鲜法。简易贮藏包括堆藏、沟藏和窖藏，然而简易贮藏马铃薯损失高达15%～30%[2]；物理方法主要包括控温、紫外辐射、伽马射线、热烫、气调包装和高压等，研究表明2～5 ℃为马铃薯最佳冷藏温度[3]，也有学者研究发现利用伽马射线辐照马铃薯有较好的抑芽效果，使用0.05 kGy的伽马射线辐照对马铃薯块茎的保存效果最佳[4-5]；化学方法主要是采用不同的化学试剂喷涂或浸泡马铃薯，常用的保鲜剂有氯苯胺灵、外源乙烯、1-甲基环丙烯、壳聚糖、生姜提取物等[6]。

近年来，微波保鲜技术在食品工业迅速发展，其产生的热效应可以对果蔬加热杀菌，产生的非热效应可以破坏生物体细胞内外环境，如蛋白质变性、破坏细胞膜和酶功能紊乱等[7-8]。微波技术用于贮藏保鲜的主要影响因素有微波功率、微波时间、样品类型和样品质量等。此外，微波处理与传统的漂烫相比，处理时间短、穿透性强、酶失活率高，并且可以最大限度减少食品营养物质流失[9]。SEVERINI等[10]对比热水、蒸气和微波烫漂对西兰花品质的影响，发现微波处理组过氧化物酶失活率高，Vc损失少。WANG等[11]研究发现微波处理对红甜椒的质量损失低于热水和热风烫漂组。为减少马铃薯贮藏过程中的品质劣变问题，本实验以“新大坪”马铃薯为实验材料，研究不同功率及时间的微波处理对马铃薯贮藏品质的影响，以寻求更加方便、安全、有效的保鲜方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料及处理

“新大坪”马铃薯，购买于甘肃木禾电子商务有限公司，大小均一，质量(150±20)g、无病虫害、无机械损伤。

愈创木酚(化学纯)、硫代巴比妥酸(生化试剂)、H2O2(优级纯)、NaH2PO4、Na2HPO4、碘、KI、抗坏血酸、三氯乙酸、邻苯二酚，国药集团化学试剂有限公司，未标明的化学试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器设备

C25 WX1型变频冰箱，松下电气开发(苏州)有限公司；WB-200IXA型全自动色差仪，北京新恒能分析仪器有限公司；UV-1200型紫外分光光度计，上海美普达仪器有限公司；WZB45型数显折光仪，上海仪电物理光学仪器有限公司；VP20002型电子天平，上海光正医疗器械有限公司；G80F23CN3L-C2K(G2)型微波炉，广东格兰仕微波生活电器制造有限公司；11063型探针温度计，美国DeltaTRAK公司。

1.3 试验方法

1.3.1 微波实际输出功率的测定

本实验所用微波炉额定输出功率为800 W，额定微波频率为2 450 MHz，可设置20%、40%、60%、80%和100%五个不同输出功率，由于微波炉的额定功率和实际加热功率存在差异，因此需要测量微波实际输出功率。按照杨凌等[12]的方法测定，经测定20%、40%、60%、80%和100%实际输出功率分别为115、220、350、445和550 W。

1.3.2 处理量及摆放位置的确定

由于实验所用微波炉容量有限，故选取500、1 000、1 500 g马铃薯块茎/次，以放射状均匀分为中心、内环和外环3层摆在微波加热瓷板上，用220 W实际输出功率处理1 min，处理完毕立即用电子温度计检测块茎中心温度，探讨处理数量及摆放位置与块茎中心温度的相关性，确定最佳摆放位置及处理数量。

1.3.3 处理功率及时间的确定

以输出功率(115、220、350、445、550 W)，处理时间(1、2、3 min)分别进行单因素试验，处理完毕立即用电子温度计检测块茎中心温度，确定本实验最佳微波处理功率及时间。

1.3.4 马铃薯处理方法

根据确定好的微波处理条件，将选购的马铃薯彻底清洗干净并晾干后随机分为6组(约1 500 g/组)，设置 115和220 W 输出功率分别处理1、2、3 min，另设对照组，记为CK组。再将7组样品放入4 ℃、85%～90%相对湿度的冰箱贮藏。

1.3.5 微波处理对过氧化物酶和多酚氧化酶的抑制率

由于多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和过氧化物酶(peroxidase，POD)是引起马铃薯发生褐变衰老的关键酶，实验中测定微波处理前后马铃薯块茎内PPO和POD的活性，探讨微波处理对马铃薯内PPO和POD活性的抑制率。

1.3.6 相关指标的测定

失重率采用称重法[13]测定，结果以%表示；可溶性固形物(total soluble solids，TSS)含量使用数显折光仪测定，结果以%表示；维生素C(vitamin C，Vc)含量采用分光光度法[14]测定，结果以mg/g表示；淀粉含量采用碘显色法[15]测定，结果以%表示；褐变指数(browning index，BI)采用全自动色差仪测定[16]；PPO活性采用消光值法[17]测定，结果以U/g表示；POD活性采用愈创木酚法[17]测定，结果以U/g表示。所有指标进行3次重复试验。

1.4 数据分析

实验数据用Excel 2013软件进行数据统计及整理，采用Origin 2019b软件作图，采用SPSS 19.0软件中最小显著性差异法对数据进行显著性分析，显著性水平为0.05。

2 结果与讨论

2.1 处理数量及摆放位置对块茎中心温度的影响

由表1可知，采用220 W功率处理1 min，处理数量对马铃薯块茎中心温度的影响较大，而摆放位置对马铃薯块茎中心温度几乎无影响，为减少微波热效应对马铃薯的损伤，以及考虑到微波处理的方便性，实验中微波处理量确定为1 500 g/组。

表1 处理量及摆放位置对块茎中心温度的影响

单位：℃

2.2 微波处理功率及时间对块茎中心温度的影响

块茎内部聚集过高的温度对于马铃薯的营养价值及贮藏特性都不利，因此马铃薯块茎中心温度≤30 ℃为宜。由图1可知，马铃薯内部温度与微波处理功率及处理时间成正比。微波处理前测得马铃薯块茎中心温度为20.1 ℃，220 W处理3 min时，马铃薯块茎中心温度≤30 ℃，而以550 W处理3 min，马铃薯块茎内部温度高达47.9 ℃。此外，高功率微波处理会造成马铃薯块茎不同部位温差较大。因此为了减少热损伤及受热不均匀的影响，最终确定处理功率为115和220 W，处理时间为1、2和3 min。

图1 微波处理功率及时间对块茎中心温度的影响Fig.1 Effect of microwave treatment power and time on tuber center temperature

2.3 微波处理对马铃薯贮藏品质的影响

2.3.1 微波处理对马铃薯失重率的影响

收获后的马铃薯仍是一个具有生理活动的有机体，贮藏期间依旧会有呼吸作用，在这个过程中会消耗自身的营养物质，因此马铃薯贮藏期间的失重率可视为其品质下降的重要因素。由图2可知，马铃薯块茎在贮藏期间失重率不断变大，其中220 W/3 min组的马铃薯失重率高于对照组，可能是这组微波产生的热效应最大，加速了马铃薯的生理活动，使马铃薯营养物质和水分流失[18]。另外，贮藏中后期其他微波处理组的失重率均小于对照组，这可能与微波抑制了马铃薯呼吸作用有关[19]。本实验中115 W/2 min组的马铃薯失重率最低，由此可看出适宜的微波处理可以降低马铃薯的失重率。

图2 微波处理对马铃薯失重率的影响Fig.2 Effect of microwave treatment on potato weight loss rate

2.3.2 微波处理对马铃薯Vc含量的影响

Vc含量可以作为马铃薯的营养品质和贮藏效果的评价指标之一。由图3可知，贮藏期间马铃薯块茎内Vc含量呈下降趋势，且贮藏前期下降速度高于贮藏后期。贮藏30 d以后，各组Vc损失量均高于30%，220 W/3 min组的马铃薯Vc含量略低于对照组，这可能是220 W/3 min组微波处理功率及时间均最大，受到的微波热效应最大，从而对马铃薯造成热损伤，加快了马铃薯Vc的损失。而贮藏中后期220 W/1 min组Vc含量显著高于对照组(P<0.05)，这说明适当的微波处理能在一定程度上延缓马铃薯块茎内Vc含量的下降，这可能是微波非热作用抑制了某些酶的活性，降低了生理代谢速率[20]。

图3 微波处理对马铃薯Vc含量的影响Fig.3 Effect of microwave treatment on Vc content of potato

2.3.3 微波处理对马铃薯可溶性固形物含量的影响

TSS含量可以作为马铃薯块茎内营养物质流失的一个评价指标。由图4可知，在贮藏期间各组TSS含量总体上表现为先上升后下降的趋势，对照组最先达到峰值，其峰值高于各处理组，贮藏前期对照组TSS含量高于处理组，但是在第40天时，处理组TSS含量显著高于对照组(P<0.05)，此时对照组马铃薯TSS含量为5.97%，而各处理组TSS含量均在6.3%以上，这可能是因为在4 ℃下贮藏淀粉转换为还原糖所致[21]，而微波处理抑制了相关酶的活性，使得TSS含量增加较少，冷藏后期由于马铃薯的呼吸作用和水分蒸腾作用使得TSS含量不断下降。因此，微波处理可减缓马铃薯TSS含量的变化，本实验中，115 W/1 min组由于微波处理不足，在贮藏前期TSS含量增加较多，而220 W/2 min组TSS含量变化不大，处理效果较好。

图4 微波处理对马铃薯可溶性固形物含量的影响Fig.4 Effects of microwave treatment on total soluble solids content of potato

2.3.4 微波处理对马铃薯淀粉含量的影响

淀粉是马铃薯的主要能量来源，马铃薯的淀粉含量可用来评价其食用品质。由图5可知，整个贮藏期间，淀粉含量呈下降趋势，在贮藏前期，对照组淀粉含量快速下降，而处理组下降缓慢，处理组淀粉含量显著高于对照组(P<0.05)，这可能是因为在4 ℃下淀粉转化为还原糖，而微波处理抑制了相关酶的活性，由图5可知，贮藏期间220 W/2 min组和220 W/3 min组的马铃薯淀粉含量高于其他组。但随着贮藏时间的延长，各组之间淀粉含量差异变小，这可能是马铃薯块茎内未被完全灭活的相关淀粉转化酶的活性增加，以及呼吸作用对淀粉的消耗[22]所致。

图5 微波处理对马铃薯淀粉含量的影响Fig.5 Effect of microwave treatment on starch content of potato

2.3.5 微波处理对马铃薯褐变指数的影响

马铃薯在贮藏期间会发生酶促褐变而影响其品质，BI可直接反映马铃薯的褐变程度[23]，由图6可知，马铃薯块茎的BI不断变大，对照组的BI从最初的17.04增加到贮藏末期的34.62，并显著高于处理组(P<0.05)。第50天时，115 W/1 min组的马铃薯BI出现较大提升，可能是微波处理不足导致相关褐变酶抑制不足，实验第60天时，220 W/2 min组和220 W/3 min组的BI分别为28.37和29.16，比对照组低18.05%和15.77%，这可能是微波处理抑制了PPO和POD等褐变相关酶的活性，且微波处理功率越大、处理时间越长，酶活性抑制率越高，因此褐变程度越低。

图6 微波处理对马铃薯褐变指数的影响Fig.6 Effect of microwave treatment on browning index of potato

2.5 微波处理对马铃薯PPO和POD活性的影响

PPO是使马铃薯褐变的主要酶类，PPO活性越高，马铃薯褐变速率越快，由图7可知，贮藏期间PPO活性呈先减少后上升的趋势，对照组PPO活性显著高于处理组(P<0.05)，并且微波处理功率越大、处理时间越长，PPO活性越低，这与马铃薯BI变化正相关。贮藏60 d时，对照组PPO活性几乎增加2倍，而220 W/2 min和220 W/3 min组的PPO活性与贮藏前相比没有明显提升，这与已有研究显示的酶活力随微波功率和微波时间的增加而减少一致[24]。

图7 微波处理对马铃薯多酚氧化酶活性的影响Fig.7 Effect of microwave treatment on potato polyphenol oxidase activity

POD是果蔬成熟和衰老的生理标志，参与果蔬酶促褐变，可以催化酚类物质[25]。由图8可知，POD活性变化与PPO活性变化类似，处理组POD活性始终低于对照组，但115 W/1 min组由于微波处理不足，POD活性高于其他处理组，这说明微波处理不足对POD活性的抑制不明显，而充足的微波处理可以显著抑制POD活性。

图8 微波处理对马铃薯过氧化物酶活性的影响Fig.8 Effect of microwave treatment on potato peroxidase activity

2.6 微波处理对马铃薯PPO和POD活性的抑制率

由图9和图10可知，随着微波处理功率和处理时间的增加，其对马铃薯块茎内PPO和POD活性的抑制率不断增加，115 W/1 min组PPO抑制率只有22.58%，POD抑制率为15.43%；而220 W/3 min组的PPO抑制率为82.71%，POD抑制率为76.64%。

图9 微波处理对马铃薯多酚氧化酶活性的抑制率Fig.9 Inhibition rate of potato polyphenol oxidase activity treated by microwave

图10 微波处理对马铃薯过氧化物酶活性的抑制率Fig.10 Inhibition rate of potato peroxidase activity treated by microwave

这进一步解释了贮藏期间不同组别PPO和POD活性的变化，也说明微波的非热效应可以抑制酶的活性。

3 结论

通过比较不同功率和时间微波处理对马铃薯贮藏品质的影响，发现适宜的微波处理(220 W/2 min)可以有效地抑制马铃薯中PPO和POD的活性，从而降低马铃薯的褐变程度，同时该处理能够有效保持块茎的TSS和淀粉含量，不会加重块茎质量以及Vc的损失。另外，微波处理不足(115 W/1 min)对酶抑制率低，处理过量(220 W/3 min)又容易引起水分及Vc的损失，所以在控制褐变效果的同时，要在适当的范围内控制微波的功率和时间。然而由于微波的非热效应一直存在争议，并且对马铃薯块茎贮藏期间的生理影响是多方面的、复杂的，所以非热效应的作用机理还需进一步验证，为微波提升马铃薯贮藏品质的研究提供更可靠的依据。