短波紫外线处理对采后香菇褐变的影响

许小璐 刘 静 邓 冰 耿雪冉 程艳芬 冯翠萍

(山西农业大学食品科学与工程学院，山西 太谷 030800)

香菇[Lentinula edodes(Berk.) Pegler]，又称香蕈、花菇，富含蛋白质、氨基酸以及矿质元素，被称为“菇中之王”，产量是仅次于双孢菇的世界第二大食用菌[1]。我国是世界上最大的香菇生产国和消费国，总产量和栽培面积均居世界首位[2]。新鲜香菇在加工和贮藏过程中易发生褐变，香菇的褐变现象不仅影响其外观，也会造成营养物质的损失及其风味物质的改变[3]。因此，褐变问题是鲜香菇加工和贮藏过程中亟待解决的问题。香菇褐变主要有酶促褐变和非酶促褐变，酶促褐变是由于多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)催化酚类物质，使多酚含量减少导致的；非酶促褐变主要包括美拉德反应、抗坏血酸氧化降解反应以及多酚类化合物氧化缩合反应等[4]。韩春然等[5]研究发现，香菇中总酚、还原糖、Vc 含量以及PPO 活性与其褐变显著相关。近年来，诸多研究表明，酶促褐变不仅与酚类物质含量以及PPO 活性有关，还受过氧化物酶(peroxidase，POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase，PAL)等因素影响[6]。POD、SOD 和CAT 可以清除自由基，延缓果蔬衰老。PAL 在一定条件下能催化酚类、类黄酮的氧化与聚合，导致组织褐变[7-8]。

短波紫外线(ultraviolet-C，UV-C) 是波长介于200～280 nm 的紫外线，UV-C 处理是一种无化学残留，操作简便，成本低廉的物理保鲜方法，具有良好的杀菌消毒作用，可延缓果蔬的腐败衰老过程，提高果蔬贮藏品质。不同剂量的UV 处理对果蔬的褐变和贮藏品质有不同的影响[9]，如田竹希等[10]研究发现，与对照组樱桃果实相比，1.37 kJ·m-2UV-C 处理可有效抑制其POD 和SOD 活性下降，显著延缓大樱桃果实品质下降；施衡乐等[11]采用不同辐照剂量的UV-C 对采后紫背天葵品质及活性氧代谢相关酶的影响发现，5 kJ·m-2处理组效果优于1.3 kJ·m-2处理组。近年来，不同学者对UV-C 在食用菌保鲜中的应用进行了研究，陆建东[12]研究了不同剂量短波紫外线(2、3 和4 kJ·m-2) 对杏鲍菇品质的影响，发现UV-C 处理可降低杏鲍菇的失重率，有效保持其可溶性固形物含量，降低丙二醛(malonaldehyde，MDA)的积累。钱书意等[13]研究了UV-C 对白玉菇采后品质的影响，结果表明，0.5、1.0 kJ·m2UV-C 处理可有效保持白玉菇白度，促进总酚的合成和积累，提高抗氧化物活性并抑制PPO 活性的升高。目前关于UV-C 对香菇的研究甚少，尤其是关于香菇褐变机理方面的研究，因此，本试验以香菇为材料，研究不同剂量UV-C 处理对香菇褐变的影响，并探究UV-C 对香菇褐变相关因素的影响和机制，以期为防止香菇贮藏期褐变提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以香菇品种香菇808 为试验材料，由广灵县北野食用菌业开发有限责任公司提供，选择无病虫害、无机械损伤的香菇，采后放入盛有冰袋的泡沫箱中，立即运回实验室切除菌柄，备用。

PPO、POD、SOD、CAT、PAL 试剂盒购于南京建成生物研究所。

没食子酸、福林酚、考马斯亮蓝G-250、牛血清蛋白、茚三酮、亮氨酸、抗坏血酸、柠檬酸、L-半胱氨酸、酒石酸钾钠、3，5-二硝基水杨酸等均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

WSC-S 色差仪，上海精密科学仪器有限公司；AR224CN 电子天平，奥豪斯仪器(常州)有限公司；UV-9200 紫外-可见分光光度计，北京瑞利分析仪器有限公司；DZKW-4 电热恒温水浴锅，北京中兴伟业仪器有限公司；T-25 匀浆机，德国IKA 公司；BR4i 台式高速冷冻离心机，法国Jouan 公司；SpectraMax i3x 多功能酶标仪，美谷分子仪器(上海)有限公司。

1.3 试验方法

紫外灯(有效波长254 nm)功率20 W，照射距离20 cm，根据不同照射时间设置5 个照射剂量: 0(CK)、2、4、6、8 kJ·m-2，并且在照射时间内翻转香菇，使其照射均匀，每个剂量处理100 个香菇，重复3 次，之后放置在无覆膜的泡沫箱中于温度4℃、相对湿度80%条件下贮藏，每隔5 d 取样测定各项指标。

1.3.1 色泽测定 采用色差仪测定色泽。L*值越大，产品颜色越白，褐变程度越低；L*值小，产品颜色暗，褐变程度高。每个处理重复测定6 个香菇，每个香菇测定3 次，取平均值。

1.3.2 总酚测定 采用Folin-Ciocalteu 法[14]测定总酚含量。

1.3.3 褐变相关酶活性的测定 PPO、POD、SOD、CAT 和PAL 活性均按照试剂盒说明书进行测定。

1.3.4 非酶促褐变相关指标测定 还原糖含量采用3，5-二硝基水杨酸DNS 法[15]测定；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250 法[16]测定；游离氨基酸采用茚三酮显色法[17]测定。

1.3.5 微生物检测 根据GB 4789.2-2010[18]，菌落总数选用营养琼脂培养基，于36℃培养2 d 后进行菌落总数计数。

1.4 数据处理与分析

采用GraphPad prism 5.0 软件作图、SPSS 17.0 软件进行显著性分析(邓肯法，P＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 UV-C 处理对香菇色泽的影响

由图1 可知，在贮藏期间CK 和各处理组香菇L*值均呈下降的趋势，即由亮变暗，在整个贮藏期间4 kJ·m-2处理组香菇色泽最亮，褐变程度最小；8 kJ·m-2处理组香菇L*值低于其他处理组但高于CK，说明4 kJ·m-2的UV-C 处理有利于保持香菇色泽。

图1 UV-C 处理对香菇L*值的影响Fig.1 Effects of UV-C irradiation treatment on L* value in Lentinula edodes

2.2 UV-C 处理对香菇总酚含量的影响

由图2 可知，贮藏期间CK 和各处理组香菇总酚含量总体呈下降趋势，其中CK 下降最快。各处理组总酚含量均不同程度高于CK，贮藏0～30 d 内4 kJ·m-2处理组香菇的总酚含量变化较为平缓，其他处理组香菇总酚含量缓慢下降，6 和8 kJ·m-2处理组香菇的总酚含量低于2 和4 kJ·m-2处理组，贮藏30 d 时4 kJ·m-2处理组香菇的总酚含量是CK 的1.38 倍，贮藏30 d 后4 kJ·m-2处理组香菇的总酚含量迅速下降。综上可知，4 kJ·m-2的UV-C 处理能更好地保持总酚含量，防止酚类物质的转化。

图2 UV-C 处理对香菇总酚含量的影响Fig.2 Effects of UV-C irradiation treatment on the content of total phenol in Lentinula edode

2.3 UV-C 处理对香菇褐变相关酶的影响

图3 UV-C 处理对香菇PPO、POD、SOD、CAT 和PAL 活性的影响Fig.3 Effects of UV-C irradiation treatment on PPO，POD，SOD，CAT and PAL activities in Lentinula edodes

由图3-A 可知，在贮藏0 ～5 d 香菇PPO 活性上升，且2 kJ·m-2处理组香菇PPO 活性迅速上升且高于CK，这可能是由于2 kJ·m-2UV-C 照射诱导香菇产生了应激反应，导致其活性升高。贮藏5 ～45 d 内CK 和各处理组香菇的PPO 活性呈下降趋势，且各处理组香菇PPO 活性均低于CK，说明UV-C 可以抑制PPO 活性，4 kJ·m-2处理组香菇PPO 活性低于其他处理组，由此可知，4 kJ·m-2的UV-C 处理组可较好地抑制香菇PPO 活性。

由图3-B 可知，贮藏0～5 d 各处理组香菇的POD活性上升，贮藏5～30 d 除4 kJ·m-2组香菇POD 活性呈先略上升后缓慢下降外，各处理组香菇的POD 活性均大致呈缓慢波动下降的趋势；贮藏30 d 后各处理组香菇的POD 活性迅速下降，在整个贮藏期间各处理组香菇POD 活性均大于CK。贮藏第30 天时，4、2、6 和8 kJ·m-2处理组香菇的POD 活性分别为0.344、0.280、0.250 和0.215 U·mg-1pro.，分别是CK 的2.18、1.77、1.58 和1.36 倍。说明UV-C 处理有利于提高香菇POD 活性，4 和2 kJ·m-2的UV-C 处理效果更明显。

由图3-C 可知，CK 和各处理组香菇的SOD 活性在贮藏0～5 d 呈上升趋势，之后呈下降趋势，且各处理组香菇的SOD 活性均高于CK；贮藏5～25 d 各处理组和CK 香菇的SOD 活性整体下降缓慢，在贮藏30 ～40 d 时，CK 和各处理组香菇JOD 活性下降迅速，且在该贮藏时间，4 和6 kJ·m-2处理组香菇SOD 活性显著高于CK(P＜0.05)，第40 天时，4 和6 kJ·m-2处理组香菇SOD 活性为CK 的2.8 和2.5 倍，说明4 kJ·m-2处理组可以有效延缓香菇SOD 活性降低。

由图3-D 可知，在贮藏期间CK 和各处理组香菇的CAT 活性呈下降趋势，各处理组香菇CAT 活性均高于CK，贮藏10～30 d 期间CK 和各处理组香菇CAT活性变化较平缓，4 和6 kJ·m-2处理组香菇CAT 活性保持在较高水平，第30 天时4 和2 kJ·m-2处理组香菇的CAT 活性分别较CK 提高了62.14%和37.85%。贮藏后期，各处理组和CK 香菇CAT 活性急剧下降，但4 kJ·m-2处理组酶活性在整个贮藏期间始终保持最高。说明UV-C 处理可使香菇保持较高的CAT 活性，且4 kJ·m-2处理组效果最好。

图4 UV-C 处理对香菇还原糖、可溶性蛋白和游离氨基酸含量的影响Fig.4 Effects of UV-C irradiation treatment on the contents of reducing sugar，solube protein and free amino acid in Lentinula edodes

由图3-E 可知，在贮藏0 ～5 d 内各处理和CK 香菇的PAL 活性上升，其中2 和4 kJ·m-2处理组香菇PAL 活性高于其他处理组和CK。贮藏10 ～25 d 内2和4 kJ·m-2处理组香菇PAL 活性比6 和8 kJ·m-2处理组高，贮藏后期各处理组和CK 香菇的PAL 活性快速下降，且在整个贮藏期间UV-C 处理组香菇的PAL 活性均高于CK，说明UV-C 处理明显延缓了香菇PAL 活性的降低。

2.4 UV-C 处理对香菇非酶促褐变相关成分的影响

由图4-A 可知，贮藏0 ～5 d 内CK 和各处理组香菇还原糖含量呈下降趋势；贮藏5 ～10 d 内2、4 和8 kJ·m-2处理组香菇还原糖含量上升，CK 和6 kJ·m-2处理组香菇还原糖含量下降；贮藏15 ～45 d 内CK 和各处理组香菇还原糖含量均呈下降趋势，处理组香菇还原糖含量高于CK，且6 和8 kJ·m-2UV-C 处理组香菇的还原糖含量较大。由此可知UV-C 处理有利于香菇保持较高的还原糖含量。

由图4-B 可知，贮藏0 ～5 d 内UV-C 处理组香菇可溶性蛋白含量上升，CK 可溶性蛋白含量下降，各处理组可溶性蛋白含量均高于CK；贮藏5 ～15 d 内CK和各处理组香菇的可溶性蛋白含量均呈下降趋势，且CK、6 和8 kJ·m-2处理组香菇可溶性蛋白含量下降速度较快；贮藏15～45 d 香菇可溶性蛋白含量缓慢下降，在贮藏期间各处理组可溶性蛋白含量不同程度地高于CK，说明UV-C 处理可以保持较高的可溶性蛋白含量。

由图4-C 可知，在贮藏初期(0 ～5 d)CK 和各处理组香菇的游离氨基酸含量略有下降；贮藏5 ～15 d 内CK 和各处理组香菇的游离氨基酸呈上升趋势，15 d后CK 和各处理组香菇游离氨基酸含量呈缓慢下降趋势，在整个贮藏期间处理组的游离氨基酸含量低于CK，其中8 kJ·m-2的UV-C 处理可使香菇保持较高的游离氨基酸含量。

2.5 UV-C 处理对香菇菌落总数的影响

由表1 可知，随着贮藏时间延长各组香菇的菌落总数不断增加，在整个贮藏时间内，各UV-C 处理组香菇的菌落总数相较于CK 均降低，表明不同剂量的UV-C 处理对香菇菌落总数具有一定的抑制作用。其中在UV-C 处理5 d 后，各贮藏时间均以4 kJ·m-2处理组中香菇的菌落总数最低。

表1 UV-C 处理对香菇菌落总数的影响Table 1 Effects of UV-C irradiation treatment on total number of colonies in Lentinula edodes.

3 讨论

本研究主要探讨了UV-C 处理对采后香菇褐变的影响，结果表明，UV-C 有效延缓了香菇L*值的下降，表明UV-C 可以在一定程度上抑制香菇褐变，这与施衡乐等[11]利用UV-C 抑制紫背天葵衰老的结果一致，这可能与紫外处理降低氧化酶活性有关。总酚是体现抗氧化的重要指标之一，本研究结果表明，UV-C 处理可以提高香菇的总酚含量，与胡丽娜等[19]对山楂的研究结果一致，之前亦有研究表明UV-C 处理可以诱导PAL 合成酚类物质，抑制PPO 分解酚类物质[20]，因而，本研究发现香菇经过UV-C 处理，其色泽及其总酚含量均发生了不同程度的变化。

香菇褐变与多种酶的活性有关。PAL 是合成酚类物质的关键酶[21]，在果实受到机械损伤胁迫时其活性会增加，促使果实合成酚类物质以减轻机械损害，本研究发现，UV-C 处理组有效诱导香菇PAL 活性上升，表明UV-C 可以增强香菇苯丙烷代谢途径，进而有利于酚类物质的合成和积累。PPO 是发生酶促褐变生成黑色素的主要酶[22]，本研究中，在贮藏0 ～10 d 时，处理组香菇PPO 活性升高，可能是由于紫外照射诱导香菇产生应激反应；经10 d 贮藏后处理组PPO 活性始终低于CK，这与梁敏华等[23]对桃采后贮藏品质的研究一致，进一步说明UV-C 可以抑制香菇的酶促褐变。根据本研究结果，4 kJ·m-2的UV-C 处理后香菇的PPO 活性最低，这与4 kJ·m-2处理组香菇的L*值保持在较高水平的试验结果相一致。SOD、CAT 和POD 能减少H2O2、自由基对细胞膜的损伤，从而达到延缓香菇褐变及衰老的效果[24]。本研究中，SOD 和POD 活性均随着贮藏时间的延长呈先上升后下降的趋势，其活性升高可能是由于辐照的敏感性，从而导致SOD 和POD 活性短暂上升，之后其活性呈下降趋势，但在整个贮藏期间UV-C 处理组SOD、CAT 和POD 活性均高于CK，刘长虹等[25]对番茄的研究中也有类似的报道，说明UV-C 处理有利于保持较高的抗氧化酶活性，从而延缓香菇褐变。

美拉德反应是氨基化合物(如胺、氨基酸、蛋白质等)和羰基化合物(如还原糖、脂质以及由此而来的醛、酮、多酚、抗坏血酸、类固醇等)之间发生的非酶反应，也是植物发生非酶褐变的主要机制[26]。本研究中，UV-C 处理组香菇还原糖和可溶性蛋白含量高于CK，这与陈曦等[27]的研究一致，表明UV-C 处理可以使香菇保持较高的还原糖和可溶性蛋白含量，防止还原糖和可溶性蛋白发生非酶褐变。而本研究中UV-C处理组香菇的游离氨基酸含量低于CK，可能是由于UV-C 处理抑制了蛋白酶活性，降低了蛋白质的分解，进而减少了氨基酸的积累。

微生物是导致香菇褐变和腐败的一个重要因素，本研究结果表明UV-C 处理可有效减少香菇表面微生物的数量。Víctor 等[28]研究指出较高剂量的UV-C 照射处理能够减少鲜切菠菜的致病菌和腐败菌，本研究同样表明，在整个贮藏时间内，不同剂量的UV-C 处理组对香菇的菌落总数均有一定的抑制作用，经贮藏5 d后，4 kJ·m-2UV-C 处理组中香菇的菌落总数均为最低。

综上所述，一定剂量的UV-C 处理可通过提高香菇抗氧化性，减少香菇在储藏过程中的营养物质的损失，同时降低微生物侵染的风险，进而延长香菇的贮藏期。

4 结论

本研究以香菇色泽、总酚含量、褐变相关酶(PPO、POD、SOD、CAT、PAL)活性以及可溶性蛋白、还原糖和游离氨基酸含量为指标，探究了不同剂量UV-C 处理对香菇褐变的影响，结果表明，4 kJ·m-2的UV-C 处理效果最佳。UV-C 处理能够通过保持香菇较高的总酚和还原糖含量、延缓可溶性蛋白的降解、维持PAL、SOD、CAT 和POD 活性、抑制PPO 活性以及微生物的生长保持其色泽，进而延缓香菇褐变，但是有关其抑制作用的具体代谢机制有待进一步深入探讨。