低温等离子体处理对新疆‘小白杏’保鲜效果及品质的影响

2022-05-30李婷婷吴彩娥范龚健

食品科学 2022年9期

潘越，李婷婷，吴彩娥，范龚健

（南京林业大学轻工与食品学院，江苏南京 210037）

杏（Prunus armeniacaL.），李属，在我国林果业中占据重要的地位[1]，主要种植在北方地区，其中新疆地区的杏品种资源尤其丰富，且产量大、品质优。据统计，目前新疆杏的栽培面积已达200万 hm²，年产量已超过150万 t，种植面积和产量位居全国之首[2]。新疆杏主要以鲜食为主，杏果是典型的呼吸跃变型果实，釆收季节多为夏季高温时节，且采后在常温下放置会迅速后熟衰老，导致果实出现严重的腐烂[3]，严重降低了杏果的市场价值，同时制约了杏果的市场流通。因此，对杏采后贮藏期间品质、生理变化及杏贮藏保鲜技术的研究具有重要的现实意义和应用价值。

化学保鲜剂和杀菌剂可有效维持采后杏果品质和降低疾病发病率，但其易造成试剂残留从而影响人体健康。由于食品安全问题，化学保鲜剂和杀菌剂的使用受到越来越多的限制，故研究杏果保藏新技术，开发绿色、环保、无毒的保鲜发法以延长杏果的贮藏期迫在眉睫[4-5]。

近几年，低温等离子体杀菌技术在食品保藏领域的应用渐渐进入人们的视野，低温等离子体是相对于其体系中的高温电子而言，在低温等离子体系中，电子的温度很高，可达上千万摄氏度，但是其中的离子及分子的温度与常温相当，所以整个体系一般为常温状态[6-7]，在低温等离子体系中的激发态离子及高能电子均具有非常高的活性，因此具有极强的灭菌能力[8-9]。此项技术不但具有杀菌效率高、处理时间短、处理温度低等特点，还能够保持被处理食品的新鲜度和品质，在食品非热加工领域具有广泛的应用前景[10-13]。研究表明，低温等离子体处理可极大程度地延缓蓝莓、西红柿、樱桃等果蔬营养成分的损失，较好地保持其品质，延长贮藏期[14-17]。综上，本实验拟采用低温等离子体处理采后杏果实，并研究其对杏果实贮藏效果和品质的影响，以期为杏果保鲜技术提供理论参考和实践依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

杏果实品种为‘小白杏’，购于新疆库尔勒巴音农场，八成熟时采收，并在24 h内运送至实验室。

福林-酚、氢氧化钠、碳酸钠、无水乙醇、水杨酸、硫酸亚铁、氯化铝（均为国产分析纯）购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

PG-1000ZD高压低温等离子体表面处理机南京苏曼等离子科技有限公司；SMP6多功能全自动酶标仪Molecular Devices公司；LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器上海申安医疗器械厂；WYT糖度计成都光学厂；HWM-508恒温恒湿箱宁波江南仪器厂；AllegraX-15R台式冷冻离心机美国Beckman公司；JFQ-3150H果蔬呼吸测定仪北京均方理化技术研究所；TA1质构仪英国劳埃德公司。

1.3 方法

1.3.1 低温等离子体处理

通过预实验初步确定了低温等离子体处理条件。预实验将低温等离子体的处理时间（20、40、60、80 s）、处理电压（70、80、90、100、110、120 kV）作为考察因素，在不同组合条件下对新疆‘小白杏’进行低温等离子体处理。根据预实验结果，以未处理组作对照，观察各组杏果表面损伤情况和贮藏期间腐烂情况，筛选出杀菌效果好且对杏果实品质特征无影响的处理条件。

选取无损伤、色泽大小匀称、成熟度相一致的果实用于实验。将果实分装于塑料可食用保鲜盒中，用塑料薄膜密封，每盒装250 g（约15 个）杏果实。随机分成4 组，低温等离子体处理组利用低温等离子体设备分别在工作电压80、90、100 kV的条件下处理40 s（工作温度25 ℃），对照组不进行低温等离子体处理。处理后立即检测杏果品质及抗氧化酶活力，并将样品置于4 ℃、相对湿度95%的恒温恒湿箱中贮藏，每7 d取样检测各项指标，每组3 个重复。

1.3.2 杏果腐败指数及品质指标测定

腐败指数采用计数打分法测定。果实表面有可见菌丝体生长或汁液外露即为腐烂，杏果腐烂面积比例小于25%计1 分，杏果腐烂面积比例介于25%～50%计2 分。杏果腐烂面积比例介于50%～75%之间计3 分，杏果腐烂面积比例大于75%计4 分。腐败指数按下式计算。

用果蔬呼吸测定仪测定杏果果实的呼吸速率。将250 g样品置于1 L密封的玻璃罐中1 h，将CO2传感器插入罐中以测定呼吸产生的二氧化碳质量，单位为mg/（hgkg）。

杏果实硬度的测定。每组处理随机取10 枚果实，使用质构仪进行硬度分析。测试方法：分析模式：TPA；探头：P/36 R（柱形探头）；测试目标模式：应变；压缩程度：70%；测试速率：8 mm/s。

可溶性固形物含量以糖度表示，单位为°Brix。随机取10 个杏果，去皮、研磨匀浆，4 000hg离心处理3 min。取上清液用WYT型手持糖度计测定可溶性固形物含量，重复3 次。

参考文献[18]测定VC含量。称取100 mg 2,6-二氯酚靛酚钠盐，溶于100 mL含有26 mg碳酸氢钠的沸水中，冷却后置于冰箱中过夜，过滤，加蒸馏水稀释至1 000 mL，贮于棕色瓶中于4 ℃保存。称取10.0 g杏果肉置于研钵中，加入少量20 g/L草酸溶液，在冰浴条件下研磨成浆状，转移至100 mL容量瓶中，用20 g/L草酸溶液冲洗研体后，转移至容量瓶中，再用20 g/L草酸溶液定容至100 mL，摇匀后静置10 min，过滤收集溶液备用。吸取10.0 mL滤液置于100 mL的三角瓶中，用0.2 g/L的2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至出现微红色且15 s不褪色，记录2,6-二氯酚靛酚溶液用量。同时，以10 mL 20g/L草酸溶液作为空白，按同样方法进行滴定，重复3 次。

参考文献[19]测定杏果肉总酚含量。将3 g杏果肉样品用9.5 mL的无水乙醇匀浆。低温放置1 h后，1 000hg、4 ℃离心15 min。收集上清液进行分析。以上清液、福林-酚和碳酸钠作为反应体系进行反应，并在765 nm波长处测定吸光度，以没食子酸为标准品。

1.3.3 杏果抗氧化酶活力的测定

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力测定参考文献[20]。取1 g冷冻研磨的杏果实，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸缓冲液，将所得匀浆4 ℃、12 000hg离心20 min，所得上清液即为SOD粗酶液。将上清液（30 μL）在暗环境中加入到3 mL反应液中（含63 μmol/L氮蓝四唑、13 mmol/L甲硫氨酸、1.3 μmol/L核黄素、10 mmol/L EDTA），以4 000 lx的荧光灯照射30 min，测定反应后的混合液在560 nm波长处吸光度。以1 min内抑制氮蓝四唑（nitro-blue tetrazolium，NBT）光化还原的50%为1 个酶活力单位（U），单位为U/g。

过氧化物酶（peroxidase，POD）活力测定参考文献[21]。取1 g冷冻研磨的杏果实，加入3 mL 0.4 mol/L氯化钠溶液，4 ℃下浸提10 min，将匀浆4 ℃、12 000hg离心20 min，所得上清液即为POD粗酶液。将1 mL上清液加入到2mL联苯胺-醋酸钠溶液（5 mmol/L）中，并将混合物在30 ℃下温育5 min。向上述溶液中加入1 mL 30%（体积分数）H2O2溶液后，测量溶液在580 nm波长处的吸光度变化。以1 min内吸光度变化0.01为1 个酶活力单位（U），单位为U/g。

过氧化氢酶（catalase，CAT）活力测定参考文献[22]。称取1 g冷冻研磨的杏果实，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸缓冲液，将所得匀浆4 ℃、12 000hg离心20 min，所得上清液即为CAT粗酶液。取0.1 mL酶液，依次加入3 mL磷酸缓冲液（50 mmol/L）、0.2 mL 0.3%（体积分数）的H2O2溶液，测定混合液在240 nm波长处吸光度的变化。以1 min内吸光度变化0.01为1 个酶活力单位（U），单位为U/g。

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力测定参考文献[23]。取1 g冷冻研磨的杏果实，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸缓冲液，将所得匀浆在4 ℃、12 000hg离心20 min，所得上清液即为PPO粗酶液。将上清液（1 mL），1 mL邻苯二酚溶液（50 mmol/L）与1.5 mL磷酸氢二钠（0.2 mol/L）-柠檬酸钠缓冲液（0.1 mol/L）混合，测定混合物在410 nm波长处的吸光度变化。以1 min内吸光度变化0.01为1 个酶活力单位（U），单位为U/g。

1.4 数据处理与分析

实验设置3 个平行，结果用平均值±标准差表示，采用Excel 2016软件进行数据处理，采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析，采用Duncan检验进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著，采用Origin Pro 2018软件作图。

2 结果与分析

2.1 低温等离子体处理对杏果腐败指数及呼吸速率的影响

2.1.1 对杏果腐败指数的影响

由图1可知，未处理组杏果在贮藏期间腐败指数持续上升。在4 ℃、相对湿度95%的条件下，对照组从第14天开始出现霉变，腐败指数为3.56%；到第42天时，腐败指数达到27.9%。低温等离子体处理组在贮藏期间，各处理组腐败指数明显低于对照组，在贮藏第42天时腐败指数均低于10%。其中电压90 kV、时间40 s低温等离子体处理的防腐效果最为显著，贮藏第42天处理组腐败指数仅为对照组的24%。

图1 低温等离子体处理后杏果贮藏期间腐败指数Fig. 1 Decay index of apricot fruit treated by cold plasma during storage

低温等离子体的抑菌活性主要有如下原因：一方面低温等离子体产生的活性物质（带电粒子、活性氧）使微生物的细胞膜受损，细胞膜形态塌陷和生理功能紊乱，从而导致细胞凋亡；另一方面，低温等离子体活性物质对蛋白质、核酸、脂质等生物大分子物质产生氧化损伤，引起蛋白质结构发生变性、DNA氧化降解以及脂质过氧化等反应，导致细胞死亡[24]，进而抑制了微生物的生长，降低了腐败指数，延长了杏鲜果的货架期。

2.1.2 对杏果呼吸速率的影响

果实采后的生命活动中，呼吸作用是主要的生理活动之一，会大量消耗果实中积累的糖分等营养物质，使果实的质量下降，加速其衰老，不利于果实的贮藏，呼吸强度的大小是果实代谢快慢的重要表征。呼吸跃变是指果实开始成熟时呼吸强度急剧上升的过程，呼吸跃变型果实呼吸强度达到高峰后便开始下降直至果实衰老死亡，当果实进入呼吸跃变期后，耐藏性将会急剧下降，因此可以认为呼吸跃变与果实成熟衰老的关系尤为密切[25]。

在贮藏过程中，低温等离子体处理组杏果实呼吸速率均在贮藏第35天达到最大值，对照组则在第21天就已达最大值（图2）。可以推断，低温等离子体处理可以推迟杏果的呼吸跃变时间，延缓果实衰老。

图2 低温等离子体处理后杏果贮藏期间呼吸速率Fig. 2 Respiratory rate of apricot fruit treated by cold plasma during storage

2.2 低温等离子体处理对杏果品质的影响

果实硬度是衡量果实品质及成熟衰老的重要指标。在杏果贮藏期间，由于果皮中的果胶、纤维素等成分发生水解以及果实腐败的原因，果实硬度逐渐下降，但80、90 kV电压处理组硬度均显著高于对照组，说明适当条件的低温等离子体处理可以有效抑制杏果软化。尤其在贮藏末期，可能由于对照组霉变加剧，果实发生严重的腐烂和软化，硬度急剧下降，而实验组果实依然比较坚硬（图3A）。其中90 kV电压处理组在贮藏第42天杏果的硬度为对照组的近1.5 倍，说明适当条件的低温等离子体处理能够显著提高杏果实的好果率。值得注意的是，100 kV条件下处理的杏果在整个贮藏期硬度与对照组差异不大，甚至某些时期的硬度要低于对照组，由此推测较高电压的低温等离子体处理可能会对杏果的果胶及纤维素等成分造成损伤。

可溶性固形物含量是影响果实风味的重要因素。如图3B所示，杏果可溶性固形物含量随贮藏时间的延长总体呈现出先上升后下降的趋势，在贮藏后期，低温等离子体处理可以减缓杏果可溶性固形物含量的减少，这可能是因为低温等离子体处理抑制了杏果表面微生物的生长，减缓了杏果的腐烂，从而减缓了糖类等物质的降解。

VC是一种温和的还原剂和自由基清除剂，对果蔬起到一定的保护作用，当VC含量降低，自由基逐渐积累，即会对细胞组织产生损伤，加速果蔬的腐败。果蔬多酚是存在于水果和蔬菜中的多羟基酚类化合物的总称，具有抗氧化、缓解心血管疾病等保健效果[26]。因此，VC和多酚的含量均是判断果实品质和营养成分的主要指标。如图3C、D所示，各处理组和对照组VC及多酚含量均呈先上升后下降的趋势，从贮藏第21天开始，处理组的VC含量及多酚含量均显著高于对照组，Liu Chenghui等[27]用等离子活性水处理鲜切苹果时也有类似的发现。与对照组相比，3种处理在贮藏后期均不同程度显著延缓了杏果VC和总多酚含量的下降。其中90 kV电压处理组杏果在贮藏第42天的VC、多酚含量分别是对照组的1.4、1.2 倍。

图3 低温等离子体处理后杏果贮藏期间品质变化Fig. 3 Quality changes of apricot fruit with cold plasma treatment during storage

2.3 低温等离子体处理对杏果抗氧化酶活力的影响

活性氧是氧气的部分还原或激发形式，被认为是果蔬有氧代谢过程中不可避免的有毒副产物[28]。活性氧物质包括超氧阴离子自由基、羟自由基和过氧化氢[29]，过量的活性氧会严重损害机体，破坏DNA、RNA、蛋白质等物质[30]。果实的衰老与活性氧物质的过度积累有密切关系，正常情况下，由于果实中的抗氧化防御系统可清除活性氧，从而使果实细胞中活性氧的产生和清除处于一种动态平衡状态。但是，在果实衰老过程中，抗氧化系统清除活性氧的能力减弱，导致活性氧不断积累，进一步促进果实成熟[31]。因此，即时清除果实细胞中过量的活性氧对于保持果实品质至关重要。

SOD、CAT、POD是果蔬体内重要的抗氧化酶，SOD能够催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，将其分解为H2O2和H2O，从而清除超氧阴离子自由基，产生的H2O2再进一步在CAT、POD等抗氧化酶催化下分解为H2O和O2，以减少H2O2对果实造成的氧化伤害。如图4A～C所示，与对照组相比，90 kV电压处理组在贮藏第42天杏果的SOD、CAT、POD活力分别提高了18%、28%和23%，杏果的SOD、CAT和POD活力总体呈先上升后下降的趋势，且对照组的酶活力大体上显著低于处理组，表明低温等离子体处理能很好地保持杏果的抗氧化能力，促进超氧阴离子自由基的清除，从而减轻自由基对杏果细胞组织的侵害。

PPO是自然界中较常见的一种蛋白酶，普遍存在于蔬菜、水果中，PPO是引起果蔬酶促褐变的主要酶类，PPO可以催化果蔬中的内源性多酚物质氧化生成黑色素，严重影响果蔬的营养、风味及外观品质。如图4D所示，各组PPO活力均呈逐渐上升的趋势，且对照组酶活力显著高于处理组，等离子体处理有效地降低了杏果贮藏期间PPO的活力，抑制了果实褐变，从而维持杏果良好的采后品质。

图4 低温等离子体处理对杏果抗氧化酶系的影响Fig. 4 Effect of cold plasma treatment on antioxidant enzyme activities in apricot fruit

3 讨论

研究结果表明，各电压强度下的低温等离子体处理均能降低采后杏果在贮藏期间的腐败指数。低温等离子体处理组在4 ℃贮藏42 d后，腐败指数均低于10%，而对照组腐败指数接近30%，可见低温等离子体能够有效抑制杏果表面微生物的生长，减少腐烂的发生。由于低温等离子体处理可催化介质气体形成多种活性基团和粒子（如自由基、臭氧、自由电子、活性氧等），可能产生了协同杀菌作用，同时结合气调包装贮藏，这些基团和粒子可以持续发挥作用，因而比其他单一的杀菌方法更高效[32-33]。此外，也有研究认为低温等离子体处理的杀菌机制包括高能电子、臭氧氧化和紫外辐射3 个方面[34-35]，通过等离子处理放电时电离产生极高能量，对病原菌表面产生了巨大的轰击作用，进而杀死病原菌。80、90、100 kV不同电压处理实验结果显示，90 kV的电压处理对于杏果的保鲜及提升果实品质效果最佳，可能是因为80 kV的电压强度不足以杀灭全部病原菌，100 kV的电压强度又会对杏果产生较大的损伤。

新疆‘小白杏’中含有的VC、多酚等抗氧化物质能够清除活性氧，并通过调节相关基因增强细胞防御能力[36]。本实验中，贮藏第7天开始，对照组和处理组杏果VC含量基本呈不断下降趋势，这说明采后贮藏过程中杏果实逐渐衰老，VC逐渐被氧化消耗，但是处理组杏果VC含量始终高于对照组，说明等离子体处理能较好地好保持杏果的VC含量。整个贮藏过程中，处理组总酚含量均显著高于对照组（P＜0.05），贮藏第28天，对照组多酚含量已呈下降趋势，但处理组多酚含量依然在升高，可能是等离子体处理延缓了杏果衰老后熟，抑制了多酚物质的降解。有研究认为，低温等离子体促进酚类物质的积累可能与苯丙氨酸解氨酶活力有关，苯丙氨酸解氨酶是苯丙酸途径中的关键酶，直接参与植物酚类物质的生物合成。在贮藏前期，对照组、处理组多酚含量均呈上升趋势，可能是因为苯丙氨酸解氨酶在逆境条件下被激发[37]。Suh等[38]认为冷等离子体处理促进了火龙果细胞中果糖和葡萄糖的利用，以此提供了火龙果酚类物质生物合成的必要前体，从而激活了相关酚类合成酶，导致果实中酚类化合物的积累。

生物体内的活性氧会对生物细胞产生一定的损伤，因此，维持体内活性氧平衡对生物健康具有重要的意义，适当补充体内的抗氧化剂是一种可行方法[39]。此外，抗氧化能力也会影响杏果本身的健康，因此抗氧化酶活力对杏果的营养品质和贮藏能力均具有重要的影响。本研究结果显示，与对照组相比，低温等离子体处理可提高杏果抗氧化酶SOD、POD和CAT的活力，促进活性氧的清除，减轻对细胞组织的侵害。同时，等离子体处理也降低了PPO的活力，这对有效抑制果实褐变具有重要意义，且处理组多酚含量显著高于对照组，可能也与等离子体抑制了PPO活力有一定关系，其中的机理有待进一步研究。