蓝光协同茴香精油对鲜切苋菜的保鲜机理

金思渊，谢 晶,*

（1.上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海 201306；2.食品科学与工程国家级实验教学示范中心（上海海洋大学），上海 201306；3.上海海洋大学食品学院，上海 201306）

苋菜（L.）富含VC和其他营养成分。鲜切蔬菜是新鲜蔬菜经过分拣、清洗等处理后制成的即食即用商品，具有便捷、新鲜等优点。但是，鲜切会造成蔬菜机械损伤，从而加快蔬菜呼吸速率，此外，切割伤口易受微生物污染，加速蔬菜品质劣变。因此需要有效的保鲜技术维持鲜切蔬菜的品质。

茴香精油含多种酚类化合物，能有效抑制鲜切果蔬致腐菌。茴香精油作为药食同源植物精油，抑菌抗氧化特性优良，被广泛作为保鲜剂。已有研究表明，茴香精油作为保鲜剂处理能有效抑菌，延缓鲜切西兰花衰老，能有效延长鲜切苹果、番茄货架期。茴香精油处理能有效抑制鲜切火龙果霉菌，防止品质劣变。光是维持植物体生命活动的重要影响因素。发光二极管（light emitting diode，LED）因具有环保、高效等特点而被广泛应用于鲜切果蔬贮藏。刘帮迪等通过LED技术有效提高了低温下鸡毛菜活性氧代谢水平，延长了其货架期。Ghate等证实LED蓝光处理鲜切菠萝能有效抑菌和抑制品质劣变。张旭的研究表明增加蓝光可显著提高蔬菜中的可溶性固形物含量和抗氧化活性。目前单独采用LED单色光、天然植物提取液处理鲜切果蔬的研究较多，但将两种技术结合使用的研究鲜有报道。

本研究拟采用不同光量子通量密度LED蓝光和茴香精油复合处理鲜切苋菜，同时结合苋菜的生理生化指标和抗氧化酶活力，评价该复合技术对鲜切苋菜的保鲜效果，以期为延长鲜切苋菜的货架期提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苋菜购买于上海市多利农庄果蔬合作社。

吐温-80（化学纯）、亚硝酸钠标准使用液、茴香精油（纯度99%）、平板计数琼脂培养基、氯化钠、丙酮、碳酸钙粉、2,6-二氯靛酚盐、石英砂 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

蓝光LED灯管（波长460 nm、功率9 W、长度0.6 m） 山东贵翔光电有限公司；贮藏设备（80 cm×80 cm×40 cm）由本实验室自制；H-2050 R-1型高速冷冻离心机 长沙湘仪离心机有限公司；HVE-50型高温高压灭菌锅 日本Hirayama制造有限公司；WFZ UV-2100型紫外-可见分光光度计 上海尤尼柯仪器有限公司；VS-1300L-U超净工作台 上海康福特环境科技有限公司；SW82手持糖度计 上海物光有限公司；PQ 001型台式脉冲核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）分析仪 上海纽迈电子科技有限公司；BCD-252MHV型冰箱 苏州三星电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鲜切苋菜处理及分组

将苋菜样品距苋菜叶片茎部约5 cm处切分。将3.5 mL茴香精油滴入10 L超纯水中进行稀释，并加入20 mL吐温-80作为乳化剂，使茴香精油均匀溶解在10 L超纯水中。根据前期研究，用喷壶将含有0.35 μL/mL茴香精油的分散液均匀喷涂在鲜切苋菜表面，喷涂量为2 mL/g稀释液，室温下置于实验台上晾干（30 min），按照80 g/盘放置于事先用体积分数75%乙醇溶液灭菌处理的托盘（1 200 mm×1 000 mm）中，分别用聚乙烯膜封存，然后将8 个盛有鲜切苋菜的托盘置于4 ℃、相对湿度（90±5）%的贮藏设备（配备3 根蓝光LED灯管，如图1所示）。欧宇丹等研究发现弱光条件下苋菜叶片光照补偿点为12 μmol/（m·s），结合前期预实验结果，本研究采用不同光照光量子通量密度（0、10、20、30 μmol/（m·s））的460～470 nm蓝光LED照射（照射高度30 cm、每天照射时间12 h）鲜切苋菜，分别记为T1～T4组。以不作处理为对照组（CK），在贮藏0、2、4、6、8、10、12 d取样，测定不同光量子通量密度下蔬菜生理生化指标、菌落总数以及抗氧化酶活力，并进行感官评定实验。

图1 LED冷藏设备示意图Fig. 1 Schematic diagram of LED-assisted cold storage device

1.3.2 菌落总数的测定

参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 菌落总数测定》测定鲜切苋菜菌落总数。

1.3.3 感官评定

参照文献[14]进行鲜切苋菜的感官评定。挑选12 名（6男6女）经过培训的评定人员对叶片的颜色、外观与气味进行评价。分数越高代表品质越好，贮藏0、2、4、6、8、10、12 d取样评定，每项评定满分为10 分，各项总分之和取平均值，得到最终的总分。当总分低于5 分时，表明苋菜样品失去商品价值。

1.3.4 理化指标测定

1.3.4.1 质量损失率

参照文献[15]测定质量损失率，按下式计算。

式中：表示初始质量/g；m表示贮藏第天质量/g。

1.3.4.2 亚硝酸盐含量

参照文献[16]测定亚硝酸盐含量。

1.3.4.3 叶绿素含量

参照NY/T 3082—2017《水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定 分光光度法》测定叶绿素含量。

1.3.4.4 可溶性固形物质量分数

将样品充分研磨后，在4 000 r/min的条件下离心10 min，取上清液采用手持糖度计测定可溶性固形物质量分数，重复3 次。

1.3.4.5 VC含量

VC含量的测定参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》。

1.3.4.6 超氧化物歧化酶活力

参照超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）测试盒中的羟胺法测定SOD活力。结果以蛋白质量计，单位为U/mg。

1.3.4.7 过氧化物酶活力测定

参照过氧化物酶（peroxidase，POD）测试盒说明书采用比色法测定POD活力。结果以蛋白质量计，单位为U/mg。

1.3.4.8 丙二醛含量

参照GB 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》测定丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量。

1.3.4.9 水分迁移

对照组第0天和不同条件处理苋菜贮藏12 d后，取大小一致的苋菜叶片切成方形（2.5 cm×3.5 cm），然后放入直径为70 mm的NMR检测管中。采用PQ 001型台式脉冲NMR分析仪测定鲜切苋菜水分迁移。线圈温度32 ℃；质子共振频率24 MHz；采用CPMG序列；采样频率SW为200 Hz；模拟增益RG1为20；P1为18.00 μs；数字增益PRG1为3；TD为499 614；PRG1为3，重复采样次数TW为2 500 ms，累加次数NS为16，P2为37 μs，回波时间TE为0.25，回波个数NECH为10 000。用上海纽迈科技有限公司提供的分析软件进行迭代反演得到弛豫时间（）图谱。结合水、不易流动水和自由水的弛豫时间分别为0～2、2～20、20～1 000 ms。根据不同水分对应弛豫时间的信号强度计算不同水分的峰面积。以峰面积表征不同水分的含量。

1.4 数据处理与分析

指标测定3 次平行，结果以平均值±标准差表示。采用Origin 9.0软件绘图，采用SPSS Statistics 26软件进行单因素方差分析，采用Duncan’s新复极差法进行显著性分析，＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜感官评分的影响

图2 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜感官评分Fig. 2 Sensory evaluation of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

感官评分能最直观反映鲜切苋菜新鲜程度。由图2可知，鲜切苋菜品质从颜色、外观、气味随着贮藏时间延长呈现不同程度下降。在第8天，对照组各项评分均低于5 分，出现明显品质劣变。第10天，实验组叶片出现不同程度失水，表面产生黑色斑点，出现腐败现象。T4实验组评分最佳，T3实验组次之。各处理组货架期明显高于对照组。由图2C可知，贮藏后期，茴香精油挥发导致气味评分普遍较低，贮藏前期并未出现明显茴香气味。综合3 项感官评分结果可知，经过蓝光处理和茴香精油处理的实验组能延长鲜切苋菜货架期，其中T4组效果最佳。

2.2 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜叶绿素含量的影响

叶绿素含量是衡量叶菜类采后品质变化的重要指标。由图3可知，经过蓝光和茴香精油复合处理的样品在贮藏过程中叶绿素含量总体呈现先上升后下降趋势，第6天达到峰值。相反，对照组在贮藏过程中呈现不断下降趋势。在贮藏期间，T2、T3、T4组叶绿素含量在第4、6天显著高于对照组（＜0.05），呈现上升趋势。这是因为光照刺激镁离子螯合酶活力，提高叶绿素含量，从而延缓鲜切苋菜衰老和黄化过程。在贮藏期间，T1组叶绿素含量总体显著高于对照组（＜0.05）。这主要是因为茴香精油能有效延缓叶绿素酶活力和脱镁螯合酶活力下降。贮藏后期各组叶绿素含量呈现下降趋势是因为随着植物组织衰老，脱镁叶绿素酶活力增强。结果表明，鲜切苋菜经过蓝光处理和茴香精油复合处理能有效提高叶绿素含量，延缓苋菜衰老，延长货架期。叶绿素含量分析结果与感官评分结果相印证，其中T4组效果最佳。

图3 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜叶绿素含量Fig. 3 Chlorophyll content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.3 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜可溶性固形物质量分数的影响

叶菜类蔬菜可溶性固形物包括可溶性糖、维生素等水溶性物质，可溶性固形物质量分数能够反映叶菜类植物的生理状态和品质。可溶性固形物也是鲜切苋菜衰老和劣变的重要影响因素。由图4可知，T2、T3、T4组在贮藏2、4、6 d能维持可溶性固形物质量分数，对照组总体呈现下降趋势。贮藏末期，对照组、T1、T3组可溶性固形物质量分数分别为2.5%、2.9%、3.5%，处理组与对照组存在显著差异（＜0.05）。茴香精油能有效降低鲜切苋菜糖类物质分解速率。LED蓝光能促进鲜切苋菜光合作用，从而使鲜切苋菜可溶性糖含量提升。贮藏后期，可溶性固形物质量分数呈现下降趋势。这是因为鲜切苋菜持续进行呼吸作用，可溶性固形物消耗速率高于生产速率，并且外界无充足营养物质提供。综上，蓝光照射和茴香精油协同作用能有效延缓可溶性固形物质量分数下降。

图4 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜可溶性固形物质量分数Fig. 4 Soluble solids content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.4 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜VC含量的影响

VC作为重要的抗氧化剂，在贮藏过程中具有抗衰老作用，也是果蔬营养价值的重要指标。由图5可知，T1组与对照组VC含量随着贮藏时间延长呈现下降趋势，且对照组下降趋势更为明显。T2、T3、T4组VC含量呈现先上升后下降趋势。T4组VC含量增加较T2、T3组更为明显，并在第6天达到峰值。VC含量呈现上升趋势主要是蓝光照射刺激鲜切苋菜光合作用与呼吸作用协同调节所致。茴香精油可能经蓝光催化生成茴香醛，后者能够有效抑制VC含量下降。贮藏后期，处理组VC含下降趋势较T1组、对照组更为明显。这可能是因为蓝光照射引起鲜切苋菜的光氧化损伤，导致VC含量快速下降。结果表明，T4组在贮藏前期能明显提高鲜切苋菜VC含量，延缓鲜切苋菜衰老。

图5 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜VC含量Fig. 5 VC content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.5 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜亚硝酸盐含量的影响

亚硝酸盐含量是衡量鲜切苋菜食用安全品质的重要指标，营养品质与亚硝酸盐含量呈负相关性。由图6可知，总体上贮藏期间对照组亚硝酸盐含量显著高于其他组（＜0.05）。蓝光受体生色团含有黄素和喋呤，硝酸还原酶辅基含有黄素腺嘌呤二核苷酸和喋呤，因此蓝光可以有效刺激硝酸还原酶辅基中喋呤，增强硝酸还原酶的活力，进而促进硝酸盐代谢分解。对照组亚硝酸盐含量在前4 d快速上升是因为腐败菌滋生，硝酸盐在硝基还原酶作用下转化为亚硝酸盐。

图6 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜亚硝酸盐含量Fig. 6 Nitrite content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.6 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜抑菌效果

蓝光和茴香精油复合处理在贮藏前期具有良好的抑菌效果。由图7可知，T1、T2、T3、T4组在第2、4、6天对鲜切苋菜有明显的抑菌效果，T2、T3、T4组抑菌效果明显优于T1组，处理组在贮藏前期菌落总数显著低于对照组（＜0.05）。这主要是因为蓝光和茴香精油的协同作用。蓝光能抑制沙门氏菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等致病菌。蓝光刺激细菌内源性粪卟啉产生激发态氧，破坏细菌组织结构。茴香精油能有效抑制霉菌、酵母菌。茴香精油含有茴香醛，茴香醛能破坏腐败菌细胞膜和细胞壁，影响细胞代谢，致使腐败菌凋亡。综上，蓝光和茴香精油协同作用可以有效地抑制细菌繁殖。

图7 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜抑菌效果Fig. 7 Total bacterial count of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.7 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜质量损失率的影响

叶菜类蔬菜在贮藏过程中，质量损失主要包括水分流失和营养物质消耗。由图8可知，质量损失率随着贮藏时间延长呈现不断上升的趋势。在第6天，T2、T3、T4组质量损失率显著高于对照组和T1组（＜0.05）。这主要是因为蓝光打开K内流通道，引起叶片气孔扩张，鲜切苋菜叶片蒸腾作用加剧，引起内部水分快速流失，鲜切苋菜自由水水分含量升高，导致自由水含量下降。在第2天和第4天，T2、T3组与T1、对照组差异不明显。贮藏期间，T1组能有效降低水分流失。这可能是由于茴香精油在一定程度上覆盖叶片气孔，抑制鲜切苋菜蒸腾作用，具有保水效果。各处理组包裹PE膜，相对湿度提高，将质量损失率控制在可接受范围内。贮藏后期，T4组质量损失率显著高于T3、T2、T1、对照组（＜0.05）。

图8 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜质量损失率Fig. 8 Mass loss rate of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

由图9可知，与第0天对照组相比，贮藏12 d后经过蓝光和茴香精油处理鲜切苋菜自由水含量明显下降，其中T4组下降38.44%。说明经过蓝光处理鲜切苋菜在贮藏过程中生命活动旺盛，光照在储能过程中为植物体生命活动提供能量。与第0天相比，贮藏12 d后T1组自由水峰面积下降22.73%，对照组自由水峰面积下降28.93%，自由水含量下降与质量损失率结果相互印证，说明经过茴香精油处理能有效延缓水分损失。贮藏12 d后，与对照组相比，T2、T3、T4组不宜流动水含量下降不明显。贮藏12 d后，与对照组相比，T2、T3、T4组结合水含量呈现上升趋势，其中T4组上升显著（＜0.05）。这主要是因为蓝光促进鲜切苋菜代谢活动，细菌繁殖、氧化反应等生理活动需要大量水的参与，导致结合水呈现上升。T4组结合水峰面积也能说明，在30 μmol/（m·s）蓝光处理条件下，鲜切苋菜能保持较高的植物体活动特征。上述结果与T4组抗氧化酶活力分析结果相互印证。T2、T3组与对照组自由水峰面积差异不显著（＞0.05），这可能是因为茴香精油在一定程度减缓果蔬中水分的下降。综上，蓝光和茴香精油协同作用有利于鲜切苋菜的采后贮藏，T4组失水率最高，结合水含量维持较高水平。

图9 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜水分迁移Fig. 9 Analysis of water mobility in fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.8 不同光量子通量密度结合茴香精油处理对鲜切苋菜SOD、POD、MDA水平的影响

SOD和POD在植物体氧化代谢过程中存在，主要用于评价植物体的衰老程度。在鲜切苋菜贮藏过程中，活性氧含量会随着苋菜衰老而增加，叶菜因此会生成更多抗氧化酶以减轻氧化损伤。活性氧积累可引起非生物胁迫，导致生物膜脂和其他成分氧化。由图10、11可知，贮藏期间T2、T3、T4组POD活力和SOD活力总体上显著高于对照组（＜0.05）。在第4天，T4、T3、T2和T1组SOD活力达到峰值，分别21.55、19.79、18.88、17.79 U/mg，其中T4组SOD活力最高。在第6天，T4组POD活力达到峰值，相比对照组提高58.56%，相对T1组提高16.19%。蓝光能诱导植物基因位点响应，其中POD活力位点的响应较敏感。蓝光能引起过氧化氢的积累，清除植物体中多余活性氧。Lobiuc等研究证实蓝光能有效提高罗勒属植株抗氧化酶活力。综上，经过蓝光和茴香精油复合处理能有效提高鲜切苋菜的抗氧化酶活力。

图10 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜SOD活力Fig. 10 SOD activity of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

图11 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜POD活力Fig. 11 Effects of blue light combined with fennel essential oil on POD activity of fresh-cut amaranth

MDA是膜脂过氧化的产物，能够反映鲜切苋菜细胞膜衰老和劣变程度。由图12可知，随贮藏时间延长，各组MDA含量均呈现上升趋势，各处理组MDA含量始终显著低于对照组（＜0.05）。本研究表明蓝光处理能有效抑制鲜切苋菜组织细胞的多糖和大分子物质降解，延缓细胞膨胀压力的减小，从而减少MDA积累，一定程度上延缓鲜切苋菜的衰老，与李宁等研究结果一致。赵荣祥证实茴香精油能有效抑制植物体内MDA含量的增加。综上，贮藏前期，蓝光提高POD活力能有效消除活性氧，减缓MDA积累；贮藏后期，随着抗氧化酶活力下降，MDA含量呈现快速上升。T4组延缓MDA含量增加效果最佳。

图12 不同光量子通量密度结合茴香精油处理的鲜切苋菜MDA含量Fig. 12 MDA content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

3 结 论

本实验结果表明30 μmol/（m·s）蓝光光照结合0.35 μL/mL茴香精油可有效缓鲜切苋菜品质劣变，贮藏过程中可以有效控制鲜切苋菜颜色变化并抑制菌落总数增长，提高鲜切苋菜抗氧化酶活力，货架期达到10 d。此外，10、20 μmol/（m·s）蓝光光照结合0.35 μL/mL茴香精油处理鲜切苋菜在感官评定以及维持叶绿素含量和VC含量方面均有良好表现。因此，蓝光光照结合茴香精油处理可作为保持鲜切苋菜品质的可行技术。