低温等离子体对番茄保鲜效果的影响

任洁，董成虎，纪海鹏，邱洪喜，刘宁，朱珊珊，陈国辉，张娜*，梁丽雅*

（1.天津农学院 食品科学与生物工程学院，天津 300392；2.天津市农业科学院 农产品保鲜与加工技术研究所（国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津）），农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津 300384；3.梁山长灿农业开发有限公司，山东 济宁 272600；4.营口东盛实业有限公司，辽宁 营口 115000；5.山东蒙恩现代农业发展有限公司，山东 聊城 252031；6.新疆新康农业发展有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022）

番茄（Lycopersicon esculentum），果肉紧实、口感丰富、营养价值高，是人们主要的食用蔬菜之一。番茄中的番茄红素在预防癌症、降血脂、治疗糖尿病、提高机体免疫力等方面具有积极作用[1-2]。番茄属于呼吸跃变型果实，在采后贮藏过程中因其含水量高、呼吸作用强烈、机械损伤等问题，极易软化、腐烂变质，使果实失去商品贮藏价值[3]。因此，开发一种能有效延长番茄货架期的杀菌保鲜技术尤为重要。

目前，化学保鲜技术在果蔬贮藏中应用较多，但存在残留量高、比例、剂量难以控制等问题[4]。低温等离子体技术是近年来新兴的物理杀菌技术，主要是通过气体放电产生活性含氧基团从而起到杀灭微生物的作用[5]，具有绿色无残留、杀菌效果好、作用时间短等优点。Yi 等[6]发现低温等离子体处理鲜切芒果，可显著抑制芒果品质下降，减少酚类物质的氧化，有效延长鲜切芒果货架期。解梦梦等[7]发现低温等离子体处理鲜切猕猴桃片的保鲜及杀菌效果最佳。目前，低温等离子体技术主要应用在猕猴桃、火龙果、桑葚、香蕉、蓝莓等果蔬杀菌保鲜中[8-10]。然而，关于低温等离子体技术对采后番茄贮藏保鲜的研究鲜有报道。

为探究低温等离子体技术对番茄贮藏保鲜效果的影响，本试验以番茄为材料，研究在30 kV 和60 kV两种不同电压条件下，低温等离子体处理对番茄各项指标的影响，以期为延长番茄货架期提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

番茄：市售。挑选颜色均匀、大小一致、无机械损伤的番茄装入透明防撞防震包装袋中运至国家农产品保鲜工程技术研究中心；氢氧化钠（分析纯）、三氯乙酸（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；酚酞（分析纯）：天津市天新精细化工开发中心；甲醇（分析纯）、盐酸（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；硫代巴比妥酸（分析纯）：天津科丰公司。

1.2 仪器

D-37520 台式高速冷冻离心机：德国Eppendorf 公司；TU-1810 紫外-可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；3nh 色差仪：广州瑞丰实验设备有限公司；PLA-1 糖度计：日本ATAGO 公司；Map Scan CO2/O2气体分析仪：上海锦川机电技术有限公司；EPOCH2 酶标仪、DHP-2042BS 恒温培养箱：美国赛默飞世尔科技公司；TAISITE 恒温水浴锅：苏州江东精密仪器有限公司；DDBD-1KW 低温等离子体发生器：徐州市胜亚臭氧设备制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

将番茄随机分为3 组（CK 组、30 kV 处理组、60 kV处理组），每份取（3.0±0.5）kg 番茄，每组10 份。预冷后，分别置于等离子体仪器中处理5 min，每隔7 d 对番茄进行指标测定，重复3 次。

1.3.2 硬度

随机选取10 个番茄果实，每次在不同位置取3 个点，采用硬度计测量，3 mm 探头，深度1.5 cm，单位为kg/cm2。

1.3.3 呼吸强度

随机选取3 个番茄果实，放入带盖密封塑料盒中闷气2 h，用CO2/O2气体分析仪测定，单位为mg/（kg·h）。

1.3.4 失重率

失重率（S，%）采用称重法，计算公式如下。

式中：m 为番茄初始质量，g；mn为番茄贮藏第n天时的质量，g。

1.3.5 可溶性固形物

采用PLA-1 糖度计测定，重复3 次，结果用%表示。

1.3.6 可滴定酸

采用曹建康等[11]的方法，重复3 次，结果用%表示。

1.3.7 色差

使用色差仪记录L*、a*、b* 值，重复测定3 次，取平均值。

1.3.8 总酚

参考曹建康等[11]的方法，结果用μmol/g mF（mF代表鲜重）表示。

1.3.9 丙二醛

（iii）假定群决策问题的决策标准集为U={u1，u2，…，um}，且有标准的权重向量为w=（w1，w2，…，

采用徐冬颖等[12]的方法，结果用nmol/g 表示。

1.3.10 微生物

依照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》和GB 4789.15—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》检测菌落总数和霉菌数。

1.4 数据处理

所有试验数据均采用Origin 2021 软件和SPSS 19.0 分析处理，p＜0.05 为具有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 低温等离子体处理对番茄硬度的影响

硬度是衡量番茄果实成熟度和商品价值的重要指标。不同强度低温等离子体对番茄果实硬度的影响见图1。

图1 不同强度低温等离子体对番茄果实硬度的影响Fig.1 Effects of cold plasma of different intensities on the hardness of tomatoes

如图1 所示，随着贮藏时间的延长，番茄硬度呈现逐渐下降趋势，是因为随着成熟度增加，果胶和纤维素含量降低，加速了果实软化。在整个贮藏过程中，30 kV和60 kV 处理组始终高于CK 组，到28 d 贮藏结束时，30 kV 和60 kV 处理组硬度分别是CK 组的1.41 倍和1.66 倍。其中，60 kV 处理组硬度最高。结果表明，低温等离子体处理可以有效延缓番茄果实硬度下降，防止番茄软化，且60 kV 处理组效果最好。该结果和Zhou等[13]使用低温等离子体处理鲜切哈密瓜可有效抑制果肉硬度下降的研究结果一致。

2.2 低温等离子体处理对番茄呼吸强度的影响

呼吸作用是果实采后代谢的重要体现，果实呼吸强度越高，代谢越快，果实保质期越短。不同强度低温等离子体对番茄果实呼吸强度的影响见图2。

图2 不同强度低温等离子体对番茄果实呼吸强度的影响Fig.2 Effects of different intensities of cold plasma on the respiration intensity of tomatoes

2.3 低温等离子体处理对番茄可溶性固形物的影响

番茄果实中可溶性固形物是由各类营养素组成，在成熟过程中，水分含量会逐渐下降，而可溶性固形物含量随之升高。不同强度低温等离子体对番茄果实可溶性固形物含量的影响见图3。

图3 不同强度低温等离子体对番茄果实可溶性固形物含量的影响Fig.3 Effects of different intensities of cold plasma on the soluble solids in tomatoes

如图3 所示，在整个贮藏期间，3 组可溶性固形物含量整体呈现下降趋势，这可能由于呼吸速率的下降，抑制了可溶性固形物含量的生成。贮藏7 d 起，30 kV 处理组和60 kV 处理组可溶性固形物含量均高于CK组，贮藏结束时，60 kV 处理组＞30 kV 处理组＞CK 组。结果表明，低温等离子体处理均可维持番茄较高的可溶性固形物含量，且60 kV 处理组效果最好。戴礼兵等[15]也发现了类似结果，采用0.05 mmol/L 的褪黑素浸泡樱桃番茄20 min 也同样可以保持番茄较高的可溶性固形物含量。Jia 等[16]发现60 kV 常压冷等离子体处理番茄呼吸速率低，可溶性固形物含量更丰富，与本研究结果一致。

2.4 低温等离子体处理对番茄可滴定酸的影响

可滴定酸能反映番茄品质，不同强度低温等离子体对番茄果实可滴定酸的影响见图4。

图4 不同强度低温等离子体对番茄果实可滴定酸的影响Fig.4 Effects of different intensities of cold plasma on titratable acids in tomatoes

如图4 所示，整个贮藏期间，番茄持续衰老软化，对照组可滴定酸含量呈现持续下降的趋势，两处理组呈现先升高后降低趋势。两处理组7 ～28 d 可滴定酸含量均显著高于CK 组（p＜0.05）。贮藏结束时，60 kV处理组＞30 kV 处理组＞CK 组，60 kV 处理组可滴定酸含量为0.24%，较初始值仅下降了0.04%。结果表明，低温等离子体处理均可延缓番茄可滴定酸含量的下降，且60 kV处理组保鲜效果最好。杨英等[17]研究证明在低温且适宜浓度下（0.8 g/L），用百合鳞茎提取液处理樱桃番茄同样可以延缓可滴定酸的下降。然而，Pathak 等[18]和Sarangapani 等[19]发现用低温等离子体处理蓝莓，在整个贮藏期间可滴定酸并没有显著变化（p＞0.05），这可能与果实品种及低温等离子体处理强度有关。

2.5 低温等离子体处理对番茄失重率的影响

在贮藏过程中，由于蒸腾作用和呼吸作用的持续存在，番茄会发生失水，使得果实出现皱缩，影响番茄贮藏价值，因此，失重率是评价番茄果实营养物质是否流失的重要指标之一。不同强度低温等离子体对番茄果实失重率的影响见图5。

图5 不同强度低温等离子体对番茄果实失重率的影响Fig.5 Effects of different intensities of cold plasma on the weight loss rate of tomatoes

如图5 所示，在整个贮藏期间，失重率呈上升趋势。各组失重率在0～14 d 迅速增加，30 kV 和60 kV 处理组失重率在贮藏期间始终显著低于CK 组（p＜0.05）。贮藏结束时，60 kV 处理组呈现较低的失重率，可能是由于60 kV 处理组可抑制呼吸强度的升高，减慢蒸腾作用，减少可溶性固形物和可滴定酸的生成，使得失重率降低，利于采后番茄贮藏。结果表明，低温等离子体技术可以保持果实较低失重率，更利于番茄果实保存，且60 kV 处理组效果最好。Jati 等[20]研究表明，芦荟凝胶中的多糖成分可以转化为可食用的薄膜并应用于番茄的表面，该薄膜可作为一种屏障，减少水分的蒸发，防止番茄质量损失。曹笑皇等[21]研究发现，在贮藏前25 d，采用0.1 g/kg Nisin 溶液处理樱桃番茄，失重率最低。

2.6 低温等离子体处理对番茄色差的影响

番茄色差用L* 值、a* 值、b* 值表示。L* 值代表明亮度、a* 值代表红绿、b* 值代表黄蓝。色差可以很好地反映番茄外观品质，不同强度低温等离子体对番茄果实外观的影响见图6。不同强度低温等离子体对番茄果实色差的影响见表1。

表1 不同强度低温等离子体对番茄果实色差的影响Table 1 Effects of different intensities of cold plasma on the color difference of tomatoes

图6 不同强度低温等离子体对番茄果实外观的影响Fig.6 Effects of different intensities of cold plasma on the appearance of tomatoes

如图6 所示，番茄采后7～14 d 3 个处理组没有明显的外观变化，贮藏21 d 时，CK 组番茄表面出现皱缩，30 kV 处理组和60 kV 处理组差别不大，有轻微失水迹象。贮藏28 d 时，CK 组皱缩、腐烂严重。

如表1 所示，L* 值随着贮藏时间的延长，呈现逐渐下降趋势，30 kV 处理组和60 kV 处理组在整个贮藏期间L* 值始终高于CK 组，贮藏结束时，60 kV 处理组L* 值最高，为22.45，但是各处理之间无显著差异（p＞0.05）。随着贮藏时间的延长，两处理组a* 值呈现逐渐上升趋势，CK 组先上升后下降，说明番茄逐渐变红，但是各处理之间无显著差异（p＞0.05）。b* 值各处理之间无显著差异（p＞0.05）。可能是由于选取的试验番茄已经处于全熟状态，在贮藏期间色差变化并不明显。结果表明，低温等离子体处理对番茄L* 值、a* 值、b* 值没有显著差异（p＞0.05）。司宝华等[22]发现使用枸杞叶片处理樱桃番茄，L* 值逐渐下降，其中0.4 g/L 保持番茄色泽效果最好，且0.4 g/L 的a/b 值颜色变化速度最慢。方琼等[23]使用150 W 强度的低温等离子体处理金冠苹果，研究发现低温等离子体处理可以维持苹果果皮亮度，且可以延缓苹果转黄。

2.7 低温等离子体处理对番茄总酚含量的影响

总酚含量与抗氧化能力有关。不同强度低温等离子体对番茄果实总酚含量的影响见图7。

图7 不同强度低温等离子体对番茄果实总酚含量的影响Fig.7 Effects of different intensities of cold plasma on the total phenols in tomatoes

如图7 所示，在整个贮藏期间，番茄总酚含量在0～7 d 呈现下降趋势，贮藏14 d 后，3 组总酚含量开始上升，30 kV 处理组和60 kV 处理组显著高于CK 组（p＜0.05），贮藏结束时，60 kV 处理组＞30 kV 处理组＞CK 组，30 kV 处理组和60 kV 处理组总酚含量分别为60.26 μmol/g mF和64.45 μmol/g mF，较CK 组分别提高了4.8%和12.1%。结果表明，低温等离子体处理可以促进总酚的积累，且60 kV 处理组效果最好。这与孔得慧等[24]得出的使用LED 蓝光和白光照射鲜切番茄可维持较高的总酚含量结果一致。

2.8 低温等离子体处理对番茄丙二醛的影响

丙二醛反映膜质过氧化程度，不同强度低温等离子体对番茄果实丙二醛含量的影响见图8。

图8 不同强度低温等离子体对番茄果实丙二醛含量的影响Fig.8 Effects of different intensities of cold plasma on malondialdehyde in tomatoes

如图8 所示，在整个贮藏期间，CK 组和30 kV 处理组丙二醛含量呈现不断上升趋势，60 kV 处理组呈现波动上升趋势。贮藏14 d 和21 d 时，CK 组均显著高于30 kV 处理组和60 kV 处理组（p＜0.05）。贮藏结束时，60 kV 处理组丙二醛含量最低，为0.3 nmol/g。结果表明，低温等离子体处理可以抑制番茄丙二醛含量的增加，且60 kV 抑制效果最好。丙二醛的积累会使细胞膜破坏程度加剧，导致果实腐烂变质。由哲[25]研究的壳聚糖-γ-氨基丁酸复合保鲜液处理也同样抑制了樱桃番茄丙二醛的积累。范叶珍等[26]对番茄使用普鲁兰多糖涂膜也得到同样效果。

2.9 低温等离子体处理对番茄菌落总数和霉菌的影响

大量研究表明，低温等离子体中的活性成分具有抑制微生物生长的作用。低温等离子体处理对番茄菌落总数生长的影响如图9 所示。

图9 不同强度低温等离子体对番茄果实菌落总数的影响Fig.9 Effects of different intensities of cold plasma on the total bacterial colonies in tomatoes

由图9 可知，在整个贮藏期间，CK 组番茄菌落总数呈现逐渐上升的趋势，两处理组呈现先下降后上升趋势。从贮藏7 d 开始，3 组呈现显著差异（p＜0.05）。在贮藏初期，3 组菌落总数为2.43 lg（CFU/g），贮藏结束时，30 kV 处理组和60 kV 处理组菌落总数较CK 组分别降低了0.22 lg（CFU/g）和0.42 lg（CFU/g），显著低于CK组（p＜0.05）。

不同强度低温等离子体对番茄果实霉菌的影响见图10。

图10 不同强度低温等离子体对番茄果实霉菌的影响Fig.10 Effects of different intensities of cold plasma on mold colonies in tomatoes

由图10 可知，随着贮藏时间的延长，番茄霉菌数量也呈现逐渐上升的趋势，与对照组相比，低温等离子体处理可以显著降低霉菌数量（p＜0.05），贮藏结束时，30 kV 处理组和60 kV 处理组霉菌数量较CK 组分别降低了0.29 lg（CFU/g）和0.49 lg（CFU/g），显著低于CK 组（p＜0.05）。结果表明，低温等离子体处理可以有效减少微生物的生长，延长番茄贮藏时间，其中60 kV处理组效果最好。Liu 等[27]将苹果浸泡在低温等离子体活化水中，同样可抑制微生物的生长。袁园[28]用低温等离子体活化水处理鲜切生菜，电压强度越高的等离子处理抑菌效果越好，与本研究结果一致。

3 结论

通过采用30、60 kV 低温等离子体技术对番茄的各项指标进行测定，发现低温等离子体技术对番茄色差变化没有显著影响，60 kV 处理可维持番茄较好的硬度，保持较高的可溶性固形物、可滴定酸、总酚含量，延缓呼吸速率的升高，抑制丙二醛和微生物的增加，保持较低的失重率，延长了货架期。本研究结果可为今后果蔬贮藏保鲜实际应用提供理论参考。