臭氧水處理對抑制鮮切馬鈴薯褐變的影響

董成虎，紀(jì)海鵬，張慧杰，高元惠，賈凝，張娜，張曉軍，陳存坤，于晉澤，*

（1.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心（天津），農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點實驗室，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津300384；2.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，食品營養(yǎng)與安全省部共建教育部重點實驗室，天津300457；3.天津國嘉農(nóng)產(chǎn)品保鮮生產(chǎn)力促進有限公司，天津300384；4.天津市遠(yuǎn)東冷藏設(shè)備制造有限公司，天津300384）

馬鈴薯是一種屬于茄科草本科的植物[1]，是僅次于玉米、稻谷和小麥的全球第四大糧食作物[2]。馬鈴薯含有豐富的營養(yǎng)，包括大部分的淀粉、糖、蛋白質(zhì)以及18 種氨基酸[3-4]。中國作為馬鈴薯生產(chǎn)大國[5]，由于價格低廉，得天獨厚的生長條件使馬鈴薯成為日常生活中一種不可或缺的糧食。

馬鈴薯貯藏大多用冷藏[6]、輻射[7]、地窖[8]、貯藏窖[9]等方式，但近年來，由于鮮切果蔬新鮮、營養(yǎng)、方便等特點受到消費者喜愛[10]，因此多種鮮切果蔬在貯藏保鮮方面得到了廣泛研究，例如西藍(lán)花[11]、蘋果[12]、紫甘藍(lán)[13]、火龍果[14]等，鮮切果蔬的市場前景也變得越來越廣闊。鮮切馬鈴薯也被人們廣泛應(yīng)用[15]。對于貯藏鮮切馬鈴薯，多用涂抹植物激素[16-17]、真空包裝[18]、氣調(diào)保鮮[19]等方式進行貯藏，由于它們復(fù)雜的操作性和昂貴的保鮮劑，在實際應(yīng)用中無法廣泛推廣。而臭氧是一種綠色、安全、活性高、半衰期短、易溶于水、易分解的殺菌劑[20-21]，它能有效的分解次生代謝物，減少生理代謝，抑制氧化酶活性[22]。臭氧對于食品的保鮮技術(shù)不斷發(fā)展[23]，尤其是在果蔬貯藏保鮮方面應(yīng)用廣泛[24]，已經(jīng)在櫻桃[25]、藍(lán)莓[26]、柿子[27]、雙孢菇[28]被證實有積極的作用。臭氧具有高氧化力，有抑制微生物的生長和殺菌的作用[29-30]，降低果蔬腐爛率，延緩果蔬的成熟和老化。

因此本試驗選用臭氧水處理鮮切馬鈴薯。臭氧水保鮮馬鈴薯既可以減少營養(yǎng)流失，也可以抑制褐變，從而保證鮮切果品的外觀與品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯：市售，挑選成熟度相同、大小均勻、無病害、無機械傷的馬鈴薯，運至國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點實驗室進行處理。

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：天津市江天統(tǒng)一科技有限公司；乙二胺四乙酸二鈉、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100）、愈創(chuàng)木酚：天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司；過氧化氫、無水碳酸鈉：天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；沒食子酸、福林酚、鄰苯二酚、鉻黑T：上?？曝S化學(xué)試劑公司；所有試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

3-30 K 高速冷凍離心機：德國Sigma 公司；UV-1780 紫外可見分光光度計：日本島津公司；WR-18 色差儀：深圳威福公司。

1.3 方法

1.3.1 處理方法

選擇大小均勻，新鮮完整的馬鈴薯。洗凈表面泥土與臟物，清洗時避免造成機械損傷，去除表皮切成3 cm 的正方形。分別置于濃度為CK（0 mg/L）、T1（1.07 mg/L）、T2（1.61 mg/L）、T3（2.14 mg/L）4 個臭氧水梯度，處理10 min，貯藏于0 ℃環(huán)境下，每3 d 進行取樣，每個處理重復(fù)測定3 次，取平均值。

1.3.2 測定項目

1.3.2.1 色差

每個處理取10 個馬鈴薯定期用色差計測定色差，取平均值。

1.3.2.2 單寧含量

參照李家慶等[31]的方法，單位以%計。

1.3.2.3 總酚含量

參考曹建康等[32]方法測定，單位以mg/g 計。

1.3.2.4 抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性

參考曹建康等[32]的方法測定，單位以U/g·mF 計。

1.3.2.5 過氧化物酶（pexoxidase，POD）活性

參考曹建康等[32]的方法測定，單位以ΔOD470nm/（min·g）計。

1.3.2.6 多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性

參考Zheng X 等[33]的方法測定，單位以ΔOD420nm/（min·g）計。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 軟件進行分析，并進行差異顯著性分析，差異顯著性水平為0.05，使用Origin 8.5 軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度的臭氧水處理對馬鈴薯色差的影響

不同濃度的臭氧水處理對馬鈴薯色差的影響見圖1。

圖1 不同濃度的臭氧水處理對馬鈴薯色差的影響Fig.1 Effect of ozone water treatment with different concentration on potato color difference

色差是反映果蔬外觀品質(zhì)的指標(biāo)，果蔬越新鮮，色澤越光亮，褐變越小。L*值越大，表示亮度越高，褐變越小；反之，L*值越小，褐變越嚴(yán)重。由圖1A 可知，在整個貯藏期間，馬鈴薯的亮度呈下降趨勢。CK 組的亮度低于T1、T2 和T3 處理組。說明臭氧處理可以保持馬鈴薯的色澤明亮。而且T2 處理組亮度一直高于T1 和T3 處理組，說明T2 處理組的臭氧濃度可以較好的保持馬鈴薯的亮度，可能是由于1.61 mg/L 臭氧水處理更容易抑制與褐變有關(guān)的酶活，使馬鈴薯褐變程度降低，從而保持了馬鈴薯的亮度。

由圖1B 可看出，4 個處理的a*值隨時間逐漸增加，說明4 個處理組都發(fā)生了不同程度的褐變。而對照組始終高于其他處理組，在最后1 d 貯藏期，CK 組與其他處理組存在明顯的差異（P＜0.05），CK 處理組的a*值比T1 處理組高1.352，比T2 處理組高2.446，比T3 處理組高1.8，T2 處理組在貯藏期一直低于T1和T2 處理組，在劉曉燕等用臭氧對蓮藕護色的研究中有類似的結(jié)果[34]，說明適當(dāng)濃度的臭氧可以延緩馬鈴薯變質(zhì)和水分流失，保持色澤。

2.2 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中單寧含量的影響

不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中單寧含量的影響見圖2。

圖2 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中單寧含量的影響Fig.2 Effects of ozone water treatment at different concentrations on tannin content in potatoes

單寧又稱作蹂質(zhì)，具有抗氧化和抑菌的作用，是一種多酚類化合物，與氧氣發(fā)生氧化，使果蔬發(fā)生酶促褐變。由圖2 可得，雖然T2 處理組單寧的含量在貯藏期間高于其他處理組，但4 個處理組均具有先上升后下降的的變化趨勢。這在張琦等利用臭氧處理樹莓中也得出類似的結(jié)果[35]。單寧含量CK、T1 和T3 之間變化幅度較小，與T2 處理組有明顯的差異（P＜0.05），說明1.61 mg/L 濃度的臭氧水對單寧含量的影響最大，而未經(jīng)臭氧水浸泡的CK 處理組單寧含量最少，說明抗氧化能力也最差，褐變最為嚴(yán)重。

2.3 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中總酚含量的影響

不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中總酚含量的影響見圖3。

圖3 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯中總酚含量的影響Fig.3 Effects of ozone water treatment at different concentrations on total phenol content in potatoes

馬鈴薯中含量最豐富的抗氧化劑就是總酚類化合物，總酚物質(zhì)多儲存于馬鈴薯表皮中，但馬鈴薯果肉中少量總酚也能幫助馬鈴薯抗氧化，減緩褐變。經(jīng)過臭氧水處理冷藏后。與對照相比，T1、T2 和T3 處理組的總酚含量均緩慢下降且處理組之間變化幅度較小，這可能經(jīng)臭氧水處理過的馬鈴薯抗氧化能力增強，韓夢凡等也有類似的研究[36]。在第3 天，CK 處理組迅速下降，與其他處理組形成顯著的差異，比T1、T2和T3 分別下降了0.12%、0.16%、0.15%，說明未經(jīng)臭氧水處理過的鮮切馬鈴薯容易氧化，發(fā)生褐變。

2.4 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯APX 活性的影響

不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯APX 活性的影響見圖4。

APX 是植物活性氧代謝中一種重要的抗氧化酶[37]，它可以清除果實組織內(nèi)的過氧化氫，又促使維生素C 代謝，在果蔬體內(nèi)中具有抗氧化的作用。從圖4可以看出，T2 處理組APX 呈先上升后穩(wěn)定的趨勢，CK處理組前期下降迅速后期下降緩慢，T1 和T3 處理組下降速度比較緩慢。CK、T1 和T2 處理組APX 酶活下降可能是果蔬組織內(nèi)活性氧含量有所下降造成的。但CK 處理組APX 酶活一直低于其他處理組。這跟總酚含量在貯藏期的變化趨勢類似。在貯藏第3 天，CK 處理組與T1、T2 和T3 處理組幅度變化最為顯著（P＜0.05），可能由于未經(jīng)臭氧水處理的對照組抗氧化能力弱，活性氧積累較多，脂質(zhì)過氧化嚴(yán)重，APX 逐漸失活。而T2處理組APX 活性水平始終最高，說明1.61 mg/L 的臭氧水濃度對更有利于保持馬鈴薯中APX 的活性，在P.Boonkorn 等研究中也有類似的結(jié)論[38]。

圖4 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯APX 活性的影響Fig.4 Effects of ozone water treatment at different concentrations on ascorbic acid peroxidase activity in potatoes

2.5 不同濃度臭氧水對馬鈴薯中POD 活性的影響

不同濃度臭氧水對馬鈴薯中POD 活性的影響見圖5。

圖5 不同濃度臭氧水對馬鈴薯中POD 活性的影響Fig.5 Effects of different concentrations of ozone water on peroxidase activity in potatoes

POD 與植物抗衰老密切相關(guān)，是導(dǎo)致果蔬褐變的主要因素之一[39]。它是果實中重要的抗氧化防御酶，清除果實內(nèi)的活性氧，與O2-發(fā)生歧化反應(yīng)，生成的H2O2和其他過氧化物，從而抑制褐變。由圖5 可知，CK 處理組的POD 酶活在整個貯藏期間一直處于較低水平，且在第15 天，顯著低于其他處理組（P＜0.05）。而T2 處理組的POD 酶活始終高于T1 和T3 處理組。這可能是T2 處理組的臭氧濃度更有利于通過抑制PPO 的活性，阻止果實細(xì)胞內(nèi)酚類物質(zhì)的氧化來抑制褐變。從總體來看，4 個處理組均呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢?？赡苁窃诘? 天酶活達到峰值時，由于機械損失受到脅迫，抗氧化能力增強，到了貯藏后期，果實適應(yīng)了這種非生物脅迫，從而使果實的POD 酶活保持相對穩(wěn)定。在梁蕓志等[40]研究中，臭氧對黃瓜進行，POD 酶活的變化也有類似的趨勢。

2.6 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯PPO 活性的影響

不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯PPO 活性的影響見圖6。

圖6 不同濃度臭氧水處理對馬鈴薯PPO 活性的影響Fig.6 Effects of ozone water treatment with different concentrations on polyphenol oxidase activity in potatoes

馬鈴薯塊莖中大部分的亞細(xì)胞中都含有PPO，這種酶是馬鈴薯在鮮切過程發(fā)生褐變主要因素之一，果實中多酚類物質(zhì)及衍生物在PPO 的催化下形成醌，與氨基酸發(fā)生反應(yīng)氧化為黑色素，導(dǎo)致馬鈴薯褐變[28]。當(dāng)果實處于逆境時，PPO 活性會顯著升高，保護組織防止受損[41]，由圖6 可知，4 個處理組隨貯藏時間呈下降趨勢。同時，CK 處理組的PPO 酶活始終處于最高水平，與PPO 酶活在貯藏期間始終最低的T2 處理組存在顯著的差異（P＜0.05），這可能是因為CK 處理組自身抵御系統(tǒng)薄弱，PPO 活性最高，更容易發(fā)生褐變。在貯藏期末，CK 處理組的PPO 酶活分別是T1、T2 和T3處理組的1.13 倍、1.82 倍、1.29 倍。在羅文靖等研究中PPO 酶活也有類似的變化[42]。

3 結(jié)論

以去皮馬鈴薯為材料，探究臭氧水處理去皮馬鈴薯與褐變有關(guān)的酶和表觀特征之間的關(guān)系，以確定保持馬鈴薯品質(zhì)的最適臭氧水濃度，抑制褐變。通過上述的數(shù)據(jù)表明，去皮馬鈴薯發(fā)生褐變與馬鈴薯的色差值，總酚、單寧、PPO、POD 和APX 含量密切相關(guān)。不同濃度的臭氧水對去皮馬鈴薯產(chǎn)生的褐變有不同程度的抑制效果。特別是T2 處理組的馬鈴薯展現(xiàn)了良好的貯藏品質(zhì)特性，能有效的保持去皮馬鈴薯的外觀色澤，提高次生代謝物單寧和總酚的含量，抑制易催化氧化的PPO 的活性，促進了與抗氧化有關(guān)的POD 和APX 的活性，消除過氧化氫和酚類物質(zhì)。研究結(jié)果表明，臭氧水濃度為1.61 mg/L 對去皮馬鈴薯的褐變抑制效果最佳。

從綠色保鮮的角度，臭氧無污染、無殘留、易于分解的特性對果蔬貯藏沒有副作用[10，43]，同時由于有效的消滅果實表面的微生物和病毒，廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品貯藏的領(lǐng)域。綜上所述，臭氧水在保鮮去皮馬鈴薯方面具有較好的潛力，但不同濃度的臭氧水處理方式和適宜貯藏條件具有差異性，需要進一步研究驗證。