低溫等離子體處理對新疆‘小白杏’保鮮效果及品質(zhì)的影響

潘 越，李婷婷，吳彩娥，范龔健

（南京林業(yè)大學輕工與食品學院，江蘇 南京 210037）

杏（Prunus armeniacaL.），李屬，在我國林果業(yè)中占據(jù)重要的地位[1]，主要種植在北方地區(qū)，其中新疆地區(qū)的杏品種資源尤其豐富，且產(chǎn)量大、品質(zhì)優(yōu)。據(jù)統(tǒng)計，目前新疆杏的栽培面積已達200萬 hm2，年產(chǎn)量已超過150萬 t，種植面積和產(chǎn)量位居全國之首[2]。新疆杏主要以鮮食為主，杏果是典型的呼吸躍變型果實，釆收季節(jié)多為夏季高溫時節(jié)，且采后在常溫下放置會迅速后熟衰老，導致果實出現(xiàn)嚴重的腐爛[3]，嚴重降低了杏果的市場價值，同時制約了杏果的市場流通。因此，對杏采后貯藏期間品質(zhì)、生理變化及杏貯藏保鮮技術的研究具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

化學保鮮劑和殺菌劑可有效維持采后杏果品質(zhì)和降低疾病發(fā)病率，但其易造成試劑殘留從而影響人體健康。由于食品安全問題，化學保鮮劑和殺菌劑的使用受到越來越多的限制，故研究杏果保藏新技術，開發(fā)綠色、環(huán)保、無毒的保鮮發(fā)法以延長杏果的貯藏期迫在眉睫[4-5]。

近幾年，低溫等離子體殺菌技術在食品保藏領域的應用漸漸進入人們的視野，低溫等離子體是相對于其體系中的高溫電子而言，在低溫等離子體系中，電子的溫度很高，可達上千萬攝氏度，但是其中的離子及分子的溫度與常溫相當，所以整個體系一般為常溫狀態(tài)[6-7]，在低溫等離子體系中的激發(fā)態(tài)離子及高能電子均具有非常高的活性，因此具有極強的滅菌能力[8-9]。此項技術不但具有殺菌效率高、處理時間短、處理溫度低等特點，還能夠保持被處理食品的新鮮度和品質(zhì)，在食品非熱加工領域具有廣泛的應用前景[10-13]。研究表明，低溫等離子體處理可極大程度地延緩藍莓、西紅柿、櫻桃等果蔬營養(yǎng)成分的損失，較好地保持其品質(zhì)，延長貯藏期[14-17]。綜上，本實驗擬采用低溫等離子體處理采后杏果實，并研究其對杏果實貯藏效果和品質(zhì)的影響，以期為杏果保鮮技術提供理論參考和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

杏果實品種為‘小白杏’，購于新疆庫爾勒巴音農(nóng)場，八成熟時采收，并在24 h內(nèi)運送至實驗室。

福林-酚、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇、水楊酸、硫酸亞鐵、氯化鋁（均為國產(chǎn)分析純）購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

PG-1000ZD高壓低溫等離子體表面處理機 南京蘇曼等離子科技有限公司；SMP6多功能全自動酶標儀Molecular Devices公司；LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；WYT糖度計 成都光學廠；HWM-508恒溫恒濕箱 寧波江南儀器廠；AllegraX-15R臺式冷凍離心機 美國Beckman公司；JFQ-3150H果蔬呼吸測定儀 北京均方理化技術研究所；TA1質(zhì)構(gòu)儀 英國勞埃德公司。

1.3 方法

1.3.1 低溫等離子體處理

通過預實驗初步確定了低溫等離子體處理條件。預實驗將低溫等離子體的處理時間（20、40、60、80 s）、處理電壓（70、80、90、100、110、120 kV）作為考察因素，在不同組合條件下對新疆‘小白杏’進行低溫等離子體處理。根據(jù)預實驗結(jié)果，以未處理組作對照，觀察各組杏果表面損傷情況和貯藏期間腐爛情況，篩選出殺菌效果好且對杏果實品質(zhì)特征無影響的處理條件。

選取無損傷、色澤大小勻稱、成熟度相一致的果實用于實驗。將果實分裝于塑料可食用保鮮盒中，用塑料薄膜密封，每盒裝250 g（約15 個）杏果實。隨機分成4 組，低溫等離子體處理組利用低溫等離子體設備分別在工作電壓80、90、100 kV的條件下處理40 s（工作溫度25 ℃），對照組不進行低溫等離子體處理。處理后立即檢測杏果品質(zhì)及抗氧化酶活力，并將樣品置于4 ℃、相對濕度95%的恒溫恒濕箱中貯藏，每7 d取樣檢測各項指標，每組3 個重復。

1.3.2 杏果腐敗指數(shù)及品質(zhì)指標測定

腐敗指數(shù)采用計數(shù)打分法測定。果實表面有可見菌絲體生長或汁液外露即為腐爛，杏果腐爛面積比例小于25%計1 分，杏果腐爛面積比例介于25%～50%計2 分。杏果腐爛面積比例介于50%～75%之間計3 分，杏果腐爛面積比例大于75%計4 分。腐敗指數(shù)按下式計算。

用果蔬呼吸測定儀測定杏果果實的呼吸速率。將250 g樣品置于1 L密封的玻璃罐中1 h，將CO2傳感器插入罐中以測定呼吸產(chǎn)生的二氧化碳質(zhì)量，單位為mg/（hgkg）。

杏果實硬度的測定。每組處理隨機取10 枚果實，使用質(zhì)構(gòu)儀進行硬度分析。測試方法：分析模式：TPA；探頭：P/36 R（柱形探頭）；測試目標模式：應變；壓縮程度：70%；測試速率：8 mm/s。

可溶性固形物含量以糖度表示，單位為°Brix。隨機取10 個杏果，去皮、研磨勻漿，4 000hg離心處理3 min。取上清液用WYT型手持糖度計測定可溶性固形物含量，重復3 次。

參考文獻[18]測定VC含量。稱取100 mg 2,6-二氯酚靛酚鈉鹽，溶于100 mL含有26 mg碳酸氫鈉的沸水中，冷卻后置于冰箱中過夜，過濾，加蒸餾水稀釋至1 000 mL，貯于棕色瓶中于4 ℃保存。稱取10.0 g杏果肉置于研缽中，加入少量20 g/L草酸溶液，在冰浴條件下研磨成漿狀，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用20 g/L草酸溶液沖洗研體后，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，再用20 g/L草酸溶液定容至100 mL，搖勻后靜置10 min，過濾收集溶液備用。吸取10.0 mL濾液置于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現(xiàn)微紅色且15 s不褪色，記錄2,6-二氯酚靛酚溶液用量。同時，以10 mL 20g/L草酸溶液作為空白，按同樣方法進行滴定，重復3 次。

參考文獻[19]測定杏果肉總酚含量。將3 g杏果肉樣品用9.5 mL的無水乙醇勻漿。低溫放置1 h后，1 000hg、4 ℃離心15 min。收集上清液進行分析。以上清液、福林-酚和碳酸鈉作為反應體系進行反應，并在765 nm波長處測定吸光度，以沒食子酸為標準品。

1.3.3 杏果抗氧化酶活力的測定

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力測定參考文獻[20]。取1 g冷凍研磨的杏果實，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸緩沖液，將所得勻漿4 ℃、12 000hg離心20 min，所得上清液即為SOD粗酶液。將上清液（30?μL）在暗環(huán)境中加入到3 mL反應液中（含63?μmol/L氮藍四唑、13 mmol/L甲硫氨酸、1.3?μmol/L核黃素、10 mmol/L EDTA），以4 000 lx的熒光燈照射30 min，測定反應后的混合液在560 nm波長處吸光度。以1 min內(nèi)抑制氮藍四唑（nitro-blue tetrazolium，NBT）光化還原的50%為1 個酶活力單位（U），單位為U/g。

過氧化物酶（peroxidase，POD）活力測定參考文獻[21]。取1 g冷凍研磨的杏果實，加入3 mL 0.4 mol/L氯化鈉溶液，4 ℃下浸提10 min，將勻漿4 ℃、12 000hg離心20 min，所得上清液即為POD粗酶液。將1 mL上清液加入到2mL聯(lián)苯胺-醋酸鈉溶液（5 mmol/L）中，并將混合物在30 ℃下溫育5 min。向上述溶液中加入1 mL 30%（體積分數(shù)）H2O2溶液后，測量溶液在580 nm波長處的吸光度變化。以1 min內(nèi)吸光度變化0.01為1 個酶活力單位（U），單位為U/g。

過氧化氫酶（catalase，CAT）活力測定參考文獻[22]。稱取1 g冷凍研磨的杏果實，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸緩沖液，將所得勻漿4 ℃、12 000hg離心20 min，所得上清液即為CAT粗酶液。取0.1 mL酶液，依次加入3 mL磷酸緩沖液（50 mmol/L）、0.2 mL 0.3%（體積分數(shù)）的H2O2溶液，測定混合液在240 nm波長處吸光度的變化。以1 min內(nèi)吸光度變化0.01為1 個酶活力單位（U），單位為U/g。

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活力測定參考文獻[23]。取1 g冷凍研磨的杏果實，加入3 mL 50 mmol/L、pH 7.0的磷酸緩沖液，將所得勻漿在4 ℃、12 000hg離心20 min，所得上清液即為PPO粗酶液。將上清液（1 mL），1 mL鄰苯二酚溶液（50 mmol/L）與1.5 mL磷酸氫二鈉（0.2 mol/L）-檸檬酸鈉緩沖液（0.1 mol/L）混合，測定混合物在410 nm波長處的吸光度變化。以1 min內(nèi)吸光度變化0.01為1 個酶活力單位（U），單位為U/g。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實驗設置3 個平行，結(jié)果用平均值±標準差表示，采用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析，采用Duncan檢驗進行顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著，采用Origin Pro 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫等離子體處理對杏果腐敗指數(shù)及呼吸速率的影響

2.1.1 對杏果腐敗指數(shù)的影響

由圖1可知，未處理組杏果在貯藏期間腐敗指數(shù)持續(xù)上升。在4 ℃、相對濕度95%的條件下，對照組從第14天開始出現(xiàn)霉變，腐敗指數(shù)為3.56%；到第42天時，腐敗指數(shù)達到27.9%。低溫等離子體處理組在貯藏期間，各處理組腐敗指數(shù)明顯低于對照組，在貯藏第42天時腐敗指數(shù)均低于10%。其中電壓90 kV、時間40 s低溫等離子體處理的防腐效果最為顯著，貯藏第42天處理組腐敗指數(shù)僅為對照組的24%。

圖1 低溫等離子體處理后杏果貯藏期間腐敗指數(shù)Fig. 1 Decay index of apricot fruit treated by cold plasma during storage

低溫等離子體的抑菌活性主要有如下原因：一方面低溫等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)（帶電粒子、活性氧）使微生物的細胞膜受損，細胞膜形態(tài)塌陷和生理功能紊亂，從而導致細胞凋亡；另一方面，低溫等離子體活性物質(zhì)對蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等生物大分子物質(zhì)產(chǎn)生氧化損傷，引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變性、DNA氧化降解以及脂質(zhì)過氧化等反應，導致細胞死亡[24]，進而抑制了微生物的生長，降低了腐敗指數(shù)，延長了杏鮮果的貨架期。

2.1.2 對杏果呼吸速率的影響

果實采后的生命活動中，呼吸作用是主要的生理活動之一，會大量消耗果實中積累的糖分等營養(yǎng)物質(zhì)，使果實的質(zhì)量下降，加速其衰老，不利于果實的貯藏，呼吸強度的大小是果實代謝快慢的重要表征。呼吸躍變是指果實開始成熟時呼吸強度急劇上升的過程，呼吸躍變型果實呼吸強度達到高峰后便開始下降直至果實衰老死亡，當果實進入呼吸躍變期后，耐藏性將會急劇下降，因此可以認為呼吸躍變與果實成熟衰老的關系尤為密切[25]。

在貯藏過程中，低溫等離子體處理組杏果實呼吸速率均在貯藏第35天達到最大值，對照組則在第21天就已達最大值（圖2）?？梢酝茢?，低溫等離子體處理可以推遲杏果的呼吸躍變時間，延緩果實衰老。

圖2 低溫等離子體處理后杏果貯藏期間呼吸速率Fig. 2 Respiratory rate of apricot fruit treated by cold plasma during storage

2.2 低溫等離子體處理對杏果品質(zhì)的影響

果實硬度是衡量果實品質(zhì)及成熟衰老的重要指標。在杏果貯藏期間，由于果皮中的果膠、纖維素等成分發(fā)生水解以及果實腐敗的原因，果實硬度逐漸下降，但80、90 kV電壓處理組硬度均顯著高于對照組，說明適當條件的低溫等離子體處理可以有效抑制杏果軟化。尤其在貯藏末期，可能由于對照組霉變加劇，果實發(fā)生嚴重的腐爛和軟化，硬度急劇下降，而實驗組果實依然比較堅硬（圖3A）。其中90 kV電壓處理組在貯藏第42天杏果的硬度為對照組的近1.5 倍，說明適當條件的低溫等離子體處理能夠顯著提高杏果實的好果率。值得注意的是，100 kV條件下處理的杏果在整個貯藏期硬度與對照組差異不大，甚至某些時期的硬度要低于對照組，由此推測較高電壓的低溫等離子體處理可能會對杏果的果膠及纖維素等成分造成損傷。

可溶性固形物含量是影響果實風味的重要因素。如圖3B所示，杏果可溶性固形物含量隨貯藏時間的延長總體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在貯藏后期，低溫等離子體處理可以減緩杏果可溶性固形物含量的減少，這可能是因為低溫等離子體處理抑制了杏果表面微生物的生長，減緩了杏果的腐爛，從而減緩了糖類等物質(zhì)的降解。

VC是一種溫和的還原劑和自由基清除劑，對果蔬起到一定的保護作用，當VC含量降低，自由基逐漸積累，即會對細胞組織產(chǎn)生損傷，加速果蔬的腐敗。果蔬多酚是存在于水果和蔬菜中的多羥基酚類化合物的總稱，具有抗氧化、緩解心血管疾病等保健效果[26]。因此，VC和多酚的含量均是判斷果實品質(zhì)和營養(yǎng)成分的主要指標。如圖3C、D所示，各處理組和對照組VC及多酚含量均呈先上升后下降的趨勢，從貯藏第21天開始，處理組的VC含量及多酚含量均顯著高于對照組，Liu Chenghui等[27]用等離子活性水處理鮮切蘋果時也有類似的發(fā)現(xiàn)。與對照組相比，3種處理在貯藏后期均不同程度顯著延緩了杏果VC和總多酚含量的下降。其中90 kV電壓處理組杏果在貯藏第42天的VC、多酚含量分別是對照組的1.4、1.2 倍。

圖3 低溫等離子體處理后杏果貯藏期間品質(zhì)變化Fig. 3 Quality changes of apricot fruit with cold plasma treatment during storage

2.3 低溫等離子體處理對杏果抗氧化酶活力的影響

活性氧是氧氣的部分還原或激發(fā)形式，被認為是果蔬有氧代謝過程中不可避免的有毒副產(chǎn)物[28]?；钚匝跷镔|(zhì)包括超氧陰離子自由基、羥自由基和過氧化氫[29]，過量的活性氧會嚴重損害機體，破壞DNA、RNA、蛋白質(zhì)等物質(zhì)[30]。果實的衰老與活性氧物質(zhì)的過度積累有密切關系，正常情況下，由于果實中的抗氧化防御系統(tǒng)可清除活性氧，從而使果實細胞中活性氧的產(chǎn)生和清除處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。但是，在果實衰老過程中，抗氧化系統(tǒng)清除活性氧的能力減弱，導致活性氧不斷積累，進一步促進果實成熟[31]。因此，即時清除果實細胞中過量的活性氧對于保持果實品質(zhì)至關重要。

SOD、CAT、POD是果蔬體內(nèi)重要的抗氧化酶，SOD能夠催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應，將其分解為H2O2和H2O，從而清除超氧陰離子自由基，產(chǎn)生的H2O2再進一步在CAT、POD等抗氧化酶催化下分解為H2O和O2，以減少H2O2對果實造成的氧化傷害。如圖4A～C所示，與對照組相比，90 kV電壓處理組在貯藏第42天杏果的SOD、CAT、POD活力分別提高了18%、28%和23%，杏果的SOD、CAT和POD活力總體呈先上升后下降的趨勢，且對照組的酶活力大體上顯著低于處理組，表明低溫等離子體處理能很好地保持杏果的抗氧化能力，促進超氧陰離子自由基的清除，從而減輕自由基對杏果細胞組織的侵害。

PPO是自然界中較常見的一種蛋白酶，普遍存在于蔬菜、水果中，PPO是引起果蔬酶促褐變的主要酶類，PPO可以催化果蔬中的內(nèi)源性多酚物質(zhì)氧化生成黑色素，嚴重影響果蔬的營養(yǎng)、風味及外觀品質(zhì)。如圖4D所示，各組PPO活力均呈逐漸上升的趨勢，且對照組酶活力顯著高于處理組，等離子體處理有效地降低了杏果貯藏期間PPO的活力，抑制了果實褐變，從而維持杏果良好的采后品質(zhì)。

圖4 低溫等離子體處理對杏果抗氧化酶系的影響Fig. 4 Effect of cold plasma treatment on antioxidant enzyme activities in apricot fruit

3 討 論

研究結(jié)果表明，各電壓強度下的低溫等離子體處理均能降低采后杏果在貯藏期間的腐敗指數(shù)。低溫等離子體處理組在4 ℃貯藏42 d后，腐敗指數(shù)均低于10%，而對照組腐敗指數(shù)接近30%，可見低溫等離子體能夠有效抑制杏果表面微生物的生長，減少腐爛的發(fā)生。由于低溫等離子體處理可催化介質(zhì)氣體形成多種活性基團和粒子（如自由基、臭氧、自由電子、活性氧等），可能產(chǎn)生了協(xié)同殺菌作用，同時結(jié)合氣調(diào)包裝貯藏，這些基團和粒子可以持續(xù)發(fā)揮作用，因而比其他單一的殺菌方法更高效[32-33]。此外，也有研究認為低溫等離子體處理的殺菌機制包括高能電子、臭氧氧化和紫外輻射3 個方面[34-35]，通過等離子處理放電時電離產(chǎn)生極高能量，對病原菌表面產(chǎn)生了巨大的轟擊作用，進而殺死病原菌。80、90、100 kV不同電壓處理實驗結(jié)果顯示，90 kV的電壓處理對于杏果的保鮮及提升果實品質(zhì)效果最佳，可能是因為80 kV的電壓強度不足以殺滅全部病原菌，100 kV的電壓強度又會對杏果產(chǎn)生較大的損傷。

新疆‘小白杏’中含有的VC、多酚等抗氧化物質(zhì)能夠清除活性氧，并通過調(diào)節(jié)相關基因增強細胞防御能力[36]。本實驗中，貯藏第7天開始，對照組和處理組杏果VC含量基本呈不斷下降趨勢，這說明采后貯藏過程中杏果實逐漸衰老，VC逐漸被氧化消耗，但是處理組杏果VC含量始終高于對照組，說明等離子體處理能較好地好保持杏果的VC含量。整個貯藏過程中，處理組總酚含量均顯著高于對照組（P＜0.05），貯藏第28天，對照組多酚含量已呈下降趨勢，但處理組多酚含量依然在升高，可能是等離子體處理延緩了杏果衰老后熟，抑制了多酚物質(zhì)的降解。有研究認為，低溫等離子體促進酚類物質(zhì)的積累可能與苯丙氨酸解氨酶活力有關，苯丙氨酸解氨酶是苯丙酸途徑中的關鍵酶，直接參與植物酚類物質(zhì)的生物合成。在貯藏前期，對照組、處理組多酚含量均呈上升趨勢，可能是因為苯丙氨酸解氨酶在逆境條件下被激發(fā)[37]。Suh等[38]認為冷等離子體處理促進了火龍果細胞中果糖和葡萄糖的利用，以此提供了火龍果酚類物質(zhì)生物合成的必要前體，從而激活了相關酚類合成酶，導致果實中酚類化合物的積累。

生物體內(nèi)的活性氧會對生物細胞產(chǎn)生一定的損傷，因此，維持體內(nèi)活性氧平衡對生物健康具有重要的意義，適當補充體內(nèi)的抗氧化劑是一種可行方法[39]。此外，抗氧化能力也會影響杏果本身的健康，因此抗氧化酶活力對杏果的營養(yǎng)品質(zhì)和貯藏能力均具有重要的影響。本研究結(jié)果顯示，與對照組相比，低溫等離子體處理可提高杏果抗氧化酶SOD、POD和CAT的活力，促進活性氧的清除，減輕對細胞組織的侵害。同時，等離子體處理也降低了PPO的活力，這對有效抑制果實褐變具有重要意義，且處理組多酚含量顯著高于對照組，可能也與等離子體抑制了PPO活力有一定關系，其中的機理有待進一步研究。

4 結(jié) 論

低溫等離子體處理能有效降低杏果腐敗率，提高杏果貯藏期間的品質(zhì)。低溫等離子體利用正負離子瞬間產(chǎn)生的能量對果蔬進行有效的殺菌，從而達到了非常顯著的保鮮效果，且等離子體處理后，對果蔬外觀及營養(yǎng)價值損傷小，并無任何有害藥劑殘留，食用安全性提高，因此，其能夠作為一種冷殺菌方法應用于采后杏果保鮮領域。