浸水處理對鮮切馬鈴薯抗氧化能力的影響

公營，馬愫，王慶國，孟慶昌，張子崗，石晶盈，*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東泰安271018；2.淄博市淄川區(qū)檢驗檢測中心，山東淄博255000）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界上最重要的糧食作物和流行蔬菜之一，因其具有豐富的營養(yǎng)和誘人的風(fēng)味在世界范圍內(nèi)被廣泛消費[1]。近年來，隨著人們生活水平的提高、城市人口的增加，快節(jié)奏生活的刺激，鮮切果蔬越來越受到人們的歡迎。鮮切馬鈴薯產(chǎn)品具有新鮮、方便、可食率高等特點，能很好地滿足消費者現(xiàn)代生活方式的需求，具有廣闊的市場前景。然而，鮮切加工過程中的削皮、切割等操作，會造成馬鈴薯細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的破壞，繼而產(chǎn)生包括褐變、水分流失和令人不愉快的氣味等問題，其中延緩或防止馬鈴薯切后褐變是鮮切馬鈴薯產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。

目前有很多關(guān)于延緩鮮切馬鈴薯的褐變速度的報道。這些方法包括將化學(xué)合成物或植物提取物應(yīng)用于鮮切馬鈴薯表面[2-5]，靜電場[6]和超聲處理[7-8]，改良?xì)怏w包裝[9-11]，愈傷處理[12]，以及生物方法[13]等。這些方法在抑制鮮切馬鈴薯褐變方面雖取得一定的效果，但有些方法還存在安全性不高、高成本或缺乏實用價值等問題。

本文篩選了延緩鮮切馬鈴薯褐變的最佳浸水時間；并研究了不同料液比對鮮切馬鈴薯褐變速度的影響，目的在于提供一種安全、易操作的延緩鮮切馬鈴薯褐變方法。本文通過研究浸水處理對馬鈴薯抗氧化能力的影響，初步探討了浸水處理抑制鮮切馬鈴薯褐變的機(jī)理，為鮮切馬鈴薯的褐變控制提供了重要的技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“荷蘭15 號”馬鈴薯：萊蕪市楊莊鎮(zhèn)聚富食品有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVP）、氮藍(lán)四唑（nitro-blue tetrazolium，NBT）、乙二胺四乙酸二鈉（ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt，EDTA-2Na）、巰基乙醇：北京索萊寶科技有限公司；2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸、核黃素：上海國藥集團(tuán)；甲醇、乙腈：美國sigma 公司；脯氨酸：上海葉源生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

立式超低溫冰箱（DW-86L388A）：青島海爾特種電器有限公司；超聲波清洗器（SCIENTZ-IID）：寧波新芝科技有限公司；色差儀（CR-400）：柯尼卡美能達(dá)公司；紫外可見分光光度計（UV-8000）：上海元析儀器有限公司；智能型光照培養(yǎng)箱（GXZ-500）：寧波江南儀器廠；高速冷凍離心機(jī)（TGL20M/TGL20MB）：長沙英泰有限公司；電泳儀（DYY-12）：北京六一儀器公司；熒光定量 PCR 儀（CFX96）：美國伯樂公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 鮮切馬鈴薯浸水處理時間的篩選

選擇大小均勻，沒有發(fā)芽、機(jī)械傷或病菌感染的馬鈴薯45 個，馬鈴薯用自來水清洗后放入次氯酸鈉溶液（濃度為200 μL/L）中浸泡5 min，然后將馬鈴薯手動剝皮，切成約5 mm 厚的薄片，隨機(jī)分成5 組。再分別將5 組馬鈴薯切片浸入去離子水（25 ℃）中浸泡0、5、10、15、30 min，分別將其置于塑料籃筐中 5 min 以瀝去表面過量的水，裝入聚乙烯/聚對苯二甲酸丁二醇酯包裝袋（15 cm×20 cm×0.06 mm）中，5 ℃下貯藏。分別于0、3、6、9、12 d 進(jìn)行感官評定。

1.3.2 鮮切馬鈴薯浸水處理料液比的篩選

選擇大小均勻，沒有發(fā)芽、機(jī)械傷或病菌感染的馬鈴薯36 個，將馬鈴薯鮮切處理后，將馬鈴薯片和去離子水以 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4（g/mL）的料液比浸泡15 min，5 ℃下貯藏。分別于 0、3、6、9、12 d 進(jìn)行感官評定。

1.3.3 馬鈴薯切片總體感官質(zhì)量的評定

馬鈴薯被鮮切處理后，由10 人組成測定小組進(jìn)行總體感官質(zhì)量評價。每個處理3 個重復(fù)，每個重復(fù)隨機(jī)選取8 片，按照表1 評分。

表1 鮮切馬鈴薯總體感官質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Overall sensory quality evaluation standard of fresh-cut potato

1.3.4 馬鈴薯切片表面顏色的測定

切片的表面顏色通過手持式數(shù)字色度計測定，測量之前以標(biāo)準(zhǔn)白板（L*=97.44，a*=-0.87，b*=1.29）校準(zhǔn)。每個處理3 個重復(fù)，每個重復(fù)隨機(jī)選取8 片，用于a*和L*值讀數(shù)，正反面各測量1 次。

1.3.5 馬鈴薯切片丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的測定

取馬鈴薯樣品2.5 g，加入10%三氯乙酸（trichloroacetic acid solution，TCA）溶液 10 mL，25 ℃浸提 2 h，12 000 r/min 離心15 min。取上清液3 mL，加入0.6%2-硫代巴比妥酸（2-thiobarbituric acid，TBA）溶液2 mL，混合后沸水浴 25 min，冷卻。在 450、532、600 nm波長下測定吸光度值[14]。

MDA 濃度/（μmol/L）=6.45×（A532-A600）-0.56×A450

MDA 含量/（μmol/g）=（C×V1）/（V×Fw）

式中：V1為測定時提取液體積，mL；V 為提取液總體積，mL；Fw 為樣品質(zhì)量，g。

1.3.6 馬鈴薯切片脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性的測定

馬鈴薯樣品0.5 g 溶于2.0mL含有0.1 g PVP、pH 7.0 的磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L）中，4 ℃下 12 000 r/min離心15 min。取上清液20 μL，加入2.970mL醋酸緩沖液，再加入10 μL 0.1 mol/L 的亞油酸鈉。每隔10 s在234 nm 測量吸光度3 min。以每分鐘吸光值變化0.01 為一個酶活力單位[15]。

1.3.7 馬鈴薯切片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的測定

馬鈴薯樣品0.5 g 溶于2.0mL含有0.1 g PVP、pH 7.8 的磷酸鹽緩沖液（0.1 mol/L）中，4 ℃下 12 000 r/min離心10 min。反應(yīng)體系包括0.3mL蛋氨酸溶液，0.5mLNBT，0.3mLEDTA-Na2，0.5mL核黃素和 0.2mL上清液。在25 ℃，光照強(qiáng)度為4 000 Lx 下光照20 min，以抑制NBT 光化還原達(dá)50%的酶量為一個酶活性單位[16]。

1.3.8 馬鈴薯切片脯氨酸含量的測定

采用高效液相色譜法測定馬鈴薯中游離氨基酸的含量，參考QB/T 4356-2012《黃酒中游離氨基酸的測定方法》。

1.3.9 馬鈴薯切片抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)量測定

使用康為世紀(jì)的OmniPlant RNA Kit（DNase I）（目錄號CW2598S）的試劑盒進(jìn)行總RNA 的提取。利用TaKaRa 公司的試劑盒進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。相對熒光定量使用TaKaRa 公司RR420A 試劑盒。基因的引物設(shè)計見表2，由生工生物工程股份有限公司合成。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性的檢驗，采用Sigmaplot 12.0 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理分析與作圖。

表2 熒光定量PCR 基因引物Table 2 Gene primer of quantitative real-time PCR

2 結(jié)果與分析

2.1 浸水處理時間對鮮切馬鈴薯整體感官品質(zhì)的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間整體感官品質(zhì)變化的影響見表3。

表3 不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間整體感官品質(zhì)變化的影響Table 3 Effects of different water immersion time on the overall sensory quality of fresh-cut potato during storage time

由表3 可知，浸水處理15 min 可有效的維持鮮切馬鈴薯的感官品質(zhì)，貯藏12 d 時，15 min 浸水處理組的鮮切馬鈴薯片仍然保持6.00 的分值，仍然具有商品價值；10 min 浸水處理組的鮮切馬鈴薯在貯藏到9 d時失去商品價值；對照組、5 min 和30 min 浸水處理組在貯藏到6 d 時失去商品價值。綜上所述，選擇15 min浸水處理時間進(jìn)行料液比的篩選。

2.2 料液比的篩選

不同浸水料液比對鮮切馬鈴薯貯藏期間整體感官品質(zhì)變化的影響見表4。

表4 不同料液比對鮮切馬鈴薯貯藏期間整體感官品質(zhì)變化的影響Table 4 Effects of different ratios of material to liquid on the overall sensory quality of fresh-cut potato during storage time

由表4 可以看出，在貯藏期間，4 種不同的料液比（浸水15 min）都能很好地維持馬鈴薯的感官品質(zhì)。在15 min 浸水處理條件下，料液比對鮮切馬鈴薯褐變程度沒有顯著性差異。因此，選用浸水15 min、料液比1∶1（g/mL）（去離子水正好完全沒過鮮切馬鈴薯片）的處理條件進(jìn)行后續(xù)的試驗。

2.3 15min浸水處理對鮮切馬鈴薯色差的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間色度值L*和a*變化的影響見圖1。

圖1 浸水處理對鮮切馬鈴薯L*值和a*值的影響Fig.1 Effect of water immersion treatment on L*and a*of freshcut potato

在貯藏期間，對照組馬鈴薯切片的L*值降低很快，而15 min 浸水處理組的馬鈴薯切片降低緩慢；并且，處理組馬鈴薯切片的a*值明顯低于（P＜0.05）對照組。a*與褐變過程紅色產(chǎn)生密切相關(guān)[17]。馬鈴薯褐變產(chǎn)生黑色素，導(dǎo)致馬鈴薯表面變暗、變紅，褐變過程會同時伴隨L*的降低和a*的升高。因此，處理組較高的L*和較低的a*表明15 min 浸水處理可有效地維持鮮切馬鈴薯的色度并保持其感官品質(zhì)。

2.4 15min浸水處理對鮮切馬鈴薯LOX活性和MDA含量的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間LOX 活性和MDA 含量變化的影響見圖2。

圖2 浸水處理對鮮切馬鈴薯LOX 活性和MDA 含量的影響Fig.2 Effect of water immersion treatment on LOX activity and MDA of fresh-cut potato

由圖2 得出，鮮切處理后，對照組和處理組的LOX 活性都持續(xù)上升，但是15 min 浸水處理組的LOX活性始終低于對照組（P＜0.05）。在貯藏期間，浸水處理組馬鈴薯切片的MDA 含量顯著低于對照組，并且整體變化不大，而對照組的MDA 含量在鮮切后迅速上升。脂質(zhì)過氧化是細(xì)胞毒性代謝的結(jié)果，會造成膜的損傷，LOX 在果實中加速膜脂過氧化物的產(chǎn)生，使果實褐變加劇[18]。MDA 是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，它是評估生物材料膜脂過氧化水平的關(guān)鍵指標(biāo)[19]。浸水處理組較低的MDA 含量可能是由于其較低的LOX 活性。鮮切處理后，與對照組相比，處理組低的LOX 活性以及較少MDA 的產(chǎn)生都表明處理組強(qiáng)的抗氧化能力以及低的膜脂過氧化程度，從而保持細(xì)胞膜的完整性，抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

2.5 15min浸水處理對鮮切馬鈴薯SOD活性和SOD家族基因表達(dá)量的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間SOD 活性和處理后48 h 內(nèi)SOD 各家族基因表達(dá)量變化的影響見圖3。

鮮切處理后，15 min 浸水組馬鈴薯切片的SOD 活性持續(xù)升高。對照組馬鈴薯切片SOD 活性先下降后上升，并且在貯藏期間始終低于處理組（P＜0.05）。處理后48 h 以內(nèi)，處理組的Mn-SOD 和Fe-SOD 的相對表達(dá)量始終高于對照組，Cu/Zn-SOD 的相對表達(dá)量與對照差異很小。由此，我們推測，15 min 浸水處理后SOD 活性的提高是提高了Mn-SOD 和Fe-SOD 表達(dá)量的結(jié)果。SOD 是植物防御體系的重要酶之一，它可以清除活性氧，在保護(hù)植物組織免受氧化損傷方面發(fā)揮著重要作用[20]。15 min 浸水處理可以提高鮮切馬鈴薯的SOD活性，增強(qiáng)抗氧化能力，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷，從而抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

圖3 浸水處理對鮮切馬鈴薯SOD 活性及SODFe、SODMn 和SODCu/Zn 基因表達(dá)量的影響Fig.3 Effect of water immersion treatment on the activity of SOD and the gene expression of SODFe，SODMn and SODCu/Zn of fresh-cut potato

2.6 15min浸水處理對鮮切馬鈴薯脯氨酸含量的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯貯藏期間脯氨酸含量變化的影響如圖4 所示。

圖4 浸水處理對鮮切馬鈴薯脯氨酸含量的影響Fig.4 Effect of water immersion treatment on proline content of fresh-cut potato

鮮切處理后，15 min 浸水處理組中的馬鈴薯切片脯氨酸含量顯著（P＜0.05）高于對照組。脯氨酸在植物的生長、開花、應(yīng)對生物和非生物脅迫以及信號傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用[21]。有研究表明，脯氨酸可以清除活性氧維持植物細(xì)胞的氧化還原平衡[22]。在本研究中，浸水處理可能作為一種滲透脅迫刺激了馬鈴薯體內(nèi)脯氨酸的合成以應(yīng)對氧化壓力，維持馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡，減緩鮮切馬鈴薯的氧化褐變。

2.7 15min浸水處理對鮮切馬鈴薯P5CS和P5CR相對表達(dá)量的影響

不同浸水時間對鮮切馬鈴薯處理后48 h 內(nèi)P5CS和P5CR 基因表達(dá)量變化的影響如圖5 所示。

圖5 浸水處理對鮮切馬鈴薯P5CS 和P5CR 表達(dá)量的影響Fig.5 Effect of water immersion treatment on P5CS and P5CR of fresh-cut potato

P5CS 和P5CR 是脯氨酸合成過程中的兩個關(guān)鍵酶[22]。由圖5 可以看出，在鮮切處理后的48 h 內(nèi)，處理組中的P5CS 和P5CR 的相對表達(dá)量顯著高于對照組，說明浸水處理促進(jìn)了馬鈴薯中脯氨酸的合成，所以15 min 浸水處理組高脯氨酸含量高于對照組。因此推測，浸水處理可以增加脯氨酸相關(guān)合成酶的表達(dá)，加速鮮切馬鈴薯體內(nèi)脯氨酸的合成，從而維持植物體內(nèi)的氧化還原平衡，增強(qiáng)抗氧化能力，延緩鮮切馬鈴薯的褐變速度。

3 結(jié)論

通過對浸水處理時間和浸泡料液比的篩選，我們得出在5 ℃貯存條件下，以1∶1（g/mL）的料液比，浸水15 min 的處理方式能顯著延長鮮切馬鈴薯的貨架期。進(jìn)一步的研究表明，浸水處理通過提高鮮切馬鈴薯的抗氧化能力，延緩馬鈴薯的褐變速度，從而在較長的貯存期內(nèi)維持好的感官品質(zhì)。