低強度UV-A光循環照射結合ε-聚賴氨酸處理對4 ℃下鮮切菠菜保鮮效果的研究

郁杰，張雨宸，謝晶

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)2(農業農村部冷庫及制冷設備質量監督檢驗測試中心(上海)，上海，201306)3(上海冷鏈裝備性能與節能評價專業技術服務平臺，上海，201306)4(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學)，上海，201306)

Theeffectofcyclicirradiationoflow-intensityUV-Acombinedwithε-Polylysineonthepreservationoffresh-cutspinachat4℃

YU Jie1，3,ZHANG Yuchen1，3,XIE Jing1，2，3，4*

1(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)2(Quality Supervision, Inspection and Testing Center for Cold Storage and Refrigeration Equipment(Shanghai), Ministry of Agriculture, Shanghai 201306, China)3(Shanghai Professional Technology Service Platformon Cold Chain Equipment Performance and Energy Saving Evaluation, Shanghai 201306, China)4(National Experimental Teaching Demonstration Center for Food Science and Engineering(Shanghai Ocean University), Shanghai 201306, China)

ABSTRACTIn order to investigate the effect of UV-A illumination combined withε-polylysine on fresh-cut spinach, the optimum preservation concentration ofε-polylysine solution was determined by sensory indicators, water loss, microbiological indicators, antioxidant enzyme indicators and nutritional indicators. The results indicated that 0.05 g/Lε-polylysine solution had the best preservation effects on fresh-cut spinach combined with UV-A (0.588 kJ/m2) illumination, which was conducted at an interval of 8 h. And it can extend shelf life of spinach to 12 d. 0.02 g/Lε-polylysine solution treatment could extend shelf life of spinach to 10 d with the radiation of UV-A (0.588 kJ/m2), which was conducted at an interval of 8 h. However, 0.08 g/Lε-polylysine solution showed no obvious preservation effect on spinach with the radiation of UV-A (0.588 kJ/m2), which was conducted at an interval of 8 h. In conclusion, appropriate intensity UV-A light combined withε-polylysine solution could not only slow down the growth of spoilage bacteria but also maintain the good antioxidant properties of spinach. It could provide a new development direction on the preservation of spinach for supermarkets, and attention should also be paid to the appropriate dosage in practical application.

Keywordsfresh-cut spinach; UV-A lillumination;ε-polylysine; compoumd preservation; antioxidant activity

菠菜是一種常見的可食用蔬菜，其葉片和莖為主要食用部分，人們常常將其鮮切后進行烹飪或置于4 ℃下貯藏，其因膳食纖維豐富、營養全面受到不同年齡人群的青睞[1]，但鮮切后的菠菜易發生汁液流失且愈傷呼吸劇烈[2]，同時菠菜鮮切部分易受到腐敗菌侵染，一旦微生物進入植物機體內部會加快作物腐敗[3]，這些特點都加劇了鮮切菠菜相關代謝酶的降解進程及微生物對其的侵染，因此應探尋適宜的保鮮方式，提高菠菜的商品價值。

紫外線波長介于320～400 nm的光被稱長波紫外線，是紫外輻射中危害最小的部分[4]，相比UV-B、UV-C能量較低，處理葉菜類作物較為溫和，同時UV-A光照對植物抗氧化能力有一定程度的強化作用。SURJADINATA等[5]的研究中指出，通過UV-A光照處理不僅可以顯著提升阿魏酸、綠原酸、異香豆素等酚類物質的含量，還對超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)等氧化代謝酶等活性有一定的增強作用。在可推廣性上，目前市場上大部分UV-A燈管材質為LED燈珠，具有波長穩定、壽命長、產熱小、造價低廉等優勢，具有極大的應用潛力，郁杰等[6]將UV-A光應用于鮮切菠菜，其結果表明,在420 s(1.764 kJ/m2)的照射條件下，可將鮮切菠菜貨架期延長至10 d，UV-A光照能夠顯著提升鮮切菠菜的抗氧化能力，延緩衰老，但采后葉菜本身極易失水，因此應選擇適宜的光照強度和頻率以及其他輔助手段，避免葉菜失水。

ε-聚賴氨酸(ε-polylysine，ε-PL)屬于天然防腐劑，由多個賴氨酸殘基聚合而成，ε-PL 已于2003年10月被美國FDA 批準為安全的食品保鮮劑[7]，其攝入人體內可降解成賴氨酸被人體吸收。通常ε-PL以其優異的抑菌性能常與其他保鮮劑協同應用于果蔬保鮮[8-9]。還有文獻指出ε-PL具有一定光敏性，經一定波長的光照會在體外產生活性氧，從而達到更強的抑菌的效果[10]。因此，本實驗以不同濃度的ε-PL溶液協同UV-A光照應用于鮮切菠菜，探究保鮮效果，為商超物流、貯運等過程中鮮切菠菜保鮮工藝的改良提供新的發展方向。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 實驗材料

菠菜樣品來源：于3月份采摘，大棚種植環境溫度為12～15 ℃、相對濕度為80%，菠菜為有刺種，要求大小統一、葉片均勻、無病蟲害，采摘后立即于20 min內送達實驗室進行預處理。

1.1.2 實驗試劑

丙酮、石英砂、碳酸鈣粉、HCl(分析純)，國藥集團化學試劑有限公司；KNO3，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；超氧化物歧化酶測試盒，南京建成生物科技有限公司；三氯乙酸(>99%)，上海生工生物工程有限公司；革蘭氏陰性菌培養基(G-)、假單胞菌瓊脂培養基(CFC)，青島海博生物技術有限公司。

1.1.3 儀器與設備

高速冷凍離心機(H-2050R-1型)，長沙湘儀離心機有限公司；微型計算機(D30D)，戴爾公司；高溫高壓滅菌鍋(HVE-50)，日本Hi-rayama制造有限公司；超凈工作臺(VS-1300L-U)，上海康福特環境科技有限公司；冰箱(BCD-252MHV型)，蘇州三星電子有限公司；植物紫外線UV輔助補光燈(9 W/0.6 m)，山東貴翔光電有限公司；光強測定儀(ST-513)，先馳光電股份有限公司；紫外可見分光光度計(UV-1102型)，上海天美儀器有限公司；色差計(CR-400型)，KONICA MINOLTA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的鮮切處理及分組

以自來水沖洗去泥污，直至洗滌后的廢水仍為澄清，代表清洗完成；10 min內晾干，隨后距菠菜葉片莖部約4 cm處鮮切。將鮮切后的菠菜分為四大組，每大組分為8小組，每小組分裝60 g/盒。

1.2.2ε-PL溶液的保鮮處理

將鮮切菠菜分別浸泡于0.02、0.05、0.08 g/L的ε-PL溶液，分別標為A組、B組、C組，對照組使用無菌蒸餾水浸泡，標為CK組；30 s后取出通風晾干，分裝放入無菌盒，并用無菌PE高透光防霧膜包好。

1.2.3 UV-A照射與參數確定

在前期的實驗中根據不同光照總量和頻率篩選得出最佳照射方式即：燈管垂直距離受照鮮切菠菜為30 cm，單次光照間隔8 h，光照持續140 s(0.588 kJ/m2)[10]。光參數用光強測定儀(ST-513)測定，燈下垂直30 cm處透過防霧膜的光照強度為4.2 W/m2，峰值波長399 nm，半波寬16.6 nm，主波長430.32 nm，色純度98.2%，光量子通量密度9.82 μmol/(m2·s)，將A、B、C實驗組置于該條件下進行實驗。

1.3 指標測定

1.3.1 感官評定

評定小組由10名專業感官評定人員組成，每人評定3次。評定參照PAILLART等[11]的標準，評定后所得分數越高代表品質越好，滿分為10分，隔天評價1次。

1.3.2 色度變化值

參考ERICK等[12]的方法，參照公式(1)計算色度變化值ΔE*：

(1)

1.3.3 光合色素含量

參照NY/T 3082—2017[13]標準，參照公式(2)計算總葉綠素的含量，使用分光光度法測定總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b的含量，并計算脫鎂葉綠素、類胡蘿卜素的含量。

(2)

式中：G，1 g樣品中葉綠素的含量，mg/g；A645，在645 nm處測得的提取液的吸光度值；A663，在663 nm處測得的提取液的吸光度值；VT，提取液的總體積，mL；n，提取液為稀釋倍數；m，鮮切菠菜鮮質量，g。

1.3.4 失重率

根據公式(3)計算失重率：

(3)

式中：M0，第0天的鮮切菠菜的初始質量，g；M1，每隔1 d稱量1次鮮切菠菜的質量，g。

1.3.5 革蘭氏陰性菌的計數

參考郁杰等[14]的實驗方法進行計數。

1.3.6 假單胞菌的計數

參考郁杰等[14]的實驗方法進行計數。

1.3.7 亞硝酸鹽含量

參照GB 5009.33—2016[15]標準測定。

1.3.8 丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量

參照GB 5009.181—2016[16]標準測定。

1.3.9 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)含量

參照超氧化物歧化酶測試盒中的羥胺法。

1.3.10 可溶性固形物含量

將樣品充分研磨后，在4 000 r/min的條件下離心10 min，取上清液滴加至檢測鏡上，合上蓋板防止產生氣泡，水平對準光源準確讀取刻度尺讀數，以質量分數(%)表示，重復3次。

1.3.11 VC含量

參照GB 5009.86—2016[17]標準測定。

1.4 數據處理及分析

所有指標設3次平行，取平均值后用Origin 8.5軟件繪圖，并使用SPSS Statistics 24軟件對組間數據進行Duncan氏新復極差法顯著性分析(P<0.05即存在顯著差異)。

2 結果與分析

2.1 表觀指標

2.1.1 感官評定

消費者們通過感官可以直觀地了解到商品的屬性及狀態，是影響購買意向的直接因素。由圖1可知，新鮮菠菜表觀呈墨綠色，葉片較大，質地挺拔，具有固有香氣。隨著貯藏時間的增加，各組分值呈下降趨勢，具體依次表現為固有氣味的消失、葉片質地發軟萎焉、葉片發黃。在第4天，B、C組差異不明顯，打開包裝仍有固有香氣，葉片輕微失水，但未見萎焉，消費者接受度最好，其次為A組，之后C組品質劣變較快，在第8天打開包裝帶有臭味，葉片發生軟腐，和CK組一樣，貨架期都為8 d，而A組貨架期為10 d，B組為最長達12 d。

2.1.2 色度變化值

通過色度值ΔE*可以量化葉片顏色的變化，由圖2可知，隨著貯藏時間的延長，ΔE*呈先上升后下降的趨勢，這表明隨著貯藏時間的延長，葉片出現黃化、發白，到了貯藏后期葉片出現冷害發黑，故顏色加深，ΔE*下降，在所有組別中，B組顏色變化幅度最小，能有效控制葉片黃化，其次為A組，C組變化幅度最大且大于CK組，這是因為相對高劑量的ε-PL溶液處理使得外界逆境強度增加，加劇了體內活性氧的產出，使得鮮切菠菜衰老。

圖1 不同處理方式對鮮切菠菜感官品質的影響Fig.1 Effects of different treatments on sensory quality of fresh-cut spinach注：圖中白色方塊表示消費者最低感官接受度，即：標準

圖2 不同處理方式對鮮切菠菜ΔE*的影響Fig.2 Effects of different treatments on ΔE* of fresh-cut spinach

2.1.3 葉綠素含量

a-總葉綠素含量；b-脫鎂葉綠素含量圖3 不同處理方式對鮮切菠菜葉綠素的影響Fig.3 Effects of different treatments on chlorophyll contents of fresh-cut spinach

2.2 失水情況

前4 d，各組失水嚴重，水分含量差異不明顯(P>0.05)。在整個貯藏期間CK、C組失水程度嚴重，組間差異不明顯，在第8天，CK、C組失水程度顯著高于A、B組(P<0.05)，這是因為高濃度ε-PL處理加劇了呼吸作用和蒸騰作用，使得失水嚴重。10 d后，B組水分含量高于A組，這表明B組能在整個貯藏期間較好地控制鮮切菠菜的失水，這可能是因為ε-PL具有一定成膜性，抑制水分損失。

圖4 不同處理方式對鮮切菠菜水分損失的影響Fig.4 Effects of different treatments on water loss rate of fresh-cut spinach

2.3 微生物指標

2.3.1 革蘭氏陰性菌和假單胞菌數量

有文獻顯示，革蘭氏陰性菌是鮮切菠菜表面依附的主要菌群，占比高達90%以上，其中又以假單胞菌為主[14]，假單胞菌增殖到一定數量會引起菠菜葉片的軟腐、發酸。由圖5-a和圖5-b可知，在整個貯藏期間，各組革蘭氏陰性菌呈增長趨勢，假單胞菌呈相同趨勢。在前4 d，CK組增長最快，A、B組次之，C組最慢，各組增長趨勢同ε-PL溶液濃度呈反比關系。6 d后，C組革蘭氏陰性菌的數量陡然上升，這是因為隨著貯藏時間的推移，鮮切菠菜本身抵抗不住UV-A光照和高濃度ε-PL的刺激且貯藏過程中失水嚴重，故葉片組織液濃度也隨之上升，加劇了酶促反應，代謝失衡。

a-革蘭氏陰性菌數量；b-假單胞菌數量圖5 不同處理方式對鮮切菠菜表面G-菌和假單胞菌的影響Fig.5 Effects of different treatments on the surface of G- bacteria and Pseudomonas of fresh cut spinach

2.3.2 亞硝酸鹽含量

據統計人體攝入的亞硝酸鹽80%以上來自蔬菜[19]，而亞硝酸鹽本身會使人體的血紅蛋白的攜氧能力大大降低，造成組織缺血從而引起一系列疾病，根據GB 2762—2017標準[20]，在蔬菜中亞硝酸鹽的限量指標為20 mg/kg。如圖6所示，同其他葉菜類相比，新鮮菠菜的亞硝酸鹽初始含量較低，這是作物的生物特性決定的[21]，各組在前4 d均保持較低水平，但是在6～10 d，CK、C組亞硝酸鹽含量迅速上升，這是因為腐敗菌迅速增長產生硝基還原酶，將植物中得硝酸鹽轉換為亞硝酸鹽，且2組含量差別不大(P>0.05),大約為A、B組的2～3倍，到了第12天，B組含量仍為最低，其次為A組，CK、C組含量最高，這與圖5-a和圖5-b實驗結果一致。

圖6 不同處理方式對鮮切菠菜亞硝酸鹽含量的影響Fig.6 Effects of different treatments on nitrite content of fresh-cut spinach

2.4 抗氧化指標

2.4.1 MDA含量

圖7 不同處理方式對鮮切菠菜MDA的影響Fig.7 Effects of different treatments on MDA content of fresh-cut spinach

2.4.2 SOD含量

圖8 不同處理方式對鮮切菠菜SOD的影響Fig.8 Effects of different treatments on SOD activity of fresh-cut spinach

2.5 營養指標

2.5.1 可溶性固形物

在鮮切菠菜中，可溶性固形物包括：糖類物質、水溶性維生素、微量元素等物質，能夠較好地反映菠菜中營養成分的變化[25]。由圖9可知，隨著貯藏時間的延長，各組可溶性固形物被消耗減低，這是因為離體后的植物為了維持本身的生命活動消耗糖分。前4 d各組含量差異不明顯(P>0.05)，之后B組含量始終為最高，其次為A組，CK和C組差異不顯著(P>0.05)，這是因為C組體內氧化代謝平衡被打破，組織破裂，營養成分溢出即加速了腐敗進程又助于細菌的繁殖。以上現象表明，B組可較好的減緩鮮切菠菜營養流失，有利于保鮮，其次為A組，C組無明顯效果。

圖9 不同處理方式對鮮切菠菜可溶性固形物的影響Fig.9 Effects of different treatments on soluble solids content of fresh-cut spinach

2.5.2 VC含量

VC在人體中參與多種必要的生命活動，如神經遞質、蛋白質合成以及多種氨基酸代謝，但人體本身無法合成VC，需要依靠外界攝取，鮮切菠菜富含VC以及多種膳食纖維，是一種可靠的來源，同時，VC也可調節植物自身的氧化代謝平衡延緩衰老，因此VC含量的高低既可以反映營養成分的變化還可以間接反映抗氧化水平。由圖10可知，C組的VC含量在第2天短暫地到達最高點，推測相對UV-A光協同高濃度的ε-PL處理可以上調VC合成基因如BO-VTC2、BO-GLDH的表達，這2種基因可以促進VC前體物質的合成從而使得VC含量的增加，這里突出了ε-PL溶液還具有一定的光敏性增強光照對氧化代謝的刺激[26-27]，之后VC便開始迅速下降，這是因為相對高濃度的處理方式對鮮切菠菜氧化代謝的刺激程度過高，鮮切菠菜轉而開始衰老，從MDA、SOD指標中可以印證這個觀點。A、B組均呈緩慢下降的趨勢，且B組對減緩VC降解的效果優于A組。

圖10 不同處理方式對鮮切菠菜VC的影響Fig.10 Effects of different treatments on VCcontent of fresh-cut spinach

3 結論

UV-A光照結合0.05 g/Lε-PL溶液保鮮效果最好，可有效控制鮮切菠菜顏色發生改變以及腐敗菌的增長，極大地減緩褪綠速度和營養成分的損耗，同時又保持良好的抗氧化能力，貨架期可達12 d。UV-A光照結合0.02 g/Lε-PL溶液具有一定保鮮效果，但在控制腐敗菌的增長和減緩營養流失方面不如前者，貨架期可達10 d。UV-A光照結合0.08 g/Lε-PL溶液雖然在貯藏前期能夠有效抑制腐敗菌的增長，但之后各個指標表明鮮切菠菜劣變較快，貨架期同對照組一致為8 d，故判斷無明顯保鮮效果。