藍光協同茴香精油對鮮切莧菜的保鮮機理

金思淵，謝 晶,*

（1.上海冷鏈裝備性能與節能評價專業技術服務平臺，上海 201306；2.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；3.上海海洋大學食品學院，上海 201306）

莧菜（L.）富含VC和其他營養成分。鮮切蔬菜是新鮮蔬菜經過分揀、清洗等處理后制成的即食即用商品，具有便捷、新鮮等優點。但是，鮮切會造成蔬菜機械損傷，從而加快蔬菜呼吸速率，此外，切割傷口易受微生物污染，加速蔬菜品質劣變。因此需要有效的保鮮技術維持鮮切蔬菜的品質。

茴香精油含多種酚類化合物，能有效抑制鮮切果蔬致腐菌。茴香精油作為藥食同源植物精油，抑菌抗氧化特性優良，被廣泛作為保鮮劑。已有研究表明，茴香精油作為保鮮劑處理能有效抑菌，延緩鮮切西蘭花衰老，能有效延長鮮切蘋果、番茄貨架期。茴香精油處理能有效抑制鮮切火龍果霉菌，防止品質劣變。光是維持植物體生命活動的重要影響因素。發光二極管（light emitting diode，LED）因具有環保、高效等特點而被廣泛應用于鮮切果蔬貯藏。劉幫迪等通過LED技術有效提高了低溫下雞毛菜活性氧代謝水平，延長了其貨架期。Ghate等證實LED藍光處理鮮切菠蘿能有效抑菌和抑制品質劣變。張旭的研究表明增加藍光可顯著提高蔬菜中的可溶性固形物含量和抗氧化活性。目前單獨采用LED單色光、天然植物提取液處理鮮切果蔬的研究較多，但將兩種技術結合使用的研究鮮有報道。

本研究擬采用不同光量子通量密度LED藍光和茴香精油復合處理鮮切莧菜，同時結合莧菜的生理生化指標和抗氧化酶活力，評價該復合技術對鮮切莧菜的保鮮效果，以期為延長鮮切莧菜的貨架期提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

莧菜購買于上海市多利農莊果蔬合作社。

吐溫-80（化學純）、亞硝酸鈉標準使用液、茴香精油（純度99%）、平板計數瓊脂培養基、氯化鈉、丙酮、碳酸鈣粉、2,6-二氯靛酚鹽、石英砂 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

藍光LED燈管（波長460 nm、功率9 W、長度0.6 m） 山東貴翔光電有限公司；貯藏設備（80 cm×80 cm×40 cm）由本實驗室自制；H-2050 R-1型高速冷凍離心機 長沙湘儀離心機有限公司；HVE-50型高溫高壓滅菌鍋 日本Hirayama制造有限公司；WFZ UV-2100型紫外-可見分光光度計 上海尤尼柯儀器有限公司；VS-1300L-U超凈工作臺 上海康福特環境科技有限公司；SW82手持糖度計 上海物光有限公司；PQ 001型臺式脈沖核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；BCD-252MHV型冰箱 蘇州三星電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鮮切莧菜處理及分組

將莧菜樣品距莧菜葉片莖部約5 cm處切分。將3.5 mL茴香精油滴入10 L超純水中進行稀釋，并加入20 mL吐溫-80作為乳化劑，使茴香精油均勻溶解在10 L超純水中。根據前期研究，用噴壺將含有0.35 μL/mL茴香精油的分散液均勻噴涂在鮮切莧菜表面，噴涂量為2 mL/g稀釋液，室溫下置于實驗臺上晾干（30 min），按照80 g/盤放置于事先用體積分數75%乙醇溶液滅菌處理的托盤（1 200 mm×1 000 mm）中，分別用聚乙烯膜封存，然后將8 個盛有鮮切莧菜的托盤置于4 ℃、相對濕度（90±5）%的貯藏設備（配備3 根藍光LED燈管，如圖1所示）。歐宇丹等研究發現弱光條件下莧菜葉片光照補償點為12 μmol/（m·s），結合前期預實驗結果，本研究采用不同光照光量子通量密度（0、10、20、30 μmol/（m·s））的460～470 nm藍光LED照射（照射高度30 cm、每天照射時間12 h）鮮切莧菜，分別記為T1～T4組。以不作處理為對照組（CK），在貯藏0、2、4、6、8、10、12 d取樣，測定不同光量子通量密度下蔬菜生理生化指標、菌落總數以及抗氧化酶活力，并進行感官評定實驗。

圖1 LED冷藏設備示意圖Fig. 1 Schematic diagram of LED-assisted cold storage device

1.3.2 菌落總數的測定

參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 菌落總數測定》測定鮮切莧菜菌落總數。

1.3.3 感官評定

參照文獻[14]進行鮮切莧菜的感官評定。挑選12 名（6男6女）經過培訓的評定人員對葉片的顏色、外觀與氣味進行評價。分數越高代表品質越好，貯藏0、2、4、6、8、10、12 d取樣評定，每項評定滿分為10 分，各項總分之和取平均值，得到最終的總分。當總分低于5 分時，表明莧菜樣品失去商品價值。

1.3.4 理化指標測定

1.3.4.1 質量損失率

參照文獻[15]測定質量損失率，按下式計算。

式中：表示初始質量/g；m表示貯藏第天質量/g。

1.3.4.2 亞硝酸鹽含量

參照文獻[16]測定亞硝酸鹽含量。

1.3.4.3 葉綠素含量

參照NY/T 3082—2017《水果、蔬菜及其制品中葉綠素含量的測定 分光光度法》測定葉綠素含量。

1.3.4.4 可溶性固形物質量分數

將樣品充分研磨后，在4 000 r/min的條件下離心10 min，取上清液采用手持糖度計測定可溶性固形物質量分數，重復3 次。

1.3.4.5 VC含量

VC含量的測定參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》。

1.3.4.6 超氧化物歧化酶活力

參照超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）測試盒中的羥胺法測定SOD活力。結果以蛋白質量計，單位為U/mg。

1.3.4.7 過氧化物酶活力測定

參照過氧化物酶（peroxidase，POD）測試盒說明書采用比色法測定POD活力。結果以蛋白質量計，單位為U/mg。

1.3.4.8 丙二醛含量

參照GB 5009.181—2016《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》測定丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量。

1.3.4.9 水分遷移

對照組第0天和不同條件處理莧菜貯藏12 d后，取大小一致的莧菜葉片切成方形（2.5 cm×3.5 cm），然后放入直徑為70 mm的NMR檢測管中。采用PQ 001型臺式脈沖NMR分析儀測定鮮切莧菜水分遷移。線圈溫度32 ℃；質子共振頻率24 MHz；采用CPMG序列；采樣頻率SW為200 Hz；模擬增益RG1為20；P1為18.00 μs；數字增益PRG1為3；TD為499 614；PRG1為3，重復采樣次數TW為2 500 ms，累加次數NS為16，P2為37 μs，回波時間TE為0.25，回波個數NECH為10 000。用上海紐邁科技有限公司提供的分析軟件進行迭代反演得到弛豫時間（）圖譜。結合水、不易流動水和自由水的弛豫時間分別為0～2、2～20、20～1 000 ms。根據不同水分對應弛豫時間的信號強度計算不同水分的峰面積。以峰面積表征不同水分的含量。

1.4 數據處理與分析

指標測定3 次平行，結果以平均值±標準差表示。采用Origin 9.0軟件繪圖，采用SPSS Statistics 26軟件進行單因素方差分析，采用Duncan’s新復極差法進行顯著性分析，＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜感官評分的影響

圖2 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜感官評分Fig. 2 Sensory evaluation of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

感官評分能最直觀反映鮮切莧菜新鮮程度。由圖2可知，鮮切莧菜品質從顏色、外觀、氣味隨著貯藏時間延長呈現不同程度下降。在第8天，對照組各項評分均低于5 分，出現明顯品質劣變。第10天，實驗組葉片出現不同程度失水，表面產生黑色斑點，出現腐敗現象。T4實驗組評分最佳，T3實驗組次之。各處理組貨架期明顯高于對照組。由圖2C可知，貯藏后期，茴香精油揮發導致氣味評分普遍較低，貯藏前期并未出現明顯茴香氣味。綜合3 項感官評分結果可知，經過藍光處理和茴香精油處理的實驗組能延長鮮切莧菜貨架期，其中T4組效果最佳。

2.2 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜葉綠素含量的影響

葉綠素含量是衡量葉菜類采后品質變化的重要指標。由圖3可知，經過藍光和茴香精油復合處理的樣品在貯藏過程中葉綠素含量總體呈現先上升后下降趨勢，第6天達到峰值。相反，對照組在貯藏過程中呈現不斷下降趨勢。在貯藏期間，T2、T3、T4組葉綠素含量在第4、6天顯著高于對照組（＜0.05），呈現上升趨勢。這是因為光照刺激鎂離子螯合酶活力，提高葉綠素含量，從而延緩鮮切莧菜衰老和黃化過程。在貯藏期間，T1組葉綠素含量總體顯著高于對照組（＜0.05）。這主要是因為茴香精油能有效延緩葉綠素酶活力和脫鎂螯合酶活力下降。貯藏后期各組葉綠素含量呈現下降趨勢是因為隨著植物組織衰老，脫鎂葉綠素酶活力增強。結果表明，鮮切莧菜經過藍光處理和茴香精油復合處理能有效提高葉綠素含量，延緩莧菜衰老，延長貨架期。葉綠素含量分析結果與感官評分結果相印證，其中T4組效果最佳。

圖3 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜葉綠素含量Fig. 3 Chlorophyll content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.3 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜可溶性固形物質量分數的影響

葉菜類蔬菜可溶性固形物包括可溶性糖、維生素等水溶性物質，可溶性固形物質量分數能夠反映葉菜類植物的生理狀態和品質。可溶性固形物也是鮮切莧菜衰老和劣變的重要影響因素。由圖4可知，T2、T3、T4組在貯藏2、4、6 d能維持可溶性固形物質量分數，對照組總體呈現下降趨勢。貯藏末期，對照組、T1、T3組可溶性固形物質量分數分別為2.5%、2.9%、3.5%，處理組與對照組存在顯著差異（＜0.05）。茴香精油能有效降低鮮切莧菜糖類物質分解速率。LED藍光能促進鮮切莧菜光合作用，從而使鮮切莧菜可溶性糖含量提升。貯藏后期，可溶性固形物質量分數呈現下降趨勢。這是因為鮮切莧菜持續進行呼吸作用，可溶性固形物消耗速率高于生產速率，并且外界無充足營養物質提供。綜上，藍光照射和茴香精油協同作用能有效延緩可溶性固形物質量分數下降。

圖4 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜可溶性固形物質量分數Fig. 4 Soluble solids content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.4 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜VC含量的影響

VC作為重要的抗氧化劑，在貯藏過程中具有抗衰老作用，也是果蔬營養價值的重要指標。由圖5可知，T1組與對照組VC含量隨著貯藏時間延長呈現下降趨勢，且對照組下降趨勢更為明顯。T2、T3、T4組VC含量呈現先上升后下降趨勢。T4組VC含量增加較T2、T3組更為明顯，并在第6天達到峰值。VC含量呈現上升趨勢主要是藍光照射刺激鮮切莧菜光合作用與呼吸作用協同調節所致。茴香精油可能經藍光催化生成茴香醛，后者能夠有效抑制VC含量下降。貯藏后期，處理組VC含下降趨勢較T1組、對照組更為明顯。這可能是因為藍光照射引起鮮切莧菜的光氧化損傷，導致VC含量快速下降。結果表明，T4組在貯藏前期能明顯提高鮮切莧菜VC含量，延緩鮮切莧菜衰老。

圖5 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜VC含量Fig. 5 VC content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.5 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜亞硝酸鹽含量的影響

亞硝酸鹽含量是衡量鮮切莧菜食用安全品質的重要指標，營養品質與亞硝酸鹽含量呈負相關性。由圖6可知，總體上貯藏期間對照組亞硝酸鹽含量顯著高于其他組（＜0.05）。藍光受體生色團含有黃素和喋呤，硝酸還原酶輔基含有黃素腺嘌呤二核苷酸和喋呤，因此藍光可以有效刺激硝酸還原酶輔基中喋呤，增強硝酸還原酶的活力，進而促進硝酸鹽代謝分解。對照組亞硝酸鹽含量在前4 d快速上升是因為腐敗菌滋生，硝酸鹽在硝基還原酶作用下轉化為亞硝酸鹽。

圖6 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜亞硝酸鹽含量Fig. 6 Nitrite content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.6 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜抑菌效果

藍光和茴香精油復合處理在貯藏前期具有良好的抑菌效果。由圖7可知，T1、T2、T3、T4組在第2、4、6天對鮮切莧菜有明顯的抑菌效果，T2、T3、T4組抑菌效果明顯優于T1組，處理組在貯藏前期菌落總數顯著低于對照組（＜0.05）。這主要是因為藍光和茴香精油的協同作用。藍光能抑制沙門氏菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等致病菌。藍光刺激細菌內源性糞卟啉產生激發態氧，破壞細菌組織結構。茴香精油能有效抑制霉菌、酵母菌。茴香精油含有茴香醛，茴香醛能破壞腐敗菌細胞膜和細胞壁，影響細胞代謝，致使腐敗菌凋亡。綜上，藍光和茴香精油協同作用可以有效地抑制細菌繁殖。

圖7 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜抑菌效果Fig. 7 Total bacterial count of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.7 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜質量損失率的影響

葉菜類蔬菜在貯藏過程中，質量損失主要包括水分流失和營養物質消耗。由圖8可知，質量損失率隨著貯藏時間延長呈現不斷上升的趨勢。在第6天，T2、T3、T4組質量損失率顯著高于對照組和T1組（＜0.05）。這主要是因為藍光打開K內流通道，引起葉片氣孔擴張，鮮切莧菜葉片蒸騰作用加劇，引起內部水分快速流失，鮮切莧菜自由水水分含量升高，導致自由水含量下降。在第2天和第4天，T2、T3組與T1、對照組差異不明顯。貯藏期間，T1組能有效降低水分流失。這可能是由于茴香精油在一定程度上覆蓋葉片氣孔，抑制鮮切莧菜蒸騰作用，具有保水效果。各處理組包裹PE膜，相對濕度提高，將質量損失率控制在可接受范圍內。貯藏后期，T4組質量損失率顯著高于T3、T2、T1、對照組（＜0.05）。

圖8 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜質量損失率Fig. 8 Mass loss rate of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

由圖9可知，與第0天對照組相比，貯藏12 d后經過藍光和茴香精油處理鮮切莧菜自由水含量明顯下降，其中T4組下降38.44%。說明經過藍光處理鮮切莧菜在貯藏過程中生命活動旺盛，光照在儲能過程中為植物體生命活動提供能量。與第0天相比，貯藏12 d后T1組自由水峰面積下降22.73%，對照組自由水峰面積下降28.93%，自由水含量下降與質量損失率結果相互印證，說明經過茴香精油處理能有效延緩水分損失。貯藏12 d后，與對照組相比，T2、T3、T4組不宜流動水含量下降不明顯。貯藏12 d后，與對照組相比，T2、T3、T4組結合水含量呈現上升趨勢，其中T4組上升顯著（＜0.05）。這主要是因為藍光促進鮮切莧菜代謝活動，細菌繁殖、氧化反應等生理活動需要大量水的參與，導致結合水呈現上升。T4組結合水峰面積也能說明，在30 μmol/（m·s）藍光處理條件下，鮮切莧菜能保持較高的植物體活動特征。上述結果與T4組抗氧化酶活力分析結果相互印證。T2、T3組與對照組自由水峰面積差異不顯著（＞0.05），這可能是因為茴香精油在一定程度減緩果蔬中水分的下降。綜上，藍光和茴香精油協同作用有利于鮮切莧菜的采后貯藏，T4組失水率最高，結合水含量維持較高水平。

圖9 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜水分遷移Fig. 9 Analysis of water mobility in fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

2.8 不同光量子通量密度結合茴香精油處理對鮮切莧菜SOD、POD、MDA水平的影響

SOD和POD在植物體氧化代謝過程中存在，主要用于評價植物體的衰老程度。在鮮切莧菜貯藏過程中，活性氧含量會隨著莧菜衰老而增加，葉菜因此會生成更多抗氧化酶以減輕氧化損傷。活性氧積累可引起非生物脅迫，導致生物膜脂和其他成分氧化。由圖10、11可知，貯藏期間T2、T3、T4組POD活力和SOD活力總體上顯著高于對照組（＜0.05）。在第4天，T4、T3、T2和T1組SOD活力達到峰值，分別21.55、19.79、18.88、17.79 U/mg，其中T4組SOD活力最高。在第6天，T4組POD活力達到峰值，相比對照組提高58.56%，相對T1組提高16.19%。藍光能誘導植物基因位點響應，其中POD活力位點的響應較敏感。藍光能引起過氧化氫的積累，清除植物體中多余活性氧。Lobiuc等研究證實藍光能有效提高羅勒屬植株抗氧化酶活力。綜上，經過藍光和茴香精油復合處理能有效提高鮮切莧菜的抗氧化酶活力。

圖10 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜SOD活力Fig. 10 SOD activity of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

圖11 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜POD活力Fig. 11 Effects of blue light combined with fennel essential oil on POD activity of fresh-cut amaranth

MDA是膜脂過氧化的產物，能夠反映鮮切莧菜細胞膜衰老和劣變程度。由圖12可知，隨貯藏時間延長，各組MDA含量均呈現上升趨勢，各處理組MDA含量始終顯著低于對照組（＜0.05）。本研究表明藍光處理能有效抑制鮮切莧菜組織細胞的多糖和大分子物質降解，延緩細胞膨脹壓力的減小，從而減少MDA積累，一定程度上延緩鮮切莧菜的衰老，與李寧等研究結果一致。趙榮祥證實茴香精油能有效抑制植物體內MDA含量的增加。綜上，貯藏前期，藍光提高POD活力能有效消除活性氧，減緩MDA積累；貯藏后期，隨著抗氧化酶活力下降，MDA含量呈現快速上升。T4組延緩MDA含量增加效果最佳。

圖12 不同光量子通量密度結合茴香精油處理的鮮切莧菜MDA含量Fig. 12 MDA content of fresh-cut amaranth treated by blue light combined with fennel essential oil

3 結 論

本實驗結果表明30 μmol/（m·s）藍光光照結合0.35 μL/mL茴香精油可有效緩鮮切莧菜品質劣變，貯藏過程中可以有效控制鮮切莧菜顏色變化并抑制菌落總數增長，提高鮮切莧菜抗氧化酶活力，貨架期達到10 d。此外，10、20 μmol/（m·s）藍光光照結合0.35 μL/mL茴香精油處理鮮切莧菜在感官評定以及維持葉綠素含量和VC含量方面均有良好表現。因此，藍光光照結合茴香精油處理可作為保持鮮切莧菜品質的可行技術。