外源硫化氫對鮮切馬鈴薯褐變的影響

李國琴 王昕昕 許國帥 朱洪梅 李桂峰 杜俊杰 宋小青 額日赫木

摘要：研究外源硫化氫（H2S）對鮮切馬鈴薯褐變的影響。以硫氫化鈉（NaHS）作為H2S供體，首先篩選出H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度，然后檢測H2S對貯藏期鮮切馬鈴薯的褐變度、丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）酶活、過氧化物酶（POD）酶活、苯丙氨酸解氨酶（PAL）酶活、總酚含量和失重率的影響，以期探索外源H2S調控鮮切馬鈴薯褐變的機理。結果表明，濃度≥2 mmol/L的NaHS可顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變（P＜0.05）。在貯藏期，H2S可顯著降低鮮切馬鈴薯的PPO和PAL酶活，降低總酚和MDA含量，提高POD酶活（P<0.05）。另外，H2S可顯著降低鮮切馬鈴薯的失重率（P＜0.05）。綜上所述，H2S處理是一種抑制鮮切馬鈴薯褐變和維持品質的有效措施，它可能通過降低PPO酶活、抑制苯丙烷代謝和激活抗氧化酶系統來抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

關鍵詞：硫化氫；鮮切馬鈴薯；褐變；酶活；總酚

中圖分類號：TS201.2????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）08-0045-05

Effect of Exogenous Hydrogen Sulfide on the Browning of Fresh-Cut Potatoes

LI Guo-qin1，2， WANG Xin-xin1， XU Guo-shuai3， ZHU Hong-mei1， LI Gui-feng1，

DU Jun-jie4， SONG Xiao-qing1， Erihemu1*

（1.School of Food Science， Shanxi Normal University， Taiyuan 030031， China; 2.Department of

Biology， Modern College of Humanities and Sciences of Shanxi Normal University， Linfen 041000，

China; 3.Linfen Comprehensive Inspection and Testing Center， Linfen 041000， China;

4.School of Life Science， Shanxi Normal University， Taiyuan 030031， China）

Abstract： The effect of exogenous hydrogen sulfide （H2S） on the browning of fresh-cut potatoes is studied. With sodium hydrosulfide （NaHS） as the donor of H2S， the effective concentration of H2S to inhibit the browning of fresh-cut potatoes is screened firstly， and then the effects of H2S on the browning degree， malondialdehyde （MDA） content， polyphenol oxidase （PPO） activity， peroxidase （POD） activity， phenylalanine ammonia-lyase （PAL） activity， total phenol content and weight loss rate of fresh-cut potatoes during storage are tested， in order to explore the mechanism of exogenous H2S regulating the browning of fresh-cut potatoes.The results show that NaHS with the concentration ≥2 mmol/L can significantly inhibit the browning of fresh-cut potatoes （P<0.05）. During storage， H2S can significantly inhibit the PPO and PAL activities， decrease MDA and total phenol content， and increase POD activity of fresh-cut potatoes （P<0.05）. In addition， H2S can significantly reduce the weight loss rate of fresh-cut potatoes （P<0.05）. In conclusion， H2S treatment is an effective measure? to inhibit the browning of fresh-cut potatoes and maintain their quality. It can inhibit the browning of fresh-cut potatoes by reducing PPO activity， inhibiting phenylpropanoid metabolism and activating antioxidase system.

Key words： hydrogen sulfide; fresh-cut potatoes; browning; enzyme activity; total phenol

收稿日期：2023-02-26

基金項目：山西省基礎研究計劃（20210302124515，20210302123334，20210302124263）；山西省高等學校教學改革創新項目（J20221509，J20221512）；山西師范大學大學生創新創業項目（DMXC-2021087）；山西師范大學國家自然基金項目（JCYJ2022026）

作者簡介：李國琴（1986—），女，講師，博士，研究方向：農產品貯藏與加工。

通信作者：額日赫木（1983—），男，副教授，博士，研究方向：農產品貯藏與加工。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）又稱土豆，是茄科茄屬一年生草本植物。塊莖可供食用，是我國繼玉米、水稻和小麥之后的第四大主糧作物[1]。它富含B族維生素、微量元素、蛋白質和脂肪等營養物質[2]。近幾年，鮮切馬鈴薯憑借其便捷、高利用率及高營養價值保留率等特點在我國快速發展，逐漸進入人們的生活[3]。然而，鮮切馬鈴薯極易發生褐變，嚴重影響感官品質，極大限制了相關食品加工產業的發展，因此研究抑制鮮切馬鈴薯褐變的措施及機理具有重要的實踐意義。

硫化氫（hydrogen sulfide，H2S）被認為是繼一氧化氮和一氧化碳之后的第三種氣體信號分子，可以調節果蔬的生理過程[4]。有研究發現外源H2S可以抑制鮮切蘋果[5]、胡蘿卜[6]和蓮藕[7]的褐變。由于H2S的處理濃度很低，所以處理的果蔬是安全的[8]，因此H2S處理在鮮切果蔬褐變的控制上具有一定的應用前景。目前關于H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的研究鮮少報道。

鮮切馬鈴薯褐變主要是一種酶促褐變[9]，即多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）將單酚羥化為二酚，二酚在二酚酶作用下氧化為醌，醌自發集合或者與細胞內蛋白質的一些氨基酸基團結合生成黑色或褐色物質[10]。另外，有研究認為過氧化物酶（peroxidase，POD）和苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）與酶促褐變高度相關[11-12]。丙二醛（malondialdehyde，MDA）是膜脂過氧化最重要的產物之一，能夠體現細胞膜系統的損傷程度，與酶促褐變關系密切[13-14]。

本試驗以硫氫化鈉（NaHS）溶液為H2S供體，使用不同濃度（0， 1， 2， 4， 6， 8 mmol/L）的NaHS溶液對鮮切馬鈴薯進行浸泡處理，在4 ℃貯藏12 d后測定鮮切馬鈴薯的褐變度，篩選出H2S的有效處理濃度。然后研究H2S對貯藏期鮮切馬鈴薯的褐變度、MDA含量、PPO酶活、POD酶活、PAL酶活、總酚含量和失重率的影響，探索H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的機理。通過上述研究，可以為H2S在鮮切馬鈴薯等相關食品產業的應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯：購于山西臨汾市堯都區堯豐市場，選取大小均勻、無機械損傷、無病蟲害的馬鈴薯。

1.2 試劑

硫氫化鈉、氯乙酸：薩恩化學技術（上海）有限公司；沒食子酸標準品（≥98%）：合肥博美生物科技有限責任公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、無水碳酸鈉：天津市科密歐化學試劑有限公司；福林酚：上海源葉生物技術有限公司；愈創木酚、無水乙醇、鄰苯二酚：洛陽市化學試劑廠；次氯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸、β-巰基乙醇：天津市大茂化學試劑廠；L-苯丙氨酸：上海信裕生物科技有限公司，以上試劑均為分析純。

1.3 主要儀器與設備

H1850R臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；NR110色差儀 天津市歐諾儀器儀表有限公司；CP214電子天平 奧豪斯儀器有限公司；XR53648數顯恒溫水浴鍋 金壇區西城新瑞儀器廠；PHS-3C pH計 上海儀電科技有限公司；752型紫外可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司；LC-001切片機 佛山市順德區韓泰電器有限公司；DGX-9073B-1電熱鼓風干燥箱 上海福瑪實驗設備有限公司；KQ300E超聲波清洗器 ??昆山市超聲儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 篩選H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度

挑選新鮮、大小均勻、無機械損傷、無病蟲害的馬鈴薯，經清洗、去皮和切片（厚度在0.5 cm左右，形狀大小相同）后，將鮮切馬鈴薯浸泡在不同濃度（0，1，2，4，8 mmol/L）的NaHS溶液中10 min。然后將鮮切馬鈴薯快速瀝干，裝入塑料托盤中，用0.05 mm厚度的聚乙烯保鮮膜封口包裝后置于4 ℃貯藏，12 d后測定各處理組的褐變度并比較。

1.4.2 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯褐變的影響

按照上述步驟，使用有效濃度的NaHS對鮮切馬鈴薯進行處理，蒸餾水浸泡作為對照組（CK）。低溫貯藏期為12 d，自0 d起每3 d檢測鮮切馬鈴薯的褐變度、MDA含量、總酚含量、PPO酶活、POD酶活和PAL酶活。一般先測定鮮樣的重量和褐變度，然后將樣品經液氮速凍2～3 min后，將凍樣放于經液氮預冷的研磨罐中研磨成粉末狀，存放于-80 ℃冰箱中，用于后續MDA含量、總酚含量和酶活的測定。

1.4.3 褐變度

參考賈玉等[15]的方法測定褐變度。使用NR110色差儀測定鮮切馬鈴薯的L*、a*和b*， 然后通過Badin等[16]的公式將其換算成BI值，BI值反映褐變度。

BI=100×（x－0.31）0.172。

x=a*+1.75L*5.645L*+a*－3.012b*。

1.4.4 MDA含量

參考王夢茹等[17]的方法測定MDA含量。稱取1.0 g粉末樣品置于10 mL離心管中，加入5 mL 4 ℃ TCA溶液（100 g/L）后充分混勻，置于4 ℃、10 000 r/min下離心15 min后取上清液。將3 mL上清液和3 mL 6 g/L硫代巴比妥酸在試管中充分混勻后在沸水浴中反應15 min，冷卻至室溫。在4 ℃、10 000 r/min條件下離心15 min，在450，532，600 nm處測定吸光度，計算鮮切馬鈴薯的MDA含量（μmol/g）。TCA溶液代替樣液按同樣方法測定作為空白對照。

1.4.5 PPO酶活和POD酶活

稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，加入5 mL 4 ℃磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）后充分混勻，置于4 ℃、10 000 r/min下離心15 min，取上清液用于PPO酶活和POD酶活的測定。PPO酶活參照程麗林等[18]的方法測定，并稍作改動。在試管中依次加入1.0 mL 0.02 mol/L的鄰苯二酚溶液、1.8 mL磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）和0.2 mL粗酶提取液，充分混勻后在410 nm處測定3 min內吸光值的變化，定義每克樣品每分鐘吸光度變化值增加0.01時為1個活性單位（U）。POD酶活參照Terefe等[19]的方法測定，并稍作改動。在試管中依次加入2.7 mL磷酸緩沖液（0.1 mol/L，pH 6.5）、0.2 mL 0.05%的H2O2溶液、0.5 mL 2%的愈創木酚溶液和0.1 mL粗酶液，充分混勻后在470 nm處測定3 min內吸光值的變化，定義每分鐘吸光度變化值增加0.01時為1個活性單位（U）。

1.4.6 PAL酶活和總酚含量

PAL酶活的測定參照Liu等[20]的方法，并稍作改動。稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，加入5 mL硼酸緩沖溶液（0.05 mol/L，pH 8.8，含40 g/L 交聯聚乙烯吡咯烷酮、2 mmol/L 乙二胺四乙酸和5 mmol/L β-巰基乙醇），置于4 ℃、10 000 r/min下離心30 min，取上清液。在試管中依次加入3 mL上清液、0.5 mL 20 mmol/L的L-苯丙氨酸溶液和0.5 mL酶液，在37 ℃條件下保溫10 min和1 h后，在290 nm處測定吸光度，定義每小時吸光度變化值增加0.01時為1個活性單位（U）。

總酚含量參考Liu等[20]的方法進行測定，并稍作修改。首先配制沒食子酸標準溶液：準確稱取0.02 g沒食子酸標準樣品，置于小燒杯中，用蒸餾水充分溶解后定容至100 mL，配成0.2 mg/mL的沒食子酸溶液。分別取上述溶液90，80，70，60，50，40，30，20，10 μL于1.5 mL離心管中，分別加入10，20，30，40，50，60，70，80，90 μL蒸餾水，渦旋振蕩使其充分混合，依次配成0.18，0.16，0.14，0.12，0.10，0.08，0.06，0.04，0.02 mg/mL的標準溶液。然后向各濃度比色管中加入1.0 mL 0.25 mol/L的福林酚試劑，混合3 min后向各管中加入3.0 mL 7.5%的碳酸鈉溶液，避光靜置1 h，在765 nm波長處測定吸光度值，并繪制標準曲線圖，求得回歸方程和相關系數分別為A=3.177C+0.015 7，R2=0.997 8。樣品測定：稱取1.0 g粉末樣品于10 mL離心管中，并加入5 mL 80%的乙醇，在4 ℃、10 000 r/min下離心15 min。取0.2 mL上清液按測定標準溶液的方法進行操作，測定樣品的吸光度值，再根據標準曲線的線性回歸方程計算出粗提液的總酚濃度，最后換算成每克凍樣的總酚含量。

1.4.7 失重率

采用稱重法測定。初樣品質量（m0）與每次測定樣品質量（m1）之差占最初樣品質量（m0）的百分比表示失重率。

1.5 統計分析

所有指標均重復測定3次，結果以“平均值±標準誤”表示。在1.4.1中，采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件對不同濃度H2S處理的數據進行單因素ANOVA和Duncan多重比較顯著性分析（P=0.05）。在1.4.2中，采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行T檢驗對H2S處理組和對照組的各項指標進行顯著性分析。采用SigmaPlot 12.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 篩選H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的有效濃度

BI值可以直觀反映褐變程度，BI指數越高，褐變程度越高[15]。2，4，6，8 mmol/L NaHS處理組的褐變指數顯著低于0 mmol/L（對照組）（P<0.05），而1 mmol/L NaHS處理組和對照組的褐變指數無顯著差異（見圖1）。由此可知，2，4，6，8 mmol/L NaHS可以顯著抑制鮮切馬鈴薯的褐變。在這4個濃度的處理組中，選擇抑制褐變效果較明顯的4 mmol/L NaHS展開下一步試驗。

2.2 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯褐變的影響

2.2.1 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯褐變度的影響

由圖2可知，隨著貯藏期的延長，H2S對照組和處理組的BI值呈現上升趨勢，這說明在貯藏期，鮮切馬鈴薯的褐變逐漸加重。從貯藏第3天開始，H2S處理組的BI值顯著（P<0.05）低于對照組，這表明4 mmol/L NaHS（H2S）從貯藏第3天開始可以有效抑制鮮切馬鈴薯的褐變。

由圖3可知，在貯藏期間H2S處理組和對照組的MDA含量均呈現上升趨勢，可能是馬鈴薯經切片后，細胞膜過氧化加劇，導致MDA含量增加[21]。在第6～12 天，H2S處理組的MDA含量顯著低于對照組（P<0.05）。由此可知H2S有效抑制鮮切馬鈴薯MDA的積累。這與H2S處理對采后香蕉MDA含量的影響相一致[22]，可能是因為H2S提高POD等抗氧化酶的酶活，加速對體內自由基的清除，減少自由基對細胞膜系統的破壞[23]。

2.2.3 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯PPO酶活和POD酶活的影響

由圖4可知，貯藏期H2S處理組和對照組的PPO酶活整體上呈現上升趨勢，但在貯藏期間H2S處理組的PPO酶活均顯著低于對照組（P<0.05），這說明H2S在整個貯藏期明顯抑制了鮮切馬鈴薯的PPO酶活，可能是因為H2S影響了PPO的高級結構[24]。有研究發現H2S可以直接作用于含有金屬離子和巰基的蛋白質，對蛋白質特別是酶蛋白結構進行硫巰基化修飾，從而調節酶蛋白的活性[25—26]。

由圖5可知，隨著貯藏期的延長，H2S處理組和對照組的POD酶活呈現上升趨勢，但在貯藏第3天和第12 天時，H2S處理組的POD酶活顯著大于對照組（P<0.05），這些結果說明在貯藏期H2S可以提高鮮切馬鈴薯的POD酶活。在H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的機理中，POD可能起著抗氧化酶的作用，有效清除過量的過氧化氫和自由基，進而減少脂質過氧化，保護細胞結構免遭破壞[27]。

2.2.4 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯PAL酶活和總酚含量的影響

由圖6可知，對照組的PAL酶活先上升后下降，而H2S處理組的PAL酶活先下降后上升。在貯藏期的第3，6，12天，H2S處理組的PAL酶活顯著（P<0.05）低于對照組。由此可知，在貯藏期H2S有效抑制鮮切馬鈴薯的PAL酶活。有研究發現低溫脅迫下的芒果果皮褐變與PAL酶活有著緊密聯系[28]，PAL是苯丙烷代謝中的一個關鍵酶，因此認為H2S有可能通過調控苯丙烷代謝來控制鮮切馬鈴薯褐變。

由圖7可知，貯藏期H2S處理組和對照組的總酚含量整體呈上升趨勢，但是在貯藏第9天和第12天，H2S處理組的總酚含量顯著低于對照組（P<0.05），這表明H2S有效降低了鮮切馬鈴薯的總酚含量，可能是因為H2S降低了PAL酶活，抑制苯丙烷代謝系統合成酚類物質[29]。

2.2.5 H2S處理對貯藏期鮮切馬鈴薯失重率的影響

失重率是衡量果蔬采后貯藏品質的重要指標，失重率達到一定程度時，會導致果蔬萎蔫，影響其食用價值[30]。

由圖8可知，隨著貯藏時間的延長，鮮切馬鈴薯的失重率逐漸上升。在貯藏0～9 d時，處理組與對照組的失重率沒有顯著差異，但在貯藏第12天時，處理組的失重率顯著低于對照組（P<0.05），這些結果表明H2S可以減輕鮮切馬鈴薯的失重率，有利于品質的保持。這與H2S熏蒸對葡萄失重率的影響一致[31]，可能是因為H2S抑制了鮮切馬鈴薯的呼吸速率和水分蒸發[32]。

3 討論和結論

濃度≥2 mmol/L的NaHS可以顯著抑制鮮切馬鈴薯的褐變（P<0.05），這一結果為產業有效控制鮮切馬鈴薯褐變提供了新思路和理論支撐。4 mmol/L NaHS（H2S）從貯藏第3天開始顯著降低鮮切馬鈴薯的褐變度，同時顯著降低PPO酶活，因此認為外源H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變可能是因為H2S降低了PPO酶活，使酚類物質氧化成醌的速率明顯下降，這與H2S降低PPO酶活從而抑制鮮切荸薺褐變的結果一致[33]。我們還發現H2S顯著降低了PAL酶活和總酚含量，因此H2S也可能通過抑制苯丙烷代謝、減少酚類物質含量來抑制鮮切馬鈴薯的褐變。有研究表明減少底物酚類物質的含量可以有效控制酶促褐變[31]。最后，H2S顯著提高POD酶活和降低MDA含量，這說明H2S可能激活抗氧化酶系統來減少自由基對細胞膜結構的破壞，從而抑制鮮切馬鈴薯的褐變，這與H2S調控抗氧化酶系統抑制鮮切荸薺和蘿卜褐變的結論一致[33]。綜上所述，H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的途徑可能有以下3種：第一，H2S抑制PPO酶活；第二，H2S抑制苯丙烷代謝，減少酚類物質的積累；第三，H2S激活抗氧化酶系統，減少自由基對細胞膜結構的破壞。由此可見，H2S抑制鮮切馬鈴薯褐變的途徑比較復雜，仍需進一步深入研究，為后續精準、高效地調控鮮切馬鈴薯提供理論支撐，推動我國馬鈴薯加工產業及鮮切果蔬產業的快速發展。

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