浸水处理对鲜切马铃薯抗氧化能力的影响

2019-07-10公营马愫王庆国孟庆昌张子岗石晶盈

食品研究与开发 2019年13期

公营，马愫，王庆国，孟庆昌，张子岗，石晶盈，*

（1.山东农业大学，山东泰安271018；2.淄博市淄川区检验检测中心，山东淄博255000）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界上最重要的粮食作物和流行蔬菜之一，因其具有丰富的营养和诱人的风味在世界范围内被广泛消费[1]。近年来，随着人们生活水平的提高、城市人口的增加，快节奏生活的刺激，鲜切果蔬越来越受到人们的欢迎。鲜切马铃薯产品具有新鲜、方便、可食率高等特点，能很好地满足消费者现代生活方式的需求，具有广阔的市场前景。然而，鲜切加工过程中的削皮、切割等操作，会造成马铃薯细胞组织结构的破坏，继而产生包括褐变、水分流失和令人不愉快的气味等问题，其中延缓或防止马铃薯切后褐变是鲜切马铃薯产业亟待解决的问题。

目前有很多关于延缓鲜切马铃薯的褐变速度的报道。这些方法包括将化学合成物或植物提取物应用于鲜切马铃薯表面[2-5]，静电场[6]和超声处理[7-8]，改良气体包装[9-11]，愈伤处理[12]，以及生物方法[13]等。这些方法在抑制鲜切马铃薯褐变方面虽取得一定的效果，但有些方法还存在安全性不高、高成本或缺乏实用价值等问题。

本文筛选了延缓鲜切马铃薯褐变的最佳浸水时间；并研究了不同料液比对鲜切马铃薯褐变速度的影响，目的在于提供一种安全、易操作的延缓鲜切马铃薯褐变方法。本文通过研究浸水处理对马铃薯抗氧化能力的影响，初步探讨了浸水处理抑制鲜切马铃薯褐变的机理，为鲜切马铃薯的褐变控制提供了重要的技术支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

“荷兰15 号”马铃薯：莱芜市杨庄镇聚富食品有限公司；聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVP）、氮蓝四唑（nitro-blue tetrazolium，NBT）、乙二胺四乙酸二钠（ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt，EDTA-2Na）、巯基乙醇：北京索莱宝科技有限公司；2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸、核黄素：上海国药集团；甲醇、乙腈：美国sigma 公司；脯氨酸：上海叶源生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

立式超低温冰箱（DW-86L388A）：青岛海尔特种电器有限公司；超声波清洗器（SCIENTZ-IID）：宁波新芝科技有限公司；色差仪（CR-400）：柯尼卡美能达公司；紫外可见分光光度计（UV-8000）：上海元析仪器有限公司；智能型光照培养箱（GXZ-500）：宁波江南仪器厂；高速冷冻离心机（TGL20M/TGL20MB）：长沙英泰有限公司；电泳仪（DYY-12）：北京六一仪器公司；荧光定量 PCR 仪（CFX96）：美国伯乐公司。

1.3 试验方法

1.3.1 鲜切马铃薯浸水处理时间的筛选

选择大小均匀，没有发芽、机械伤或病菌感染的马铃薯45 个，马铃薯用自来水清洗后放入次氯酸钠溶液（浓度为200 μL/L）中浸泡5 min，然后将马铃薯手动剥皮，切成约5 mm 厚的薄片，随机分成5 组。再分别将5 组马铃薯切片浸入去离子水（25 ℃）中浸泡0、5、10、15、30 min，分别将其置于塑料篮筐中 5 min 以沥去表面过量的水，装入聚乙烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯包装袋（15 cm×20 cm×0.06 mm）中，5 ℃下贮藏。分别于0、3、6、9、12 d 进行感官评定。

1.3.2 鲜切马铃薯浸水处理料液比的筛选

选择大小均匀，没有发芽、机械伤或病菌感染的马铃薯36 个，将马铃薯鲜切处理后，将马铃薯片和去离子水以 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4（g/mL）的料液比浸泡15 min，5 ℃下贮藏。分别于 0、3、6、9、12 d 进行感官评定。

1.3.3 马铃薯切片总体感官质量的评定

马铃薯被鲜切处理后，由10 人组成测定小组进行总体感官质量评价。每个处理3 个重复，每个重复随机选取8 片，按照表1 评分。

表1 鲜切马铃薯总体感官质量评定标准Table 1 Overall sensory quality evaluation standard of fresh-cut potato

1.3.4 马铃薯切片表面颜色的测定

切片的表面颜色通过手持式数字色度计测定，测量之前以标准白板（L*=97.44，a*=-0.87，b*=1.29）校准。每个处理3 个重复，每个重复随机选取8 片，用于a*和L*值读数，正反面各测量1 次。

1.3.5 马铃薯切片丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的测定

取马铃薯样品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 离心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，冷却。在 450、532、600 nm波长下测定吸光度值[14]。

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

MDA 含量/（μmol/g）=（C×V1）/（V×Fw）

式中：V1为测定时提取液体积，mL；V 为提取液总体积，mL；Fw 为样品质量，g。

1.3.6 马铃薯切片脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性的测定

马铃薯样品0.5 g 溶于2.0mL含有0.1 g PVP、pH 7.0 的磷酸盐缓冲液（0.1 mol/L）中，4 ℃下 12 000 r/min离心15 min。取上清液20 μL，加入2.970mL醋酸缓冲液，再加入10 μL 0.1 mol/L 的亚油酸钠。每隔10 s在234 nm 测量吸光度3 min。以每分钟吸光值变化0.01 为一个酶活力单位[15]。

1.3.7 马铃薯切片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性的测定

马铃薯样品0.5 g 溶于2.0mL含有0.1 g PVP、pH 7.8 的磷酸盐缓冲液（0.1 mol/L）中，4 ℃下 12 000 r/min离心10 min。反应体系包括0.3mL蛋氨酸溶液，0.5mLNBT，0.3mLEDTA-Na2，0.5mL核黄素和 0.2mL上清液。在25 ℃，光照强度为4 000 Lx 下光照20 min，以抑制NBT 光化还原达50%的酶量为一个酶活性单位[16]。

1.3.8 马铃薯切片脯氨酸含量的测定

采用高效液相色谱法测定马铃薯中游离氨基酸的含量，参考QB/T 4356-2012《黄酒中游离氨基酸的测定方法》。

1.3.9 马铃薯切片抗氧化相关基因的表达量测定

使用康为世纪的OmniPlant RNA Kit（DNase I）（目录号CW2598S）的试剂盒进行总RNA 的提取。利用TaKaRa 公司的试剂盒进行反转录。相对荧光定量使用TaKaRa 公司RR420A 试剂盒。基因的引物设计见表2，由生工生物工程股份有限公司合成。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0 软件对数据进行差异显著性的检验，采用Sigmaplot 12.0 统计分析软件进行基础数据整理分析与作图。

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

2 结果与分析

2.1 浸水处理时间对鲜切马铃薯整体感官品质的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间整体感官品质变化的影响见表3。

表3 不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间整体感官品质变化的影响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，浸水处理15 min 可有效的维持鲜切马铃薯的感官品质，贮藏12 d 时，15 min 浸水处理组的鲜切马铃薯片仍然保持6.00 的分值，仍然具有商品价值；10 min 浸水处理组的鲜切马铃薯在贮藏到9 d时失去商品价值；对照组、5 min 和30 min 浸水处理组在贮藏到6 d 时失去商品价值。综上所述，选择15 min浸水处理时间进行料液比的筛选。

2.2 料液比的筛选

不同浸水料液比对鲜切马铃薯贮藏期间整体感官品质变化的影响见表4。

表4 不同料液比对鲜切马铃薯贮藏期间整体感官品质变化的影响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，在贮藏期间，4 种不同的料液比（浸水15 min）都能很好地维持马铃薯的感官品质。在15 min 浸水处理条件下，料液比对鲜切马铃薯褐变程度没有显著性差异。因此，选用浸水15 min、料液比1∶1（g/mL）（去离子水正好完全没过鲜切马铃薯片）的处理条件进行后续的试验。

2.3 15min浸水处理对鲜切马铃薯色差的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间色度值L*和a*变化的影响见图1。

图1 浸水处理对鲜切马铃薯L*值和a*值的影响Fig.1 Effect of water immersion treatment on L*and a*of freshcut potato

在贮藏期间，对照组马铃薯切片的L*值降低很快，而15 min 浸水处理组的马铃薯切片降低缓慢；并且，处理组马铃薯切片的a*值明显低于（P＜0.05）对照组。a*与褐变过程红色产生密切相关[17]。马铃薯褐变产生黑色素，导致马铃薯表面变暗、变红，褐变过程会同时伴随L*的降低和a*的升高。因此，处理组较高的L*和较低的a*表明15 min 浸水处理可有效地维持鲜切马铃薯的色度并保持其感官品质。

2.4 15min浸水处理对鲜切马铃薯LOX活性和MDA含量的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间LOX 活性和MDA 含量变化的影响见图2。

图2 浸水处理对鲜切马铃薯LOX 活性和MDA 含量的影响Fig.2 Effect of water immersion treatment on LOX activity and MDA of fresh-cut potato

由图2 得出，鲜切处理后，对照组和处理组的LOX 活性都持续上升，但是15 min 浸水处理组的LOX活性始终低于对照组（P＜0.05）。在贮藏期间，浸水处理组马铃薯切片的MDA 含量显著低于对照组，并且整体变化不大，而对照组的MDA 含量在鲜切后迅速上升。脂质过氧化是细胞毒性代谢的结果，会造成膜的损伤，LOX 在果实中加速膜脂过氧化物的产生，使果实褐变加剧[18]。MDA 是膜脂过氧化的最终产物，它是评估生物材料膜脂过氧化水平的关键指标[19]。浸水处理组较低的MDA 含量可能是由于其较低的LOX 活性。鲜切处理后，与对照组相比，处理组低的LOX 活性以及较少MDA 的产生都表明处理组强的抗氧化能力以及低的膜脂过氧化程度，从而保持细胞膜的完整性，抑制鲜切马铃薯的褐变。

2.5 15min浸水处理对鲜切马铃薯SOD活性和SOD家族基因表达量的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间SOD 活性和处理后48 h 内SOD 各家族基因表达量变化的影响见图3。

鲜切处理后，15 min 浸水组马铃薯切片的SOD 活性持续升高。对照组马铃薯切片SOD 活性先下降后上升，并且在贮藏期间始终低于处理组（P＜0.05）。处理后48 h 以内，处理组的Mn-SOD 和Fe-SOD 的相对表达量始终高于对照组，Cu/Zn-SOD 的相对表达量与对照差异很小。由此，我们推测，15 min 浸水处理后SOD 活性的提高是提高了Mn-SOD 和Fe-SOD 表达量的结果。SOD 是植物防御体系的重要酶之一，它可以清除活性氧，在保护植物组织免受氧化损伤方面发挥着重要作用[20]。15 min 浸水处理可以提高鲜切马铃薯的SOD活性，增强抗氧化能力，保护细胞免受氧化损伤，从而抑制鲜切马铃薯的褐变。

图3 浸水处理对鲜切马铃薯SOD 活性及SODFe、SODMn 和SODCu/Zn 基因表达量的影响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浸水处理对鲜切马铃薯脯氨酸含量的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯贮藏期间脯氨酸含量变化的影响如图4 所示。

图4 浸水处理对鲜切马铃薯脯氨酸含量的影响Fig.4 Effect of water immersion treatment on proline content of fresh-cut potato

鲜切处理后，15 min 浸水处理组中的马铃薯切片脯氨酸含量显著（P＜0.05）高于对照组。脯氨酸在植物的生长、开花、应对生物和非生物胁迫以及信号传导中发挥着重要作用[21]。有研究表明，脯氨酸可以清除活性氧维持植物细胞的氧化还原平衡[22]。在本研究中，浸水处理可能作为一种渗透胁迫刺激了马铃薯体内脯氨酸的合成以应对氧化压力，维持马铃薯细胞内的氧化还原平衡，减缓鲜切马铃薯的氧化褐变。

2.7 15min浸水处理对鲜切马铃薯P5CS和P5CR相对表达量的影响

不同浸水时间对鲜切马铃薯处理后48 h 内P5CS和P5CR 基因表达量变化的影响如图5 所示。

图5 浸水处理对鲜切马铃薯P5CS 和P5CR 表达量的影响Fig.5 Effect of water immersion treatment on P5CS and P5CR of fresh-cut potato

P5CS 和P5CR 是脯氨酸合成过程中的两个关键酶[22]。由图5 可以看出，在鲜切处理后的48 h 内，处理组中的P5CS 和P5CR 的相对表达量显著高于对照组，说明浸水处理促进了马铃薯中脯氨酸的合成，所以15 min 浸水处理组高脯氨酸含量高于对照组。因此推测，浸水处理可以增加脯氨酸相关合成酶的表达，加速鲜切马铃薯体内脯氨酸的合成，从而维持植物体内的氧化还原平衡，增强抗氧化能力，延缓鲜切马铃薯的褐变速度。