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臭氧水处理对抑制鲜切马铃薯褐变的影响

发布时间:2023-05-31 10:57:01     浏览量: 465     

董成虎1,纪海鹏1,张慧杰2,高元惠1,贾凝1,张娜34,张晓军1,陈存坤34,于晋泽1*

1.国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),农业部农产品贮藏保鲜重点实验室,天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津3003842.天津科技大学食品工程与生物技术学院,食品营养与安全省部共建教育部重点实验室,天津3004573.天津国嘉农产品保鲜生产力促进有限公司,天津3003844.天津市远东冷藏设备制造有限公司,天津300384

要:鲜切马铃薯由于含有大量的酚类物质,存在去皮后极易褐变的问题。为探寻马铃薯初加工后抑制褐变的绿色安全新技术,试验选用臭氧水进行清洗处理,通过分析与褐变相关的酶活、营养物质的含量和果实褐变症状变化,研究不同浓度的臭氧水处理对鲜切马铃薯褐变的抑制效果。将鲜切的马铃薯置于4 组不同浓度的臭氧水溶液CK0 mg/L)、T11.07 mg/L)、T21.61 mg/L)、T32.14 mg/L)处理10 min 后于0 ℃贮藏。与CK 组相比,臭氧水处理组对马铃薯过氧化物酶和多酚氧化酶的活性均有良好的抑制作用。其中,以1.61 mg/L 浓度下臭氧水处理的去皮马铃薯的抑制褐变效果最明显,并有效延缓与褐变相关的抗坏血酸过氧化物酶的活性,提高马铃薯亮度,维持马铃薯总酚含量和单宁含量处于较高水平。

关键词:臭氧水;马铃薯;褐变;酶活;品质

马铃薯是一种属于茄科草本科的植物[1],是仅次于玉米、稻谷和小麦的全球第四大粮食作物[2]。马铃薯含有丰富的营养,包括大部分的淀粉、糖、蛋白质以及18 种氨基酸[3-4]。中国作为马铃薯生产大国[5],由于价格低廉,得天独厚的生长条件使马铃薯成为日常生活中一种不可或缺的粮食。

马铃薯贮藏大多用冷藏[6]、辐射[7]、地窖[8]、贮藏窖[9]等方式,但近年来,由于鲜切果蔬新鲜、营养、方便等特点受到消费者喜爱[10],因此多种鲜切果蔬在贮藏保鲜方面得到了广泛研究,例如西蓝花[11]、苹果[12]、紫甘蓝[13]、火龙果[14]等,鲜切果蔬的市场前景也变得越来越广阔。鲜切马铃薯也被人们广泛应用[15]。对于贮藏鲜切马铃薯,多用涂抹植物激素[16-17]、真空包装[18]、气调保鲜[19]等方式进行贮藏,由于它们复杂的操作性和昂贵的保鲜剂,在实际应用中无法广泛推广。而臭氧是一种绿色、安全、活性高、半衰期短、易溶于水、易分解的杀菌剂[20-21],它能有效的分解次生代谢物,减少生理代谢,抑制氧化酶活性[22]。臭氧对于食品的保鲜技术不断发展[23],尤其是在果蔬贮藏保鲜方面应用广泛[24],已经在樱桃[25]、蓝莓[26]、柿子[27]、双孢菇[28]被证实有积极的作用。臭氧具有高氧化力,有抑制微生物的生长和杀菌的作用[29-30],降低果蔬腐烂率,延缓果蔬的成熟和老化。

因此本试验选用臭氧水处理鲜切马铃薯。臭氧水保鲜马铃薯既可以减少营养流失,也可以抑制褐变,从而保证鲜切果品的外观与品质。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯:市售,挑选成熟度相同、大小均匀、无病害、无机械伤的马铃薯,运至国家农产品保鲜工程技术研究中心农业部农产品贮藏保鲜重点实验室进行处理。

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠:天津市江天统一科技有限公司;乙二胺四乙酸二钠、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)、愈创木酚:天津光复科技发展有限公司;过氧化氢、无水碳酸钠:天津风船化学试剂科技有限公司;没食子酸、福林酚、邻苯二酚、铬黑T:上海科丰化学试剂公司;所有试剂均为分析纯。

1.2 仪器设备

3-30 K 高速冷冻离心机:德国Sigma 公司;UV-1780 紫外可见分光光度计:日本岛津公司;WR-18 色差仪:深圳威福公司。

1.3 方法

1.3.1 处理方法

选择大小均匀,新鲜完整的马铃薯。洗净表面泥土与脏物,清洗时避免造成机械损伤,去除表皮切成3 cm 的正方形。分别置于浓度为CK0 mg/L)、T11.07 mg/L)、T21.61 mg/L)、T32.14 mg/L4 个臭氧水梯度,处理10 min,贮藏于0 ℃环境下,每3 d 进行取样,每个处理重复测定3 次,取平均值。

1.3.2 测定项目

1.3.2.1 色差

每个处理取10 个马铃薯定期用色差计测定色差,取平均值。

1.3.2.2 单宁含量

参照李家庆等[31]的方法,单位以%计。

1.3.2.3 总酚含量

参考曹建康等[32]方法测定,单位以mg/g 计。

1.3.2.4 抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidaseAPX)活性

参考曹建康等[32]的方法测定,单位以U/g·mF 计。

1.3.2.5 过氧化物酶(pexoxidasePOD)活性

参考曹建康等[32]的方法测定,单位以ΔOD470 nm/min·g)计。

1.3.2.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidasePPO)活性

参考Zheng X [33]的方法测定,单位以ΔOD420 nm/min·g)计。

1.3.3 数据分析

数据采用SPSS 软件进行分析,并进行差异显著性分析,差异显著性水平为0.05,使用Origin 8.5 软件作图。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度的臭氧水处理对马铃薯色差的影响

不同浓度的臭氧水处理对马铃薯色差的影响见图1

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1 不同浓度的臭氧水处理对马铃薯色差的影响
Fig.1 Effect of ozone water treatment with different concentration on potato color difference

A 为色差L*B 为色差a*

色差是反映果蔬外观品质的指标,果蔬越新鲜,色泽越光亮,褐变越小。L*值越大,表示亮度越高,褐变越小;反之,L*值越小,褐变越严重。由图1A 可知,在整个贮藏期间,马铃薯的亮度呈下降趋势。CK 组的亮度低于T1T2 T3 处理组。说明臭氧处理可以保持马铃薯的色泽明亮。而且T2 处理组亮度一直高于T1 T3 处理组,说明T2 处理组的臭氧浓度可以较好的保持马铃薯的亮度,可能是由于1.61 mg/L 臭氧水处理更容易抑制与褐变有关的酶活,使马铃薯褐变程度降低,从而保持了马铃薯的亮度。

由图1B 可看出,4 个处理的a*值随时间逐渐增加,说明4 个处理组都发生了不同程度的褐变。而对照组始终高于其他处理组,在最后1 d 贮藏期,CK 组与其他处理组存在明显的差异(P0.05),CK 处理组的a*值比T1 处理组高1.352,比T2 处理组高2.446,比T3 处理组高1.8T2 处理组在贮藏期一直低于T1T2 处理组,在刘晓燕等用臭氧对莲藕护色的研究中有类似的结果[34],说明适当浓度的臭氧可以延缓马铃薯变质和水分流失,保持色泽。

2.2 不同浓度臭氧水处理对马铃薯中单宁含量的影响

不同浓度臭氧水处理对马铃薯中单宁含量的影响见图2

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2 不同浓度臭氧水处理对马铃薯中单宁含量的影响
Fig.2 Effects of ozone water treatment at different concentrations on tannin content in potatoes

单宁又称作蹂质,具有抗氧化和抑菌的作用,是一种多酚类化合物,与氧气发生氧化,使果蔬发生酶促褐变。由图2 可得,虽然T2 处理组单宁的含量在贮藏期间高于其他处理组,但4 个处理组均具有先上升后下降的的变化趋势。这在张琦等利用臭氧处理树莓中也得出类似的结果[35]。单宁含量CKT1 T3 之间变化幅度较小,与T2 处理组有明显的差异(P0.05),说明1.61 mg/L 浓度的臭氧水对单宁含量的影响最大,而未经臭氧水浸泡的CK 处理组单宁含量最少,说明抗氧化能力也最差,褐变最为严重。

2.3 不同浓度臭氧水处理对马铃薯中总酚含量的影响

不同浓度臭氧水处理对马铃薯中总酚含量的影响见图3

 图片1.png

3 不同浓度臭氧水处理对马铃薯中总酚含量的影响
Fig.3 Effects of ozone water treatment at different concentrations on total phenol content in potatoes

马铃薯中含量最丰富的抗氧化剂就是总酚类化合物,总酚物质多储存于马铃薯表皮中,但马铃薯果肉中少量总酚也能帮助马铃薯抗氧化,减缓褐变。经过臭氧水处理冷藏后。与对照相比,T1T2 T3 处理组的总酚含量均缓慢下降且处理组之间变化幅度较小,这可能经臭氧水处理过的马铃薯抗氧化能力增强,韩梦凡等也有类似的研究[36]。在第3 天,CK 处理组迅速下降,与其他处理组形成显著的差异,比T1T2T3 分别下降了0.12%0.16%0.15%,说明未经臭氧水处理过的鲜切马铃薯容易氧化,发生褐变。

2.4 不同浓度臭氧水处理对马铃薯APX 活性的影响

不同浓度臭氧水处理对马铃薯APX 活性的影响见图4

APX 是植物活性氧代谢中一种重要的抗氧化酶[37],它可以清除果实组织内的过氧化氢,又促使维生素C 代谢,在果蔬体内中具有抗氧化的作用。从图4可以看出,T2 处理组APX 呈先上升后稳定的趋势,CK处理组前期下降迅速后期下降缓慢,T1 T3 处理组下降速度比较缓慢。CKT1 T2 处理组APX 酶活下降可能是果蔬组织内活性氧含量有所下降造成的。但CK 处理组APX 酶活一直低于其他处理组。这跟总酚含量在贮藏期的变化趋势类似。在贮藏第3 天,CK 处理组与T1T2 T3 处理组幅度变化最为显著(P0.05),可能由于未经臭氧水处理的对照组抗氧化能力弱,活性氧积累较多,脂质过氧化严重,APX 逐渐失活。而T2处理组APX 活性水平始终最高,说明1.61 mg/L 的臭氧水浓度对更有利于保持马铃薯中APX 的活性,在P.Boonkorn 等研究中也有类似的结论[38]

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4 不同浓度臭氧水处理对马铃薯APX 活性的影响
Fig.4 Effects of ozone water treatment at different concentrations on ascorbic acid peroxidase activity in potatoes

2.5 不同浓度臭氧水对马铃薯中POD 活性的影响

不同浓度臭氧水对马铃薯中POD 活性的影响见图5

图片3.png

5 不同浓度臭氧水对马铃薯中POD 活性的影响
Fig.5 Effects of different concentrations of ozone water on peroxidase activity in potatoes

POD 与植物抗衰老密切相关,是导致果蔬褐变的主要因素之一[39]。它是果实中重要的抗氧化防御酶,清除果实内的活性氧,与O2-发生歧化反应,生成的H2O2和其他过氧化物,从而抑制褐变。由图5 可知,CK 处理组的POD 酶活在整个贮藏期间一直处于较低水平,且在第15 天,显著低于其他处理组(P0.05)。而T2 处理组的POD 酶活始终高于T1 T3 处理组。这可能是T2 处理组的臭氧浓度更有利于通过抑制PPO 的活性,阻止果实细胞内酚类物质的氧化来抑制褐变。从总体来看,4 个处理组均呈现先上升后趋于平稳的趋势。可能是在第3 天酶活达到峰值时,由于机械损失受到胁迫,抗氧化能力增强,到了贮藏后期,果实适应了这种非生物胁迫,从而使果实的POD 酶活保持相对稳定。在梁芸志等[40]研究中,臭氧对黄瓜进行,POD 酶活的变化也有类似的趋势。

2.6 不同浓度臭氧水处理对马铃薯PPO 活性的影响

不同浓度臭氧水处理对马铃薯PPO 活性的影响见图6


6 不同浓度臭氧水处理对马铃薯PPO 活性的影响
Fig.6 Effects of ozone water treatment with different concentrations on polyphenol oxidase activity in potatoes

马铃薯块茎中大部分的亚细胞中都含有PPO,这种酶是马铃薯在鲜切过程发生褐变主要因素之一,果实中多酚类物质及衍生物在PPO 的催化下形成醌,与氨基酸发生反应氧化为黑色素,导致马铃薯褐变[28]。当果实处于逆境时,PPO 活性会显著升高,保护组织防止受损[41],由图6 可知,4 个处理组随贮藏时间呈下降趋势。同时,CK 处理组的PPO 酶活始终处于最高水平,与PPO 酶活在贮藏期间始终最低的T2 处理组存在显著的差异(P0.05),这可能是因为CK 处理组自身抵御系统薄弱,PPO 活性最高,更容易发生褐变。在贮藏期末,CK 处理组的PPO 酶活分别是T1T2 T3处理组的1.13 倍、1.82 倍、1.29 倍。在罗文靖等研究中PPO 酶活也有类似的变化[42]

3 结论

以去皮马铃薯为材料,探究臭氧水处理去皮马铃薯与褐变有关的酶和表观特征之间的关系,以确定保持马铃薯品质的最适臭氧水浓度,抑制褐变。通过上述的数据表明,去皮马铃薯发生褐变与马铃薯的色差值,总酚、单宁、PPOPOD APX 含量密切相关。不同浓度的臭氧水对去皮马铃薯产生的褐变有不同程度的抑制效果。特别是T2 处理组的马铃薯展现了良好的贮藏品质特性,能有效的保持去皮马铃薯的外观色泽,提高次生代谢物单宁和总酚的含量,抑制易催化氧化的PPO 的活性,促进了与抗氧化有关的POD APX 的活性,消除过氧化氢和酚类物质。研究结果表明,臭氧水浓度为1.61 mg/L 对去皮马铃薯的褐变抑制效果最佳。

从绿色保鲜的角度,臭氧无污染、无残留、易于分解的特性对果蔬贮藏没有副作用[1043],同时由于有效的消灭果实表面的微生物和病毒,广泛应用于农产品贮藏的领域。综上所述,臭氧水在保鲜去皮马铃薯方面具有较好的潜力,但不同浓度的臭氧水处理方式和适宜贮藏条件具有差异性,需要进一步研究验证。

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Effect of Ozonized Water Treatment on Inhibiting Browning of Fresh-cut Potatoes

DONG Cheng-hu1JI Hai-peng1ZHANG Hui-jie2GAO Yuan-hui1JIA Ning1ZHANG Na34ZHANG Xiao-jun1CHEN Cun-kun34YU Jin-ze1*
1.National Engineering Technology Research Center for Preservation of Agriculture ProductKey Laboratory of Agricultural Product Storage and Preservation of the Ministry of AgricultureTianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural ProductsTianjin 300384China2.College of Food Engineering and BiotechnologyState Key Laboratory of Food Nutrition and SafetyTianjin University of Science and TechnologyTianjin 300457China3.Tianjin Guojia Agricultural Products Preservation Productivity Promotion CompanyTianjin 300384China4.Tianjin Yuandong Refrigeration Equipment Manufacturing CompanyTianjin 300384China

AbstractDue to the large amount of phenolic substancesfresh-cut potatoes have a problem of browning after peeling.In order to explore the green safety new technology of inhibiting browning after initial processing of potatothis experiment used ozone water for cleaning treatment.The inhibitory effects of different concentrations of ozone water treatment on browning of fresh-cut potatoes were studied by analyzing the enzyme activitiesnutrient content and fruit browning symptoms associated with browning.The fresh-cut potatoes were divided into 4 groups on average and treated with different concentrations of aqueous ozone solution CK0 mg/L),T11.07 mg/L),T21.61 mg/L),T32.14 mg/Lfor 10 minutes and then stored at 0 °C.The ozone water treatment groups had a good inhibitory effect on the activity of potato peroxidase and polyphenol oxidase com pared with the CK group.Among themfresh-cut potatoes treated with ozone water at a concentration of 1.61 mg/L had the most obvious browning-inhibiting effectand effectively delayed the activity of ascorbate peroxidase associated with browningincreased brightnessand maintained the total phenolic and tannin content at a high level.

Key wordsozone waterpotatobrowningenzyme activityquality

DOI10.12161/j.issn.1005-6521.2019.24.016

基金项目:十三五重点研发(2016YFD0400903-052018YFF0213605-2);天津市林果现代产业技术体系创新团队(ITTFPRS2018009);天津市科技计划项目(17YFYZCG00010);天津市自然科学基金青年项目(16JCQNJC14800);天津市农业科技成果转化与推广项目(201701100201602090);天津市农业科学院院长基金(1701417011);贵州省科技计划项目(黔科合成果[2016]4035 号)

作者简介:董成虎(1981—),男(汉),助理研究员,硕士,研究方向:农产品保鲜与加工的研究。

*通信作者:于晋泽(1974—),男(汉),高级工程师,博士,研究方向:农产品加工与贮藏的研究。

引文格式:

董成虎,纪海鹏,张慧杰,等.臭氧水处理对抑制鲜切马铃薯褐变的影响[J].食品研究与开发,20194024):100-105

DONG ChenghuJI HaipengZHANG Huijieet al.Effect of Ozonized Water Treatment on Inhibiting Browning of Fresh-cut Potatoes[J].Food Research and Development20194024):100-105

收稿日期:2019-07-07