王煥宇,姜璐璐,王惠源,喻 譞,金 鵬,鄭永華

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,江蘇 南京 210095)

短波紫外線對草莓采后腐爛、苯丙烷類代謝和抗氧化活性的影響

王煥宇,姜璐璐,王惠源,喻 譞,金 鵬,鄭永華*

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,江蘇 南京 210095)

以‘紅艷’草莓為材料，研究短波紫外線（ultraviolet-C，UV-C）處理對草莓果實在5 ℃、12 d貯藏期間腐爛、苯丙烷類代謝和抗氧化活性的影響。結(jié)果表明，2.0 kJ/m2 UV-C處理能顯著抑制草莓果實貯藏期間腐爛指數(shù)的上升。同時，UV-C處理能有效誘導(dǎo)果實貯藏期間苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸羧化酶、對香豆酰-CoA連接酶、查爾酮異構(gòu)酶和二氫黃酮醇還原酶活性的增加，維持較高的總酚、總花色苷、總黃酮以及主要酚類和花色苷類單體的含量，促進果實1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率和總還原力的上升，抑制羥自由基清除率的下降，從而保持了果實較高的抗氧化活性。

草莓；短波紫外線；腐爛；苯丙烷類代謝；抗氧化活性

草莓為漿果類水果，果實色澤艷麗，風(fēng)味芳香；同時富含酚類、花色苷類和黃酮類等多種天然抗氧化活性成分，具有很高的營養(yǎng)價值，深受消費者的喜愛[1]。但草莓含水量高、組織嬌嫩，且無外果皮保護，采后易受機械損傷和微生物侵染而腐爛變質(zhì)[2-3]。因此，如何控制草莓果實腐爛的發(fā)生，已成為草莓采后貯運保鮮研究的熱點和延長其貯藏期的關(guān)鍵。國內(nèi)外對草莓果實的采后生理和貯藏已有較多研究，冷藏結(jié)合化學(xué)保鮮劑處理可顯著抑制果實腐爛，但化學(xué)保鮮劑會對人類健康和環(huán)境帶來潛在的危害，其應(yīng)用受到了越來越多的制約，因此迫切需要尋求綠色安全的保鮮技術(shù)。

短波紫外線（ultraviolet-C，UV-C）處理作為一種無污染、無毒害的物理處理方法，不僅能有效控制果實貯藏病害的發(fā)生，而且可以有效誘導(dǎo)果實采后花色苷和多酚類等次生代謝產(chǎn)物的合成[4-6]。近年來研究表明，使用不同劑量的UV-C照射處理香菇[7]、番茄[8]和蜜橘[9]等果蔬，不僅能起到控制產(chǎn)品腐爛和延緩衰老，從而延長貯藏期的作用；同時還能促進次生代謝產(chǎn)物的合成和提高果蔬的抗氧化活性。因而UV-C處理在果蔬保鮮中顯示出了較好的應(yīng)用前景。但UV-C處理對草莓果實活性成分和抗氧化活性的影響及其與苯丙烷類代謝的關(guān)系尚未見報道。因此，本實驗以‘紅艷’草莓果實為試材，研究了果實在5 ℃、12 d貯藏期間腐爛、抗氧化活性及苯丙烷類代謝相關(guān)酶活性的變化，并從苯丙烷類代謝的角度探討草莓果實采后抗氧化活性變化的機制，以期為UV-C處理在草莓果實保鮮中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料為八分熟的‘紅艷’草莓品種（Fragaria× ananassa Duch. cv. Hongyan），選擇大小、成熟度基本一致，無病蟲害、無機械損傷的果實進行實驗。

碳酸鈉、β-巰基乙醇、二硫蘇糖醇 國藥集團化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸、過氧化氫、福林酚試劑南京壽德試劑器材有限公司；p-香豆酸、酚類和花色苷單體、查爾酮、反式肉桂酸、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphneyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 美國Sigma公司；甲酸、乙腈均為國產(chǎn)色譜純；丙酮、三氯化鋁、無水乙醇、乙酸乙酯均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

GL-20G-H型冷凍離心機 上海安亨科學(xué)儀器廠；UV-1600型分光光度計 上海美普達儀器有限公司；ZDZ-1型紫外輻射照度計 上海嘉定學(xué)聯(lián)實業(yè)有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；1200高效液相色譜儀 美國安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 UV-C處理

選擇的紫外燈功率為30 W，有效波長為254 nm，上下燈管與草莓距離為30 cm。在前期實驗中，將隨機挑選好的草莓果實分成5 組，分別按照0、0.5、1.0、2.0 kJ/m2和4.0 kJ/m2劑量的UV-C對果實進行照射處理。處理后的果實用塑料盒（20 cm×12 cm×8 cm）進行分裝，然后置于（5±1）℃避光貯藏，12 d后測定果實的腐爛指數(shù)。在最佳UV-C處理條件下，將果實隨機分成2 組，處理組用2.0 kJ/m2UV-C處理，對照組不作任何處理，處理組和對照組分別選用400 個果實，各重復(fù)3 次。處理后在（5±1）℃條件下避光貯藏12 d，期間每隔3 d取樣進行分析測定。

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 腐爛指數(shù)的測定

草莓果實的腐爛指數(shù)參照陳學(xué)紅等[10]的方法測定。按腐爛面積大小將果實分為4 級:0級，無腐爛；1級，果面有1～3個小腐爛斑點；2級，腐爛面積占果實面積的25%～50%；3級，腐爛面積大于果實面積的50%。按下式計算腐爛指數(shù):

1.3.2.2 苯丙烷類代謝相關(guān)酶活性的測定

苯丙氨酸解氨酶（phenylalnine ammonialyase，PAL）活性參照Zucker[11]的方法測定，以反應(yīng)液每分鐘在波長290 nm處光密度值變化0.001為1個酶活性單位；對香豆酰-CoA連接酶（4-coumarate coenzyme A ligase，4-CL）活性參照Knobloch等[12]的方法測定，以反應(yīng)液每分鐘在波長333 nm處光密度值變化0.001為1 個酶活性單位；肉桂酸羧化酶（cinnamate-4-hydroxylase，C4H）活性參照Lamb等[13]的方法測定，以反應(yīng)液每分鐘在波長340 nm處光密度值變化0.001為1 個酶活性單位；查爾酮異構(gòu)酶（chalcone isomerase，CHI）活性參照Lister等[14]的方法測定，以反應(yīng)液每分鐘在波長370 nm處光密度值變化0.1為1 個酶活性單位；二氫黃酮醇還原酶（dihydroflavonol-4-reductase，DFR）活性參照J(rèn)u Zhiguo等[15]的方法測定，以反應(yīng)液每分鐘在波長550 nm處光密度值變化0.001為1 個酶活性單位；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定。以上酶活性均以U/mg表示。

1.3.2.3 總酚、總花色苷和總黃酮含量的測定

果實總酚、總花色苷和總黃酮含量均參照Wang Kaituo等[16]的方法進行測定，結(jié)果均以mg/g表示。

1.3.2.4 酚類和花色苷類單體物質(zhì)含量的測定

酚類和花色苷類單體含量的測定參照Zheng Yonghua等[17]的方法。取5 g果肉加25 mL丙酮，研磨成勻漿并離心，取上清液在35 ℃水浴條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后過C18Sep-Pak（Supelco公司）萃取小柱，然后用0.45 ?m孔徑的纖維膜過濾得到濾液，最后用高效液相色譜儀測定相關(guān)物質(zhì)的含量。手動進樣，進樣體積為20 ?L濾液。分析色譜柱為反向Nova-Pak C18分析柱，流動相為2.5%甲酸-乙腈溶液，洗脫時間35 min，流速1 mL/min。分別在波長350 nm和510 nm處測定酚類和花色苷類單體物質(zhì)的含量，結(jié)果以?g/g表示。

1.3.2.5 羥自由基清除率、DPPH自由基清除率和還原力的測定

羥自由基清除率和DPPH自由基清除率分別參照Wang Kaituo[16]和Larrauri[18]等的方法進行測定，結(jié)果均以清除百分率來表示；還原力采用Ozsoy等[19]的方法進行測定，結(jié)果以三氯化鐵反應(yīng)液在波長700 nm處的吸光度來表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 8.5和SASV 8.0統(tǒng)計分析軟件對實驗數(shù)據(jù)進行處理，采用Duncan新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 UV-C處理對草莓果實腐爛指數(shù)的影響

圖1 不同劑量UV-C處理對草莓果實5 ℃貯藏12 d后腐爛指數(shù)的影響Fig.1 Effect of UV-C treatment at different dosages on decay index in strawberry fruit after storage at 5 ℃ for 12 days

如圖1所示，草莓果實在5 ℃貯藏12 d后，1.0、2.0、4.0 kJ/m2UV-C處理組果實的腐爛指數(shù)分別為29.17%、19.27%和32.2%，均顯著低于對照組的37.5%（P＜0.05），其中又以2.0 kJ/m2UV-C處理的抑制效果最好。而0.5 kJ/m2劑量的UV-C處理果實的腐爛指數(shù)達到了34.9%，與對照組無顯著差異（P＞0.05）。因此，選用2.0 kJ/m2進一步研究UV-C處理對草莓果實苯丙烷類代謝和抗氧化活性的影響。

2.2 UV-C處理對對草莓果實苯丙烷類代謝相關(guān)酶的影響

圖2 UV-C處理對草莓果實PAL(A)、4-CL(B)、C4H(CC))、CHI(D)和DFR(E)活性的影響Fig.2 Effects of UV-C treatment on the activities of PAL (A), 4-CL (B), C4H (C), CHI (D) and DFR (E) in strawberry fruit

PAL、4-CL、C4H、CHI和DFR是植物苯丙烷類代謝途徑中的關(guān)鍵酶，其活性的大小與植物酚類物質(zhì)含量的變化密切相關(guān)。由圖2可知，草莓果實PAL和DFR活性在貯藏期間呈不斷上升趨勢，經(jīng)UV-C處理的果實，其PAL和DFR活性均顯著高于對照（P＜0.05）。4-CL和C4H活性均在貯藏前期略有增加后逐漸下降，且UV-C處理均有效促進了二者活性的上升，整個貯藏期均明顯高于對照組。CHI活性在貯藏期間呈下降的趨勢，UV-C處理明顯延緩了果實CHI活性的下降，整個貯藏期除了第9天與對照組無顯著差異（P＞0.05），其他貯藏時間均顯著高于對照（P＜0.05）。

2.3 UV-C處理對草莓果實總酚、總花色苷和總黃酮含量的影響

圖3 UV-C處理對草莓果實總酚(A)、總花色苷(B)和總黃酮(C)含量的影響Fig.3 Effects of UV-C treatment on the contents of total phenolics (A), total anthocyanin (B) and total flavnoids (C) in strawberry fruit

圖3A表明，草莓果實貯藏期間總酚含量呈先上升后下降的趨勢，貯藏第6天，總酚含量達到峰值，但UV-C處理有效誘導(dǎo)了草莓果實總酚含量的增加，整個貯藏期處理組總酚含量均顯著高于對照組（P＜0.05）。草莓果實總花色苷含量在整個貯藏期間呈上升的趨勢，UV-C處理一定程度上誘導(dǎo)了總花色苷含量的增加，但僅在貯藏末期顯著高于對照組（圖3B）（P＜0.05）。果實的總黃酮含量貯藏期呈整體下降的趨勢，UV-C處理能有效抑制草莓果實總黃酮含量的下降，整個貯藏期處理組的含量均高于對照組（圖3C）。

2.4 UV-C處理對草莓果實酚類和花色苷類單體含量的影響

表1 UV-C處理對草莓果實酚類單體物質(zhì)含量的影響Table1 Effects of UV-C treatment on the contents of individual phenolic compounds in strawberry fruit

采用高效液相色譜分析發(fā)現(xiàn)‘紅艷’草莓果實中主要的酚類單體物質(zhì)包括鞣花酸、鞣花酸葡萄糖苷、p-香豆酰葡萄糖、槲皮素-3-葡糖苷酸、山柰酚-3-葡萄糖苷以及山柰酚-3-葡糖苷酸，主要的花色苷類單體有矢車菊-3-葡萄糖苷、矢車菊-3-葡萄糖苷-丁二酸和天竺葵-3-葡萄糖苷。如表1、2所示，草莓果實中鞣花酸、鞣花酸葡萄糖苷、p-香豆酰葡萄糖、槲皮素-3-葡糖苷酸和山柰酚-3-葡萄糖苷在貯藏前6 d緩慢上升，隨后逐漸下降，而山柰酚-3-葡糖苷酸卻呈先下降后上升趨勢。UV-C處理促進了草莓果實貯藏期間鞣花酸、鞣花酸葡萄糖苷、p-香豆酰葡萄糖、山柰酚-3-葡萄糖苷和山柰酚-3-葡糖苷酸含量的增加，但對槲皮素-3-葡糖苷酸的積累無顯著影響（P＞0.05）。草莓果實中矢車菊-3-葡萄糖苷、矢車菊-3-葡萄糖苷-丁二酸和天竺葵-3-葡萄糖苷的含量在貯藏期間呈緩慢上升趨勢。UV-C處理顯著誘導(dǎo)了果實中天竺葵-3-葡萄糖苷含量的上升（P＜0.05），使處理組果實天竺葵-3-葡萄糖苷的含量在貯藏期間均高于對照組果實。而UV-C處理對貯藏前3 d草莓果實的矢車菊-3-葡萄糖苷和矢車菊-3-葡萄糖苷-丁二酸含量無顯著影響（P＞0.05），貯藏3 d后，UV-C處理顯著誘導(dǎo)了草莓果實中二者含量的積累（表2）（P＜0.05）。

表2 UV-C處理對草莓果實花色苷類單體物質(zhì)含量的影響Table2 Effects of UV-C treatment on the contents of individual anthocyanin compounds in strawberry fruit

2.5 UV-C處理對草莓果實羥自由基清除率、DPPH自由基清除率和還原力的影響

圖4 UV-C處理對草莓果實羥自由基清除率(A)、DPH自由基清除率(B)和還原力(C)的影響Fig.4 Effects of UV-C treatment on hydroxyl radical scavenging rate (A), DPPH radical scavenging rate (B) and reducing activity (C) in strawberry fruit

如圖4A所示，對照組和處理組果實的羥自由基清除率在貯藏期間均不斷下降，但UV-C處理在整個貯藏期均顯著抑制了草莓羥自由基清除率的下降（P＜0.05）。草莓果實的DPPH自由基清除率在前6 d急劇增加后逐漸下降。UV-C處理有效促進了草莓果實DPPH自由基清除率的上升，使整個貯藏期處理組DPPH自由基清除率均顯著高于對照組（P＜0.05），維持草莓果實較高的DPPH自由基清除率（圖4B）。草莓果實的還原力在貯藏第3天達到峰值，后逐漸下降，而處理組在貯藏第9天略有增加。UV-C處理組還原力在整個貯藏期均高于對照組，但僅在貯藏末期顯著高于對照組（圖4C）（P＜0.05）。

3 討 論

果實腐爛是限制草莓采后貯運最主要問題。已有研究表明，UV-C處理可顯著誘導(dǎo)桃[20]、番茄[21]和葡萄柚[22]等果實抗病相關(guān)酶活性的上升，同時抑制這些果實的腐爛，表明UV-C處理能通過誘導(dǎo)提高果實的抗病性，從而減少采后腐爛的發(fā)生。本研究中，UV-C處理也可顯著抑制草莓果實采后腐爛的發(fā)生，這可能與UV-C誘導(dǎo)草莓果實本身產(chǎn)生抗病性有關(guān)。但UV-C抑制草莓果實腐爛的作用與處理劑量有關(guān)，在一定劑量范圍內(nèi)，UV-C處理劑量越高，對果實腐爛的抑制作用越大，以2.0 kJ/m2 UV-C處理對草莓果實腐爛的抑制作用最大。高劑量（4.0 kJ/m2) UV-C對果實腐爛的抑制作用反而減小，這可能與其對果實組織產(chǎn)生灼傷有關(guān)。

近年來，果實中酚類物質(zhì)等物活性成分含量的高低和抗氧化活性的大小已成為評價其營養(yǎng)品質(zhì)和保鮮效果的重要指標(biāo)。草莓果實體內(nèi)富含花色苷等植物活性成分，具有較強的自由基清除能力和抗氧化能能力[1,17]。UV-C處理可有效誘導(dǎo)多種果蔬采后花色苷類、酚類、黃酮類等次生代謝物質(zhì)含量的增加，提高其貯藏期間的抗氧化能力[9,23-24]。本研究中，草莓果實的總酚含量呈先上升后下降的趨勢，總花色苷隨著貯藏時間的延長逐漸積累，而總黃酮含量在貯藏時間呈下降趨勢。UV-C處理組的總酚、總花色苷和總黃酮含量都不同程度的高于對照組。進一步對草莓果實主要酚類物質(zhì)和花色苷單體進行定量分析，發(fā)現(xiàn)UV-C處理也顯著增加了花色苷單體和大部分酚類單體的含量。伴隨著這些抗氧化物質(zhì)含量的增加，UV-C處理增強了草莓果實的DPPH自由基清除力和還原力，抑制了羥自由基清除力的下降。這些結(jié)果表明，UV-C能通過促進草莓果實酚類和花色苷類物質(zhì)的合成來提高草莓果實的抗氧化能力。

苯丙烷類代謝途徑（phenylpropnaoid pathway，PPP）是植物合成多酚類化合物的一條重要途徑，其中PAL、4-CL、C4H、CHI和DFR是調(diào)控該代謝途徑的關(guān)鍵酶，PAL是PPP第一步限速酶，C4H和4-CL是催化合成酚類物質(zhì)前體4-香豆酸-CoA的關(guān)鍵酶，CHI在黃酮類化合物進一步轉(zhuǎn)化中起著重要作用，DFR能催化二氫黃酮醇還原反應(yīng)生成花色苷的前體花白素，這些酶在多種果蔬的酚類物質(zhì)合成中起到重要的調(diào)控作用[25]。本研究中，2.0 kJ/m2 UV-C處理顯著提高了草莓果實PAL、4-CL、C4H、CHI和DFR的活性，同時促進草莓果實花色苷和酚類物質(zhì)的積累，保持較高的抗氧化活性，這說明UV-C處理能通過誘導(dǎo)苯丙烷類代謝關(guān)鍵酶的活性的上升來促進草莓果實酚類、花色苷類及黃酮類等次生代謝物的合成，提高果實的抗氧化活性和營養(yǎng)價值。

本實驗結(jié)果表明，UV-C處理能有效抑制草莓貯藏期間腐爛的發(fā)生，以2.0 kJ/m2 UV-C處理對草莓果實腐爛的抑制作用最大。UV-C處理能顯著增強苯丙烷類代謝關(guān)鍵酶PAL、4-CL、C4H、CHI和DFR的活性，提高總酚、總黃酮、總花色苷以及酚類和花色苷類單體的含量，維持果實較高的抗氧化活性。

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Effects of UV-C Treatment on Postharvest Decay, Antioxidant Activity and Phenylpropanoid Metabolism in Strawberry Fruit

WANG Huanyu, JIANG Lulu, WANG Huiyuan, YU Xuan, JIN Peng, ZHENG Yonghua*
(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

The effects of UV-C treatment on postharvest decay, phenylpropanoid metabolism and antioxidant activity in strawberry fruit (Fragaria × ananassa Duch. cv. Hongyan) during storage at 5 ℃ for up to 12 days were investigated. The results showed that UV-C treatment at 2.0 kJ/m2 had the most significant inhibitory effect on fruit decay during the storage period. Meanwhile, this treatment significantly enhanced the activities of phenylalnine ammonialyase, cinnamate-4-hydroxylase, 4-coumarate coenzyme A ligase, chalcone isomerase and dihydroflavonol-4-reductase, maintained higher contents of total phenolics, anthocyanins and flavnoids as well as main individual phenolic and anthocyanin compounds than controls, promoted the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) free radical-scavenging activity and reducing power and inhibited the decrease of hydroxyl radical-scavenging activity, thus maintaining higher antioxidant activity of strawberry fruit.

strawberry; ultraviolet-C; fruit decay; phenylpropanoid metabolism; antioxidant activity

TS255.3

A

10.7506/spkx1002-6630-201510044

2014-11-30

國家自然科學(xué)基金面上項目(31471632)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303073)；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)SRT計劃項目(1418A19)

王煥宇(1988—),男,碩士研究生,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：2012108084@njau.edu.cn

*通信作者：鄭永華(1963—),男,教授,博士,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：zhengyh@njau.edu.cn