王紅穎，劉博文，王慶國，馬玉榮,劉 佩

（山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院/山東省高校食品加工技術與質(zhì)量控制重點實驗室，山東泰安271018）

0 引言

鮮切馬鈴薯因新鮮、方便、衛(wèi)生、營養(yǎng)等特點，廣受消費者喜愛。目前，國內(nèi)鮮切產(chǎn)品主要以市場消費量較大的馬鈴薯絲、薯塊、薯條、薯片等為主。隨著馬鈴薯主糧化政策的推動以及居民消費方式的轉變，鮮切馬鈴薯行業(yè)將會有長足發(fā)展；但鮮切馬鈴薯在加工及后期貯藏過程中極易褐變，褐變很大程度上影響了鮮切馬鈴薯的商品質(zhì)量，縮短其貨架期[1]?？刂契r切馬鈴薯褐變的方法主要包括氣調(diào)、真空包裝、熱水處理等物理措施[2-4]，以及化學抑制劑包括檸檬酸、抗壞血酸、氯化鈣和氨基酸等外源浸泡處理[5-8]。然而鮮切馬鈴薯真空包裝容易產(chǎn)生異味，熱處理溫度過高、時間過長等均會造成鮮切馬鈴薯熱損傷[3-4]；而化學試劑因直接接觸馬玲薯絲，產(chǎn)品安全性以及對產(chǎn)品風味的影響往往限制了其廣泛應用[9]。因此，尋找安全有效的褐變控制技術是當前鮮切馬鈴薯技術開發(fā)及研究的重點。

酚類底物的酶促氧化是鮮切馬鈴薯褐變的主要原因[10]，多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)是催化酚類酶促氧化最主要的酶[11]，而苯丙氨酸解氨酶(phenylal aninammonialyase，PAL)是酚類化合物合成中的關鍵酶。熱激處理、1-MCP 處理、γ-射線處理等褐變抑制方法，主要是通過抑制PPO、PAL 酶活性，抑制鮮切荸薺、馬鈴薯及冬瓜褐變[12-14]。果蔬在鮮切加工過程中，細胞膜遭受傷害而損傷，細胞組織結構受到破壞，局部O2濃度提高，PPO活性上升，引起酶促褐變加強[15-16]。茉莉酸甲酯、硫化氫及熱水處理顯著提高了蓮藕、馬鈴薯及蘋果等果蔬抗氧化酶活性而抑制其鮮切褐變[17-19]；抗氧化酶活性的上升往往有利于保護質(zhì)膜免受氧化損傷、穩(wěn)定細胞膜完整性，進而有利于維持酚類底物及酶的區(qū)隔化分布，顯著降低酚類的酶促褐變[20-21]。

植株受到局部損傷后，傷害刺激信號會通過脫落酸、水楊酸、H2O2、茉莉酸等信號分子將應激信號從局部傳至整個植物，最終引發(fā)植物體一系列防御物質(zhì)的代謝及防御酶活性的改變，而防御酶包括超氧化物歧化 酶 (superoxide dismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)和過氧化物酶(peroxidase，POD)等酶活性的上升可誘導植物產(chǎn)生抗性，進而增強植物生長過程中抵御傷害、逆境等生物脅迫的能力[22-25]。本研究在鮮切加工前對馬鈴薯進行適當?shù)膫幚?，試圖激活馬鈴薯塊莖自身的防御體系，通過提高其抗氧化防御能力，進而抑制鮮切引發(fā)的褐變。

筆者希望通過研究傷處理方式及放置時間、溫度對鮮切馬鈴薯褐變的影響，開發(fā)安全有效的褐變控制技術，并通過對PPO、PAL、總酚及抗氧化相關指標的測定，進一步探討傷處理對鮮切馬鈴薯褐變抑制的機理。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗所用‘荷蘭15號’馬鈴薯于2015年6月采收，購于萊蕪市楊莊鎮(zhèn)聚富食品有限公司，運回山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院冷庫(2～4℃)貯藏。挑選大小一致（200 g 左右，長度12～14 cm）、形狀均勻、無病蟲害、無機械損傷、無發(fā)芽綠變的馬鈴薯作為實驗材料。

1.2 主要儀器

ML204天平(1/10000)，瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)；S220 pH 計，瑞士梅特勒-托利多公司生產(chǎn)；Allegra 64R 高速冷凍離心機，美國 Вeckman 公司；T6 新世紀紫外分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司生產(chǎn)；恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司生產(chǎn)；CR-400色差計，柯尼卡美能達公司生產(chǎn)；恒溫箱，濟南科達爾有限公司生產(chǎn)；微型冷庫，濟南科達爾實業(yè)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 傷處理 馬鈴薯經(jīng)20℃回溫10 h 后進行傷處理。第1組采用切傷方式，在馬鈴薯塊莖兩端用切菜刀（刀面110 mm×170 mm）切下1～1.5 cm 厚的薯塊。第2 組采用刮傷方式，在馬鈴薯兩端用刮皮刀刮掉厚約0.5 mm 的表皮。將傷處理后的馬鈴薯于20℃放置18 h，然后進行鮮切。每組處理設3 個重復，每個重復10個馬鈴薯。對照組不做傷處理，其他操作相同。

1.3.2 馬鈴薯鮮切加工流程 將傷處理后的馬鈴薯清洗后，用2 mL/L 的次氯酸鈉溶液消毒5 min，然后削皮、切成3～5 mm厚的馬鈴薯片。馬鈴薯片用0.5 mL/L的次氯酸鈉溶液消毒30 s 后用干凈紗布吸干表面水分，裝入聚乙烯袋中（尺寸為175 mm×250 mm，厚度為0.04 mm）并折疊袋口。裝袋時每袋裝12片（約200 g），每個重復9袋，放入2～4℃冷庫中貯藏。分別在鮮切后0、2、4、6、8天進行褐變程度評定。

1.3.3 傷處理后最佳放置條件篩選 用上述刮傷方式進行馬鈴薯傷處理，然后分別在5、20℃下放置12、18、36 h。每組處理設3個重復，每個重復10個馬鈴薯。對照組不做傷處理，其他操作相同。處理結束后按照馬鈴薯鮮切加工流程進行鮮切處理。分別在0、2、4、6、8天進行褐變程度評定。

1.3.4 鮮切馬鈴薯感官評定及表面顏色測定

（1）鮮切馬鈴薯感官評定標準。每組處理鮮切馬鈴薯由8人按照表1～2的評分標準[26]進行評定。

（2）鮮切馬鈴薯表面顏色的測定。采用CIE L*法測定鮮切馬鈴薯的表面顏色[26]。色差計(CR-400,Minolta Co., Osaka)使用前用標準白板(L*=97.06，a*=0.04，b*=2.01)校準。分別在切片后第0、1、3、5、7 天測定馬鈴薯切片粗糙表面的色差。測定時，每個處理3個平行，每個平行取8片馬鈴薯片。

表1 鮮切馬鈴薯褐變程度評定標準

表2 鮮切馬鈴薯感官評定標準

1.3.5 PPO、PAL及總酚含量測定

（1）PPO活性測定。稱取1 g馬鈴薯樣品和0.05 g聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)，加入3 mL 0.1 mmol/L磷酸緩沖溶液(pH 6.86)，勻漿后4℃、10000 r/min 離心15 min得到粗酶液。PPO活性參考鄰苯二酚法測定[27]。

（2）PAL 活性的測定。稱取1 g 馬鈴薯樣品和0.05 g PVPP，加入4 mL 0.1 mmol/L 硼酸緩沖溶液(pH 8.5)，勻漿后 4℃、10000 r/min 離心 15 min 得到粗酶液。PAL活性參照苯丙氨酸比色法測定[28]。

（3）總酚含量測定。稱取1 g 馬鈴薯樣品，加入4 mL 70%的丙酮，勻漿；避光條件下，浸提3 h 后4℃、10000 r/min 離心15 min 得到待測上清液?？偡雍康臏y定參考福林酚法測定[29]。

1.3.6 抗氧化酶活性測定

（1）POD 活性的測定。稱取1 g 馬鈴薯樣品和0.05 g PVPP，加入5 mL 0.1 mmol/L 磷酸緩沖溶液(pH 6.0)，勻漿后 4℃、10000 r/min 離心 15 min 得到待測上清液。POD活性測定參照愈創(chuàng)木酚法測定[27]。

（2）SOD 活性的測定。稱取1 g 馬鈴薯樣品和0.05 g PVPP，加入5 mL 0.1 mmol/L 磷酸緩沖溶液(pH 7.8)，勻漿后 4℃、10000 r/min 離心 15 min 得到待測液。SOD活性參照光還原法測定[30]。

1.3.7 DPPH自由基清除率和MDA含量測定 稱取1 g馬鈴薯樣品，加入4 mL 95%乙醇，勻漿后過濾得到待測濾液。DPPH自由基清除率測定參考勾明玥等[31]的DPPH測定方法。

稱取1 g馬鈴薯樣品，加入3 mL 10%三氯乙酸，勻漿后4℃、10000 r/min 離心15 min 得到待測液。MDA含量參照硫代巴比妥酸煮沸法測定[32]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有樣品均設3個重復。平均值及標準偏差通過Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理分析，表示為平均值±標準偏差。單因素方差分析(ANOVA)通過SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件計算。樣品平均值之間的差異通過鄧肯多重比較進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同傷處理條件對鮮切馬鈴薯褐變程度的影響

2.1.1 2種傷害方式對鮮切馬鈴薯褐變程度的影響 分別對馬鈴薯進行2種傷處理，于20℃放置18 h，然后進行鮮切，鮮切片在2～4℃冷庫中貯藏8 天，褐變程度變化見圖1。對照組馬鈴薯鮮切后隨著貯藏時間延長，褐變程度逐漸加重；而2 種傷處理均能顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變。切傷方式處理的鮮切馬鈴薯貯藏4天后開始褐變（圖1A）；刮傷方式處理的鮮切馬鈴薯在8天有輕微褐變（圖1В）。鑒于以上結果，后續(xù)研究選用刮傷方式進行馬鈴薯傷處理。

2.1.2 傷處理后放置不同溫度及時間對鮮切馬鈴薯褐變的影響 采用刮傷方式對馬鈴薯進行傷處理后，將其于5、20℃分別放置12、18、36 h，再進行鮮切，鮮切后貯藏8天期間，其褐變程度如圖2所示。由圖2A可知，傷處理后5℃放置18 h，鮮切馬鈴薯褐變程度低于對照組，但差異并不顯著。由圖2В 可知，傷處理后20℃放置18、36 h，鮮切馬鈴薯褐變程度均顯著低于對照組。

采用刮傷方式對馬鈴薯進行傷處理后，將其于20℃下分別放置18、36 h，再進行鮮切，進一步優(yōu)化并篩選最佳褐變抑制條件，結果如圖3～4所示：傷處理后于20℃放置18 h，其鮮切馬鈴薯褐變程度顯著低于對照，且鮮切馬鈴薯低溫貯藏6 天內(nèi)基本無褐變，8 天僅有輕微褐變發(fā)生，仍具有較好的商品價值。而傷處理后于20℃放置36 h，其鮮切馬鈴薯4 天內(nèi)褐變程度與對照無顯著性差異，4～8天褐變程度顯著低于對照，在貯藏8 天時出現(xiàn)中度褐變。綜上所述，采用刮傷方式對馬鈴薯進行傷處理并于20℃下放置18 h能夠顯著抑制鮮切后馬鈴薯褐變。

圖1 2種傷害處理方式對鮮切馬鈴薯褐變程度的影響

圖2 刮傷方式處理后不同放置溫度及時間對鮮切馬鈴薯褐變程度的影響

圖3 刮傷方式處理后20℃放置18、36 h對鮮切馬鈴薯貯藏8天褐變的影響

圖4 刮傷方式處理后20℃放置18、36 h對鮮切馬鈴薯褐變程度的影響

2.2 傷處理對鮮切馬鈴薯感官品質(zhì)及生理指標的影響

由2.1結果可知，采用刮傷方式（即在馬鈴薯兩端用刮皮刀刮掉厚約0.5 mm的表皮）對馬鈴薯進行傷處理，并于20℃放置18 h，然后再實施鮮切，能夠顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變，延長貨架期。后續(xù)研究將進一步針對于傷處理后20℃放置18 h，探討其對馬鈴薯鮮切褐變的抑制機理。

2.2.1 傷處理對鮮切馬鈴薯感官品質(zhì)的影響 傷處理后20℃放置18 h 對鮮切馬鈴薯總體感觀質(zhì)量、褐變度及L*值的影響見圖5。鮮切馬鈴薯表面顏色L*值與表面褐變存在顯著的相關性[33]。由圖5A～В 可知，隨著貯藏時間延長，鮮切馬鈴薯的褐變程度逐漸上升而L*值逐漸下降；整個貯藏期間，處理組鮮切馬鈴薯L*值顯著高于對照，而褐變程度顯著低于對照。由圖5C 可知，鮮切馬鈴薯總體感官質(zhì)量隨貯藏時間延長逐漸下降，對照組鮮切馬鈴薯總體感官質(zhì)量1天就迅速降低，3天已完全失去商品價值；傷處理組的鮮切馬鈴薯總體感官質(zhì)量下降較為緩慢，鮮切7天仍具有商品價值，與對照相比延長貨架期可達4天。

2.2.2 傷處理對鮮切馬鈴薯PPO、PAL和總酚含量的影響 傷處理對鮮切馬鈴薯PPO、PAL和總酚含量的影響如圖6所示。鮮切前，傷處理組馬鈴薯PPO、PAL酶活力及總酚含量與對照相比略有升高，但差異不顯著；而鮮切后，傷處理組PPO、PAL 酶活力、總酚含量均顯著低于對照組。

綜上所述，傷處理后20℃放置18 h 可以顯著降低鮮切過程PPO、PAL酶活及總酚含量，提高鮮切馬鈴薯的總體感觀質(zhì)量、抑制鮮切馬鈴薯表面褐變，延長貨架期。

2.2.3 傷處理對鮮切馬鈴薯抗氧化體系的影響 傷處理后20℃放置18 h對鮮切馬鈴薯POD、SOD酶活，DPPH清除率及MDA 含量的影響如圖7 所示。傷處理顯著增加了POD、SOD 酶活力及DPPH 清除率，顯著減緩了MDA 含量的上升，有力地提高了鮮切馬鈴薯抗氧化防護體系。

3 結論

實驗分別探討了傷處理方式、傷處理后放置的溫度、時間等條件對鮮切馬鈴薯褐變的影響，結果表明2種傷處理方式（切傷和刮傷）均能顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變，且傷處理后于20℃放置18 h能夠顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變，具有較好的總體感官質(zhì)量和表面顏色，延長貨架期4天。傷處理通過抑制PPO、PAL酶活力，減少褐變底物總酚的積累，提高貯藏期間抗氧化酶POD、SOD 酶活力，增加DPPH 自由基清除能力并降低鮮切馬鈴薯MDA含量，從而顯著抑制鮮切馬鈴薯褐變。

圖5 傷處理對鮮切馬鈴薯褐變程度、表面顏色L*值及總體感官質(zhì)量的影響

圖6 傷處理對鮮切馬鈴薯PPO活性、PAL及總酚含量的影響

4 討論

4.1 傷處理能夠很好的抑制鮮切馬鈴薯褐變

傷處理是在馬鈴薯進行鮮切前，給予馬鈴薯一定的傷處理，這種方式能夠有效地抑制鮮切馬鈴薯褐變，且安全、省力，不需要耗費能源、添加外源化學試劑等，該技術方法沒有藥劑殘留，對鮮切馬鈴薯的風味及安全性無不良影響，為抑制鮮切馬鈴薯加工及貯藏期間的褐變問題提供了一種新的技術方法。

4.2 傷處理抑制鮮切馬鈴薯褐變的機制

PPO 和PAL 是影響鮮切產(chǎn)品褐變的關鍵酶，其活性的增加往往會促進酶促褐變[34-35]。王擎等[36]研究發(fā)現(xiàn)，曲酸處理通過抑制PPO 和PAL 酶活性，減輕了鮮切馬鈴薯及蓮藕的褐變。馮巖巖等[37]關于NO處理抑制鮮切牛蒡褐變的研究表明，PPO 及PAL酶活性的顯著降低是褐變減輕的重要原因。本研究中傷處理降低了鮮切馬鈴薯PPO、PAL 的酶活力從而減少總酚的酶促氧化，顯著抑制了褐變的發(fā)生。

圖7 傷處理對鮮切馬鈴薯POD活性、SOD活性、DPPH自由基清除率及MDA含量的影響

POD 和SOD是植物防御酶體系的重要成員，在清除活性氧及其他過氧化物自由基，保護細胞免受氧自由基毒害等方面發(fā)揮著重要作用[38]。機械傷害易誘導植物SOD、POD、CAT等抗氧化防護酶活性的上升，而抗氧化防護酶活性的提高有利于抑制鮮切果蔬褐變[39]。姜愛麗等[40]研究發(fā)現(xiàn)機械傷誘導了大蒜中SOD、POD 和CAT 抗氧化酶活性的升高，提高了DPPH 自由基清除能力。劉艷等[41]研究發(fā)現(xiàn)，機械傷害能誘導豌豆葉片的防御反應，提高抗氧化酶類活性，降低膜脂過氧化水平，減輕活性氧損傷。蘇晶等[42]研究表明，機械傷可以誘導采后蘋果防御酶POD 活性增加。較高的抗氧化活性可以清除活性氧自由基，防止膜脂過氧化，同時植物組織中有較高的還原勢，可以將氧化形成的醌類物質(zhì)還原或轉化，避免醌與氨基酸、蛋白質(zhì)等進一步的聚合反應，從而顯著抑制褐變[40]。DPPH 自由基清除率常用于評價非酶類抗氧化活性[43]，其上升有利于抑制酶促褐變[44]。MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物，其含量的增加意味著膜脂過氧化程度的增強；果蔬MDA含量降低，往往有利于膜脂穩(wěn)定，而膜完整性的保持可以維持酚和底物的區(qū)隔化分布，避免兩者接觸從而抑制褐變[45-46]。

而對馬鈴薯進行傷處理并于20℃放置18 h，顯著增加了SOD、POD 酶活性，提高了鮮切馬鈴薯DPPH自由基清除能力，降低自由基對細胞膜的氧化損傷，抑制了MDA 含量的升高，有利于維持組織內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)，進而抑制鮮切馬鈴薯褐變。

4.3 馬鈴薯中傷信號轉導研究

植株受到機械損傷后會有一套完整的防御系統(tǒng)來應對損傷刺激，應激信號通過信號分子誘導植物抗性反應。植物受到機械傷害后，在數(shù)分鐘或數(shù)小時內(nèi)便會發(fā)生傷信號轉導，激活防御反應體系。在植物誘導自身抗性反應的過程中，信號分子發(fā)揮重要作用。信號分子的傳遞和級聯(lián)放大作用將應激信號從局部傳至整個植物，最終導致一系列防御基因的表達、防御物質(zhì)的代謝及防御酶活性等發(fā)生改變，誘導植物產(chǎn)生抗性[42]；參與傷害反應的信號分子主要有水楊酸、乙烯、H2O2、茉莉酸(jasmonic acid，JA)等[47-50]。如JA是植物體內(nèi)重要的信號轉導物質(zhì)，當植物受到脅迫時，細胞內(nèi)JA 含量快速升高，可以啟動JA 應答基因的表達，提高植物對機械損傷和病蟲害的抗性[49]。劉佳妮等[51]研究發(fā)現(xiàn)，蛾取食傷害會激活馬鈴薯塊莖JA介導的信號轉導途徑，誘導防御酶POD、CAT 酶基因表達量上升。本研究后續(xù)可以通過對信號分子如JA 類物質(zhì)含量的測定及相關基因表達的分析，進一步探討傷處理抑制鮮切馬鈴薯褐變的分子機制。