主题 | 气调臭氧处理通过维持鲜切猕猴桃的抗坏血酸含量延长其货架期 | ||
| 题目 | Gaseous ozone treatment prolongs the shelf-life of fresh-cut kiwifruit by maintaining its ascorbic acid content | ||
| 期刊 | LWT | ||
| 中科院分区 | 1区 | 影响 因子 | 6.056 |
| 第一 作者 | Wang Yajing | 通讯 作者 | Shen Yixiao |
| 单位 | College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang, Liaoning, 110866, PR China | ||
| DOI | 10.1016/j.lwt.2022.114196 | ||
抗坏血酸(AsA)是猕猴桃中富含的一种非酶抗氧化剂。但生理损伤和长期贮藏会降低鲜切猕猴桃的AsA含量，缩短其货架期。本研究证实，1 mg/L臭氧处理10 min是一种有效的保鲜策略，可以减轻AsA损失，促进抗氧化能力，抑制细菌生长，从而延长鲜切猕猴桃的货架期。结果表明，臭氧处理猕猴桃AsA含量的提高是通过提高谷胱甘肽(GSH)含量和促进AsA-GSH循环中关键酶的活性来实现的。特别是在第6天，调节AsA含量的相关酶发生了变化。同时，臭氧增加了总黄酮类化合物(TFC)和总酚类化合物(TPC)的含量，相关性分析表明AsA含量与TPC和TFC显著相关。综上所述，臭氧的应用可在较长时间内维持鲜果的商业价值和消费价值。
成熟无机械损坏或缺陷的海沃德猕猴桃购自中国辽宁沈阳，将样品在常温下运至实验室。猕猴桃在低温(4℃)下预冷30分钟，用消毒水果刀将果实剥皮，切成8块(约1cm厚)，鲜切猕猴桃用浓度为1 mg/L的气体臭氧熏蒸10分钟。处理后的猕猴桃和未处理的猕猴桃(对照)均装在聚乙烯塑料盒中，所有包装好的样品在温度4℃，相对湿度80-85%的冰箱中保存12天，相关测试指标以2天为间隔进行评估。
具体分析项目如下：
（1）AsA-GSH循环中非酶促和酶促抗氧化剂的测定（抗坏血酸过氧化物酶APX、谷胱甘肽还原酶GR、单氢抗坏血酸还原酶MDHAR和脱氢抗坏血酸还原酶DHAR）
（2）总酚(TPC)含量的测定
（3）总黄酮(TFC)含量的测定
（4）抗氧化能力的测定（DPPH）
（5）菌落总数(TBC)的测定
（6）感官评价
臭氧处理后果实AsA含量较未处理增加(p<0.05)(图1A)，这可能是由于臭氧诱导的氧化应激，从而刺激AsA的合成。臭氧处理猕猴桃和未处理猕猴桃在贮藏前6天AsA含量均显著下降;臭氧处理后猕猴桃的AsA含量在贮存6 d后基本稳定，而未处理猕猴桃的AsA含量则有较大波动。在贮藏12 d末，臭氧处理果实AsA含量显著高于未处理果实。AsA在APX的催化下很容易被氧化成单氢抗坏血酸(MDHA)，APX作为一种清除活性氧(ROS)的酶，在臭氧胁迫(第0天)后活性显著增强(图1B)，4天后逐渐升高，然后下降。因此，贮藏初期AsA含量的迅速下降可能与APX活性的增加有关。
植物细胞有一种成熟的以NADPH为代价再生AsA的机制，称为AsA-GSH循环(图2)。除了APX，MDHAR和DHAR是参与AsA再生的两种酶。臭氧处理可迅速增加其活性(图1C和D)，有利于AsA的增加。虽然APX活性在12天贮藏期后期有所下降，但MDHAR在此期间呈上升趋势(图1C)。低氧化活性(APX)和高循环活性(MDHAR)之间的互补关系有助于维持鲜切猕猴桃中AsA的含量。因此，可以推测臭氧处理猕猴桃的AsA含量高于未处理猕猴桃，这可能与MDHAR活性增加有关。相比之下，臭氧处理的鲜切猕猴桃在贮藏6天后，DHAR活性降低(图1D)，表明DHAR活性与AsA含量呈负相关关系。
在AsA-GSH循环过程中，部分MDHA歧化反应产生脱氢抗坏血酸(DHA)，DHA随后被DHAR催化合成AsA(图2)。在本研究中，臭氧处理后果实第0天的GSH含量低于未处理的果实(图1E)，但差异无统计学意义(p > 0.05)。如图1E所示，臭氧处理显著促进了果实贮藏6天后GSH的积累，在第8天，臭氧处理比未处理的果实增加了18.89%。而未处理果实GSH含量则呈下降趋势，第6天时达到最低水平，12天时达到最高值。臭氧处理果实GSH含量的增加可以归因于臭氧诱导GR活性的增加(图1D)，这促进了氧化谷胱甘肽(GSSG)的还原，从而增加了GSH的积累。在贮藏的两天内，臭氧处理后GR活性显著增加，导致GSH的同步增加。
图1 臭氧处理对抗坏血酸(AsA;A)和谷胱甘肽(GSH;E)鲜切猕猴桃贮藏过程中APX(B)、MDHAR(C)、DHAR(D)和GR(F)含量及活性。控制(■)，臭氧(●)
图2 AsA生物合成和AsA-GSH循环的主要生化途径。循环中的关键酶包括APX、MDHAR、DHAR和GR。
鲜切猕猴桃贮藏期间的TPC和TFC如图3所示。在臭氧诱导的氧化应激条件下(第0天)，它们作为非酶促抗氧化剂迅速积累。鲜切猕猴桃的TPC在臭氧处理和未处理后均逐渐下降，然后上升并保持稳定；然而，臭氧化后的水果在整个贮藏期的TPC都较高(图3A)。
经过臭氧处理和未经处理的鲜切猕猴桃在贮藏的前2天内，总有机碳含量都有所下降，随后又有所增加(图3B)。臭氧处理的果实在贮藏期间总有机碳含量高于未处理的果实。可以推测，还原环境下，臭氧处理增强了果实GR活性，增加了果实GSH积累，维持了果实AsA含量。
图3 臭氧处理对鲜切猕猴桃贮藏期间总酚(A)和总黄酮(B)含量的影响。控制(■)，臭氧(●)
鲜切猕猴桃的抗氧化能力最初是通过臭氧增强的，这可能与抗氧化剂的积累有关(图4)。在贮藏的前6-8天内，臭氧处理和未处理的猕猴桃的DPPH清除率都有所下降，然后又有所增加。DPPH清除率在第6天未处理组最低，在第8天臭氧处理组最低。同时，臭氧处理后的果实在整个贮藏期的DPPH清除率高于未处理的果实。
图4 臭氧处理对鲜切猕猴桃贮藏期间DPPH自由基清除率的影响。控制(■)，臭氧(●)
臭氧处理对菌落总数的影响
臭氧处理在各时间点均表现出良好的抗菌能力。贮藏4天后，未经处理的果实与臭氧处理的果实相比，细菌数量显著增加(5A)。具体而言，臭氧处理的果实在贮藏前8天的TBC小于3 log CFU g−1，而未处理的果实TBC为5.02 log CFU g−1，略高于5 log CFU g−1的安全限值。贮藏12天后，未处理果实的TBC超过6 log CFU g−1，而臭氧处理果实的TBC仅为3.97 log CFU g−1。结果表明，臭氧能有效抑制鲜切猕猴桃的微生物生长，延长鲜切猕猴桃的货架期。
图5 臭氧处理对鲜切猕猴桃贮藏期间菌落总数(A)。控制(■)，臭氧(●)
Pearson相关性分析显示，臭氧处理下AsA含量与本研究中检测的质量和抗氧化参数之间存在相关性(表1)。AsA含量与TPC呈显著正相关，与TFC呈负相关，说明臭氧通过促进TPC的积累来减少AsA的损失。此外，臭氧处理猕猴桃中AsA含量与GR和DHAR活性之间存在显著的相关性，说明AsA-GSH循环调控着猕猴桃中AsA的含量。然而，本研究得到的不显著的r值表明，在贮藏期间，酶活性可能不是这种复杂调控机制的唯一因素。AsA含量与TBC呈负相关。因此，臭氧处理可以通过维持果实中AsA的含量来抑制细菌感染，并进一步延长果实的货架期。
表1 臭氧处理下AsA与其他测量指标的Pearson相关性分析
鲜切猕猴桃的感官评分如图5B所示。在实验开始时(第0天)，臭氧处理对消费者感官评价无负面影响，并延迟了储存期间感官评分的逐渐下降(图5B)。第6天，感官评分接近未处理水果的可接受阈值(5分)，而臭氧处理将该值延长到第8天。分数值在贮藏结束时达到最低，所使用的臭氧浓度对水果的外观和质地没有任何显著的负面影响。
图5 臭氧处理对鲜切猕猴桃贮藏期间感官评分(B)的影响。控制(■)，臭氧(●)
综上所述，本研究结果表明，臭氧处理通过维持AsA-GSH循环中关键酶的活性和调节酚类抗氧化剂的活性来提高鲜切猕猴桃的货架期。此外，本研究结果为臭氧处理延长鲜切水果的货架期提供了理论依据。臭氧具有一些常用的处理化学品的优势，包括更高的抗氧化能力和环保。然而，目前还不清楚臭氧漂白是否会对色彩鲜艳的水果的外观产生负面影响。因此，在应用前应先选择合适的臭氧浓度和时间。此外，未来的研究将集中在臭氧处理鲜切猕猴桃的分子水平上，包括AsA代谢机制和气态臭氧抗菌能力的研究。
本文图表均来自本文献
文献解读：李欣怡
编辑：李欣怡
校稿：赵沁雨 兰天
审核：马婷婷
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