α-萘乙酸甲酯对马铃薯贮藏期营养品质的 影响及残留动态研究

汪河伟,贺永健,刘 焕,黄清怡,周 雄,黄经纬,孙远明，柳春红

(华南农业大学食品学院，广东省食品质量安全重点实验室，农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(广州),广东广州 510642)

马铃薯原产于南美洲的安第斯山脉,块茎可供食用,是重要的粮菜兼用作物[1]。马铃薯是世界四大农作物之一,广泛种植于世界各地,我国是世界马铃薯主产国之一,年种植面积达470多万hm2,产量达7078万t,居世界首位[2-3]。马铃薯营养丰富,除含有丰富的淀粉,还有高品质蛋白质、大量的维生素矿物质和微量元素[4]。

马铃薯收获后仍是一个鲜活的有机体,贮藏期间仍保持着正常的生命活动,休眠期解除后,在适宜的条件下开始萌芽生长,不仅造成水分和养分的大量流失和消耗,严重影响马铃薯的食用和加工价值[5-7],而且在芽眼周围产生大量的“龙葵素”,龙葵素是植物体内所有糖苷生物碱的总称,是植物生长过程中的代谢产物,广泛存在于茄科植物(番茄、茄子和马铃薯)中,一般在植物的芽、嫩叶及未成熟的果实中含量比较高。马铃薯贮藏过程中由于光照、温度等因素会使马铃薯变绿或发芽,发芽的马铃薯芽眼周围会产生大量的龙葵毒素，而多食龙葵素则可以导致消化系统、神经系统、骨关节系统、生殖系统的损害,是不容忽视的农产品质量安全问题[8]。近年来随着马铃薯商业化发展,贮藏已经成为马铃薯商业化发展的关键环节。目前,解决马铃薯贮藏过程中的发芽问题主要有物理措施和化学措施两个方面。物理措施主要有低温贮藏和辐射处理。4 ℃低温贮藏能较好地抑制马铃薯块茎萌芽,温度过高容易发芽过低容易发生冻伤[9];辐射处理,成本较高,在我国未普遍应用[10]。化学措施主要是有抑芽作用的药物：α-萘乙酸甲酯(MENA)、氯苯胺灵(CIPC)、青鲜素(MH)等。氯苯胺灵和青鲜素虽然是有效并广泛使用的抑芽剂[11],由于对环境的影响许多国家对CIPC和MH使用都有严格的限制,美国食品药品监督管理局(FDA)和环境保护署(EPA)规定在马铃薯块茎中的残留量为30 mg/kg,而青鲜素被发现有致癌作用被禁止使用[12]。MENA是一种重要的植物生长调节剂,广泛应用于马铃薯、小麦、甜菜等作物。将MENA与细沙拌成粉剂均匀撒在马铃薯堆中可产生明显的抑芽效果。萘乙酸类属轻微毒性物质,我国尚未出台马铃薯中MENA检测残留方法,美国对一系列果实规定了限量:如柑橘、甜樱桃为0.1 mg/kg,苹果和梨为1.0 mg/kg,对于马铃薯未登记使用,因此未制定残留限量[13]。目前,对于在4 ℃贮藏条件下MENA对马铃薯品质的影响及其在马铃薯中的残留降解动态尚未见报道。

本实验以“山东潍坊菜用马铃薯”为研究对象,将马铃薯经抑芽剂MENA处理后置于4 ℃条件下贮藏,对不同浓度MENA处理下的马铃薯营养品质及残留动态变化进行研究,旨在为马铃薯的贮藏、加工以及提升加工品质提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯 山东省潍坊市农科院提供的愈伤后表面光滑、无病虫害、无机械损伤的菜用马铃薯;实验抑芽剂:α-萘乙酸甲酯、98%麦克林。

可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;电子天平 上海珂淮仪器有限公司;水浴锅江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;真空干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;穗凌冰箱 广州市建凌电器有限公司;电磁炉 广州市美的生活电器制造有限公司;微量紫外分光光度计 北京众力挽生物科技有限公司;打浆机 飞利浦有限公司;超声波清洗器 昆山禾创超声仪器有限公司;台式高速冷冻离心机 艾本德中国有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 前处理方法 选取秋季收获表面光滑、大小均匀、无机械损伤和病虫害的马铃薯块茎,将选取的马铃薯块茎随机均匀分为3组,每组15 kg:MENA低浓度处理组(MENA-L,40 mg/kg)、MENA高浓度处理组(MENA-H,80 mg/kg)、对照组。MENA处理组将MENA与细沙混合后均匀撒施到马铃薯表面,对照组不做处理。将所有马铃薯立即用苫布捂盖5 d,之后置于4 ℃条件下贮藏。在贮藏的0、30、60、90、120、150 d分别进行取样并测定相关指标。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 腐烂率、发芽率的测定

1.2.2.2 干物质含量的测定 根据国标GB 8858-88,采用减压干燥法测定干物质含量。

1.2.2.3 淀粉含量的测定 根据国标GB/T 5009.9-2008,采用酸水解法测定淀粉含量。

1.2.2.4 还原糖含量的测定 采用3.5-二硝基水杨酸法[14]。标准曲线如下。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose concentration

1.2.2.5 蛋白质含量的测定 考马斯亮蓝法测定,准确称取待测组织0.8 g,按重量(g)∶体积(mL)1∶9的比例加生理盐水,冰浴条件机械匀浆,4000 r/min离心10 min取上清液,与生理盐水1∶9稀释,稀释液待测。测定时空白管、标准管、测定管分别取双蒸水、蛋白标准品、稀释液各0.05 mL,各加3 mL考马斯亮蓝溶液,混匀,静置10 min于波长595 nm测定吸光度,计算公式为:待测蛋白浓度(g/L)=(测定OD值-空白OD值)/(标准OD值-空白OD值)×标准品浓度(0.563 g/L)。

1.2.2.6 VC含量的测定 根据国标GB 6195-86,采用2,6-二氯靛酚滴定法测定VC含量。

1.2.2.7 绿原酸含量的测定 采用超声辅助浸提法提取马铃薯皮中的绿原酸[15]。绿原酸的标准曲线如图2所示。

图2 绿原酸标准曲线Fig.2 Standard curve of chlorogenic acid concentration

1.2.2.8 MENA残留量的测定 参照陈连才[16]等方法采用气相色谱法测定。

1.3 统计分析

应用SPSS 17.0软件进行组间单因素方差分析,p<0.05 为差异显著,有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 α-萘乙酸甲酯对马铃薯腐烂率的影响

马铃薯贮藏期间腐烂率如表1所示,随贮藏时间延长,马铃薯腐烂呈上升趋势,贮藏至150 d时各组腐烂率分别为17.95%、21.60%、4.92%,贮藏期间MENA低剂量组对马铃薯腐烂未表现出抑制作用,高剂量组至贮藏末期腐烂率远低于对照组,有效抑制了马铃薯的腐烂。贮藏期间马铃薯腐烂可能是由于4 ℃下感染低温真菌病害而导致的[17],而低浓度MENA处理未表现出抑制作用。在贮藏初期(0 d)各处理组有部分马铃薯腐烂,在转入4 ℃贮藏之前的前处理过程(MENA处理后常温下苫布捂盖5 d)中,可能由于原材料和高温等原因导致期间有部分马铃薯腐烂。综上,在马铃薯贮藏期间高剂量的MENA能有效抑制马铃薯的腐烂,有利于马铃薯的外观形态保持。

表1 MENA对马铃薯腐烂率的影响Table 1 Effects of MENA on potato rotation rate

2.2 α-萘乙酸甲酯对马铃薯发芽率的影响

马铃薯采后过了休眠期之后就会萌芽,此时会造成块茎重量损失,淀粉含量减少,表皮皱缩,容易感染微生物引起腐烂,同时会形成有毒物质龙葵素,不能食用[18]。由表2可知马铃薯在贮藏60 d时开始发芽,随贮藏时间延长发芽率增加,贮藏至150 d时对照组的发芽率16.24%,MENA处理组发芽率分别为5.60%、4.69%,结果表明MENA能抑制马铃薯贮藏期间发芽。

表2 MENA对马铃薯发芽率的影响Table 2 Effects of MENA on potato germination rate

2.3 α-萘乙酸甲酯对马铃薯干物质含量的影响

马铃薯贮藏过程中干物质含量的变化如图3所示。由图3可知，4 ℃贮藏条件下随时间延长,各处理组组马铃薯干物质含量均有所下降,各处理组变化趋势相同,至贮藏150 d时与贮藏初期相比干物质含量均显著降低(p<0.05);不同处理组之间,除第120 d低剂量组显著高于对照组外,其他各时间点MENA两处理组与对照组之间干物质含量无明显差异(p>0.05)。这与吴晓玲[19]和冯利波[20]等不同品种间马铃薯结果相似。朱旭[21]研究表明在4 ℃条件下贮藏可有效减缓马铃薯干物质含量下降,裴明黎[13]研究表明经MENA处理后的马铃薯能有效延缓马铃薯可溶性固形物含量下降及水分损失,马铃薯较长时间含蓄水分,保持块茎饱满维持干物质含量稳定,而本文中MENA处理对马铃薯干物质无显著影响,可能由于4 ℃低温贮藏的原因,在低温作用下马铃薯块茎呼吸作用降低有效延缓干物质含量损失,在此条件下MENA作用效果相对于温度不明显,未表现出显著性影响。

图3 α-萘乙酸甲酯对马铃薯干物质含量的影响Fig.3 Effects of MENA on dry matter content of potato tubers注:*与对照组相比:p<0.05;同组内不同时间点之间的比较，字母不同表示差异显著:p<0.05,图5～图8同。

2.4 α-萘乙酸甲酯对马铃薯淀粉含量的影响

马铃薯贮藏期间淀粉含量的变化如图4。由图4可知在4 ℃贮藏条件下,随时间延长淀粉含量的变化呈波动的趋势,即在贮藏初期含量降低,中期含量有所升高之后又下降,贮藏末期含量有所回升,MENA处理组与对照组淀粉含量无明显差异,低温贮藏条件下MENA对马铃薯淀粉含量影响不明显。产生变化的原因可能是贮藏初期低温糖化导致淀粉转化为糖,随贮藏时间延长还原糖积累到一定程度,低温糖化趋势有所降低导致淀粉含量升高,由于呼吸作用增强,营养物质被消耗导致淀粉含量下降,贮藏末期马铃薯块茎含水量有所降低导致淀粉含量有所回升。

图4 α-萘乙酸甲酯对马铃薯淀粉含量的影响Fig.4 Effects of MENA on starch content of potato tubers

2.5 α-萘乙酸甲酯对马铃薯还原糖含量的影响

马铃薯贮藏过程中还原糖含量的变化如图5,由图5可知，贮藏期间马铃薯还原糖含量呈先升高后下降的趋势。与对照组相比,贮藏期间各处理组还原糖含量均显著升高(p<0.05)。对照组和MENA-L组在60 d时达到高峰,MENA-H组在90 d时达到高峰,之后各处理组还原糖含量开始下降,至贮藏150 d时各处理组均显著低于最高值(p<0.05),但仍显著高于初始值(p<0.05)。不同组之间MENA处理组在贮藏30 d、MENA-L组在贮藏60 d时还原糖含量显著高于对照组(p<0.05),至贮藏150 d时MENA处理组还原糖的含量显著高于对照组(p<0.05),表明贮藏期间MENA能提升马铃薯中还原糖的含量。贮藏期间马铃薯还原糖含量升高是由于低温糖化[22]造成的,后期还原糖积累到一定程度低温糖化趋势降低,此时马铃薯呼吸作用消耗还原糖导致还原糖含量降低。这与陈彦云[23]和巩慧玲[24]等的研究结果一致。

图5 α-萘乙酸甲酯对马铃薯还原糖含量的影响Fig.5 Effects of MENA on reducing sugar content of potato tubers

2.6 α-萘乙酸甲酯对马铃薯VC含量的影响

马铃薯含有丰富的维生素,其中VC的含量较高,新鲜块茎中的VC含量一般为0.02%-0.04%[25]。VC是评价马铃薯营养品质的重要指标,易被氧化酶氧化分解,特别是在高温和氧气充足的条件下[26]。马铃薯贮藏过程中VC的含量如图6,由图6可知，贮藏期间马铃薯中的维生素含量呈下降趋势,贮藏前期各处理组VC含量均显著降低(p<0.05),至贮藏90 d时达到最小值且MENA处理组含量显著高于对照组(p<0.05),贮藏后期MENA处理组含量无显著性变化(p>0.05),对照组在120 d时含量显著高于90 d(p<0.05)至贮藏150 d时无显著变化(p>0.05)。结果表明在4 ℃贮藏条件下,VC在贮藏过程中随时间延长变化显著,MENA处理能延缓贮藏期间马铃薯VC含量的下降。这与阚琳玮[9]的研究相一致,范芳[27]等研究也表明经α-萘乙酸甲酯处理的马铃薯在贮藏过程中能延缓VC损失。本实验和其他研究均表明VC是一个很不稳定的指标,贮藏期间随贮藏时间延长,不同品种的马铃薯在不同的贮藏条件下均呈一定的下降趋势。

图6 α-萘乙酸甲酯对马铃薯VC含量的影响Fig.6 Effects of MENA on vitamin C content of potato tubers

2.7 α-萘乙酸甲酯对马铃薯蛋白质含量的影响

蛋白质普遍存在于果蔬中,主要是作为储藏物质存在。马铃薯贮藏期间蛋白质的含量相对稳定,如图7所示,贮藏期间马铃薯蛋白质含量变化呈先升高后下降之后又有所回升的趋势,与贮藏初期相比含量无明显差异。贮藏前期对照组和MENA处理组含量显著升高(p<0.05),60 d时含量达到高峰,因为在低温胁迫下,马铃薯自身酶活受抑制,新陈代谢受到干扰,此时就会启动抗逆机制通过合成大量的可溶性蛋白来抵御严寒,导致蛋白质含量升高[28],贮藏后期显著低于第60 d(p<0.05),至贮藏150 d时与贮藏初期相比含量无明显差异(p>0.05);不同组之间,贮藏30 d时MENA处理组含量显著高于对照组(p<0.05),贮藏90 d时MENA-L组和120 d时MENA-H组含量显著高于对照组(p<0.05),至贮藏150 d时蛋白质含量变化不大。吴晓玲[19]等研究表明0～4 ℃贮藏条件下蛋白质含量呈先降后升的趋势,而4 ℃贮藏条件下蛋白质含量则先升高,蛋白质含量上升可能是温度较低时马铃薯通过自身

图7 α-萘乙酸甲酯对马铃薯蛋白质含量的影响Fig.7 Effects of MENA on protein content of potato tubers

合成蛋白来抵御严寒,因马铃薯贮藏期间存在生命活动消耗部分蛋白质导致含量下降;范芳[27]等研究表明马铃薯在贮藏期间蛋白质含量呈曲折下降的变化,经α-萘乙酸甲酯处理的马铃薯下降的幅度小于对照组,与我们的结果是一致的,表明4 ℃贮藏条件下MENA处理有利于提高马铃薯程中蛋白质的含量。

2.8 α-萘乙酸甲酯对马铃薯绿原酸含量的影响

绿原酸存在于马铃薯皮中的一类酚酸类化合物,是马铃薯块茎中酚酸的主要成分[29]。马铃薯贮藏过程中绿原酸的含量如图8所示,贮藏过程中绿原酸的含量呈先升高后下降的趋势,贮藏前期各处理组绿原酸含量显著升高(p<0.05),在60 d时达最大值,贮藏后期显著低于第60 d,至贮藏150 d时含量于贮藏初期相比无显著性变化(p>0.05);不同处理组之间,贮藏60 d和90 d时MENA处理组的含量显著高于对照组(p<0.05),各处理组变化趋势一致,MENA处理组含量高于对照组,表明MENA有利于提升贮藏过程中绿原酸的含量。绿原酸含量变化可能是由于苯丙氨酸解氨酶(PAL)引起的,PAL是广泛存在于植物中的苯丙烷代谢途径的酶,可把苯丙氨酸转化为酚类物质,有利于与酚类物质的积累,特别是植物收到寒冷、伤害等逆境,防卫系统被激活PAL活性迅速上升[30]。在贮藏过程中咖啡酸、奎宁酸、绿原酸前期快速积累,在PAL作用下肉桂酸向奎宁酸和咖啡酸转化,奎宁酸和咖啡酸又在酶的作用下生成绿原酸[31],导致皮部和周边组织绿原酸含量随贮藏时间延长上升,贮藏后期积累速度缓慢,消耗速度大于生成速度,造成绿原酸含量下降。

图8 α-萘乙酸甲酯对马铃薯绿原酸含量的影响Fig.8 Effects of MENA on chlorogenic acid content of potato tubers

2.9 马铃薯中α-萘乙酸甲酯残留量

马铃薯中MENA残留如表3所示,贮藏第0 d的残留量0.03 mg/kg,以后均未检出。为了进一步验证残留挥发状况,采用了注射、涂抹、细沙包埋3种方法进行更高浓度处理,放置1 d后检测残留,结果如表4所示。结果表明,从表4可以看出,不论哪种方法处理,1 d后MENA即有部分挥发,其中细沙包埋(本实验模拟实验处理方法)挥发性最强,处理1 d后浓度仅为初始浓度的12.1%,提示MENA挥发性强,不容易残留。所以,由于其高效、低毒、不易残留等特点,可以作为马铃薯抑芽剂在马铃薯贮藏过程中使用。

表3 马铃薯中MENA残留量Table 3 Residues of MENA in potato tubers

表4 马铃薯中α-萘乙酸甲酯检测结果Table 4 Determination of MENA in potato tubers

3 结论

本研究表明,MENA作为抑芽剂可抑制马铃薯在贮藏期间发芽,降低对营养物质的消耗,同时80 mg/kg MENA处理也能降低贮藏过程中马铃薯的腐烂率,使马铃薯表现出一定的抗病性,有利于马铃薯外观形态保持,延长贮藏时间。

与对照组相比,MENA能延缓贮藏过程中VC含量的下降,对干物质和淀粉含量无明显影响,有利于保持商品的良好性能;MENA对马铃薯营养品质(蛋白质、绿原酸、还原糖)有提升作用,有利于提升菜用马铃薯的营养价值。

MENA在马铃薯贮藏初期残留0.03 mg/kg,残留量低,后期贮藏过程中均未检出,挥发性好,残留风险低,可作为一种优良的抑芽剂运用到生产中。

[1]Harris P M. The potato crop. The scientific basis for improvement[J]. Potato Crop the Scientific Basis for Improvement,1978.

[2]张路. 氯苯胺灵对马铃薯贮藏作用效果及残留研究[D].内蒙古:内蒙古农业大学,2011.

[3]程建新. 环境温度对贮藏初期马铃薯块茎生理的影响[A].中国作物学会马铃薯专业委员会、河北省农业厅、张家口市人民政府.2016年中国马铃薯大会论文集[C].中国作物学会马铃薯专业委员会、河北省农业厅、张家口市人民政府:,2016:5.

[4]Sonnewald U. Control of potato tuber sprouting.[J]. Trends in Plant Science,2001,6(8):33-35.

[5]李守强,田世龙,颉敏华,等. 氯苯胺灵在马铃薯中残留及降解动态的研究[J]. 保鲜与加工,2009,9(2):35-37.

[6]陈彦云,刘成敏,郑学平,等. 马铃薯抑芽剂研制效果实验[J]. 中国马铃薯,2001(5):284-285.

[7]Danielslake B J,Prange R K,Nowak J,et al. Sprout development and processing quality changes in potato tubers stored under ethylene:1.Effects of ethylene concentration[J]. American Journal of Potato Research,2005,82(5):389-397.

[8]李彦杰,杨俊年,刘仁华,等.芽期和发酵期马铃薯中龙葵素含量动态及组分分析[J]. 黑龙江畜牧兽医,2014(13):114-116.

[9]阚琳玮. 不同处理方式对马铃薯品质的影响研究[D].郑州:河南工业大学,2014.

[10]于延申. 抑芽剂和防腐剂在马铃薯贮藏上的应用[J]. 蔬菜科技,2015(7):46-47.

梅文泉,隋启君,佴注,等.马铃薯块茎中还原糖测定的一种方法[J].云南农业科技,2003(3):23-24.

[11]Yada R Y,Coffin R H,Keenan M K,et al. The effect of maleic hydrazide(potassium salt)on potato yield,sugar content and chip color of Kennebec and Norchip cultivars[J]. American Potato Journal,1991,68(10):705-709.

[12]葛霞. 马铃薯抑芽剂的初选研究[A]. 中国作物学会马铃薯专业委员会、河北省农业厅、张家口市人民政府.2016年中国马铃薯大会论文集[C].中国作物学会马铃薯专业委员会、河北省农业厅、张家口市人民政府:,2016:7.

[13]裴明黎. 植物生长调节剂MENA和MH对马铃薯采后贮藏品质的影响及安全性评价[D].杭州:浙江大学,2010.

[14]梅文泉,隋启君,佴注,等.马铃薯块茎中还原糖测定的一种方法[J].云南农业科技,2003(3):23-24.

[15]刁小琴,关海宁.响应面优化超声辅助提取马铃薯皮中绿原酸工艺[J].食品工业,2014(9):8-12.

[16]陈连才,王殿友,李萍,等. 采用气相色谱法测定α-萘乙酸含量[J]. 高师理科学刊,2000(3):46-48.

[17]纳添仓,阮建平,唐小兰,等. 马铃薯贮藏的方式与技术[J]. 青海农林科技,2002(3):34-35.

[18]孙一峰,黄文榜.α—萘乙酸及其甲酯的合成及应用研究[J]. 广西化工,1997(2):34-39.

[19]吴晓玲,任晓月,陈彦云,等. 贮藏温度对马铃薯营养物质含量及酶活性的影响[J]. 江苏农业科学,2012,40(5):220-222.

[20]冯利波,吴林科,买买提.托合提苏莱曼. 贮藏期间马铃薯几个主要加工品质指标的变化[J]. 中国马铃薯,2006(2):88-90.

[21]朱旭.贮藏温度和堆码高度对克新1号马铃薯贮藏损失及品质影响的研究[D].吉林:吉林大学,2014.

[22]Claassen P A M,Budde M A W,Van Calker M H. Increase in phosphorylase activity during cold-induced sugar accumulation in potato tubers[J]. Potato Research,1993,36(3):205-217.

[23]陈彦云. 马铃薯贮藏期间干物质、还原糖、淀粉含量的变化[J]. 中国农学通报,2006(4):84-87.

[24]巩慧玲,赵萍,杨俊丰. 马铃薯贮藏期间淀粉和还原糖含量的变化及回温处理的影响[J]. 食品工业科技,2008(2):277-279.

[25]吴婷. 壳聚糖处理对采后马铃薯块茎发芽及品质影响[D].杭州:浙江工商大学,2016.

[26]Dale M F B,Griffiths D W,Todd D T. Effects of genotype,environment,and postharvest storage on the total ascorbate content of potato(Solanum tuberosum)tubers[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(1):244-248.

[27]范芳,刘家伟.α-萘乙酸甲酯对土豆发芽生长影响[J]. 广东石油化工学院学报,2013,23(6):27-30.[28]刘杰. 低温胁迫下柑桔生理生化变化及差异蛋白质的表达[D].湖南:湖南农业大学,2006.

[29]Lewis C E,Walker J R L,Lancaster J E,et al. Determination of anthocyanins,flavonoids and phenolic acids in potatoes. I:Coloured cultivars ofSolanumtuberosumL[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,1998,77(1):45-57.

[30]徐晓梅,杨署光.苯丙氨酸解氨酶研究进展[J].安徽农业科学,2009,37(31):15115-15119，15122.

[31]王礼群,刘硕,杨春贤,等. 鲜切甘薯不同部位褐变机理差异研究[J]. 食品科学,:1-8.