氧化白藜芦醇对鲜切马铃薯褐变的抑制作用

孟祥春，黄泽鹏，黎家妍，邹 永

（1.广东省农业科学院果树研究所，农业部南亚热带果树生物学与遗传资源利用重点实验室，广东广州 510640；2.中山大学药学院，广东广州 510006）

鲜切马铃薯是指经过原料选择、清洗、去皮和切分、护色、脱水、包装等处理后的方便产品，可食率高达100%。可直接供餐饮业使用或用于食品加工，对食品加工企业来说，具有方便、经济、卫生等优点。褐变严重影响鲜切马铃薯产品的品质，引起褐变的主要原因是马铃薯块茎含有多酚氧化酶（PPO），鲜切过程中内源性多酚类底物及酚类衍生物在酶的催化作用下氧化聚合成黑色素[1]。另外，切割伤害导致马铃薯呼吸作用和代谢反应加快，切割面易受微生物感染，也使整体品质下降，商品价值降低[2]。然而，切分后有效的清洗处理和低温贮藏可最大程度地抑制褐变和微生物生长，保持鲜切产品的品质，延长贮藏和货架期[3-4]。目前，控制褐变和微生物感染主要依赖化学方法，清洗主要局限于使用抗氧化剂（柠檬酸、抗坏血酸、4-己基间苯二酚等），酸性化合物（L-半胱氨酸、柠檬酸、苯甲酸等）[5-6]，消毒杀菌主要采用含氯制剂、过氧化氢、臭氧等方式[7-8]。含氯消毒剂价格便宜，但容易造成残留隐患，并影响产品的风味及品质。臭氧清洗的杀菌效果不明显，且使用成本高。过氧化氢不稳定，在水中容易分解，作用时效短，且对一些果蔬表面产生氧化作用。近年来，鲜切果蔬防褐变和杀菌的研究方向倾向于天然、高效、无残留，且对人体及环境无危害的工艺，如热处理、辐照处理、天然活性产物等。

氧化白藜芦醇是一种重要的活性天然产物，是反式二苯乙烯类天然产物白藜芦醇的2'-羟基化衍生物。近年来的研究证实，作为白藜芦醇同系物，氧化白藜芦醇同样具有多种有益的生物活性，如具有酪氨酸酶抑制活性，可抑制黑色素生成[9-10]、果蔬防腐抗菌活性[11]、抗单纯和水痘带状疱疹病毒等活性[12]，同时还具有抗炎消肿[13]、抗氧化[14]、抗细胞凋亡及神经保护等作用[15]，已成为天然活性物质中的研究热点[16-17]。但到目前，国内外鲜见关于氧化白藜芦醇处理对鲜切果蔬褐变和抗氧化系统的变化研究。

氧化白藜芦醇主要存在于桑科及等珍稀植物中[18]，其天然来源十分有限，并且提取技术要求高，产量极低，不能满足市场的大量需求。因此，人工合成是解决来源、使其可广泛应用的有效途径。孙洪宜等人[19]以3,5-二羟基苯乙酮为原料，化学合成获得氧化白藜芦醇，方法简便、廉价。试验以鲜切马铃薯为材料，评价合成氧化白藜芦醇产品防褐变的功效，以期为氧化白藜芦醇的进一步工业化生产及其在果蔬防腐保鲜领域的开发应用提供依据，也为果蔬的鲜切加工及保鲜提供新工艺技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯，购自广州江南果蔬批发市场，挑取形状、大小均等一致、无机械伤和病虫害的，经水洗及1%次氯酸溶液表面杀菌后，用PE保鲜袋包装放入4℃贮藏箱冷藏（预处理），备鲜切加工使用；氧化白藜芦醇，中山大学药学院提供，分子式为C14H12O4，纯度 ＞98%。

抗坏血酸VC、间苯二酚，均为食品级；酶活性分析所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

3-18K型高速冷冻离心机，德国Sigma公司产品；UV-1800型分光光度计，日本岛津公司产品；JJ-1000型电子天平，梅特勒-托利多产品；FZ102型微型植物粉碎机、DHG-9023A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒电子公司产品；LS-B50L型高压蒸汽灭菌锅，济南博华仪器有限公司产品；MIR-554-PC型恒温箱，日本三洋公司产品；SWCJ1CU型超净工作台，上海巴坎实业有限公司产品；5810R型离心机、Bio Spectrometer basic分光光度计，德国Eppendorf公司产品；Bio-rad 680型酶标仪，美国伯乐公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯切片的处理

经预处理的马铃薯去皮后切分为4～5 mm厚的薄片，分别用质量分数0.005%，0.010%和0.020%的氧化白藜芦醇清洗处理5 min，离心脱水后用一次性托盘加保鲜膜包装，然后于4～5℃下低温贮藏。正对照（CK+）为0.01%4-己基间苯二酚+0.5%VC钠的处理，未处理对照（CK-）为相同时间的清水处理。

1.3.2 马铃薯切片表面色差的测定

采用CIE L*a*b*色差体系测定马铃薯切片的表面色差。L*值表示样品表面的明亮度，是贮藏过程中由于酶促褐变或色素聚集引起切割表面变暗的一个指标性参数，L*值越大表明切割表面的颜色越接近新鲜的自然色；a*值表示绿（-） -红（+） 轴的色度，a*值越大，褐变越严重。Rojas Grau M A等人认为L*值、a*值、总容差△E*值（以公式1计算得到）和色相角Ho值（以公式2计算得到）均是表征褐变程度的重要参数，因此选用L*值、a*值、ΔE*值和Ho值来评价氧化白藜芦醇抗鲜切马铃薯的褐变程度。L*值、Ho值的下降，a*值或△E*值的升高意味着褐变发生。马铃薯切片从低温贮藏箱中取出后在室温条件下平衡1 h，然后在室温条件下进行色差的测定。

1.3.3 整体感官品质（Overall Visual Quality，OVQ）评价

一般认为，OVQ是影响鲜切产品货架期的重要指标；整体感官品质评价由经过培训的专业小组人员对鲜切马铃薯进行评分，按照标准对样品的色泽、气味及可接受程度进行打分，分值范围1～9分：9分为非常好，7分为很好，5分为好（适销性的极限），3分为一般（使用性的极限），1分为差（不可食用）。

1.3.4 多酚氧化酶（PPO）、络氨酸酶（TYE）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（CAT） 活性的测定

采用苏州科铭生物技术有限公司的TYE、PPO、SOD和CAT检测试剂盒分别进行测定。粗酶液的提取：取10 g的马铃薯组织，加入50 mL预冷的提取液，立即进行冰浴匀浆，以转速12 000 r/min离心15 min（4℃），上清液即为酶活性测定所需酶液。反应体系均分别按照试剂盒说明书进行，于波长470 nm（TYE），525 nm（PPO），560 nm（SOD），240 nm（CAT） 处测定吸光度。一个TYE/PPO活力单位定义为每1 g鲜质量组织在每1 mL反应体系中每分钟A470/A525变化0.005的酶活，一个SOD活力单位定义为在反应体系中抑制百分率为50%时，反应体系中每克鲜质量组织的SOD活性，一个CAT活力单位定义为每1 g鲜质量组织每1 min催化1 nmol H2O2降解的酶活，单位均为U/g·FW。

1.4 数据统计与分析

数据处理及图像绘制采用Office EXCEL软件，每个处理和评估期进行3次重复，用DPS 7.05统计软件的Duncan's新复极差法比较处理间的差异显著性 （p≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 氧化白藜芦醇清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期切面色差的影响

不同清洗处理对马铃薯切片表面色差L*值（a）、a*值（b）、ΔE*值（c） 和H0值（d） 的影响见图1。

图1（a） 显示随贮藏时间的延长，水清洗负对照组（Control-H2O） L*值下降最快（贮藏末期为58），而正对照4-己基间苯二酚及抗坏血酸钠复配处理组（4-Hexyl+VC） 及3个质量分数的氧化白藜芦醇处理组的L*值在整个贮藏期内都保持在较高水平 （贮藏末期为 66～68），且无显著差异 （p＞0.05）。整个贮藏期内各处理组的a*值都呈上升趋势，但Control-H2O组的a*值上升幅度最大，其他处理组呈缓慢上升趋势。a*值越大，表明样品的红色越多，褐变程度越严重，4-Hexyl+VC及氧化白藜芦醇处理组的a*值在整个贮藏期内都明显低于Control-H2O（图1（b））。ΔE*值表征切割面总色差变化，如图1（c） 所示，氧化白藜芦醇处理组的ΔE*值显著低于于Control-H2O，变化趋势与a*值类似。Ho值代表样品的色度，能有效反应切面的颜色和外观，贮藏1 d时，各样品的Ho值都未有明显变化，贮藏3 d时，Control-H2O的Ho值急剧降低至最低水平，表明切面严重褐变。而其他几个处理的Ho值在整个贮藏期内都未发生明显变化，不同处理组之间差异不显著（图1（d）） （p＞0.05）。表明鲜切马铃薯切分后用含氧化白藜芦醇的水清洗处理能有效地保持马铃薯切割面的色泽，其作用效果同4-Hexyl+VC的效果类似。

图1 不同清洗处理对马铃薯切片表面色差L*（a）、a*（b）、ΔE*（c） 和H0（d） 值的影响

2.2 氧化白藜芦醇清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期整体感官品质（OVQ） 的影响

不同清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期整体感官品质（OVQ） 变化的影响见表1。

总的来说，随着贮藏时间的延长，所有样品的OVQ值都逐渐下降，水清洗负对照（Control-H2O）在贮藏3 d时降低至5分，已经是适销性的极限，5 d时降到了1分，完全失去了食用价值。而氧化白藜芦醇及4-Hexyl+VC处理组OVQ值在3 d和5 d均大于等于7分，在很好和非常好之间。贮藏7 d和9 d时，4-Hexyl+VC处理组的OVQ值分别下降至5分和4分，而氧化白藜芦醇处理组的OVQ值均大于5分，其中以质量分数0.010%和0.020%的氧化白藜芦醇处理组的整体感官品质表现最好，7 d时仍为7分（很好），9 d时为6分（在好和很好之间），仍保持有一定的适销性。OVQ的评价表明氧化白藜芦醇能有效保持鲜切马铃薯的整体品质，延长货架期至7 d左右，其中以0.010%氧化白藜芦醇的效果最好，样品的整体可接受度最强。

表1 不同清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期整体感官品质（OVQ） 变化的影响/分

2.3 氧化白藜芦醇清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期PPO和TYE活性的影响

马铃薯块茎含有多酚氧化酶（PPO），鲜切过程中内源性多酚类底物及酚类衍生物在PPO的催化作用下氧化聚合产生黑色素，是引起褐变的主要原因。

不同清洗处理对马铃薯切片过氧化物酶（POD）活性的影响见图2。

图2 不同清洗处理对马铃薯切片过氧化物酶（POD） 活性的影响

由图2可以看出，贮藏3 d和5 d时，4-Hexyl+VC和氧化白藜芦醇处理组的PPO活性均明显低于Control-H2O；贮藏5 d时，由于Control-H2O处理组褐变程度增强，PPO活性急剧升高，因此同其他处理组的差异最为明显；5 d时，4-Hexyl+VC和0.005%处理组的PPO活性均高于3 d，而0.010%氧化白藜芦醇处理组5 d时的PPO活性较3 d有所降低。说明马铃薯中PPO活性越高，褐变速度越快，氧化白藜芦醇处理能明显抑制PPO活性的增强，从而延缓褐变产生。

TYE也是多酚类氧化酶的一种，能催化单酚类物质氧化生成黑棕色素沉淀，果蔬组织则呈现为褐变，因此果蔬组织的褐变会随着TYE活性的增加而增强。马铃薯块茎中也富含酪氨酸酶。

不同清洗处理对马铃薯切片络氨酸酶（TYE）活性的影响见图3。

图3 不同清洗处理对马铃薯切片络氨酸酶（TYE）活性的影响

由图3可以看出，鲜切马铃薯低温贮藏3 d时，各处理组的TYE活性大小顺序为Control-H2O＞4-Hexyl+VC＞0.010%氧化白藜芦醇＞0.005%氧化白藜芦醇，且2个质量分数氧化白藜芦醇处理组的TYE活性差异不大，0.005%处理组的TYE活性分别比同时期Control-H2O和4-Hexyl+VC处理组的降低28.8%和21.0%。贮藏5 d时，同一处理组的TYE活性均比3 d时明显升高，不同处理间TYE活性差异减小，但仍以Control-H2O的TYE活性最高，这与其褐变程度较3 d时增强密切相关。结果显示，马铃薯鲜切后用氧化白藜芦醇处理能一定程度地抑制TYE活性，从而减缓自身组织的褐变。

2.4 氧化白藜芦醇清洗处理对鲜切马铃薯贮藏期SOD和CAT活性的影响

不同清洗处理对马铃薯切片超氧化物歧化酶（SOD） 活性的影响见图4，不同清洗处理对马铃薯切片过氧化物酶（CAT）活性的影响见图5。

图4 不同清洗处理对马铃薯切片超氧化物歧化酶（SOD） 活性的影响

图5 不同清洗处理对马铃薯切片过氧化物酶（CAT） 活性的影响

由图4可以看出，鲜切马铃薯低温贮藏3 d时，0.010%氧化白藜芦醇处理组的SOD活性最高，是未处理对照组（Control-H2O） 的2.52倍，4-Hexyl+VC和0.005%氧化白藜芦醇处理组的SOD活性差异不大，但均比Control-H2O的SOD活性增加54.8%和52.2%。贮藏5 d时，0.010%氧化白藜芦醇处理组的SOD活性降低至与Control-H2O同一水平，但4-Hexyl+VC和0.005%氧化白藜芦醇处理组的SOD活性仍显著高于未处理对照，分别是其1.72倍和1.94倍。结果显示，氧化白藜芦醇能够增强鲜切马铃薯切片组织的SOD活性，增强其对创伤的抗性，从而减缓其可能造成的组织褐变。

由图5可以看出，马铃薯经切分、漂洗、沥水、包装后，低温贮藏3 d时，0.010%氧化白藜芦醇（OxyResv） 清洗处理的 CAT活性同水清洗对照（CK-H2O）在同一水平，其他2种清洗处理马铃薯切片的CAT活性明显高于CK-H2O，分别比CK-H2O增加了57.17%和94.07%。当贮藏期至5 d时，除0.005%氧化白藜芦醇的CAT活性低于同处理下3 d的，另外3个处理均明显高于3 d。5 d时不同处理间CAT活性的差异比较显示，经质量分数0.005%和0.010%氧化白藜芦醇的水清洗处理的马铃薯切片CAT活性在同一水平，仍高于水对照（CK-H2O），但均低于正对照间苯二酚和异抗坏血酸钠（Hexyl+VC）处理的样品。结果显示，氧化白藜芦醇能够增强鲜切马铃薯切片CAT活性，提高其对组织褐变的抵抗能力，其中以质量分数0.005%氧化白藜芦醇最为合适。

3 结论

氧化白藜芦醇清洗处理能够延缓鲜切马铃薯切面褐变，较好地保持总的感官品质（OVQ），延长贮藏货架期至7 d，同4-己基间苯二酚+VC的效果等同，在保持总的OVQ方面的效果甚至更优越。其主要的生理机制可能是：氧化白藜芦醇清洗处理一定程度地影响鲜切马铃薯的贮藏生理。总体来说，降低TYE和PPO活性，维持较高的CAT和SOD活性，而氧化白藜芦醇清洗处理样品的POD活性无规律性变化。

从安全环保和可大量获得的角度讲，氧化白藜芦醇可用于鲜切马铃薯，甚至其他鲜切果蔬的清洗防腐，可考虑作为一种新型的抗氧化剂和消毒杀菌剂在生产实践中应用。今后的研究要着重于使用氧化白藜芦醇模拟实际工厂产业化生产中工艺参数及条件的探索。另外，鲜切果蔬褐变的化学抑制往往以单一种产品的处理效果不够理想，因此值得进一步研究提高氧化白藜芦醇的利用有效性，比如可同其他天然、可食的涂膜材料复配成涂膜保鲜剂，或同其他抗氧化或消毒杀菌组分复配以增强其防褐和抑菌效果。