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中国精品科技期刊2020

低温等离子体活化水对蓝莓表面微生物抑制作用及其贮藏品质的影响

萧文宇, 吴迅, 黄显斌, 李玲, 何志平, 郭俭

萧文宇,吴迅,黄显斌,等. 低温等离子体活化水对蓝莓表面微生物抑制作用及其贮藏品质的影响[J]. 食品工业科技,2023,44(8):359−365. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022060084.
引用本文: 萧文宇,吴迅,黄显斌,等. 低温等离子体活化水对蓝莓表面微生物抑制作用及其贮藏品质的影响[J]. 食品工业科技,2023,44(8):359−365. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022060084.
XIAO Wenyu, WU Xun, HUANG Xianbin, et al. Inhibitory Effect of Low Temperature Plasma-Activated Water on the Surface Microorganisms and the Quality Attributes of Blueberry[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(8): 359−365. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022060084.
Citation: XIAO Wenyu, WU Xun, HUANG Xianbin, et al. Inhibitory Effect of Low Temperature Plasma-Activated Water on the Surface Microorganisms and the Quality Attributes of Blueberry[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(8): 359−365. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022060084.

低温等离子体活化水对蓝莓表面微生物抑制作用及其贮藏品质的影响

基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(31701723);浙江省属高校基本科研业务费专项资金资助(2020YQ002);浙江农林大学学生科研训练项目(2020KX0024)。
详细信息
    作者简介:

    萧文宇(2000−),男,本科,主要从事果蔬保鲜储藏方面的研究,E-mail:401289614@qq.com

    通讯作者:

    郭俭(1983−),男,博士,副教授,主要从事低温等离子体抑菌机理和应用方面的研究,E-mail:jguo@zafu.edu.cn

  • 中图分类号: S379.5

Inhibitory Effect of Low Temperature Plasma-Activated Water on the Surface Microorganisms and the Quality Attributes of Blueberry

  • 摘要: 为探究低温等离子体活化水(plasma-activated water,PAW)对蓝莓表面微生物的抑制作用和蓝莓品质的影响。该研究采用不同反应时间生成的PAW(等离子体与去离子水反应20、40、60 min生成的PAW分别记作PAW20、PAW40、PAW60)浸泡蓝莓果实,并研究PAW处理前后的蓝莓果实中细菌、常见的真菌数量、果皮的色泽、花青素含量、抗坏血酸含量、β-胡萝卜素含量和自由基清除能力以及蓝莓在4、25 °C条件下,贮藏期间的腐烂率和硬度的变化情况。结果表明,蓝莓经PAW60处理后,与对照组(蓝莓用去离子水处理)相比,细菌菌落总数下降1.09 lg(CFU/g),蓝莓果实表面的酵母、链格孢菌与灰霉菌数量分别下降1.47、1.43与2.02 lg(CFU/g),PAW处理显著降低了蓝莓的腐烂率(P<0.05)并且能够减缓蓝莓果实的软化;色差值ΔE在PAW20和PAW40组均小于1.5,而PAW60组为1.7左右;蓝莓的β-胡萝卜素含量显著下降(P<0.05);抗坏血酸含量在PAW20和PAW40组中增加(P<0.05),在PAW60组降低(P<0.05);PAW40和PAW60组蓝莓花青素含量和抗氧化能力均显著提高(P<0.05)。总之,PAW处理可以有效抑制蓝莓表面微生物的生长,降低蓝莓贮藏期间腐烂率,延长了蓝莓的储藏时间,提高蓝莓贮藏期间的品质。该研究为PAW技术在蓝莓保鲜与加工领域的应用提供了参考。
    Abstract: This study aimed to investigate the inhibitory effect of low temperature plasma-activated water (PAW) on the surface microorganisms and the quality attributes of blueberry. In this study, the blueberry fruits were treated by submerging them in the PAW generated at different plasma-activated time (Deionized water was activated by plasma treatment for 20, 40 and 60 min. Accordingly, the samples after treatment were named as PAW20, PAW40, and PAW60). The effects of PAW on microbial loads and quality attributes of the treated blueberries such as surface color of peels, anthocyanin contents, ascorbic acid content, carotenoid contents and radical scavenging capacity, and the changes in firmness and decay incidence during the storage at 4 and 25 °C were studied. The results showed that compared with controls (blueberries were treated with deionized water), after PAW60 treatment, the total number of bacteria decreased by 1.09 lg(CFU/g), the number of Saccharomyces cerevisiae, Alternariaalternate and Botrytis cinerea decreased by 1.47, 1.43 and 2.02 lg(CFU/g), respectively. PAW treatment significantly reduced the decay incidence of blueberries (P<0.05) and maintained the firmness of blueberries during the storage. The ΔE values determined in this study were less than 1.5 in PAW20 and PAW40 groups, however, it was approximately 1.7 in PAW60 group. The β-carotene content of blueberries significantly decreased after PAW treatment (P<0.05). The ascorbic acid content of blueberries increased after PAW20 and PAW40 groups, but it decreased after PAW60 treatment (P<0.05) . The anthocyanin content and free radical scavenging ability of blueberries significantly increased after PAW40 and PAW60 treatment (P<0.05). In conclusion, PAW treatment could effectively inhibit the growth of microorganisms on the surface of blueberries, reduce the decay incidence of blueberries, and improve the quality of blueberries during the storage. This study would provide a reference source for the application of PAW technology in blueberry preservation.
  • 蓝莓为杜鹃花科越橘属植物的果实,其含有丰富的营养成分,拥有独特的风味,富含大量酚类物质,以花青素为主,具有较强的抗氧化能力。研究表明,蓝莓具有良好的保健作用,具有抗氧化、抗糖尿病、抗炎症、抗癌、保护心脏、软化血管等功能[1]

    蓝莓因其皮较薄,柔软多汁,容易受到机械损伤,在夏季高温气候条件下成熟,更容易被微生物侵染,因此保鲜难度和成本较高[2]。目前,传统的果蔬保鲜抑菌方法有次氯酸钠消毒[3]、紫外线灭菌、超声与臭氧杀菌[4-5]等。然而次氯酸钠容易与食品中的有机物反应生成氯化物,对人体健康有害,而且还会破坏产品的风味和品质;紫外、超声与臭氧灭菌作用时间长,需要20~60 min才能有效减少病原微生物数量[6],并且紫外线容易受到农产品外形和摆放位置的影响,例如,摆放在上面的农产品会遮挡住下面的农产品,下面的农产品的杀菌效果难以保证;臭氧浓度难以准确测量,过量臭氧容易造成设备腐蚀和环境污染。等离子体活化水(Plasma-activated water,PAW)作为一种新兴的冷杀菌技术应用于食品杀菌领域,受到国内外研究者的关注。低温等离子体是指在电场的作用下,不同气体分子被部分或者完全电离分解成离子、电子、中性粒子、自由基、基态和激发态分子以及紫外光子等物质的集合,它被认为是第四态物质[7-8],而当水通过离子体的放电区域时,会与低温等离子体中的高能电子,中性粒子和自由基发生反应形成低温等离子体活化水。通常生成的PAW中包含有过氧化氢、臭氧、氮氧化物和自由基等物质。与传统的果蔬保鲜方法相比,PAW不会在农产品中残留,不会引起食品安全问题,并且与低温保鲜方法相比具有节能的优点。研究表明,PAW具有高氧化还原电位,较低的pH等特点[9],PAW中的活性氧等成分可以破坏微生物的脂质、蛋白质与DNA等结构[10-12]从而抑制微生物的生长与繁殖。当前PAW已开始逐渐应用于草莓[13]、金桔、苹果和生菜等保鲜和储藏。Guo等[14]的研究表明PAW对金桔表面的青霉菌有显著抑菌作用,菌落数量减少约3.3 lg(CFU/g);袁园等[15]的研究发现PAW能够有效抑制鲜切生菜表面微生物的繁殖;赵莹等[16]发现PAW能够抑制草莓表面细菌、霉菌和酵母生长。Perinban等[17]发现PAW处理可以降低鲜切苹果中微生物数量和多酚氧化酶的活性,提高过氧化物酶的活性。Gan等[18]利用PAW处理蓝莓表面的大肠杆菌和金黄葡萄球菌,结果显示PAW可以有效杀灭这两种致病菌。目前,国内外的研究主要集中在PAW的抑菌效果,针对PAW处理对果蔬品质影响的研究较少,尤其是针对PAW处理对蓝莓花青素含量和抗氧化能力影响的研究还未见报道。

    本研究以蓝莓为研究对象,利用不同生成时间的PAW(PAW20、PAW40和PAW60)处理蓝莓果实,研究PAW处理对于蓝莓表面微生物抑制作用以及PAW处理对蓝莓品质的影响。本研究旨在为PAW在蓝莓采后保鲜和加工领域的进一步应用提供理论基础和参考。

    蓝莓 购买于杭州当地农贸市场;抗坏血酸标准品、偏磷酸、磷酸二氢钾、十六烷基三甲基溴化铵、甲醇、醋酸钠、盐酸、氯化钾、TPTZ溶液、DPPH溶液、ABTS溶液和水杨酸 以上用于常规理化试验试剂为分析纯,用于液相相关实验试剂则为色谱纯,上海如吉生物科技发展有限公司。

    介质阻挡放电电源 大连高尔科技有限公司;i-Lab型便携分光色差仪 杭州彩谱科技有限公司;T6新悦可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司;SW-CJ-1C双人单面净化工作台 苏州净化设备有限公司;MJ-系列霉菌培养箱 上海-恒科技有限公司;SPD-M20A高效液相色谱仪 日本岛津;KQ-500DE型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;Stomacher400均质机 英国Seward公司。

    蓝莓果实于完全成熟后收获,挑选大小颜色基本一致,且无机械损伤与腐烂的蓝莓果实,放置于4 ℃,冷藏备用。一部分蓝莓直接用于细菌总数测定,另一部分蓝莓先用75%的酒精和次氯酸钠溶液灭菌,然后将经过灭菌的蓝莓浸泡于酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌液以及链格孢菌(Alternaria alternate)和灰霉菌(Botrytis cinerea)的孢子悬浮液中30 min,在超净台中自然晾干,备用。

    图1所示,等离子体实验装置由等离子体射流、液体容器和高压交流电源组成,其中等离子射流由电极和绝缘介质组成。不锈钢编织网作为其中一个电极连接到20 kHz,8 kV正弦高压交流电源。通过一根直径为30 mm的铝制金属棒作为另一根电极连接至电源。以管状石英作为导电介质,铝棒放于石英管内,以空气为工作气体,流速5 L/min,注入等离子体生成区域。烧杯装有300 mL的去离子水,等离子体射流装置喷口浸没在去离子水中,在两个电极之间,空气与水蒸气在电磁场作用下,连续不断地在去离子水中产生大量活性氧等物质,生成PAW。当低温等离子体与水的反应时间为20、40和60 min,生成的PAW分别记作PAW20、PAW40和PAW60,其中以去离子水作为对照。

    图  1  低温等离子体活化水处理蓝莓示意图
    Figure  1.  Schematic diagram of the PAW treatment of blueberries

    将1 kg未侵染的蓝莓经过PAW处理后,以去离子水作为对照组,分别在4和25 ℃下,贮藏18 d,测定贮藏期蓝莓腐烂率以及在25 ℃下贮藏期间的果实硬度和颜色。

    将每组30个蓝莓(约50 g)放入200 mL的PAW中浸泡30 min后,放置于超净台晾干,用以测定各项理化指标。在用以微生物菌落总数的测定中,分别将未侵染的蓝莓和已接种酵母、链格孢菌和灰霉菌的蓝莓放入PAW中浸泡30 min,以去离子水作为对照组,然后,将PAW处理过的蓝莓在超净台中晾干后于无菌环境进行研磨,与无菌水充分混合,吸取溶液进行梯度稀释后进行涂布,未侵染的蓝莓用于测定细菌菌落总数,侵染的蓝莓用于霉菌与酵母计数。

    用i-Lab型便携分光色差仪测定PAW处理前后蓝莓的L*a*b*值,计算PAW处理前后蓝莓△E值,详见公式(1):

    ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2=[(LcLt)2+(acat)2+(bcbt)2]1/2
    (1)

    式中,Lcacbc分别是对照组蓝莓的亮度值、红绿色度值、黄蓝色度值;Ltatbt分别是处理组蓝莓的亮度值、红绿色度值、黄蓝色度值。

    参考中华人民共和国农业行业标准NY/T2009-2011《水果硬度的测定》[19],根据水果大小与硬度不同,选用对应类型和量程的水果专用手持硬度计,保证测量的硬度值在所选硬度全量程的10%~90%范围内。每组选取20个清洁、无病害、无损伤的蓝莓样品,待冷藏蓝莓样品与室温一致时开始测量。

    腐烂率采用计数法测定[20],果实表面有明显可见菌丝体生长或汁液外露即为腐烂,腐烂率的计算见公式(2)。

    (%)=(/)×100
    (2)

    每组选取30个蓝莓果实(约50 g),参考食品安全国家标准GB 4789.2-2016《食品微生物学检验菌落总数测定》[21]和GB 4789.15-2016《食品微生物学检验霉菌与酵母计数的方法》[22],采用涂布平板计数法测定。

    蓝莓果实中花青素含量采用pH示差法测定[23],将50 g蓝莓放入均质袋,并加入100 mL蒸馏水,在均质机中处理2 min,然后加入0.2 mol/L的盐酸100 mL在4 ℃冰箱中放置12 h。混合物经10000 r/min离心15 min,取上清液,分别用0.025 mol/L氯化钾缓冲液(pH1)和0.4 mol/L醋酸钠(pH4.5)稀释样品,500和700 nm处测定每种稀释剂对蒸馏水的吸光度。花青素含量计算见公式如下:

    (mg/mL)=(A×MW×DF)/ε×L
    (3)

    式中,A=(A500−A700pH=1−(A500−A700pH=4.5;MW=449.2;DF为稀释倍数;ε为摩尔吸光系数,ε=26900 L/mol·cm;比色皿厚度L=1 cm。

    参考食品安全国家标准GB 5009.86-2016《食品中抗坏血酸的测定》[24]中的高效液相色谱法测定蓝莓中抗坏血酸含量。通过均质机将10 g蓝莓与等质量20 g/L的偏磷酸溶液混合均匀,再取2 g混合均匀的匀浆试样于50 mL烧杯中,用20 g/L偏磷酸溶液转移至50 mL容量瓶中,振荡溶解并定容,摇匀后转移至50 mL离心管中,超声提取5 min后,于4000 r/min离心5 min,取上清液过0.45 μm水相滤膜,滤液待测。HPLC检测条件:色谱柱:C18柱,柱长250 mm,内径4.6 mm,粒径5 μm,或同等性能的色谱柱。检测器:二极管阵列检测器或紫外检测器。流动相:A:6.8 g磷酸二氢钾和0.91 g十六烷基三甲基溴化铵,用水溶解并定容至1 L(用磷酸调pH至2.5~2.8);B:100%甲醇。按A:B=98:2混合,过0.45 μm滤膜,超声脱气。检测波长:245 nm,流速:0.7 mL/min,柱温:25 ℃,进样量:20 μL。

    参考食品安全国家标准GB 5009.83-2016《食品中胡萝卜素的测定》[25]中的高效液相色谱法测定蓝莓中β-胡萝卜素含量(色谱条件二)。取10 g蓝莓样品捣碎混匀,取其中5 g匀浆试样于250 mL锥形瓶中,加入1 g抗坏血酸,75 mL无水乙醇,于60 ℃水浴振荡30 min,加入25 mL氢氧化钠溶液,盖上瓶盖,放置于53 ℃恒温振荡水浴箱中,皂化30 min,取出,静置,冷却到室温。将皂化液置于分液漏斗中,加入100 mL石油醚多次萃取,浓缩,充分溶解提取物,经0.45 μm水相滤膜,滤液待测。HPLC检测条件:色谱柱:C18柱,柱长250 mm,内径4.6 mm,粒径5 μm,或等效柱。流动相:三氯甲烷:乙腈:甲醇=3:12:85,含抗坏血酸量为0.4 g/L,经0.45 μm膜过滤后备用。检测波长:450 nm,流速:2.0 mL/min,柱温:35±1 ℃,进样体积:20 μL。

    参考杜凯等[26]的方法,取不同处理组的蓝莓匀浆水溶液(10 g蓝莓,20 mL水)5 mL于试管,加入2 mL的DPPH-乙醇溶液(0.4 mmol/L),混匀后避光处理30 min,在517 nm下进行吸光度检测。

    DPPH(%)=[1(A1A2)/A0]×100
    (4)

    式中,A0为DPPH·与去离子水混合液的吸光度;A1为DPPH·与样品混合液的吸光度;A2为样品与无水乙醇混合液的吸光度。

    取2 mL不同处理组的蓝莓匀浆水溶液于试管中,加入2.8 mL的H2O2(6.0 mmol/L)溶液,4 mL的FeSO4溶液(1.5 mmol/L)以及1.2 mL的水杨酸-乙醇溶液(20 mmol/L),混匀后在37 ℃水浴恒温处理1 h,将混合溶液在波长510 nm下对吸光度进行检测。

    OH(%)=[1(A1A2)/A0]×100
    (5)

    式中,A0为以50%乙醇溶液代替蓝莓样品的混合溶液的吸光度;A1为混合溶液的吸光度;A2为以无水乙醇代替FeSO4的混合溶液的吸光度。

    将2 mL的ABTS溶液(7.4 mmol/L)与2 mL的过硫酸钾(2.6 mmol/L)混合,暗处静置12 h,得到ABTS阳离子自由基母液,将母液用无水乙醇稀释50倍左右使得其在400 nm波长处吸光度为0.7~0.9,得到ABTS阳离子自由基工作液。将2 mL蓝莓样品溶液与8 mL工作液充分混匀后暗处静置6 min,测定混合溶液在波长734 nm处的吸光度A1

    ABTS+(%)=[1(A1A2)/A0]×100
    (6)

    式中,A0为以去离子水代替蓝莓样品的混合液吸光度;A1为混合溶液的吸光度;A2为以去离子水代替ABTS工作液的混合溶液的吸光度。

    本实验未注明贮藏时间的实验均为经PAW处理后立即测定;每个处理水平测定3个平行样本,实验数据均重复两次以上得出。采用SPSS 22.0和Origin 2018进行单因素方差分析,采用Duncan多重比较法进行显著性差异分析,P<0.05表示差异显著;采用Origin 2018和Visio 2016进行绘图。

    图2可知,在25 ℃储藏过程中,随着储藏时间的增加,蓝莓腐烂率不断增加。常温下,对照组于第6 d开始,腐烂率显著升高(P<0.05),达到18.75%;第15和18 d的腐烂率分别为80.00%和93.75%。相比之下,经过PAW处理后,蓝莓腐烂率显著降低(P<0.05),其中最明显的PAW60处理组,储藏第6 d腐烂率依然为0%,直到18 d结束时,腐烂率也仅为46.25%。低温4 ℃储藏条件下,PAW对蓝莓腐烂的抑制效果更加明显。储藏18 d后,对照组与PAW60处理组的腐烂率仅分别为21.25%与3.75%。由以上实验结果可知,PAW处理可以有效抑制蓝莓果实腐烂。其他研究也表明PAW处理能够有效抑制水果的腐烂[27-28]

    图  2  PAW处理后蓝莓的腐烂率
    注:a为4 °C储藏条件下;b为25 °C储藏条件下;小写字母表示同一处理组不同贮藏天数之间存在显著性差异(P<0.05)。
    Figure  2.  Decay incidence of PAW-treated blueberry

    图3a为经过PAW处理后,处理组与对照组蓝莓细菌菌落总数。蓝莓果实经过PAW浸泡处理后,PAW60处理组较对照组降低了1.09 lg(CFU/g),可显著降低蓝莓表皮微生物数目。图3b为经过PAW处理后,处理组与对照组酵母与霉菌的菌落总数测定情况。酵母、链格孢霉与灰霉菌数量在经低温等离子体活化水处理后立即测定,PAW60处理组较对照组分别降低了1.47、1.43与2.02 lg(CFU/g)。

    图  3  经过PAW处理后蓝莓果实细菌菌落总数(a)及酵母与霉菌菌落总数(b)
    注:小写字母表示同一贮藏天数不同处理组之间存在显著性差异(P<0.05);图4~图6同。
    Figure  3.  Bacterial colonies (a) and total yeast and mold colonies (b) of blueberry fruit after PAW treatment

    由此可见,低温等离子体活化水可以有效抑制微生物生长,有利于延长蓝莓的贮藏时间,且PAW的生成时间越长,与之对应的处理组蓝莓果实表面微生物数量越少。袁园等[15]在研究PAW对鲜切蔬菜的抑菌效果也发现PAW可以抑制鲜切蔬菜微生物的生长。

    果实硬度是表征蓝莓果实新鲜度的重要指标,过度软化会使蓝莓品质下降,口感下降,商业价值降低。如图4 展示,在25 ℃的贮藏条件下,蓝莓果实在经过低温等离子体活化水处理后,与对照组相比,处理组的果实硬度具有显著性差异;经PAW处理过的蓝莓在贮藏期的2~4 d的硬度与对照组相比无显著性差异,从第4 d开始,对照组蓝莓硬度快速下降,而处理组蓝莓的硬度趋于稳定,直到第8 d贮藏结束,PAW60处理组蓝莓硬度已高于对照组。Gan等[18]也发现经过PAW处理后的蓝莓在贮藏期的果实硬度有所提高。这可能是由于蓝莓细胞壁水解酶的活力经PAW处理后受到了抑制,果胶、纤维素、半纤维素等物质的水解同样受到了抑制,同时PAW可能促进了木质素等物质的合成,从而抑制了蓝莓果实硬度的下降[29]

    图  4  PAW处理后蓝莓储藏期间硬度变化
    Figure  4.  Change in the firmness of PAW-treated blueberries during storage

    表1所示,蓝莓果实在经PAW处理后,色差随PAW生成时间增加而增大。随着贮藏时间的增加,不同处理组的ΔE值也随之增大,其中ΔE值代表了PAW处理前后蓝莓颜色的变化程度[30]。经过PAW处理后,蓝莓色泽Δa基本为正值,Δb则为负值,a代表红绿色,Δa为正值表示颜色改变偏向深红色,b代表黄蓝色,Δb为负值,表示颜色改变偏向深蓝色。因此,经过PAW处理后蓝莓的颜色变得更红和更蓝,果皮颜色显得更深一些。

    表  1  PAW处理对蓝莓色泽的影响
    Table  1.  Chromatic aberration between PAW-treated and untreated blueberry
    处理组贮藏时间
    (d)
    ΔLΔaΔbΔE
    00.253±0.571−0.013±0.409−0.310±0.4340.400±0.327
    PAW2050.160±0.4530.400±0.424−0.520±0.5110.510±0.277
    100.153±0.4730.707±0.453−0.560±0.6291.073±0.884
    00.220±1.0750.373±0.624−0.540±0.8131.207±0.505
    PAW4050.110±0.8810.560±0.522−0.980±0.6811.353±0.393
    100.157±0.8310.629±0.580−0.700±0.8981.386±0.372
    00.127±1.1620.480±0.874−0.640±1.0401.660±0.739
    PAW6050.040±0.8070.813±0.478−1.093±0.8731.693±0.729
    10−0.080±0.9410.673±0.534−1.100±0.9051.760±0.670
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    维生素C与花青素是蓝莓果实中主要的抗氧化物质之一[31]。如图5所示,随着PAW生成时间的延长,PAW处理后的蓝莓的维生素C的含量呈现出先上升后下降的趋势,适度的低温等离子体活化水处理(PAW20和PAW40)提高了蓝莓中维生素C的含量,而PAW60处理会降低蓝莓中维生素C的含量。花青素含量呈上升趋势,经过PAW40处理以后,花青素含量快速升高至(0.188±0.006)g/100 g。

    图  5  PAW处理后蓝莓花青素、维生素C与β-胡萝卜素含量变化
    Figure  5.  Changes in the anthocyanin, vitamin C and β-carotene contents of blueberry after PAW treatment

    国内外的研究表明PAW中含有1O2O2、·OH、O3、 H2O2NO3等多种活性氧(Reactive oxygen species, ROS)[9-16]。PAW中的活性氧使蓝莓果实细胞出现了氧化应激反应,激活了细胞内抗活性氧相关通路上的基因,促使细胞合成更多的抗氧化物酶,如超氧化物歧化酶(superoxide, SOD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)和过氧化物酶(peroxidase, POD)以及维生素C和花青素等抗氧化物质来抑制细胞内的ROS水平上升,维持蓝莓细胞内的ROS平衡。

    类胡萝卜素是重要的营养物质,其可以作为维生素A前体,具备预防癌症、调节免疫作用与延缓衰老的作用,其中β-胡萝卜素的摄入可以有效抑制夜盲症等眼部疾病的发生[32]。由图5可知,在经过PAW40和PAW60处理后,β-胡萝卜素含量有显著下降(P<0.05)。由此可得出,生成时间较长的PAW对于蓝莓果实中β-胡萝卜素含量有显著影响。

    图6可知,不同生成时间的PAW对蓝莓抗氧化能力的影响也不同。与对照组相比,经过PAW处理过的蓝莓抗氧化能力均有所增加,其中经过PAW60处理的蓝莓自由基清除能力最强。结合本研究蓝莓花青素含量的测定结果,推测可能由于经过PAW处理后的蓝莓果实中的抗氧化物酶和抗氧化物质含量上升,从而提高了蓝莓的抗氧化能力。

    图  6  蓝莓自由基清除率变化
    Figure  6.  Free radical scavenging rate of PAW-treated blueberry

    综合以上结论,PAW处理可有效降低蓝莓果实表面的微生物数量以及贮藏期间的果实腐烂率,提升果实中的花青素含量,提高抗氧化能力与自由基清除率,能够较好地保持蓝莓果实的硬度并提高蓝莓的抗氧化能力。目前,国内外研究主要集中在PAW对蓝莓表面微生物的抑制效果,针对PAW处理对蓝莓品质影响的相关研究相对较少。虽然本研究初步阐明了PAW处理提高了蓝莓花青素含量和抗氧化能力这一实验现象背后的机理,但还需要更多的机理研究进一步验证。例如,PAW是如何影响花青素代谢通路上相关基因的表达,细胞内的ROS水平如何影响抗氧化物酶的活性等。同时,通过正交试验设计,响应曲面等优化方法进一步优化采后蓝莓的PAW处理工艺,提高抑菌效果和蓝莓品质,提升该技术的实际应用潜力。

  • 图  1   低温等离子体活化水处理蓝莓示意图

    Figure  1.   Schematic diagram of the PAW treatment of blueberries

    图  2   PAW处理后蓝莓的腐烂率

    注:a为4 °C储藏条件下;b为25 °C储藏条件下;小写字母表示同一处理组不同贮藏天数之间存在显著性差异(P<0.05)。

    Figure  2.   Decay incidence of PAW-treated blueberry

    图  3   经过PAW处理后蓝莓果实细菌菌落总数(a)及酵母与霉菌菌落总数(b)

    注:小写字母表示同一贮藏天数不同处理组之间存在显著性差异(P<0.05);图4~图6同。

    Figure  3.   Bacterial colonies (a) and total yeast and mold colonies (b) of blueberry fruit after PAW treatment

    图  4   PAW处理后蓝莓储藏期间硬度变化

    Figure  4.   Change in the firmness of PAW-treated blueberries during storage

    图  5   PAW处理后蓝莓花青素、维生素C与β-胡萝卜素含量变化

    Figure  5.   Changes in the anthocyanin, vitamin C and β-carotene contents of blueberry after PAW treatment

    图  6   蓝莓自由基清除率变化

    Figure  6.   Free radical scavenging rate of PAW-treated blueberry

    表  1   PAW处理对蓝莓色泽的影响

    Table  1   Chromatic aberration between PAW-treated and untreated blueberry

    处理组贮藏时间
    (d)
    ΔLΔaΔbΔE
    00.253±0.571−0.013±0.409−0.310±0.4340.400±0.327
    PAW2050.160±0.4530.400±0.424−0.520±0.5110.510±0.277
    100.153±0.4730.707±0.453−0.560±0.6291.073±0.884
    00.220±1.0750.373±0.624−0.540±0.8131.207±0.505
    PAW4050.110±0.8810.560±0.522−0.980±0.6811.353±0.393
    100.157±0.8310.629±0.580−0.700±0.8981.386±0.372
    00.127±1.1620.480±0.874−0.640±1.0401.660±0.739
    PAW6050.040±0.8070.813±0.478−1.093±0.8731.693±0.729
    10−0.080±0.9410.673±0.534−1.100±0.9051.760±0.670
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图(6)  /  表(1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-09
  • 网络出版日期:  2023-02-08
  • 刊出日期:  2023-04-14

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