低溫等離子處理對采后雷竹筍貯藏品質的影響

吳志豪，張富強，吳彩娥，2，范龔鍵，2

（1.南京林業大學 輕工與食品學院，南京 210037；2.南京林業大學 華南林業可持續發展協同創新中心，南京 210037）

0 引言

雷竹筍是禾本科，剛竹屬，早竹的栽培種雷竹（Phyllostachys praecox）的幼芽，為多年生常綠草本植物［1］。筍肉鮮嫩，營養豐富，備受人們歡迎［2］。但是雷竹筍出筍后，常溫下生理代謝過程旺盛且極易發生木質化［3］，因此開發安全高效保鮮技術以延緩其衰老與木質化的過程成為關鍵。

木質化是木質素單體聚合引起的植物體重要的生理過程［4］。木質素在次級細胞壁中沉積［5］，保護細胞壁多糖免受微生物的降解［6］。木質化過程降低采后竹筍的食用品質，目前主要通過低溫處理［7］，與通過褪黑素、草酸、水楊酸等化學抑制劑延緩竹筍木質化的過程［8-10］。但是化學方法具有營養貶值、變色和變味等缺點。

介質阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge，DBD）低溫等離子體是一種新型綠色保鮮物理方法［11］。低溫等離子體產生的RONS通過活性基團引起微生物細胞膜的氧化損傷［12］，且可以影響果蔬軟化與細胞壁合成的相關過程［13］。低溫等離子體處理產生的O3，H2O2，活性氧活性氮物質（RONS）等成分因子壽命短，擴散能力低，對采后果蔬的損傷?。?4］，少量的RONS成分可以作為信號因子引起果蔬自身代謝水平的變化，從而影響木質化進程［15］，但不同條件的低溫等離子體處理具有差異性［16］。本文通過多條件低溫等離子體處理雷竹筍，研究低溫等離子對竹筍貯藏過程衰老與木質化的抑制作用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用雷竹筍，產地江西，于2022年4月收獲并于24 h內運輸至實驗室。去除筍萚后篩選無機械損傷，無病蟲害，無褐變，長度15～18 cm，基部直徑3～5 cm的雷竹筍進行試驗處理。

試劑：福林酚、鄰苯三酚（上海源葉生物科技公司）；碳酸鈉、四氯化鈦（上海麥克林生化科技有限公司）。

儀器：TGL-18MS型臺式高速離心機（上海精密儀器有限公司）；DDS307A型電導率儀（上海雷磁儀器有限公司）；UVmini-1240型分光光度計（島津實驗器材有限公司）；DKZ-2型數顯恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設備有限公司）；TA-XT Plus型質構儀（北京微訊超技儀器技術有限公司）；NH310型手持色差儀（深圳三恩馳科技有限公司）；FD240型熱風循環烘箱（賓德環境試驗設備有限公司）。

1.2 試驗方法

根據前期試驗結果發現，高電壓短時間DBD處理與低電壓長時間DBD處理效果具有顯著差異性，因此從2種方案中均選擇效果較為顯著的處理參數進行后續試驗。將挑選后的雷竹筍分為4組，剝去筍萚，通過低密度聚乙烯（LDPE）袋進行塑封包裝后進行DBD處理，處理參數分別為30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）與150 kV/（1 min）。CK組不進行任何處理，僅進行塑封包裝。處理結束后，將竹筍置于（3±1）℃環境下貯藏。

在貯藏第3，6，9，12，15 d測量相關指標，每組在每個取樣時間取24根雷竹筍，每個指標均進行3次生物學重復。

1.3 項目測定

失重率采用李燦嬰等［17］的方法測定。色差采用手持色差儀按照季瀟男等［18］的方法測定。褐變指數通過將竹筍褐變與褐斑面積每10%定為1級。褐變面積＞60%視為不可食用，定為10級。竹筍褐變率的計算公式：竹筍褐變指數=（∑褐變竹筍數×褐變級數）÷（總竹筍數×最高級數）。硬度采用質構儀測定，探頭為P/2E，測試速度為1 mm/s，測試深度為3 mm。電解質滲透率采用徐海鴻等［19］的方法進行測定。木質素含量采用硫酸法（Klason法）進行測定［20］。H2O2含量采用潘家麗等［21］的方法進行測定?？偡雍坎捎酶Ａ址臃y定［22］。

1.4 數據分析

使用Origin 7和SPSS 21.0軟件進行數據分析［23-24］，P<0.05表示顯著差異，P<0.01表示極顯著差異。每個樣品的所有測定項目一式3份。

2 結果與分析

2.1 采后DBD處理對雷竹筍貯藏品質的影響

2.1.1 對失重率、色差與褐變率的影響

雷竹筍的水分在貯藏過程中因呼吸作用與蒸騰作用不斷減少，導致雷竹筍表皮皺縮，顏色變暗，對微生物的抵抗能力減弱。失重率可以一定程度上反應雷竹筍在貯藏過程中衰老的情況。如圖1（a）所示，DBD處理組在第3 d時，除30 kV/（5 min）處理組外，其他處理組與CK組并無顯著差異（P＞0.05）。隨著貯藏時間增加，DBD處理顯著延緩整個貯藏過程中失重率的增加（P＜0.05），并在貯藏15 d時達到最大值，此時DBD處理30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）與150 kV/（1 min）與CK組相比分別顯著降低33.9%，44.7%，30.5%。因此可知，DBD可有效減緩雷竹筍在采后貯藏過程中失重率的增加，且長時間的處理效果較好。

圖1 采后DBD處理對雷竹筍失重率、褐變指數、L*值和b*值的影響Fig.1 Effects of post-harvest DBD treatments on weight loss rate，browning index，L* value，and b* value of bamboo shoots

顏色是評價貯藏過程中雷竹筍品質變化的重要指標之一。隨著貯藏時間增加，雷竹筍的顏色由明亮的淡黃色逐漸轉變為暗黃色或黃綠色，并且隨著冷害與微生物的侵染，雷竹筍表面出現明顯的褐色斑紋或斑塊。如圖1（b）所示，DBD處理對雷竹筍的褐變均具有良好的抑制效果（P＜0.05）。在貯藏12 d后，CK組竹筍表面已出現明顯褐斑，出現大面積暗褐色區域，褐變率最高達37.6%，而DBD處理組在貯藏期間褐變率均顯著低于CK組（P＜0.05）。由此可知，DBD處理具有保持采后雷竹筍良好感官品質的作用。以往的研究也指出，長時間DBD處理可以將荔枝過氧化物酶（POD）失活至47.16%［25］，這是延緩植物體褐變的重要過程，與本文結果一致。

如圖1（c）和圖1（d）所示，在整個貯藏過程中，CK組的L*值相較于處理組顯著降低（P＜0.05），而b*值相較于處理組顯著升高（P＜0.05）。從第6 d開始，處理組的L*與b*值均明顯高于CK組；在貯藏至15 d時，CK組L*值降低24.1%，b*值提高22.6%。DBD處理可以顯著延緩雷竹筍采后的暗變與黃變。過度處理后，DBD處理對雷竹筍暗變與黃變的抑制能力降低，在貯藏后期，30 kV/（10 min）處理組的L*值迅速下降，代表抑制竹筍暗變的效果減弱。同時，120 kV/（1 min）處理組與CK組相比，對L*值降低與b*值上升的抑制率分別達到51.9%與46.5%，這表明高電壓短時間處理對顏色的保護效果最佳。

2.1.2 對硬度與木質素含量的影響

硬度是評價采后雷竹筍內在品質的一項直觀指標。木質素是由羥基肉桂醇單體合成的芳香族聚合物大分子，包括對香豆基、針葉樹醇和芥子醇［26］。木質素的沉積是果蔬木質化的主要原因，也是導致竹筍硬度上升、口感下降的重要因素。

由圖2（a）可知，長時間的DBD處理可以延緩竹筍在貯藏過程中硬度的上升。在貯藏3～6 d和12～15 d低強度長時間DBD處理組與CK組具有顯著差異（P＜0.05）。但30 kV/（10 min）處理組的硬度在3，15 d時顯著低于30 kV/（5 min）處理組（P＜0.05），其他時間2組之間并沒有顯著差異（P＞0.05）。這表明隨著處理時間的增加，DBD處理延緩竹筍硬度上升的能力沒有明顯提升。此外，120 kV/（1 min）處理組在貯藏過程中呈現促進硬度上升的趨勢，差值最大時比CK組高9.3%。

圖2 采后DBD處理對雷竹筍硬度和木質素含量的影響Fig.2 Effects of post-harvest DBD treatments on hardness and lignin content of bamboo shoots

由圖2（b）知，30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）處理組顯著抑制竹筍采后木質化的發生（P＜0.05），差值最大時分別比CK組低9.1%與12.0%。在貯藏3，9 d時，120 kV/（1 min）處理組木質素含量均顯著高于CK組（P＜0.05），這代表高電壓短時間處理促進雷竹筍采后木質化的進程。

DBD處理顯著延緩竹筍的采后木質化，同時硬度分析表明，低溫等離子體可以延緩硬度的增加。在試驗過程中發現較長時間處理導致貯藏早期時的硬度降低，表明長時間處理可能對竹筍造成有限的細胞壁損傷，這有助于提高貯藏過程中雷竹筍的可食用性。ZHOU等［27］也觀察到這一點，20 min的低溫等離子體處理會使藍莓果實軟化，引起細胞壁損傷。

2.1.3 對電解質滲透率的影響

電解質滲透率是評價細胞膜通透性的重要指標，代表果蔬在貯藏過程中的抗逆性。竹筍在貯藏過程中隨著木質化的發生，電解質滲透率降低，當受到微生物侵染時，細胞被破壞，電解質滲透率上升。由圖3可知，120 kV/（1 min）處理組在貯藏過程中顯著低于CK組（P＜0.05），30 kV/（5 min）處理組的電解質滲透率在第3，6 d時低于CK組，此后迅速升高，貯藏至12，15 d時，顯著高于CK組。30 kV/（10 min）處理組在貯藏過程中高于CK組，表明長時間的DBD處理會引起竹筍細胞膜脂過氧化，造成細胞膜破損，而高強度短時處理則具有保護細胞膜完整性的作用。這與報道所說RONS可引起氧化應激，導致細胞膜和細胞內成分的氧化損傷一致［28］。

圖3 采后DBD處理對雷竹筍電解質滲透率的影響Fig.3 Effects of post-harvest DBD treatments on electrolyte permeability of bamboo shoots

2.1.4 對H2O2含量與總酚含量的影響

H2O2被視為參與木質化過程的主要ROS之一，在木質素單體氧化聚合成木質素的過程中起到催化作用，同時作為細胞信號因子參與木質部細胞的調節作用［29］。由圖4（a）可知，30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）處理組在貯藏中后期H2O2含量顯著低于CK組（P＜0.05），在貯藏至15 d時，處理組比CK組含量低35.4%以上。而120 kV/（1 min）處理組含量在貯藏前期顯著高于CK組（P＜0.05），在木質素合成過程中起到促進作用，并在達到頂峰后迅速下降至低水平，減少雷竹筍細胞損傷。長時間低溫處理時間會降低H2O2含量，這可能是由于較長時間的暴露會產生更多的活性氧（ROS）和活性氮（RNS），可以有效地引起氧化應激反應，從而提高抗氧化酶的活性。

圖4 采后DBD處理對雷竹筍H2O2含量和總酚含量的影響Fig.4 Effects of post-harvest DBD treatments on H2O2 content and total phenol content of bamboo shoots

總酚含量是果蔬采后過程中重要的營養指標與氧化應激的指標，也可作為苯丙烷途徑的底物與中間產物存在，是木質素合成的重要原料。由圖4（b）可知，CK組雷竹筍在貯藏期間總酚含量呈先上升后下降的趨勢，DBD處理后雷竹筍的總酚含量在貯藏前期顯著低于CK組（P＜0.05）,并呈現下降趨勢，隨后隨著貯藏時間增加逐步上升，在貯藏至15 d時再次下降。且隨著處理時間增加，總酚含量上升的時間逐漸推遲，120 kV/（1 min）處理組在貯藏至12，15 d時，總酚含量顯著高于CK組（P＜0.05）。有報道稱DBD處理10 min的棗在貯藏過程中表現出更強的抗氧化性與更高的總酚含量，并發現其抗氧化活性受到苯丙類生物合成途徑基因表達的影響，這是果蔬應對環境防御氧化損傷的應激過程［30］，與本文結論一致。

2.2 貯藏品質相關性分析與主成分分析

由圖5可知，貯藏時間與失重率、L*值、b*值、硬度與木質素含量等多數貯藏指標均呈顯著相關，其中L*值與H2O2含量呈現顯著負相關（P＜0.05）。H2O2可產生自由基引起膜脂過氧化，同時也作為苯丙烷生物合成途徑的信號因子存在，因此H2O2含量與木質素含量也呈現顯著正相關（P＜0.05）。但是L*值與木質素含量并沒有顯著相關性（P＞0.05），這表明竹筍并不是由于苯丙烷途徑的代謝產物導致的顏色變暗，而是由于膜脂過氧化導致細胞破損，從而引起細胞內酚類物質與細胞間多酚氧化酶發生酶促褐變導致顏色變暗。電解質滲透率、總酚含量與L*值具有正相關，但相關性并不顯著（P＞0.05），這是因為這2個指標互為影響因素但都不是影響L*降低的決定因素。

圖5 采后雷竹筍各指標間的相關性分析Fig.5 Correlation analysis among various indicators of post-harvest bamboo shoots

圖6顯示不同處理方法對雷竹筍貯藏過程中貯藏品質影響的主成分分析，其中第一、第二主成分貢獻率分別為62.5%與18.2%。在竹筍貯藏過程中，木質素含量、H2O2含量、硬度、總酚含量、失重率與L*值對第一、第二主成分貢獻均較大，而褐變指數與b*值對第一主成分貢獻較大，電解質滲透率僅對第二主成分貢獻較大。因此木質素含量、H2O2含量、硬度、總酚含量和失重率為竹筍貯藏過程中的關鍵指標。在貯藏過程中隨著貯藏時間的增加，各處理組因子均向右半區移動，這代表著竹筍的貯藏品質下降。在貯藏前期處理組［30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）］與CK組均位于左下象限，隨著貯藏時間增加，CK組因子向右半區移動并在貯藏后期位于右上象限，這代表竹筍在貯藏過程中發生木質化，而處理組［30 kV/（5 min），30 kV/（10 min）］因子則先向右上移動后向右下移動并停留在右下象限，這代表處理組抑制貯藏過程中竹筍的木質化，但因此降低竹筍的抗逆性，在貯藏后期對細胞組織的保護能力降低。120 kV/（1 min）處理則加劇竹筍的木質化進程，并減少竹筍細胞的破損。雷竹筍采后木質素含量與H2O2含量的載荷幾乎重疊，這與相關性分析結果相似，證明DBD處理通過調控H2O2含量來影響竹筍的木質化進程。

圖6 采后雷竹筍貯藏品質主成分分析雙標圖Fig.6 Double plot of scores for analysis of principal component of storage quality in bamboo shoots

通過相關性與主成分分析［31］，DBD處理后木質素含量與硬度呈現處理時間依賴性，隨著處理時間的增加逐漸降低后升高，這是因為H2O2作為激活苯丙烷途徑的信號因子，在竹筍體內起到促進木質素合成的作用。隨著處理時間增加，H2O2含量降低，木質素合成過程被抑制，這與郭依萍等［32］的研究一致。但是長時間的DBD處理［30 kV/（10 min）］后，竹筍的顏色品質、褐變率相較與其他DBD處理組均有所下降，而電解質滲透率升高，這是因為過量的處理導致如H2O2等RONS的過量增加，使植物體氧化應激過程調節能力降低，一方面降低其對微生物侵染的抵抗能力；另一方面過量的活性氧成分產生大量自由基從而引起細胞膜脂過氧化。高強度短時間DBD處理在貯藏前期大幅提高H2O2含量，這可能一方面與低溫等離子體本身的組成有關；另一方面是高強度的刺激短期抑制竹筍的氧化應激，導致H2O2的積累。同時H2O2又作為信號因子促進植物體自身抗氧化過程。因此在短暫的快速升高后，竹筍體內H2O2含量迅速降低，反而起到保護竹筍細胞，延緩衰老的作用。

3 結語

DBD處理調節雷竹筍氧化應激與苯丙烷生物合成相關途徑活性，可以有效延緩雷竹筍采后貯藏過程中的衰老，有效保護雷竹筍的顏色、組織結構與營養品質。但不同時間的DBD處理對雷竹筍采后貯藏保鮮效果具有較大的差異。120 kV/（1 min）的DBD處理上調雷竹筍貯藏過程中的木質素含量，而30 kV/（5 min）與30 kV/（10 min）等長時間處理則下調木質素的合成。通過對H2O2含量與其他指標的相關性分析與主成分分析發現，DBD處理通過調控雷竹筍體內H2O2含量來影響苯丙烷途徑的生物合成，從而調節雷竹筍體內的木質素含量。研究為竹筍采后貯藏保鮮提供參考依據與思路。