甘薯[Ipomoea batatas (L.) Lam.]是我国重要的粮食及工业原料作物[1]。作为食物,新鲜的甘薯块根口感独特、营养丰富,具有抗氧化、防癌等多种保健功能,受到广大消费者青睐[2]。但甘薯组织含水量高、皮薄肉嫩,采收时容易损伤,采收后也不进入休眠,贮藏期间易发生腐烂、发芽和失重等问题,导致甘薯大量损耗、品质明显降低,严重阻碍了鲜薯产业的发展[3,4,5]。有效的甘薯贮藏保鲜手段是解决以上问题的关键。
UV-C是波长在200~280 nm的短波紫外,可杀灭植物表面病原菌,提高植物自身的抗逆性,在果蔬采后保鲜上具有无残留、安全、高效等优点[6]。蒋紫洮等[7]用UV-C处理龙眼,减少了龙眼果实的失重率,延缓了龙眼的成熟软化和可溶性固形物的降解。郑杨等[8]用1.7 kJ/m2的UV-C处理韭菜,减少了韭菜蛋白质、总酚等营养物质的流失,并显著降低了韭菜的黄变率和腐烂率。UV-C处理对果蔬保鲜的积极效果也在草莓[9]、菠萝[10]、苹果[11]、花椰菜[12]、香菇[13]等众多物种中被报道。
木薯、马铃薯和甘薯是全球三大薯类,UV-C对木薯和马铃薯的保鲜效果已被报道[14,15,16],但对甘薯贮藏的影响还不明确。Rocha等[14]首次发现对马铃薯采后使用UV-C和荧光灯照射,有利于软腐病的防治,而不影响其发芽。余斌等[15]也发现适当剂量UV-C处理能有效减少马铃薯干腐病。王中元等[16]发现UV-C处理能延缓木薯的成熟和衰老,提高抗病能力,改善外观品质。
本研究以海南桥头产区的“高系14”甘薯为材料,分别进行10、20、30 min的UV-C照射,统计甘薯贮藏60 d内的腐烂率、失重率和发芽率,并同时定期取样,测定5种生理指标,包括可溶性蛋白和可溶性固形物（TSS）的含量,以及过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性。以期通过对甘薯贮藏期的外观和生理指标的综合评价,探讨UV-C处理对甘薯贮藏品质的影响,为安全有效的甘薯贮藏保鲜技术提供新的思路和理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料 研究材料为海南桥头产区的“高系14”甘薯。样品采后立即运回实验室,挑选无病虫害、无明显机械伤、大小均一的薯块,在阴凉通风的室内平摊放置,进行7 d的愈伤处理后备用。愈伤期间保持室温为28 ℃、相对湿度为88%。
1.1.2 试剂 磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、乙二胺四乙酸二钠、无水乙醇、30%双氧水、磷酸、L-甲硫氨酸、氮蓝四唑（NBT,上海麦克林生物有限公司）、核黄素（美国Amresco公司）、愈创木酚（索莱宝公司）、考马斯亮蓝（索莱宝公司）和牛血清蛋白（索莱宝公司）等。所有试剂均为分析纯。
1.1.3 仪器 梅特勒-托利多PL303电子分析天平,广州沪瑞明仪器有限公司;UV-2100型紫外可见分光光度计,尤尼柯（上海）仪器有限公司;冷冻离心机,美国Sigma;手持折光仪,日本ATAGO;紫外杀菌灯,上海亚研电子科技有限公司。
1.2 方法
1.2.1 样品处理 UV-C处理：随机挑选40个甘薯为一组,置于紫外灯下分别照射10、20、30 min,并在照射时间达到一半时翻转薯块,以使薯块上下面均得到照射。紫外灯下30 cm处的紫外强度为0.20 mW/cm2,3种处理对应的UV-C辐射剂量分别为1.2、2.4、3.6 kJ/m2。以未照射的薯块为对照（CK）,每个处理设3组重复。
处理后的薯块用记号笔在薯皮上标记,并按组收集于塑料筐中,放置于室内桌面,定期观察取样。实验期间,室内温度为22 ℃左右（最低15 ℃,最高30 ℃）,空气相对湿度为90%左右（最低58%,最高99%）,光照为室内自然光（白天光强度为10~200 lx）。期间每隔10 d统计各组的腐烂率、发芽率和失重率,并取出腐烂的甘薯置于筐外稍远处。对于生理生化指标,每20 d从各筐中挑选一个没有发芽或腐烂的甘薯,去皮后迅速切成细丁,装于密封袋中置-80 ℃冰箱存放。取样结束后,统一测定所有样品的生理生化指标,测量时每个样品设置3次技术重复。
经过60 d的贮藏后,大部分的薯块发芽,故于第60 d的取样后终止实验。
1.2.2 指标测定 （1）腐烂率的测定：以薯皮发软或出现霉点即视为腐烂。
$腐烂率=\frac{n}{N}\times 100\text{ }\!\!%\!\!\text{ }$
式中：n为腐烂甘薯的个数,N为初始甘薯个数。
（2）失重率的测定：采用称重法测定。
失重率$=\frac{M-m}{M}\times 100\text{ }\!\!%\!\!\text{ }$
式中：M为处理前各薯块的初始重量,m为测定时各薯块的重量。
（3）发芽率的测定：以薯皮出现肉眼可见的芽点视为发芽。
$发芽率=\frac{{{n}_{1}}}{N}\times 100\text{ }\!\!%\!\!\text{ }$
式中：n1为发芽的薯块个数,N为薯块总数。
（4）发芽指数：即组内每个薯块平均产生的芽点数。
发芽指数=$\left( \mathop{\sum }^{}k \right)/N$
式中：k为各薯块产生的芽点数,N为甘薯总个数。
（5）可溶性蛋白含量的测定：利用考马斯亮蓝法[17]。
可溶性蛋白含量（mg•g -1） $=\frac{\text{C}\times \frac{V}{{{V}_{\text{t}}}}}{W}$
式中：V为提取液总体积,Vt为测定时所用酶液体积,W为样品鲜重。
（6）TSS的测定：取3 g甘薯细丁,加6 mL蒸馏水研磨,4000 r/min离心10 min,取上清液滴于手持式折光仪的检测口。每个样品重复3次,并记录数据。
TSS（%）=读数×3
式中：3为稀释倍数。
（7）POD酶活性测定：采用紫外吸收法[17]。
POD酶活性（U·g -1·min-1）= $\text{ }\!\!~\!\!\text{ }\frac{\Delta {{A}_{470}}\times V}{W\times {{V}_{t}}\times 0.01\times t}$
（8）SOD酶活性测定：采用氮蓝四唑法[17]。
SOD酶活性（U·g-1）= $\frac{({{A}_{\text{CK}}}-{{A}_{\text{E}}})\times V}{\frac{1}{2}\times {{A}_{\text{CK}}}\times W\times {{V}_{t}}}$
（9）CAT酶活性测定：采用过氧化氢还原法[18]。
CAT酶活性（U·g-1·min-1）= $\frac{\Delta {{A}_{240}}\times V}{W\times {{V}_{t}}\times 0.01\times t}$
以上3式中：V为提取液总体积,Vt为测定时所用酶液体积,W为样品鲜重,t为反应时间,ACK为照光对照管的吸光度,AE为样品管的吸光度。
1.3 数据处理
采用Excel软件和SPSS 20.0软件进行数据处理和显著性分析,误差分析采用标准偏差SD（standard deviation）。
2 结果与分析
2.1 UV-C处理对甘薯表观指标的影响
2.1.1 UV-C处理对甘薯腐烂率的影响 由图1可知,UV-C处理显著抑制了甘薯的腐烂。对照组（CK）从第10天即出现腐烂,随着贮藏时间的延长,腐烂率呈现阶梯型上升趋势,第60天时腐烂率达12.5%。而紫外照射10、20 min的处理组,在第50天后开始腐烂,第60天的腐烂率分别为5.0%和2.5%。紫外照射30 min组,在实验期间并未观测到腐烂情况。可见,UV-C照射时间越长,防腐效果越好。
图3 不同时长UV-C处理的甘薯发芽率Fig. 3 The germination rate of sweet potatoes after UV-C treatment for different irradiation time |
表1 不同时长UV-C处理的甘薯发芽指数Tab. 1 The germination index of sweet potatoes after UV-C treatment for different irradiation time |
| 照射时长 Irradiation time | 贮藏时间Storage time /d | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
| CK | 0 | 0.03±0a | 0.08±0a | 0.08±0a | 0.43±0.05a | 1.05±0.13a | 2.03±0.24ab |
| 10 min | 0 | 0.06±0b | 0.15±0b | 0.20±0b | 0.43±0.03a | 1.00±0.08a | 1.80±0.15a |
| 20 min | 0 | 0.07±0c | 0.15±0b | 0.20±0.01b | 0.58±0.01b | 1.40±0.12b | 1.95±0.21ab |
| 30 min | 0 | 0.10±0d | 0.28±0c | 0.33±0.03c | 0.88±0.04c | 1.48±0.23b | 2.18±0.34b |
Note: The data with different lowercases in same column show significant difference (p<0.05). | |
注：不同小写字母表示差异显著（p<0.05）。 |
2.2 UV-C处理对甘薯品质指标的影响
2.3 UV-C处理对甘薯抗氧化酶POD、SOD、CAT活性的影响
植物抗氧化酶系,如POD、SOD和CAT具有抗氧化活性,能清除各种胁迫造成的活性氧、抑制膜脂过氧化,在维持细胞膜正常代谢、延缓衰老等方面起到重要作用[22]。
由图6可知,所有处理组甘薯的POD酶活性在整个贮藏过程中都显著高于第0天。整体来看,对照组与紫外处理10 min组甘薯的POD酶活性呈缓慢上升趋势,而20、30 min处理组则呈先升高后降低的趋势。对比不同处理组,可发现UV-C照射20、30 min能在前期显著提高POD酶活水平,但贮藏后期POD的酶活水平反而下降。
由图7可知,相比于第0 d,贮藏期间内所有处理组甘薯的SOD酶活性均显著降低。20 min处理组甘薯的SOD酶活性均略高于其他组。可见,紫外照射甘薯20 min对SOD酶活性具有一定的促进作用。
由图8可见,随着贮藏时间的延长,所有处理组甘薯的CAT酶活性均呈先上升后降低的变化趋势。在第20 d时,各组的CAT酶活性达到峰值,尤其是CK组和30 min处理组。随后各组甘薯的CAT酶活性均呈下降趋势,尤其是CK组下降趋势最为明显。
3 讨论
目前UV-C在龙眼[9]、草莓[11]、马铃薯[15]、木薯[16]等多种植物的保鲜应用上已取得初步成效,能够起到延缓果蔬采后衰老的作用。从本研究中甘薯的表观指标来看,甘薯贮藏期间腐烂率呈现阶梯型递增曲线,失重率呈线性直线,而发芽率则呈现指数型增长模式,以上不同的曲线趋势反映了甘薯的生理特点。UV-C处理对甘薯具有显著的防腐效果,并与紫外处理时间呈正比,这与UV-C的杀灭病菌的能力相符合。失重率上,仅UV-C 10 min处理组的数据稍微偏高,其余组与对照基本一致。李玉娟等[23]利用UV-C处理显著降低了苹果的失重率;Perkins-Veazie等[24]发现短波紫外并不影响蓝莓的失重率,其原因可能在于不同作物采后的呼吸作用及表皮对紫外的敏感程度不同。在发芽方面,紫外处理显著促进了甘薯的发芽,并与紫外处理时间成正相关。这与姜智超[25]与张晓晶等[26]分别在玉米和冬小麦种子中的研究结果一致。
综上所述,紫外处理显著降低了甘薯贮藏期间的腐烂率,但同时促进了发芽,而对失重率无显著影响。其中30 min的UV-C处理对腐烂率和发芽率的影响最为显著。生理指标方面,紫外照射有助于可溶性蛋白的积累,减少甘薯在贮藏期间TSS的消耗,能提高甘薯CAT、SOD和POD的总体酶活水平,延缓甘薯衰老。
从本研究结果来看,紫外处理若要应用于甘薯贮藏保鲜,还需要辅助使用其他的抑芽手段。