Effects of High-Voltage Electrostatic Field（HVEF）Treatment on the Quality of Fresh-Cut Bamboo Shoots (Acidosasa edulis) During Cold Storage
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摘要: 本实验研究了高压静电场对冷藏鲜切黄甜竹笋品质、木质化和褐变的影响。黄甜竹笋剥壳切段后经高压静电场(600 kV/m）处理120 min，而后于（6 ±1）℃、80%~85%相对湿度环境下贮藏10 d。结果显示：高压静电场处理显著（P<0.05）抑制了黄甜竹笋基部切面的褐变，显著（P<0.05）延缓了黄甜竹笋的呼吸速率、硬度、纤维素、木质素和H2O2含量的上升，同时也显著（P<0.05）抑制了苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia lyase, PAL）、过氧化物酶（peroxidase, POD）、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）的活性，显著（P<0.05）提高了超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和过氧化氢酶（catalase, CAT）的活性。结果表明，高压静电场处理能够抑制采后鲜切黄甜竹笋的木质纤维化和褐变，延缓品质劣变。Abstract: Fresh-cut bamboo shoots (Acidosasa edulis) were subjected to high-voltage electrostatic field (HVEF) treatment at 600 kV/m for 120 mins and then stored at (6±1) ℃ along with 80%~85 % RH for 10 days to investigate the effects of HVEF treatment on the edible quality, lignification and enzymatic browning. The results indicated that HVEF treatment significantly (P<0.05) inhibited wound browning, slowed down the increase of respiratory rate, flesh firmness and accumulation of cellulose and lignin and hydrogen peroxide (H2O2) content, significantly (P<0.05) decreased the activities of phenylalanine ammonia lyase (PAL), peroxidase (POD), cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD) and polyphenol oxidase (PPO), and also significantly (P<0.05) increased the activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) during cold storage. It was suggested that HVEF treatment delayed wound browning and lignification in bamboo shoots compared with the control.
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Keywords:
- bamboo shoot /
- high-voltage electrostatic field (HVEF) /
- lignification /
- browning /
- cold storage
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黄甜竹（Acidosasa edulis）是禾本科酸竹属（Acidosasa）混生竹，在浙西南地区广泛种植。黄甜竹笋味道鲜甜、口感细腻，富含丰富的氨基酸、矿物元素、膳食纤维等营养素。由于出笋期为4~5月份，气温较高，采后极易发生褐变、木质化和腐烂变质，保鲜难度大，严重制约着产品的流通和销售，影响产业的发展。
高压静电场是一种物理处理方法，其特点是无化学和辐照残留，也无加热效应[1]。研究表明，高压静电场处理能够有效延长鲜切甘蓝、小玉米、鲜切西兰花以及柿子采后冷藏货架期并延缓色泽劣变、硬度下降[1-3]；调控番茄匀浆中果胶甲酯酶的活性以改善果汁品质[4]；有效抑制三文鱼、奶酪等食品体系中金黄色葡萄球菌、低盐腌制冷冻鲤鱼中假单胞菌、冷藏鲶鱼片鲍曼不动杆菌和链球菌的生长并通过延缓ATP降解、脂肪氧化延长货架期和保持品质[5-8]。也有研究发现，高压静电场处理有助于降低白蘑菇和猪里脊肉冷冻过程中的冰晶粒度，并抑制冰晶数量快速增加，从而改善品质[9-10]；高压静电场处理还能够提高冷冻牛肉、猪里脊肉和兔肉的解冻效率，抑制解冻过程中自由基引发的肌原纤维蛋白和血色素的氧化反应和改善肌原纤维蛋白的持水力以及胶凝强度，进而保持较好的品质[11-14]。然而，关于高压静电场处理对鲜切黄甜竹笋冷藏期间的褐变、笋肉木质化以及品质影响的研究尚无报道。鲜切笋产业是近些年来快速发展的一个冷链蔬菜产业，其因加工烹饪方便及无笋壳等固体废弃物污染等优点广受城市消费者的欢迎，鉴于此，本实验以鲜切黄甜竹笋为原料，研究高压静电场处理延缓鲜切黄甜竹笋冷藏期间木质化、褐变进程以及延缓品质下降的效果，为探索鲜切黄甜竹笋新的保鲜方法提供一定的实验依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
黄甜竹笋 五月初早上6:00左右采集于浙江省丽水市农林科学研究院的黄甜竹竹林。黄甜竹笋采收后，就地挑选外观完好、无病虫害且笋体基部直径（4~6 cm）和长度（30~35 cm）的笋，放置于泡沫箱中3 h内运至实验室；L-苯丙氨酸、愈创木酚、4-香豆酸、辅酶A（CoA）、二硫苏糖醇（dithiothreitol，DTT）、聚乙烯吡咯烷酮、PEG6000、邻苯二酚、次氯酸钠 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；松柏醇、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+） Sigma公司；0.05 mm厚度聚乙烯薄膜袋 妙洁公司。
DC（SC-PME）电场发生器 台湾COSMI公司；3-30K冷冻离心机 Sigma公司；TYI-3016F便携式红外二氧化碳分析仪 上海唐仪电子科技有限公司；UV2450岛津紫外可见分光光度计 日本岛津公司；MIR-554恒温恒湿箱 Sanyo公司；TA-XT2i质构仪 Stable Micro Systems Ltd（经销商：厦门超技仪器设备有限公司）；CHROMA METER CR-400色差仪 柯尼卡公司。
1.2 实验方法
1.2.1 黄甜竹笋的预处理及贮藏
鲜切所用器具预先用150 μL·L−1的次氯酸钠浸泡消毒5 min，自来水冲洗后，晾干备用。将黄甜竹笋样品切除基部3~4 cm不可食用部分，小心剥除笋壳，用150 μL·L−1的次氯酸钠浸泡消毒5 min，自来水冲洗，阴凉通风处晾干10 min，切段后经高压静电场（高压静电场实验设备结构原理如图1所示）（600 kV/m）处理120 min（该参数为前期预实验获得的最佳处理），对照无电场处理。置于消毒过且沥干的白色沥水筐内，外套0.05 mm 厚聚乙烯薄膜袋，敞口，置于（6±1）℃、80%~85%相对湿度的恒温恒湿箱中贮藏10 d（恒温恒湿箱实验之前用自带杀菌UV-C灯管辐照内部环境30 min）。
每2 d随机取样品，检测切面的色差、测定呼吸速率、失重率，同时取自笋体基部切口位置往上2 cm到4 cm的一段用于检测笋肉硬度、木质素和纤维素含量、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia lyase, PAL）、过氧化物酶（peroxidase, POD）、肉桂醇脱氢酶（cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和过氧化氢酶（catalase, CAT）酶活性和H2O2含量。实验重复3次，每个处理每次取样24段笋。
1.2.2 指标测定方法
1.2.2.1 呼吸速率的测定
取6个密封良好且洁净的干燥器，分别在相应的贮藏温度下，先用便携式红外线CO2分析器检测各自干燥器中CO2浓度（C0），然后将对照和高压静电场处理的鲜切黄甜竹笋放入各自对应的干燥器中，密封后放置2 h，再检测干燥器中CO2浓度（C1），根据前后CO2浓度变化、干燥器的容积（V干）与笋的体积（V笋）以及笋的质量（m笋）计算呼吸速率，呼吸速率=（C1−C0）×（V干−V笋）/（m笋×2）。
1.2.2.2 硬度的测定
从黄甜竹笋取样部位切下约0.6~0.8 cm厚笋肉，用质构仪P/2平头柱形探头检测笋肉的硬度，探头测试深度为4 mm，贯入速度为0.5 mm·s−1，单位为N，三次重复，取平均值。
1.2.2.3 纤维素和木质素的测定
参照LUO等[15]的方法，结果以占笋肉鲜重质量百分比计，纤维素（木质素）含量（%）=纤维素（木质素）质量/测定用笋肉组织鲜重×100。
1.2.2.4 PAL、CAD、POD、PPO活性的测定
PAL、POD、PPO活性测定参照曹建康等[16]的方法，CAD活性测定参照LUO等[15]报道的方法。
1.2.2.5 色差的测定
采用色差仪测定黄甜竹笋切面的L*值，三次重复，取平均值。
1.2.2.6 可食用率的评定
鲜切黄甜竹笋取样时，称取初始重量m0；切除明显褐变、异味等不可食用部分，至保留部分呈该笋自然的淡米黄色和特有的鲜甜味，称其质量m1，可食用率（%）=m1/m0×100。
1.2.2.7 SOD、CAT活性的测定
SOD、CAT活性测定参照曹建康等[16]报道的方法。
1.2.2.8 H2O2含量的测定
H2O2含量的测定参照MUKHERJEC 等[17]的方法。
1.2.2.9 菌落总数测定
参照YANG等[18]的方法。
1.3 数据分析
SPSS 16.0 用one-way ANOVA方法对数据进行显著性检验分析，用Duncan进行多重比较分析（P<0.05），用Excel作图。
2. 结果与分析
2.1 高压静电场处理对黄甜竹笋的呼吸速率的影响
冷藏过程中，黄甜竹笋呼吸速率总体呈现随时间的延长逐渐升高趋势，在第2 d，高压静电场处理黄甜竹笋的呼吸速率略低于对照但差异不显著，其后的4~10 d内，明显低于对照（P<0.05）（图2）。
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采后的竹笋，在贮藏过程中一直进行呼吸，呼吸会导致水分和干物质的损失，引起失重失鲜等[19]。因此，降低呼吸速率对维持采后黄甜竹笋的品质和延长贮藏期是至关重要的。本研究发现，高压静电场处理能够显著抑制鲜切黄甜竹笋冷藏过程中呼吸速率的上升，LIU等[1]通过研究提出，高压静电场对果蔬呼吸速率的抑制与其对丙酮酸脱氢酶等系列酶活性的抑制作用密切相关。本研究结果与LIU等[1]研究的高压静电场处理能降低柿子采后呼吸速率，ATUNGULU等[20]研究的高压静电场处理能够抑制苹果贮藏过程中呼吸速率相一致，说明高压静电场处理能够抑制冷藏黄甜竹笋的呼吸速率。
2.2 高压静电场处理对黄甜竹笋的硬度、纤维素和木质素含量的影响
冷藏过程中，黄甜竹笋笋肉组织的硬度随着冷藏时间的延长呈现逐渐上升趋势，在0~2 d内，高压静电场处理抑制笋肉硬度上升的效果不明显，而4~10 d，高压静电场处理显著抑制了笋肉组织硬度上升（P<0.05）（图3A）；同时，高压静电场处理在4~10 d内也显著抑制了笋肉组织中木质素和纤维素的累积（P<0.05）（图3 B和C）。
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图 3 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋硬度、纤维素和木质素含量的影响Figure 3. Effect of HVEF treatment on firmness and content of cellulose and lignin of bamboo shoots during storage at 6 ℃2.3 高压静电场处理对黄甜竹笋的PAL、CAD、POD、PPO活性的影响
如图4所示，对照与高压静电场处理的黄甜竹笋中PAL活性在贮藏期内呈现上升趋势，高压静电场处理的黄甜竹笋中PAL活性在第4 d和8~10 d内显著低于对照（P<0.05）（图4 A）；对照与高压静电场处理的黄甜竹笋中CAD活性变化规律相似，高压静电场处理的黄甜竹笋中CAD活性在4~6 d和第10 d显著低于对照（P<0.05）（图4 B）；同时，高压静电场处理在4~10 d内也显著抑制了笋肉组织中POD和PPO的活性（P<0.05）（图4 C 和D）。
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图 4 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋的PAL、CAD、POD、PPO活性的影响Figure 4. Effect of HVEF treatment on activities of PAL, CAD, POD and PPO of bamboo shoots during storage at 6 ℃相关学者研究发现，由于采收期间的机械损伤等原因诱发采后竹笋组织中纤维素和木质素持续快速合成，进而导致笋肉组织快速木质化，是引起食用品质下降的一个主要原因[19]。LUO等[15]研究发现，木质素反应是经由植物苯丙烷类代谢经过一系列酶促反应合成，PAL 是该代谢途径第一个关键限速酶，CAD是中间步骤的关键酶，而 POD是最后一个关键酶，催化木质素单体聚合而成木质素大分子，期间需要H2O2的参与。多数研究认为，PAL、CAD、POD 三个酶活性增加能加速竹笋组织中木质素累积[21-22]；另有学者研究指出，PPO也能够通过催化酚类物质的氧化而参与木质素的合成代谢[23]。
本实验结果显示，冷藏期间，高压静电场处理显著抑制了黄甜竹笋的笋肉组织中 PAL、CAD、PPO 和 POD 活性上升，同时也显著抑制了笋肉硬度增加以及纤维素和木质素的累积；相关学者研究指出，抑制PAL、CAD、PPO 和POD 等酶活性能够有效抑制竹笋采后木质化进程，延缓笋肉组织木质素累积和硬度上升[15, 19, 22-23]，与本实验的研究结果是一致的。说明高压静电场处理能够通过降低木质素合成代谢关键酶的活性进而迟滞木质化过程，延缓品质劣变。
2.4 高压静电场处理对黄甜竹笋基部切口L*值、外观和可食用率的影响
随着冷藏时间的延长，黄甜竹笋切面 L*值逐渐降低，在冷藏的第2 d，高压静电场处理的黄甜竹笋的L*值略高于对照，而其后的4~10 d内，高压静电场处理黄甜竹笋的L*值显著高于对照（P<0.05）（图5）。
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图 5 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋色差L*值的影响Figure 5. Effect of HVEF treatment on L* value of bamboo shoots during storage at 6 ℃同时，冷藏到第10 d，对照黄甜竹笋的切面和笋体自基部向上发生较明显褐变，笋肉和外表面呈现明显的棕褐色且有明显酸腐味；而高压静电场处理黄甜竹笋的笋体颜色大部分仍呈现淡黄色，切面颜色为淡棕黄色、轻微褐变，笋体比较饱满且仍然有黄甜竹笋特有的鲜甜味，可食用率（86.6%）比对照（56.2%）高 30%以上（图6）。说明高压静电场能够有效抑制鲜切笋的褐变。
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图 6 高压静电场处理后冷藏10 d黄甜竹笋的外观状况Figure 6. The appearance of bamboo shoots with HVEF treatment stored for 10 days at 6 ℃竹笋冷藏过程中易发生褐变，这是导致品质劣变的另一个重要因素，DEGL'INNOCENTI等[24]和PEISER 等[25]研究指出，采后果蔬的褐变是以PPO、POD为代谢关键酶的一系列生物化学反应过程。LUO等[26]研究发现水杨酸处理能够通过抑制POD和PPO活性的上升进而抑制采后雷竹笋的褐变。本实验的结果显示，高压静电场处理也能够有效抑制鲜切黄甜竹笋中PPO和POD活性上升，并延缓了褐变的发生，说明高压静电场也能够通过抑制褐变关键酶活性达到延缓褐变的效果。
2.5 高压静电场处理对黄甜竹笋的SOD、CAT活性的影响
对照与高压静电场处理的黄甜竹笋中SOD和CAT活性在贮藏期内都呈现先上升而后下降的趋势，高压静电场处理的黄甜竹笋中SOD和CAT活性在4~10 d显著高于对照（P<0.05）（图7 A和B）。
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图 7 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋SOD、CAT活性的影响Figure 7. Effect of HVEF treatment on activities of SOD and CAT of bamboo shoots during storage at 6 ℃2.6 高压静电场处理对黄甜竹笋中H2O2含量的影响
对照与高压静电场处理的黄甜竹笋中H2O2含量在贮藏期内总体呈现逐渐上升的趋势并伴有波动，而高压静电场处理使得黄甜竹笋中H2O2含量在4~10 d显著低于对照（P<0.05）（图8）。
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图 8 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋H2O2含量的影响Figure 8. Effect of HVEF treatment on H2O2 content of bamboo shoots during storage at 6 ℃顾青等[27]研究指出，活性氧（ROS）参与了竹笋采后木质素代谢和酶促褐变过程，并能够加速组织的褐变和木质化进程；LACAN等[28]研究指出SOD和CAT是植物组织中两个重要的抗氧化酶，负责清除ROS，SOD把超氧阴离子（O2·-）转化为H2O2，而后CAT将H2O2分解。本实验的结果表明，高压静电场处理显著提高了鲜切黄甜竹笋中SOD和CAT的活性，同时显著抑制了H2O2的累积，该实验结果与KAO等[3]研究高压静电场处理鲜切西兰花和ZHAO等[29]研究高压静电场处理绿熟番茄皆能够提高系统抗氧化酶活性进而抑制H2O2累积的结果基本一致。因此，本实验的结果说明，高压静电场处理能够通过提高抗氧化酶活性，增强对ROS的清除能力，从而减轻了冷藏期间黄甜竹笋组织的氧化伤害并延缓了褐变和木质化进程。
2.7 高压静电场处理对鲜切黄甜竹笋菌落总数的影响
LEE等[30]研究报道，当鲜切产品的微生物生长量达到6.0 log CFU/g即1×106 CFU/g时，将产生对人体有毒的物质，失去了食用安全性。从表1可见，0~10 d冷藏期间，两组样品1~8 d的菌落总数都未达到1×106 CFU/g，第10 d两组样品菌落总数都超过临界值，而第8 d和第10 d高压静电场处理组的菌落总数显著低于对照（P<0.05）；两组鲜切笋第6 d的菌落总数均小于1×105 CFU/g。考虑到食用安全性和鲜切果蔬冷链销售的现行时限为7 d左右，选择6 d为鲜切黄甜竹笋的冷链销售时限。
表 1 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋菌落总数的影响Table 1. Effects of HVEF treatment on aerobic bacterial count of fresh-cut bamboo shoots during storage at 6 ℃菌落总数（×104 CFU/g FW） 贮藏天数（d） 0 2 4 6 8 10 对照 0.12±0.06a 0.36±0.09a 1.48±0.23a 8.79±0.32a 62.69±2.44a 398.32±15.68a 高压电场 0.12±0.06a 0.36±0.11a 1.42±0.29a 8.69±0.26a 50.72±3.68b 262.47±22.38b 3. 结论
本实验结果显示，高压静电场处理能够有效抑制鲜切黄甜竹笋冷藏期间木质纤维化进程，延缓褐变，进而延缓食用品质下降，可以作为鲜切黄甜竹笋采后贮藏保鲜的一种新方法，高压静电场处理作为一种物理处理方法，无化学和辐照残留，无加热效应，设备简单，可以作为冷藏的有效辅助方法。根据国内外现行鲜切蔬菜冷链流通和销售的时限为不超过7 d，结合本实验的结果，可以预测在本实验的保鲜工艺方法下，鲜切黄甜竹笋作为净菜的冷链流通销售安全货架期可以达到6 d，可食用率至少为90%。为了进一步明确高压静电场抑制竹笋尤其是鲜切竹笋采后褐变和木质化进程的深层作用机制，高压静电场处理对褐变和木质素代谢关键酶的分子调控机制尚需进一步研究。
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图 3 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋硬度、纤维素和木质素含量的影响
Figure 3. Effect of HVEF treatment on firmness and content of cellulose and lignin of bamboo shoots during storage at 6 ℃
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图 4 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋的PAL、CAD、POD、PPO活性的影响
Figure 4. Effect of HVEF treatment on activities of PAL, CAD, POD and PPO of bamboo shoots during storage at 6 ℃
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图 5 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋色差L*值的影响
Figure 5. Effect of HVEF treatment on L* value of bamboo shoots during storage at 6 ℃
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图 6 高压静电场处理后冷藏10 d黄甜竹笋的外观状况
Figure 6. The appearance of bamboo shoots with HVEF treatment stored for 10 days at 6 ℃
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图 7 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋SOD、CAT活性的影响
Figure 7. Effect of HVEF treatment on activities of SOD and CAT of bamboo shoots during storage at 6 ℃
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图 8 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋H2O2含量的影响
Figure 8. Effect of HVEF treatment on H2O2 content of bamboo shoots during storage at 6 ℃
表 1 高压静电场处理对6 ℃下冷藏竹笋菌落总数的影响
Table 1 Effects of HVEF treatment on aerobic bacterial count of fresh-cut bamboo shoots during storage at 6 ℃
菌落总数（×104 CFU/g FW） 贮藏天数（d） 0 2 4 6 8 10 对照 0.12±0.06a 0.36±0.09a 1.48±0.23a 8.79±0.32a 62.69±2.44a 398.32±15.68a 高压电场 0.12±0.06a 0.36±0.11a 1.42±0.29a 8.69±0.26a 50.72±3.68b 262.47±22.38b 
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