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Introduction

研究探索褪黑素（MT）對(duì)鮮切馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）品質(zhì)及抗氧化能力的影響，以應(yīng)對(duì)消費(fèi)者對(duì)鮮切馬鈴薯需求的增長及延長其保鮮期的挑戰(zhàn)。馬鈴薯是全球四大糧食作物之一，在中國生產(chǎn)消費(fèi)居首。鮮切馬鈴薯雖有諸多營養(yǎng)成分，但切割步驟易破壞細(xì)胞組織，導(dǎo)致酶促褐變、營養(yǎng)流失和組織軟化，縮短保鮮期。目前雖有化學(xué)和物理方法用于保鮮，但存在成本高、效果差或健康風(fēng)險(xiǎn)等不足。褪黑素作為植物激素和內(nèi)源誘導(dǎo)因子，已被證明能改善果蔬品質(zhì)、誘導(dǎo)抗性，且被歐洲食品安全局批準(zhǔn)為食品補(bǔ)充劑。研究褪黑素對(duì)新鮮切割馬鈴薯品質(zhì)和抗氧化能力的影響，有助于尋找有效的保鮮替代方法。

Results and Discussion

MT處理對(duì)鮮切塊莖外觀、感官評(píng)價(jià)和可溶性固形物含量的影響

隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長，所有塊莖的顏色逐漸加深。與處理過的塊莖相比，對(duì)照組塊莖在儲(chǔ)存過程中的褐變更為明顯。在儲(chǔ)存過程中，所有塊莖的整體感官品質(zhì)都下降了。處理過的塊莖的整體感官品質(zhì)明顯優(yōu)于對(duì)照組。所有塊莖的褐變和水分流失就越嚴(yán)重。與對(duì)照組相比，處理過的塊莖表現(xiàn)出更低程度的褐變和水分流失。所有塊莖的可溶性固形物含量呈下降趨勢(shì)，但在處理組中，可溶性固形物含量高于對(duì)照組（圖1）。通常認(rèn)為，褐變反應(yīng)是多酚氧化酶（PPO）對(duì)多酚作用的直接結(jié)果。PPO催化兩種反應(yīng)：1）單酚的羥基化生成雙酚，2）雙酚的氧化生成醌，從而產(chǎn)生有色醌。醌的后續(xù)反應(yīng)導(dǎo)致棕色或黑色色素的積累，而產(chǎn)生棕色或黑色產(chǎn)物的具體反應(yīng)序列取決于多酚底物的特定結(jié)構(gòu)。在本研究中，盡管經(jīng)過MT處理后總酚含量增加，但PPO的活性和基因表達(dá)被MT處理抑制，因此大量酚類物質(zhì)無法被氧化和褐變，最終很好地控制了塊莖的褐變。

圖1 MT處理對(duì)鮮切塊莖外觀、整體視覺品質(zhì)、視覺褐變程度、視覺水分流失和可溶性固形物（TSS）的影響

MT處理對(duì)鮮切塊莖質(zhì)地特性的影響

質(zhì)地變化是評(píng)估鮮切水果和蔬菜是否可接受的主要因素。在儲(chǔ)存期間，所有塊莖的硬度迅速下降。然而，處理組的硬度顯著高于對(duì)照組。所有塊莖的內(nèi)聚性和黏性均迅速下降。處理組的內(nèi)聚性和黏性顯著高于對(duì)照組，塊莖逐漸變得更耐嚼。處理組和對(duì)照組塊莖的彈性均呈現(xiàn)雙峰變化。在儲(chǔ)存的第5天，處理組的彈性顯著優(yōu)于對(duì)照組（圖2）。推測MT可能通過促進(jìn)細(xì)胞木質(zhì)化來改變鮮切塊莖的質(zhì)地特性。此外，MT處理還可能通過影響其他生理過程（如細(xì)胞壁的合成和修飾）間接導(dǎo)致硬度增加。

圖2 MT處理對(duì)鮮切塊莖的質(zhì)地的影響

MT處理對(duì)鮮切塊莖抗氧化能力的影響

DPPH、FRAP和ABTS+的清除能力是評(píng)估抗氧化活性的重要指標(biāo)。在儲(chǔ)存期間，處理組塊莖的DPPH、FRAP和ABTS+清除能力逐漸增加。先前的研究表明，外源MT處理還可以通過增加采后果實(shí)中的總酚和黃酮類物質(zhì)含量直接提高抗氧化能力，本研究中，MT處理顯著提高了鮮切塊莖的DPPH、FRAP和ABTS+清除能力。相關(guān)分析結(jié)果表明，總酚和黃酮類物質(zhì)含量的增加與塊莖抗氧化能力的提高之間存在顯著正相關(guān)。因此，認(rèn)為鮮切塊莖在MT處理后抗氧化能力的提高主要是由于總酚和黃酮類物質(zhì)含量的增加。此外，MT提高塊莖的抗氧化能力也與MT誘導(dǎo)內(nèi)源性MT生物合成、促進(jìn)抗氧化劑的雙向循環(huán)（如ASA-GSH循環(huán)）以及提高抗氧化酶活性有關(guān)，這需要進(jìn)一步研究。

圖3 MT處理對(duì)鮮切塊莖抗氧化能的影響

Conclusion

MT處理有效地保持了鮮切塊莖的外觀品質(zhì)，從而使其整體感官評(píng)價(jià)得分更高。處理過的塊莖的L*和b*值增加，而a*值降低，這表明其質(zhì)地特性的惡化得到了延緩。此外，MT處理還增加了內(nèi)源性MT含量，并降低了總菌落計(jì)數(shù)。MT處理還增強(qiáng)了關(guān)鍵酶PAL和CHS的基因表達(dá)和活性，導(dǎo)致總酚和黃酮類物質(zhì)的顯著積累。這些化合物使處理過的塊莖具有更強(qiáng)的抗氧化能力。值得注意的是，盡管總酚積累增加，MT處理抑制了PPO的基因表達(dá)和活性，防止了這些酚類物質(zhì)的氧化，從而有效地延緩了鮮切塊莖的褐變（圖4）。

圖4 MT延長鮮切塊莖貨架期并提高其抗氧化能力的機(jī)制圖

第一作者

鄭曉淵中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所助理研究員

博士，特聘助理研究員。主要從事食品營養(yǎng)與安全和農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工方面研究，主要研究方向?yàn)橹参镌词称反渭?jí)代謝物的分子調(diào)控機(jī)制。參加并完成3項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。以第一作者在等國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文11篇，授權(quán)國家發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利3項(xiàng)。

通信作者

曾凡逵中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員

博士、研究員、博士生導(dǎo)師，食品化學(xué)與安全檢測課題組負(fù)責(zé)人，國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“質(zhì)量安全與營養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)”崗位科學(xué)家。2004年畢業(yè)于吉首大學(xué)獲食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2006年畢業(yè)于暨南大學(xué)獲食品科學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，2010年畢業(yè)于華南理工大學(xué)獲食品科學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。2013年入選中國科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃，2019年4月—2020年4月梅西大學(xué)（新西蘭）訪問學(xué)者。出版學(xué)術(shù)專著2部，主譯學(xué)術(shù)專著1部，參編學(xué)術(shù)專著2部，參編教材1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，授權(quán)專利8項(xiàng)，獲得獎(jiǎng)勵(lì)8個(gè)。

Melatonin treatment extended shelf life and improved antioxidant capacity of fresh-cut potato tubers

Xiaoyuan Zheng1,*, Xuejiao Zhang2, Hong Jiang1, Weigang Liu1, Fankui Zeng1,*

1 Research Center for Natural Medicine and Chemical Metrology, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS), Lanzhou, 730000, China

2 College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing, 210095, China

*Corresponding author.

Abstract

This study investigates the effects of soaking fresh-cut potato tubers in 50 μmol/L melatonin (MT) on their quality and antioxidant capacity. MT treatment effectively maintained the tubers’ appearance, leading to higher sensory evaluation scores and increased total soluble solids (TSS) content. Additionally, MT treatment resulted in higher lightness (L*) and blue-yellow chromaticity (b*) values, while reducing red-green chromaticity (a*) values and the browning index. Texture analysis revealed significant improvements in hardness, springiness, cohesiveness, gumminess, chewiness, and resilience of the tubers. Moreover, MT treatment led to increase accumulation of total phenols and flavonoids, enhancing the gene expression and activities of phenylalanine ammonia-lyase (PAL), chalcone synthase (CHS), while decreasing the activity of polyphenol oxidase (PPO). The treatment also boosted the tubers’ capacity to scavenge 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical (DPPH), ferric ion reducing antioxidant power (FRAP), and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid (ABTS+) free radicals, which was directly correlated with the elevated total phenol and flavonoid content. MT can also promote the accumulation of endogenous MT within the tubers and effectively control the proliferation of microorganisms. In conclusion, MT treatment effectively extends the shelf life of fresh-cut potato tubers while enhancing their antioxidant capacity.

Reference:

Zheng, X., Zhang, X., Jiang, H. et al. Melatonin treatment extended shelf life and improved antioxidant capacity of fresh-cut potato tubers. Agric. Prod. Process. Sto. 1, 10 (2025). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00014-8

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：梁安琪；責(zé)任編輯：孫勇

封面圖片來源：圖蟲創(chuàng)意

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