《食品科学》：中国农业大学曹建康教授等：低温等离子体对静压损伤金冠苹果的贮藏品质和愈伤的影响

苹果营养价值高、耐贮性好、供应周期长，是主要的消费果品。但是在搬运、装卸、运输、配送的环节苹果往往会产生机械损伤。苹果在流通过程中受到的机械损伤主要是静压、振动和冲击3种类型。静压损伤多发生在果实相互接触的区域，果实承受上层的重力和下层的挤压力，导致产生弹性和塑性变形。机械损伤会激活果实自身一系列的生化代谢活动，促进伤口的愈合和防御体系的建立。

低温等离子体技术是一种新兴的电化学技术，具有高效杀菌、降解C2H4和抑制酶活性等作用。介质阻挡放电（DBD）是气体电离产生等离子体的一种常用方式，其可通过调节放电电压、放电间隙、气体压力等参数改变放电强度，易于在实验室优化操作参数然后投放到较大的装置中应用，有利于研究成果的工业化。低温等离子体的杀菌效果目前在果蔬贮藏中的应用主要以消毒和表面处理为主，在叶片类蔬菜、切片类水果和包装内小型果实都有大量的研究和应用。

信阳农林学院食品科学与工程学院陈秋怡、刘晓媛，中国农业大学食品科学与营养工程学院的曹建康*等以金冠苹果为对象，选用DBD作为低温等离子体的发生方式，比较低温等离子体对正常苹果和受静压损伤处理苹果贮藏品质的影响，并通过测定酶促褐变反应体系和活性氧代谢体系中关键酶的活性，探讨低温等离子体对果实机械伤的愈伤效果，以期为低温等离子体技术在果蔬贮藏中的应用提供思路和理论依据。

1 低温等离子体对贮藏环境气体成分的影响

1.1 低温等离子体产生的臭氧含量分析

低温等离子体含有许多活性成分，主要是活性氧化物和活性氮化物，如 O 3 、 ·OH、NO-、·NO和 N 2 - 等 。其中，O3的强氧化效应具有重要作用，其一方面可以杀灭系统中的细菌，另一方面又可以促进 C2H4的降解。由图3可知，DBD时间不同，产生的O3含量不同。DBD 20 min产生的O3含量为215.2 μL/L，显著高于放电10 min的含量（63.7 μL/L）。

1.2 低温等离子体对金冠苹果贮藏环境氧气、二氧化碳含量的影响

如图4A所示，对于未受损伤的金冠苹果，与对照相比，低温等离子体处理可以略微升高贮藏环境的 O 2 含量 并降低C O 2 含量 ，但没有显著差异。当果实受静压损伤处理后，与对照相比，贮藏环境的 O 2 含量 显著降低且C O 2 含量 显著升高（图4B），由于果实的呼吸作用是消耗 O 2 释放CO2的过程，该现象说明果实受损后呼吸作用增强。低温等离子体处理使损伤果实贮藏环境的O2含量升高且CO2含量下降，说明损伤果实的呼吸作用被抑制，DBD 20 min对损伤果实的呼吸作用抑制效果更强。

1.3 低温等离子体对金冠苹果贮藏环境C2H4含量的影响

C2H4 是一种植物激素，果蔬采收后发生的一系列衰老现象几乎都与 C2H4 有关。DBD不同时间对金冠苹果贮藏环境 C2H4含量 的影响如图5A所示，对于未受损伤的金冠苹果，与对照相比，果实经低温等离子体处理后，其贮藏环境的 C2H4含量 没有显著变化。当果实受静压损伤处理后，贮藏环境的 C2H4含量 显著升高，即机械伤刺激果实释放大量 C2H4 。低温等离子体处理使损伤果实贮藏环境的 C2H4含量 显著下降，显示出良好的清除 C2H4 效果（图5B）。低温等离子体对损伤果实贮藏环境的 C2H4 降解效果显著，DBD 10 min和DBD 20 min分别使贮藏环境的 C2H4含量 由68.4 μL/L下降至23.9 μL/L和40.0 μL/L。低温等离子体对正常果实贮藏环境的 C2H4 未显示出明显的降解效果，可能原因是正常果实贮藏环境的 C2H4 初始含量为26.6 μL/L，与低温等离子体使损伤果实贮藏环境的 C2H4 降至最低含量（23.9 μL/L）相近，所以低温等离子体无法发挥作用。因此可推测，低温等离子体降解 C2H4 有一个最低含量临界值，当 C2H4含量 超过这个临界值，低温等离子体才能发挥作用。两组低温等离子体处理组中，DBD 10 min有更好的 C2H4 清除效果，而由2.1.1节可知，DBD 10 min的 O 3 含量 低于DBD 20 min，即并不是O3含量越高对苹果贮藏环境的 C2H4 降解效果越好。

2 低温等离子体对金冠苹果贮藏品质的影响

2.1 低温等离子体对金冠苹果C2H4释放量和呼吸速率的影响

在果实采后的成熟和衰老过程中，C2H4释放量与果实货架期呈负相关。由图6A可知，未受损伤的金冠苹果在贮藏过程中，其C2H4释放量总体呈现逐渐升高的趋势，低温等离子体处理的果实C2H4释放量均低于对照组，说明低温等离子体处理可以抑制正常果实C2H4的释放。由图6B可知，当果实受静压损伤处理后，与对照相比，C2H4释放量在贮藏第4天显著升高，说明机械伤刺激了果实释放大量C2H4，在之后的贮藏过程中，果实C2H4释放量缓慢下降至与对照相近的水平。损伤果实经低温等离子体处理后，在贮藏过程中，其C2H4释放量始终低于未受低温等离子体处理的损伤果实。两种低温等离子体处理对损伤果实的C2H4释放均有较好的抑制效果。

由图7A可知，对于未受损伤的金冠苹果，果实经低温等离子体处理后，其呼吸速率的变化规律和对照基本一致，都呈缓慢上升的趋势，即低温等离子体处理对正常金冠苹果的呼吸速率没有明显的抑制作用。由图7B可知，当果实受静压损伤处理后，与对照相比，在贮藏第4天其呼吸速率大幅升高，即机械伤刺激了果实的呼吸作用，在之后的贮藏过程中，呼吸速率逐渐下降至与对照一致的水平。损伤果实经等离子体处理后，其呼吸速率始终低于未受等离子体处理的损伤果实，两种低温等离子体处理均显示出较好的抑制损伤果实呼吸速率的效果。

2.2 低温等离子体对金冠苹果SSC的影响

SSC包括可溶性糖、酸、维生素和矿物元素等有机物。在贮藏过程中，淀粉等糖类化合物分解转化为可溶性碳水化合物，果胶由不溶性转变成可溶性导致SSC上升，而糖由于呼吸作用被消耗使得SSC下降。由图8A可知，对于未受损伤的金冠苹果，在贮藏过程中SSC呈现先升高后下降的趋势；而两种低温等离子体处理的正常果实SSC均呈现缓慢上升的趋势，说明低温等离子体处理能够一定程度维持金冠苹果的SSC，延缓SSC的下降。由图8B可知，当果实受静压损伤处理后，在贮藏过程中SSC也呈现先升高后下降的趋势，并且其最高值比对照组提前到来，可能是因为机械伤使果实呼吸作用增强，加速了营养物质的分解；两种低温等离子体处理对损伤果实的SSC影响不大，其中介质阻挡放电10 min处理的果实SSC略高于未受低温等离子体处理的损伤果实，表现出一定的维持果实SSC的作用。

2.3 低温等离子体对金冠苹果硬度的影响

如图9所示，金冠苹果的硬度在贮藏过程中不断减小，果实变软。对于未受损伤的果实，低温等离子体处理减缓了硬度的下降，使其始终高于对照组（图9A）。当果实受静压损伤处理后，硬度与对照相比略微减小。将损伤果实进行低温等离子体处理后，其硬度在贮藏过程中始终高于未受等离子体处理的损伤果实（图9B）。即低温等离子体处理对正常和损伤果实的硬度均显示出较好的维持效果，且两种等离子体处理差别不大。

2.4 低温等离子体对金冠苹果质量损失率的影响

如图10所示，在贮藏过程中金冠苹果的质量损失率不断增大。对于未受损伤的金冠苹果，低温等离子体处理减缓了质量损失率的增加，使其质量损失率始终显著低于对照组（图10A）。当果实受静压损伤处理后，与对照相比，质量损失率大幅升高。将损伤果实进行低温等离子体处理，其质量损失率在贮藏过程中始终显著低于未受等离子体处理的损伤果实（图10B）。即低温等离子体处理对正常和损伤果实都可以起到保持果实质量的作用，且两种等离子体处理差别不大。

2.5 低温等离子体对金冠苹果BI的影响

BI是衡量褐变程度的重要指标，如图11A所示，随着贮藏时间的延长，金冠苹果的BI不断增大。对于正常果实，DBD 10 min处理的果实在贮藏后期BI略低于对照组，而DBD 20 min处理的果实在贮藏期间BI始终高于对照组，即DBD 10 min处理能够略微延缓正常金冠苹果在贮藏期间的褐变，而DBD 20 min处理反而会加剧正常金冠苹果的褐变。

对于损伤果实，损伤部位的BI明显高于正常部位，并且普遍高于对照组，即静压损伤使金冠苹果发生明显褐变。这可能是因为机械伤破坏了伤口部位的细胞膜结构，产生氧化应激，导致膜脂过氧化及褐变的发生，从而在伤口部位形成黑褐色沉积。DBD 10 min处理的果实在贮藏期间损伤部位和正常部位的BI均显著低于未受低温等离子体处理的损伤果实；DBD 20 min处理的果实在贮藏期间损伤部位和正常部位的BI均显著高于DBD 10 min处理的果实，并且在贮藏的第1～7天超过了未受低温等离子体处理的损伤果实（图11B）。

结果表明，DBD 10 min处理对正常和损伤的金冠苹果均能够起到一定的延缓褐变的效果，其中对于损伤果实的效果更明显；而DBD 20 min处理并不能起到延缓褐变的效果，反而可能会加剧褐变。另外在实验过程中观察到，DBD 20 min处理会使一些果实的表面产生明显的“灼伤”，失去了辅助保鲜的意义。这可能是因为DBD 20 min产生的O3浓度过高，徐港明等发现高含量长时间的O3处理会对果蔬造成一定的负面影响，不能达到预期的贮藏保鲜效果。因此，在接下来的低温等离子体对金冠苹果愈伤体系的研究中，选择DBD 10 min作为低温等离子体处理条件。

3 低温等离子体对金冠苹果愈伤的影响

3.1 低温等离子体处理对静压损伤金冠苹果外观的影响

如图12所示，用60 N的力对金冠苹果施压24 h后，果实会在受压处产生明显的压痕，在压后贮藏过程中，该压痕略微变小。而果实受压后经低温等离子体处理，其压痕在贮藏过程中明显变小，且压痕边界逐渐模糊，说明低温等离子体处理对静压损伤金冠苹果的外观有一定的保护作用，体现出较好的愈伤效果。

3.2 低温等离子体处理对细胞组织微观结构的影响

由图12可知，低温等离子体处理的损伤果实在第7天的表观愈伤情况明显优于未受低温等离子体处理的损伤果实，故选择第7天的果实观察金冠苹果的微观结构。如图13A所示，对照组的果实细胞饱满，细胞间隙较小，含有较多的结晶状物质。果实被压后，细胞发生变形、破裂、位移等现象，细胞间隙明显增大（图13B）。果实受压贮藏7 d后，细胞变形情况有所恢复，但细胞壁明显皱缩，细胞间隙较大（图13C）。果实受压后经低温等离子体处理7 d，压痕处的表面细胞死亡，细胞壁出现碎片化（图13D）。

3.3 低温等离子体处理对金冠苹果总酚含量的影响

总酚是果蔬采后过程中重要的营养指标与氧化应激指标，也是木质素合成的重要原料，其在细胞壁上的沉积能够增强细胞壁强度及植物的抗病性。由图14A可知，金冠苹果的初始总酚含量为1.52 mg/g，经室温放置1 d后其含量大幅下降。对照组果实在贮藏过程中，总酚含量先略微下降，在贮藏第7天时增加至1.72 mg/g，然后在贮藏第10天时又降至和初始总酚含量相近的水平。对于正常果实，低温等离子体处理后，总酚含量在贮藏过程中基本保持稳定。

当果实受静压损伤处理后，正常部位和损伤部位果肉的总酚含量均下降至比对照更低的水平，损伤部位的总酚含量下降幅度更大，为1.07 mg/g。在压后贮藏过程中，损伤果实的总酚含量呈先增加后下降的趋势，正常部位的最高值高于损伤部位，与对照组相比，静压损伤导致总酚含量峰值提前，并且峰值更高（图14B）。出现这种现象的原因可能是机械伤使金冠苹果酶促褐变反应体系和活性氧代谢体系产生明显的变化，果实受压后总酚由于酶促褐变反应的消耗而大幅下降，而在压后贮藏的过程中，果实启动应对环境防御氧化损伤的应激程序又产生了大量酚类物质，在之后的贮藏过程中逐渐消耗。低温等离子体处理损伤果实的损伤部位和正常部位的总酚含量在贮藏过程中一般均高于未经低温等离子体处理的损伤果实，并且延缓了总酚含量的下降，说明低温等离子体处理可以促进损伤金冠苹果酚类物质的产生，这是可能由于低温等离子体处理能提高酚类物质合成相关酶的活性，并促进其表达。

3.4 低温等离子体处理对金冠苹果PPO活性的影响

PPO是酶促褐变途径中的关键酶，能催化酚类化合物转化为邻苯二酚，在有氧的条件下又将其氧化成醌类化合物，以抵抗病原菌的侵害。由图15A可知，金冠苹果的初始PPO活性为0.03 ΔOD 420 nm /（min·g） ，对照组的PPO活性在贮藏过程中呈现缓慢下降的趋势。对于正常果实，低温等离子体处理组的PPO活性呈现先下降后上升，而后趋于稳定的变化趋势，总体变化幅度较小。

当果实受静压损伤处理后，正常部位和损伤部位果肉的PPO活性均明显上升，其中损伤部位的上升幅度更大。这可能是机械伤通过破坏果实细胞膜系统导致果实PPO活性升高。在压后贮藏过程中，损伤果实损伤部位的PPO活性总体呈先上升后下降的趋势，这与Yuan Junwei等所得鲜切苹果在贮藏期内PPO活性变化的结果一致。损伤果实正常部位的PPO活性呈先下降后趋于平缓的趋势，说明静压机械伤对金冠苹果非损伤部位的PPO活性刺激作用不大。损伤果实经低温等离子体处理后，与未受低温等离子体处理的损伤果实相应部位相比，其正常部位PPO活性变化不大，而损伤部位的PPO活性在贮藏第4天大幅降低，而在贮藏第7天和第10天又回升到较高的水平（图15B），这表明低温等离子体处理在贮藏初期能明显抑制损伤部位的PPO活性，而在贮藏后期不能抑制其活性。原因可能是低温等离子体处理不能使PPO完全失活，在贮藏后期由于果实抵抗逆境的需要，PPO恢复至较高的活性。

3.5 低温等离子体处理对金冠苹果POD活性的影响

POD是植物在逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一，它可以催化清除植物组织中低含量的 H 2 O 2 ， 从而使机体免受 H 2 O 2 的毒害作用。由图16A可知，正常果实的初始POD活性为0.13 ΔOD 470 nm /（min·g） ，在空气中暴露1 d后，其POD活性明显下降。在贮藏过程中，对照组果实POD活性呈先下降后上升再下降的趋势。低温等离子体处理的正常果实，其POD活性在贮藏过程中先略微下降后逐渐上升，但总体变化幅度不大，维持在较低水平。

当果实受静压损伤处理后，正常部位和损伤部位果肉的POD活性均大幅升高。在压后贮藏过程中，损伤果实损伤部位POD活性呈现先下降后升高的趋势（图16B），可能是因为随着果实的衰老，贮藏后期产生大量自由基和活性氧，刺激POD活性再次升高。损伤果实正常部位的POD活性也先下降后升高，与损伤部位的变化趋势一致，但其值始终低于损伤部位。损伤果实经低温等离子体处理后，其损伤部位和正常部位的POD活性均呈现逐渐下降的变化趋势，并且在贮藏的第10天，其损伤部位和正常部位的POD活性均低于未受低温等离子体处理的损伤果实。出现该现象的原因可能是低温等离子体能够抑制损伤果实的呼吸作用，延缓其衰老，因此在贮藏后期其产生的自由基和活性氧低于未经低温等离子体处理的损伤果实，POD活性维持在较低水平。

3.6 低温等离子体处理对金冠苹果CAT活性的影响

果实的衰老与活性氧的积累密切相关，当活性氧的产生和清除之间的平衡被破坏时会加剧果实的衰老，CAT是果实中最主要的活性氧清除剂之一，它能分解果实代谢产生的 H 2 O 2 从而 有效地清除自由基。由图17A可知，金冠苹果的初始CAT活性为3.67 ΔOD 240 nm /（min·g） ，在空气中暴露1 d后CAT活性下降。在贮藏过程中，对照组果实CAT活性先下降后上升再下降，低温等离子体处理的正常果实CAT活性逐渐下降，在贮藏第10天时，二者的CAT活性基本一致。

当金冠苹果受静压损伤处理后，正常部位果肉和损伤部位果肉的CAT活性均明显下降，说明静压损伤抑制了果实的CAT活性。在压后贮藏过程中，损伤果实损伤部位CAT活性先上升后下降，而正常部位CAT活性呈逐渐上升的趋势（图17B），说明损伤部位比正常部位更快衰老。损伤果实经低温等离子处理后，其正常部位CAT活性与未受低温等离子体处理的损伤果实相比变化不大，而损伤部位的CAT活性在同一时间明显更高，说明低温等离子体处理可以提高损伤金冠苹果的CAT活性，延缓其衰老。

讨论与结论

机械伤会破坏植物细胞内液泡的分布和细胞壁的稳定，从而直接破坏受损部位的细胞结构，导致该部位果肉组织迅速软化并褐变，极易腐烂。低温等离子体利用放电时产生的能量和活性成分，对果蔬进行杀菌消毒、降解代谢产物和农药残留等，且无次生污染物产生，是一种简单易行、低能耗、无污染的保鲜技术。本研究分析了低温等离子体处理对静压损伤金冠苹果的贮藏环境气体成分、贮藏品质和愈伤效果的影响。结果表明，DBD 10 min和20 min的低温等离子体均能产生O3并清除C2H4，抑制损伤果实的呼吸强度和C2H4释放，延缓损伤果实的SSC、硬度和质量损失率的下降。其中，DBD 10 min和20 min产生的O3含量分别为63.7 μL/L和215.2 μL/L，损伤果实贮藏环境的C2H4含量分别降至23.9 μL/L和40.0 μL/L，即DBD 20 min产生的O3含量更高，而DBD 10 min的C2H4清除效果更好。从果实褐变的情况来看，DBD 10 min的低温等离子体能够延缓果实的褐变，而DBD 20 min的低温等离子体反而会加剧果实的褐变。因此，选用DBD 10 min低温等离子体处理研究其对果实愈伤的影响。

果实受机械伤后会瞬间产生大量活性氧自由基，打破自由基代谢平衡，使果实的正常代谢活动紊乱。故机体在受损伤时会启动活性氧清除机制，诱导伤口组织中一系列防御酶活性升高，并合成防御物质。本研究分析了低温等离子体处理对静压损伤金冠苹果贮藏过程中的细胞结构和愈伤相关酶活性的影响，结果发现静压机械损伤会使金冠苹果产生明显压痕，细胞产生破损、变形、位移等现象，其总酚含量由1.52 mg/g下降至1.07 mg/g，PPO和POD活性迅速升高，CAT活性明显下降。低温等离子体处理会使损伤果实压痕变小，损伤部位表层细胞降解死亡，细胞壁碎片化，抑制果实的进一步损伤，同时使其总酚含量升高，PPO活性先下降后升高，POD活性下降，CAT活性升高，从而延缓果实衰老，体现出较好的愈伤效果。

通信作者：

曹建康 教授

中国农业大学食品科学与营养工程学院

中国农业大学食品科学与营养工程学院教授，博士生导师，美国康奈尔大学访问学者。农业农村部农产品冷链物流标准化技术委员会委员，北京制冷学会常务理事，

Postharvest biology and technology

第一作者：

陈秋怡 助教

信阳农林学院食品科学与工程学院

本科毕业于南京农业大学食品科学与工程 专业，硕士毕业于中国农业大学食品工程 专业。现就职于信阳农林学院食品科学与工程学院，主要承担“食品营养与安全学”“中医养生保健学”和“餐饮服务与管理”课程等教学任务，研究方向为食品加工与贮藏保鲜。

本文《低温等离子体对静压损伤金冠苹果的贮藏品质和愈伤的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第12期267-277页，作者：陈秋怡，刘晓媛，刘 畅，李倩倩，曹建康*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241206-051。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：农梦琪；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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