APPS | 褪黑素处理延长了鲜切马铃薯块茎的保质期，提高了其抗氧化能力

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Introduction

研究探索褪黑素（MT）对鲜切马铃薯（Solanum tuberosum L.）品质及抗氧化能力的影响，以应对消费者对鲜切马铃薯需求的增长及延长其保鲜期的挑战。马铃薯是全球四大粮食作物之一，在中国生产消费居首。鲜切马铃薯虽有诸多营养成分，但切割步骤易破坏细胞组织，导致酶促褐变、营养流失和组织软化，缩短保鲜期。目前虽有化学和物理方法用于保鲜，但存在成本高、效果差或健康风险等不足。褪黑素作为植物激素和内源诱导因子，已被证明能改善果蔬品质、诱导抗性，且被欧洲食品安全局批准为食品补充剂。研究褪黑素对新鲜切割马铃薯品质和抗氧化能力的影响，有助于寻找有效的保鲜替代方法。

Results and Discussion

MT处理对鲜切块茎外观、感官评价和可溶性固形物含量的影响

随着储存时间的延长，所有块茎的颜色逐渐加深。与处理过的块茎相比，对照组块茎在储存过程中的褐变更为明显。在储存过程中，所有块茎的整体感官品质都下降了。处理过的块茎的整体感官品质明显优于对照组。所有块茎的褐变和水分流失就越严重。与对照组相比，处理过的块茎表现出更低程度的褐变和水分流失。所有块茎的可溶性固形物含量呈下降趋势，但在处理组中，可溶性固形物含量高于对照组（图1）。通常认为，褐变反应是多酚氧化酶（PPO）对多酚作用的直接结果。PPO催化两种反应：1）单酚的羟基化生成双酚，2）双酚的氧化生成醌，从而产生有色醌。醌的后续反应导致棕色或黑色色素的积累，而产生棕色或黑色产物的具体反应序列取决于多酚底物的特定结构。在本研究中，尽管经过MT处理后总酚含量增加，但PPO的活性和基因表达被MT处理抑制，因此大量酚类物质无法被氧化和褐变，最终很好地控制了块茎的褐变。

图1 MT处理对鲜切块茎外观、整体视觉品质、视觉褐变程度、视觉水分流失和可溶性固形物（TSS）的影响

MT处理对鲜切块茎质地特性的影响

质地变化是评估鲜切水果和蔬菜是否可接受的主要因素。在储存期间，所有块茎的硬度迅速下降。然而，处理组的硬度显著高于对照组。所有块茎的内聚性和黏性均迅速下降。处理组的内聚性和黏性显著高于对照组，块茎逐渐变得更耐嚼。处理组和对照组块茎的弹性均呈现双峰变化。在储存的第5天，处理组的弹性显著优于对照组（图2）。推测MT可能通过促进细胞木质化来改变鲜切块茎的质地特性。此外，MT处理还可能通过影响其他生理过程（如细胞壁的合成和修饰）间接导致硬度增加。

图2 MT处理对鲜切块茎的质地的影响

MT处理对鲜切块茎抗氧化能力的影响

DPPH、FRAP和ABTS+的清除能力是评估抗氧化活性的重要指标。在储存期间，处理组块茎的DPPH、FRAP和ABTS+清除能力逐渐增加。先前的研究表明，外源MT处理还可以通过增加采后果实中的总酚和黄酮类物质含量直接提高抗氧化能力，本研究中，MT处理显著提高了鲜切块茎的DPPH、FRAP和ABTS+清除能力。相关分析结果表明，总酚和黄酮类物质含量的增加与块茎抗氧化能力的提高之间存在显著正相关。因此，认为鲜切块茎在MT处理后抗氧化能力的提高主要是由于总酚和黄酮类物质含量的增加。此外，MT提高块茎的抗氧化能力也与MT诱导内源性MT生物合成、促进抗氧化剂的双向循环（如ASA-GSH循环）以及提高抗氧化酶活性有关，这需要进一步研究。

图3 MT处理对鲜切块茎抗氧化能的影响

Conclusion

MT处理有效地保持了鲜切块茎的外观品质，从而使其整体感官评价得分更高。处理过的块茎的L*和b*值增加，而a*值降低，这表明其质地特性的恶化得到了延缓。此外，MT处理还增加了内源性MT含量，并降低了总菌落计数。MT处理还增强了关键酶PAL和CHS的基因表达和活性，导致总酚和黄酮类物质的显著积累。这些化合物使处理过的块茎具有更强的抗氧化能力。值得注意的是，尽管总酚积累增加，MT处理抑制了PPO的基因表达和活性，防止了这些酚类物质的氧化，从而有效地延缓了鲜切块茎的褐变（图4）。

图4 MT延长鲜切块茎货架期并提高其抗氧化能力的机制图

第一作者

郑晓渊中国科学院兰州化学物理研究所助理研究员

博士，特聘助理研究员。主要从事食品营养与安全和农产品贮藏与加工方面研究，主要研究方向为植物源食品次级代谢物的分子调控机制。参加并完成3项国家自然科学基金项目。以第一作者在等国内外学术期刊发表论文11篇，授权国家发明专利1项，实用新型专利3项。

通信作者

曾凡逵中国科学院兰州化学物理研究所研究员

博士、研究员、博士生导师，食品化学与安全检测课题组负责人，国家马铃薯产业技术体系“质量安全与营养品质评价”岗位科学家。2004年毕业于吉首大学获食品科学与工程专业学士学位，2006年毕业于暨南大学获食品科学专业硕士学位，2010年毕业于华南理工大学获食品科学专业博士学位。2013年入选中国科学院“西部之光”人才培养计划，2019年4月—2020年4月梅西大学（新西兰）访问学者。出版学术专著2部，主译学术专著1部，参编学术专著2部，参编教材1部，发表学术论文80余篇，授权专利8项，获得奖励8个。

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

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：图虫创意

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