紫外光调控草莓冷藏品质：UV-B优于UV-C提升香气、酚类与糖酸平衡

《Food Chemistry》：Light-induced modulation of aroma, sugars, and phenolics in strawberries ( Fragaria × ananassa Duchesne) during cold storage

本研究针对草莓采后品质快速下降问题，探讨了不同波长紫外光(UV-B/UV-C)结合光合有效辐射(PAR)在冷藏期间对草莓香气挥发物(VOC)、酚类物质、糖酸代谢的调控作用。研究发现UV-B能快速提升花青素含量、增强抗氧化活性、维持糖酸比并促进关键酯类香气合成，而UV-C则导致更严重失重并延迟酚类积累。该研究为开发无残留、波长特异性的采后保鲜技术提供了重要理论依据。

　　

草莓因其鲜艳的色泽、丰富的营养和独特的风味而备受消费者喜爱，然而其娇嫩的质地和极高的易腐性使得采后品质维持成为产业面临的巨大挑战。完全成熟的草莓在室温下仅能存放1-2天，即使在冷藏条件下，货架期也通常只有4-5天。采后草莓会经历一系列生理变化，包括水分流失、呼吸速率改变、细胞壁降解、色素分解以及酶活性变化，这些变化直接影响果实的颜色、质地、香气和风味，进而影响其商品价值和营养组成。传统的化学处理（如涂层、消毒剂）或物理方法（如气调包装、单纯低温）虽有一定效果，但存在化学残留、工艺复杂等局限性。因此，开发可持续、无残留且与现有冷链操作兼容的采后干预策略迫在眉睫。

近年来，基于发光二极管(LED)的紫外(UV)辐照作为一种有效的非化学方法，在延长园艺产品货架期和维持其品质方面展现出巨大潜力。然而，不同UV波长的生物学效应差异显著。其中，UV-C(200–280 nm)因其高效的抗菌作用而被广泛研究，但其过量暴露常导致组织脱水和氧化应激。相比之下，UV-B(280–315 nm)能够刺激植物的防御反应和次级代谢，如花青素和抗氧化剂的生物合成，但其在草莓采后应用方面的研究仍不充分。尽管UV-B和UV-C处理已在采前应用于改善草莓果实品质，但关于它们在采后条件下，特别是在调控香气、糖酸平衡、酚类含量和颜色方面的潜力，尤其是UV-B与UV-C在相同条件下的直接比较研究，仍存在空白。

为了填补这一空白，发表在《Food Chemistry》上的研究论文《Light-induced modulation of aroma, sugars, and phenolics in strawberries (Fragaria × ananassa Duchesne) during cold storage》系统比较了采后UV-B和UV-C（结合或不结合光合有效辐射PAR）处理对草莓冷藏期间品质的影响。该研究旨在：（1）确定采后UV-B是否能有效增强酚类和香气代谢；（2）评估UV-C除抗菌作用外，是否对这些性状具有调节作用，并同时考察其脱水效应。

研究人员主要运用了几项关键技术方法：以德国哥廷根地区采收的“Sonata”品种完全成熟草莓为材料，设计了UV-B组（包括暗对照CTRL、PAR、UV-B、PAR+UV-B）和UV-C组（包括暗对照CTRL、PAR、UV-C、PAR+UV-C）进行光照处理，并在8°C黑暗条件下储存0、1、3、7天。通过称重法分析失重率；使用视觉分析仪基于CIELab*系统进行颜色分析；采用滴定法测定可滴定酸度(TA)，高效液相色谱法(HPLC)定量蔗糖、葡萄糖和果糖等可溶性糖；通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)或气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)分析挥发性香气化合物(VOC)；利用HPLC和液相色谱-四极杆飞行时间质谱(LC/Q-TOF MS)对酚类化合物进行定性和定量分析；并运用总酚含量(TPC)测定、DPPH自由基清除 assay和Trolox等效抗氧化能力(TEAC) assay三种方法评估抗氧化活性。数据通过SPSS进行方差分析(ANOVA)，并利用R语言进行热图绘制和Mantel检验等相关性分析。

3.1. 失重

研究发现，在7天的储存期内，所有处理的草莓均出现失重，但UV-B和UV-C处理的影响不同。在UV-B组中，储存时间是失重的主要影响因素，各光照处理与暗对照(CTRL)之间无显著差异。然而，在UV-C组中，处理和储存时间存在交互作用。从储存第1天起，PAR+UV-C处理的草莓失重就高于对照和单独PAR处理。到第3天，PAR+UV-C导致的失重比对照和单独PAR分别高出约52%和41%。此外，单独UV-C处理在储存1、3、7天后，失重比对照分别增加24%、40%和20%。PAR+UV-C在整个储存期间均表现出最大的累积失水。这表明UV-B可能有助于保持角质层完整性、调节蒸腾和呼吸作用，而UV-C，特别是与PAR结合时，会加速水分流失，可能与PAR引起的热负荷和UV-C对表皮蜡质/水分屏障的特定效应有关。

3.2. 颜色分析

颜色分析表明，在两个光处理组中，颜色随时间变化，通常在储存第3天变化最显著。在UV-B组中，处理和储存时间对总色差(ΔE)有交互影响。UV-B处理样品的ΔE值低于对照，而PAR+UV-B处理则显示出最高的变异性。在UV-C组中，ΔE值主要受储存时间影响，各处理间无显著差异，且所有ΔE值均低于常见的视觉感知阈值（ΔE=3），说明变化主要是仪器可测而非肉眼易察。UV-B和PAR处理通常导致草莓的红度(a值)高于对照，并在储存第7天时a值增加，尤其是在PAR和PAR+UV-B处理下。黄度(b)值在储存第3天前呈下降趋势，第7天虽有所回升但仍低于初始值。这些变化可能与UV诱导的花青素生物合成途径激活以及衰老相关的黄色色素降解有关。

3.3. 可滴定酸度和可溶性糖

可滴定酸度(TA)在两组中均显示出处理与储存时间的显著交互作用。对照在第3天TA最高，而PAR和单独UV处理在储存3或7天后TA较低。与对照相比，UV-B和UV-C处理均导致TA水平降低，尤其在储存第1天（UV-B低8%）和第3天（UV-C低9%）。PAR与UV-B或UV-C结合处理也在第3天分别使TA降低8%和10%。

可溶性糖方面，蔗糖浓度在两组中均随储存时间延长而下降，在第7天显著降低。在UV-B组中，PAR和单独UV-B处理在第7天能保持较高的蔗糖含量。果糖含量主要受储存时间影响，呈上升趋势，在第7天达到峰值；PAR+UV-B处理在第7天果糖比对照高10%。葡萄糖在UV-B组中也呈现缓慢上升趋势，PAR处理在第7天葡萄糖水平比对照高10%。UV-B和PAR处理有助于在储存期间保持较高的可溶性固形物含量(SSC, 三种可溶性糖之和)和较低的酸度，从而获得更高的糖酸比(SSC/TA)，尤其是在PAR+UV-B处理下，该比值在储存后期（第3、7天）最高，这表明光照处理有利于保持草莓的甜酸平衡和风味品质。

3.4. 挥发性香气化合物(VOC)

研究鉴定出多种关键香气成分，如γ-癸内酯、己酸乙酯、己酸己酯、己酸等。热图分析显示，与对照相比，UV处理在储存期间增强了某些酯类的产生，而另一些则减少。UV-B处理特别有效地增强了与果香和甜香相关的关键酯类，如己酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸己酯、(Z)-2-己烯基丁酸酯、丁酸甲酯和丁酸异丙酯等，尤其是在储存7天后。PAR与UV结合通常比单独UV产生更高的VOC水平，表明可能存在协同效应。相比之下，UV-C单独处理对某些化合物的诱导反应不一致，可能与其较高的氧化应激强度有关，这会损害细胞成分并影响挥发性物质的产生。此外，己酸、γ-癸内酯和四氢呋喃-5-酮等酸类、内酯类和酮类化合物在所有处理中均被诱导，这可能反映了脂肪酸降解或支链氨基酸分解代谢的广泛激活。

3.5. 酚类化合物

研究鉴定出8种酚类化合物。热图显示，与对照相比，UV-B和UV-C处理均在储存7天后明显增加了花青素、黄酮类和羟基肉桂酸苷的含量。UV-B处理表现出更持久的效果，在整个储存期间维持较高的酚类水平；而UV-C则诱导了延迟反应，某些酚类在储存初期下降，直到第7天才出现峰值，这可能与UV-C初始的氧化应激及随后的代谢恢复有关。UV-B通过UVR8(UV Resistance Locus 8)介导的信号传导，可持续上调苯丙烷类生物合成途径基因的表达，促进花翠素和矢车菊素衍生物的积累。UV-C可能最初抑制这些途径，直到修复和抗氧化防御系统建立后才诱导类黄酮相关基因。此外，PAR和UV-C处理下阿魏酸己糖苷(FAH)和鞣花酸脱氧己糖苷(EADH)的持续增加，表明代谢流可能转向羟基肉桂酸衍生物，以适应胁迫。

3.6. 抗氧化活性测定

抗氧化活性测定（TPC、DPPH、TEAC）结果均显示处理与储存时间存在显著交互作用。在UV-B组中，PAR+UV-B处理导致TPC显著增加，在第3天达到峰值，DPPH和TEAC活性也得到增强。UV-B单独处理也能有效提高TEAC活性。这表明UV-B，尤其是与PAR结合，能显著提升草莓的抗氧化潜力。相反，UV-C处理，特别是PAR+UV-C，并未引起可比的抗氧化反应，甚至在DPPH和TEAC活性上导致抗氧化活性降低，可能源于UV-C的高光子能量被视为损伤，引发氧化应激并加速酚类化合物的降解。PAR单独处理对抗氧化参数的影响较温和，其作用可能更多是辅助UV-B诱导的光形态建成反应。

3.7. 香气、风味代谢物与抗氧化活性的相关性

Mantel检验分析揭示了各指标间的相关性。红度(a)值与黄度(b)值呈正相关，与亮度(L)值呈负相关。果糖与葡萄糖呈强正相关，与蔗糖呈负相关。可滴定酸度(TA)与TEAC和DPPH抗氧化活性呈正相关。花青素与TA、DPPH和TEAC显著相关，并且在UV-B处理后与L和a值相关，在UV-C处理后与b值相关。酚类化合物和鞣花单宁与TA、蔗糖、DPPH和TEAC呈正相关，且在UV-C辐射下与b*值相关。重要的是，香气与果糖、葡萄糖和蔗糖呈强正相关。这些结果表明，花青素、酚类化合物和鞣花单宁与草莓的颜色和抗氧化活性有关，而香气则与糖分含量密切相关，并且它们对UV-B和UV-C的响应存在差异。

结论与意义

该研究系统揭示了采前UV-B和UV-C处理对草莓冷藏期间品质属性的差异化调控作用。UV-B处理能有效诱导花青素和鞣花单宁衍生物的积累，增强抗氧化活性，保持颜色，维持可溶性糖分和提升果香酯类及内酯含量，展现出作为无残留保鲜策略的潜力。相比之下，UV-C处理会延迟酚类物质和颜色的发展，并增加失重，但其与PAR光结合却能促进关键挥发性化合物（尤其是构成草莓特征香气的酯类）的生物合成。多变量分析揭示了酚类物质与抗氧化活性之间、糖分与香气酯类之间的强相关性，证明了一个受光调控的、协调的代谢网络的存在。

这项研究的意义在于，它首次在相同条件下直接比较了采后UV-B和UV-C对草莓综合品质的影响，填补了波长特异性采后UV研究的关键空白。研究结果强调了UV-B在提升草莓营养价值和感官品质方面的优势，为开发可持续的、非化学的、基于LED的采后保鲜技术提供了坚实的理论依据和实践指导。这种技术有望减少对化学添加剂的依赖，降低食品浪费，并提升草莓产业的市场经济效益。未来的研究可进一步评估消费者接受度和感官品质在更长期储存下的变化，以推动该技术走向商业化应用。