从农场到餐桌：利用空间电场技术在智能冷链系统中提升荔枝的保鲜效果

《Food Chemistry》：From farm to table: Enhancing lychee preservation with spatial electric field in smart cold chain systems

空间电场（SEF）与淀粉基复合薄膜协同处理可有效延缓荔枝果皮褐变，减少4.31%失重并保持77.9%水分，维持维生素C（31.62mg/100g）和酚类物质活性，抑制氧化酶活性并调控能量代谢通路，代谢组学分析显示γ-亚麻酸等物质富集。

　　

王丽萍|任雅琪|张涛|金正宇|苗明

江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国无锡市梨湖路1800号，214122

摘要

本研究开发了一种结合了空间电场（SEF）和淀粉基复合薄膜的冷藏系统，以改善荔枝的采后保鲜效果。在储存过程中，对荔枝的外观、质地、营养成分和抗氧化能力进行了评估。SEF与复合薄膜的联合处理（STF）有效延缓了果皮褐变，减少了重量损失（4.31%），保持了水分（77.9%），并保持了良好的质地。同时，该系统还保留了较高的可溶性固形物、糖分、有机酸、维生素C（31.62 mg/100 g）和酚类化合物（68.69 mg/g）含量，并抑制了多酚氧化酶和过氧化物酶的活性，降低了果肉的腐败率（CMP，39.97%）。这些效果归因于SEF对CMP和抗氧化防御系统的稳定作用，以及淀粉基复合薄膜的气体阻隔和水分控制性能。代谢组学分析证实了抗氧化和能量代谢途径的调节，其中γ-亚麻酸、吲哚乙酸和1-苯乙胺等代谢物的含量有所增加。本研究为荔枝的保鲜提供了一种新型的绿色策略，有助于智能冷链系统的开发。

引言

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）是一种因其独特的风味和丰富的营养成分而备受推崇的热带水果，受到全球消费者的喜爱（Zhao et al., 2020）。然而，由于其高水分含量和强烈的呼吸作用，荔枝在采后容易迅速变质，包括果皮褐变、水分流失和质地下降，导致其保质期仅为3-5天（Ali et al., 2016; Punia Bangar et al., 2022; Yu et al., 2024）。尽管传统的冷藏方法可以部分延长荔枝的保质期，但在保持营养价值和感官品质方面的效果仍然有限（Navina et al., 2023）。因此，开发能够延长储存时间同时保持果实品质的创新保鲜技术具有重要的科学和商业意义。

近年来，保鲜策略从单一的物理冷藏方法转向了多因素综合系统（Betts & Everis, 2008; Leadley, 2008; Novickij et al., 2020）。其中，智能冷链系统通过集成物联网（IoT）传感、动态环境控制、控制气氛（CA）储存和非热杀菌技术（如冷等离子体和脉冲电场（PEF）（Bai et al., 2023; Sridhar et al., 2021）在新鲜农产品物流中发挥了重要作用。这些技术实现了供应链中的实时质量监测和管理。然而，它们的实际应用受到操作复杂性、高能耗和较高成本的限制，对于荔枝等热带水果而言，在防止氧化褐变和水分迁移方面的效果并不理想（Han, 2021; Ma et al., 2021）。此外，传统的石油基包装材料（如PP、PET、PE）虽然提供了基本的保护，但不可生物降解，阻碍了绿色和可持续供应链的发展（Asgher et al., 2020; Khan et al., 2024）。

空间电场（SEF）具有低强度、非接触式操作和均匀的场分布特点，据报道可以调节细胞膜的通透性（CMP），并影响果实的生理状态，从而延缓呼吸作用和衰老过程（Barba et al., 2015; Xiyun et al., 2024）。作为一种可再生、低成本且可生物降解的多糖，淀粉具有优异的成膜能力和可调的气体及水蒸气阻隔性能，使得基于淀粉的包装材料及其他生物基包装材料能够在环境可持续性和功能性之间取得平衡，广泛应用于水果和蔬菜的保鲜（Zhang et al., 2024）。尽管已经研究了电场处理和淀粉基复合薄膜的单独效果，但两者之间的协同机制仍不甚明了。目前缺乏系统性的研究来探讨SEF与淀粉基复合薄膜联合使用对荔枝的氧化代谢、能量平衡和代谢网络重塑的影响。

本研究采用自设计的SEF冷藏系统和淀粉基复合薄膜，建立了荔枝的协同保鲜方案。在4°C条件下储存20天后，对荔枝的质量属性进行了全面评估，包括感官特性、水分状态、质地参数、营养成分、抗氧化活性、膜完整性和非靶向代谢组学。本研究旨在阐明SEF与复合薄膜结合在延缓采后变质方面的作用机制，为高价值水果的保鲜提供绿色和可持续的解决方案。

材料

热塑性淀粉（TPS）的制备方法参考了我们之前的研究（Wang et al., 2024a）。简而言之，通过喷射研磨和羟丙基化改性了淀粉含量为67%的玉米淀粉得到TPS。聚（丁酸-对苯二甲酸）（PBAT, KHB21）和聚乳酸（PLA, LX175）分别由恒利集团有限公司（中国苏州）和TotalEnergies Corbion有限公司（荷兰戈林赫姆）提供。实验所用荔枝为Litchi chinensis Sonn.品种。

感官品质

在NF组中，第3天时果皮出现明显褐变，褐变指数（BI）急剧上升，第8天时果实开始软化。虽然CF组在20天内没有出现软化现象，但第15天时已可见霉菌生长（图2）。TF组在第5天时出现中度褐变，颜色保持情况略优于商用PE薄膜。SNF组在5-15天期间局部褐变持续存在，第20天时颜色变深。

结论

本研究开发了一种空间电场冷藏系统和淀粉基复合薄膜，并评估了它们对荔枝采后保鲜的协同效果。STF显著延缓了果皮褐变，减少了水分损失和质地下降，在4°C条件下储存20天内保持了感官和营养品质。与传统冷藏（NF）及单一处理（TF或SNF）相比，STF在延缓果实劣化方面表现出更优的性能。

CRediT作者贡献声明

王丽萍：撰写——初稿、方法学设计、数据分析、概念化。任雅琪：软件开发、数据管理。张涛：撰写——审稿与编辑。金正宇：撰写——审稿与编辑。苗明：撰写——审稿与编辑、资金争取。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1100101）、国家自然科学基金（31972029）、中国****青年拔尖人才项目、江苏省科技支撑计划（BE2020308）以及江苏省研究生研究与实践创新计划（KYCX25_2758）的资助。