生物活性精油作为可持续采后技术：抑制冷库马铃薯块茎发芽并保持其理化品质

《Journal of Stored Products Research》：Bioactive essential oils as sustainable postharvest technology: suppression of sprouting and preservation of physicochemical quality in cold-stored potato tubers

　　

•丁香、薰衣草和薄荷精油每月在10 °C下进行热雾处理 •在150 ppm丁香油条件下，出芽率从100%降至六个月后不到1.1% •在150 ppm丁香油条件下，重量损失从4.2–4.3%降至0.59–0.72% •精油诱导芽顶端分生组织的进行性坏死（组织学） •还原糖含量降低意味着油炸色泽更好，丙烯酰胺生成潜力更小

引言

马铃薯（*Solanum tuberosum* L.）是茄科的一种一年生草本块茎作物，是世界上第四大重要粮食作物（G?kmen等，2007）。在埃及，它是战略性蔬菜作物之一，支撑着国内新鲜食用以及强劲的加工业和出口业。阻碍该作物采后价值链的主要瓶颈之一是提前出芽，该现象在块茎储存于环境条件下时迅速发生，并在冷藏储存过程中逐步加剧。出芽会加速重量损失，导致质地软化，降低商品价值，并引发严重的营养降解（Sonnewald和Sonnewald，2014）。

出芽发生在块茎休眠解除之后，受芽分生组织的激素平衡调控：脱落酸（ABA）维持休眠状态，而细胞分裂素和赤霉素的活性升高则促进其解除及后续芽的生长（Sonnewald和Sonnewald，2014；Campbell等，2008）。

低温储存可减缓出芽萌发，但会引入另一个问题——冷处理诱导的甜化，因为在低于8–10 °C的温度下淀粉会被水解为还原糖（Sonnewald和Sonnewald，2014；Mani等，2014）。积累的还原糖对加工用马铃薯尤为不利，因为在油炸过程中它们会与游离氨基酸发生反应形成丙烯酰胺并使油炸产品颜色变深（G?kmen等，2007；Biedermann-Brem等，2003）。因此，有效的储存管理必须同时抑制出芽并限制还原糖的积累。

合成出芽抑制剂历来用于实现上述第一个目标。马来酰肼（MH）在收获前三至六周施用于生长中的作物（Song等，2008），而氯丙酚（CIPC）则以热喷雾剂形式或可乳状浓缩液形式在装袋前喷洒于储存的块茎上。然而近年来，越来越多的证据表明块茎中存在CIPC残留及其对人类健康和环境的风险，导致许多市场已撤回或严格限制这两种化合物的使用（Frazier等，2004, 2006）。它们的丧失产生了对有效的、不留合成化学残留的出芽控制策略的迫切需求，且该策略须获得监管机构和消费者的认可。

植物精油（EOs）已作为主要天然替代品涌现。作为单萜和苯丙素类化合物的挥发性亲脂性混合物，精油主要在气相中发挥作用：它们分配进入活跃分裂的分生组织细胞的膜中，破坏膜的完整性和线粒体呼吸，从而诱导芽顶端分生组织的局部坏死，停止出芽发育，通常需要反复施用以维持长期储存期间的控制效果（Kleinkopf等，2003；Vaughn和Spencer，1991；Boivin等，2020）。挥发性的单萜类如樟脑酮和胡薄荷酮是公认有效的出芽抑制剂（El-Kader等，2016；Abou-Elwafa和Rageh，2019；Hartmans等，1995），多种精油还能额外抑制还原糖的积累并保持加工品质（Ezzat等，2011a）。这种机制上的理解为本研究开展的组织学分析提供了依据。

本研究考察的三种精油均有先前支持其抗出芽活性的证据。丁香油（CEO），以丁香酚为主，已证实可抑制储存中马铃薯的出芽和银纹病（Frazier等，2004, 2006）；薄荷油（MEO），富含薄荷醇和薄荷酮，可通过对顶端分生组织的差异性作用要么抑制要么在低剂量下短暂促进出芽（Coleman等，2001；Teper-Bamnolker等，2010）；薰衣草油（LEO），以芳樟醇和乙酸芳樟酯为特征，在储存农产品中已显示出抑制出芽和抗菌活性（Hashem等，2019；Awad等，2021）。近期工作进一步加强了这一前景：植物精油已在低温储存条件下被筛选为马铃薯出芽抑制剂（Chen等，2024a；Chen等，2024b），柠檬烯油熏蒸（Jia等，2019a；Jia等，2019b）和水杨酸甲酯纳米乳（Qianqian等，2025）的出芽抑制作用已得到证实，更广泛的研究也支持以精油替代CIPC的方案（Paul等，2016b；Paul等，2016a）。

采后出芽对长期低温储存期间保持马铃薯块茎的品质和市场价值构成了重大挑战。虽然低温可以暂时停止出芽生长，但通常会导致冷处理诱导的甜化（CIS），这是一种与块茎内复杂生理变化相关的负面效应。近期研究表明，块茎休眠及其解除受到内源植物激素相互作用、动态碳水化合物代谢和氧化应激信号的精密调控。从休眠状态到出芽萌发的转变涉及特定的激素变化，以脱落酸（ABA）的降解和赤霉素（GAs）与细胞分裂素的同步增加为标志（Abbas等，2026；Haider等，2022）。这种激素转变增强了淀粉酶活性，显著降低了淀粉密度并导致还原糖增加，从而影响块茎的加工品质（Haider等，2023）。此外，出芽诱导期的开始与局部过氧化氢（H?O?）积累及抗氧化防御系统的改变有关，使块茎更易受组织降解的影响（Abbas等，2026）。历史上，行业使用的是合成出芽抑制剂如氯丙酚（CIPC），但由于消费者安全和环境方面的顾虑，这些物质在全球范围内正被日益严格限制。这迫切需要探索环保型、基于生物质的替代品，如精油（EOs）。外施水杨酸等化合物已显示可通过调节生物化学和离子平衡来增强马铃薯对非生物胁迫的抗性（Faried等，2022）。然而，采后精油同时抑制出芽并维持碳水化合物稳定性的潜力仍有待进一步探索。因此，本研究旨在评估精油处理在防止出芽和保持冷条件下储存的马铃薯块茎品质特性方面的有效性。

尽管取得了上述进展，丁香、薰衣草和薄荷油在长期商业式低温储存条件下的对比效果尚未进行过系统评估。特别是，它们在10 °C下通过每月热雾施用、持续六个月完整季节中的相对效力，以及出芽抑制与保持硬度、干物质、淀粉和还原糖水平之间的权衡关系仍未明确，其作用于芽分生组织的组织学基础亦然。因此，本研究的目的是：（i）比较以50、100和150 ppm浓度通过每月热雾施用的丁香、薰衣草和薄荷精油，在两个连续季节中抑制10 °C低温储存马铃薯块茎出芽的能力；（ii）确定其对块茎主要物理和生化品质特性的影响；以及（iii）阐明出芽抑制的组织学机制。

章节摘要

材料与方法

实验在埃及加布里比亚省卡夫尔艾扎伊夫的ELS AWY–ELSHAMY马铃薯储存和包装站进行，连续两个夏季季节（2020年和2021年）。储存的块茎用于采后储存和市场供应，而非种子繁殖。丁香（*Syzygium aromaticum*）、薰衣草（*Lavandula angustifolia*）和薄荷（*Mentha piperita*）精油从商业供应商（El Captain天然精油提取公司）获得。

组织学分析

对马铃薯终端芽眼纵切片的特定解剖特征进行显微观察，以评估精油对芽眼出芽抑制的有效性。

图1展示了这些处理的显微照片，结果表明精油的应用通过导致芽分生组织坏死损伤来抑制芽眼出芽，芽的解剖分析显示，用丁香、薰衣草和薄荷油处理的块茎出芽受到抑制。

讨论

出芽控制在块茎进行长期储存时变得尤为重要，从而使马铃薯产业能够进一步加工。马铃薯出芽会降低储存期的货架寿命，而精油可防止出芽块茎，作为成功管理储存马铃薯的有效手段。先前的研究已证明来自某些草本和香料植物的精油在抑制马铃薯块茎出芽方面的有效性（Hartmans等，1995）。许多来源于植物的精油含有生物活性……

结论

总之，每月用丁香、薰衣草和薄荷精油进行热雾处理抑制了10 °C低温储存马铃薯块茎的出芽并保持了其理化品质，效力随浓度增加而提高。150 ppm丁香油给出了最强且最一致的效果——显著（P ≤ 0.05）改善了整体外观、硬度、干物质和淀粉含量，同时最大限度地减少了重量损失、出芽长度和还原糖积累，其次是薄荷油……

CRediT作者贡献声明

Haifa A.S. Alhaithloul：写作 – 审阅与编辑、方法学、概念化。Nahaa M. Alotaibi：形式分析、方法学、软件、验证、可视化、写作 – 初稿撰写、写作 – 审阅与编辑。Mohanad T. Meften：写作 – 审阅与编辑、调查研究、数据管理。Mohamed R. Eldlgamony：写作 – 审阅与编辑、调查研究、数据管理。Alaa A. Helaly：写作 – 审阅与编辑、调查研究、数据管理。Asaad H. Awaad：写作 – 审阅与编辑、知情同意

不适用。

伦理声明

本研究中的所有实验程序均严格遵守相应的指导方针和监管框架。

发表同意

作者将在本期刊批准后同意发表本文。

临床试验编号

不适用。

资助

本研究由沙特阿拉伯利雅得Nourah bint Abdulrahman大学研究人员支持项目（编号：PNURSP2026R356）资助和支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知可能影响本稿件所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯利雅得Nourah bint Abdulrahman大学研究人员支持项目（编号：PNURSP2026R356）的支持。

Haifa A.S. Alhaithloul | Nahaa M. Alotaibi | Mohanad T. Meften | Mohamed R. Eldlgamony | Alaa A. Helaly | Asaad H. Awaad | Ahmed H. Abd Elwahed | Duaa M. Rezk | Amr Elkelish | Badriah S. Alammari | Hamdi Bendif | Magdy A. Omar