《Food Bioscience》：Low-voltage electrostatic field delays browning of fresh-cut potatoes by regulating reactive oxygen species metabolism and PPO activity
编辑推荐：
•LVEF抑制多酚氧化酶（PPO）活性，延缓鲜切马铃薯的酶促褐变•LVEF增强超氧化物歧化酶（SOD）/过氧化氢酶（CAT）活性，抑制活性氧（ROS）积累•LVEF维持组织中较高的总酚含量•LVEF降低褐变指数并延长货架期引言鲜切马铃薯因其便利性而越来越受消费者欢迎。然而，切
- •
LVEF抑制多酚氧化酶（PPO）活性，延缓鲜切马铃薯的酶促褐变
- •
LVEF增强超氧化物歧化酶（SOD）/过氧化氢酶（CAT）活性，抑制活性氧（ROS）积累
- •
LVEF维持组织中较高的总酚含量
- •
LVEF降低褐变指数并延长货架期
引言
鲜切马铃薯因其便利性而越来越受消费者欢迎。然而，切割过程中造成的机械损伤破坏了细胞区室化，使多酚氧化酶（PPO）与酚类底物接触（Qiao等，2025；B. Zhang等，2025）。在需氧条件下，PPO催化酚类化合物转化为醌类，后者进一步形成褐色色素（Liu, Wang等，2019）。这一过程严重缩短了货架期并降低了商业价值，是鲜切果蔬产业面临的核心瓶颈（Chai等，2026；Navina等，2023）。
目前，鲜切果蔬的褐变控制主要通过化学、生物和物理方法进行。虽然化学抗褐变剂效果显著，但化学残留和食品安全问题仍令人担忧。生物抑制剂在稳定性和广谱效力方面仍面临挑战（Barbosa-Caro & Wudick，2024；Shi等，2026）。相比之下，物理保鲜技术具有零残留和低能耗等优势。作为物理保鲜手段，静电场凭借其通过代谢调节和微生物抑制来控制褐变的安全性和高效性，已成为一种有前景的解决方案（Yang等，2025）。先前的研究表明，电场处理可以调节膜通透性，增强抗氧化物质积累，并调节酶活性和基因表达（Chen等，2026；Liu等，2025；Liu等，2026）。其潜在机制可归因于两条主要途径。第一，电场可能通过对蛋白质表面的带电氨基酸残基施加静电力，影响蛋白质结构和催化活性。第二，LVEF可以增强内源性抗氧化酶（如SOD和CAT）的活性，同时抑制活性氧（ROS）的积累，从而减轻细胞膜系统的氧化损伤。这两个方面协同作用，共同促成了整体的保鲜效果（Zhu等，2025）。
通常，静电场可根据电场强度进行分类。高压静电场（HVEF）通常在kV cm-1范围内的电场强度下运行，而低压静电场（LVEF）则在低得多的V cm-1范围内的电场强度下运行（Ben等，2026）。HVEF处理已保鲜了多种果蔬的采后品质，包括香蕉（Valdez-Miranda等，2024）、石榴（Lotfi等，2022）、番茄（Zhao等，2023）和大白菜（Zhang等，2022）。尽管HVEF已展现出其保鲜效果，但其高能耗和潜在的安全隐患（如电晕放电和臭氧产生）严重限制了其大规模应用。作为衍生技术，LVEF克服了这些缺点，同时保持了相当的效力，兼具节能、操作安全、无残留、操作简便和成本低廉等优点（Zhou等，2024）。这些特性与现代农业产业的需求和绿色保鲜技术高度契合，因此LVEF逐渐成为该领域的研究焦点（Chen等，2026；Liu等，2025；Liu等，2026；Y. Zhang等，2025）。近期的研究考察了LVEF对鲜切果蔬褐变和酶活性的影响。然而，大多数研究侧重于宏观品质和生理指标，包括荔枝（Zhou等，2024）、花椰菜（Ren等，2026）和食用菌（Lang等，2024）。LVEF抑制鲜切马铃薯中PPO活性的具体机制仍不清楚，不同可能途径的相对贡献也尚未得到充分阐明。这一知识空白严重限制了LVEF在鲜切马铃薯保鲜中的精准应用。因此，本研究旨在探究LVEF对鲜切马铃薯贮藏品质和酶促褐变的影响，并探讨其中涉及的生理和生化机制。
先前的研究表明，电场可以通过直接诱导蛋白质构象变化或影响细胞信号通路和基因表达来调节酶活性（Wen等，2024；Zhu等，2025）。我们的初步筛选（电场强度为1,000、3,000、5,000和7,000 V m-1）表明，LVEF对PPO活性的抑制作用随电场强度增加而增强，在5,000 V m-1时抑制效果最大。PPO活性严格依赖于其活性位点铜离子的配位几何构型及其周围微环境，使其对物理场诱导的结构扰动可能非常敏感（Du等，2025；Nag & Kumaria，2018；Wu等，2025）。我们假设，LVEF处理可以通过抑制PPO活性和增强抗氧化酶活性来延缓褐变并维持品质，从而减少ROS积累并保护膜完整性。因此，本研究从三个角度考察了LVEF的影响：生理和生化响应、部分纯化提取物的蛋白质整体构象变化以及细胞微结构。研究结果为LVEF保鲜易褐变果蔬的色泽保持提供了理论依据，并为非热物理技术调控下与褐变抑制相关的蛋白质构效关系提供了新的视角。
章节摘要
材料与方法
除另有说明外，本研究使用的所有化学品和试剂均为分析纯（AR）级别。实验全程使用电导率< 5 μS cm-1的去离子水。
色泽、质地和感官品质
色泽和质地是决定商业价值和消费者可接受性的主要因素（Levaj等，2023）。对照组和LVEF处理组在贮藏过程中均出现了不同程度的褐变（图2）；然而，LVEF处理组的褐变程度明显较轻。色差参数分析表明，两组样品的L*值（图3A）均随贮藏时间延长而逐渐下降，而a*值（图3B）和BI值（图3C）
结论
本研究揭示，LVEF处理通过抑制PPO活性和增强抗氧化酶系统，有效延缓了鲜切马铃薯的酶促褐变。此外，LVEF增强SOD和CAT的活性以清除过量ROS并保护膜完整性，从而提供稳定的组织微环境，有利于抑制褐变。这些发现表明，LVEF通过多种机制延缓鲜切马铃薯的褐变，
CRediT作者贡献声明
Jiajia Su：验证、方法学、数据整理。 Ziyu Guo：可视化、软件、调查。 Zeyun Liu：可视化、调查。 Peizhao Yang：软件、调查。 Xiaokun Qiu：撰写——初稿、形式分析、概念化。 Liping Qiao：可视化、验证、监督。 Xia Liu：撰写——审阅与编辑、资源、资金获取
未引用参考文献
Liu等，2019；Zhang等，2025。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
作者不是《Food Bioscience》的编辑委员会委员/主编/副主编/客座编辑，也未参与本文章的编辑审查或发表决定。
致谢
本工作得到泰山产业领军人才计划（25012712）和乌鲁木齐市农业农村"小分队"援助项目（6202512184）的资助。
Xiaokun Qiu|Jiajia Su|Ziyu Guo|Zeyun Liu|Peizhao Yang|Liping Qiao|Xia Liu
