# 脉冲电场（PEF）对常温贮藏期间新鲜玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）花朵品质维持作用的评价

《Food Chemistry: X》：Evaluation of pulsed electric field for the quality maintenance of fresh Hibiscus sabdariffa L. flowers during ambient storage

　　

摘要

玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）花朵采后常因高氧化应激及营养物质降解而导致品质下降与价值降低。该状况表明需要采用有效采后处理手段，如脉冲电场（pulsed electric field，PEF），以维持可食花卉品质。本研究旨在分析1、2、3和4 kV/cm处理2 min的PEF对常温贮藏期间花朵品质的影响。研究人员在贮藏期观察了物理特性、氧化应激指标、抗氧化酶活性及生物活性物质含量。本研究每个处理设三次重复、三次重复测量。数据采用双因素方差分析（two-way ANOVA）分析，显著性差异（p < 0.05）后进一步采用Duncan多重极差检验（Duncan Multiple Range Test，DMRT）以确定处理间差异。在10 d贮藏期内对PEF预处理组与对照组特性进行比较。PEF处理能够在相对鲜重（relative fresh weight，RFW）（14–32%）、SOD酶活性（30–39%）、酚类物质（11–36%）及花色苷（较对照组高至两倍）等参数上维持玫瑰茄花朵品质。该处理还抑制了色泽变化（ΔE）（15–44%）、H₂O₂含量（6–23%）及丙二醛（malondialdehyde，MDA）（14–36%），使其低于对照组。本研究表明，PEF作为可食花卉常温贮藏期间品质维持技术具有潜力，包括物理品质与生物活性化合物。

一、研究背景

玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）为分布于多个热带国家的热带植物，其花萼、花瓣、叶片及种子等部位应用广泛。市场研究机构KBV Research数据显示，其全球市场价值预计于2027年达2.449亿美元，2021至2027年复合年增长率（compound annual growth rate，CAGR）为10.4%。玫瑰茄花瓣在草药制品、饮料、制药及化妆品工业中的广泛应用，归因于其富含花色苷、酚类化合物、抗氧化物质及锌、钠、镁、钙、钾等必需矿物质。作为多用途食品原料，玫瑰茄鲜花可鲜食于沙拉，或加工为果冻、汤、酱汁、果酱、酒及发酵饮料等产品。

然而，鲜花因含水量高而货架期相对较短，加速劣变进程。贮藏期间，衰老过程促进活性氧（reactive oxygen species，ROS）积累，可引发细胞膜损伤、色素降解及生物活性化合物减少。干燥通常用于保存玫瑰茄花朵，但既有研究显示干燥温度显著影响酚类物质保留（70 °C时为355.0 ± 8.0 mg GAE/100 g DM，50 °C时为625.0 ± 11.0 mg GAE/100 g DM），且随贮藏时间延长花色苷浓度因水解与氧化降解而下降。这一现象表明需要一种既能维持生物活性成分又能保持新鲜度的玫瑰茄保鲜方法。

PEF是一种非热加工技术，通过施加不同电场强度的短时电脉冲维持食品新鲜度与品质，其主要原理为细胞膜电通透性，可在不破坏感官或营养成分的前提下灭活微生物。已有研究表明，PEF可有效延长果蔬货架期，通过降低酶活性与微生物负荷，保持物理、化学及功能品质，避免不良环境影响并减少生物活性化合物降解。在可食花卉方面，高压电场（high-voltage electric field，HVEF）处理可维持玫瑰花朵品质，如抑制形态变化、激活抗氧化酶并抑制氧化应激。这些结果提示，PEF等类似电处理可为防止玫瑰茄花朵物理损伤与生物活性化合物减少提供有效策略。然而，关于PEF对玫瑰茄花朵物理损伤及生物活性化合物影响的信息仍有限。因此，本研究旨在确定PEF应用对物理品质与生物活性化合物的影响，并探索采后玫瑰茄花朵的适宜保鲜机制。

二、研究主要方法与结论

研究人员开展了以PEF处理玫瑰茄花朵并于常温贮藏的品质评价研究，得出PEF可维持物理品质与生物活性化合物、其中2 kV/cm为理想处理强度的结论，为可食花卉采后保鲜提供了技术依据。

三、关键技术方法

供试材料为印度尼西亚中爪哇Pekalongan（6°53′18″S，109°40′31″E）于9月采收的Roselindo 1品种玫瑰茄花朵，采收后立即运至实验室。采用PEF设备（012025UHN，UHN，印度尼西亚）于0（对照）、1、2、3及4 kV/cm下处理2 min（对应能量3.3、6、9及11.6 kJ/kg），批式处理腔为20 × 30 cm、不锈钢电极间距4 cm；处理后于25 °C、80% RH条件下以LDPE No. 4塑料包装（厚度0.012–0.035 mm）贮藏8 d，每2 d评价指标。主要技术包括：扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）微结构观察；相对鲜重（RFW）测定；色差仪测定色泽并计算ΔE；手持折光仪测定可溶性固形物（total soluble solid，TSS）；H₂O₂、MDA分光光度法测定；pH示差法测定总花色苷；Folin-Ciocalteu法测定总酚；氮蓝四唑（nitroblue tetrazolium，NBT）光还原法测定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性；邻苯二酚法测定多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性。数据经SPSS 25双因素方差分析，显著性差异后以DMRT检验。

四、研究结果

3.1 微结构分析

通过SEM观察得出，对照组细胞表面相对光滑、排列致密、组织有序；PEF处理引起表面微结构改变且随电场强度增强而更明显，表现为细胞壁内微间隙形成与表皮细胞疏松，与电穿孔原理一致。1与2 kV/cm处理形态变化相对轻微、组织完整性得以维持；3与4 kV/cm处理细胞表面更粗糙、组织排列不规则、细胞壁损伤更明显，提示高强度下不可逆电穿孔导致较大孔洞、组织褶皱结构丧失及表面裂纹。

3.2 相对鲜重

通过贮藏期RFW测定得出，PEF处理组RFW高于对照组，2 kV/cm在贮藏末期RFW高32.33%。贮藏末对照组RFW为9.37%，1、2、3、4 kV/cm处理分别为12.08%、12.40%、11.9%与10.77%。PEF通过抑制与减缓呼吸速率及减少水分损失相关的失重来维持RFW；适宜强度维持细胞结构完整性并降低膜透性，从而优化抑制水分损失，而过高强度可致细胞损伤、水分损失增加与品质加速下降。

3.3 色泽变化

通过色泽测定得出，贮藏8 d后对照组ΔE达3.03，1、2、3与4 kV/cm处理分别为2.03、1.69、2.31与2.56，2 kV/cm较对照低44.22%。PEF通过部分电穿孔与表皮细胞疏松增强色素可见性并改变光散射而不引起色素降解，从而维持色泽稳定；4 kV/cm处理与对照差异不显著，提示高强度可能引起不可逆通透化导致色素不稳定与较高ΔE。

3.4 可溶性固形物

通过TSS测定得出，贮藏期各处理TSS下降，对照组降幅最大、贮藏末为2.67 °Brix，1、2、3与4 kV/cm处理分别为3.03、3.17、3.10与3.00 °Brix，较对照显著保留约0.5 °Brix（p < 0.05），变化趋势与RFW一致，提示PEF可能通过减缓呼吸性底物糖消耗与调控采后代谢过程维持可溶性固形物。

3.5 过氧化氢分析

通过H₂O₂测定得出，贮藏期各处理H₂O₂均升高，对照组贮藏末达629.40 μmol/kg FW，1、2、3与4 kV/cm处理分别为554.21、484.03、539.18与588.48 μmol/kg FW。PEF通过早期受控诱导氧化应激以触发抗氧化防御激活而维持较低H₂O₂；4 kV/cm较高H₂O₂含量提示不可逆电穿孔，高强度可打破抗氧化系统与ROS平衡导致氧化损伤。

3.6 丙二醛分析

通过MDA测定得出，各处理MDA随贮藏升高，贮藏8 d后对照为0.138 μmol/g FW，1、2、3与4 kV/cm处理分别为0.096、0.087、0.102与0.118 μmol/g FW，显著低于对照（p < 0.05）。该方法通过抑制脂质过氧化并与氧化防御系统激活相关联而抑制MDA。

3.7 花色苷含量

通过pH示差法测定得出，贮藏期各样品花色苷含量均升高，对照组最低为1116.26 ppm，1、2、3与4 kV/cm处理分别为2233.88、1599.27、1398.03与1364.05 ppm。该升高与PEF诱导的电穿孔使细胞膜通透化、促进花色苷由液泡释放至细胞外基质有关；高电压可因细胞膜损伤致电解质泄漏而降低花色苷含量。研究人员指出，细胞可提取性提高而非从头合成是花色苷显著升高的主要解释，SEM所示表皮与细胞壁屏障的微结构破坏与疏松支持该现象。

3.8 总酚含量

通过Folin-Ciocalteu法测定得出，贮藏期各组总酚含量均升高，贮藏末对照组为0.372 mg/g，1、2、3与4 kV/cm处理分别为0.506、0.463、0.413与0.347 mg/g。该升高与更均匀广泛的细胞膜破坏促进胞内化合物释放并维持生物活性物质结构完整性有关，而4 kV/cm因不可逆电穿孔致结构损伤与酚类泄漏而低于对照。研究人员指出，贮藏期总酚升高可能源于贮藏胁迫诱导的从头生物合成或细胞壁基质逐渐降解所致的可提取性增加，尚需酶学与分子研究明确各机制作用。

3.9 超氧化物歧化酶活性

通过NBT光还原法测定得出，各处理SOD活性随贮藏下降，但PEF处理降幅显著较低；贮藏8 d时对照为491.46 U/g FW，1、2、3与4 kV/cm处理分别为643.53、683.19、667.77与665.57 U/g FW，其中2 kV/cm维持最高SOD活性、较对照提高1.39倍。该增强活性与温和电穿孔诱导短暂氧化信号、激活抗氧化防御机制从而刺激SOD清除ROS有关。研究人员以生化反馈环路与结构保护解释该现象：H₂O₂受控积累与SOD催化能力维持直接相关，同时总酚与总花色苷等非酶辅因子上升通过清除强次级自由基减少对SOD活性部位的直接氧化修饰。

3.10 多酚氧化酶活性

通过PPO活性测定得出，贮藏期各处理PPO活性均下降，对照组高于处理组；贮藏8 d后对照为0.15 U/g FW，1、2与3 kV/cm处理分别为0.06、0.05与0.08 U/g FW，4 kV/cm为0.15 U/g FW、与对照相同。较低场强下PPO活性降低与电场诱导的构象变化改变酶二级与三级结构、降低催化活性从而抑制酶促褐变有关。研究人员指出，高强度电脉冲可能改变酶三级框架或部分损害催化中心铜辅基稳定性，但该机制仍属假说；PPO活性降低与总酚保留高度相关，抑制了多酚向深色醌类的后续氧化。

五、讨论与结论

讨论部分围绕各指标展开机制阐释：PEF的保鲜效应源于电穿孔引起的膜通透性改变，适宜强度通过维持细胞结构完整性、降低膜透性、减缓呼吸与水分损失、诱导适度氧化信号激活抗氧化防御并提高酚类与花色苷可提取性而实现品质维持；而超过耐受强度的高场强引起不可逆电穿孔、电解质与胞内物质泄漏、ROS失衡及酶促褐变，导致品质加速下降。研究人员在讨论中亦指出研究局限：未直接测定胞内ROS信号分子或抗氧化相关基因表达水平，未进行PPO蛋白的直接分子或结构验证，未开展直接呼吸气体（CO₂释放）分析，花色苷与总酚升高的机制仍需酶学与分子研究进一步界定。

结论部分译文：综上，采用全面的多属性优化准则确定理想PEF处理强度为2 kV/cm。选择2 kV/cm表明其是在所有评估的结构、物理与代谢品质间的优选生理权衡，而非依赖单一因素。在该精确阈值下，处理提供足够电能以使细胞基质通透化——正如SEM定性微结构变化所清楚验证——从而显著提高总酚与总花色苷的可提取性；同时，该强度避免了更高强度下出现的代谢弊端，如H₂O₂过度积累与PPO介导的快速褐变，并通过维持相对鲜重（RFW）与SOD活性保持细胞稳态。研究结果表明，在8 d评估期内，2 kV/cm的PEF处理有效改善了组织的短期生理与生化稳定性。然而，由于本研究未直接监测微生物劣变或8 d之后的监管商业要求，此种品质保持不应被结论性地视为商业货架期延长。不过，若进一步长期验证纳入微生物安全性评价，则该时间范围内抗氧化物质与微结构完整性的显著保持表明，PEF是防止采后早期劣变的有前景技术。2 kV/cm的PEF处理是维持组织理化与微结构特性的理想加工强度，成功平衡了SOD活性、总酚、总花色苷与H₂O₂调控，且未引起显著组织劣变。但必须指出，当前研究仅限于这些特定的结构与生化指标。因此，尽管2 kV/cm在细胞采后品质保持方面显示出显著潜力，仍需纳入微生物安全性与感官评价的更全面贮藏研究，以完全确认其在工业食品应用中的可行性。