《Food Frontiers》：Radio Frequency Heating-Induced Multilevel Injury of Plodia Interpunctella in Goji Berries and Concomitant Quality Variations of Goji Berries
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印度谷螟（Plodia interpunctella）是危害枸杞（goji berries）的主要仓储害虫。本研究评估了射频（radio frequency，RF）加热作为灭虫处理方法的效果，并表征了由此产生的幼虫损伤特征和浆果品质变化。将含水量为13%并带有
印度谷螟（Plodia interpunctella）是危害枸杞（goji berries）的主要仓储害虫。本研究评估了射频（radio frequency，RF）加热作为灭虫处理方法的效果，并表征了由此产生的幼虫损伤特征和浆果品质变化。将含水量为13%并带有五龄幼虫的枸杞进行射频加热处理（40.68 MHz，80%设定值 = 2.5 kV/0.06 A，110 mm极板间距）。射频加热使核心温度在14分钟内从24.5°C升至52°C；而热风（hot-air，HA）加热则需要196分钟。达到52°C时死亡率为61.33%，经过1.5分钟间歇保持后达到100%。与热风处理或未处理幼虫相比，射频处理幼虫表现出更多的表皮破损、电解质渗漏、脂质过氧化、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）/过氧化氢酶（catalase，CAT）活性改变、线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential，MMP）丧失、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）耗竭及TUNEL阳性信号。由于射频和热风处理方案在加热速率、总热暴露量和死亡率方面存在显著差异，这些终点指标代表的是与处理相关的损伤表型，而非射频特有的因果级联反应。在40天储存期间，射频处理的浆果在颜色、质构、多糖、总酚、DPPH自由基清除活性及组织微观结构方面总体上优于热风处理组。在实验条件下，射频加热联合短暂间歇保持可实现100%幼虫死亡率，同时相比长时间热风加热减少了加工时间及品质损失。进一步的研究应验证冷点控制、对不同虫态的有效性以及更大料层深度和中试规模下的工艺稳健性。
**论文解读：射频加热对枸杞中印度谷螟的多层次损伤效应及储存品质影响**
**一、研究背景与意义**
印度谷螟（Plodia interpunctella）是干制农产品最具破坏性的仓储害虫之一，寄主范围广泛、繁殖迅速，且往往在造成严重损害后才能被察觉。枸杞（goji berries）作为一种兼具食用和传统药用价值的高价值农产品，其市场价值在很大程度上取决于色泽深浅以及热敏感生物活性成分（尤其是多糖和类黄酮）的含量。当检测到印度谷螟等仓储害虫时，通常采用高温处理，然而此类条件往往导致褐变和这些不稳定成分的降解。
化学熏蒸曾是控制仓储害虫的主要手段，但化学残留、抗药性发展以及健康和环境风险等问题日益突出。传统热风（hot-air，HA）加热依赖从表面到内部的传导传热，达到致死温度所需时间较长；这种长时间热暴露不仅导致色素分解和生物活性物质氧化，还使印度谷螟幼虫有充足时间产生热适应，显著增加其耐热性。微波加热虽加热迅速，但穿透深度浅、温度分布不均匀，不适用于枸杞加热。射频（radio frequency，RF）加热作为一种介质加热技术，利用3 kHz–300 MHz范围的电磁波激发分子旋转和离子迁移，实现整体体积加热，温度分布更均匀。然而，大多数射频杀虫研究集中于高水分果蔬，而干制枸杞含水量低、含糖量高，其介电常数和损耗因子与高水分物料差异显著，需对该基质进行单因素评估以优化能量耦合效率、加热均匀性及关键操作参数。此外，现有文献多集中于工艺层面，对昆虫在加热响应中的逐步多层次损伤关注不足，且枸杞在实际储存过程中的品质演变尚未得到系统表征。
**二、研究目的与技术方法概述**
本研究以枸杞品种"宁杞1号"（Ningqi No. 1）及印度谷螟五龄幼虫为研究对象，旨在：（1）系统优化射频参数（含水量、电极间隙、电压控制设定），并与传统热风处理比较加热效率和杀虫效果；（2）从幼虫表面形态、膜通透性、氧化应激、线粒体功能和DNA完整性等方面表征射频诱导的多层次损伤；（3）开展40天储存研究，考察颜色、生物活性成分、抗氧化能力及微观结构/质构的变化。
主要关键技术方法包括：采用单因素实验设计优化射频操作参数，以加热速率、加热均匀性指数（λ）和热成像分布为评价指标，系统考察初始含水量（10%、13%、16%，湿基）、电极间隙（90、100、110、120 mm）和电压控制设定（75%、80%、85%、90%）的影响。杀虫实验中设置三种保持方式：自然冷却（RF-NP）、转移至52°C热风烘箱（RF+HA）以及间歇射频功率循环使核心温度维持于52–53°C（RF-INT）。幼虫多层次损伤分析采用扫描电子显微镜（SEM）观察表皮微结构、电导率法测定相对膜通透性、Bradford法测定可溶性蛋白含量、商品化试剂盒检测超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量、JC-1荧光探针结合流式细胞术评估线粒体膜电位（MMP）、商品化试剂盒检测细胞内ATP水平、TUNEL染色检测DNA断裂。枸杞储存品质评价指标涵盖表面颜色（L*、a*、b*值及总色差ΔE）、果肉微观结构（SEM）、质构特性（硬度、内聚性、弹性、回复性、咀嚼性）、多糖含量（苯酚-硫酸法）、总酚含量（Folin–Ciocalteu法）和DPPH自由基清除能力。
**三、主要研究结果**
**3.1 射频操作参数的单因素筛选**
单因素实验表明，加热速率随含水量升高而加快：16%含水量组约420秒达到目标温度，但热成像显示中心区域温度过高，存在局部过热风险，且该含水量超出国家标准GB/T 18672-2014规定的枸杞安全储存要求；10%组加热较慢，需近900秒；13%组（湿基）加热速率较快且温度分布更均匀，均匀性指数λ为0.173，被选作后续实验条件。电极间隙方面，90 mm时加热速率最快但边缘区域温度异常偏高，120 mm时加热减慢且中心区域升温滞后，110 mm时加热速率适中、温度分布相对稳定，λ为0.165。电压控制设定由75%增至90%可加速加热过程，但90%时温度波动显著且出现局部加热不均，80%设定下加热过程更稳定，表面温度分布相对均匀，λ为0.160。综合加热速率、均匀性和安全储存水分要求，确定最优操作条件为：含水量13%（湿基）、电极间隙110 mm、电压控制设定80%，对应实测阳极电压2.5 ± 0.10 kV、阳极电流0.06 ± 0.006 A。
**3.2 不同热处理方法对印度谷螟幼虫死亡率的影响**
射频加热使核心温度从24.5°C升至52°C仅需约14分钟，而热风加热需约196分钟，表明射频可大幅缩短达到目标温度所需时间。射频处理组在核心温度达到52°C时幼虫死亡率为61.33%；在三种保持方式中，RF-INT组死亡率上升最快，1.0分钟达93.33%，1.5分钟达100%并维持至2.0分钟；RF-NP和RF+HA组在2.0分钟时死亡率分别为77.33%和78.67%，均低于RF-INT组；热风处理组在各时间点死亡率均为最低，且在0.5至1.0分钟之间出现平台期（均为6.67%），表明慢速加热条件下存在热致死滞后现象。射频与热风在加热效率上的差异主要归因于其不同的加热机制：热风依靠从表面到内部的传导，而射频通过电磁场与极性分子和离子的相互作用实现体积加热。RF-INT组被选作后续多层次损伤分析的射频处理组，热风处理组作为常规外部加热对照。
**3.3 射频处理诱导印度谷螟幼虫的多层次损伤**
**3.3.1 表面结构损伤、膜完整性变化及氧化应激反应**
SEM观察显示，射频处理幼虫的节间膜、气门边缘和表皮表面出现开裂、皱缩和局部组织暴露等形态学改变，而在对照组和热风组中未见此类变化。生化指标进一步表明，RF组相对膜通透性为55.89%，显著高于HA组（12.69%）和对照组（8.23%），表明电解质大量渗漏、膜屏障严重受损。RF组可溶性蛋白含量为0.18 μg/mL，约为HA组（0.09 μg/mL）的两倍和对照组（0.08 μg/mL）的两倍以上。RF组MDA含量为5.97 nmol/mg蛋白，表明膜脂质过氧化加剧。RF组SOD和CAT活性均高于HA组和对照组，显示幼虫产生了强烈的抗氧化酶响应；但MDA水平仍维持在较高水平，说明尽管两种抗氧化酶活性增加，膜脂质过氧化仍然严重。上述结果表明，射频处理的影响不仅限于表面结构，还涉及细胞膜完整性和氧化还原稳态。
**3.3.2 线粒体膜电位降低与能量代谢抑制**
JC-1染色流式细胞术分析显示，RF组红色荧光细胞比例（Q1-UR象限）显著降至69.70%，绿色荧光细胞比例（Q1-LR象限）急剧增至30.18%，绿色荧光细胞比例约为HA组的4.4倍和对照组的5.7倍。定量分析表明，RF组红/绿荧光比值仅为2.39 ± 0.07，显著低于对照组（17.41 ± 0.52）和HA组（14.53 ± 0.82），表明射频处理诱导了幼虫细胞线粒体膜电位的显著丧失。ATP测定显示，RF组ATP水平仅为1.24 ± 0.24 μmol/g蛋白，而HA组和对照组分别为17.59 ± 0.65和19.76 ± 1.10 μmol/g蛋白。线粒体膜电位丧失可损害氧化磷酸化进而抑制ATP合成，而ATP缺乏又会抑制离子稳态维持、膜修复和应激耐受等能量依赖机制。上述变化同时发生，提示线粒体功能障碍是射频诱导多层次损伤的重要组成部分。
**3.3.3 DNA损伤相关的细胞损伤**
TUNEL染色用于检测DNA断裂。对照组仅见微弱绿色荧光信号，HA组仅偶见TUNEL阳性细胞核。而RF组TUNEL阳性信号显著增强，阳性率为34.0% ± 3.5%，显著高于HA组（7.0% ± 1.0%）和对照组（2.0% ± 0.6%），表明幼虫细胞发生了更广泛的DNA断裂。结合线粒体膜电位丧失和ATP耗竭，射频暴露后幼虫DNA断裂水平升高所代表的细胞损伤可能对细胞功能和活力产生不利影响。
总体而言，射频处理在表皮表面结构、膜完整性、氧化应激、线粒体生物能量学和核DNA稳定性等多个生物学层面均使幼虫产生显著改变，表明损伤不限于单一层面，而是涵盖从外部屏障到细胞内功能系统的一系列破坏。鉴于射频组和热风组达到相同目标温度的时间及热历史均差异显著，损伤程度的差异提示损伤不仅与最终温度有关，还可能与加热速率和加热阶段的温度历程有关。
**3.4 射频处理减少热暴露可改善枸杞储存期间采后品质保持**
**3.4.1 颜色稳定性**
在40天储存期间，各处理组L*、a*、b*值均下降，ΔE值随时间增加。至第40天，RF组ΔE最小（12.26），HA组为14.02，对照组为20.26。RF组颜色保留优于HA组，这与其更短的处理时间和更少的累积热暴露一致。值得注意的是，未受热处理的对照组颜色变化反而最大。
**3.4.2 微观结构与质构变化**
SEM观察显示，RF处理枸杞果肉呈相对连续的蜂窝状多孔结构，细胞壁轮廓可辨识；HA组则出现更大的组织收缩、细胞壁塌陷和结构致密化。储存40天后，RF组多数质构属性的变化程度小于HA组，与SEM结果一致，表明结构保持可能是储存枸杞质构品质的主要决定因素。
**3.4.3 生物活性成分与抗氧化能力**
储存40天后，RF组多糖含量达45.2 mg/g DW，总酚含量为32.5 mg GAE/g DW，DPPH清除活性为78.3%；而HA组仅为38.7 mg/g、27.1 mg GAE/g和65.4%，组间差异均达显著水平（p < 0.05）。RF组在功能成分和抗氧化活性方面的优越保留归因于不同的热历史：热风加热需要长时间通过产品外部传导热量，导致多糖分解和酚类氧化加剧；RF处理在极短时间内完成，从而限制了对热敏感成分的热应力。
**四、讨论与结论**
本研究在实验条件下证实，射频加热将染虫枸杞核心温度升至52°C的速率显著快于热风加热，辅以1.5分钟的52–53°C间歇射频保持即可实现印度谷螟五龄幼虫的100%死亡率。射频处理方案与更大程度的表皮破损、电解质渗漏、脂质过氧化、线粒体去极化、ATP耗竭和DNA断裂相关。由于射频与热风处理在加热速率、累积热暴露、空间温度分布和死亡率方面差异显著，这些结果支持一种多层次处理相关损伤特征，但不能单独据此建立射频特有的因果损伤级联。在40天储存期间，射频处理枸杞在所测颜色、质构、微观结构和生物活性成分等方面总体上优于热风处理组，这一差异与射频更短的处理时间一致。研究结论为：射频加热联合短暂间歇保持可作为一种针对干制枸杞的快速灭虫策略；在工业应用前，需跨越昆虫发育阶段、装载量、料层深度、冷点位置及中试规模操作条件对该工艺进行验证，并在预设实验设计下评估能耗、储存安全性和产品品质。
