UV-C辐照对室温贮藏条件下鲜采草莓（cv. Chandler）货架期及理化特性的影响

《International Journal of Food Properties》：Effect of UV–C light on shelf life and physicochemical characteristics of freshly harvested strawberries cv. Chandler under ambient storage conditions

　　

草莓（Fragaria × ananassa Duch.）是一种采后极易腐烂的水果，这限制了其货架期和可销售性。因此，本研究旨在评估紫外线C（UV-C）辐照在室温贮藏期间维持草莓（cv. Chandler）采后品质和延长货架期的效果。研究人员将新鲜采收的50–60%成熟度果实暴露于UV-C辐照（13.5 kJ m?2），并在25 ± 1.5°C条件下贮藏。试验采用双因素完全随机设计（factorial completely randomized design），设置四次重复。与未处理的对照组果实相比，UV-C处理显著改善了果实品质。UV-C处理的草莓表现出更低的生理失重率（降低40%）、真菌腐烂指数（降低61.4%）和腐烂果实百分率（降低63%），同时保持了更高的果实硬度（提高25.6%）。贮藏期间，O2–•和H2O2水平较对照组分别被显著抑制约30%和39%。此外，UV-C处理通过提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性17.3%、过氧化氢酶（catalase，CAT）活性24%、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性27.7%和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）活性18.0%，增强了抗氧化防御能力。另外，UV-C处理使果实总体外观和可销售果实百分率分别提高约25%和30%，并改善了感官品质。总之，UV-C辐照有效延缓了采后品质劣变，并在室温贮藏期间维持了草莓的理化、营养和感官品质。未来研究应在商业贮藏和运输条件下评估UV-C的应用效果，并探究调控抗氧化反应的分子机制，以进一步优化这一可持续的采后技术。

论文解读

一、研究背景与意义

草莓（Fragaria × ananassa Duch.）因其风味可口和较高的抗氧化特性，近年来市场需求持续快速增长。然而，草莓是典型的呼吸跃变型高易腐园艺产品，采后货架期极短，若不能及时分销将造成严重损失。果实表面附着的植物病原微生物（尤其是真菌）对草莓果实具有极强的破坏性。据巴基斯坦国家农业委员会统计，果蔬采后损失率约为20–40%。由于化学杀菌剂的使用受到日益严格的限制，寻找替代性的植物检疫手段成为迫切需求。草莓采后寿命主要受呼吸作用增强和活性氧（reactive oxygen species，ROS）积累等代谢活动加剧的制约。高水平的ROS会损害细胞结构、引起膜脂过氧化，加速色素、糖类和有机酸的降解，最终降低果实硬度、外观和营养品质。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等抗氧化酶在清除ROS和维持细胞稳态中发挥关键作用。因此，通过缓解氧化胁迫来增强草莓的抗氧化防御系统，被认为是延长其贮藏性的有效途径。

近年来，人们对减少化学残留、环境安全和消费者健康的日益关注，推动了对环境友好型保鲜方法的探索。在诸多物理方法中，紫外线C（UV-C）辐照（波长200–280 nm）被认定为一种不涉及化学品使用的、可延长生鲜农产品货架期的潜在解决方案。与化学保鲜方法不同，UV-C处理无需施用或处置化学防腐剂，果实表面不产生直接化学残留；设备安装后可重复使用，耗材投入有限，且延长货架期可减少采后损失和资源浪费。低剂量UV-C可对植物组织产生激效效应（hormetic response），诱导酚类化合物合成和抗氧化酶活化。已有研究报道UV-C在甜椒、青辣椒、番茄、香蕉、葡萄、草莓、芒果和苹果等果蔬中具有延缓成熟的作用。

尽管UV-C处理在延长包括草莓在内的水果货架期方面已被广泛研究，但以往研究多聚焦于腐烂控制或抗氧化活性等单一层面。在室温贮藏条件（25 ± 1.5°C）下，将ROS代谢、抗氧化酶响应和感官品质属性进行系统整合评估的研究仍较为缺乏。因此，本研究旨在对UV-C诱导的草莓（cv. Chandler）生理、生化和感官变化进行整体评估，为采后品质保持提供更深入的机理性理解。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员以巴基斯坦巴哈瓦尔布尔伊斯兰大学园艺系试验田采收的草莓（cv. Chandler）为试材，选取表面红色面积约50–60%的早商业成熟度果实，要求大小均匀、色泽一致、无机械损伤和可见侵染。试验采用双因素完全随机设计（factorial completely randomized design，CRD），因素包括UV-C处理（处理组13.5 kJ m^?2与未处理对照组）和贮藏时间（第0天和第7天），每处理组合设4次重复，每重复100个果实，每处理共400个果实。UV-C处理采用低压汞灯（254 nm峰值发射），灯与果实表面距离0.95 m，辐照强度125 μW cm^?2，处理剂量13.5 kJ m^?2、时长2 min，处理期间手动旋转果实以确保各面均匀受照。处理后果实于室温（25 ± 1.5°C、相对湿度70%）条件下贮藏。主要检测方法包括：数字果实硬度计测定硬度；分光光度法测定O₂^–•和H₂O₂含量；Bradford法提取蛋白并测定SOD、CAT、POD和APX酶活性；数字折光仪测定可溶性固形物含量（SSC）；NaOH滴定法测定可滴定酸度（TA）；Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC）；2,6-二氯靛酚滴定法测定抗坏血酸含量；DPPH自由基清除法测定抗氧化活性；分光光度法测定花青素含量；感官评价采用1–9分嗜好标度。数据经ANOVA分析，Tukey HSD检验进行均值比较（p ≤ .05），相关性分析采用R软件Corrplot包绘制Pearson相关矩阵。

三、研究结果

生理失重、果实硬度、真菌腐烂指数和腐烂果实百分率

UV-C处理显著降低了果实失重率（约40%）、真菌腐烂指数（约2.6倍）和腐烂果实百分率（26.5%），同时果实硬度较对照组少下降25.6%。表明UV-C通过抑制微生物生长和延缓细胞壁降解，保持了果实结构和商品品质。

果汁pH和电解质渗漏

UV-C处理的草莓在贮藏期间果汁pH和电解质渗漏分别较对照组降低约4.8%和37.5%。电解质渗漏的降低表明UV-C有效维护了细胞膜完整性，延缓了膜脂过氧化和细胞衰老。

活性氧水平

UV-C处理使O₂^–•和H₂O₂含量在7天贮藏期间较对照组分别降低约30%和39%。表明UV-C有效抑制了ROS的过量积累，缓解了氧化胁迫对果实组织的损伤。

抗氧化酶活性

UV-C处理的果实中SOD、CAT、POD和APX活性在贮藏期间较对照组分别少下降17.3%、24%、27.7%和18.0%。表明UV-C通过增强酶促抗氧化防御系统，维持了果实内的氧化还原稳态。

可溶性固形物、可滴定酸度和成熟指数

UV-C处理的果实SSC和成熟指数（RI）分别较对照组低约13.3%和45%，而TA高14.6%。表明UV-C延缓了糖分积累和有机酸消耗的成熟进程，保持了更平衡的风味品质。

总酚含量、抗坏血酸含量、DPPH清除活性和花青素含量

UV-C处理的果实总酚含量、抗坏血酸含量和DPPH自由基清除活性分别较对照组高约15.5%、11.2%和8.0%，花青素含量低约20.7%。花青素含量的降低应理解为花青素积累的延迟而非合成减少或损失。表明UV-C激活了苯丙烷代谢途径，增强了非酶促抗氧化能力。

总体外观和可销售果实百分率

UV-C处理的果实总体外观评分和可销售果实百分率分别较对照组高约25%和30%。表明UV-C在延缓品质劣变的同时有效维持了果实的商业价值。

感官品质

UV-C处理的果实在风味、质地、香气和总体可接受性方面均保持较高评分，表明UV-C延缓了感官品质的劣变，维持了消费者可接受的食用品质。

相关性分析

Pearson相关分析显示，果实硬度与失重率（r = ?0.99）、腐烂发生率（r = ?0.99）、电解质渗漏（r = ?0.99）、O₂^–•产生（r = ?0.98）和成熟指数（r = ?0.98）呈极强负相关，而与可滴定酸度（r = 1.00）、抗氧化酶活性（r = 0.86–0.90）、总酚（r = 0.96）、抗坏血酸（r = 0.96）、DPPH清除活性（r = 0.95）、总体外观（r = 0.99）和可销售果实（r = 0.98）呈正相关。失重、腐烂、电解质渗漏、ROS和成熟指数等劣变指标之间呈强正相关（r = 0.85–1.00），而与抗氧化酶和品质相关生化指标呈显著负相关。CAT、POD和APX之间呈强正相关（r = 0.96–0.99），SOD与这些酶呈中至强正相关（r = 0.64–0.79）。总酚、抗坏血酸、DPPH清除活性、花青素、总体外观和可销售果实之间高度正相关（r = 0.91–0.99），表明抗氧化能力、视觉品质和采后表现之间存在密切关联。

四、讨论总结

UV-C处理降低生理失重归因于对蒸腾和呼吸作用的调控，UV-C激效剂量通过影响ACC氧化酶和线粒体代谢过程抑制呼吸速率。果实硬度的保持与细胞壁降解酶（多聚半乳糖醛酸酶、果胶甲酯酶、纤维素酶）活性受抑和果胶溶解减少有关。SSC和TA的维持表明UV-C延缓了呼吸底物的消耗和成熟进程。机制上，UV-C作为非生物激发子引起ROS瞬时升高，通过MAPK介导的信号通路激活抗氧化基因表达，增强SOD、CAT、POD和APX等酶活性。UV-C还激活苯丙氨酸解氨酶（PAL），刺激苯丙烷代谢途径，促进酚类等次生代谢产物积累。抗坏血酸的较好保留有助于维持氧化还原稳态。花青素含量较低反映成熟着色进程被延缓，但并未损害外观品质。感官品质的改善与延迟的生理劣变和减缓的微生物腐烂直接相关。

五、研究结论

本研究表明，UV-C辐照在7天室温贮藏（25 ± 1.5°C）期间有效保持了草莓（cv. Chandler）的采后品质。UV-C处理显著降低了生理失重、真菌腐烂、电解质渗漏和活性氧（O₂^–•和H₂O₂）积累，同时维持了果实硬度、可滴定酸度、抗氧化酶活性（SOD、CAT、POD和APX）以及总酚、抗坏血酸和DPPH自由基清除活性等抗氧化物质。这些生化和生理响应与果实总体外观、可销售百分率和感官品质的改善密切相关。总体而言，研究结果表明UV-C辐照是一种有效的非化学采后处理手段，可在室温贮藏条件下延缓衰老并维持草莓的理化、营养和感官品质。此外，有必要在其他草莓品种上验证UV-C的有效性以确保其广泛的实际应用。该策略还可与气调包装或可降解涂膜相结合，以进一步支持采后可持续性，从而减少食物损失，并在缺乏冷库设施的地区增强供应链韧性。