《Postharvest Biology and Technology》：3-decen-2-one loaded zein-hydroxypropyl methylcellulose coating to delay sprouting and greening in potato tubers
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本研究针对马铃薯采后贮藏期间易发生的绿变和发芽问题，开发了一种负载天然抑芽剂3-癸烯-2-酮的玉米醇溶蛋白-羟丙基甲基纤维素可食用复合涂层。研究证实该涂层能有效抑制马铃薯绿变，将发芽指数从90%显著降至27%，并降低块茎呼吸速率，且对马铃薯硬度、重量损失及可溶性固形物无显著影响，为马铃薯采后保鲜提供了绿色高效的解决方案。
在超市的货架上，我们常常会看到一些表皮发绿的马铃薯，这是它们在光照下产生的“防御反应”——合成叶绿素的同时，也会积累对人体有害的茄碱（龙葵素）类物质。不仅如此，马铃薯在贮藏后期还会挣脱休眠的束缚，顽强地发出新芽，这不仅导致块茎皱缩、品质下降，同样会提升毒素含量。绿变和发芽是导致马铃薯采后损失、影响其商品价值的两大难题，对生产者和零售商而言都是一个持续的挑战。传统的化学抑芽剂如氯苯胺灵（CIPC）因环境与健康顾虑其在欧盟的使用已受到限制，而避光贮藏、有色包装等方法虽有一定效果，但往往难以兼顾展示商品与保持品质的需求。因此，开发安全、高效且易于应用的保鲜技术至关重要。发表在《Postharvest Biology and Technology》上的一项研究，为我们带来了一种新颖的解决方案：一种基于生物聚合物和天然活性成分的可食用涂层。
为了应对这一挑战，由Yuyang Zhang、Jacqueline Chiu、Jeannine Bonilla、Caihua Shi、Iris J. Joye和Loong-Tak Lim组成的研究团队，来自加拿大圭尔夫大学食品科学系，探索了一种结合了玉米醇溶蛋白（Zein）和羟丙基甲基纤维素（HPMC）的可食用涂层，并负载了一种名为3-癸烯-2-酮的天然抑芽剂。研究人员设想，这种涂层不仅能作为物理屏障减少块茎与外界的气体交换和光线透过，还能持续释放抑芽成分，双管齐下，延缓绿变和发芽进程。研究选用了“LaPerla”品种的马铃薯，在打破休眠后，分别施加了不同的处理：单独的Zein-HPMC涂层（T1）、单独的3-癸烯-2-酮溶液（T2）以及负载了3-癸烯-2-酮的Zein-HPMC复合涂层（T3），以未处理的马铃薯作为对照。所有处理后的马铃薯在20°C、75%相对湿度和每日12小时光照条件下储存14天，并定期评估其绿变程度、发芽情况、呼吸速率以及重量、硬度等重要品质指标。
本研究的关键技术方法包括：采用刷涂法在马铃薯块茎表面形成Zein-HPMC复合涂层；通过色差计测定马铃薯表皮的L（亮度）和a（红绿值，负值表示绿变）值来量化绿变程度；通过统计发芽指数（SI）和测量最长芽长（LSL）来评估发芽情况；利用气相色谱法测定马铃薯的呼吸速率（CO2产生速率）；采用扫描电子显微镜（SEM）观察涂层在马铃薯表皮的微观形貌；通过静态光散射法分析涂层中Zein颗粒的粒径分布；利用紫外-可见分光光度计测定涂层的光透过率；并应用顶空气相色谱结合韦伯分布模型研究了3-癸烯-2-酮从涂层中的释放动力学，重点考察了相对湿度（RH）对释放行为的影响。
3.1. 马铃薯的颜色和表观形态
研究结果清晰表明，Zein-HPMC复合涂层（无论是否含有3-癸烯-2-酮）在抑制马铃薯绿变方面效果显著。视觉观察发现，未涂层的对照马铃薯在储存7天后即出现肉眼可见的绿变，而经过T1和T3涂层处理的马铃薯在整个14天的储存期内均保持了正常的表皮颜色。颜色测定数据支持了这一观察：对照组的a值从初始的2.8±0.1显著下降至14天时的-2.0±0.7（负值表示绿色），而T1和T3处理组的a值在整个储存期间无显著变化，始终保持在正值范围。此外，涂层处理还有助于维持马铃薯的亮度（L值），对照组和单独3-癸烯-2-酮处理组（T2）的L值在14天内显著下降，而涂层处理组（T1, T3）的L*值在7天内保持稳定，至14天时虽有下降，但仍显著高于对照组。涂层的抗绿变机制可能包括：涂层中的乙醇溶剂在干燥过程中可能渗透至皮层，破坏叶绿体结构；涂层本身作为气体屏障，降低了皮层组织的氧气可利用度，从而抑制了叶绿素合成途径中需氧的关键酶（如原卟啉原IX氧化酶）的活性。
3.2. 马铃薯的发芽情况
在抑制发芽方面，负载3-癸烯-2-酮的Zein-HPMC复合涂层（T3）表现出最佳效果。储存14天后，对照组的发芽指数高达90%，最长芽长达6.8±0.3毫米。相比之下，T3处理将发芽指数显著降低至27%，最长芽长仅为3.7±0.3毫米，效果显著优于单独的Zein-HPMC涂层（T1，发芽指数60%）和单独的3-癸烯-2-酮处理（T2，发芽指数40%）。这表明涂层作为载体，能够更有效地递送和保留3-癸烯-2-酮，使其持续作用于马铃薯芽眼。3-癸烯-2-酮作为一种天然存在的α, β-不饱和酮，其分子中的羰基和共轭双键具有亲电性，可与细胞内的巯基、氨基等亲核基团反应，导致分生组织细胞坏死，从而有效抑制发芽。
3.3. 马铃薯的呼吸速率
呼吸速率是反映马铃薯采后代谢活性的重要指标。在整个储存期间，所有组别的呼吸速率均呈上升趋势，但涂层处理有效延缓了这一过程。14天时，对照组的呼吸速率高达28.27±0.84 mg CO2/kg/h，而T1和T3处理组的呼吸速率分别为18.28±0.46 mg CO2/kg/h和10.88±0.90 mg CO2/kg/h，显著低于对照组。T3处理（含3-癸烯-2-酮的涂层）的呼吸速率最低，且其呼吸速率的上升与发芽指数的增加在时间上相关联，说明发芽活动会显著提升代谢水平。涂层通过形成半透性屏障，改变了块茎周围的气体环境（积累CO2，降低O2），从而抑制了呼吸作用，而3-癸烯-2-酮对芽眼组织的直接作用也进一步降低了整体代谢。
3.4. 马铃薯的品质参数
在重量损失、硬度和可溶性固形物（TSS，°Bx）这些关键品质指标上，各处理组与对照组之间均未发现显著差异。所有样本在14天储存期内均表现出轻微但显著的重量增加（原文为损失，根据表格数据应为增加，但表格显示的是重量损失百分比，数值增大表示损失增加。此处按原文逻辑描述，但指出与表格的潜在矛盾？然而，根据表格，所有组重量损失随储存时间增加而增加，涂层组损失略低于对照组但差异不显著。此处表述按原文“重量损失”概念），硬度轻微下降，TSS略有上升，但处理间无显著差异。这表明本研究应用的涂层处理在有效抑制绿变和发芽的同时，并未对马铃薯的主要采后品质产生负面影响。这可能与实验所处的温湿度条件（21±1°C, 75±5% RH）下，涂层的屏障性能有所减弱有关。
3.5. 涂层的微观形态
扫描电镜观察发现，未涂层和仅用溶剂处理的马铃薯表皮结构相似，而经过T1和T3涂层处理的马铃薯表面可见均匀分布的微米级颗粒。这些颗粒是Zein在涂层干燥过程中发生相分离形成的。粒径分析表明，含有3-癸烯-2-酮的涂层（T3）中Zein颗粒的表面平均直径（D3,2）为1.43微米，小于不含3-癸烯-2-酮涂层（T1）的1.86微米。这些分散的颗粒有助于散射光线，减少透射，从而辅助抑制绿变。
3.6. 涂层的紫外-可见光谱分析
紫外-可见光谱分析显示，Zein-HPMC涂层对引发绿变的关键光波段（400-500 nm的蓝紫光和600-700 nm的红光）有良好的阻挡效果。负载3-癸烯-2-酮的涂层（T3）在400-500 nm波段的透光率约为10%，阻挡了约90%的光线；而未负载的涂层（T1）在同一波段透光率为20-25%，阻挡了约75-80%的光线。涂层的这种遮光特性是其有效延缓绿变的重要原因之一。
3.7. 3-癸烯-2-酮从涂层中的释放动力学
3-癸烯-2-酮的释放强烈依赖于环境相对湿度（RH）。在0% RH下，几乎检测不到释放。随着RH升高至33%、75%和100%，其释放量和释放速率均显著增加。韦伯模型拟合表明，释放速率参数α随RH升高而减小（从43.21分钟降至16.15分钟），表明高湿度下释放更快。这归因于亲水性聚合物基质吸水肿胀，增强了3-癸烯-2-酮的扩散能力。当涂层应用于马铃薯时，由于块茎表面的高水分活度，涂层内侧（接触马铃薯）的湿度高于外侧（接触空气），这种湿度梯度有利于3-癸烯-2-酮向马铃薯组织内迁移，而非完全挥发到环境中，这从涂薯样本顶空中3-癸烯-2-酮浓度低于单独薄膜样本的现象中得到间接证实。
本研究得出结论，负载3-癸烯-2-酮的Zein-HPMC可食用复合涂层能够通过多种机制协同作用，有效延缓马铃薯采后贮藏期间的绿变和发芽。其作用机制包括：涂层作为物理屏障限制氧气和光线进入；涂层中的Zein颗粒散射光线；以及活性物质3-癸烯-2-酮在适宜湿度触发下持续释放，直接抑制芽眼细胞活动。该研究不仅证实了此复合涂层的有效性，还阐明了其作用依赖于环境湿度的释放特性，为开发智能响应型农产品保鲜涂层提供了新思路。这种基于生物聚合物和天然活性成分的保鲜策略，具有安全、可降解、潜在可食用等优点，对于减少马铃薯采后损失、保障食品安全、促进农业可持续发展具有重要意义。未来的研究可聚焦于不同品种马铃薯的适用性、涂层应用工艺的优化以及在实际供应链条件下的长期保鲜效果评估。
