氢气气调保鲜技术的研究与应用 ——以韭菜与虾米保鲜为例

氢气（hydrogen gas,H2;也称为分子氢）是一种新型生物气体信号分子,最近的研究表明其在医学、农业和环境等领域均发挥着多种生理学效应。例如,H2可以调节植物生长发育、提高营养品质以及对非生物/生物胁迫的耐受性。由于具有独特的低碳性和环保性,分子氢也被应用于调控农副产品的采后和贮藏品质。目前,氢气在保鲜方面的应用研究主要集中在水果和花卉保鲜,而对于叶菜类蔬菜以及水产品的保鲜应用研究尚少。因此,本研究以韭菜和中国明对虾虾米为试验材料,通过药理学和生物化学的研究手段,探究氢气气调对韭菜（Allium tuberosum Rottler ex Sprengle）和中国明对虾（Fenneropenaeus chinensis）虾米贮藏品质的影响,并初步探析了其生物学机制,具体研究结果如下: 1.与对照组（添加空气）相比,H2气调处理能延缓韭菜（贮藏于4℃）的腐烂和失重现象,从而延长货架期,其中3%H2处理能将其货架期由4天延长至8天。随着储藏时间的增加,对照组韭菜的营养成分逐渐流失,但是H2对韭菜贮藏过程中可溶性蛋白、总酚、黄酮以及维生素C含量的下降均具有一定程度的延缓作用,从而维持了韭菜的营养品质。 激光共聚焦显微镜荧光染色结果显示,H2处理还延缓了韭菜贮藏期间活性氧（reactive oxygen species,ROS）的积累,且呈剂量依赖性效应。进一步研究发现,H2处理能有效缓解韭菜脂质过氧化损伤,降低了过氧化氢（hydrogen peroxide,H2O2）和硫代巴比妥酸反应物质（thiobarbituric acid reactive substances,TBARS）的含量,提高了2,2-二苯基-1-吡啶酰肼（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical,DPPH）自由基清除活性。 抗氧化酶活性测定结果显示,贮藏期间,H2处理能维持较高水平的抗氧化酶活性,包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化物酶（peroxidase,POD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX）。同样的,非酶类抗氧化物质,例如还原型谷胱甘肽（glutathione,GSH）含量及其代谢酶谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase,GR）活性也保持在较高的水平。以上结果表明,H2可以重建韭菜保鲜过程中的氧化还原平衡。


综上提出,分子氢通过提高韭菜的抗氧化能力来维持其贮藏品质;4℃贮藏环境下,韭菜的最佳氢气气调浓度为3%。 2.实验通过设置中国明对虾虾米加速贮藏的处理（温度45℃,相对湿度85%）,发现H2气调（0.03%、0.1%和1%H2）可以维持中国明对虾虾米的感官品质;此外,色差仪和电子鼻的检测结果也显示,H2还减轻了虾米贮藏期间色泽和气味的劣变,其中0.1%H2处理效果最为有效。 反映虾米新鲜度指标的检测结果表明,分子氢能减缓贮藏期间挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen,TVB-N）含量的上升趋势,并将达到TVB-N含量可接受限度（30 mg/100 g）的时间由4天（对照组）延长至6天;铁离子还原/抗氧化能力（ferric ion reducing antioxidant power,FRAP）、2,2'-联氮双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐(2,2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid）,ABTS)自由基清除活性、过氧化值（peroxide value,POV）和TBARS含量变化趋势也说明H2气调处理能在一定程度上维持虾米的抗氧化能力,从而减轻氧化损伤。 为了研究氢气气调对虾米贮藏期间代谢物的影响,选取贮藏第8天的对照组与0.1%H2处理组样品,进行非靶向代谢组学检测。多元统计分析结果显示,两组样本区分显著。根据差异倍数（fold change）和P值相结合的方法进行筛选,在负离子模式下共鉴定出23个表达显著的差异代谢产物;在正离子模式下共鉴定出10个表达显著的差异代谢产物。差异代谢物的注释和通路富集结果显示,与对照处理相比,氢气处理组的嘌呤代谢（与腐败显著相关的代谢通路）在两种离子模式下均显著下调;嘌呤代谢的差异代谢物是次黄嘌呤、鸟苷和肌苷,分子氢气调处理可以显著减少这三种代谢物的产生,从而维持虾米的贮藏品质。综上提出,H2气调可以有效维持中国明对虾虾米的原有品质,在45℃、相对湿度85%的条件下,虾米的最佳氢气气调浓度为0.1%。 上述研究为今后氢气气调在食品保鲜中的可能运用提供了初步的理论和实践基础。