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生姜(Zingiber officinale Roscoe.)起源于我国古代的长江、黄河流域，目前在全世界50多个国家和地区广泛栽培[1].在我国，除极寒冷的东北和西北地区外，华东、华北、华南、西南和华中等地均有栽培.生姜风味独特，味辛辣，且富含蛋白质、维生素、膳食纤维等多种营养成分，能有效促进血液循环，具有增强免疫、抗肿瘤、防衰老[2]等功效.生姜作为我国传统的乡土特色蔬菜和中药材，已逐渐成为乡村振兴特色高效产业的优势作物[1].仔姜又称嫩姜、菜姜，因其含水量高、纤维素少、口感脆嫩常作蔬菜食用，在长江流域已成为家中必备的酱腌菜[3].仔姜通常在夏末秋初的酷热季节上市，贮藏保鲜极为困难，其风味和品质快速下降，容易造成极大的经济损失[4-5].近年来，杀菌剂广泛应用于果蔬保鲜领域，杀菌剂虽然可杀死果蔬表面病菌，保鲜效果明显，但对人体健康易造成威胁，对环境易造成污染[6].有研究表明，草酸、水杨酸、茉莉酸甲酯[7]等新型环保材料已逐渐被应用到水果和蔬菜的保鲜生产实践中，可有效降低食品的腐烂率，保持其贮藏品质.
硅(Si)广泛存在于土壤中，占地壳总量的26.4%，是仅次于氧(49.4%)的第二大元素.二氧化硅纳米颗粒(SiNPs)具有稳定性高、比表面积大、生物相容性好和无毒无味的特性，在农业领域已得到广泛应用[8].Bhatnagar等[9]提出SiNPs可作为化学试剂的替代品来解决化学农药的污染问题，在延长作物贮藏期和保障粮食安全中具有巨大的应用潜力；Wang等[10]研究发现SiNPs提高了枇杷的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性，进而提高对自由基，包括1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和羟基自由基(·OH)的清除能力，抑制枇杷内部组织发生褐变和腐烂，维持品质、延长货架期；González等[11]研究发现SiNP250通过提高可溶性固形物、可滴定酸、维生素C的含量，从而保持贮藏时黄瓜的硬度，提高采后黄瓜的品质；前期在老姜中的研究表明，SiNP100可通过提高SOD、APX和CAT等抗氧化酶活性，以及苯丙氨酸代谢和木质素代谢通路的相关基因表达，激活采后生姜的防御反应，降低生姜采后病害的发生，延长保鲜期[12-13].目前关于SiNPs对仔姜贮藏保鲜品质的影响鲜有研究，本研究以湖北凤头姜仔姜为试验材料，采用SiNPs浸泡处理，探究SiNPs对凤头姜仔姜采后贮藏期间保鲜品质的影响，旨在明确仔姜保鲜过程中SiNPs对其品质是否具有保护作用，以期为仔姜采后保鲜技术提供理论参考.
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供试仔姜品种为凤头姜，生长期为150 d，2022年8月23日从湖北省生姜品种及绿色生产技术转化中试基地采收，选取大小相近且无病虫害的姜块，洗净后2 h内运回长江大学香辛作物创新团队实验室.SiNPs为E551食品级添加剂，纯度为99.5%，粒径为10 nm，购自于Sigma-Aldrich公司.
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前期预试验研究发现，100 mg/L SiNP溶液(SiNP100)处理可有效延长老姜贮藏期.为进一步探究SiNP100对贮藏期间仔姜品质和生理特性的影响，本研究设置两个处理.1) 对照(CK)：清水浸泡处理仔姜15 min；2) SiNP100：使用100 mg/L SiNP溶液(pH值7.34)浸泡仔姜15 min.处理后的仔姜在室内自然晾干，用10 μm的聚乙烯保鲜膜包好并置于冷藏库中贮藏28 d.冷藏库的温度为(12±1) ℃、相对湿度为85%~90%[14-15].在贮藏期第0 d，7 d，14 d，21 d和28 d取样，每个时间点重复3次，每次重复包含6块仔姜，液氮速冻后置于-80 ℃冰箱备用.另准备一组相同处理的仔姜用于测定贮藏0 d，7 d，14 d，21 d，28 d后的质量失重率，每个处理每个时间点重复3次，每次重复包含3块仔姜.
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外观品质观察.在贮藏期第0 d，7 d，14 d，21 d和28 d分别观察仔姜外观品质变化并拍照.
硬度的测定.使用探头直径为5 mm的TA-XT2i硬度计(Stable Micro Systems，Guildford，UK)对仔姜硬度进行测定，单位为N.挑选6个大小一致的仔姜，每个仔姜选取中心位置表面平整点重复测定3次，取平均值.
质量失重率的测定.参考宋昕昕等[16]方法称量记录样品第0 d的初始质量(m0)与处理贮藏第7 d，14 d，21 d，28 d的质量(m1)，仔姜质量失重率的计算公式如下：
可溶性固形物测定.参考段艳军等[17]的方法，取0.5 g仔姜组织，加入液氮研磨至匀浆，经4 000 g/min离心15 min后取上清液，使用PAL-1型数显糖度计测定.
可溶性蛋白质测定.参考李子煜等[18]的方法，采用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白含量.取0.2 g仔姜组织研磨成匀浆，经8 000 g/min离心20 min后取上清液进行测定，单位为mg/g.
木质素含量测定.采用乙酰溴比色法测定，利用分光光度计测定OD280的吸光值，计算木质素总含量，具体步骤参照刘程惠等[19]的方法.
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通过氮蓝四唑(nitro-blue tetrazolium，NBT)光还原法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性，愈创木酚显色法测定过氧化物酶(peroxidase，POD)活性，紫外吸收法测定过氧化氢酶(catalase，CAT)活性.
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仔姜苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase，PAL)活性测定采用PAL酶活检测试剂盒(索莱宝，BC0215).取0.1 g研磨成粉的仔姜样品，加入提取液，充分混匀后以10 000 g/min，4 ℃离心10 min，具体步骤按照说明书进行操作.
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多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)测定采用PPO酶活检测试剂盒(南京建成，A136-1-1).取0.1 g研磨成粉的仔姜样品，加入提取液后匀浆，8 000 g/min，4 ℃离心10 min，具体步骤按照说明书进行操作.
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采用亚硝酸钠—硝酸铝显色法测定，根据样品在波长为470 nm处吸光度值计算仔姜类黄酮总质量分数[20].
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所有试验平行重复3次，结果以平均值±标准差表示；采用Origin 2018软件绘图；使用SPSS 25.0软件进行显著性分析，p＜0.05为差异显著.
1.1. 材料
1.2. 试验处理
1.3. 测定指标及方法
1.3.1. 保鲜品质
1.3.2. 抗氧化酶活性测定
1.3.3. 苯丙氨酸解氨酶活性测定
1.3.4. 多酚氧化酶活性测定
1.3.5. 类黄酮含量测定
1.4. 数据分析
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随着贮藏时间的延长，两种处理的仔姜均出现了光泽和亮度降低的表型变化特征.从贮藏7 d至28 d，SiNP100处理后的仔姜比CK色泽更好，褐变的程度也更轻(图 1)，表明SiNP100处理对维持贮藏期间仔姜外观品质具有一定效果.
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两种处理下的仔姜硬度都随贮藏时间的延长而下降.在贮藏7 d，14 d，21 d，28 d时，CK处理下的仔姜硬度分别下降了16.48%，13.87%，23.57%和31.37%；SiNP100处理后的仔姜硬度分别降低10.90%，12.52%，17.89%和26.04%.同CK相比，SiNP100处理下仔姜硬度下降幅度较小.在贮藏28 d时，与CK相比SiNP100处理后的仔姜硬度显著提高了7.76%(表 1).
仔姜的质量失重率随着贮藏时间的延长而增大.SiNP100处理后的仔姜质量失重率均低于CK，在贮藏第7 d，14 d，21 d，28 d时，CK条件下的仔姜质量失重率分别为2.70%，5.40%，5.70%，10.10%，SiNP100处理后的仔姜质量失重率分别为0.90%，3.40%，4.50%，6.40%.在贮藏28 d时，CK处理仔姜的质量失重率是SiNP100处理仔姜的1.5倍(表 1).
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仔姜的可溶性固形物含量随着贮藏时间的延长均呈下降趋势.整体上看，CK处理仔姜的可溶性固形物下降幅度较快，SiNP100处理仔姜的可溶性固形物下降幅度较平缓.在贮藏7 d，14 d，21 d，28 d时，CK处理仔姜的可溶性固形物分别降低了24.64%，42.51%，35.32%和27.10%，SiNP100处理仔姜的可溶性固形物分别下降了9.03%，11.70%，10.68%和7.60%.在贮藏28 d时，与CK相比SiNP100处理仔姜的可溶性固形物显著提高了26.76%(表 1).
仔姜的可溶性蛋白含量随贮藏时间呈下降趋势.在贮藏7 d，14 d，21 d，28 d时，CK处理仔姜的可溶性蛋白分别降低17.49%，20.20%，28.01%和33.79%；SiNP100处理仔姜的可溶性蛋白分别降低3.40%，12.22%，16.47%和20.17%.在贮藏28 d时，与CK相比SiNP100处理仔姜的可溶性蛋白显著提高了19.74%(表 1).
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仔姜的木质素含量随着贮藏时间的延长均呈增长趋势.SiNP100处理仔姜的木质素含量增幅低于CK，且具显著差异性.在贮藏7 d，14 d，21 d，28 d时，CK条件下的仔姜木质素含量分别上升41.67%，75.00%，41.67%和50.00%；SiNP100处理仔姜的木质素含量分别上升25.00%，41.67%，25.00%和16.67%.在贮藏28 d时，SiNP100处理后的仔姜木质素含量比CK低22.22%(表 1).
综上可知，SiNP100可通过延缓仔姜硬度、降低仔姜质量失重率和可溶性固形物下降幅度、保持可溶性蛋白质量分数并减少木质素积累来提高仔姜的贮藏品质.
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随着贮藏时间延长仔姜POD活性呈现先上升后下降的趋势.在CK和SiNP100处理下的仔姜POD活性分别在贮藏第14 d和7 d达到峰值.与CK相比，在贮藏7 d，21 d，28 d时SiNP100处理后的仔姜POD活性分别升高了22.93%，86.99%和149.18%(图 2a).仔姜CAT活性随着贮藏时间延长呈下降趋势.在贮藏第14 d，21 d，28 d时，SiNP100处理后的仔姜CAT活性均高于CK，分别升高了37.37%，51.11%和90.01%，与CK差异有统计学意义(图 2b).随着贮藏时间的延长，仔姜的SOD活性呈现先下降后上升的趋势.SiNP100处理后的仔姜SOD活性显著高于CK，在贮藏第14 d和28 d时，SiNP100处理后的仔姜SOD活性相对于CK分别升高了23.09%和10.27%(图 2c).
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两种处理下的仔姜PAL活性随着贮藏时间的延长呈现先上升后下降的趋势，但在贮藏第7 d，14 d，21 d时SiNP100处理后的仔姜PAL活性显著高于CK，分别提高了26.86%，35.43%和38.39%(图 3a).仔姜PPO活性随着贮藏时间的延长也呈现先上升后下降的趋势.在贮藏第14 d时，CK处理与SiNP100处理的仔姜PPO活性基本一致，但在贮藏第7 d，21 d，28 d时，SiNP100处理后的仔姜PPO活性相对于CK显著降低，分别降低了18.65%，37.72%和62.28%(图 3b).
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两种处理下的仔姜类黄酮含量随着贮藏时间的延长均呈下降趋势，SiNP100处理后的仔姜类黄酮含量下降幅度显著低于CK.在贮藏7 d，21 d，28 d时，与CK相比SiNP100处理后的仔姜类黄酮含量分别提高了17.48%，14.88%和26.24%(图 4).
2.1. SiNP100处理对仔姜贮藏保鲜品质的影响
2.1.1. SiNP100处理对仔姜贮藏期外观品质的影响
2.1.2. SiNP100处理对仔姜贮藏期硬度和质量失重率的影响
2.1.3. SiNP100处理对仔姜贮藏期可溶性物质的影响
2.1.4. SiNP100处理对仔姜贮藏期木质素含量的影响
2.2. SiNP100处理对仔姜贮藏期抗氧化酶活性的影响
2.3. SiNP100处理对仔姜贮藏期苯丙氨酸解氨酶(PAL)和多酚氧化酶(PPO)的影响
2.4. SiNP100处理对仔姜贮藏期类黄酮质量分数的影响
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果蔬含水量是评价保鲜效果最直观的指标之一，而果蔬水分流失是造成失重率增加的主要原因[21].研究表明，由于石榴果实在贮藏期失重率较大，表皮失水痕迹明显，显著降低了果实新鲜度[22]；青皮核桃的失重率随着贮藏时间的延长呈上升趋势，不利于核桃的长期储存[23].而在仔姜组织中，水分含量高且表皮幼嫩，在采后贮藏过程中极易出现失水失重、霉变和腐烂等问题，直接影响仔姜的外观品质和经济价值[24].本研究发现SiNP100处理后仔姜的质量失重率显著低于CK，这可能是由于SiNP100在仔姜表皮沉积形成物理屏障，从而降低水分损失，防止仔姜失水萎蔫[13].
可溶性固形物和可溶性蛋白是组成果实风味的重要物质，在一定程度上反映了果蔬在贮藏过程中营养物质总量，是评价果蔬品质的重要指标[25].Wang等[10]研究发现SiNPs延缓了枇杷可溶性固形物、抗坏血酸和可溶性糖含量的下降，对延缓枇杷采后衰老，维持采后品质具有重要作用.本研究中，两种处理下仔姜的可溶性固形物和可溶性蛋白虽然随着贮藏时间的延长均呈下降趋势，但SiNP100下降幅度显著低于CK，说明SiNP100可缓解采后贮藏期间可溶性固形物和可溶性蛋白的降解，从而延缓仔姜衰老.
研究表明纳米硅处理可以通过调节抗氧化酶活性清除果蔬体内的活性氧(reactive oxygen species，ROS)来延缓其成熟衰老、抑制乙烯的生物合成[16, 26].Meng等[27]研究发现纳米硅可以显著提高樱桃CAT，POD和SOD活性，有效清除樱桃贮藏过程中产生的ROS.本研究结果表明，与CK相比，在仔姜贮藏第14 d，21 d，28 d时，SiNP100处理可通过维持较高水平POD，CAT和SOD活性来提高ROS清除能力，减轻ROS对细胞的伤害，从而延缓仔姜衰老腐烂.
果蔬中的酚类物质可经过PPO催化氧化形成醌类物，进而聚合生成褐色物质引起果蔬褐变[28].莲子中，0.4 mmol/L水杨酸处理可显著抑制PPO活性，从而延缓了莲子褐变[29].本研究中，SiNP100处理显著降低仔姜PPO活性，这与SiNP100处理延缓仔姜褐变速率、保持了良好的外观品质的结果一致.
类黄酮作为果蔬中的酶促抗氧化剂，具有抗氧化作用，能够延缓果蔬衰老[30].Peng等[13]研究表明添加纳米硅后老姜类黄酮含量显著高于CK.本研究结果表明，贮藏第14 d，21 d，28 d时SiNP100处理后的仔姜类黄酮含量显著高于CK，说明SiNP100可以促进类黄酮的合成，进而抑制仔姜的褐变程度，减少贮藏期间仔姜腐烂.PAL是一种与植物抗病紧密相关的重要防御酶，其活性的增加可能会增强果蔬的抗病性，延缓果蔬腐烂和衰老，同时PAL作为催化苯丙烷代谢第一步反应的酶，与酚类物质、类黄酮等苯丙烷次生代谢产物的合成密切相关[28].在本研究中，SiNP100处理后仔姜的PAL活性在贮藏第7 d，14 d，21 d时显著高于CK，推测PAL活性的增强可以促进类黄酮等次生代谢产物产生，抑制果实的褐变，提高仔姜抗逆性.
高等植物中，苯丙烷类次生代谢途径主要通过木质素合成途径、类黄酮合成途径等合成多种次生代谢物，在植物适应环境、抵御胁迫、品质形成等方面起着重要作用[31].本研究发现，SiNP100处理显著提高了PAL酶活性，延缓了类黄酮含量的降低，显著降低了木质素含量，推测SiNP100处理促进了仔姜中类黄酮的合成，而木质素合成途径则受到了抑制，导致木质素含量降低.研究表明，干旱胁迫下，硅处理可显著增加番茄根系中木质素单体的含量，促进木质素的累积，表明木质素积累与硅诱导的番茄抗旱性有关[32].本研究中，SiNP100处理下仔姜质量失重率和木质素含量显著低于CK，推测SiNP100处理使仔姜的水分散失变缓，而水分含量影响到了仔姜木质素的合成.木质素大量沉积会增加细胞壁的厚度和硬度，果蔬中木质素含量过高会影响食用品质[33].因此，SiNP100处理能减少仔姜贮藏期间木质素的积累，保证仔姜的食用品质.
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综上所述，SiNP100处理能显著降低仔姜贮藏质量损失，延缓硬度与可溶性蛋白质含量的下降，维持贮藏期间较高水平的可溶性固形物含量，减少木质素含量增加，提高SOD，CAT，POD和PAL酶活性，同时抑制PPO活性，减缓类黄酮含量的下降.本研究可为纳米硅在仔姜采后保鲜中的应用提供理论参考.