陳 穎,劉程惠,白雯睿,付喜慶,高 飛

(大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600)

鮮切蘋果的原料在采收、運輸、貯藏過程中,受到機械損傷后,微生物很容易通過傷口侵蝕果實。而且,蘋果的果蒂及果梗附著的腐敗菌很難在清洗過程中完全除去,原料切割后這些沒有除去的腐敗菌大量繁殖,導致鮮切果蔬腐爛變質(zhì)[1]。此外,蘋果經(jīng)去皮、切割等工藝處理后會導致組織受到機械損傷,進而引發(fā)傷呼吸、傷乙烯、次生代謝積累等生理生化反應,從而影響鮮切蘋果的風味、品質(zhì)和營養(yǎng)價值[2]?？梢?由微生物引發(fā)的侵染性病害和切割傷害造成的生理性病害是導致鮮切蘋果貯藏品質(zhì)下降的主要因素。為了解決上述問題,直接使用化學保鮮劑處理鮮切蘋果是最為常見的保鮮方法,它操作簡單且價格低廉,但是化學保鮮劑存在危害人體健康的潛在風險,受到消費者抵觸[3]。近幾年,天然保鮮劑因無毒、安全的特點已成為熱門研究對象,常用于果蔬保鮮的天然保鮮劑主要有殼聚糖、蜂膠、茶多酚、植物精油等[4-10]。

目前,殼聚糖作為天然涂膜保鮮劑應用于果蔬及鮮切果蔬保鮮的研究較多,對鮮切蘋果、梨、菠蘿、胡蘿卜等鮮切果蔬產(chǎn)品有較好的保鮮作用[11-14],但它不溶于水,需要加入酸性溶液(如醋酸、稀鹽酸、檸檬酸)才能溶解,會對鮮切果蔬的風味產(chǎn)生不利影響。與殼聚糖相比,殼寡糖不僅具有良好的成膜特性,而且水溶性極佳,并且還具有優(yōu)越的生物活性及防腐抗菌能力,安全無毒且是唯一可食用的堿性寡糖,因此非常適合替代殼聚糖用于果蔬及其加工品的涂膜保鮮[15-19]。目前,已有一些應用殼寡糖來保鮮完整果蔬的研究報道,如草莓、梨、柑橘等,結(jié)果表明殼寡糖涂膜能顯著抑制這些果蔬失重率、硬度、可溶性固形物和可滴定酸等貯藏品質(zhì)的下降[7，20-21]。但是,關于使用殼寡糖涂膜對鮮切果蔬品質(zhì)影響的研究報道還較少。

本研究以富士蘋果為原料,采用不同質(zhì)量濃度的殼寡糖對鮮切蘋果進行涂膜處理,研究它們對鮮切蘋果的保鮮作用,從而篩選出最佳質(zhì)量濃度,為天然可食性涂膜保鮮劑的開發(fā)及應用于鮮切果蔬保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮成熟的富士蘋果 大連當?shù)毓麍@，重約(200±10) g、果形指數(shù)在0.7±0.1之間;殼寡糖分子質(zhì)量大約在700 Da左右 西安澤邦生物科技有限公司;孟加拉紅培養(yǎng)基、平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂培養(yǎng)基、煌綠乳糖膽鹽肉湯等培養(yǎng)基 所用試劑均為國產(chǎn)化學純或分析純,北京奧博星生物技術(shù)有限公司。

DNP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實驗設備有限公司;VS-1300超凈工作臺 蘇州市蘇信凈化設備廠;SN-SQ立式壓力蒸汽滅菌器 重慶雅馬拓科技有限公司;CR400/CR410色差計 日本Konica Minolta公司;SCIENTZ-09無菌勻漿機 寧波新芝生物科技股份有限公司;PAL-1手持糖度計 廣州市愛宕科學儀器有限公司;GY-3指針式水果硬度計 浙江托普儀器有限公司;GC-7AG氣相色譜儀 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 將蘋果清洗、用濃度為0.02%次氯酸浸泡殺菌、削皮、去核、切分成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小塊,隨機分成4組。其中3組分別在質(zhì)量濃度為1、1.5、2 g/100 mL的殼寡糖保鮮液中浸泡1 min后取出,放于篩盤中,用無菌風吹干,完成涂膜。另一組為對照組,用無菌水浸泡1 min。樣品隨機放入20 cm×15 cm×2 cm保鮮托盤中用厚為(15±2) μm的PE保鮮膜包裝后,放入4 ℃下貯藏,每2 d測定微生物指標和呼吸強度、可溶性固形物、可滴定酸、抗壞血酸、PPO、POD生理指標及色澤、硬度和失重率。每組抽取3個樣品,每個樣品測定3個平行樣,取平均值。

1.2.2 鮮切蘋果微生物的測定 根據(jù)GB/T 4789.2-2016測定菌落總數(shù)[22];根據(jù)GB4789.15-2016測定霉菌菌落總數(shù)[23];根據(jù)GB4789.15-2016測定酵母菌菌落總數(shù)[23];檢測GB/T4789.3-2016中的第二法大腸菌群平板計數(shù)法測定大腸菌群[24]。

1.2.3 鮮切蘋果生理和品質(zhì)指標的測定

1.2.3.1 呼吸強度的測定 使用TCD檢測器,色譜柱為Alltech CTR1,以20 mL/min的N2作載氣,在檢測器溫度為120 ℃,柱箱溫度為35 ℃的情況下進行二氧化碳濃度的測定,呼吸強度用1 h內(nèi)1 kg的果蔬產(chǎn)品放出CO2的mL數(shù)表示,即mL CO2/(kg·h)。

1.2.3.2 營養(yǎng)品質(zhì)的測定 可溶性固形物含量根據(jù)NY/T2637-2014水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定方法,取5 g鮮切蘋果樣品,研碎后4000 r/min離心10 min,取上清液用糖度計直接測定[25]?？傻味ㄋ岷繀⒄誋ernańdez-Mun?z等[26]的方法,其中可滴定酸以蘋果酸含量為換算系數(shù)計算?？箟难岷坎捎弥苯拥饬糠╗27]。

1.2.3.3 感官品質(zhì)的測定 失重率采用稱質(zhì)量法測質(zhì)量損失率,公式如下:失重率(%)=(m0-m1)100/m0,其中m0為剛切分完的蘋果塊的質(zhì)量,m1為貯藏期間蘋果塊的質(zhì)量。硬度采用果實硬度計測定,單位為kg/cm2。色澤采用色差計測定鮮切蘋果的L、a*、b*值及計算褐變指數(shù)(Browning Index,BI)[28]。

1.2.3.4 PPO和POD活性的測定 待測酶液的提取:取5.0 g蘋果樣品和20 mL pH為6.4的磷酸緩沖液,冰浴研磨,在4 ℃、12000 r/min條件下離心30 min,收集含酶的上清液,即酶提取液。PPO和POD活性的測定參照曹建康等[27]的方法。取0.5 mL酶提取液加入3 mL鄰苯二酚溶液,加蓋,輕輕搖晃,測定波長398 nm處30 s內(nèi)吸光值變化,PPO活性以每克果蔬樣品每分鐘吸光度值增加1為1個活力單位,即1 U=ΔOD398/(min·g)，取0.5 mL酶提取液加入2 mL 0.05%愈創(chuàng)木酚溶液在30 ℃水浴下保溫5 min后加入1 mL 0.08% H2O2溶液,測定波長460 nm處60 s內(nèi)吸光值變化,POD活性以每克果蔬樣品每分鐘吸光度值增加1為1個活力單位,即1 U=ΔOD460/(min·g)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SSPS 18軟件處理數(shù)據(jù),并進行標準偏差和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼寡糖涂膜對鮮切蘋果微生物數(shù)量的影響

由表1可知,隨著貯藏時間延長,各組菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸桿菌數(shù)均呈上升趨勢,且殼寡糖處理的菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸菌群數(shù)均顯著(p<0.05)低于對照組。從菌落總數(shù)來看,對照組的菌落總數(shù)在第4 d開始可計,而殼寡糖處理組的菌落總數(shù)在第8 d才開始可計。在第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對照組的菌落總數(shù)減少了25.2%、40.2%和31.8%;而對于霉菌,對照組的霉菌在第6 d開始生長,1、2 g/100 mL殼寡糖處理組的霉菌在第10 d開始生長,而1.5 g/100 mL殼寡糖處理組的霉菌在第14 d才開始生長。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對照組的霉菌數(shù)減少了18.4%、54.9%和23.4%;對于酵母菌,對照組的酵母菌數(shù)在第4 d可計,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組均在第8 d可計。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對照組的酵母菌數(shù)量減少了24.9%、33.3%和31.9%。此外,對于大腸菌群而言,對照組的在第10 d開始可計,而殼寡糖處理組的在第14 d才開始可計。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對照組的大腸菌群數(shù)量減少了35.0%、42.2%和36.4%。

表1 殼寡糖處理對鮮切蘋果貯藏期間微生物的影響(lg CFU/g)Table 1 Effect of chitosan oligosaccharides on microorganisms in fresh-cut apples during storage(lg CFU/g)

由此可知,殼寡糖對鮮切蘋果的菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸菌群數(shù)有明顯地抑制作用,其中1.5 g/100 mL的殼寡糖抑菌效果最佳。這可能是因為殼寡糖分子結(jié)構(gòu)表面上的游離氨基使其具有多聚陽離子性,可以與微生物細胞表面產(chǎn)生的脂多糖、糖醛酸磷壁質(zhì)等酸性物質(zhì)形成復雜的高分子電解質(zhì),使細胞的滲透性增大,造成細胞內(nèi)物質(zhì)泄漏,從而使微生物的生長被抑制甚至導致其死亡[29-30]。此外,殼寡糖進入菌體后,還能阻斷RNA的合成,降低其細胞的活性,也抑制了微生物的繁殖[31]。目前我國還沒有關于鮮切果蔬中菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸菌群數(shù)限制的國家標準,但上海地方標準(DB31/2012-2013)要求鮮切果蔬產(chǎn)品的菌落總數(shù)低于106CFU/g。雖然對照組和殼寡糖處理組的菌落總數(shù)在貯藏期間均未超過標準,但應盡可能地降低微生物數(shù)量,以減小鮮切產(chǎn)品安全風險系數(shù)[32]。

2.2 殼寡糖涂膜對鮮切蘋果生理和品質(zhì)指標影響

2.2.1 殼寡糖涂膜對鮮切蘋果呼吸強度的影響 果實在貯藏中仍然是有生命的活著的機體。果實采收后,同化作用基本停止,呼吸作用成為新陳代謝的主導方面,它直接或間接地聯(lián)系著各種生理生化過程。由圖1可知,隨著貯藏時間延長,鮮切蘋果的呼吸強度呈緩慢的上升趨勢,殼寡糖處理組的呼吸強度均低于對照組。1和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理的鮮切蘋果的呼吸強度在貯藏前6 d與對照組無顯著差異,但在貯藏第6 d之后顯著低于對照組(p<0.05),1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜處理的鮮切蘋果的呼吸強度在整個貯藏期都顯著低于對照組(p<0.05)。可見,殼寡糖能夠有效地降低鮮切蘋果的呼吸強度。

圖1 殼寡糖對鮮切蘋果呼吸強度的影響Fig.1 Effects of chitosan oligosaccharide on respiration intensity of fresh-cut apples

2.2.2 殼寡糖涂膜對鮮切蘋果營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.2.2.1 對鮮切蘋果可溶性固形物含量影響 由圖2可知,對照組鮮切蘋果的可溶性固形物含量整體呈先緩慢上升后下降的趨勢。這是由于貯藏前期蘋果中淀粉等大分子碳水化合物轉(zhuǎn)化成可溶性糖類,而隨著后期呼吸作用的增強,糖類等營養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗[33]。不同的殼寡糖處理濃度對鮮切蘋果可溶性固形物的影響效果不同,1 g/100 mL殼寡糖涂膜處理鮮切蘋果的可溶性固形物含量變化趨勢與對照組相同,且在相同貯藏時間,1 g/100 mL殼寡糖與對照組之間無顯著差異;而1.5和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理的鮮切蘋果的可溶性固形物含量整體呈逐漸上升趨勢,這是因為這兩個濃度的殼寡糖涂膜處理抑制了鮮切蘋果的呼吸,從而減少了糖類的消耗。

圖2 殼寡糖對鮮切蘋果可溶性固形物含量的影響Fig.2 Effects of chitosan oligosaccharide on soluble solids content in fresh-cut apples

2.2.2.2 對鮮切蘋果可滴定酸含量的影響 由圖3可知,在貯藏期間,各組鮮切蘋果可滴定酸的含量均呈下降趨勢,這可能與鮮切蘋果的有機酸作為呼吸基質(zhì)被消耗有關。在整個貯藏期間,對照組、1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組的可滴定酸的含量分別比貯藏初期下降了32.1%、23.3%、22.6%和16.1%。殼寡糖處理組的可滴定酸含量均比對照組的下降幅度小(p<0.05),且1.5 g/100 mL殼寡糖處理組的可滴定酸含量下降幅度顯著低于另兩個殼寡糖處理組(p<0.05)。由此可知,殼寡糖涂膜可有效地維持較高的可滴定酸的含量,更有利于保持其口感。

圖3 殼寡糖對鮮切蘋果可滴定酸含量的影響Fig.3 Effects of chitosan oligosaccharide on titratable acidity content of fresh-cut apples

2.2.2.3 對鮮切蘋果抗壞血酸含量的影響 抗壞血酸是蘋果的主要營養(yǎng)成分之一,是對人體有益的一種水溶性維生素,但它易被氧化、分解,從而喪失生理活性。由圖4可知,在整個貯藏期間,對照組與處理組鮮切蘋果的抗壞血酸含量變化趨勢相近,且對照組與殼寡糖處理組之間無顯著差異(p>0.05)。

圖4 殼寡糖對鮮切蘋果抗壞血酸含量的影響Fig.4 Effects of chitosan oligosaccharide on ascorbic acid content in fresh-cut apples

2.2.3 殼寡糖涂膜對鮮切蘋果感官品質(zhì)的影響

2.2.3.1 對鮮切蘋果失重率的影響 鮮切水果失重主要是水分散失導致的,果實失水過多表現(xiàn)為組織萎縮,失去原有光澤,降低其食用價值[34]。此外,鮮切蘋果在貯藏期間仍進行呼吸作用等新陳代謝,也會引起質(zhì)量消耗。由圖5可知,在貯藏期間,鮮切蘋果的失重率在逐漸增加,在貯藏14 d,對照組、1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理組的失重率分別為1.87%、1.72%、1.48%和1.77%。比對照相比,1和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理對鮮切蘋果失重的抑制作用不顯著,但1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜處理可顯著地(p<0.05)防止鮮切蘋果失重。

圖5 殼寡糖對鮮切蘋果失重率的影響Fig.5 Effects of chitosan oligosaccharide on weight loss rate of fresh-cut apples

2.2.3.2 對鮮切蘋果硬度的影響 由圖6可知,隨著貯藏時間延長,所有組的硬度都逐漸降低,但是,殼寡糖處理組硬度均高于對照組,其中以1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜處理的硬度下降的最少,2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理組次之。貯藏14 d時,對照組、1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖溶液處理組的硬度分別比第0 d下降了26.3%、18.0%、14.7%和16.8%。可見,在貯藏期間,殼寡糖涂膜處理均能抑制鮮切蘋果硬度的下降,其中1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜對鮮切蘋果硬度下降的抑制效果最好。

圖6 殼寡糖對鮮切蘋果硬度的影響Fig.6 Effects of chitosan oligosaccharide on firmness of fresh-cut apples

2.2.2.4 對鮮切蘋果BI值的影響 BI值表示褐變指數(shù),BI值越高,表示褐變程度越嚴重[35]。由圖7可知,隨著貯藏時間延長,對照組和各處理組的BI值均逐漸上升,并且隨著殼寡糖質(zhì)量濃度的增加,BI值增加速率變大,說明殼寡糖有促進鮮切蘋果褐變的作用。本研究中單獨使用殼寡糖處理組并未達到防控褐變的預期效果,但有研究報道發(fā)現(xiàn)殼寡糖和百里香油、肉桂油復合處理鮮切蘋果可以有效抑制其褐變程度[36]。因此,在未來的研究中可以以殼寡糖作為涂膜基質(zhì),再添加適當?shù)奶烊豢购肿儎?以改善其在防止鮮切蘋果褐變方面的不足。

圖7 殼寡糖對鮮切蘋果BI值的影響Fig.7 Effects of chitosan oligosaccharides on the browning index of fresh-cut apples

2.2.2.5 對鮮切蘋果PPO和POD活性的影響 PPO是促進果蔬發(fā)生酶促褐變的多酚氧化酶[37]。由圖8可知,貯藏期間鮮切蘋果的PPO活性整體呈現(xiàn)先上升后下降并趨于平穩(wěn)的趨勢。在第4 d時,所有組的PPO活性出現(xiàn)一個峰值,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理組的PPO活性分別比對照組高24.89%、31.56%和50.38%;第4 d之后,各殼寡糖涂膜處理組的PPO活性雖有所下降但是均高于對照組?？梢?殼寡糖涂膜處理有促進鮮切蘋果PPO活性增加的作用。

圖8 殼寡糖對鮮切蘋果PPO活性的影響Fig.8 Effects of chitosan oligosaccharide on PPO activity of fresh-cut apples

POD也參與果蔬的酶促褐變,可以催化酚類物質(zhì)、谷胱甘肽、抗壞血酸的氧化,使果蔬變色[38]。由圖9可知,貯藏前4 d,各處理組鮮切蘋果的POD活性均很低;貯藏第4 d之后,各處理組的POD活性緩慢增加,并且殼寡糖處理組均高于對照組;在貯藏第12 d時,POD活性快速增加到最高,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理組的POD活性分別比對照組高59.78%、97.86%和99.36%。由此可見,殼寡糖處理促使鮮切蘋果PPO、POD活性升高,從而導致了鮮切蘋果褐變的加速。

圖9 殼寡糖對鮮切蘋果POD活性的影響Fig.9 Effects of chitosan oligosaccharide on peroxide(POD)activity of fresh-cut apples

3 結(jié)論

殼寡糖涂膜處理可有效地抑制鮮切蘋果的菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸菌群等微生物生長,其中1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜處理對四種微生物的抑制效果最好。殼寡糖涂膜處理還能調(diào)控抑制鮮切蘋果呼吸強度的增強,保持可溶性固形物和可滴定酸含量的穩(wěn)定,防止失重率增加,減緩軟化,但對VC的流失沒有明顯的抑制作用。此外,殼寡糖涂膜處理對鮮切蘋果的褐變有促進作用。