張勇，張志偉，程晨霞，張新富，楊紹蘭（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山東青島 266109）

西蘭花（Brassica oleracea），又名青花菜，十字花科蕓薹屬甘藍(lán)種，為一至二年生草本植物[1-3]。其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，具有較強(qiáng)的自由基清除能力和抗癌功效，被譽(yù)為高檔蔬菜。西蘭花在主莖頂端長(zhǎng)成綠色碩大花球，其表面著生松散的小花蕾，可食用部分為頭部顆粒狀的小花蕾和幼嫩花莖。采收之后呼吸代謝仍然旺盛，多酚氧化酶和酚類氧化物等活性較強(qiáng)，易造成花球部位褐變，葉綠素降解，花蕾失綠變黃[4]。且采后西蘭花由于切割處的傷口以及幼嫩的花蕾極易受到微生物的侵染，從而致使發(fā)霉容易遭受微生物的侵染，因此貯藏期間容易出現(xiàn)黃化、失水、萎蔫、腐爛等問題，進(jìn)而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)流失，品質(zhì)下降，商品性降低[5,6]。

鮮切蔬菜被稱為最小加工蔬菜，是指將新鮮蔬菜經(jīng)過分級(jí)，清洗，切割，包裝等一系列處理，制成方便宜食的制品，近年來越來越受到消費(fèi)者的青睞。但是鮮切蔬菜在加工過程中受到損傷，呼吸和乙烯釋放增強(qiáng)，水分損失速度加快，容易出現(xiàn)褐變和營(yíng)養(yǎng)流失等問題。目前，鮮切蔬菜采后常見的保鮮技術(shù)包括物理保鮮、化學(xué)保鮮和生物保鮮[7]。物理保鮮主要包括臭氧處理、低溫儲(chǔ)存、貯藏環(huán)境氣體調(diào)節(jié)、紫外線照射等?；瘜W(xué)保鮮是用化學(xué)物質(zhì)處理，從而延緩生理代謝速率，用保鮮劑處理：1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）、乙醇、殺菌劑等。生物保鮮包括利用微生物及其代謝物（抗生素、溶菌酶、蛋白酶、細(xì)菌素）保鮮、利用天然提取物（植物精油、多酚物質(zhì)、生物堿、中草藥成分）保鮮和基因工程技術(shù)保鮮等[7-10]。

低溫等離子體（Cold Plasma，CP）為一種新型物理保鮮技術(shù)，具有滅菌時(shí)間短、應(yīng)用廣泛、操作安全簡(jiǎn)便、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。CP由帶電粒子組成第四態(tài)的離子化物質(zhì)，在整體上會(huì)表現(xiàn)出電中性[11,12]。因CP具有較好的殺菌效果，所以學(xué)者將其應(yīng)用于果蔬保鮮。徐文慧等[11]發(fā)現(xiàn)，CP處理通過高能電子輻射、臭氧氧化、紫外光解3方面實(shí)現(xiàn)對(duì)鮮切果蔬的保鮮作用。CP處理可殺滅鮮切辣椒、生菜、黃瓜、火龍果、甜瓜等表面的細(xì)菌、酵母等雜菌，從而有效保持食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)[13-17]。Li等[18]認(rèn)為CP處理能夠促進(jìn)黃酮和苯丙醇生物合成途徑中的代謝物生成，提高鮮切草莓的抗氧化能力。目前，CP處理對(duì)西蘭花采后貯藏保鮮的研究報(bào)道較少，本研究以鮮切西蘭花為試材，擬分析CP處理鮮切西蘭花貯藏品質(zhì)的影響，以期為CP處理技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為青島夏莊蔬菜基地生產(chǎn)的西蘭花，品種為‘優(yōu)秀’。采摘后2 h內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，選取表面沒有機(jī)械傷、顏色濃綠、小花未開且達(dá)到商業(yè)收獲期的西蘭花作為試材。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料處理

將新采收的西蘭花切割成3～4 cm大小的花球，CP裝置及處理參照孫艷等[15]的方法，置于電壓170 V的等離子體裝置載物臺(tái)上處理5 min，處理部分為整個(gè)小花，包括花蕾及花柄。未處理的鮮切西蘭花作為對(duì)照。將兩組鮮切西蘭花置于溫度為（4±0.5） ℃的冷庫(kù)貯藏，每隔24 h測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.2.2 鮮切西蘭花細(xì)菌菌落數(shù)目的測(cè)定

選取CP處理1 d的鮮切西蘭花和同期對(duì)照樣品各5 g，加入適量磷酸緩沖液研磨至勻漿，制成1:10的勻液。吸取該勻液1 mL注入盛有9 mL稀釋液的無菌試管，配置成1:100的勻液，依次稀釋1000、10000倍樣品勻液。接種至LB固體培養(yǎng)基，于培養(yǎng)箱37 ℃倒置培養(yǎng)48 h，觀察培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)的菌落數(shù)量。

1.2.3 鮮切西蘭花質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用CT3-4500質(zhì)構(gòu)儀（Brookfield，美國(guó)）測(cè)定西蘭花花蕾柄部硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚性、粘性等質(zhì)構(gòu)特性，探頭直徑為2.0 mm，測(cè)試深度為5 mm，測(cè)試速度為0.5 mm/s，測(cè)試時(shí)，共測(cè)定10個(gè)花蕾。

1.2.4 鮮切西蘭花的色差測(cè)定

采用CR-400色差儀（Chroma Meter，日本）測(cè)定鮮切西蘭花的花蕾，15個(gè)小花為重復(fù)。

1.2.5 鮮切西蘭花的乙烯釋放速率測(cè)定

采用GC-2010氣相色譜儀（Shimadzu，日本）測(cè)定西蘭花的乙烯釋放速率。選取質(zhì)量為100 mg西蘭花花蕾置于450 mL的密封燒杯中2 h，抽取1 mL氣體進(jìn)行乙烯含量測(cè)定。乙烯測(cè)定采用FID檢測(cè)器，GDX-502毛細(xì)管柱（10 m×0.53 mm×1 μm），柱溫為120 ℃，檢測(cè)器溫度為200 ℃。

1.2.6 鮮切西蘭花的揮發(fā)性成分測(cè)定

選取3個(gè)質(zhì)量、色澤相近的花蕾，分別放置于3個(gè)0.45 L塑料盒中用保鮮膜封口，室溫靜置1 h后用電子鼻（Airsense，德國(guó)）檢測(cè)西蘭花釋放的氣體成分。

電子鼻測(cè)定條件：傳感器清洗時(shí)間為100 s，歸零時(shí)間為10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間為10 s，分析采樣時(shí)間為120 s，內(nèi)部流量400 mL/min，進(jìn)樣流量200 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)

使用Microsoft Excel、Word軟件作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖分析并進(jìn)行差異性顯著分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 CP處理對(duì)鮮切西蘭花表面細(xì)菌的殺滅效果

諸多研究表明，CP處理可以殺滅細(xì)菌等微生物。由圖1可知，右圖為CP處理鮮切西蘭花于培養(yǎng)基中的細(xì)菌生長(zhǎng)情況，共檢測(cè)到27個(gè)細(xì)菌菌落，左圖顯示的對(duì)照則檢測(cè)有80個(gè)菌落，表明CP處理對(duì)西蘭花表面的細(xì)菌具有致死作用。比較細(xì)菌菌落大小，CP處理的菌落面積明顯小于對(duì)照，表明CP處理能夠抑制細(xì)菌的繁殖生長(zhǎng)。由此可知，CP處理抑制細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖，具有殺菌的作用。該試驗(yàn)結(jié)果與孫艷等[13]和Kim等[19]在黃瓜和辣椒上的結(jié)果一致。但有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，CP處理后葡萄球菌等病菌含量明顯減少，卻無法完全殺滅各種病菌，與本試驗(yàn)結(jié)果相符合。

CP處理廣泛應(yīng)用于微生物的殺滅和消毒等方面，進(jìn)而發(fā)展到果蔬的保鮮。由于CP處理是電離氣體，產(chǎn)生眾多帶電高能粒子和各種輻射，包括諸多的物理反應(yīng)從而快速完成殺菌作用。有報(bào)道認(rèn)為等離子體的殺菌機(jī)制包括高能電子輻射、臭氧氧化和紫外光解3方面[20-22]。經(jīng)過電離產(chǎn)生的離子、電子，在電場(chǎng)中有較高的能量，轟擊細(xì)菌表面產(chǎn)生巨大的蝕刻作用，進(jìn)而殺死細(xì)菌。臭氧具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，能夠破壞細(xì)胞的生物大分子，使微生物無法進(jìn)行正常代謝活動(dòng)，從而起到殺菌的作用。紫外線能夠改變DNA生物活性、使蛋白質(zhì)變性，從而導(dǎo)致細(xì)菌致死。但由于CP處理過程迅速且復(fù)雜，生物細(xì)胞構(gòu)造不清楚，CP殺菌的作用機(jī)理尚未完全明確。因此，CP殺菌的作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

圖1 CP處理對(duì)鮮切西蘭花的殺菌效果Fig.1 The effect of CP treatment on the sterilization of fresh-cut broccoli

2.2 CP處理對(duì)鮮切西蘭花質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖2 CP處理對(duì)鮮切西蘭花的質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.2 The effects of CP treatment on the texture properties of fresh-cut broccoli

如圖2所示，貯藏過程中，CP處理的鮮切西蘭花的硬度、咀嚼性、彈性、內(nèi)聚性和粘力始終高于對(duì)照組。硬度在貯藏過程中均呈下降趨勢(shì)，貯藏至5 d，CP處理的鮮切西蘭花的硬度為44.45 kg/cm2，對(duì)照組為34.84 kg/cm2。咀嚼性均在采后呈先下降后上升趨勢(shì)，貯藏5 d，CP處理的咀嚼性為12.51 mJ，對(duì)照為7.71 mJ，差異顯著。內(nèi)聚性在貯藏期間呈下降趨勢(shì)。因此，CP處理能夠延緩鮮切西蘭花質(zhì)構(gòu)特性的改變，保持了鮮切西蘭花的新鮮程度。

2.3 CP處理對(duì)鮮切西蘭花色差特性的影響

圖3 CP處理對(duì)鮮切西蘭花的色差特性的影響Fig.3 The effects of CP treatment on the chromatic aberration of fresh-cut broccolis

色澤作為鮮切西蘭花品質(zhì)指標(biāo)之一，能夠直觀評(píng)估商品價(jià)值。本試驗(yàn)選取ΔL和Δa評(píng)判西蘭花的色澤。其中，ΔL代表的是亮暗，負(fù)值越小，越偏暗。CP處理鮮切西蘭花的ΔL貯藏過程中均低于對(duì)照組，且二者均呈上升趨勢(shì)。Δa代表的是紅綠，負(fù)值越小，越偏綠。從Δa的數(shù)據(jù)來看，二者呈上升趨勢(shì)，CP處理鮮切西蘭花的Δa低于對(duì)照組，表明其失綠速率慢于對(duì)照。該結(jié)果與Tappi等[23]認(rèn)為CP處理能夠抑制鮮切蘋果的黃化速率結(jié)果一致。

李長(zhǎng)亮等[23]研究發(fā)現(xiàn)隨著西蘭花采后時(shí)間延長(zhǎng)，失綠現(xiàn)象越明顯，其原因可能是采后貯藏過程中，葉綠素降解途徑中過氧化物酶和葉綠素酶的活性逐漸增強(qiáng)，加速了葉綠素的降解，從而發(fā)生黃化。本文中CP處理延緩了西蘭花黃化時(shí)間，可能是CP處理抑制了葉綠素降解途徑中相關(guān)酶的活性，從而維持西蘭花較綠的色澤，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.4 CP處理對(duì)鮮切西蘭花乙烯釋放速率的影響

圖4 CP處理對(duì)鮮切西蘭花乙烯釋放速率的影響Fig.4 The effect of CP treatment on the ethylene production rate of fresh-cut broccoli

如圖4所示，貯藏過程中，對(duì)照鮮切西蘭花的乙烯釋放速率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，貯藏3 d達(dá)到峰值，為4.56 μL/(kg·h)；CP處理的鮮切西蘭花的乙烯釋放速率在貯藏過程中呈下降的趨勢(shì)，且未出現(xiàn)乙烯高峰，貯藏3 d的乙烯釋放速率為3.18 μL/(kg·h)，二者差異顯著。CP處理的鮮切西蘭花的乙烯釋放速率均低于對(duì)照。

2.5 CP處理對(duì)鮮切西蘭花電子鼻分析的影響

2.5.1 CP處理的鮮切西蘭花載荷分析

圖5 鮮切西蘭花載荷分析Fig.5 Lo analysis of fresh-cut broccoli

本試驗(yàn)所用電子鼻的10個(gè)傳感器相對(duì)應(yīng)10類不同揮發(fā)性物質(zhì)。圖5顯示，對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)最大的是傳感器7號(hào)（W1W），其次貢獻(xiàn)較大的是2號(hào)（W5S）和6號(hào)（W1S）。7號(hào)傳感器分析的物質(zhì)為硫化物，2號(hào)的是氮氧化物，6號(hào)的是烷烴類。9號(hào)傳感器（W2W）對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)最大，為芳香類物質(zhì)和有機(jī)硫化物。其它傳感器響應(yīng)值靠近原點(diǎn)，其中尤以1（W1C）、3（W3C）、4（W6S）和5（W5C）這4個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)的揮發(fā)物質(zhì)差異較小，作用效果可以忽略不計(jì)。

Zhu等[24]研究發(fā)現(xiàn)氮氧化物在西蘭花貯藏期間發(fā)生了較大變化，且有報(bào)道認(rèn)為鮮切西蘭花在貯藏后期的難聞氣體主要是酶促反應(yīng)產(chǎn)生甲硫醇、二甲基三硫醚等揮發(fā)性硫化物[25]，這與本試驗(yàn)中2號(hào)和7號(hào)傳感器測(cè)定的成分一致。

2.5.2 CP處理的鮮切西蘭花主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）

圖6 鮮切西蘭花揮發(fā)性成分PCA分析Fig.6 PCA analysis of volatile components of fresh-cut broccoli

PCA是傳感器獲得的香氣成分通過降維至最佳矢量空間以得到原有指標(biāo)信息的分析方法。圖6顯示的是鮮切西蘭花的PCA分析，其中，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為89.56%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為8.59%，累積貢獻(xiàn)率高達(dá)98.15%，表明這兩個(gè)主成分所代表的信息能完整反應(yīng)樣品的整體氣體信息。對(duì)照組與CP處理二者在相同的貯藏時(shí)間可以互相區(qū)分，獨(dú)立成簇且具有一定距離。貯藏過程的1、3、5、7 d，CP處理與對(duì)照在PC1上存在差異較大。貯藏15 d，二者在PC2上存在差異較大。

2.5.3 CP處理對(duì)鮮切西蘭花的線性判別式分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）

LDA分析是將電子鼻獲得的揮發(fā)物質(zhì)信息優(yōu)化分析，提高組間差異。圖7是鮮切西蘭花揮發(fā)性物質(zhì)的LDA分析，判別式LD1的貢獻(xiàn)率為41.51%，判別式LD2的貢獻(xiàn)率是35.08%，累積貢獻(xiàn)率為76.59%，可較好地反映樣品氣味信息。CP處理在貯藏初期與對(duì)照差別較小，貯藏1、3 d的二者距離較近甚至有重合部分。但隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，CP處理與對(duì)照的LDA數(shù)據(jù)差別越大，貯藏5、13、15 d 的兩者氣味信息在空間分布不重疊，且有一定間距，特別是貯藏15 d的間距極大。對(duì)照組和CP處理的鮮切西蘭花的整體氣味信息可以利用電子鼻中LDA模式識(shí)別。

圖7 CP處理對(duì)鮮切西蘭花LDA分析的影響Fig.7 The effect of CP treatment on the LDA analysis of fresh-cut broccoli

2.5.4 偏最小二乘法（Partial Least Square，PLS）定量預(yù)測(cè)CP處理對(duì)鮮切西蘭花貯藏期的影響

表1 鮮切西蘭花PLS定量預(yù)測(cè)分析Table 1 PLS quantitative prediction analysis of fresh-cut broccoli

PLS通過建立電子鼻信號(hào)的校準(zhǔn)模型，利用降維算法，將自變量和因變量獲得線性關(guān)系，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鮮切西蘭花香氣。表1為鮮切西蘭花在貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)的PLS定量預(yù)測(cè)分析，以CP處理為模板，判斷CP處理的鮮切西蘭花和對(duì)照的保鮮狀態(tài)。從貯藏時(shí)間來看，對(duì)照的貯藏5、11 d分別相當(dāng)于CP處理的7.05、17.39 d。通過電子鼻PLS預(yù)測(cè)可知，鮮切西蘭花經(jīng)過CP處理后的保鮮效果得到了改善。

2.5.5 聚類分析

表2 鮮切西蘭花聚類分析Table 2 Cluster analysis of fresh-cut broccoli

以對(duì)照組的鮮切西蘭花為模版，采用歐氏距離和相關(guān)性這兩種聚類分析方法預(yù)測(cè)CP處理的鮮切西蘭花類別。如表2所示，貯藏13 d的CP處理鮮切西蘭花，根據(jù)歐氏距離和相關(guān)性分析判斷其貯藏效果與對(duì)照組9 d的效果相吻合，CP處理15 d的鮮切西蘭花的貯藏效果通過歐氏距離和相關(guān)性分析判斷與對(duì)照組11 d的貯藏效果一致。通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)CP處理有較好的保鮮作用。

3 結(jié)論

鮮切西蘭花極易衰老，表現(xiàn)為軟化、失綠、萎蔫等現(xiàn)象。本試驗(yàn)采用CP處理鮮切西蘭花，結(jié)果表明，CP處理能有效地殺滅鮮切西蘭花表面的微生物。CP處理可延緩鮮切西蘭花質(zhì)構(gòu)特性的改變，降低失綠速率和乙烯釋放速率。電子鼻分析直觀地體現(xiàn)了CP處理可明顯延緩西蘭花的成熟度，有效延長(zhǎng)貯藏時(shí)間并保持新鮮。另外，電子鼻分析得出鮮切西蘭花在貯藏過程中產(chǎn)生的硫化物較多，為以后的西蘭花保鮮提供思路，可以考慮抑制硫化物合成，減少西蘭花的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，從而達(dá)到更好的保鮮效果。