高鳳菊
(唐山師范學(xué)院生命科學(xué)系,河北 唐山 063000)
巨峰葡萄(Vitis vinifera cv.Kyoho),風(fēng)味獨特,品質(zhì)優(yōu)良,是我國鮮食葡萄的主要栽培品種[1]。由于其組織軟嫩、水分含量高,在貨架期易發(fā)生腐爛變質(zhì)、脫粒干梗等現(xiàn)象,給生產(chǎn)者和銷售者造成巨大的經(jīng)濟損失[2],因此對新型高效環(huán)保的葡萄保鮮劑的研究和開發(fā)非常重要。
目前市售保鮮劑多為化學(xué)保鮮劑,如撲海因(異菌脲)、甲基托布津、多菌靈、苯來特、仲丁胺、二氧化硫等,這些保鮮劑雖有較好的防腐保鮮效果,但其殘留物會對人體健康造成不良影響,且后期處理也會對環(huán)境造成污染[3]。
殼聚糖是甲殼素脫去部分乙酰基的氨基多糖[4],是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)帶正電荷的食物纖維[5],其來源豐富,價格低廉,且殼聚糖具有無毒,無刺激,無熱源反應(yīng),可自然降解及較強的抑菌效果等諸多特點,是一種安全的綠色食品保鮮劑[6]。目前,殼聚糖及其衍生物涂膜在荔枝、山楂、馬鈴薯等多種果蔬的保鮮試驗中已取得令人滿意的效果[7]。
殼聚糖應(yīng)用于葡萄的保鮮也有許多研究,但多集中在單一分子量殼聚糖或衍生物單獨或與其他物質(zhì)復(fù)配的使用[6,8]。關(guān)于不同分子量殼聚糖混合保鮮效果的研究很少,吳湛霞等[9]研究發(fā)現(xiàn),不同分子量的殼聚糖按照一定比例混合,較單一分子量殼聚糖對羅非魚的保鮮效果顯著提高。但將不同分子量殼聚糖按特定比例混合后的保鮮效果在果蔬保鮮方面的研究幾近空白。本試驗以新鮮巨峰葡萄為材料,研究了室溫下利用4種高分子量的殼聚糖及其等比例混劑涂膜處理對葡萄貨架期保鮮效果的影響。
1.1.1 材料與試劑
巨峰葡萄:采收時間為2020年9月上旬,于當(dāng)日上午采摘,采摘后不進行任何保鮮處理,常溫運輸3 h內(nèi)抵達(dá)試驗地點;殼聚糖(脫乙酰度90%,相對分子量分別為50、150、250、500 kDa):購于浙江澳興生物科技有限公司);抗壞血酸、2,6-二氯酚靛酚、三氯乙酸等試劑均為分析純;試驗用水為蒸餾水。
1.1.2 儀器與設(shè)備
WYIA型阿貝折射儀,貴陽新天光電科技有限公司;YP6102電子天平,上海光正醫(yī)療儀器有限公司;BCD-196T冰箱,青島海爾股份有限公司;722 s可見分光光度計,上海佑科儀器儀表有限公司;TDL-60B臺式離心機,上海安亭科學(xué)儀器廠;HH-S8恒溫水浴鍋,金壇市醫(yī)療儀器廠;DHDK-98II型電子萬用爐,天津市泰斯特儀器有限公司。
1.2.1 單一殼聚糖及其等比例混劑涂膜液的制備
稱取30 g抗壞血酸,用蒸餾水定容至1 L。分別稱取相對分子量為50、150、250、500 kDa的殼聚糖各10 g。用30 g/L抗壞血酸溶液配制終濃度為10 g/L相對分子量分別為50 kDa(處理1)、150 kDa(處理2)、250 kDa(處理3)和500 kDa(處理4)的高分子量殼聚糖涂膜液。將4種高分子量殼聚糖涂膜液按1∶1∶1∶1混勻,配制混劑涂膜液(處理5),在混劑涂膜液中,不同高分子量殼聚糖終濃度為2.5 g/L。
1.2.2 涂膜處理
選取無機械損傷,大小均一,顏色一致,緊密度相似,熟度相當(dāng)?shù)钠咸汛逑戳栏珊?,浸入配制好的相?yīng)涂膜液中1 min(每個處理進行3次重復(fù),每次重復(fù)使用8 kg葡萄),取出晾干后室溫(25℃)下貯藏,每24 h取樣,測定失重率、VC含量、可滴定酸含量、呼吸強度、花青素含量、可溶性固形物含量和丙二醛含量,連續(xù)測9 d,以蒸餾水代替殼聚糖涂膜液作為對照(CK)。
1.2.3 測定項目與方法
1.2.3.1 感官評價
通過感官評價等級對各個試驗組進行評級。感官評價等級參照文獻[10]分為6個等級,5級:表面光滑,未變色或幾乎未變色,果粒、果柄堅實,果柄與果粒連接緊密;4級:表面失去光澤,顏色變黑紅,果粒開始變軟,果柄失去光澤;3級:表面無光澤,有擦傷,擦傷處變白,果粒軟化,果柄萎縮出現(xiàn)褐斑,果粒開始脫落;2級:表面黑紅,輕微發(fā)霉,出現(xiàn)霉斑,果粒軟化嚴(yán)重,果柄干枯;1級:霉斑數(shù)量增多,面積增大,果粒軟化嚴(yán)重、脫落,果柄干枯;0級:果粒表面嚴(yán)重發(fā)霉,皺縮,果柄干枯。3~5級為有商品價值,可食用,0~2級為沒有商品價值,不建議食用。
1.2.3.2 失重率
采用稱量法[11]進行測定。
1.2.3.3 可溶性固形物含量
使用手持測糖儀[12]測定。
1.2.3.4 花青素含量
采用比色法[11]進行測定。
1.2.3.5 丙二醛(MDA)含量
采用硫代巴比妥酸法[11]進行測定。
1.2.3.6 呼吸強度
采用小籃子法[13]進行測定。
1.2.3.7 可滴定酸含量
采用酸堿滴定法[11]進行測定。
1.2.3.8 VC含量
采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[14]進行測定。
1.2.4 數(shù)據(jù)處理
采用Excel及LSD數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行方差分析。
對于貨架期葡萄,其感官評價對銷售具有直接影響,是評價保鮮效果的重要指標(biāo)。由表1可知,隨著葡萄貨架條件下存放時間的延長,感官等級逐漸下降,各殼聚糖處理組的感官等級均優(yōu)于對照組。所有試驗組在貯藏初期均果粒飽滿,質(zhì)地堅挺。對照組貨架期3 d后,果實外表已出現(xiàn)變色,皺縮,果肉軟化程度嚴(yán)重,基本失去了商品價值;貯藏5 d后,果實幾乎全部軟爛變質(zhì),完全失去了食用價值。這是由于在沒有外界保鮮劑干預(yù)的情況下,隨著貨架期時間的延長,葡萄果肉細(xì)胞的細(xì)胞壁中非水溶性原果膠很快被分解成水溶性果膠,細(xì)胞壁軟化,結(jié)構(gòu)被破壞,果實外表皺縮,組織形態(tài)軟化,當(dāng)果膠進一步轉(zhuǎn)化為果膠酸時,葡萄果肉徹底軟爛。此外,在果實成熟衰老過程中,果肉的抗菌能力逐漸下降,而隨著果柄脫水,果粒與果柄發(fā)生脫離,更易受到微生物侵染,從而加快果實軟爛變質(zhì)的進程。不同殼聚糖處理組均能夠有效地維持細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和功能,增強果實硬度,降低乙烯生成量,保持細(xì)胞膜的完整性,同時又激活了果實內(nèi)某些酶誘導(dǎo)合成植保素,而植保素可以使葡萄更好地抵御病原微生物的侵害,因而殼聚糖涂膜處理可以較好地延緩貨架期葡萄感官品質(zhì)的下降。
表1 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄感官評價等級的影響Table 1 Effects of different chitosan coating treatments on sensory evaluation grades of grapes
貨架期間,葡萄果實的失重主要是由呼吸和蒸騰作用引起,包括水分和干物質(zhì)的損失,蒸騰失水為主要因素,約占總失重的80%[15]。由圖1可知,單一殼聚糖處理時,隨著貨架時間的增加,失重率呈上升趨勢。其中相對分子量為50 kDa的殼聚糖處理組失重率和失重率的增幅顯著低于其他單一殼聚糖處理組(P<0.05),與殼聚糖混劑處理組的變化趨勢相似。由上推測,在混劑中相對分子量為50 kDa的殼聚糖起主要作用。
圖1 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄失重率的影響Fig.1 Effects of different chitosan coating treatments on weight loss rates of grapes
貨架期前5天,各試驗組失重率都較低,且增速較緩,對照組失重率增速最高,從開始的0.53%增長到1.76%,第5天后急劇上升,失重率從1.76%迅速上升到第9天的4.59%。在9 d貨架期內(nèi),所有殼聚糖處理組失重率增速均較緩,第6天時,殼聚糖混劑處理組失重率為0.94%,與對照組的2.39%存在極顯著差異(P<0.01),且與相對分子量為50、500 kDa殼聚糖處理組(失重率分別為1.57%、1.89%)存在顯著差異(P<0.05)。殼聚糖混劑處理組在整個貯藏期間失重率的上升幅度最小,在2~7 d內(nèi)失重率維持在0.80%左右,第8天時才迅速上升到2.14%,第9天時為3.05%。隨著貨架期時間的延長,對照組失重率和代表失重率增速的曲線斜率始終高于殼聚糖處理組,而殼聚糖混劑處理組的失重率和失重率增速在貯藏期間始終低于其他處理組,由此得出結(jié)論,殼聚糖混劑處理對葡萄的保鮮作用在降低貨架期葡萄失重率方面效果最好。另外,貨架期7 d后,所有殼聚糖處理組的失重率均急劇上升,說明高分子量殼聚糖涂膜處理的有效期為7 d。
可溶性固形物含量是衡量葡萄商品品質(zhì)及貨架期品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[16]。由圖2可見,隨著貨架期時間的延長,所有試驗組葡萄的可溶性固形物含量均下降。對照組下降幅度最大,從第1天的16.34%下降到第9天的10.10%,下降了6.24個百分點,殼聚糖混劑涂膜處理后,葡萄可溶性固形物含量變化幅度最小,僅下降了2.25個百分點,與對照存在極顯著差異(P<0.01);在單一殼聚糖處理組中,相對分子量為150 kDa和250 kDa殼聚糖處理組(可溶性固形物含量分別下降了4.44和4.00個百分點)的降幅最小,與對照組存在顯著差異(P<0.05),單一殼聚糖處理組平均下降了4.67個百分點,而殼聚糖混劑處理組下降了2.25個百分點,顯著低于單一殼聚糖處理組,所以殼聚糖混劑涂膜處理延緩葡萄可溶性固形物含量的降低效果最好。相對分子量為150 kDa和250 kDa的殼聚糖處理組的可溶性固形物含量下降趨勢與等比例殼聚糖混劑處理組相似,平均下降4.22個百分點,顯著低于分子量為50 kDa和500 kDa殼聚糖(平均下降5.11個百分點)(P<0.05),說明中等的高分子量殼聚糖涂膜處理對葡萄可溶性固形物含量下降的緩解作用較明顯。
圖2 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄可溶性固形物含量的影響Fig.2 Effects of different chitosan coating treatments on soluble solids contents of grapes
花青素為植物二級代謝產(chǎn)物,在生理上扮演重要角色,低溫、缺氧和缺磷等不良環(huán)境也會促進花青素的形成與積累[17],花青素含量預(yù)示著細(xì)胞衰老程度。從圖3可以看出,不同殼聚糖處理組均可在一定程度上抑制花青素含量的上升,殼聚糖混劑處理組花青素含量上升最慢,第5天時僅增長了46%,而相對分子量為150 kDa的殼聚糖處理組花青素含量增長了62%,增長值僅次于殼聚糖混劑處理組。殼聚糖混劑處理組的花青素含量增長值與其他試驗組的增長值均存在極顯著差異(P<0.01),故殼聚糖混劑涂膜處理效果較好。單一殼聚糖涂膜處理組7 d后,花青素含量均急劇上升,說明高分子量殼聚糖涂膜對葡萄花青素合成的抑制作用有效期為6 d。
圖3 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄花青素含量的影響Fig.3 Effects of different chitosan coating treatments on anthocyanin contents in grapes
丙二醛是膜脂過氧化終產(chǎn)物,常常作為衡量膜脂過氧化程度和細(xì)胞損傷程度的指標(biāo)[18]。隨著葡萄的衰老,其MDA含量逐漸升高。由圖4可知,在貨架期間,殼聚糖涂膜處理組的葡萄較對照組MDA含量增長緩慢,第9天時,殼聚糖混劑處理組MDA含量最低,極顯著低于對照組和單一殼聚糖處理組(P<0.01)。單一殼聚糖處理組葡萄MDA含量變化在6 d內(nèi)無顯著差異,而第7天后,單一殼聚糖處理組的MDA含量急劇上升,而殼聚糖混劑處理組的MDA含量變化不顯著,由上可知,殼聚糖混劑處理能有效抑制葡萄MDA的合成,對延緩MDA含量的降低效果較好。
圖4 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄丙二醛含量的影響Fig.4 Effects of different chitosan coating treatments on MDA contents in grapes
呼吸強度是衡量葡萄生命活動的重要指標(biāo),呼吸強度與果實營養(yǎng)消耗和衰老狀況密切相關(guān)[19]。由圖5可知,貨架初期,葡萄的呼吸強度較大,隨著貨架,所有試驗組葡萄均出現(xiàn)呼吸強度下降的情況,但對照組下降幅度較?。ㄏ陆德蕿?0.3%),而所有殼聚糖處理組下降幅度均較大(下降率為58.3%~84.6%),其中殼聚糖混劑處理組抑制葡萄呼吸強度效果最好,9 d共下降了6.245 mL·g-1·h-1,下降率為84.6%,而對照組下降了2.155 mL·g-1·h-1,下降率為30.3%。殼聚糖涂膜處理組對貨架期葡萄呼吸強度的抑制顯著高于對照組,殼聚糖混劑處理組與對照組及單一殼聚糖處理組均存在極顯著差異(P<0.01),說明殼聚糖混劑涂膜處理對抑制葡萄呼吸強度的作用較明顯。
圖5 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄呼吸強度的影響Fig.5 Effects of different chitosan coating treatments on the respiratory intensity of grapes
貨架期葡萄果實中可滴定酸含量的變化影響其風(fēng)味及耐貯性[20],可滴定酸含量的高低直接反應(yīng)果蔬的品質(zhì)和成熟度,因此是果實品質(zhì)重要評價指標(biāo)之一[21],可滴定酸同時也是葡萄果實呼吸作用的基質(zhì)[22],能有效抑制有機酸的代謝,對保持葡萄的原有風(fēng)味有重要作用。由圖6可知,葡萄果實中可滴定酸含量隨著貨架期時間的延長呈下降趨勢。貯藏期間,殼聚糖混劑處理組的可滴定酸含量下降了1.30個百分點,相對分子量為500 kDa殼聚糖處理組下降了1.37個百分點,相對分子量為50、150、250 kDa殼聚糖涂膜處理組分別下降了1.72、1.95、1.88個百分點,對照組下降最明顯,為2.20個百分點,殼聚糖混劑、相對分子量為500 kDa的殼聚糖處理組中葡萄可滴定酸含量極顯著高于對照組(P<0.01),殼聚糖混劑處理組可滴定酸含量極顯著高于相對分子量為500 kDa的殼聚糖處理組(P<0.01),單一殼聚糖涂膜處理組間差異不顯著。這表明殼聚糖涂膜處理對葡萄可滴定酸含量的下降均有一定抑制作用,且殼聚糖混劑涂膜處理對葡萄有機代謝有顯著抑制作用。
圖6 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄可滴定酸含量的影響Fig.6 Effects of different chitosan coating treatments on titratable acid contents in grapes
VC是衡量果實營養(yǎng)水平的重要指標(biāo),其不但是葡萄營養(yǎng)成分之一,同時也是葡萄內(nèi)清除活性氧的一種重要的抗氧化劑,對延緩葡萄衰老有一定的作用,但在貨架期,VC極易被氧化而損失[23]。
由圖7可知,貨架期第9天時,對照組VC含量降低最為顯著,下降了10.91 mg/100 g,下降率達(dá)到71.9%,而單一殼聚糖處理組及殼聚糖混劑處理組隨著貨架期時間的延長,VC含量逐步下降,但殼聚糖混劑處理組下降最緩慢,僅下降了6.12 mg/100 g,下降率為38.5%。1~8 d時,殼聚糖混劑處理組與單一殼聚糖處理組差異不顯著,與對照組差異顯著(P<0.05),9 d時,殼聚糖混劑處理組與相對分子量為500 kDa的殼聚糖處理組差異不顯著,與相對分子量為50、150、250 kDa殼聚糖涂膜處理組差異顯著(P<0.05),相對分子量為50、150、250 kDa殼聚糖處理組與對照組差異不顯著,這說明更高分子量殼聚糖對保持葡萄VC含量有更明顯的作用。
圖7 不同殼聚糖涂膜處理對葡萄VC含量的影響Fig.7 Effects of different chitosan coating treatments on VC contents in grapes
殼聚糖及其衍生物對多種果蔬及肉類均具有一定的保鮮防腐作用,路志芳等[24]研究發(fā)現(xiàn),使用不同濃度的單一殼聚糖溶液處理黃瓜,能夠使其在貯藏期間的各項生理生化指標(biāo)均優(yōu)于對照組。凡玉杰等[25]發(fā)現(xiàn),以殼聚糖為主要成分的復(fù)配型殼聚糖涂膜對冷藏銀鯧有較好的保鮮效果。而黃盛東等[26]研究發(fā)現(xiàn),不同分子量的殼聚糖具有不同的保鮮效果。本試驗在室溫下用不同高分子量殼聚糖及其混劑對葡萄進行涂膜處理,結(jié)果顯示,不同高分子量的殼聚糖涂膜均可有效維持葡萄貨架期品質(zhì),但保鮮效果存在差異,這與前人的研究成果類似。
由本試驗結(jié)果可以推斷,不同分子量殼聚糖按一定比例混合后,對葡萄的保鮮效果優(yōu)于單一分子量殼聚糖。已有研究發(fā)現(xiàn),分子量較高的殼聚糖膜透光性較好,透氣性較差[27],并且由于其持水性差,其成膜性也較差[28],所以水蒸氣透性較好;分子量相對較低的殼聚糖膜透光性較差,透氣性較好[27],由于其持水性較好,成膜性好于高分子量殼聚糖[28],因此較低分子量殼聚糖的水蒸氣透性較差。當(dāng)不同高分子量殼聚糖按照一定比例混合后,混合成膜彌補了不同分子量殼聚糖單獨成膜后的不足?;靹┲泻胁煌肿恿康臍ぞ厶牵笮〔煌姆肿油ㄟ^氫鍵結(jié)構(gòu)相互交織偶聯(lián)在一起,使得所形成的膜相比單一分子量殼聚糖涂膜,結(jié)構(gòu)更為致密,涂膜后能夠阻止氧氣的滲入[29],提高果實內(nèi)CO2和O2的比值,能更有效地形成高CO2和低O2的微環(huán)境,從而降低果實內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和消耗,減少活性氧的形成,調(diào)整果實內(nèi)活性氧代謝,延緩細(xì)胞膜的損傷。內(nèi)環(huán)境的變化,可能使果實與衰老相關(guān)的酶活性發(fā)生變化,從而減少果實的失重率,抑制其呼吸作用,延緩葡萄內(nèi)可滴定酸、可溶性固形物和VC含量的減少,控制花青素含量的增加,延緩丙二醛的上升趨勢[30],從而延長葡萄的貨架期。
單一分子量殼聚糖保鮮膜在應(yīng)用中還有一定的缺點:一方面殼聚糖膜的透氣性缺乏良好的選擇性和可調(diào)節(jié)性,如對O2和CO2通透性的要求,對于不同品種、不同采收期和不同呼吸強度的果蔬,存在較大差異的,而對氣體的選擇性和可調(diào)性不佳,會導(dǎo)致保鮮效果大相徑庭,從而影響其應(yīng)用的廣泛性[31];一方面是膜的機械強度和韌性不夠,一段時間后易出現(xiàn)結(jié)晶致使膜出現(xiàn)斷裂破碎現(xiàn)象[32],使果蔬部分表面裸露,果蔬仍然受到外界的影響。而不同分子量殼聚糖混合成膜,彌補了膜透性的部分缺陷。
本試驗結(jié)果表明,相對分子質(zhì)量為50、150、250、500 kDa殼聚糖按照等比例混合制成的混劑對葡萄的保鮮效果顯著優(yōu)于單一分子量殼聚糖的保鮮效果。深入研究不同分子量殼聚糖以及多種分子量殼聚糖混合成膜與殼聚糖復(fù)合膜內(nèi)外氣體交換量的相關(guān)性,分析混合膜對果蔬保鮮相關(guān)酶的表達(dá)情況,探索新型殼聚糖復(fù)合膜的抗菌、氣體選擇通透性及較高機械強度的復(fù)合化合物,將是今后研究的方向。