不同功率的微波處理 對獼猴桃貯藏特性的影響

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(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院,安徽合肥 230036)

獼猴桃是典型的呼吸躍變型水果,屬于獼猴桃科獼猴桃屬[1]。果實酸甜可口,營養(yǎng)豐富,具有很高的保健和營養(yǎng)價值,被譽為“水果之王”。皖翠獼猴桃是安徽省培育的海沃德自然芽變品種,栽培經(jīng)濟性狀優(yōu)于海沃德,表現(xiàn)為果大,呈柱狀,果實風(fēng)味優(yōu)良,豐產(chǎn)性良好[2]。但是其果實易軟化腐爛,采后損失率高,因此延長皖翠獼猴桃貯藏時間,提高貯藏質(zhì)量,對獼猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極其重要。

近年來,微波對生物體系的效應(yīng)已經(jīng)引起大家的廣泛關(guān)注[3-5]。理論上講,微波不僅可以加快化學(xué)反應(yīng)度,而且在一定條件下還可以抑制化學(xué)反應(yīng)(某個方向的反應(yīng))的發(fā)生[6]。微波在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要有漂燙、干燥、殺菌、解凍等[7-9],在貯藏方面的研究相對較少。因此,研究微波對于農(nóng)產(chǎn)品保藏的作用是很有必要的。Giovana等研究發(fā)現(xiàn)[10],伴侶茶葉經(jīng)微波照射可以抑制PPO和POD酶的活性,使茶葉的色澤更誘人。Devece等[11]通過比較微波及傳統(tǒng)熱處理兩種方式,發(fā)現(xiàn)微波處理能更方便、高效的抑制PPO酶活性,延長其保質(zhì)期。

如何控制處理時原料的溫度是利用微波處理獼猴桃需考慮的一個重要因素。相關(guān)研究表明,原料的溫度與原料種類及微波處理方式密切相關(guān)[12]。本實驗通過對獼猴桃質(zhì)量、形狀等的嚴(yán)格篩選,并對獼猴桃的處理量、微波輸出功率、處理時間等對獼猴桃果心溫度的影響進行考察,確定了微波對獼猴桃的處理方式及范圍。通過定期檢測貯藏期間獼猴桃果實的各項指標(biāo),研究微波處理對皖翠獼猴桃貯藏特性的影響,意在找出有利于皖翠獼猴桃貯藏的最佳微波處理方式,為獼猴桃貯藏開辟高效、無毒的新道路,為果蔬貯藏的理論研究提供新的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

“皖翠”獼猴桃 霍邱縣皖西獼猴桃研究所采收,隨機選取大小均勻,成熟度相對一致,無病蟲害、機械傷的生理成熟期的果實進行實驗。

SAM-255型微波系統(tǒng) 美國CEM公司;DDS-307-型電導(dǎo)儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司;PAL-1型手持折光儀 日本ATAGO公司;GY-1型果實硬度計 上海滬鑠電子科技有限公司;CXH-3010F型紅外CO2分析儀 北京科瑞?？茖W(xué)儀器有限公司。

1.2實驗方法

獼猴桃的皮厚,散熱性較差,果心極易聚集溫度,而微波系統(tǒng)所能檢測到的只是獼猴桃表面的溫度,無法檢測到果實實際溫度。因此,本實驗通過微波處理后迅速用電子溫度計檢測果心溫度的方法來選擇微波處理皖翠獼猴桃的條件范圍。電子溫度計測得室溫下的獼猴桃果心溫度為13℃。

1.2.1 獼猴桃處理數(shù)量及擺放位置的確定 選取1、5、10、20個皖翠獼猴桃(每個果實約70～80g),為4個不同的處理組,分別擺在微波轉(zhuǎn)盤的中間及四周各個位置,用微波系統(tǒng)進行(120W,60s)微波處理,處理完畢立即用電子溫度計檢測其果心溫度。

1.2.2 獼猴桃輸出功率及時間的確定 以輸出功率(30、60、120、240、480W),處理時間(30、60、120、240、480s)進行單因素實驗,處理完畢后迅速檢測獼猴桃果心溫度。從而確定微波輸出功率及時間的最佳范圍。

1.2.3 獼猴桃處理方法 根據(jù)確定好的微波處理方式,利用微波系統(tǒng)處理原材料,每個處理組用果約4500g。處理后立即將獼猴桃放入(1±0.5)℃冷庫中冷卻5min,然后將實驗用果分別用PE袋分類包裝標(biāo)記,分裝,貯藏于(1±0.5)℃,相對濕度85%的冷庫中。貯藏過程中每20d進行各項指標(biāo)測定。

1.3測定項目及其方法

1.3.1 呼吸強度 每個處理組分別隨機取出6個獼猴桃(標(biāo)記),用于檢測呼吸強度。在貯藏溫度(t)下檢測其呼出的CO2含量,稱取果實鮮重(mf),讀取分析儀的流量計數(shù)(F),根據(jù)公式計算結(jié)果,重復(fù)檢測3次。

呼吸強度(CO2mL/kg·h)=F(mL/min)×60(min)×CO2(ppm)×10-6×44/22.5×273/(273+r(℃))/mf(kg)

1.3.2 果實品質(zhì)指標(biāo) 每個處理組分別隨機選取6個獼猴桃,測定6個果實對稱兩頰部去皮果肉的硬度,測定6個果實的可溶性固形物(SSC)含量,取其平均值。

用酸堿滴定法[13]測定可滴定酸含量,用2,6-二氯酚靛酚滴定法[13]檢測VC含量,取樣時6個果實不同部位混合稱量,每個指標(biāo)平行3次,取其平均值。

1.3.3 相對電導(dǎo)率檢測 每個處理組取6個獼猴桃,用直徑1cm的打孔器切取大小一致的果肉,切成相同厚度(2mm)的薄片,放入小燒杯中,去離子水浸泡10min、沖洗3次,用干凈濾紙吸干圓片水分。加入20mL去離子水,浸沒圓片,用濾紙封口,真空抽氣10min。在25℃下,搖床上振蕩1h,取出立即測電導(dǎo)率P1,然后煮沸15min,冷卻至室溫加水至原始刻度平衡10min測其電導(dǎo)率P2,每個處理重復(fù)3次,取其平均值。

1.3.4 LOX酶的檢測 根據(jù)陳昆松等[14]方法參考并修改。酶液的提取:稱取2.5g獼猴桃果肉,加入2.5mL預(yù)冷的提取緩沖液,在冰浴條件下研磨,然后4℃、12000×g離心30min,收集上清液備用。

酶活性測定:取2.75mL 0.1mol/L、pH5.5乙酸-乙酸鈉緩沖液,加入5μL 0.1mol/L亞油酸鈉溶液,在30℃保溫10min,加入20μL粗酶液,混勻。以蒸餾水為參比,在反應(yīng)15s時記錄反應(yīng)體系在波長134nm處吸光度值,此為初始值,然后每隔30s記錄一次,連續(xù)測定6個數(shù)據(jù)。重復(fù)三次。

1.3.5 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析 用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、作圖,SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析,不同水平利用LSD進行差異顯著性分析。p<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1微波處理方式的確定

2.1.1 獼猴桃處理數(shù)量及擺放位置的確定 獼猴桃的處理數(shù)量及在托盤中的擺放位置直接影響獼猴桃受熱的均衡性,從而影響處理條件的一致性。如表1所示,不同處理數(shù)量及不同擺放位置的獼猴桃的果心溫度差異并不大,在18.2～21.4℃范圍之內(nèi)。因此,考慮到處理的方便性及時效性,實驗微波處理量確定為(1500±50)g/次。

表1 獼猴桃處理數(shù)量及擺放位置對果心溫度的影響Table 1 Effect of processing quantity and position on core temperature of kiwifruit

2.1.2 獼猴桃輸出功率及時間的確定 果實內(nèi)部聚集過高的溫度對于獼猴桃的營養(yǎng)品質(zhì)及貯藏特性都不利,因此,實驗將獼猴桃果心溫度控制在50℃以內(nèi)。如圖1所示,時間(或功率)一定,溫度隨功率(或時間)的增加而增加。當(dāng)時間60s,不同功率處理時,果心溫度基本都在50℃以內(nèi),且不同處理組果心溫度具有一定差異;同樣,當(dāng)功率60W,不同時間處理時,果心溫度基本都在50℃以內(nèi),且不同處理組果心溫度具有一定差異。因此,輸出功率60W或處理時間60s時最合適,且兩者差異不大,最終確定處理時間為60s。

圖1 微波輸出功率與時間對果心溫度的影響 Fig.1 Effect of microwave output power and time on core temperature of kiwifruit

綜上,確定微波處理方式為:處理時間60s,輸出功率30、120、210、300、390W,此時,對應(yīng)的果心溫度分別為15.6、19.1、26.2、39.5、50.1℃。

2.2微波處理對“皖翠”獼猴桃呼吸生理的影響

呼吸作用是果蔬采收后進行的重要生理活動,是影響貯藏效果的重要因素。圖2所示,不同功率微波處理的皖翠獼猴桃呼吸速率變化趨勢基本相同,先上升,再下降,產(chǎn)生呼吸躍變,這與王強等[15]的研究結(jié)果一致。但在100d之后呼吸速率又出現(xiàn)上升,這可能與獼猴桃的成熟衰敗有關(guān)。在整個貯藏期間,120W/60s處理組呼吸速率較CK能保持較低水平,在第100d時呼吸速率有顯著差異(p<0.05),而其他各組差異并不顯著(p>0.05)。又由圖2所示,30W/60s、120W/60s處理組在40d呼吸速率達到最大值,較210W/60s、300W/60s、390W/60s及CK組的20d達到最大值,呼吸峰發(fā)生了延遲?？梢?低功率的微波處理對于獼猴桃呼吸速率有一定的抑制作用,能有效延緩呼吸峰的出現(xiàn),延長貯藏期。這可能是因為低功率的微波處理后產(chǎn)生的非熱效應(yīng),抑制了某些酶的活性,降低了生理代謝速率,維持了細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性,從而抑制了呼吸強度和呼吸進程。龐小峰等[16]研究也發(fā)現(xiàn),DNA、蛋白質(zhì)和脂類分子吸收微波能量后,導(dǎo)致它們的構(gòu)象畸變能增加,易于發(fā)生構(gòu)象或結(jié)構(gòu)的異常變化,導(dǎo)致其功能異?；騿适?。

圖2 微波處理對皖翠獼猴桃呼吸強度的影響 Fig.2 Effect of microwave treatments on respiration intensity of Wan cui kiwifruit

2.3微波處理對“皖翠”獼猴桃貯藏品質(zhì)的影響

2.3.1 微波處理對“皖翠”獼猴桃SSC含量的影響 SSC能直接反應(yīng)果蔬的成熟程度和品質(zhì)狀況。圖3所示,各組的皖翠獼猴桃的SSC含量變化基本一致,SSC含量逐漸上升。在整個貯藏期30W/60s、120W/60s、210W/60s 處理組的SSC含量都低于CK,而390W/60s處理組的SSC含量高于CK。在第40d時,30W/60s、120W/60s處理組與CK的差異顯著(p<0.05);在第100d時,30W/60s、120W/60s及210W/60s處理組與CK的差異呈顯著(p<0.05)。又如圖3所示,390W/60s處理組及CK在100d之后SSC含量出現(xiàn)下降,其他處理組120d之后呈現(xiàn)下降趨勢,這可能是因為后期的成熟衰老使獼猴桃呼吸作用增強,從而加速了有機物質(zhì)的分解所致[17]?？傊?低功率處理皖翠獼猴桃能有效減緩SSC含量的下降,保持較好的貯藏品質(zhì),但是功率過高,微波產(chǎn)生較強的熱作用反而對果實造成一定的傷害,加速SSC的降解,加快果實的成熟衰老,這與Ramesh等[18]在蔬菜上面的研究一致。

圖3 微波處理對皖翠獼猴桃SSC的影響 Fig.3 Effect of microwave treatments on SSC of Wan cui kiwifruit

2.3.2 微波處理對皖翠獼猴桃硬度的影響 硬度是衡量果蔬成熟度和貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)。獼猴桃在貯藏過程中很容易軟化,這主要與果實內(nèi)含物的降解有關(guān)。如圖4所示,獼猴桃采收時硬度為15kg/cm2,在0～40d間硬度下降最快,而40～100d間硬度下降趨于緩慢,直至不變。在整個貯藏期間,120W/60s處理組硬度的保持較好,延緩了獼猴桃的軟化速度,在第40d和100d時與CK的差異均達到顯著(p<0.05);30W/60s、210W/60s處理組與CK在第100d時差異顯著(p<0.05)。30W/60s、120W/60s處理組在140d硬度降到2kg/cm2,而390W/60s處理組與CK在100d時就降到了2kg/cm2,且硬度較CK下降更快(如圖4)?？梢?低功率微波處理能夠有效的減緩?fù)畲浍J猴桃的硬度下降,這可能因為低能微波作用,抑制了一些水解酶的活性[16]。研究發(fā)現(xiàn),果膠物質(zhì)在PG和PME等水解酶的作用下發(fā)生一系列變化,導(dǎo)致可溶性果膠含量增加,細胞壁完整性破壞,果實硬度降低,果實品質(zhì)降低[19]。

圖4 微波處理對皖翠獼猴桃硬度的影響 Fig.4 Effect of microwave treatments on firmness of Wan cui kiwifruit

2.3.3 微波處理對“皖翠”獼猴桃VC含量的影響 VC是人類營養(yǎng)中最重要的維生素之一,如何降低貯藏過程中VC含量的減少是研究獼猴桃保藏的重要意義。如圖5所示,皖翠獼猴桃的VC含量呈先上升后下降的趨勢,各處理組都在40d的時候達到最大值,100d之后變化趨于平緩。其中,120W/60s處理組在40d時,VC含量高于CK 5.34%,與CK的差異呈顯著(p<0.05);在100d時,VC含量高于CK 13.6%,與CK差異顯著(p<0.05),可見,微波處理對皖翠獼猴桃VC含量的變化影響很大。30W/60s、210W/60s兩處理組在第100d時與CK的差異顯著(p<0.05),而390W/60s處理組在40d時的VC含量低于CK 5.72%,差異顯著(p<0.05),這可能因為較高功率的微波處理產(chǎn)生的熱效應(yīng)對VC具有一定破壞作用?？梢?低功率的微波處理對于獼猴桃的VC含量的保持起到了很好的效果,提高了皖翠獼猴桃的貯藏品質(zhì)。

圖5 微波處理對皖翠獼猴桃VC含量的影響 Fig.5 Effect of microwave treatments on VC of Wan cui kiwifruit

2.3.4 微波處理對皖翠獼猴桃酸含量的影響 可滴定酸含量的多少對于獼猴桃的口感、風(fēng)味、pH及貯藏性都有很大影響,如圖6所示,可滴定酸含量先上升再下降然后趨于平衡,整體變化范圍在1.1%～1.5%之間,波動并不明顯。其中,30W/60s、120W/60s處理組的可滴定酸含量整體高于CK,在第40d和100d較CK差異顯著(p<0.05);210W/60s處理組在第100d差異顯著(p<0.05)。而其他各處理組與CK的差異并不明顯(p>0.05)?？梢?低功率的微波處理皖翠獼猴桃能夠抑制可滴定酸含量的下降,隨著微波處理功率的增加,果心溫度也隨之上升,皖翠獼猴桃的可滴定酸含量下降,這可能是因為微波熱效應(yīng)的增強,對獼猴桃產(chǎn)生了一定的傷害。

圖6 微波處理對皖翠獼猴桃可滴定酸含量的影響 Fig.6 Effect of microwave treatments on titratable acid of Wan cui kiwifruit

2.4微波處理對皖翠獼猴桃細胞膜透性的影響

2.4.1 微波處理對皖翠獼猴桃相對電導(dǎo)率的影響 獼猴桃在成熟衰老過程中,細胞質(zhì)膜功能活性下降,膜通透性增加,細胞內(nèi)電解質(zhì)向外滲透。如圖7所示,皖翠獼猴桃在貯藏過程中的相對電導(dǎo)率在前40d上升較快,40～100d上升趨于緩慢,100d之后由于衰老又出現(xiàn)上升。其中,30W/60s、120W/60s處理組的相對電導(dǎo)率低于CK,在第100d時與CK的差異均顯著(p<0.05),而在第40d時各組差異并不顯著(p>0.05)?？梢?不同強度的微波處理對獼猴桃細胞膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響不同。Adey等認為,細胞膜是電磁場作用的靶體[20]。這一觀點在動物細胞上得到證實,電磁場可以改變膜脂蛋白結(jié)合區(qū)域的結(jié)構(gòu)狀態(tài)[21]。因此,可以認為微波對皖翠獼猴桃的作用主要可能是在細胞膜上進行的。而這一結(jié)論也與習(xí)崗等[22]的研究發(fā)現(xiàn)一致,低強度微波輻射使煙草葉片細胞膜透性增加。

圖7 微波處理對皖翠獼猴桃相對電導(dǎo)率的影響 Fig.7 Effect of microwave treatments on relative conductivity of Wan cui kiwifruit

2.4.2 微波處理對皖翠獼猴桃LOX酶活性的影響 許多研究表明[23],膜脂過氧化是引起果蔬衰老的重要原因。脂氧合酶(LOX)是催化細胞膜脂發(fā)生氧化反應(yīng)的主要酶,也是啟動細胞膜脂過氧化作用的主要因子。在成熟衰老過程中,不斷產(chǎn)生活性氧[24],破壞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性,從而引發(fā)膜脂過氧化。如圖8所示,LOX酶活力呈現(xiàn)先驟升再驟降,然后趨于平緩的趨勢,在20d達到最大值,40d之后趨于平緩,這與相對電導(dǎo)率變化趨勢呈顯著的負相關(guān)性。在20d時,30W/60s、120W/60s、210W/60s處理時LOX活力分別為28.20ΔOD234/(min·mf)、22.00ΔOD234/(min·mf)、32.40ΔOD234/(min·mf),而CK高達52ΔOD234/(min·mf),差異顯著(p<0.05);在第100d時,30W/60s、120W/60s處理組與CK差異顯著(p<0.05)。由此可見,低功率的微波處理皖翠獼猴桃對LOX酶活性的抑制作用很強,而較高功率處理對于LOX酶活力的影響并不明顯。 低功率處理抑制了LOX酶的活力,進一步證實了微波對皖翠獼猴桃的作用主要可能是在細胞膜上進行的。

圖8 微波處理對皖翠獼猴桃LOX的影響 Fig.8 Effect of microwave treatments on LOX of Wan cui kiwifruit

3 結(jié)論

3.1低功率微波對于皖翠獼猴桃的貯藏特性有較好的影響。其中,120W/60s微波處理組合的效果最顯著。處理強度過高、過低獼猴桃的貯藏效果都不是很理想。

3.2低功率微波處理組合(<240W/60s)能有效的推遲獼猴桃呼吸峰的出現(xiàn),抑制呼吸速率、SSC含量的上升,抑制獼猴桃硬度、可滴定酸含量、VC含量的下降,能顯著抑制LOX酶活性、電導(dǎo)率的上升;高功率微波處理組合(>300W/60s)對于皖翠獼猴桃有一定損傷作用,不利于貯藏。

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