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    納他霉素復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗的保鮮效果

    2018-07-06 08:38:48王大紅張帥瀅宋鵬輝孫建瑞
    關(guān)鍵詞:山梨酸鉀普魯蘭涂膜

    王大紅, 張帥瀅, 宋鵬輝, 張 穎, 孫建瑞

    (河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院/微生物資源開(kāi)發(fā)與利用實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng) 471023)

    板栗(Chestnut) 素有“干果之王”、“木本糧食”之稱(chēng),主要分布于中國(guó)大陸、越南及臺(tái)灣地區(qū)[1],栗果富含淀粉及蛋白質(zhì),具有養(yǎng)胃健脾,延緩人體衰老等功能[2]。板栗在貯藏和運(yùn)輸期間,極易生蟲(chóng)、失水、腐爛、發(fā)芽等,損失率約為30%[3]。在貯存期間造成板栗損失的主要原因有:一是象鼻蟲(chóng)的寄生,在板栗生長(zhǎng)期間侵入板栗內(nèi)部,最終導(dǎo)致蟲(chóng)害[4];二是微生物侵襲導(dǎo)致板栗仁腐爛,主要是真菌[5];三是水分蒸發(fā),導(dǎo)致果仁干縮;四是植物呼吸導(dǎo)致的衰老[6]。因此,板栗不易儲(chǔ)存,保鮮難度較大。目前,板栗的保鮮主要采用防腐處理、涂膜和輻射處理等方法[7-8],在防腐處理方面,采用水楊酸、焦亞硫酸鈉等化學(xué)防腐劑的較多,而采用生物防腐劑的較少[9]。

    納他霉素(Natamycin)是由納塔爾鏈霉菌等放線(xiàn)菌產(chǎn)生的一種能有效抑制真菌生長(zhǎng)和真菌毒素產(chǎn)生的多烯類(lèi)抗生素,因其高效、安全,已被世界上大多數(shù)國(guó)家批準(zhǔn)用做食品防腐劑[10],已經(jīng)廣泛應(yīng)用在乳制品、肉類(lèi)、水果和飲料上[11]。本試驗(yàn)采用納他霉素復(fù)合涂膜劑處理板栗,研究在保鮮過(guò)程中板栗的品質(zhì)變化,為延長(zhǎng)板栗的保藏期提供參考。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    板栗為河南省信陽(yáng)市豫羅紅板栗。

    納他霉素、乳酸鏈球菌素和ε-聚賴(lài)氨酸由浙江新銀象生物工程有限公司生產(chǎn);山梨酸鉀,上海藍(lán)季科技有限公司產(chǎn)品;普魯蘭多糖,百納食品配料有限公司產(chǎn)品;水溶性大豆多糖,河南正順生物科技有限公司產(chǎn)品。

    1.2 儀器

    恒溫培養(yǎng)箱,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠(chǎng)產(chǎn)品;電熱恒溫水浴鍋,北京科偉儀器有限公司產(chǎn)品;高速冷凍離心機(jī),德國(guó)Sigma公司產(chǎn)品;UV-2600紫外分光光度計(jì),日本島津公司產(chǎn)品。

    1.3 試驗(yàn)方法

    1.3.1 防腐劑的篩選 把板栗隨機(jī)分為6組,每組3 kg,每組設(shè)3個(gè)平行試驗(yàn),采用0.3 g/kg納他霉素; 0.3 g/kg納他霉素+0.5 g/kg山梨酸鉀;0.3 g/kg納他霉素+0.5 g/kg苯甲酸鈉;0.3 g/kg納他霉素+0.2 g/kg乳酸鏈球菌素;0.3 g/kg納他霉素+0.2 g/kgε-聚賴(lài)氨酸作為單一和復(fù)合防腐劑進(jìn)行噴灑處理,晾干后放入有孔氯乙烯塑料袋內(nèi), 15 ℃恒溫箱中保存60 d后統(tǒng)計(jì)腐爛率。

    1.3.2 板栗涂膜劑的篩選 選取普魯蘭多糖、水溶性大豆多糖、殼聚糖、甲基纖維素和大豆分離蛋白作為涂膜劑,按每1 kg板栗加入10 g涂膜劑的比例,分別與篩選的防腐劑混合噴灑,晾干后放入有孔氯乙烯塑料袋內(nèi),15 ℃恒溫箱中保存60 d后統(tǒng)計(jì)質(zhì)量損失率。

    1.3.3 保鮮試驗(yàn) 將板栗隨機(jī)分為12組,每組3 kg,每組設(shè)3個(gè)平行試驗(yàn),將板栗采用復(fù)合防腐劑處理,然后放入有孔聚氯乙烯塑料袋內(nèi),15 ℃保存90 d,每15 d 取樣測(cè)定板栗多糖、PPO、POD和PAL等相關(guān)生理指標(biāo)。貯存結(jié)束后,測(cè)定板栗的質(zhì)量損失率、腐爛率。

    1.3.4 質(zhì)量損失率的測(cè)定 質(zhì)量損失率計(jì)算公式:質(zhì)量損失率=(每組板栗損失的質(zhì)量/保存前板栗總質(zhì)量) ×100%

    1.3.5 腐爛率的測(cè)定 腐爛率計(jì)算公式:腐爛率=(腐爛果數(shù)/總果數(shù)) ×100%

    1.3.6 板栗中多糖含量的測(cè)定 采用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定板栗中多糖含量[12]。

    1.3.7 過(guò)氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性的測(cè)定 酶液制備:板栗果肉切碎,取2 g放入研缽中,加20 ml的0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH=6.8),在冰浴中研磨成漿,以10 000 r/min冷凍離心15 min,上清液即為待測(cè)酶液。

    過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定:采用愈創(chuàng)木酚法[13]。將0.2 ml 酶液加入1 ml 0.05 mol/L愈創(chuàng)木酚溶液,30 ℃水浴5 min,加入1 ml 2% H2O2溶液,以經(jīng)過(guò)沸水處理的酶液為對(duì)照。加入酶液,每隔0.5 min在波長(zhǎng)為470 nm處測(cè)定吸光度,吸光度每1 min增大0.001為1個(gè)POD活力單位,以此計(jì)算板栗中POD酶活性。

    多酚氧化酶活性的測(cè)定:采用鄰苯二酚法[14]。將0.2 ml 酶液加入2 ml 0.5 mol/L鄰苯二酚溶液,30 ℃水浴5 min,以經(jīng)過(guò)沸水處理的酶液為對(duì)照。加入酶液,每隔0.5 min測(cè)定波長(zhǎng)為410 nm的吸光度,吸光度每1 min增大0.001為1個(gè)PPO活力單位,以此計(jì)算板栗中PPO酶活性。

    1.3.8 苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的測(cè)定 酶粗提液的制備:板栗果肉1 g,加20 ml 5 mmol/L的巰基乙醇的硼酸緩沖液、0.5 g聚乙烯吡咯烷酮,在冰浴中研磨成漿,10 000 r/min冷凍離心15 min,上清液稀釋4倍即為反應(yīng)酶液。

    酶活性測(cè)定[15]:1 ml酶液加1 ml 0.02 mol/L 苯丙氨酸和2 ml蒸餾水,反應(yīng)在30 ℃水浴中進(jìn)行,每隔0.5 h測(cè)定波長(zhǎng)為290 nm的吸光度,對(duì)照組以蒸餾水代替苯丙氨酸。吸光度每1 h增大0.01為1個(gè)PAL酶活單位。

    1.4 數(shù)據(jù)處理

    每組試驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果取平均值,采用Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪圖,試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 板栗防腐劑的篩選與優(yōu)化

    根據(jù)《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2014)規(guī)定,納他霉素、乳酸鏈球菌素、ε-聚賴(lài)氨酸、山梨酸鉀和苯甲酸鈉最大使用量分別為0.3 g/kg、0.5 g/kg、0.3 g/kg、1.0 g/kg和1.0 g/kg。考慮到防腐劑可能滲透到板栗果仁中,本研究使用的防腐劑濃度不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的最大使用量,分別選擇納他霉素;納他霉素+山梨酸鉀;納他霉素和苯甲酸鈉;納他霉素+乳酸鏈球菌素;納他霉素+ε-聚賴(lài)氨酸作為單一和復(fù)合防腐劑,板栗處理后放置60 d測(cè)定腐爛率。從圖1中可以看出,對(duì)照組的板栗腐爛率為42.4%,第2~6組的腐爛率比對(duì)照組都低,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05);其中第3組(納他霉素+山梨酸鉀)的腐爛率最低,板栗腐爛率為8.8%,遠(yuǎn)低于對(duì)照組,與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),防腐效果最佳。

    1:對(duì)照;2:0.3 g/kg納他霉素;3:0.3 g/kg納他霉素+0.5 g/kg山梨酸鉀;4:0.3 g/kg納他霉素+0.5 g/kg苯甲酸鈉;5:0.3 g/kg納他霉素+0.2 g/kg乳酸鏈球菌素;6:0.3 g/kg納他霉素+0.2 g/kg ε-聚賴(lài)氨酸。*表示與對(duì)照差異顯著;**表示與對(duì)照差異極顯著。圖1 不同防腐劑對(duì)板栗腐爛率的影響Fig.1 Effect of different preservatives on the rot rate of chestnuts

    根據(jù)圖1結(jié)果,采用0.05 g/kg、0.10 g/kg、0.20 g/kg、0.30 g/kg和0.40 g/kg的納他霉素與0.50 g/kg山梨酸鉀組成不同質(zhì)量比的復(fù)合防腐劑,優(yōu)化納他霉素的添加濃度。結(jié)果如圖2所示,隨著納他霉素濃度的提高,板栗腐爛率降低,0.2 g/kg納他霉素和0.50 g/kg山梨酸鉀組合具有較好的防腐能力,板栗的腐爛率為9%,與第一組(0.05 g/kg納他霉素+0.50 g/kg山梨酸鉀)差異顯著(P<0.05);隨著納他霉素質(zhì)量比的增加, 0.4 g/kg納他霉素+0.50 g/kg山梨酸鉀組與第一組差異極顯著(P<0.01),但是與0.20 g/kg納他霉素+0.50 g/kg山梨酸鉀組差異不明顯,同時(shí),0.2 g/kg納他霉素低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的納他霉素使用質(zhì)量比(0.3 g/kg)。

    2.2 板栗涂膜劑的篩選

    涂膜劑可以降低板栗貯藏期間的呼吸強(qiáng)度,從而延長(zhǎng)板栗的貯藏時(shí)間。根據(jù)《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2014)規(guī)定,普魯蘭多糖、水溶性大豆多糖等大多數(shù)涂膜劑使用量不超過(guò)10 g/kg??紤]到選用的涂膜劑為高分子化合物,很難滲透入板栗果仁,并參考在其他農(nóng)產(chǎn)品貯藏中的應(yīng)用情況[16],本研究中每種涂膜劑的使用質(zhì)量比為1%(即10 g/kg),分別與篩選的防腐劑組成復(fù)合防腐劑,研究不同涂膜劑對(duì)板栗質(zhì)量損失率的影響。從圖3中可以看出,普魯蘭多糖、水溶性大豆多糖顯示出較好的保鮮效果。普魯蘭多糖涂膜保鮮效果最好,板栗的質(zhì)量損失率為7%,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05);其次為水溶性大豆多糖,損失率為9%,與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05),而其他3種涂膜劑效果不好。因此,選用0.2 g/kg納他霉素+0.5 g/kg山梨酸鉀+ 1%普魯蘭多糖(B組)和0.2 g/kg納他霉素+0.5 g/kg山梨酸鉀+ 1%水溶性大豆多糖 (C組)作為2種復(fù)合涂膜劑,進(jìn)行后續(xù)研究。

    *表示與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。圖3 不同涂膜劑對(duì)板栗質(zhì)量損失率的影響Fig.3 Effects of different coating compounds on mass loss weight of chestnuts

    2.3 納他霉素復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗生理生化的影響

    2.3.1 復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗腐爛率和質(zhì)量損失率的影響 板栗采用復(fù)合涂膜劑后,15 ℃貯藏90 d,測(cè)定板栗腐爛率和質(zhì)量損失率,結(jié)果見(jiàn)圖4,對(duì)照組(A組)的板栗因受微生物侵染,腐爛率達(dá)到64%,質(zhì)量損失率達(dá)到22%;而B(niǎo)組和C組對(duì)微生物均具有不同程度的防治效果,腐爛率分別為8.0%和12.0%,質(zhì)量損失率分別為5.3%和7.0%,與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)。結(jié)果表明,使用復(fù)合涂膜劑后可顯著提高板栗的保鮮效果。

    A組:對(duì)照;B組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%普魯蘭多糖;C組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+1%水溶性大豆多糖。**表示與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。圖4 不同處理對(duì)板栗腐爛率和質(zhì)量損失率的影響Fig.4 Effects of different treatments on the rot rate and mass loss weight of chestnuts during storage

    2.3.2 復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗淀粉含量的影響 板栗在貯藏期間,淀粉水解為單糖供給植物呼吸而被消耗,其含量會(huì)逐漸降低,其消耗的速度與水解酶的活性以及板栗生理代謝旺盛程度有關(guān)。從圖5可看出,對(duì)照組(A組)中板栗淀粉含量在貯藏初期(30 d內(nèi))下降較快,下降了約12個(gè)百分點(diǎn),而B(niǎo)組和C組下降約4個(gè)百分點(diǎn)和9個(gè)百分點(diǎn),B組與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),C組與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05);中期(30~45 d)比較平穩(wěn),后期(45 d以后)快速降低。A組至第90 d時(shí)淀粉含量由初始的48.4%降低至15.4%,B組和C組下降速度明顯慢于對(duì)照組,淀粉含量分別為31.8%和27.6%,B組與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),C組與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)。結(jié)果表明,復(fù)合涂膜劑的處理對(duì)減緩板栗淀粉水解均有效果,且B組好于C組。

    A組:對(duì)照;B組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%普魯蘭多糖;C組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+1%水溶性大豆多糖。圖5 板栗貯藏期間板栗淀粉含量的變化Fig.5 Changes of starch content of chestnuts during storage

    2.3.3 復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗PPO酶活性的影響 褐變是板栗在貯藏過(guò)程中質(zhì)量降低的原因之一,發(fā)生褐變的主要原因是板栗中的PPO作用于多酚類(lèi)底物氧化所引起的一種病理反應(yīng)。多酚氧化酶是引起果蔬酶促褐變的酶,在有氧的條件下,PPO能催化酚類(lèi)物質(zhì)氧化為醌,醌通過(guò)聚合反應(yīng)產(chǎn)生有色物質(zhì)導(dǎo)致組織褐變。本研究檢測(cè)了板栗保鮮過(guò)程中PPO的變化水平,由圖6可知,B組在前15 d內(nèi)上升較快,明顯高于A組和C組,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05),說(shuō)明普魯蘭多糖作為涂膜劑在保鮮前期抑制板栗褐變效果不佳;到第45 d時(shí),對(duì)照A組PPO水平顯著上升,達(dá)到17.67 U/(min·g),而B(niǎo)組上升幅度不大,與對(duì)照組差異顯著(P<0.05);45 d后,3個(gè)處理的PPO水平開(kāi)始下降,B組和C組顯著下降,至90 d,PPO活性順序?yàn)椋篈>C>B,C與對(duì)照組差異顯著(P<0.05),B與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)。貯藏至第90 d,對(duì)照組的PPO比2個(gè)試驗(yàn)組都高約5個(gè)酶活單位,說(shuō)明納他霉素復(fù)合涂膜劑有一定的防止板栗果實(shí)褐變的能力。

    A組:對(duì)照;B組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%普魯蘭多糖;C組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%水溶性大豆多糖。圖6 不同處理對(duì)板栗PPO的影響Fig.6 Effects of different treatments on PPO activity of chestnut

    2.3.4 復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗POD酶活性的影響POD可清除植物組織中低濃度的H2O2,從而使植物組織免受H2O2的毒害作用。由圖7可知,隨著板栗貯藏時(shí)間的加長(zhǎng),對(duì)照組(A組)和處理組(B組和C組)均出現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象。對(duì)照組的POD值,45 d時(shí)達(dá)到最大值[392 U/(min·g)],原因可能是對(duì)照組的板栗被一些微生物感染,使板栗果實(shí)中的H2O2含量升高,植物組織的防御反應(yīng)會(huì)促使相應(yīng)的酶活性升高;同時(shí),感染的微生物也會(huì)引起POD酶活性的變化,胡青平等[17]報(bào)道煙草感染青枯菌后,根、莖、葉內(nèi)的POD活性均比對(duì)照高,其中葉內(nèi)比對(duì)照增高了29.67%。而B(niǎo)組和C組在45 d 時(shí)POD活性為248 U/(min·g)和269 U/(min·g),B與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),C與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)。隨后A組逐漸下降,至90 d時(shí)下降到260 U/(min·g)。B組和C組的POD含量上升緩慢,75 d達(dá)到最大值,分別為320 U/(min·g)和316 U/(min·g),POD活性順序?yàn)椋築>C>A,B組和C組與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)。

    A組:對(duì)照;B組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%普魯蘭多糖;C組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%水溶性大豆多糖。圖7 不同處理對(duì)板栗POD的影響Fig.7 Effect of different treatments on POD activity of chestnut

    2.3.5 復(fù)合涂膜劑對(duì)板栗PAL酶活性的影響 植物組織在遇到不良環(huán)境時(shí),PAL活性升高,PAL的活性可以作為植物抗逆環(huán)境的一個(gè)重要生理指標(biāo)。從圖8可以看出,在板栗保存的前15 d,3組的苯丙氨酸解氨酶活性相差不大。15 d之后各組PAL活性升高,其中A組上升比較緩慢,到60 d時(shí)達(dá)到最大值[3.8 U/(h·g)],之后便快速下降;而B(niǎo)組C組板栗PAL酶活性上升較快,到90 d時(shí),分別達(dá)到7.9 U/(h·g)和8.7 U/(h·g),兩者相差不大,兩處理組與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。說(shuō)明復(fù)合涂膜劑能夠提高PAL活性,從而增強(qiáng)板栗果實(shí)的抗病性,對(duì)板栗的保鮮具有積極作用。

    A組:對(duì)照;B組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%普魯蘭多糖;C組:納他霉素(0.2 g/kg)+山梨酸鉀(0.5 g/kg)+ 1%水溶性大豆多糖。圖8 不同處理對(duì)板栗PAL的影響Fig.8 Effects of different treatments on PAL activity of chestnut

    3 討 論

    納他霉素主要破壞膜的通透性,從而引起菌體內(nèi)氨基酸和電解質(zhì)等物質(zhì)滲漏,導(dǎo)致細(xì)胞死亡,但僅限于抑制酵母和霉菌的作用,阻止絲狀真菌中黃曲霉毒素的形成,不能防治細(xì)菌的浸染[18]。普魯蘭多糖和水溶性大豆多糖具有成膜性好、無(wú)毒可食等優(yōu)良特性。因此納他霉素復(fù)合防腐劑配以普魯蘭多糖或水溶性大豆多糖成膜劑作為天然保鮮劑,對(duì)板栗的保鮮貯藏起到了良好的促進(jìn)作用,在葡萄、櫻桃等保鮮中應(yīng)用較多[6]。

    本研究中采用復(fù)合防腐劑配以普魯蘭多糖或水溶性大豆多糖成膜劑處理板栗,其果實(shí)腐爛率、質(zhì)量損失率和淀粉含量等都有較大的改善,表明納他霉素復(fù)合涂膜保鮮劑主要通過(guò)抑制腐爛微生物的繁殖,防止板栗果實(shí)水分的散失,能有效抑制板栗的腐爛,從而達(dá)到良好的保鮮效果。復(fù)合防腐劑配以普魯蘭多糖或水溶性大豆多糖均能有效降低板栗果實(shí)中PPO活性;而POD活性在前期都逐漸升高,中后期對(duì)照組POD活性迅速下降,后期處理組的POD活性高于對(duì)照;處理組PAL活性始終高于對(duì)照組,尤其在儲(chǔ)存的中后期特別明顯,這說(shuō)明納他霉素復(fù)合涂膜劑對(duì)減少板栗腐爛和誘導(dǎo)PAL活性的上升有一定的關(guān)系。根據(jù)板栗腐爛率、板栗淀粉含量和相關(guān)酶活性的變化,普魯蘭多糖作為板栗涂膜劑比水溶性大豆多糖效果好。納他霉素復(fù)合普魯蘭多糖涂膜劑主要通過(guò)提高板栗的抗病性,增強(qiáng)殺菌能力,避免水分蒸發(fā),從而有效提高了板栗的保鮮效果。

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