殼寡糖涂膜對(duì)鮮切蘋(píng)果的保鮮作用

陳 穎,劉程惠,白雯睿,付喜慶,高 飛

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

鮮切蘋(píng)果的原料在采收、運(yùn)輸、貯藏過(guò)程中,受到機(jī)械損傷后,微生物很容易通過(guò)傷口侵蝕果實(shí)。而且,蘋(píng)果的果蒂及果梗附著的腐敗菌很難在清洗過(guò)程中完全除去,原料切割后這些沒(méi)有除去的腐敗菌大量繁殖,導(dǎo)致鮮切果蔬腐爛變質(zhì)[1]。此外,蘋(píng)果經(jīng)去皮、切割等工藝處理后會(huì)導(dǎo)致組織受到機(jī)械損傷,進(jìn)而引發(fā)傷呼吸、傷乙烯、次生代謝積累等生理生化反應(yīng),從而影響鮮切蘋(píng)果的風(fēng)味、品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]?？梢?jiàn),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(dǎo)致鮮切蘋(píng)果貯藏品質(zhì)下降的主要因素。為了解決上述問(wèn)題,直接使用化學(xué)保鮮劑處理鮮切蘋(píng)果是最為常見(jiàn)的保鮮方法,它操作簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉,但是化學(xué)保鮮劑存在危害人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn),受到消費(fèi)者抵觸[3]。近幾年,天然保鮮劑因無(wú)毒、安全的特點(diǎn)已成為熱門(mén)研究對(duì)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(yīng)用于果蔬及鮮切果蔬保鮮的研究較多,對(duì)鮮切蘋(píng)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(huì)對(duì)鮮切果蔬的風(fēng)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(wú)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(yīng)用殼寡糖來(lái)保鮮完整果蔬的研究報(bào)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(guān)于使用殼寡糖涂膜對(duì)鮮切果蔬品質(zhì)影響的研究報(bào)道還較少。

本研究以富士蘋(píng)果為原料,采用不同質(zhì)量濃度的殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)果進(jìn)行涂膜處理,研究它們對(duì)鮮切蘋(píng)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(kāi)發(fā)及應(yīng)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(píng)果 大連當(dāng)?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(jì)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(guó)產(chǎn)化學(xué)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(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;VS-1300超凈工作臺(tái) 蘇州市蘇信凈化設(shè)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(jì) 日本Konica Minolta公司;SCIENTZ-09無(wú)菌勻漿機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;PAL-1手持糖度計(jì) 廣州市愛(ài)宕科學(xué)儀器有限公司;GY-3指針式水果硬度計(jì) 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(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 將蘋(píng)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(jī)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(pán)中,用無(wú)菌風(fēng)吹干,完成涂膜。另一組為對(duì)照組,用無(wú)菌水浸泡1 min。樣品隨機(jī)放入20 cm×15 cm×2 cm保鮮托盤(pán)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(cè)定微生物指標(biāo)和呼吸強(qiáng)度、可溶性固形物、可滴定酸、抗壞血酸、PPO、POD生理指標(biāo)及色澤、硬度和失重率。每組抽取3個(gè)樣品,每個(gè)樣品測(cè)定3個(gè)平行樣,取平均值。

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

1.2.3 鮮切蘋(píng)果生理和品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

1.2.3.1 呼吸強(qiáng)度的測(cè)定 使用TCD檢測(cè)器,色譜柱為Alltech CTR1,以20 mL/min的N2作載氣,在檢測(cè)器溫度為120 ℃,柱箱溫度為35 ℃的情況下進(jìn)行二氧化碳濃度的測(cè)定,呼吸強(qiáng)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(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的測(cè)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(cè)定方法,取5 g鮮切蘋(píng)果樣品,研碎后4000 r/min離心10 min,取上清液用糖度計(jì)直接測(cè)定[25]。可滴定酸含量參照Hernańdez-Mun?z等[26]的方法,其中可滴定酸以蘋(píng)果酸含量為換算系數(shù)計(jì)算?？箟难岷坎捎弥苯拥饬糠╗27]。

1.2.3.3 感官品質(zhì)的測(cè)定 失重率采用稱質(zhì)量法測(cè)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(píng)果塊的質(zhì)量,m1為貯藏期間蘋(píng)果塊的質(zhì)量。硬度采用果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定,單位為kg/cm2。色澤采用色差計(jì)測(cè)定鮮切蘋(píng)果的L、a*、b*值及計(jì)算褐變指數(shù)(Browning Index,BI)[28]。

1.2.3.4 PPO和POD活性的測(cè)定 待測(cè)酶液的提取:取5.0 g蘋(píng)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(cè)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(cè)定波長(zhǎng)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(gè)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(cè)定波長(zhǎng)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(gè)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼寡糖涂膜對(duì)鮮切蘋(píng)果微生物數(shù)量的影響

由表1可知,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),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(shì),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(duì)照組。從菌落總數(shù)來(lái)看,對(duì)照組的菌落總數(shù)在第4 d開(kāi)始可計(jì),而殼寡糖處理組的菌落總數(shù)在第8 d才開(kāi)始可計(jì)。在第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對(duì)照組的菌落總數(shù)減少了25.2%、40.2%和31.8%;而對(duì)于霉菌,對(duì)照組的霉菌在第6 d開(kāi)始生長(zhǎng),1、2 g/100 mL殼寡糖處理組的霉菌在第10 d開(kāi)始生長(zhǎng),而1.5 g/100 mL殼寡糖處理組的霉菌在第14 d才開(kāi)始生長(zhǎng)。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對(duì)照組的霉菌數(shù)減少了18.4%、54.9%和23.4%;對(duì)于酵母菌,對(duì)照組的酵母菌數(shù)在第4 d可計(jì),1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組均在第8 d可計(jì)。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對(duì)照組的酵母菌數(shù)量減少了24.9%、33.3%和31.9%。此外,對(duì)于大腸菌群而言,對(duì)照組的在第10 d開(kāi)始可計(jì),而殼寡糖處理組的在第14 d才開(kāi)始可計(jì)。在貯藏第14 d,1、1.5和2 g/100 mL殼寡糖處理組分別比對(duì)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(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)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?yàn)闅す烟欠肿咏Y(jié)構(gòu)表面上的游離氨基使其具有多聚陽(yáng)離子性,可以與微生物細(xì)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(fù)雜的高分子電解質(zhì),使細(xì)胞的滲透性增大,造成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)泄漏,從而使微生物的生長(zhǎng)被抑制甚至導(dǎo)致其死亡[29-30]。此外,殼寡糖進(jìn)入菌體后,還能阻斷RNA的合成,降低其細(xì)胞的活性,也抑制了微生物的繁殖[31]。目前我國(guó)還沒(méi)有關(guān)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但上海地方標(biāo)準(zhǔn)(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(duì)照組和殼寡糖處理組的菌落總數(shù)在貯藏期間均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn),但應(yīng)盡可能地降低微生物數(shù)量,以減小鮮切產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[32]。

2.2 殼寡糖涂膜對(duì)鮮切蘋(píng)果生理和品質(zhì)指標(biāo)影響

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

圖1 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)果呼吸強(qiáng)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(duì)鮮切蘋(píng)果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.2.2.1 對(duì)鮮切蘋(píng)果可溶性固形物含量影響 由圖2可知,對(duì)照組鮮切蘋(píng)果的可溶性固形物含量整體呈先緩慢上升后下降的趨勢(shì)。這是由于貯藏前期蘋(píng)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(qiáng),糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗[33]。不同的殼寡糖處理濃度對(duì)鮮切蘋(píng)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(píng)果的可溶性固形物含量變化趨勢(shì)與對(duì)照組相同,且在相同貯藏時(shí)間,1 g/100 mL殼寡糖與對(duì)照組之間無(wú)顯著差異;而1.5和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理的鮮切蘋(píng)果的可溶性固形物含量整體呈逐漸上升趨勢(shì),這是因?yàn)檫@兩個(gè)濃度的殼寡糖涂膜處理抑制了鮮切蘋(píng)果的呼吸,從而減少了糖類的消耗。

圖2 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)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(píng)果可滴定酸的含量均呈下降趨勢(shì),這可能與鮮切蘋(píng)果的有機(jī)酸作為呼吸基質(zhì)被消耗有關(guān)。在整個(gè)貯藏期間,對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)果抗壞血酸含量的影響 抗壞血酸是蘋(píng)果的主要營(yíng)養(yǎng)成分之一,是對(duì)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(gè)貯藏期間,對(duì)照組與處理組鮮切蘋(píng)果的抗壞血酸含量變化趨勢(shì)相近,且對(duì)照組與殼寡糖處理組之間無(wú)顯著差異(p>0.05)。

圖4 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)果感官品質(zhì)的影響

2.2.3.1 對(duì)鮮切蘋(píng)果失重率的影響 鮮切水果失重主要是水分散失導(dǎo)致的,果實(shí)失水過(guò)多表現(xiàn)為組織萎縮,失去原有光澤,降低其食用價(jià)值[34]。此外,鮮切蘋(píng)果在貯藏期間仍進(jìn)行呼吸作用等新陳代謝,也會(huì)引起質(zhì)量消耗。由圖5可知,在貯藏期間,鮮切蘋(píng)果的失重率在逐漸增加,在貯藏14 d,對(duì)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(duì)照相比,1和2 g/100 mL殼寡糖涂膜處理對(duì)鮮切蘋(píng)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(píng)果失重。

圖5 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)果硬度的影響 由圖6可知,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),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(duì)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(shí),對(duì)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%?？梢?jiàn),在貯藏期間,殼寡糖涂膜處理均能抑制鮮切蘋(píng)果硬度的下降,其中1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜對(duì)鮮切蘋(píng)果硬度下降的抑制效果最好。

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

2.2.2.4 對(duì)鮮切蘋(píng)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(yán)重[35]。由圖7可知,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),對(duì)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(shuō)明殼寡糖有促進(jìn)鮮切蘋(píng)果褐變的作用。本研究中單獨(dú)使用殼寡糖處理組并未達(dá)到防控褐變的預(yù)期效果,但有研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)殼寡糖和百里香油、肉桂油復(fù)合處理鮮切蘋(píng)果可以有效抑制其褐變程度[36]。因此,在未來(lái)的研究中可以以殼寡糖作為涂膜基質(zhì),再添加適當(dāng)?shù)奶烊豢购肿儎?以改善其在防止鮮切蘋(píng)果褐變方面的不足。

圖7 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(duì)鮮切蘋(píng)果PPO和POD活性的影響 PPO是促進(jìn)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(píng)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(shì)。在第4 d時(shí),所有組的PPO活性出現(xiàn)一個(gè)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(duì)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(duì)照組?？梢?jiàn),殼寡糖涂膜處理有促進(jìn)鮮切蘋(píng)果PPO活性增加的作用。

圖8 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(píng)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(duì)照組;在貯藏第12 d時(shí),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(duì)照組高59.78%、97.86%和99.36%。由此可見(jiàn),殼寡糖處理促使鮮切蘋(píng)果PPO、POD活性升高,從而導(dǎo)致了鮮切蘋(píng)果褐變的加速。

圖9 殼寡糖對(duì)鮮切蘋(píng)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(píng)果的菌落總數(shù)、霉菌、酵母菌和大腸菌群等微生物生長(zhǎng),其中1.5 g/100 mL殼寡糖涂膜處理對(duì)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(píng)果呼吸強(qiáng)度的增強(qiáng),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(duì)VC的流失沒(méi)有明顯的抑制作用。此外,殼寡糖涂膜處理對(duì)鮮切蘋(píng)果的褐變有促進(jìn)作用。