超高壓處理結(jié)合殼聚糖涂膜對板栗貯藏效果的研究

顧仁勇，楊萬根

(吉首大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首，416000)

板栗(CastaneamollissimaBlume)為殼斗科栗屬堅果類植物，我國板栗年產(chǎn)量占世界50%以上[1]。我國板栗產(chǎn)地多為山區(qū)，通常采用簡易設(shè)施于常溫下貯藏，效果很差，損失高達20%～50%[2]，造成極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

目前，有關(guān)板栗常溫貯藏技術(shù)的研究報道主要有防腐劑處理、熱處理、微波處理、輻照處理及涂膜處理等，研究內(nèi)容主要涉及抑制板栗貯藏期間的呼吸強度，殺滅病原菌以減輕板栗腐爛，抑制水分蒸發(fā)等，以及貯藏期間板栗的生理、化學(xué)、微生物、酶及感官等指標變化進行的研究[3-7]。綜合來看，殺菌效率有限，特別是對果實內(nèi)部病原菌難以殺滅，對呼吸強度的抑制不徹底，尤其是對蟲害導(dǎo)致的板栗貯藏損失研究較少是目前板栗采后貯藏技術(shù)研究中存在的主要問題。

超高壓(ultra high pressure，UHP)是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的非熱殺菌技術(shù)之一，可抑制或殺死食品中的微生物，還能使食品中的酶完全或部分失活，從而達到延長食品保藏期的效果[8]，因此被廣泛應(yīng)用于果汁、水產(chǎn)、肉制品、冷鮮肉、鮮切果蔬等產(chǎn)品的保鮮[9-14]。在板栗保藏方面，郭豪寧等[15-16]研究了超高壓處理板栗的微生物及風(fēng)味物質(zhì)變化，但并未涉及對板栗呼吸生理、水分蒸發(fā)及蟲害的影響，此外無相關(guān)報道。殼聚糖具有良好的成膜性和抑菌抗菌性，涂膜后可封閉板栗殼面的氣孔和縫隙，使果實內(nèi)部形成高CO2低O2的氣調(diào)微環(huán)境，同時抑制乙烯的釋放，從而延緩果蔬衰老[17]，用于板栗涂膜保藏也有較多報道[18]。但殼聚糖涂膜殺菌效率有限，且對板栗蟲害的影響也無研究。本研究就是利用超高壓安全高效的殺菌效率，以殺滅板栗表面及內(nèi)部的病原菌，特別是超高壓對污染板栗的幼蟲及蟲卵的破壞作用，并結(jié)合殼聚糖涂膜處理板栗，探討兩者在殺菌、抑制呼吸強度和水分蒸發(fā)，尤其是對減輕蟲害的協(xié)同互補效應(yīng)，以尋求板栗貯藏的新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗：市場購買的湖南湘西地區(qū)種植的“油光栗”品種，10月下旬采收；殼聚糖(食品級，脫乙酰度>92%)：江蘇采薇生物科技公司，其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

超高壓設(shè)備(HPP.L2-600/5)，天津華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司；電子分析天平(AEU-220)，湘儀天平儀器公司；可見分光光度計(722-100)，上海天普分析儀器公司；便攜式紅外線CO2分析儀(GXH-3010E)，北京華云分析儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 板栗處理方法

選用外殼完整，果粒飽滿，光澤感好，無畸形、霉變、生蟲等現(xiàn)象的新鮮板栗，隨機分為12組，每組約5.0 kg。按表1所示方法處理，每個處理重復(fù)3組，處理完后用塑料桶盛裝，加蓋，放置于陰涼干燥、通風(fēng)良好的環(huán)境存放(貯藏期間室內(nèi)溫度為2～10 ℃，相對濕度85%～90%)。首先取鮮果測定呼吸強度、淀粉含量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，之后每10 d測定呼吸強度、淀粉含量、腐爛率、蟲果率及質(zhì)量損失率，評價保藏效果。

表1 板栗貯藏處理方法Table 1 Processing methods for chestnut preservation

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 呼吸強度測定

參照文獻[19]的靜置法略作改動：先測環(huán)境中CO2含量，貯藏期間按時取每組品質(zhì)完好的板栗樣品100 g，置于1 L錐形瓶中，用多層封口膜扎緊瓶口密封，20 ℃下貯藏1 h，測定錐形瓶內(nèi)CO2含量，計算呼吸強度，同一處理取3組重復(fù)平均值。呼吸強度以每千克樣品每小時釋放的CO2質(zhì)量表示，即mg CO2/(kg·h)。

1.3.2.2 淀粉含量測定

參考文獻[20]的3,5-二硝基水楊酸比色法測定淀粉含量：首先測定樣品中的本底還原糖含量，再對樣品加鹽酸水解后測定總還原糖含量，兩者相減再乘以折算系數(shù)0.9 即得樣品中淀粉含量。同一處理取3組重復(fù)平均值。

1.3.2.3 質(zhì)量損失率測定

先測每組板栗貯藏前質(zhì)量，再測貯藏期間每組板栗質(zhì)量(取樣做其他項目測定的板栗質(zhì)量需計算在內(nèi))。按公式(1)計算質(zhì)量損失率，同一處理取3組重復(fù)的平均值。

(1)

1.3.2.4 腐爛率及蟲果率測定

分別從每組板栗中隨機取樣約50粒，切開觀察，分別揀出有發(fā)霉等癥狀的腐爛果實及有蟲卵和生蟲癥狀的蟲果。按公式(2)計算腐爛率，公式(3)計算蟲果率，同一處理取3組重復(fù)的平均值。

(2)

(3)

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excell 2013軟件制圖，采用Minitab16軟件對試驗數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 板栗貯藏期間呼吸強度變化

各處理組板栗貯藏期間的呼吸強度變化見圖1。

圖1 板栗貯藏期間呼吸強度變化Fig.1 Changes of respiration intensity of chestnuts during storage注：圖中同一貯藏時間對應(yīng)的四組處理結(jié)果標注字母不相同為差異顯著(P<0.05)，字母相同為差異不顯著(P>0.05)。下同。

呼吸強度大則表示果實的呼吸作用旺盛，生理代謝及物質(zhì)消耗速度快，果實貯藏壽命短。所以降低呼吸強度也是延長果實貯藏壽命的首要措施。

由圖1可見，A組(對照)板栗貯藏過程中的呼吸強度變化可分為個階段：貯藏初期(0～30 d)，呼吸強度略有升高，但基本穩(wěn)定；呼吸高峰期(30～75 d)，呼吸強度先快速增強，至45 d達到峰值，之后快速下降；休眠期(75～105 d)，板栗組織進入休眠狀態(tài)，呼吸強度又保持較低的水平；萌發(fā)期(105～120 d)，板栗萌發(fā)，呼吸強度快速升高，物質(zhì)消耗加劇，貯藏壽命即將終結(jié)。本試驗測定板栗具有明顯的呼吸高峰，應(yīng)屬于呼吸躍變型果實，與葉利民等[21]、王彥祥[22]、賈愛軍等[23]的研究結(jié)論一致，但有關(guān)板栗的呼吸類型文獻報道并不一致，原因可能是研究者所采用的板栗品種不同所致。

B組(涂膜)板栗同一貯藏時間下的呼吸強度均顯著低于對照(P<0.05)，呼吸高峰比對照推遲15 d，且峰值較對照降低了25.3 %。表明殼聚糖涂膜能有效降低板栗呼吸強度。C組(超高壓)板栗呼吸強度在貯藏初期即快速下降，第60天出現(xiàn)呼吸高峰，之后一直保持較低水平；在同一貯藏期時間下，其呼吸強度顯著低于A組和B組(P<0.05)，呼吸高峰值較A組和B組分別降低61.8 %和48.9 %。超高壓處理能破壞與呼吸相關(guān)的酶類，導(dǎo)致貯藏期間板栗呼吸強度降低，其效果明顯強于單純的殼聚糖涂膜處理。D組(超高壓+涂膜)板栗初期快速下降，之后一直保持較低水平，已無明顯的呼吸高峰；同一貯藏時間下，呼吸強度分別比B和C組降低了60.5%～76.0%和21.8%～53.1%，且差異顯著(P<0.05)。表明超高壓和殼聚糖涂膜聯(lián)合處理對降低板栗呼吸強度具有協(xié)同效應(yīng)，效果顯著強于其各自單獨處理。

2.2 板栗貯藏期間淀粉含量變化

各處理組板栗貯藏期間淀粉含量變化見圖2。

圖2 板栗貯藏期間淀粉含量變化Fig.2 Changes of starch content of chestnuts during storage

板栗貯藏期間，淀粉水解為單糖，再經(jīng)呼吸作用而消耗。因此，淀粉水解速度快，板栗呼吸強度大，則淀粉含量下降也快。淀粉含量是衡量貯藏性狀的重要指標。

由圖2可見，A組(對照)板栗在0～15 d時淀粉降低較慢，30～60 d因板栗進入呼吸高峰期而導(dǎo)致淀粉含量快速下降，60～90 d板栗處于休眠階段淀粉降低較慢，之后因為萌發(fā)而快速消耗。同一貯藏時間下與A組(對照)相比， B組(涂膜)淀粉含量高于A組(第30天起差異顯著，P<0.05)， C組(超高壓)和D組(超高壓+涂膜)淀粉含量顯著高于A組(P<0.05)。表明3種處理措施均能有效減緩淀粉水解和呼吸消耗的速度，而有利于板栗貯藏。同一貯藏時間下3個處理組相比較，淀粉含量為D組>C組>B組，且具有顯著差異(P<0.05)；貯藏至120 d時，A、B、C、D組的淀粉含量分別為4.87 %、11.86 %、15.36 %、22.88 %。表明超高壓處理對于減緩淀粉水解和消耗速度的效果優(yōu)于殼聚糖涂膜，兩者聯(lián)合處理則具有明顯的協(xié)同效應(yīng)，效果優(yōu)于各自單獨處理。

2.3 板栗貯藏期間質(zhì)量損失率的變化

各處理組板栗貯藏期間質(zhì)量損失率變化見圖3。

圖3 板栗貯藏期間質(zhì)量損失率變化Fig.3 Changes of weight loss rate of chestnuts during storage

板栗貯藏期間的質(zhì)量損失主要是水分蒸發(fā)以及少量因呼吸導(dǎo)致的物質(zhì)消耗。一般失水超過5 %即會干縮，逐步出現(xiàn)“石灰化”現(xiàn)象，并導(dǎo)致貯藏性和抗病性降低，影響其貯藏壽命。

由圖3可見，A組(對照)質(zhì)量損失率在0～15 d變化較慢(<0.61 %)，15～60 d快速上升(0.61 %～6.87 %)，60～90 d又趨于平緩(6.87 %～8.54 %)，90 d后再次快速升高，貯藏120 d質(zhì)量損失率已達12.46 %。C組(超高壓)變化規(guī)律與對照組相仿，同一貯藏時間下，45 d內(nèi)質(zhì)量損失低于對照，但差異不顯著(P>0.05),60 d起質(zhì)量損失率顯著低于對照(P<0.05)；貯藏120 d質(zhì)量損失率達10.43 %。超高壓處理主要是通過降低呼吸強度而減少物質(zhì)消耗，并無阻止水分蒸發(fā)的作用，因此對減緩總體質(zhì)量損失率的效果有限。B組(涂膜)質(zhì)量損失率第30天起顯著低于A組和C組(P<0.05)，第120天質(zhì)量損失率僅為5.28 %。涂膜處理可閉塞板栗殼上的氣孔和裂縫，有效組織內(nèi)部水分的蒸發(fā)，是減緩板栗質(zhì)量損失的關(guān)鍵因素。D組(超高壓+涂膜)質(zhì)量損失第45天起顯著低于B組，貯藏120 d質(zhì)量損失為4.73 %，效果優(yōu)于單純涂膜處理，表明超高壓與涂膜聯(lián)合對于減少板栗質(zhì)量損失具有協(xié)同效應(yīng)。

2.4 板栗貯藏期間腐爛率的變化

各處理組板栗貯藏期間腐爛率變化見圖4。

圖4 板栗貯藏期間腐爛率變化Fig.4 Changes of decay rate of chestnuts during storage

板栗腐爛主要是微生物導(dǎo)致，超高壓處理能有效殺滅微生物，殼聚糖也具有殺菌功能，因而能用于減輕板栗的腐爛。

由圖4可見，A組(對照)貯藏15 d已有1.24 %的腐爛率，之后腐爛率較快上升，至120 d時達22.46 %，成為貯藏損失的重要途徑。B組(涂膜)板栗腐爛率低于對照組，兩者腐爛率差值呈現(xiàn)由小到大再到小的變化趨勢，第45天差值達最大(相差5.20 %)；90 d內(nèi)2組腐爛率差異顯著(P<0.05)，第105天起差異不顯著，貯藏120 d腐爛率為21.38 %。殼聚糖具有良好的殺菌作用，所以能顯著降減輕板栗腐爛，但殺菌并不徹底，尤其是對存在于果實內(nèi)部的微生物處理能力有限，導(dǎo)致貯藏后期板栗腐爛率偏高。C組(超高壓)板栗腐爛率低于B組，第45天起差異顯著(P<0.05)，貯藏120 d腐爛率為8.56 %。表明超高壓處理的殺菌能力強于殼聚糖涂膜，尤其是對果實內(nèi)部的微生物有徹底的殺滅效果，是減輕板栗腐爛的有力措施。D組(超高壓+涂膜)板栗腐爛率第60天起顯著低于C組，貯藏120 d腐爛率僅為5.21 %。表明超高壓和殼聚糖涂膜處理對減輕板栗腐爛的效果具有協(xié)同效應(yīng)，效果優(yōu)于各自單獨處理。

2.5 板栗貯藏期間蟲果率的變化

各處理組板栗貯藏期間蟲果率變化見圖5。

圖5 板栗貯藏期間蟲果率變化Fig.5 Changes of pest fruit rate of chestnuts during storage

板栗在生長期間因污染幼蟲或蟲卵，導(dǎo)致貯藏期間出現(xiàn)蟲蝕，是板栗貯藏損失的重要途徑之一。

由圖5可見，A組(對照)貯藏至第30天即有2.21 %的蟲果率，之后蟲果率逐漸加大，貯藏120 d時蟲果率達10.72%。B組(涂膜)板栗蟲果率變化與對照組基本一致，貯藏120 d時蟲果率達10.44%。表明殼聚糖涂膜處理對減輕板栗蟲害無效果。C組(超高壓)板栗貯藏30 d內(nèi)無蟲害檢出，第45天蟲果率1.01 %，貯藏120 d時蟲果率3.62 %，均顯著低于A、B組(P<0.05)。表明超高壓處理能有效殺滅果實中污染的幼蟲和蟲卵，是減輕板栗貯藏蟲害的有效措施。D組(超高壓+涂膜)板栗蟲果率低于C組，第60天起兩者差異顯著(P<0.05)，貯藏120 d時蟲果率僅為2.82 %。表明殼聚糖涂膜單獨處理對減輕蟲害無效，但能顯著增強超高壓處理的防蟲害效果，其原因可能是涂膜所造成果實內(nèi)低O2高CO2微環(huán)境，不能明顯影響正常蟲卵的發(fā)育生長，但卻能抑制經(jīng)超高壓處理適度受損的蟲卵的發(fā)育。

3 結(jié)論

超高壓處理(350 MPa/10 min)可破壞有關(guān)酶類而有效降低板栗貯藏期間的呼吸強度及抑制呼吸高峰，減緩淀粉的水解和呼吸消耗的速度，并能有效殺滅病原微生物而降低板栗腐爛率，尤其是能有效殺滅污染板栗的蟲卵及幼蟲，減低板栗因生蟲而導(dǎo)致的損失，但是對抑制板栗水分蒸發(fā)效果有限。2.0%(質(zhì)量分數(shù))殼聚糖涂膜處理板栗，也具有抑制呼吸強度，減緩淀粉水解和消耗，殺滅病原微生物的效果，尤其是減輕水分損失的主要手段，無直接殺滅蟲卵和幼蟲的作用，但可有效抑制超高壓處理后蟲卵的發(fā)育，協(xié)同增強超高壓處理的防蟲效果。

超高壓(350 MPa/10 min)和2.0%(質(zhì)量分數(shù))殼聚糖涂膜結(jié)合處理板栗，能在抑制呼吸、殺菌、滅蟲、減緩淀粉的降解以及減輕質(zhì)量損失等方面發(fā)揮顯著地協(xié)同互補效應(yīng)，增強板栗貯藏效果，提高產(chǎn)品品質(zhì)。經(jīng)此處理的板栗在常溫(2～10 ℃)下貯藏120 d，腐爛率為5.21 %，蟲果率2.82 %，質(zhì)量損失率4.73 %。

試驗測定油光板栗采后具有明顯的呼吸高峰，屬高峰型果實。現(xiàn)有文獻報道的板栗的呼吸類型并不一致，是否單純的由于板栗品種差異所導(dǎo)致，尚需進一步研究。