鮮切山藥保鮮劑開發(fā)及應(yīng)用效果研究

鄭麗萍，王 皓，李玉玲

(鄭州工程技術(shù)學(xué)院 化工食品學(xué)院，河南 鄭州 450044)

山藥在我國有著悠久的歷史，雖不及紅薯等作物的普及性，但因其獨特的食用藥用雙重價值而作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物流傳至今。山藥中含有豐富的多糖、黃酮、過氧化氫酶、尿囊素、植酸、山藥堿等成分因子[1-3]，還含有多種維持人體生命活動必要的無機(jī)元素、金屬元素和微量元素，可以提高機(jī)體免疫能力。除此之外，山藥還具備顯著降低血糖濃度及血脂濃度的功效，可以調(diào)理腸胃功能，增強(qiáng)營養(yǎng)的攝入吸收，起到保健作用[4]。鮮切山藥既保留了山藥的營養(yǎng)成分，同時又具備鮮切果蔬方便快捷、可完全食用的特點，因而成為目前山藥最合適的加工方式之一。如何增強(qiáng)鮮切山藥的抗氧化性能，保證品質(zhì)質(zhì)量，延長其商品的貨架期，是鮮切山藥加工存放與交易流通的關(guān)鍵，這也使得鮮切山藥的保鮮問題成為我國山藥行業(yè)的重點研究方向[5-7]。

目前，國內(nèi)鮮切山藥等果蔬的保鮮方式主要有化學(xué)劑保鮮[8]、可食性涂抹處理[9-10]以及天然植物提取液保鮮[11-13]。其中化學(xué)保鮮劑用量少,效果顯著，但對人體可能存在副作用；可食性涂抹處理主要以在山藥表面鍍膜，形成密閉氣調(diào)環(huán)境來防止山藥氧化，并且對人體無毒無危害；天然保鮮劑因效果顯著，并對人體有益，近年來成為學(xué)者主要研究應(yīng)用的方向。

近年來，天然保鮮劑被普遍應(yīng)用于各種果蔬加工保鮮當(dāng)中，茶多酚便是其中之一，因其是茶中的多酚類物質(zhì)，具有良好的抗菌抑菌效果，且不會對人體造成毒副作用，廣泛應(yīng)用于草莓、桑葚、鮮切天麻等果蔬植物的保鮮研究中[14-15]。選用天然保鮮劑茶多酚，與不同濃度的檸檬酸和殼聚糖組成復(fù)合保鮮劑，通過單因素實驗驗證3種溶液的保鮮效果，進(jìn)一步設(shè)計正交實驗選出最優(yōu)復(fù)合保鮮劑比例,驗證最優(yōu)比例復(fù)合保鮮劑在鮮切山藥中的應(yīng)用效果，考察其對鮮切山藥生理特性和品質(zhì)變化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

鐵棍山藥：市售；殼聚糖(脫乙酰度>95%)、檸檬酸、茶多酚、鄰苯二酚、福林酚、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

BROOKFIELD CT3質(zhì)構(gòu)儀：美國BROOKFIELD公司；AE124分析天平：上海舜宇恒平科學(xué)儀器；UV-1800紫外分光光度計：上海美譜達(dá)儀器有限公司；TG16臺式離心機(jī)：上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；SLDS-1電導(dǎo)率儀：南京桑力電子設(shè)備廠。

1.3 實驗方法

單因素實驗：稱取不同質(zhì)量的茶多酚、殼聚糖和檸檬酸，分別配置濃度為0.1‰，0.2‰，0.3‰，0.4‰，0.5‰的茶多酚溶液；0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%的殼聚糖溶液以及0.6%，1.2%，1.8%，2.4%，3.0%的檸檬酸溶液。每組溶液中放置4塊大小一致的山藥塊，浸泡15 min后取出自然瀝干，于保鮮柜中貯藏5天。測定貯藏后失重率、感官評分、質(zhì)構(gòu)等數(shù)值，分析其對鮮切山藥的保鮮效果。

正交實驗：在單因素實驗結(jié)果基礎(chǔ)上設(shè)計正交實驗，分析、篩選出最優(yōu)比例的復(fù)合保鮮劑。

驗證實驗：采用最優(yōu)復(fù)合保鮮劑處理鮮切山藥，監(jiān)測貯藏不同時間山藥的失重率、感官評分、質(zhì)構(gòu)、多酚氧化酶活性(PPO)、總酚含量、相對電導(dǎo)率等性能或品質(zhì)的變化，驗證最優(yōu)復(fù)合保鮮劑在鮮切山藥中的應(yīng)用效果。采用萬分之一分析天平測定貯藏前后鮮重,得出失重率；設(shè)置感官評分表并由5名感官評價員進(jìn)行感官評分；采用質(zhì)構(gòu)儀測定山藥的表面硬度和表面彈力；采用鄰苯二酚法測定多酚氧化酶(PPO)活性[16]；使用福林酚比色法測定總酚含量[17]；采用電導(dǎo)率儀測定相對電導(dǎo)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮切山藥保鮮劑的配方設(shè)計

2.1.1 殼聚糖溶液對鮮切山藥失重率、感官評分及質(zhì)構(gòu)的影響

殼聚糖形成的膜層具有阻水性，可以抑制山藥內(nèi)部的呼吸作用和水分散失，減少因自身生理活性而造成的消耗。圖1a為使用殼聚糖溶液處理后貯藏4天鮮切山藥的失重率隨殼聚糖濃度的變化曲線(同一條件下測試4個樣品，取平均值)。由圖1a可知，隨著殼聚糖溶液濃度的逐漸增加，鮮切山藥的失重率逐漸降低，且降低效果與對照組相比較顯著(對照組鮮切山藥失重率為1.38%)；由圖1b可知，各濃度的殼聚糖溶液均能對鮮切山藥起到不同程度的保鮮護(hù)色功能，保持較高的感官評分(對照組為81.2分)。圖1c為不同濃度殼聚糖溶液保鮮的山藥硬度數(shù)值，對比可知，經(jīng)各濃度殼聚糖溶液處理過的鮮切山藥貯藏后，其表面硬度均明顯優(yōu)于對照組(604.3 g)。

圖1 不同濃度殼聚糖對山藥失重率(a)、感官評分(b)和硬度(c)的影響

2.1.2 檸檬酸溶液對鮮切山藥失重率、感官評分及質(zhì)構(gòu)的影響

由圖2a可知，檸檬酸處理過的鮮切山藥在低溫保藏4天后的失重率明顯低于清水對照組(1.38%)。整體來說，鮮切山藥的失重率數(shù)值與檸檬酸濃度的增長成反比，并且在檸檬酸濃度為1.8%時其失重率最低。圖2b展示了檸檬酸溶液處理的鮮切山藥低溫保藏后感官評分的變化情況，表明檸檬酸溶液處理后山藥感官評分均高于清水對照組(81.2分)。當(dāng)檸檬酸濃度在0.6%～1.8%時，感官評分隨著檸檬酸濃度的升高而變高，濃度為1.8%時得分最高。圖2c為檸檬酸處理后，鮮切山藥經(jīng)貯藏其硬度變化情況，表明各濃度下山藥的表面硬度數(shù)值均明顯高于對照組。

圖2 不同濃度檸檬酸對失重率(a)、感官評分(b)和山藥硬度(c)的影響

2.1.3 茶多酚溶液對鮮切山藥保鮮效果的影響

茶多酚為茶葉中主要的提取物質(zhì)，表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗氧化能力和抑菌作用，常常作為食品及果蔬中的天然保鮮劑[13]。茶多酚作為草莓、桑葚、天麻等果蔬的主要保鮮劑，濃度為0.2%～2.0%時可取得良好的保鮮效果[18]，本實驗的前期單因素實驗中，發(fā)現(xiàn)采用0.5%～1.5%濃度的茶多酚溶液浸泡鮮切山藥，瀝干后被茶多酚溶液染色較為嚴(yán)重。根據(jù)國標(biāo)中關(guān)于茶多酚在添加劑中含量的規(guī)定，重新設(shè)置濃度區(qū)間為0.1～0.8 g/kg。實驗結(jié)果表明，0.1‰),0.2‰和0.3‰濃度的茶多酚溶液不僅對鮮切山藥起到一定程度的保鮮作用，同時也不會使乳白色的鮮切山藥被浸染發(fā)黃。表1為不同濃度茶多酚溶液對鮮切山藥失重、感官評分、硬度的影響情況。由表1可知，茶多酚雖對鮮切山藥起到保鮮作用，但效果不顯著，主要原因是由于茶多酚濃度偏低，其次是因為茶多酚對于果蔬的保鮮，更多的是作為抑菌劑，防止細(xì)菌微生物侵染細(xì)胞，不同于殼聚糖、檸檬酸防止自身成分消耗的作用機(jī)理。

表1 貯藏后鮮切山藥保鮮效果情況與茶多酚溶液濃度關(guān)系表

2.1.4 正交實驗結(jié)果分析

通過單因素實驗，選取3種因素保鮮效果最好的3個濃度區(qū)間設(shè)計正交實驗(L9)。選取的茶多酚溶液、檸檬酸溶液、殼聚糖溶液濃度見表2。

表2 正交實驗因素水平表

將不同樣本浸泡后瀝干，放入食品專用保鮮柜低溫貯藏，以貯藏3天后山藥感官評分和失重率為指標(biāo)依據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，正交實驗結(jié)果如表3所示。其中以感官評分為主要指標(biāo)，失重率為驗證保鮮效果指標(biāo)。

表3 鮮切山藥保鮮效果正交實驗結(jié)果

對正交實驗中鮮切山藥保鮮情況的感官評分?jǐn)?shù)據(jù)分析可知，最優(yōu)方案為A1B3C1，即0.1‰茶多酚溶液/1.8%檸檬酸溶液/1.0%殼聚糖溶液。3種因素對鮮切山藥保鮮效果影響的顯著程度為：殼聚糖溶液>檸檬酸溶液>茶多酚溶液。

2.2 鮮切山藥保鮮劑的應(yīng)用效果研究

2.2.1 保鮮劑對鮮切山藥失重率和感官評分的影響

山藥切塊后暴露在自然環(huán)境中，或在切割過程中山藥組織受到不可逆轉(zhuǎn)的機(jī)械性損傷，均能加快營養(yǎng)物質(zhì)的流失速率和水分的蒸發(fā)速率，使鮮切山藥失重率增加。由圖3a可知，在前4天內(nèi)由A1B3C1比例復(fù)合保鮮劑處理過的鮮切山藥貯藏后，其失重率均低于清水處理的山藥，且隨著天數(shù)增長，清水組失重率高于復(fù)合保鮮劑處理組的比例逐漸升高，證明該比例復(fù)合保鮮劑能明顯阻止鮮切山藥中水分的逸出和營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，達(dá)到保鮮并延長貯藏時間的作用。

圖3 復(fù)合保鮮劑處理后山藥失重率(a)和感官評分(b)的變化情況

感官評分是最直觀判定鮮切山藥保鮮情況與品質(zhì)變化程度的指標(biāo)。當(dāng)鮮切山藥發(fā)生氧化褐變或霉變時，表面顏色變深，感官評分降低，喪失可食用性并無法再保藏。經(jīng)A1B3C1復(fù)合保鮮劑處理過的鮮切山藥感官評分情況如圖3b所示。由圖3b可知，復(fù)合保鮮劑處理的鮮切山藥保鮮情況(感官評分)明顯優(yōu)于對照組，且隨著貯藏天數(shù)增加感官評分下降趨勢較緩。相比之下，對照組在第3天時感官評分就下降至90分以下。

2.2.2 保鮮劑對鮮切山藥質(zhì)構(gòu)的影響

使用質(zhì)構(gòu)儀測定鮮切山藥的硬度與彈力系數(shù)。由于山藥塊略小且厚度相對較薄(1 cm左右)，使用TA39探頭對山藥進(jìn)行表面刺穿1 mm，測試所得硬度和彈力隨貯藏時間的變化情況如圖4所示。由圖4a可知，清水對照組的表面硬度隨著貯藏時間增加而減少，這可能是由于表面水分散失嚴(yán)重，細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)逐漸松散進(jìn)而導(dǎo)致硬度降低；處理組第1天硬度測定結(jié)果偏低，主要原因是經(jīng)保鮮劑處理的山藥表面水分被膜物質(zhì)鎖住，表面水分仍然充足，從而導(dǎo)致硬度系數(shù)偏低。由圖4b可知，使用復(fù)合保鮮劑處理后山藥的彈力明顯高于對照組，并且變化緩慢，這是由于處理后的鮮切山藥內(nèi)部水分及營養(yǎng)成分保存良好，彈力較高，而對照組鮮切山藥在自身呼吸作用與外部氧化褐變的影響下水分散失，營養(yǎng)物質(zhì)流失，使內(nèi)部質(zhì)構(gòu)逐漸失去彈性。

圖4 鮮切山藥的表面硬度(a)和表面彈力(b)隨貯藏天數(shù)增加的變化

2.2.3 保鮮劑對鮮切山藥中多酚氧化酶(PPO)活性的影響

用鄰苯二酚消光值法測定山藥中多酚氧化酶(PPO)活性。使用分光光度計在λ=410 nm處，以蒸餾水為對照組測定樣本在該波長下吸光度變化值。測得其在第3天時PPO活性為34.2U·min-1·g-1，而對照組為41.2 U·min-1·g-1,明顯低于對照組，證明該復(fù)合保鮮劑可以抑制山藥內(nèi)部多酚氧化酶活性。

2.2.4 保鮮劑對鮮切山藥中酚類物質(zhì)含量以及相對電導(dǎo)率的影響

處理組鮮切山藥在第3天測得的酚類物質(zhì)總含量為24.2×10-2mg·g-1，對照組總含量為19.1 mg·g-1；測得保鮮處理過的鮮切山藥樣本相對電導(dǎo)率為19.8%，清水對照組為26.3%。證明該復(fù)合保鮮劑能抑制山藥內(nèi)部褐變反應(yīng)，保持抗氧化總酚含量，并保持山藥細(xì)胞膜的透性和完整性。

3 結(jié)論

通過單因素實驗和正交實驗探究不同濃度殼聚糖、檸檬酸、茶多酚溶液對鮮切山藥的保鮮效果，篩選出最優(yōu)比例的復(fù)配保鮮劑，主要結(jié)論如下：

(1)殼聚糖、檸檬酸、茶多酚3種單一保鮮劑均能有效抑制鮮切山藥品質(zhì)降低，復(fù)配保鮮劑的最優(yōu)比例為0.1‰茶多酚/1.0%殼聚糖/1.8%檸檬酸。影響鮮切山藥保鮮效果顯著程度依次為：殼聚糖溶液>檸檬酸溶液>茶多酚溶液。

(2)含有茶多酚的復(fù)配保鮮劑處理過的鮮切山藥，其質(zhì)構(gòu)、感官評分、失重率等參數(shù)均優(yōu)于對照組以及單因素實驗組；該復(fù)配保鮮劑處理過的鮮切山藥貯藏至第3天時，內(nèi)部總酚含量明顯高于對照組，且內(nèi)部多酚氧化酶(PPO)活性與相對電導(dǎo)率數(shù)值均低于對照組。

(3)含有茶多酚的復(fù)配保鮮劑處理鮮切山藥能明顯延緩山藥內(nèi)部酶促褐變反應(yīng)，減少營養(yǎng)物質(zhì)及水分的流失，保護(hù)了鮮切山藥組織細(xì)胞膜的透性和完整性，減緩鮮切山藥品質(zhì)質(zhì)量的變化。