新鮮黃秋葵納米ZnO協(xié)同紫外照射保鮮研究

吉仙枝，王華芳

(三門峽職業(yè)技術學院 食品園林學院，河南 三門峽 472000)

黃秋葵[Abelmoschusesculentus(L.)Moench]是一年生草本植物，屬錦葵科，廣泛生長在熱帶和亞熱帶國家[1]。因其特有的高維生素C、膳食纖維、鈣以及低飽和脂肪酸特性，被認為是理想的健康食品[2-3]。然而新鮮黃秋葵采摘后不及時處理會發(fā)生一系列生理及形態(tài)上的變化，導致腐敗變質，影響產品品質[4]。因此，產品保鮮、延長貨架期，是黃秋葵進一步深加工的重要前提。

傳統(tǒng)的熱殺菌方法，如高壓滅菌和巴氏殺菌等，可以有效抑制微生物的生長，但由于黃秋葵水分含量高，質地脆弱，熱殺菌通常會導致營養(yǎng)物質的流失和風味的改變[5]。因此，有必要開發(fā)新的殺菌技術，以延長黃秋葵貨架期，同時盡量減少營養(yǎng)流失及感官和風味品質的劣變。納米技術可以提供新的材料和技術來延長食品的保質期，是新興的研究領域。納米尺寸的顆?？梢燥@著改變特定材料的物理和化學性質，例如機械強度、熱穩(wěn)定性、導電性等[6-8]。在各種納米金屬中，ZnO納米粒子由于具有穩(wěn)定性好、成本低、易獲得、無毒等優(yōu)點而受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。與普通金屬材料連續(xù)能帶結構不同，納米ZnO的能帶是由低能價帶和高能導帶組成的非連續(xù)結構，且能帶與導帶之間存在帶隙。在紫外光照射下，可吸收波長小于387.5 nm的紫外光，然后，ZnO價帶上的電子被激發(fā)到其傳導帶上，產生光電子和空穴，ZnO納米粒子表面的H2O和O2可以捕獲光電子和空穴，生成高活性的羥基自由基和氧負離子自由基，活性自由基能穿透細胞壁，破壞細胞質，殺死細菌[9]。Zn是人體必需的微量元素，納米ZnO在果蔬殺菌保鮮領域具有廣闊的應用前景。YU等[10]采用紫外聯(lián)合納米ZnO對方便蔬菜菜肴進行殺菌處理，得到了貨架期長、產品硬度高、顏色鮮亮以及營養(yǎng)物質保留率高的產品；洪英等[11]采用殼聚糖納米ZnO涂膜對蘋果進行保鮮處理，發(fā)現(xiàn)復合薄膜能夠顯著延長新鮮蘋果貨架期，同時避免產品品質劣變。目前,尚未發(fā)現(xiàn)將納米ZnO協(xié)同紫外照射協(xié)同保鮮應用于新鮮黃秋葵的研究。

本研究以黃秋葵為對象，采用納米ZnO協(xié)同紫外照射方式對新鮮黃秋葵進行保鮮處理，研究協(xié)同保鮮方法對新鮮黃秋葵保鮮特性的影響，以期為納米ZnO協(xié)同紫外照射處理方法在黃秋葵保鮮領域的應用與發(fā)展提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

新鮮黃秋葵：購自河南省漯河市丹尼斯超市。

無水乙醇、瓊脂和蛋白胨均由漯河鼎盛化工科技有限公司提供；高純納米氧化鋅(粒徑：50 nm)，購自上海鑫鼎冶金材料有限公司；微生物培養(yǎng)用牛肉提取物，購自上海長陽生化制藥廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 將所購黃秋葵清洗干凈、瀝干。每組試驗物料量為2 kg，結合前期預試驗，黃秋葵保鮮試驗設計如下：1)固定紫外強度200 V，照射時長為15 min，將新鮮黃秋葵浸泡于不同納米ZnO添加量(0、0.01、0.03、0.05 g/kg)的懸浮液中10 min；2)固定納米ZnO添加量為0.03 g/kg，將浸泡過納米ZnO的新鮮黃秋葵置于不同紫外強度下(0、180、200、220 V)照射15 min；3)固定納米ZnO添加量為0.03 g/kg，將浸泡過納米ZnO的新鮮黃秋葵置于200 V紫外燈下進行不同時長的照射(0、10、15、20 min)。處理后的黃秋葵密封保存于4 ℃環(huán)境下。整個保鮮試驗過程中，每隔5 d取樣進行各指標測定，直至最后一批樣品細菌總數(shù)超過3 log(cfu/g)時停止試驗。每組試驗設置3組平行。

1.2.2 細菌總數(shù)的測定 樣品細菌總數(shù)采用GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》中平板計數(shù)法測定[12]。

1.2.3 蛋白質含量的測定 黃秋葵蛋白質含量采用GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中分光光度法測定[13]。

1.2.4 維生素C含量的測定 黃秋葵維生素C含量采用GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中2，6-二氯酚靛酚滴定法測定[14]。

1.2.5 色相角的測定 采用色差儀測定黃秋葵a*、b*值。其中a*表示產品顏色紅(正值)和綠(負值)的程度；b*表示產品顏色黃(正值)和藍(負值)的程度。產品色相角(h*)值采用式(1)計算[15]：

(1)

1.2.6 加權綜合評價 加權綜合評價參考段續(xù)等[16]的方法，結合本試驗，選取貨架期、細菌總數(shù)、蛋白質含量、維生素C含量以及色相角為評價指標，對不同條件下黃秋葵納米ZnO-紫外照射協(xié)同保鮮過程進行加權綜合評價，通過層次分析法[17]，得出與貨架期、細菌總數(shù)、蛋白質含量、維生素C含量以及色相角相對應的權重分別為0.30、0.27、0.10、0.11、0.22。

1.3 統(tǒng)計分析

使用DPS 7.05對試驗數(shù)據進行方差及逐步回歸分析，試驗中顯著水平定為P<0.05。利用SPSS 22.0軟件對試驗指標進行相關性分析。每組試驗重復3 次，取其平均值進行各指標統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同保鮮處理對新鮮黃秋葵保鮮特性的影響

不同保鮮處理下黃秋葵貯藏過程中細菌總數(shù)變化如表1所示。新鮮黃秋葵細菌總數(shù)為1.760 1 lg(cfu/g)，當僅采用紫外照射時(200 V、15 min)，細菌總數(shù)降低至1.644 5 lg(cfu/g)；當僅使用納米ZnO(0.03 g/kg)懸浮液浸泡時，細菌總數(shù)降低至1.695 0 lg(cfu/g)。以上結果說明，紫外照射和納米ZnO均能起到滅菌的效果。當采用200 V、15 min紫外照射聯(lián)合0.03 g/kg納米ZnO對新鮮黃秋葵保鮮處理時，細菌總數(shù)下降至1.296 0 lg(cfu/g)，對比納米ZnO和紫外照射單獨處理，聯(lián)合保鮮處理能夠降低黃秋葵細菌總數(shù)，表明聯(lián)合處理對在抑制細菌總數(shù)方面有著協(xié)同效應。這一現(xiàn)象可能與納米ZnO的光催化效應有關。固定紫外強度和照射時長，改變納米ZnO添加量分別為0、0.01、0.03、0.05 g/kg時，相應的黃秋葵貯藏至15、25、25、30 d時，產品細菌總數(shù)才超過3 lg(cfu/g)(GB 29921—2013)，這表明提升納米ZnO添加量能夠延長新鮮黃秋葵的貨架期，且相對對照，增加納米粒子添加量能夠將黃秋葵貨架期最大延長至30 d，延長率為500%；當固定紫外照射時長和納米粒子添加量為15 min和0.03 g/kg，改變紫外強度為0、180、200、220 V時，相應的黃秋葵貯藏至20、25、25、40 d后產品細菌總數(shù)才超過3 lg(cfu/g)(GB 29921—2013)，這表明提升紫外照射強度能夠延長新鮮黃秋葵的貨架期，且相對對照，提升紫外照射強度能夠將黃秋葵貨架期最大延長700%。從以上結果能夠看出，相對于納米ZnO添加量，紫外照射處理對黃秋葵保鮮效果的影響更大。

表1 不同保鮮處理對黃秋葵貯藏過程中細菌總數(shù)的影響

2.2 不同保鮮處理對黃秋葵貯藏產品品質的影響

不同保鮮條件下黃秋葵貯藏產品蛋白質含量如圖1所示。

A：0 V紫外照射0 min+0 g/kg ZnO；B：200 V紫外照射15 min+0 g/kg ZnO；C:200 V紫外照射15 min+0.01 g/kg ZnO；D:200 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；E：200 V紫外照射15 min+0.05 g/kg ZnO；F:0 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；G：180 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；H：220 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO；I：200 V紫外照射0 min+0.03 g/kg ZnO；J：200 V紫外照射10 min+0.03 g/kg ZnO；K：200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO

相對于未經保鮮處理的黃秋葵，當僅采取紫外照射時(200 V、15 min)，黃秋葵貯藏產品蛋白質含量、維生素C含量及色相角分別提升了25.83%、87.30%和29.55%；當僅使用納米ZnO(0.03 g/kg)懸浮液浸泡時，黃秋葵貯藏產品蛋白質含量、維生素C含量及色相角分別提升了5.27%、124.31%和35.33%；當采用聯(lián)合保鮮處理方式時，黃秋葵貯藏產品蛋白質含量、維生素C含量及色相角最大分別提升了56.89%(220 V紫外照射15 min+0.03 g/kg ZnO)、238.75%(200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO)以及51.80%(200 V紫外照射20 min+0.03 g/kg ZnO)。以上結果表明，紫外照射、納米ZnO均能提升黃秋葵貯藏產品的品質，且聯(lián)合保鮮處理方式在提升黃秋葵貯藏產品品質方面有著協(xié)同效應。通過對不同保鮮處理下黃秋葵貯藏產品品質同細菌總數(shù)相關性分析發(fā)現(xiàn)，黃秋葵貯藏產品蛋白質含量、維生素C含量及色相角均同細菌總數(shù)呈現(xiàn)出顯著相關，其對應的相關性系數(shù)分別為0.912 2、0.873 1和0.909 5，這可能是因為，一方面保鮮處理殺死細菌的同時，減少了細菌生長繁殖過程中對黃秋葵營養(yǎng)物質的消耗；另一方面，保鮮處理抑制細菌繁殖的同時，降低因繁殖所需的黃秋葵營養(yǎng)成分，最終結果導致保鮮處理在降低黃秋葵細菌總數(shù)、抑制細菌生長繁殖延長貨架期的同時，提升貯藏產品品質。通過加權綜合評分可知，當ZnO添加量為0.03 g/kg，紫外強度為220 V，紫外照射時長為15 min時，黃秋葵保鮮加權綜合評分值最高，為0.65，黃秋葵貨架期延長至40 d，試驗范圍下，該條件最適合應用于新鮮黃秋葵保鮮。

3 結論與討論

當紫外照射至納米ZnO時，納米粒子價帶上的電子被激發(fā)到其傳導帶上，產生光電子和空穴，進而生成高活性的羥基自由基和氧負離子自由基，從而具有更強的破壞細菌結構的效應[18-23]，因此納米ZnO與紫外聯(lián)用有進一步延長新鮮黃秋葵貨架期的可能。本試驗通過研究不同保鮮處理對黃秋葵貯藏特性及貯藏產品品質的影響發(fā)現(xiàn)，納米ZnO-紫外照射聯(lián)合處理方式能夠對黃秋葵細菌總數(shù)的抑制、貨架期的延長及貯藏產品品質的提升有協(xié)同效應。采取220 V紫外燈照射15 min，聯(lián)合0.03 g/kg納米ZnO懸浮液浸泡處理所得到的加權綜合評分值最高，為0.65，此時黃秋葵貨架期能夠延長至40 d，試驗范圍下，該條件最適合應用于新鮮黃秋葵保鮮。劉瑾瑾等[18]在研究納米ZnO對采摘后蘋果致病菌影響時發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，進行過納米粒子溶液涂膜過的蘋果致病菌數(shù)量降低了49.6%；YU等[10]在研究納米ZnO與紫外聯(lián)用提升即食素菜肴貨架期時發(fā)現(xiàn)，紫外照射能夠將菜肴細菌總數(shù)降低，以上結果與本研究類似。

新鮮黃秋葵貯藏過程中持續(xù)進行著一些生理代謝反應，因此在今后的研究中有必要在協(xié)同保鮮前期采用不同滅酶手段(如射頻滅酶、微波滅酶)對黃秋葵進行預處理，研究其對新鮮黃秋葵納米ZnO-紫外照射聯(lián)合保鮮產品品質的影響，從而進一步提升貯藏產品的品質。