不同濃度艾葉精油微乳對櫻桃保鮮效果的研究

墻夢捷,崔鈺涵，魯曉翔

(天津商業(yè)大學 生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津，300134)

櫻桃屬于小漿果類，其色澤艷麗、營養(yǎng)豐富，富含維生素、有機酸、酚類化合物和礦物質等多種對人體健康有益的生物活性物質。櫻桃屬于呼吸躍變型果實，再加上櫻桃采收時節(jié)高溫多雨，采后的櫻桃處于呼吸旺盛狀態(tài)，及易出現(xiàn)發(fā)霉褐變、腐爛軟化、果實風味降低等現(xiàn)象，不利于運輸保藏，給生產(chǎn)者帶來巨大經(jīng)濟損失[1]。目前國內常用的保鮮方法主要分為化學方法(化學殺菌劑)、物理方法(氣調貯藏、溫控貯藏和微波輻射貯藏保鮮技術)和生物方法(動物、植物源保鮮劑)?；瘜W殺菌劑含難分解、氣味刺鼻的有害成分，對人體健康和環(huán)境安全造成一定的風險[2]。溫控貯藏和微波輻射貯藏保鮮技術成本高、技術難度大、市場接受度小，沒能大規(guī)模的應用。生物保鮮技術是近幾年發(fā)展起來的新型保鮮方法，從植物中提取的天然活性成分具有良好的抗氧化、抗菌和低毒等優(yōu)點[3]。

艾葉精油是一種用途廣泛、價格低廉、來源豐富的天然植物精油，具有良好的抗氧化、殺菌消毒等功效，但水溶性差、揮發(fā)性強、氣味刺鼻、對光、熱敏感度高等特點限制了其在食品、藥品和美妝領域的應用[4]。微包埋技術是解決這一難題的有效方法之一，微乳將油相和水相在混合表面活性劑的作用下按合適比例自發(fā)形成粒徑為 10～100 nm的熱力學穩(wěn)定體系，其具有穩(wěn)定均一、操作簡便、呈透明狀和生物活性利用率高等特點，在實際應用過程中具有較高的價值[5]。

SALVIA等[6]研究結果表明經(jīng)檸檬精油微乳涂膜的蘋果片對大腸桿菌和沙門氏菌的敏感作用是未涂膜的1.8倍和1.89倍。鄭鋒等[7]研究結果表明桔子油微乳液能延長葡萄的貨架期，保持葡萄營養(yǎng)品質，其中0.3 g/kg組保鮮效果最好。KIM等[8]研究檸檬草精油微乳對李子的保鮮效果的影響。在4 ℃貯藏28 d、在25 ℃貯藏15 d條件下，微乳涂層的李子微生物含量略有降低，但與脈強沖光作用時，微生物數(shù)量顯著降低。

可食用性涂膜保鮮技術是利用可食性材料制成薄膜，通過浸涂、噴灑或涂抹的方式覆蓋在食品表面，能形成一層能改變氣體環(huán)境，防止食品中水分、氣體和溶質等的遷移，從而達到保鮮目的的一種方法[9]。涂膜從自然資源中獲得的可食用涂覆原料，是一種方便安全、環(huán)保有效的方法，因此在食品行業(yè)中越來越受關注[10]。本研究以艾葉精油為油相，制備可食用、具備抗菌性能的微乳保鮮劑，能更好地抑制櫻桃的呼吸作用及微生物的生長，以可溶性固形物質量分數(shù)、低場核磁共振表征水分變化、總抗氧化能力和電子眼作為腐爛指標，在不同質量濃度的艾葉精油微乳保鮮下得出最佳適用櫻桃保鮮的濃度，進一步為櫻桃的保鮮提供可靠的研究依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與器材

主要試劑：黃水晶櫻桃，山東萊陽市沙田果業(yè)專業(yè)合作社；艾葉精油，江西省吉水縣康民本草用油提煉廠；無水乙醇，天津渤化化學有限公司；吐溫 80，天津市化學試劑供銷公司；總抗氧化力試劑盒，南京建成生物技術有限公司。

主要儀器設備：馬爾文激光粒度儀，英國馬爾文儀器有限公司；79-1型磁力攪拌器,北京中興偉業(yè)儀器有限公司；ME104電子天平，梅特勒-托利儀器上海有限公司；IRIS VA400電子眼，法國 Alpha M.O.S 公司；CMK-706R 糖酸測定儀，韓國G-Won公司；NMI20-025V-1核磁共振分析儀,上海電子紐邁科技有限責任公司；UV—6100紫外分光光度計，上海美普達儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 涂膜液的制備

本研究采用Shah相轉變滴定法制備艾葉精油微乳，將表面活性劑及助表面活性劑按照一定比例(Km=2)混合均勻后再與油相按照質量比2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1攪拌均勻，反復操作直至溶液由澄清變渾濁，且狀態(tài)不變，記錄相轉變時水的滴加量，制備三相圖。通過激光粒度儀測定微乳粒徑、Zeta電位和包封率(polydispersity，PDI)的大小[11]。

SALVIA等[6]研究檸檬精油微乳對蘋果切片保鮮效果的結果可知，可食用安全性精油微乳涂膜濃度不宜超過1 g/L，故本研究選擇質量濃度為1、5、10 g/L的艾葉精油微乳微乳進行涂膜保鮮，其中對照組為CK、經(jīng)1、5、10 g/L艾葉精油微乳涂膜的櫻桃命名為A、B和C組。

1.2.2 櫻桃前處理

選擇大小均一、無機械損傷、無病蟲害、成熟度一致的櫻桃作為試驗樣品，將櫻桃置于蒸餾水中洗凈表面雜質，剔除次果。采用浸泡法進行涂膜，將櫻桃隨機分成 4組(一組3個平行，一組17個櫻桃，約105 g)，分別以不同濃度微乳浸果 2 min，要求果實完全浸泡在微乳液中(浸膜均勻一致)，通風處自然風干后，放在4 ℃冰箱中保存，每隔3 d測定相關指標[12]。

1.2.3 腐爛率

按腐爛程度將果實分為6個級別:0級，無腐爛；1級，果實腐爛面積小于25%；2級，果實腐爛面積25%～50%；3級，果實腐爛面積50%～75%；4級，果實腐爛面積大于75%；5級，完全腐爛[13]，腐爛率按照公式(1)計算:

(1)

1.2.4 可溶性固形物的測定

櫻桃研磨成勻漿后用3層的紗布過濾2次，采用CMK-706R 糖酸測定儀測定，實驗重復3次，取平均值。

1.2.5 總氧化能力的測定

采用方法對不同濃度處理后櫻桃的進行測定。按樣品質量(g)∶生理鹽水體積(mL)=1∶9混合均勻，在冰水浴條件下機械勻漿，以充分破碎細胞并釋放其中的抗氧化活性物質，在4 ℃、2 500 r/min離心15 min，取上清液待測，同時測定勻漿蛋白質的濃度。具體操作見表1，將配制好的滴定管和對照管混勻，室溫放置 10 min 后，在 1 cm 光徑、550 nm 條件下，使用雙蒸水調零，然后測定各管吸光度(OD 值)。總抗氧化能力計算如公式(2)所示：

總抗氧化能力/[mmol·(L·mg prot)-1]

(2)

表1 總抗氧化能力測定操作表Table 1 Operation table of T-AOC measurement

1.2.6 櫻桃的色澤檢測

使用黑色卡板在校準過的 IRIS VA400 電子視覺分析儀中進行拍照，使用Origin 8.5 對圖片進行處理及數(shù)據(jù)分析。

1.2.7 核磁測定櫻桃的水分含量

采用低磁場共振技術對櫻桃的水分含量進行測定。將待測櫻桃置于樣品管中，在32 ℃條件下放入核磁共振分析儀的樣品池中進行檢測，采用脈沖序列收集水質子的信號，得到弛豫時間T2數(shù)據(jù)，并進行擬合反演，對待測樣品中的不同種類水分所占的百分比A2和弛豫時間T2進行分析[14]，參數(shù)設置如下：信號采樣點數(shù)=1 000 080；主頻(MHz)=21；重復采集次數(shù)=4；回波時間=5 000。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.5作圖，SPSS Statistics 24進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 艾葉精油微乳液的表征

圖1為吐溫80/無水乙醇/艾葉精油/去離子水構建的擬三相圖，當表面活性劑與助表面活性劑的比值為2，艾葉精油和混合表面活性劑質量比為3∶7時，形成微乳區(qū)的面積比為53.87%，該條件下艾葉精油微乳的Zeta電位為-2.18 mV、粒徑為39.91 nm、PDI為0.28，此比例下形成艾葉精油微乳體系穩(wěn)定均一，溶液透明。

圖1 艾葉精油微乳擬三相圖Fig.1 The quasi-three-phase of argyi leaf essential oil emulsion

2.2 腐爛率

櫻桃皮薄肉軟、含水量高，采摘、運輸及銷售過程中易造成因機械損傷感染真菌性病菌而腐爛，腐爛率能客觀地反映出所采用的保鮮劑的防腐保鮮效果，不同處理條件下貯藏結束時櫻桃番茄腐爛率如圖2所示。櫻桃的腐爛率隨著貯藏時間延長而逐漸上升，CK組的腐爛指數(shù)上升最明顯，貯藏初期(0～3 d)，不同處理組的櫻桃腐爛率差異較小，但從貯藏第3天后，果實腐爛情況差異變大，且隨著貯藏時間增加，差異愈加顯著。在貯藏第15天，CK組腐爛情況最為嚴重且腐爛率21.18%，相比之下，C組的果實腐爛率僅為12.94%。處理組的腐爛率低于對照組，其原因可能是艾葉精油是一種很好的抑菌劑，具有較強的抑菌特性，經(jīng)微乳處理后的櫻桃在表面形成一層薄膜，保護果實不受微生物的侵染，C組微乳保鮮涂膜技術可大幅度降低櫻桃的腐爛率，保持果實原有品質[15]。其原因可能是低濃度的精油微乳液能有效的維持果實的水分和溶質的遷移，促進果實內部與外界環(huán)境氣體的交換，從而延長果實貨架期[16]。

圖2 不同濃度涂膜處理對櫻桃貯藏期間腐爛率的影響Fig.2 Effects of different concentration of coating on the deacy rate of cherry during storage

2.3 可溶性固形物

可溶性固形物的主要成分是糖、維生素、礦物質和果膠等物質，其含量高低直接反映果實的呼吸速率和成熟度，是評價果實保鮮效果的指標之一，不同濃度微乳處理櫻桃的可溶性固形物含量的影響如圖3所示。

在整個貯藏期間可溶性固形物質量分數(shù)隨著貯藏時間的延長呈先上升后下降的趨勢，其原因是：在貯藏初期櫻桃內部的淀粉等多糖類不斷轉化為可溶性碳水化合物以及一些不溶性原果膠轉化為可溶性果膠，在貯藏后期櫻桃由于呼吸作用以及沒有營養(yǎng)物質的來源，逐漸消耗了部分的可溶性固形物導致可溶性固形物含量降低[17]。在4 ℃ 保鮮條件下，經(jīng)方差分析，貯藏3 d內，試驗組與對照組之間無顯著差異，貯藏3 d 后，實驗組和對照組的之間差異顯著(P<0.05)，在整個貯藏時間內，實驗組的可溶性固形物的含量大于CK組，這是因為經(jīng)微乳涂膜處理后能有效的抑制果實內部的生理代謝、物質消耗，較好的保持了果實的營養(yǎng)物質[15]，其中C組保鮮效果最為顯著，到貯藏末期依舊保持較高的水平[18]。

圖3 不同濃度涂膜處理對櫻桃貯藏期間可溶性固形物的影響Fig.3 Effects of different concentrations of coating on soluble solids during storage of cherry

2.4 櫻桃色澤分析

色差是衡量商品價值的重要指標,其顏色種類、占比高低可以直接反映出果實的品質優(yōu)劣，通過IRIS VA400電子眼檢測CK、A、B和C組櫻桃在一定貯藏時間內色澤的變化。由圖4可知，第1天占比例最大的色號分別是2 965、2 962、2 966，由圖5可知，在4 ℃貯藏15 d 后不同處理組的色號發(fā)生了變化，CK、C兩組主色號未發(fā)生變化，A、B兩組3 238色號消失，增加了2 147、2 404等多種深褐色色號，其中2 419、2 420和2 676占比上升[19]。

對貯藏15 d的4個處理組進行主成分分析，主成分 1(73.798%)與主成分 2(22.648%)之和大于 95.00%，識別指數(shù)大于80，其中CK、C同為三象限，A為四象限，B為第二象限。不同處理組色差呈顯著差異，其中C組的顏色在儲藏過程中色號變化跨度較小，1 g/L濃度精油微乳能較好地保持櫻桃的色澤，A、B兩組在貯藏過程中褐色色號比例上升，其原因是高濃度的精油會刺激果實內部，加快呼吸速率。此外精油微乳的親水性擾亂細胞質膜、質子原動力、電子流、主動轉運和細胞凝聚，造成細胞萎塌[20]。

表3 自動視覺分析儀的色號名稱表Table 3 Color number and name of automatic vision analyzer

圖4 不同濃度處理貯藏第1天的色號的比例Fig.4 The ratio of color numbers treated at different concentrations on the first day of storage

圖5 不同濃度處理貯藏第15天的色號的比例Fig.5 The ratio of color numbers at different concentrations on the 15th day of storage

2.5 總抗氧化能力的測定

物質總的抗氧化能力是物質清除不同的自由基或者是物質的不同活性成分清除不同的自由基的有效總和。通過 ABTS 法測定櫻桃總抗氧化能力，研究不同濃度微乳對自由基的清除能力，圖6是貯藏15 d后不同濃度處理的櫻桃的總抗氧化能力的比較[21]。由圖6可知C組的櫻桃總抗氧化能力最大[0.76 mmol/(L·mg prot)]，A組的櫻桃抗氧化能力最低[0.42 mmol/(L·mg prot)]，其原因為濃度過高的精油對果實也有較強的刺激作用，抑制果實中酶的活性上升，反而降低了果實的抗氧化性。本研究中C組艾葉精油微乳對櫻桃抗氧化能力最好，減緩了膜脂過氧化進程[22]。

圖6 不同處理組的總抗氧化能力Fig.6 Total antioxidant capacity of different treatment groups

2.6 櫻桃水分含量

NMR圖中水分信號的變化反應了果實內部的水分狀態(tài)，水質子橫向弛豫時間T2的長短可以表征水分的流動性，弛豫時間T2越長，說明水分更自由，弛豫時間T2越短說明水分與底物的結合更緊密。由表4可知，櫻桃的弛豫時間在1～10 000 ms內出現(xiàn)4個峰，分別是強結合水T21(0～5 ms)、弱結合水T22(10～20 ms)、束縛水T23(100～200 ms)和自由水T24(900～1 200 ms)，這4種狀態(tài)的水也可以表征為細胞壁水、細胞質水、細胞間隙水和液泡水，每個峰對應峰面積A21、A22、A23、A24表示每種水組分的相對含量。表顯示了櫻桃在低溫儲藏過程中弛豫時間T2及水分含量A2的變化趨勢。

由表4可知，T24所對應的峰面積占總面積85%以上是櫻桃的主要成分，也說明了櫻桃組織內部絕大部分水處于液泡中，T21、T22和T23兩種水分含量均小于總面積的8%，在整個貯藏期間波峰波動不大但整體呈下降的趨勢，其原因是結合水的作用是保持細胞結構、質地，幾乎不參與呼吸作用、蒸騰作用。T24在整個過程中呈先上升后下降趨勢，主要原因是貯藏前期櫻桃未完全成熟，內部的生理作用產(chǎn)生了自由水。比較不同濃度微乳處理的櫻桃含水量變化可知,在整個過程中，C組的櫻桃在整個貯藏期間，自由水的損失量最小[23]。

表4 不同處理組在貯藏時間內弛豫時間T2、A2的變化Table 4 Changes of relaxation time T2 and A2 in different treatment groups during storage time

3 結論

天然無毒、來源豐富的的植物精油具有巨大的應用潛力，但因其揮發(fā)性強、不溶于水、氣味難聞等特點限制了其在食品中的應用，本文通過制備艾葉精油微乳提升艾葉精油的應用價值，并研究不同濃度的微乳對櫻桃保鮮效果的影響，實驗結果表明，1 g/L艾葉精油微乳保鮮效果最好，能有效地降低果實的腐爛率和含水量，延緩櫻桃的營養(yǎng)指標的流失。過高的精油濃度會刺激果實內部的正常的生理代謝、呼吸速率及蒸騰作用，加快果實的衰老的進程。本研究探討植物精油微乳對鮮果的保鮮作用，為可食用保鮮涂膜的研究提供參考。