低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜品質(zhì)及抗氧化活性的影響

孟憲偉,湯靜,王春飛,陳逸婷,金鵬,鄭永華

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210095)

鮮切果蔬是指新鮮果蔬經(jīng)分級、洗凈、切分、包裝等加工處理后的果蔬制品,具備新鮮、衛(wèi)生和營養(yǎng)等特點［1］。隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快及人們對天然、營養(yǎng)的追求越來越高,消費者對鮮切果蔬的需求日益增加,鮮切果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速［2］。胡蘿卜富含類胡蘿卜素等營養(yǎng)物質(zhì),具有預(yù)防夜盲癥、干眼病及心血管疾病等功能,且胡蘿卜口感清脆、干物質(zhì)含量高、切分后汁液損失少,特別適合鮮切加工處理,因此鮮切胡蘿卜在鮮切果蔬市場中占據(jù)較大份額［3］,但鮮切胡蘿卜在貯藏過程中存在因木質(zhì)素含量增加而導(dǎo)致的白變現(xiàn)象及病原微生物滋生等品質(zhì)劣變問題,從而失去商品價值［4］。為了延緩鮮切胡蘿卜白變和抑制微生物的滋生,常采用物理［5］和化學(xué)［6］技術(shù)進(jìn)行保鮮,其中低溫等離子體處理因具備安全、高效等特點得到研究人員的廣泛關(guān)注。

低溫等離子體(cold plasma)是一種氣體經(jīng)電離后產(chǎn)生臭氧、活性氧(ROS)、紫外線及活性氮(RNS)等活性物質(zhì)的混合體,被認(rèn)為是第四態(tài)物質(zhì)［7］。作為一種新型綠色冷殺菌技術(shù),低溫等離子體處理具有環(huán)保、高效和無殘留等優(yōu)點,在食品保鮮中具有較好的應(yīng)用前景［8］。前人已對低溫等離子體處理藍(lán)莓［9］、黃瓜［10］和平菇［11］等果蔬保鮮的作用進(jìn)行了研究,但主要集中在滅菌效果及對農(nóng)藥和真菌毒素的清除方面,對果蔬活性成分含量及抗氧化活性的研究較少［12］。果蔬鮮切加工造成的機(jī)械損傷會加速品質(zhì)劣變,但也會促進(jìn)酚類、黃酮類等次生代謝物的合成,為愈傷組織的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)［13］。我們前期研究發(fā)現(xiàn)鮮切加工處理可提高哈密瓜、胡蘿卜中多酚類物質(zhì)的含量和抗氧化活性,且切分損傷強度與酚類物質(zhì)的合成積累呈正相關(guān),提高了其抗氧化能力和潛在的營養(yǎng)價值［14-16］。如何通過加工和保鮮條件的控制,在確保產(chǎn)品品質(zhì)和安全性的基礎(chǔ)上,盡可能促進(jìn)鮮切果蔬中多酚類等活性成分的積累和抗氧化活性的提高,進(jìn)而增強產(chǎn)品的營養(yǎng)保健功效,已成為鮮切果蔬加工和保鮮技術(shù)研究的發(fā)展方向。近年來研究表明,低溫等離子體處理不僅可以有效抑制鮮切甜瓜［17］、蘋果［18］、獼猴桃［19］中微生物的生長,還可進(jìn)一步提高多酚類物質(zhì)的含量,增強其抗氧化活性,但有關(guān)低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜品質(zhì)及抗氧化活性的研究還未見報道。因此,本試驗研究了低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜色澤和菌落總數(shù)等主要品質(zhì)指標(biāo)、總酚和主要酚單體含量及抗氧化活性的影響,以明確低溫等離子體對延緩鮮切胡蘿卜品質(zhì)劣變及提升營養(yǎng)價值的作用,為低溫等離子體技術(shù)在鮮切胡蘿卜保鮮中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以胡蘿卜(DaucuscarotaL.)品種‘新黑田五寸人參’為試材,選擇外觀規(guī)整、大小基本一致、新鮮、色澤深、無病蟲害的胡蘿卜立即運回實驗室。

1.2 試驗方法

將挑選好的胡蘿卜用200 μmol·L-1次氯酸鈉溶液消毒處理5 min,去皮切分成絲狀(長5～7 cm、寬0.3 cm、厚0.2 cm),混勻后放入聚丙烯包裝盒(體積18 cm×12.5 cm×3.5 cm,每盒約30 g)中密封包裝。我們前期研究了不同電壓(40、50、60、70 kV)和不同時間(1、3、5、7 min)低溫等離子體處理(CPS-1型低溫等離子體發(fā)生器,購于南京屹潤等離子科技有限公司)對鮮切胡蘿卜保鮮的效果,發(fā)現(xiàn)60 kV、5 min低溫等離子體處理的效果最佳。因此,在本研究中我們選擇該條件進(jìn)行低溫等離子體處理,以不作任何處理作為對照。每次取樣隨機(jī)選取4盒樣品,一部分用于色澤和微生物指標(biāo)的測定,另一部分經(jīng)液氮速凍后進(jìn)行其他指標(biāo)測定。經(jīng)處理后的鮮切胡蘿卜置于(10±1)℃下貯藏,分別于12、24、48和72 h時取樣。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 色澤測定參考范騰等［4］的方法并加以修改,使用CR200色差儀(日本柯尼卡美能達(dá)公司)測定樣品的L*、a*及b*值,用以下公式計算白度值(WI):WI=100-［(100-L*)2+a*2+b*2］1/2。

1.3.2 木質(zhì)素含量和過氧化物酶(POD)活性測定木質(zhì)素含量測定參考Morrison等［20］的方法并稍做修改。取1 g凍樣用5 mL 95%乙醇研磨,離心后將沉淀用95%乙醇溶液連續(xù)洗脫3次,然后置于85 ℃烘箱中烘干至恒重,加入3 mL 25%溴乙酰冰醋酸溶液進(jìn)行復(fù)溶,于70 ℃下保溫30 min后加0.9 mL 2 mol·L-1NaOH終止反應(yīng),最后用冰醋酸溶液定容至5 mL作為待測液,在波長280 nm下測定其光密度值,結(jié)果以D280·g-1表示。POD活性參考曹建康等［21］的方法測定。

1.3.3 菌落總數(shù)測定根據(jù)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定:GB4789.2—2016》進(jìn)行測定,結(jié)果以lg(CFU·g-1)表示。

1.3.4 抗壞血酸及總胡蘿卜素含量測定抗壞血酸含量參考游萬里等［14］的方法測定,總胡蘿卜素含量參考Biehler等［22］的方法測定。測定時均取1 g凍樣,結(jié)果用mg·100 g-1表示。

1.3.6 苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羥化酶(C4H)和4-香豆酸輔酶A連接酶(4CL)活性測定PAL活性測定參照Meng等［24］的方法,測定290 nm處光密度值變化;C4H活性的測定參考Lamb等［25］的方法,提取液與測定4CL時相同,測定波長340 nm處光密度值變化;4CL活性測定參考Knobloch等［26］的方法。以上酶活性的測定均根據(jù)蛋白含量反應(yīng)體系,結(jié)果以U·mg-1表示。

1.3.7 總酚、綠原酸、咖啡酸含量和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除率測定總酚含量測定參考朱惠文等［27］的方法;綠原酸、咖啡酸含量測定參照Surjadinata等［28］的方法并稍做修改。取5 g凍樣用10 mL的預(yù)冷甲醇研磨后離心收集上清液,使用旋蒸儀35 ℃水浴下濃縮至4 mL,然后用Waters Sep-Pak(C18-500 mg)進(jìn)行固相萃取,收集洗脫液,使用高效液相色譜儀(日本島津公司)進(jìn)行HPLC分析。DPPH自由基清除率測定參考朱惠文等［27］的方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2019、OriginPro 9.0 和SAS 8.0軟件進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的處理、繪圖和方差分析,通過獨立樣本t測驗分析指標(biāo)的差異顯著性,以P<0.05表示差異達(dá)到顯著水平,P<0.01表示差異達(dá)到極顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜色澤的影響

由圖1-A可知:鮮切胡蘿卜貯藏期間L*值逐漸增大,低溫等離子體處理組L*值上升速度明顯低于對照組。由圖1-B、C可知:鮮切胡蘿卜在貯藏期間a*、b*值均呈下降趨勢,低溫等離子體處理延緩了a*、b*值下降。由圖1-D可知:鮮切胡蘿卜貯藏期間白度值逐漸增加,低溫等離子體處理顯著抑制了白度值的增加。上述結(jié)果表明,低溫等離子體處理可以有效減輕鮮切胡蘿卜白變的發(fā)生,從而維持其外觀品質(zhì)。

圖1 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間L*(A)、a*(B)、b*(C)值及白度值(D)的影響Fig.1 Effect of cold plasma treatment on the L*(A),a*(B),b* value(C)and whiteness value(D)of fresh-cut carrot during storage *、**分別表示相同的貯藏時間內(nèi),低溫等離子體處理組與對照組差異顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)。下同。*,**indicate significant difference(P<0.05)or extremely significant difference(P<0.01)between the cold plasma treatment group and the control group for the same storage time,respectively. The same below.

2.2 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜木質(zhì)素含量及過氧化物酶(POD)活性的影響

如圖2-A所示:貯藏期間鮮切胡蘿卜木質(zhì)素含量逐漸增加,低溫等離子體處理抑制了木質(zhì)素含量的增加,并在貯藏24 h后木質(zhì)素含量顯著低于對照組。如圖2-B所示:鮮切胡蘿卜POD活性在貯藏期間呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,低溫等離子體處理組的POD活性在貯藏24 h后上升速度明顯低于對照組,并始終保持相對較低的POD活性。這些結(jié)果表明低溫等離子體處理可通過抑制POD的活性,減少木質(zhì)素的生成,從而減輕白變的發(fā)生,維持鮮切胡蘿卜的商品價值。

圖2 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間木質(zhì)素含量(A)及過氧化物酶(POD)(B)活性的影響Fig.2 Effect of cold plasma treatment on the lignin content(A)and peroxidase(POD)(B) activity of fresh-cut carrot during storage

2.3 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜菌落總數(shù)及抗壞血酸、總胡蘿卜素含量的影響

隨著貯藏時間的延長,鮮切胡蘿卜菌落總數(shù)逐漸增加,低溫等離子體處理顯著抑制了菌落總數(shù)的上升(圖3-A)。鮮切胡蘿卜在貯藏期間抗壞血酸含量不斷下降,低溫等離子體處理減緩了其下降速度,含量始終高于對照組(圖3-B)。由圖3-C可知:總胡蘿卜素含量在貯藏期間呈下降趨勢,低溫等離子體處理可顯著延緩總胡蘿卜素含量的下降。這些結(jié)果表明低溫等離子體處理能顯著抑制鮮切胡蘿卜微生物的生長,維持較高的抗壞血酸及總胡蘿卜素含量,從而延長貨架期。

圖3 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間菌落總數(shù)(A)及抗壞血酸(B)、總胡蘿卜素含量(C)的影響Fig.3 Effect of cold plasma treatment on total bacterial count(A),ascorbic acid content(B), total carotenoid content(C)of fresh-cut carrot during storage

2.4 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜生成速率和H2O2含量的影響

圖4 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間生成速率(A)和H2O2含量(B)的影響Fig.4 Effect of cold plasma treatment on generation rate(A)and H2O2 content(B) of fresh-cut carrot during storage

2.5 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羥化酶(C4H)和4-香豆酸輔酶A連接酶(4CL)活性的影響

如圖5所示:鮮切胡蘿卜貯藏期間PAL活性呈上升趨勢,低溫等離子體處理可顯著促進(jìn)PAL活性的上升,在貯藏期間處理組PAL活性顯著高于對照組。C4H活性在貯藏期間呈現(xiàn)先升后降的趨勢,低溫等離子體處理組的C4H活性高于對照組,在貯藏12 h后具有顯著差異。4CL活性變化趨勢與C4H相似,低溫等離子體處理組4CL活性明顯高于對照組。上述結(jié)果表明,低溫等離子體處理提高了苯丙烷代謝關(guān)鍵酶PAL、C4H及4CL的活性,從而促進(jìn)酚類物質(zhì)的合成積累。

圖5 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羥化酶(C4H) 和4-香豆酸輔酶A連接酶(4CL)活性的影響Fig.5 Effect of cold plasma treatment on phenylalanine ammonialyase(PAL),cinnamic acid 4-hydroxylase(C4H) and 4-coumaric acid coenzyme A ligase(4CL)activities of fresh-cut carrot during storage

2.6 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜總酚、酚單體含量及DPPH自由基清除率的影響

如圖6-A所示:貯藏期間鮮切胡蘿卜的總酚含量呈上升趨勢,低溫等離子體處理可顯著促進(jìn)總酚含量的上升,在貯藏72 h后總酚含量達(dá)到589.29 mg·kg-1,是對照組含量的1.27倍。低溫等離子體處理可顯著促進(jìn)綠原酸和咖啡酸含量的上升,在整個貯藏期間處理組的綠原酸和咖啡酸含量顯著高于對照組(圖6-B、C)。如圖6-D所示:貯藏期間鮮切胡蘿卜DPPH自由基清除率變化趨勢與總酚含量變化類似,低溫等離子體處理顯著促進(jìn)了DPPH自由基清除率的上升,在貯藏72 h后處理組DPPH自由基清除率比對照組高44.90%。這些結(jié)果表明,低溫等離子體處理顯著促進(jìn)了鮮切胡蘿卜多酚類物質(zhì)的合成積累,從而使鮮切胡蘿卜具有更高的抗氧化能力和潛在的營養(yǎng)價值。

圖6 低溫等離子體處理對鮮切胡蘿卜貯藏期間總酚(A)、綠原酸(B)和咖啡酸含量(C) 及DPPH自由基清除率(D)的影響Fig.6 Effect of cold plasma treatment on total phenolics(A),chlorogenic acid(B)and caffeic acid contents(C), and DPPH radical scavenging rate(D)of fresh-cut carrot during storage

3 討論

胡蘿卜經(jīng)切分處理后,由于喪失表皮的保護(hù)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞,白變相關(guān)酶與底物反應(yīng)加快,木質(zhì)素含量逐漸增加,導(dǎo)致白變加快;同時汁液外溢為微生物繁殖提供了充足的營養(yǎng),從而喪失商品價值,因此抑制表面白變及微生物滋生是鮮切胡蘿卜保鮮的關(guān)鍵［29］。POD催化木質(zhì)素單體發(fā)生聚合反應(yīng)生成木質(zhì)素,在木質(zhì)素合成過程中起關(guān)鍵作用［30］。研究表明木質(zhì)素的積累與鮮切胡蘿卜白變程度密切相關(guān),采用UV-C和NO處理可顯著降低POD活性,抑制木質(zhì)素的積累,從而減輕鮮切胡蘿卜的白變［5-6］。本研究發(fā)現(xiàn),低溫等離子體處理可顯著抑制鮮切胡蘿卜POD活性,延緩木質(zhì)素含量和白度值的上升,減輕白變的發(fā)生,但低溫等離子體處理抑制POD活性的機(jī)制仍不清楚。前人研究發(fā)現(xiàn)低溫等離子體處理可顯著降低鮮切蘋果［31］、馬鈴薯［32］多酚氧化酶(PPO)的活性,減輕褐變發(fā)生,其原因可能是等離子體中的ROS、RNS等活性物質(zhì)會對PPO活性中心產(chǎn)生氧化并對其二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾,從而抑制其活性。因此,低溫等離子體處理是否也通過對POD產(chǎn)生氧化修飾從而抑制其活性,尚有待進(jìn)一步研究證實。鮮切果蔬中微生物的種類、數(shù)量決定著貨架期及食用安全性,研究發(fā)現(xiàn)鮮切胡蘿卜表面主要存在嗜中溫型細(xì)菌和乳酸菌等微生物［33］。低溫等離子體中的ROS、RNS等活性物質(zhì)可對微生物的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及DNA等產(chǎn)生氧化作用,從而導(dǎo)致微生物死亡［7］。張志偉等［34］發(fā)現(xiàn)等離子體處理可有效滅殺鮮切胡蘿卜表面的金黃色葡萄球菌,提高鮮切胡蘿卜的食用安全性。低溫等離子體處理也可顯著抑制鮮切火龍果［35］和芒果［36］微生物生長,延長貨架期。本研究發(fā)現(xiàn),低溫等離子體處理可有效抑制鮮切胡蘿卜微生物生長,從而維持其安全品質(zhì)。因此,低溫等離子體處理在鮮切胡蘿卜保鮮中具有較好的應(yīng)用前景。

綜上,低溫等離子體處理可有效抑制鮮切胡蘿卜在(10±1)℃ 貯藏條件下POD活性及木質(zhì)素的積累,延緩抗壞血酸及總胡蘿卜素含量的下降,減緩白變發(fā)生,維持較好的感官和營養(yǎng)品質(zhì);同時低溫等離子體處理可有效抑制微生物的生長,延長產(chǎn)品貨架期。此外,低溫等離子體處理可促進(jìn)鮮切胡蘿卜ROS產(chǎn)生,提高苯丙烷代謝關(guān)鍵酶PAL、C4H及4CL的活性,促進(jìn)綠原酸、咖啡酸等酚類物質(zhì)的合成積累,使鮮切胡蘿卜在貯藏期間保持更高的抗氧化活性,從而提高鮮切胡蘿卜潛在的營養(yǎng)價值。