黃若男,劉陳夢,呂俊閣,譚之磊
(天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院,天津 300457)
白玉菇(whiteHypsizygusmarmoreus)又稱白色蟹味菇或白玉蕈,擔(dān)子菌亞門、層菌綱、傘菌目、白蘑科、玉蕈屬[1],是一種含高蛋白、高維生素、低脂肪的功能性食用菌[2]。白玉菇質(zhì)地鮮美、口感細(xì)膩,富含多種礦物質(zhì)元素(錳、鉀、鈣、鈉、鎂、銫、磷、銅、鐵、鋅等),也同時含有維生素A、維生素B 等多種維生素[3?4],營養(yǎng)成分種類多、含量豐富,對提高人體免疫力、抗衰老有一定的效果[5?6],深受消費(fèi)者的喜愛。但由于鮮白玉菇在采摘過程中極易受到物理損傷,并且采摘后生理生化活動仍然非常旺盛,因此在儲運(yùn)過程中組織脆嫩,極易發(fā)生褐變、減重、物理損傷和營養(yǎng)物質(zhì)流失等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響白玉菇的品質(zhì)和貨架期[7]。
目前,為了延緩白玉菇采后劣變速度,研究者們開發(fā)了一系列保鮮方法,常見的食用菌保鮮方法有冷藏保鮮法[8]、輻射保鮮法[9]、化學(xué)保鮮法[10]、涂膜保鮮法[11]、氣調(diào)保鮮法[12]等。但是單一保鮮劑或保鮮技術(shù)無法滿足市場的需求,保鮮效果較差。如化學(xué)保鮮法雖然處理時間短、保鮮效果明顯,但是如果處理不當(dāng),食用菌中就會殘留危險的化學(xué)物質(zhì)。
近年來,為了保證食用菌新鮮度和銷售品質(zhì),保鮮包裝材料越來越受到研究者的關(guān)注。但是目前市場上常見的保鮮膜具有一定的缺陷,如聚乙烯(polyethyl?ene,PE)保鮮膜對水蒸氣的透過性較差、成本較高;聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)保鮮膜力學(xué)性能差,需要外源添加化學(xué)輔助劑來改善性能,而且難以降解,填埋或焚燒會對土地和大氣環(huán)境造成污染[13];聚偏二氯乙烯保鮮膜成本較高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、透氣性差;聚丙烯保鮮膜拉伸強(qiáng)度低、低溫時易變脆、不耐磨、易老化;低密度聚乙烯保鮮膜透氣性較高,不利于易氧化食品的長時間貯存,受熱或紫外線輻射時易老化,耐油脂性較差[14]。隨著可持續(xù)發(fā)展理念和食品安全觀點(diǎn)的普及,研究人員致力于開發(fā)新型綠色、無異味、無污染、來源廣、價格低的環(huán)保材料以代替?zhèn)鹘y(tǒng)包裝材料。
聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)是一種外觀為片狀、絮狀或粉末狀的有機(jī)化合物,不僅在生物相容性和降解性方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性,而且具有優(yōu)異的透氣性、透濕性、透光性、柔韌性和安全性[15?16],因而在果蔬包裝領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。維生素C(vitamin C ,VC)又稱L?抗壞血酸,具有很強(qiáng)的還原性,因此可以保護(hù)重要的生物分子(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物和核酸)免受正常細(xì)胞代謝過程中產(chǎn)生的氧化劑及外界和污染物的損害[17]。
本研究制備不同含量PVA/VC保鮮膜并作為白玉菇的包裝材料,研究在(4±1)℃、相對濕度為90%的條件下,PVA/VC保鮮膜對白玉菇感官品質(zhì)和營養(yǎng)成分含量及貯存時間的影響,以期為延長白玉菇貨架期提供參考。
白玉菇:天津濱海德盛農(nóng)業(yè)科技有限公司。貯存于(4±1)℃、相對濕度90%的避光環(huán)境備用。PE 保鮮膜:市售。
PVA、維生素C:上海源葉生物科技有限公司;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品(分析純):上海麥克林生化科技有限公司;1,1?二苯基?2?三硝基苯肼(1,1?diphenyl?2?picrylhy?drazyl,DPPH)、2,2′?聯(lián)氮?二(3?乙基?苯并噻唑?6?磺酸)二銨鹽[(2,2′?azinobis?(3?ethylbenzthiazoline?6?sul?phonate),ABTS]:西格瑪奧德里奇(上海)有限公司;考馬斯亮藍(lán)250:上海碧云天生物技術(shù)有限公司;吐溫80、甘油:天津市福晨化學(xué)試劑廠。以上化學(xué)試劑均為分析純。
UVmini?1280 紫外?可見分光光度計:日本島津公司;CH?1?BT 千分臺式薄膜測厚儀:上海六菱儀器廠;CMT4503 微型控制電子萬能試驗機(jī):美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司;VCA?V2 壓差法氣體滲透測試儀:濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司;SU1510 掃描電子顯微鏡:日本日立公司;IS50 紅外光譜分析儀:美國Thermo Fisher Scientific 公司。
1.3.1 PVA/VC保鮮膜的制備
參考Sedlarik 等[18]和Limpan 等[19]的方法,稱取60 g的PVA,分別加入5 g 吐溫80 擴(kuò)散劑、10 g 甘油增塑劑和一定量的VC(VC的最終質(zhì)量濃度比以VC質(zhì)量和PVA 總質(zhì)量計)作為抗氧化劑,攪拌溶解用蒸餾水定容至1 L,然后進(jìn)行超聲脫氣12 h,以除去PVA 溶液中的氣泡,然后取適量PVA/VC混合液在表面光滑的PVC 硬質(zhì)塑料板上均勻鋪開,置于通風(fēng)櫥中過夜風(fēng)干,最終獲得不同VC含量的PVA/VC保鮮膜。
1.3.2 PVA/VC保鮮膜的性能分析檢測
采用掃描電子顯微鏡(scanning electron micros?copy,SEM)觀察VC含量對PVA/VC保鮮膜表面形貌的影響。參照GB/T 1037—2021《塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測定杯式增重與減重法》中的方法測定PVA/VC保鮮膜的透氧性水蒸氣透過性[20]。參照GB/T 1038.1—2022《塑料制品薄膜和薄片氣體透過性試驗方法第1 部分:差壓法》中的方法測定PVA/VC保鮮膜的透氧性[21]。參照GB/T 1040.1—2018《塑料拉伸性能的測定第1 部分:總則》中的方法測定保鮮膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率[22]。每個樣品重復(fù)3 次。
1.3.3 白玉菇的包裝處理
挑選無損傷、菇體完整、直徑大小均一、表面光潔、無病蟲害、長度大致相同的白玉菇,每組樣品(100.0±0.50)g,分別以300 mm×300 mm 的PVA/VC保鮮膜和市售PE 保鮮膜密封包裝,在(4±1)℃、相對濕度90%的環(huán)境中貯存。
1.3.4 抗氧化能力的測定
參照Re 等[23]的方法測定PVA/VC保鮮膜的ABTS+自由基清除能力;參照Thaipong 等[24]的方法測定PVA/VC保鮮膜DPPH 自由基清除能力。
1.3.5 白玉菇保鮮效果評價
按照Lukasse 等[25]的研究方法對白玉菇樣品進(jìn)行感官評定,主要評定白玉菇的色澤(加權(quán)系數(shù)為0.4)、萎蔫程度(加權(quán)系數(shù)為0.3)和腐爛程度(加權(quán)系數(shù)為0.3),各項指標(biāo)的分值為1~6(從低到高)。感官評價指標(biāo)見表1,感官評分X計算公式如下。
表1 白玉菇的感官評定等級指標(biāo)Table 1 Sensory rating index of white Hypsizygus marmoreus
X=0.4C+0.3W+0.3D
式中:C為白玉菇貨架期的色澤;W為白玉菇貨架期的萎蔫程度;D為白玉菇貨架期的腐爛程度。
1.3.6 失重率測定
參考陶菲等[26]的方法測定白玉菇的失重率,白玉菇的失重率(Y,%)計算公式如下。
Y=(m-mn)/m×100
式中:m為白玉菇初始質(zhì)量,g;mn為白玉菇貯存第n天時的質(zhì)量,g。
1.3.7 總酚類物質(zhì)含量測定
參考Singleton 等[27]的方法,對白玉菇樣品的總酚類物質(zhì)含量進(jìn)行測定。
1.3.8 蛋白質(zhì)含量測定
參考黃華藝等[28]的方法測定蛋白含量。
各組試驗樣品平行測試3 次,數(shù)據(jù)處理采用SPSS Statistic 17.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差及顯著性差異分析,p<0.05 表示差異顯著,采用Origin 9.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖。
保鮮膜的外觀對保鮮膜的實(shí)際應(yīng)用具有較大的影響,PVA/VC保鮮膜的SEM 形貌觀察結(jié)果見圖1。
圖1 PVA/VC 保鮮膜的掃描電鏡圖Fig.1 SEM image of PVA/VC composite films
由圖1 可知,隨著VC含量增大,保鮮膜表面的凸起和褶皺逐漸增多。當(dāng)VC含量不超過0.10%時,保鮮膜的表面相對平滑,沒有較大或較明顯的褶皺或凸起。當(dāng)VC含量超過0.20%時,褶皺或凸起十分明顯。說明過多的VC會破壞PVA 保鮮膜的表面結(jié)構(gòu)。
薄膜的力學(xué)性能對保鮮膜的實(shí)際應(yīng)用有極大的影響,其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率是兩個重要的指標(biāo)。不同VC含量對PVA/VC保鮮膜的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率影響見圖2 及圖3。
圖2 VC 含量對PVA/VC 保鮮膜拉伸強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of VC content on tensile strength of PVA/VC compos?ite films
圖3 VC 含量對PVA/VC 保鮮膜斷裂伸長率的影響Fig.3 Effect of VC content on elongation at break of PVA/VC com?posite films
由圖2 和圖3 可知,當(dāng)VC含量為0% 時,保鮮膜的拉伸強(qiáng)度為32.60 MPa,斷裂伸長率為237.30%。隨著VC含量的增加,PVA/VC保鮮膜的拉伸強(qiáng)度逐漸減小,斷裂伸長率逐漸增大。當(dāng)VC含量增加到1.00%時,PVA/VC保鮮膜的拉伸強(qiáng)度為27.70 MPa,斷裂伸長率為395.90%。由此可見,VC含量的增加會減小PVA/VC保鮮膜的拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長率逐漸增大。
VC含量對PVA/VC保鮮膜透氧性和透濕性的影響分別見圖4 和圖5。
圖4 VC 含量對PVA/VC 保鮮膜透氧性的影響Fig.4 Effect of VC content on oxygen permeability of PVA/VC composite films
圖5 VC 含量對PVA/VC 保鮮膜透濕性的影響Fig.5 Effect of VC content on moisture permeability of PVA/VC composite films
由圖4 和圖5 可知,以市售PE 保鮮膜作為對照組,其水蒸氣透過率和透氧系數(shù)均過低,分別為90.40 g/(m2·24 h)、0.09 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa)。在食用菌貯存期間,其自身的代謝和貯存環(huán)境條件均會影響食用菌的營養(yǎng)及商用價值。如食用菌的呼吸作用和蒸騰作用產(chǎn)生的水蒸氣會在凝聚在保鮮膜表面,會出現(xiàn)結(jié)霧、結(jié)露、積水等現(xiàn)象。當(dāng)環(huán)境相對濕度過高時,果蔬表面也會出現(xiàn)發(fā)黏的現(xiàn)象,也會影響食用菌的新鮮度和感官品質(zhì)[29]。同樣,貯存環(huán)境中的O2濃度也會影響白玉菇的保鮮,當(dāng)O2濃度過低時,白玉菇無氧呼吸的強(qiáng)度會增大,生成有害物質(zhì)加速白玉菇變質(zhì)[7],因此改善貯存環(huán)境及降低自身代謝產(chǎn)生的水蒸氣有利于白玉菇的保鮮。
從圖4 和圖5 可以看出,VC含量直接影響PVA/VC保鮮膜的水蒸氣透過率和透氧性系數(shù)。隨著VC含量的增加,PVA/VC保鮮膜的水蒸氣透過率和透氧系數(shù)逐漸增大。當(dāng)VC的含量超過0.20% 時,PVA/VC保鮮膜的水蒸氣透過率和透氧系數(shù)明顯增大。但是當(dāng)保鮮膜的透氧性過高時,有氧呼吸強(qiáng)度會增大,這會加速果蔬的后熟速度,會導(dǎo)致營養(yǎng)成分的加速分解[30]。從掃描電鏡圖(圖1)也可看出,當(dāng)VC的含量超過0.20%時會使保鮮膜表面出現(xiàn)明顯的褶皺和凸起,這可能會影響PVA/VC保鮮膜對水蒸氣及O2的阻攔性能。
果蔬的成熟和衰老過程與自由基的積累有關(guān)[31],過量的自由基會引起果蔬細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激、老化、蛋白質(zhì)變性和脂質(zhì)過氧化以及DNA 損傷等不良反應(yīng)[32?33]。因此提高抗氧化劑含量,清除自由基是改善果蔬的貯存品質(zhì)并延長貯存時間的保鮮途徑之一。貯存時間對不同VC含量的PVA/VC保鮮膜ABTS+自由基清除率和DPPH 自由基清除率的影響見圖6。
圖6 貯存時間對不同VC 含量的PVA/VC 保鮮膜ABTS+/DPPH 自由基清除率的影響Fig.6 Effect of storage time on ABTS+/DPPH free radical scav?enging ability of PVA/VC composite films with different VC content
由圖6 可知,PVA 本身并不具備DPPH、ABTS+自由基清除能力,而VC具有抗氧化、清除自由基的能力,有助于保持果蔬良好的感官品質(zhì)。隨著PVA/VC保鮮膜中VC含量越高,保鮮膜的ABTS+、DPPH 自由基清除率也逐漸升高。但隨著白玉菇貯存時間的延長,PVA/VC保鮮膜的ABTS+、DPPH 自由基清除能力逐漸降低,可能由于VC會隨著貯存時間的延長而被氧化分解。當(dāng)貯存時間延長至第25 天,PVA/VC保鮮膜中VC含量小于0.10% 時,保鮮膜對DPPH、ABTS+自由基的清除能力分別降低為0%和8.40%;而當(dāng)PVA/VC保鮮膜中VC的含量超過0.10%時,保鮮膜對DPPH、ABTS+自由基清除能力仍維持在50%以上。
圖7 為白玉菇貯存過程中感官評分的變化規(guī)律。
圖7 白玉菇貨架期感官品質(zhì)的變化Fig.7 Changes in sensory quality of white Hypsizygus marmoreus during shelf life
由圖7 可知,隨著貯存時間的延長,各組白玉菇樣品的感官品質(zhì)逐漸下降。其中PVA(0.10%VC)組的保鮮效果明顯高于其他組,貯存第18 天和第21 天時,感官評分分別為3.40 和2.60,約在貯存19~20 d 時下降為3。而PE 組在貯存第15 天和第18 天時,感官評分分別為3.17 和2.37,約在貯存16 d 時下降為3,因此PVA(0.10%VC)組保鮮效果相對于PE 組大約延長了4 d。
圖8 為白玉菇貨架期間外觀變化。
圖8 白玉菇貨架期外觀變化Fig.8 Changes in appearance of white Hypsizygus marmoreus during shelf life
由圖8 可知,當(dāng)貯存時間延長至第12 天和第21 天時,白玉菇相繼出現(xiàn)了褐斑和發(fā)黃現(xiàn)象。在白玉菇貨架期第21 天時,PE 保鮮膜包裝處理的白玉菇發(fā)生極嚴(yán)重褐變,出現(xiàn)大面積黃黑褐斑,皺縮嚴(yán)重且嚴(yán)重腐爛,失去繼續(xù)測定價值。PVA(0.05%VC)保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品則整體發(fā)黃,菌蓋往下2 cm 部位出現(xiàn)黃黑褐斑且傘蓋位置發(fā)生腐爛和褐變現(xiàn)象,根部嚴(yán)重萎蔫;PVA(0.20%VC)保鮮膜處理的白玉菇樣品整體發(fā)黃,出現(xiàn)黃黑褐斑,傘蓋腐爛褐變,根部嚴(yán)重萎蔫;PVA(0.10%VC)保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象,但整體無腐爛現(xiàn)象、無黃黑褐斑。通過感官評價初步證明了PVA(0.10%VC)保鮮膜的保鮮效果優(yōu)于市售PE 保鮮膜和其他VC含量的PVA/VC保鮮膜。
白玉菇貨架期失重率的變化見圖9。
圖9 白玉菇貨架期失重率的變化Fig.9 Changes in weight loss of white Hypsizygus marmoreus dur?ing shelf life
白玉菇在儲藏保鮮過程中,仍然有著較大的呼吸作用和蒸騰作用,致使出現(xiàn)萎蔫、失重和失鮮現(xiàn)象而失去商品價值。當(dāng)失重率超過10% 時,白玉菇嚴(yán)重萎蔫,產(chǎn)品失去新鮮度。因此,失重率是評價金針菇品質(zhì)的重要指標(biāo)。
由圖9 可知,隨著貨架期的延長,各組白玉菇樣品的失重率逐漸增大。當(dāng)貨架期延長至第21 天時,PE、PVA、PVA(0.05%VC)和PVA(0.20%VC)組的失重率分別為12.10%、9.50%、9.90%、10.80%,而PVA(0.10%VC)保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品的失重率僅為9.20%,明顯低于同期的其他組。說明PVA(0.10%VC)保鮮膜可以有效降低白玉菇的失重率,可能是其適宜的透濕性保證了保鮮膜內(nèi)環(huán)境的相對濕度,防止白玉菇在儲藏過程中過度失水,同時適中的透氧性也維持了白玉菇適宜的呼吸作用強(qiáng)度和自我調(diào)節(jié)能力,降低了菇體營養(yǎng)成分的消耗速率。而PVA(0.20%VC)保鮮膜可能由于透水性較大,無法維持膜內(nèi)部環(huán)境的相對濕度,因而該保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品失重率大于其他VC含量的PVA/VC保鮮膜。
新鮮果蔬中的總酚類物質(zhì)具有抗腫瘤、抗氧化等作用??偡宇愇镔|(zhì)是影響白玉菇貯存期褐變現(xiàn)象的重要因素之一,也是白玉菇中抗氧化能力的主要貢獻(xiàn)者[34]。圖10 為各組白玉菇在貨架期間總酚類物質(zhì)含量的變化。
圖10 白玉菇貨架期總酚類物質(zhì)的變化Fig.10 Changes in total phenolic substances of white Hypsizygus marmoreus during shelf life
由圖10 可知,總酚類物質(zhì)含量隨著貨架期延長呈下降趨勢。貯存時間為第12 天時,PE 保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品出現(xiàn)較嚴(yán)重褐變的現(xiàn)象,其總酚含量為48%,含量低于其他組,這可能是PE 組保鮮膜的透氧性[12,35]和透濕性低[36]所導(dǎo)致的。當(dāng)貨架期延長至21d 時,PE、PVA、PVA(0.05%VC)、PVA(0.10%VC)和PVA(0.20%VC)保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品總酚類物質(zhì)含量分別降低至37.10%、41.40%、47.80%、54.00%和44.50%。由于果蔬貯存期間總酚類物質(zhì)含量越高,褐變程度越小,果蔬的品質(zhì)也越高[11],所以從上述結(jié)果可以明顯看出PVA(0.10%VC)與其他組相比,其保鮮效果更佳。主要是因為PVA(0.10%VC)保鮮膜大小適中的透濕性和透氧性,可以調(diào)節(jié)膜內(nèi)部濕度環(huán)境和氧氣與二氧化碳濃度比例,以及VC的抗氧化作用也為抑制酚類物質(zhì)的分解做出了貢獻(xiàn),因此總酚類物質(zhì)的消耗速率較慢,這一研究結(jié)果與圖4 和圖5 相一致。
白玉菇中含有較豐富的蛋白質(zhì),其含量高低是衡量白玉菇營養(yǎng)價值的關(guān)鍵指標(biāo)之一,也是反應(yīng)衰老程度的指標(biāo)之一[37]。圖11 為各組白玉菇蛋白質(zhì)含量隨貯存時間的變化。
圖11 白玉菇貨架期蛋白質(zhì)含量的變化Fig.11 Changes in protein content of white Hypsizygus mar?moreus during shelf life
由圖11 可知,蛋白質(zhì)含量隨貯存時間延長整體呈下降的趨勢。貯存第12 天時,PE 保鮮膜包裝處理的白玉菇樣品出現(xiàn)較嚴(yán)重萎蔫以及腐爛的現(xiàn)象,蛋白質(zhì)含量降為76.10%,明顯低于其他組。這可能是由于PE 保鮮膜透氧性較差,當(dāng)O2耗盡時,無氧呼吸開始將蛋白質(zhì)類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成醇類和醛類物質(zhì)[34],破壞白玉菇自身的調(diào)節(jié)機(jī)制,以及高濕的環(huán)境加速了酶的催化作用以及蛋白質(zhì)的消耗和分解[37]。當(dāng)貯存時間延長至第21 天時,PE 保鮮膜包裝處理的白玉菇蛋白質(zhì)含量降至初始含量的66.40%,PVA、PVA(0.05%VC)、PVA(0.10%VC)和PVA(0.20%VC)保鮮膜包裝處理的白玉菇蛋白質(zhì)含量分別降至初始含量的69.00%、70.40%,75.50% 和70.10%。其中,PVA(0.10%VC)保鮮膜組相比于其他組具有更好的保鮮效果。這可能是保鮮膜合適的透氧性和透濕性,為白玉菇提供了適宜的濃度環(huán)境,可以減緩呼吸代謝速率,同時VC的存在能在一定程度上減緩白玉菇氧化和減少DPPH、ABTS+自由基對白玉菇的破壞作用,因而在蛋白質(zhì)含量保留方面更具有優(yōu)勢。
本研究制備不同VC含量的PVA/VC保鮮膜。研究表明,在低溫貯藏條件下,其透濕性和透氧性以及清除DPPH、ABTS+自由基能力均高于聚乙烯(PE)薄膜組。其中PVA(0.10%VC)保鮮膜對白玉菇具有良好的保鮮效果,在21 d 貨架期期間白玉菇外觀無腐爛現(xiàn)象、無黃黑褐斑,其感官品質(zhì)得分高于其它組,而且可以減緩白玉菇失重率和蛋白質(zhì)以及總酚物質(zhì)的消耗,與聚乙烯(PE)薄膜組相比,其貨架期延長了4 d。PVA(0.10%VC)保鮮膜在抑制白玉菇腐爛、提高貨架期品質(zhì)方面均表現(xiàn)了較好的優(yōu)勢,因此可以作為一種安全長效的保鮮膜用于白玉菇等食用菌的保鮮,也為今后果蔬貯藏保鮮實(shí)際應(yīng)用提供理論參考。