涂膜處理對鮮切山藥褐變及抗氧化性的影響

馬利華，秦衛東，陳學紅，王 磊

涂膜處理對鮮切山藥褐變及抗氧化性的影響

馬利華，秦衛東，陳學紅，王 磊

(徐州工程學院食品學院，江蘇 徐州 221008)

為保持鮮切山藥的色澤及抗氧化性，延長其貨架期，研究殼聚糖、卡拉膠、海藻酸鈉及復合涂膜劑對鮮切山藥涂膜處理后，在5℃貯藏期間褐變及抗氧化性的影響。結果表明：殼聚糖1.57%＋卡拉膠0.9%＋海藻酸鈉1.55%涂膜后，鮮切山藥儲存期間，可明顯降低山藥的褐變程度及抑制PPO的比活力，防止貯藏后期酚類物質的氧化，提高鮮切山藥的整體抗氧化能力。

鮮切山藥；涂膜；褐變；抗氧化性

山藥為薯蕷科薯蕷屬植物，在我國主要分布在河南、山東、江蘇、安徽等地區[1]。山藥中含有大量蛋白質、各種維生素和有益的微元素、黏質多糖等，是營養價值很高的食品[2]。此外，山藥還含有尿囊、山藥素、皂苷、膽堿等藥用成分健脾胃、補肺、固腎、益精等功效，有強身健體及醫療保健作用[3-4]。但山藥收獲季節集中，山藥莖長且易折損，給貯藏、遠距離運輸帶來困難；食用時去皮費時、黏著，不易切分且易發生褐變；而鮮切山藥易攜帶、方便食用，提高了其作為消費品的商業應用價值[5]。但切割后的果品易造成水分散失、軟化、微生物浸染、呼吸作用增加、乙烯增多和切割部位的褐變等品質變化[6]。涂膜是近年興起的保鮮方法之一，可食性涂膜劑處理可在果實表層形成一透明薄膜，以增強果實表皮的防護作用，具有一定的氣調作用，抑制呼吸作用，減少營養損耗，抑制水分蒸發，并能增加果面光澤，提高商品價值，還可減少對環境的污染，是保鮮果蔬的理想材料[7-8]。

涂膜處理對減緩鮮切果蔬的褐變程度及品質保持也有一些研究。如賈慧敏等[9]研究了可食性涂膜對鮮切桃褐變的影響，彭麗桃等[10]研究了殼聚糖被膜對鮮切荸薺褐變的抑制，陳海光等[11]研究了切片馬鈴薯護色及涂膜保鮮，王蘭菊等[5]研究了殼聚糖涂膜對鮮切山藥品質的影響等。

本實驗通過3種常見的涂膜劑及復配后，對鮮切山藥進行涂膜處理，研究涂膜處理后對鮮切山藥片的色澤、褐變度、多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)比活力、酚類物質含量及清除DPPH自由基能力的變化，旨在為保持鮮切山藥的品質及抗氧化性提供一種可行的方法。

1 材料與方法

1.1 原料及處理

徐州淮山藥 市購，清洗、去皮，切成5mm薄片，立即于1%抗壞血酸護色液中護色8～10min，瀝干后，以不處理作對照，將山藥片浸入涂膜液中，2min后取出風干。

1.2 試劑與儀器

殼聚糖(脫乙酰度＞90%，黏度＜100cps) 北京拜爾迪生物公司；海藻酸鈉、卡拉膠 天津市福晨化學試劑廠；甘油(食用級) 市售；L-半胱氨酸、抗壞血酸、氫氧化鈉、鄰苯二酚等均為分析純 北京化學試劑廠。

WSC-S測色色差計 上海精密科學儀器有限公司；高速冷凍離心機 湘儀離心機儀器有限公司；FA2104N型電子天平、7230G型可見分光光度計、DHG9140型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 涂膜液制備與涂膜處理

在電子天平上分別稱取不同質量分數黃原膠、殼聚糖、卡拉膠、海藻酸鈉及羧甲基纖維素于100mL熱水中，加熱攪拌，混合均勻，保溫20min后冷卻到室溫，將新鮮山藥去皮后切成1cm薄片浸沒于各種涂膜液中2min，取出風干。

1.4 單因素試驗

1.4.1 涂膜劑種類的確定

將鮮切的山藥片分別用浸沒于1%黃原膠、卡拉膠、殼聚糖、海藻酸鈉及羧甲基纖維素涂膜液中2min，取出晾干后，5℃保藏3d后測定測定褐變度。以褐變度為指標，考察5種不同種類涂膜劑對鮮切山藥進行涂膜保鮮的效果。

1.4.2 涂膜劑質量分數的確定

將鮮切山藥片分別用0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%卡拉膠和0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%殼聚糖及海藻酸鈉涂膜處理后，5℃保藏3d后測定褐變度。以褐變度為指標，分別考察不同質量分數的卡拉膠、殼聚糖及海藻酸鈉對鮮切山藥進行涂膜保鮮的效果。

1.5 涂膜劑優化試驗

以褐變度為指標，在單因素試驗基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，結合單因素試驗結果，以殼聚糖(X1)、卡拉膠(X2)、海藻酸鈉(X3)為變量因素，每個自變量的低、中、高水平分別以－1、0、1進行編碼，進行3 因素3水平曲面響應(Design Expert 7.0)試驗。

1.6 指標測定

色澤測定：使用自動色差計測定待測樣品色澤，測定結果以Hunter L*、a*、b*色度值表示；褐變度(browning degree，BD)測定：參照李寧[12]方法測定；PPO比活力測定：參照張立華等[13]方法測定；總酚測定：采用Folin-Ciocal法[14]測定總酚含量；DPPH自由基清除能力：根據Nihoribere等[15]方法測定。

2 結果與分析

2.1 涂膜劑的確定

2.1.1 不同涂膜劑對鮮切山藥褐變度的影響

圖1 不同涂膜劑對鮮切山藥褐變度的影響Fig.1 Effects of different coatings on browning degree of fresh-cut yam

鮮切產品的褐變是加工中機械損傷誘導的結果。傷害可增加產品的呼吸，加速鮮切果蔬的衰老。可食性被膜處理通過調節內部的CO2和O2，減少氧的供應，抑制呼吸，延緩衰老，阻止果實的褐變。結果表明：實驗所用5種涂膜劑對鮮切山藥的褐變均有一定的抑制作用，均比對照褐變度分別最高下降了26.81%、44.83%、51.61%、32.15%和21.58%，都在一定程度抑制了鮮切山藥的褐變。其中以卡拉膠、殼聚糖和海藻酸鈉抑制褐變的效果較好。由于這3種涂膜材料性質不同，在功能上有互補性，將這3種涂膜劑材料共混成膜，可以改善可食膜綜合性能。本實驗采用這3種材料制備復合涂膜劑處理鮮切山藥。

2.1.2 復合涂膜劑單因素試驗

圖2 不同質量分數涂膜劑對鮮切山藥褐變度的影響Fig.2 Effect of coating with various concentrations on browning degree of fresh-cut yam

圖2表明，不同質量分數的涂膜鮮切山藥都有一定的抑制褐變強度的效果，且隨著涂膜質量分數的增加，抑制褐變效果越好。考慮成本因素，故采用1%卡拉膠、1.5%殼聚糖、1.5%海藻酸鈉涂抹處理效果較好。

2.1.3 最佳復合涂膜劑的選擇

由于各類涂膜劑材料性質上的差異，膜的性能也各有優缺點，將幾種常見涂膜劑材料共混成膜，可以改善可食膜綜合性能[16-17]。根據采用Box-Behnken試驗設計原理，選取卡拉膠、殼聚糖、海藻酸鈉為主要考察因素，在5℃條件下貯藏3d，以褐變度(10A410)為考察指標，采用3因素3水平響應面實驗優選最佳復合涂膜劑。試驗設計與分析采用Design Expert軟件。

表 1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factors and their coded levels tested in response surface analysis

表2 復合膜處理對鮮切山藥褐變度影響的響應面試驗的設計及結果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

表3 響應面試驗結果方差分析Table 3 Analysis of variance for the experimental results of Box-Behnken design

按照Box-Behnken試驗要求，對試驗進行回歸擬合，設計及結果見表1、2。利用Design Expert軟件，通過對表2數據進行分析，得到二次多項回歸方程為：

由表3可知，本試驗所選用的二次多項模型極顯著(P＝0.0002＜0.001)，且方程失擬項不顯著(P＝0.2075＞0.05)，說明各因素值與響應值之間的關系可以用此模型來函數化。相關系數R2＝0.9663，表明褐變度的預測值與實際值之間具有較好的擬合度。其校正決定系數R2Adj＝0.9229表明，只有約7.8%的褐變度的總變異不能用此模型來解釋。一次項A、B、C對褐變度的線性效應均顯著，影響順序為B＞A＞C；二次項A2和C2對褐變度的曲面效應顯著，B2對褐變度的曲面效應極顯著；AC(P＝0.0077)的交互作用顯著，而AB與BC的交互作用不顯著。其交互作用響應曲面見圖3。為了求解最大值，解二次多項回歸方程得到：當卡拉膠0.9%、殼聚糖1.57%、海藻酸鈉1.55%，褐變度達到理論最小值1.94。采用上述優化后的條件進行驗證實驗，共進行3次重復實驗測得復合膜處理后鮮切山藥的褐變度平均為1.90，相對標準偏差1.1%，說明采用響應面法優化得到的條件參數準確可靠，按照建立的模型進行預測實際中可行。

圖3 各因素交互作用對褐變度影響的響應面和等高線圖Fig.3 Response surface and contour plots showing the interaction effect of simultaneous addition of three coating agents on browning degree of fresh-cut yam

圖4 不同涂膜劑處理鮮切山藥后Hunter、a*(A)、b*(B)、L*(C)值的變化Fig.4 Changes in Hunter L*, a* and b* values of fresh-cut yam treated with different coatings during storage

2.2 不同涂膜劑對鮮切山藥色澤的影響

色澤的變化是鮮切果蔬褐變的外觀表現，涂膜處理后在鮮切果蔬表面附著一層膜，可阻止鮮切果蔬的表面與空氣接觸，從而一定程度上抑制了鮮切果蔬的褐變，在色澤方面表現是一定程度控制了鮮切果蔬表面色澤的變化。圖4表明：Hunter L*值表示山藥片表面的色澤明暗度。L*值越大，表示亮度越大，表面越有光澤；反之，L*值越小，表示亮度越小，果實表面暗淡無光澤。未涂膜的山藥在貯藏期間亮度大體呈減弱趨勢(圖1A)，顏色加重。經不同涂膜劑處理后在整個貯藏期間的Hunter L*值變化趨勢平穩，總體略高于對照，表明山藥亮度保持較好。Hunter a*值表示紅綠的程度：a*值為“＋”時表示紅的程度；a*值變大，紅色加重；Hunter b*值表示黃藍的程度：b*值為“＋”時表示黃的程度；b*值增大，黃色加重。未經涂膜山藥片的Hunter a*值貯藏期間總體呈上升趨勢，山藥片表面紅色逐漸加重。經各種涂膜劑處理的Hunter a*值上升趨勢較緩慢(圖1B)。未涂膜山藥片的Hunter b*值在整個貯藏期間變化為上升趨勢(圖1 C)。經涂膜劑處理后Hunter b*值在貯藏前期與對照接近，后期均低于對照。L*、a*、b*值均以復合膜效果最好，L*值比對照高20.03%、a*值比對照低59.79%、b*值比對照低32.34%。

2.3 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間褐變度的影響

褐變是影響鮮切山藥品質的主要指標，褐變后的鮮切山藥色澤及營養價值均有所下降。而可食性涂膜對抑制果蔬褐變方面有明顯的保鮮效果。圖5結果表明，在貯藏期間鮮切山藥呈現逐漸褐變的現象，海藻酸鈉與卡拉膠涂膜后對山藥片褐變的抑制效果一般，殼聚糖涂膜處理對山藥褐變具有較好的抑制效果，復合膜涂膜處理后在貯藏前期對山藥片褐變的抑制效果與殼聚糖相當，貯藏4d后對山藥片褐變的抑制效果均好于其他涂膜劑，貯藏第10天山藥片褐變度比對照低64.47%。果最佳，貯藏第10天酚類物質含量比對照高11.69%，這與彭麗桃等[10]研究一致。

圖5 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間褐變度的影響Fig.5 Effect of different coatings on browning degree of fresh-cut yam during storage

圖7 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間總酚含量的影響Fig.7 Effect of different coatings on the content of total phenols in fresh-cut yam during storage

2.4 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間PPO比活力的影響

圖6 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間PPO比活力的影響Fig.6 Effect of different coatings on PPO activity of fresh-cut yam during storage

2.6 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間清除DPPH自由基的影響

圖8 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間清除DPPH自由基能力的影響Fig.8 Effect of different coatings on DPPH radical scavenging capacity of fresh-cut yam during storage

由圖6可知，在鮮切山藥貯藏期間。鮮切山藥在整個貯藏期間其PPO比活力呈現總體上升趨勢，到第10天達到最高。殼聚糖、卡拉膠、海藻酸鈉涂膜處理后對山藥片PPO比活力的抑制效果有限；復合膜涂膜處理后貯藏前期對PPO比活力的抑制效果與殼聚糖接近，第4天后對PPO比活力的抑制效果好于所有處理，貯藏第10天復合膜處理比對照PPO比活力低23.6%。

2.5 不同涂膜劑對鮮切山藥貯藏期間總酚含量的影響

圖7表明，山藥中含有一定的酚類物質，鮮切后山藥片中有大量酚類物質合成，貯藏期到第6天達到高峰，而后酚類物質因氧化而逐步下降，呈現先升后降的趨勢，這與郁志芳等[18]的研究相同。涂膜處理對鮮切山藥貯藏期間酚類物質的合成影響不大，但涂膜處理可防止酚類物質因氧化而減少的趨勢，以復合膜處理效

圖8表明，山藥具有一定的清除DPPH自由基的能力。研究報道，山藥中含有的多糖物質、黏液質及多酚物質均具有一定的抗氧化作用[19]。貯藏前期涂膜處理對清除DPPH自由基效果影響不大，第6天后涂膜處理清除DPPH自由基的能力明顯高于對照，可能與涂膜處理后阻止一定的酚類物質的氧化有關，復合膜處理效果好于其他涂膜劑，第10天其抗氧化能力比對照高18.37%，且抗氧化能力均好于同質量分數的VC，但不如同質量分數的BHT。

2.7 褐變度與PPO比活力的相關性

果蔬褐變的原因已知的至少有5種，即酚的酶促褐變、美拉德反應、抗壞血酸的氧化作用、焦糖化和脂類氧化。圖9研究表明，切傷組織的褐變主要是酚的酶促褐變。酶促褐變所涉及的酶有PPO、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、過氧化物酶(POD)等。PPO是植物中廣泛存在的一種酶，該酶催化內源性多酚酶物質氧化成醌，再聚合成黑色素，PPO參與酚類物質的氧化和黑色素的形成[12]，PPO比活力是引起果蔬及其半成品和成品褐變的重要因素之一[18]。本實驗表明，鮮切山藥復合膜涂膜與未涂膜處理在儲藏期間褐變的程度均與其PPO比活力之間存在的一定的相關性，相關系數分別達到0.8785和0.8425，且復合膜涂膜處理后相關性提高了4.27%。

圖9 鮮切山藥的褐變與PPO比活力的相關性Fig.9 Correlation between browning degree and PPO activity of freshcut yam

2.8 總酚含量與抗氧化性(清除DFFH自由基能力)的相關性

圖10 鮮切山藥總酚含量與抗氧化能力的相關性Fig.10 Correlation between total phenol content and PPO activity of fresh-cut yam

植物多酚是一類廣泛存在于植物體內的多酚類物質，是植物的次生代謝產物，主要存在于植物的皮、根、莖、葉、果實中，其含量僅次于纖維素、半纖維素和木質素。植物多酚具有清除機體內自由基、抗脂質氧化、延緩機體衰老、預防心血管疾病、防癌、抗輻射等生物比活力功能[20]。實驗表明，涂膜處理與未涂膜處理的鮮切山藥中的多酚物質與抗氧化性能呈現一定的相關性(圖10)，相關系數分別為0.8912和0.8035，且復合膜處理后相關系數提高了10.91%，其原因還有待進一步考察。

3 結 論

不同單一涂膜的復合，可使各組分高分子之間相互作用，在透明性以及保水、透氣性方面均有不同程度的改善，更有利于果蔬保鮮[21-22]。試驗表明：鮮切山藥經過復合膜涂膜處理后，可進一步提高其保藏性。在復合膜為殼聚糖1.57%＋卡拉膠0.9%＋海藻酸鈉1.55%涂膜后，貯藏第10天鮮切山藥的色澤比對照有很大提高，褐變程度比對照降低了61.48%，PPO酶比活力下降了23.6%，酚類物質含量比對照高11.69%，其抗氧化能力提高了18.37%。

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Effect of Coating on Browning and Antioxidant Activity of Fresh-Cut Yam

MA Li-hua，QIN Wei-dong，CHEN Xue-hong，WANG Lei
(College of Food Science, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)

In order to preserve the color and antioxidant activity of fresh-cut yam and extend its shelf life, the effects of different types of coating treatment (chitosan alone, carrageenan alone, sodium alginate alone, and all of them) on browning degree and antioxidant activity of fresh-cut yam during storage at 5 ℃ were investigated. The results showed that a mixture of 1.57% chitosan, 0.9% carrageenan and 1.55% sodium alginate could inhibit PPO activity and reduce the browning degree of fresh-cut yam during storage, and prevent polyphenol oxidation and increase the total antioxidant activity of fresh-cut yam during the late period of storage.

fresh-cut yam；coating；browning；antioxidant activity

TS255.3

A

1002-6630(2012)18-0275-06

2011-08-29

馬利華(1966—)，女，副教授，碩士，研究方向為天然產物、食品科學與加工。E-mail：mlh6610@163.com