茶樹油復合多種天然產物對櫻桃的保鮮作用研究

韓永萍,李可意,孫 波,司 旭

(北京聯合大學生物工程學院 生物質廢棄物資源化利用北京市重點實驗室,北京 100023)

保鮮劑作為一種重要的水果保鮮手段被廣泛使用。其中化學保鮮劑具有成本低、保鮮實效長等優勢,但因存在致癌、致畸等危害人體健康的風險及污染環境等弊端,受到廣大消費者的質疑。近年來,植物精油、多糖等多種天然提取物已被證實具有保鮮作用。由于保鮮效果與化學藥劑相差較大,研制中多將幾種天然產物進行復配。但基于保鮮機理出發,將植物精油與多種天然產物復配的研究鮮有報道。

櫻桃果實色澤紅潤、皮薄、汁多、酸甜可口、富含糖、蛋白質、維生素及鈣、鐵、磷、鉀等多種元素,但采收后常溫貯存極易出現褐變、腐爛變質現象,在流通過程中備受采后保鮮包裝及有效延長貨架期的困擾。

最新研究發現,茶樹油對桃核腐菌及炭疽病菌都有明顯的抑制作用[1],并可有效清除果蔬表面殘留的化學農藥[2]。殼聚糖不僅廣譜抗菌,還能在水果表面形成涂膜,從而可調控其呼吸作用[3]。石榴皮富含多酚、黃酮及生物堿等次生代謝產物,尤其多酚含量可達干質量的12%[5]。其提取物兼具抑菌活性和抗氧化活性[6]。桑葉有效成分為黃酮及黃酮苷類、生物堿類、多糖等,也表現出一定的抗氧化活性。據相關報道,這兩種天然提取物對草莓、葡萄、梨等水果均表現出較好的保鮮作用[7]。

為此,本研究以櫻桃保鮮為研究對象,從抑制影響櫻桃品質的腐敗微生物、調控呼吸作用和提高果實抗氧化能力保鮮機理出發,采用茶樹油、殼聚糖、石榴皮提取物和桑葉提取物進行復配,為易腐水果的天然保鮮劑開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

櫻桃 采至北京懷柔櫻桃采摘園,挑選無蟲害、無損傷、八分成熟度、大小基本一致果實做供試品;茶樹油 廣西綠洲茶樹油公司;殼聚糖 浙江金殼生物化學有限公司提供,脫乙酰度90%;石榴皮提取物 西安天豐生物科技有限公司,多酚含量10%;桑葉提取物 西安清樂生物科技有限公司,黃酮含量10%。

JY5002精密電子天平 常熟市儀器廠;TGL-16C離心機 上海安亭科學儀器廠;85-2A型數顯恒溫磁力攪拌器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;7600-1型紫外分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司;DS-1004超聲波清洗機 深圳市超藝達科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 保鮮液配制 取1 g茶樹油加入1 mL Tween 80乳化劑混勻。按比例稱取殼聚糖、石榴皮提取物和桑葉提取物溶解于200 mL去離子水中,超聲5 min后抽濾除雜,加0.2 mg加乳化劑的茶樹油,轉子攪拌器高速混勻,備用。

1.2.2 保鮮方法 將供試櫻桃浸入配制的保鮮液中,對照組采用去離子水浸泡,5 min后取出自然風干,放入乘物盤,置入20 ℃恒溫箱內保存。

1.2.3 正交實驗 以失重率和爛果率為考察指標,以保鮮液中殼聚糖、石榴皮提取物和桑葉提取物的質量比為主要影響因素進行L9(34)正交設計,因素和水表見表1。每隔1 d測定失重率和爛果率,并及時將出現腐爛的櫻桃剔除。設定失重率和爛果率權重各占50%,計算綜合影響指數E。由儲藏6 d后的E值確定保鮮劑最優配方。每個處理均設兩個平行組,每組40個供試櫻桃。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 The factors and levels of the orthogonal experiment

1.2.4 茶樹油復方保鮮效果驗證及茶樹油對櫻桃保鮮作用考察 以正交實驗確定的最優配方為茶樹油復方保鮮劑,以同體積去離子水代替茶樹油制備減茶樹油保鮮劑對櫻桃進行保鮮研究,以去離子水代替所有保鮮劑對櫻桃進行處理，作為空白對照(CK),每組供試櫻桃各約100個(約1 kg),兩個平行,每隔1 d考察失重率和爛果率。

1.2.5 茶樹油復方保鮮對櫻桃品質的影響考察 采用茶樹油復方對櫻桃進行保鮮研究,每組供試櫻桃各約100個(約1 kg),兩個平行,每隔1 d取樣測定VC、總糖含量、可滴酸含量(TA)及丙二醛(MDA)含量。

1.2.6 相關指標測定

1.2.6.1 失重率 失重率(%)=(初始重量-當時重量)/初始重量×100。

1.2.6.2 爛果率 采用統計法[8]。腐爛級別:0級,無腐爛;1級,0～1/3面積腐爛;2級,1/3～2/3面積腐爛;3級,2/3～3/3面積腐爛。

1.2.6.3 VC、TA、總糖含量及MDA含量測定 隨機在組內取約80 g櫻桃,去核勻漿,過濾收集濾液,采用2,6-二氯靛酚滴定法測定VC含量[9],采用蒽酮比色法測定總糖含量[10],采用NaOH滴定法測定TA含量[11],采用硫代巴比妥法測定MDA含量[12]。

1.3 數據統計及分析

實驗數據采用Excel軟件處理,經SPSS 16.0統計軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 茶樹油復方的正交實驗研究

果實的失重率包括水分和干物質兩方面損失,其中水蒸騰約占總失重的80%[13]。因此失重率主要反映水果在儲藏過程的水分變化。而爛果率主要反映腐敗菌對果實的侵染情況。正交實驗結果見表2。

表2實驗結果表明,相對于爛果率各處理組的失重率相差并不大,保鮮溶液中的三種提取物含量對櫻桃保鮮性能影響依次為:殼聚糖>石榴皮提取物>桑葉提取物。由于保鮮液中殼聚糖相對比例較大,推測殼聚糖在櫻桃表面形成的均勻薄膜,抑制了水分蒸騰,而殼聚糖濃度與薄膜的致密度有關,因此殼聚糖濃度是影響櫻桃失重率的主要因素。

表2 正交實驗結果Table 2 The result of the orthogonal experiment

根據K值計算結果,保鮮溶液中三種提取物的最優配比為A3B2C3,即保鮮液中殼聚糖、桑葉提取物及石榴皮提取物的質量配比為12∶3∶5,茶樹油含量為1 mg/L。

2.2 茶樹油復方保鮮效果的驗證及茶樹油對櫻桃保鮮的影響

實驗以爛果率和綜合影響指數E為考察指標對茶樹油復方保鮮作用進行驗證,并同時考察了保鮮劑中茶樹油的作用,結果如圖1所示。

圖1 茶樹油對櫻桃爛果率和E的影響Fig.1 Effect of tea tree oil on decay rate of strawberry

圖1可以看出,與CK組相比,各保鮮處理組櫻桃的失重率相差不大,爛果率和綜合指數E變化趨勢比較接近。CK組在第2 d就出現了爛果情況,6～8 d櫻桃腐爛數量急劇增加,第10 d的腐爛率已達到60%。而茶樹油復方處理組第4～6 d才開始出現爛果,爛果率僅有5%,失重率小于1.0%,優于正交實驗各處理組,爛果量劇增發生于第10 d。這表明,正交實驗確定的三種提取物最優配比茶樹油復方保鮮劑對櫻桃具有較好的保鮮效果。

與CK組相比,減茶樹油組也對櫻桃表現出較好的保鮮效果,同樣在第4～6 d才開始出現爛果,但爛果量劇增較茶樹油復方處理組提前,發生于第8 d。兩種保鮮處理的果實腐爛率呈顯著差異(p<0.05)。爛果率主要反映腐敗菌的滋生和侵染情況,由此說明保鮮液中的茶樹油充分發揮了其廣譜抗菌特性,在很大程度上減少和延緩了果實腐爛。

對比爛果率可發現,研制的茶樹油復合保鮮劑可延長櫻桃貨架期約5 d。

2.3 茶樹油復方保鮮對櫻桃品質的影響

2.3.1 櫻桃的VC含量 VC是果實新鮮程度的主要營養評價指標,因具有還原性,在水果儲藏過程中極易因氧化而損失。

由圖2可以看出,保鮮組和CK組處理櫻桃的VC含量都呈先升后降趨勢。這是因為隨著采后櫻桃的成熟度逐漸增加,VC含量開始增大,對照組在第4 d達到了高峰。而保鮮組的高峰出現在第6 d,較CK組高出40.7%。在儲藏末期,兩種處理方式的櫻桃VC含量均開始下降,但保鮮組的VC含量一直高于CK組。兩種處理方式的櫻桃VC含量存在顯著性差異(p<0.05)。這是因為保鮮液不僅在果實表面形成了隔離膜,具有調節氣體環境作用,而且其中的抗氧化組分也延緩了空氣中O2對果實的氧化。

圖2 不同處理方式對櫻桃VC含量的影響Fig.2 Effect of different treatments on the VC content of strawberry

2.3.2 櫻桃的總糖含量 糖含量對櫻桃口感有著重要影響,在一定程度上也反映了果實的營養成分含量。

由圖3可以看出,在儲藏初期,由于呼吸作用消耗還原糖而導致總糖含量降低,兩種處理方式在第2 d果實總糖都出現了最低值,之后含量開始提高,其中CK組增大速度相對較快。第8 d時,已經較保鮮組高出了約20%。

圖3 不同處理方式對櫻桃總糖含量的影響Fig.3 Effect of different treatments on the total sugar content of strawberry

櫻桃屬于非呼吸躍變型果實,即采后呼吸強度變化并不明顯,其呼吸強度還將隨著儲藏期延長緩慢下降。而隨著果實進一步成熟、老化,櫻桃體內的淀粉等開始水解,當糖生成速率高于呼吸代謝速率時,果實內總糖含量開始升高。就總糖含量變化而言,保鮮液在一定程度上延緩了果實成熟,但二者之間未表現出顯著差異(p>0.05)。

2.3.3 櫻桃的可滴酸含量 果實酸度決定了其風味。在儲藏中,一部分酸作為代謝活動的呼吸底物被轉化為糖分。因此,總酸變化可以用來反映水果營養物質消耗程度的重要指標。

由圖4可知,儲藏期間櫻桃的可滴定酸含量呈現先升后降的變化,總體變化幅度不大,CK組和保鮮組分別在第4 d和第6 d達到了峰值。這是因為軟肉型果實的酸含量隨著采后果實的軟化而增加。當呼吸消耗酸量小于果實軟化產酸量時,出現了酸累積[11]。在儲藏后期,代謝活動加劇,可滴酸含量開始下降,CK組的可滴酸含量變化相對較大,第8 d較保鮮組低35%。之后因部分果實出現腐爛等原因,CK組的可滴酸有小幅度提高。相對于CK組,保鮮組儲藏后期的可滴酸下降趨勢在一定程度上得到了緩解,但二者之間未表現出顯著差異(p>0.05)。

圖4 不同處理方式對櫻桃可滴酸的影響Fig.4 Effect of different treatments on the titratable acids content of strawberry

結合VC和總糖含量變化可看出,研制的茶樹油復合保鮮劑可有效保持采后櫻桃的營養和風味。

2.3.4 櫻桃的MDA含量 MDA是生物膜中不飽和脂肪酸受機體代謝產生的O·攻擊,生成的一種有害過氧化產物。果實中MDA含量可用于反映細胞膜脂過氧化程度,也間接反映了細胞的損傷程度。

由圖5可以看出,隨著儲藏時間延長,CK組的MDA含量呈明顯上升趨勢。在儲藏后期,MDA達到了較高水平。說明膜脂發生了嚴重過氧化,果實呈現衰老狀態。而在相同的儲藏時間內,保鮮組櫻桃MDA含量隨著儲藏時間延長上升幅度較小,保持在一個相對較低的水平,第6 d時只有CK組的50%。兩種處理方式的櫻桃MDA含量存在顯著性差異(p<0.05)。這說明研究配制的保鮮液可有效保護細胞膜系統,延緩果實衰老。

圖5 不同處理方式對櫻桃MDA含量的影響Fig.5 Effect of different treatments on MDA content of strawberry

3 結論

本研究采用茶樹油、殼聚糖、石榴皮提取物和桑葉提取物為原料,復配后對櫻桃進行保鮮研究。結果表明:殼聚糖、桑葉提取物和石榴皮提取物三種天然產物質量比為12∶3∶5配制的保鮮液,其中茶樹油含量為1 mg/L,不僅能有效降低櫻桃水分損失和爛果率,而且能明顯延緩果實中的VC和可滴酸的降解速率,保持水果營養價值和風味,延長貨架時間約5 d。

果蔬采后品質下降與自身新陳代謝和侵染腐敗病原微生物密切相關。控制果蔬呼吸作用,抑制有害微生物的繁殖和滋生,降低果實成熟過程中相關酶的活性或及時清除體內氧自由基等,都可延緩果蔬軟化衰老進程。

就本研究獲得的櫻桃保鮮劑而言,茶樹油主要作用是有效抑制櫻桃腐敗微生物,降低爛果率;成膜性較好的殼聚糖除抑菌外,還是抑制櫻桃水分蒸騰、減緩果實呼吸的主要因素;而石榴皮提取物和桑葉提取物含有抗氧化性較強的多酚和黃酮,能夠防護果實細胞膜脂免受細胞代謝產生的氧自由基攻擊,有效維護了細胞膜結構的完整性。由此可見,本保鮮液針對于櫻桃腐爛變質的內外因進行組配,最終獲得了理想的水果保鮮效果。

茶樹油具有很強的芳香氣味。研究發現,由于保鮮液中茶樹油用量有限,這種氣味一般在櫻桃浸泡涂膜2～3 d之內消散殆盡。而保鮮處理后的櫻桃在第6 d后開始逐漸軟熟,散發櫻桃特有的香味,因此不會受其影響。

此外,保鮮液中其它組分水溶性較好,使用前清洗方便,而且果肉口感并未因保鮮液浸泡涂膜發生改變。

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