微波對鮮切山藥護色及品質(zhì)的保持

蔡佳昂，匡世瑤，張敏

(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心(西南大學(xué))，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(重慶)，重慶,400715)

山藥營養(yǎng)成分豐富，口感質(zhì)地清脆，有補中益氣，強筋健脾等滋補成效。鮮切果蔬是指對新鮮果蔬進行清洗、去皮、去核、切分、包裝和冷藏等工序，使其仍保持新鮮品質(zhì)且可供消費者直接食用的產(chǎn)品[1]。但鮮切山藥運輸儲存困難，容易褐變，會引起視覺感官體驗變差以及商業(yè)營養(yǎng)價值大幅下降。目前鮮切山藥的保鮮分為物理、生物和化學(xué)保鮮法。物理方法有控制溫度保鮮法、氣調(diào)保鮮法、超高壓保鮮法，0～4 ℃是鮮切山藥的最優(yōu)儲藏溫度[2]，也有學(xué)者將鮮切山藥經(jīng)600 MPa壓力處理后，可延長保鮮期至9 d[3]。生物保鮮是近年來果蔬研究方向，其中木瓜蛋白酶可以控制鮮切淮山藥褐變[4]。化學(xué)方法主要集中在保鮮劑的配方研究上，然而保鮮劑浸泡法存在較大問題，如常用的亞硫酸鹽等保鮮劑存在一定的安全隱患[5]，且保鮮劑浸泡時間過長，容易造成鮮切山藥營養(yǎng)物質(zhì)流失等。微波漂燙是一種新型干法漂燙技術(shù)[6]，其熱效應(yīng)升高溫度以及非熱效應(yīng)破壞蛋白空間結(jié)構(gòu)的綜合作用，可以使造成風(fēng)味、顏色和質(zhì)地品質(zhì)劣變的酶系統(tǒng)失活，且具有加工速度快、節(jié)約能源、營養(yǎng)物質(zhì)流失少和沒有廢水產(chǎn)生的優(yōu)點。研究證明，相對于其他漂燙方式，微波能夠具有更高的甜玉米抗壞血酸、總糖和含水量保持率[7]，NORAFIDA[8]發(fā)現(xiàn)微波漂燙可以提高凍青辣椒抗氧化性。微波能較好抑制多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性，抑制栗仁、雷筍、藕片等果蔬的褐變程度，起到較好的護色效果[9-12]。本文主要研究不同微波條件對鮮切山藥保鮮效果的影響，以尋求更優(yōu)、更安全、更簡潔的貯藏保鮮方法。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及處理

新鮮山藥購買于北碚天生農(nóng)貿(mào)市場購買新鮮山藥，無病蟲斑、大小均一。PE保鮮袋購于石家莊誠勝塑業(yè)，長寬為16 cm×26 cm，厚度為60 μm。

聚乙二醇辛基苯基醚、愈創(chuàng)木酚、聚乙二醇6 000，分析純，重慶北碚化學(xué)試劑廠；30% H2O2、鄰苯二酚、聚乙烯吡咯烷酮，分析純，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 主要儀器設(shè)備

UltraScan?PRO測色儀，美國HunterLab公司；HI650R 臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀；UV-2450PC紫外可見分光光度計，日本島津公司；DDS-307A電導(dǎo)率儀，上海雷磁公司； RXZ-800B智能人工氣候箱，寧波東南儀器有限公司；SP-756P紫外可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 處理方法

將新鮮懷山藥去皮，以1.5 cm厚度切塊，清水浸泡后用紗布吸干表面水分。按表1處理方式分別進行微波處理，然后將鮮切山藥以(100±5)g為貯藏單位放入PE保鮮袋，放置于溫度為(4±1)℃、濕度為90%～95%的氣候箱中，每個處理重復(fù)3次，指標(biāo)間隔測定時間為3 d。

表1 實驗處理組別Table 1 Experimental processing group

1.3.2 亮度測定[13]

用色差計測定鮮切山藥表面亮度，選取產(chǎn)品中央部位進行測定，每個處理組隨機選取 3片，測量正反面各3個點，求其平均值，結(jié)果以L*值表示。L*的值越大，表示鮮切懷山藥表面白度亮度越大，褐變程度越小，反之亦然。

1.3.3 褐變度測定[14]

選用消光值法。隨機取 2 g山藥樣品(包含鮮切山藥內(nèi)部與表面)于 4 ℃研磨勻漿，加入蒸餾水20 mL，在4 ℃條件下，以4 000 r/min離心 10 min，取上清液于 25 ℃保溫5 min，在410 nm波長下測定吸光度，結(jié)果以A410×10 體現(xiàn)。

1.3.4 多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)活性測定

POD、PPO活性采用曹建康等[15]的方法。

1.3.5 電導(dǎo)率測定[15]

采用打孔器取出直徑10 mm山藥，快速將其置于燒杯中，每組5 g，再加入40 mL去離子水,蓋上保鮮膜置于 25 ℃下浸泡處理 1 h，測定浸提液電導(dǎo)(R1),將山藥浸提液沸水浴加熱 30 min,冷卻到室溫后搖勻,再次測定浸提液電導(dǎo)(R2)。用R1/R2×100%表示。

1.3.6 水分含量測定[15]

迅速隨機取山藥裝入稱量皿中，稱取鮮質(zhì)量mF。將產(chǎn)品放入烘箱中在100～105 ℃殺青10 min,然后將產(chǎn)品在70～80 ℃下烘至恒重。取出裝有山藥的稱量皿，放入干燥器中冷卻至室溫，稱重(mD)。重復(fù)3次,如公式(1)。

(1)

1.3.7 失重率測定[13]

測量每袋山藥貯藏前質(zhì)量和貯藏后質(zhì)量。

1.3.8 感官評價

參考王梅[13]方法,由 3名專業(yè)人員根據(jù)產(chǎn)品的外觀、質(zhì)地、顏色情況等進行感官評價，每 3 d評定一次，感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官指標(biāo)級別標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Indicators of sensory index of fresh-cut yam

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)用Origin 8軟件進行制圖，采用SPSS 22軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及Duncan多重比較，顯著性水平為0. 05。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波處理對山藥亮度的影響

L*的大小取決于測定物體的表面反射率,反映樣品表面的亮度,L*值越大則樣品表面越白亮[16]。圖1顯示，在15 d之內(nèi)，對照組(CK)山藥的L*一直處于最低狀態(tài)，且下降趨勢顯著，而其余3組微波組L*下降速率緩慢，其中300、500 W處理組相較于100 W處理組，能夠更好保持山藥的亮白色澤，貯藏第12天，100 W處理組就與其余兩組之間差異顯著(P<0.05)。圖1顯示，山藥亮度值不斷減小，其原因可能是在儲藏前期受到機械損傷，在儲藏后期則快速衰老，破壞了細(xì)胞完整性，致使酚類物質(zhì)和酶加快接觸，加速酶促褐變的發(fā)生[17]。貯藏第6天，L*有一個輕微上升趨勢與整體下降態(tài)勢存在差異，可能是因為山藥失水，導(dǎo)致山藥表面產(chǎn)生了泛白現(xiàn)象。郭超[11]用微波處理雷筍也得出能夠維持L*值的結(jié)果，說明適宜功率微波能夠維持鮮切山藥的L*，保持亮白色澤。

圖1 不同功率微波對鮮切懷山藥L*的影響Fig.1 Effect of different power microwave treatment on L* of fresh-cut yam

2.2 微波處理對山藥褐變度的影響

褐變是限制鮮切山藥儲藏期的主要因素，山藥褐變會使其商品價值及營養(yǎng)價值均快速下降[18]。本實驗測定的是整塊鮮切山藥的褐變程度，旨在通過褐變度指標(biāo)衡量山藥切塊的整體品質(zhì)。由圖2可知，鮮切山藥的褐變程度與日漸增，其中未處理組(CK)山藥的褐變率上升極快速，3組處理組在前期褐變率上升緩慢，在貯藏12 d時，100 W處理組山藥褐變率陡增，可能是微波功率過低導(dǎo)致相關(guān)褐變酶鈍化不足，后期山藥褐變快速，而其余2組微波組在15 d內(nèi)一直與未處理組差異極顯著(P<0.01)，表明適當(dāng)微波對抑制鮮切懷山藥褐變有較顯著表現(xiàn)。

圖2 不同功率微波對鮮切懷山藥褐變度的影響Fig.2 Effect of different power microwave treatment on browning rate of fresh-cut yam

微波對鮮切山藥褐變的抑制，可能是因為微波處理能夠維持山藥完整的膜系統(tǒng)，使褐變酶與酚底物分布在不同區(qū)域，減少接觸，同時又通過微波高溫、微波破壞蛋白高級結(jié)構(gòu)、蒸發(fā)水分以降低水分活度等方式抑制了褐變相關(guān)酶活性，從而延緩其褐變，延長儲藏期。

2.3 微波處理對山藥多酚氧化酶的影響

被公認(rèn)為引起酶促褐變的主要酶是PPO，它可在氧氣的作用下將果蔬中酚類物質(zhì)氧化為醌，再通過后續(xù)反應(yīng)聚合為褐色素，導(dǎo)致褐變發(fā)生[19]。如圖3所示，儲藏期內(nèi)鮮切山藥的PPO活性變化趨勢先為上升，在第6天達(dá)到酶活性最大值，此時未處理組酶活性達(dá)到最高值0.436 6 ΔOD420/(min×g)。在后續(xù)9 d中酶活性為下降趨勢，且未處理組酶活性普遍高于處理組，在貯藏15 d，CK組與3組處理組差異極顯著(P<0.01)。另外，在儲藏期內(nèi)，100 W處理組山藥PPO酶活性高于其余2組處理組，第3天，300 W和500 W處理組酶活性驟減，而100 W處理組酶活性則小幅的上升，說明微波功率大小對抑制酶活性效果有較大影響，高功率微波更能抑制PPO活性。

圖3 不同功率微波處理對鮮切山藥PPO活性的影響Fig.3 Effects of different power microwave treatments on PPO activity of fresh-cut yam

微波對PPO酶活性的抑制是通過非熱效應(yīng)和熱效應(yīng)的綜合作用。非熱效應(yīng)作用是通過微波高頻率能量破壞了維持酶蛋白高級結(jié)構(gòu)的次級鍵，熱效應(yīng)作用則是微波引起產(chǎn)品內(nèi)部極性分子摩擦生熱，使酶蛋白高溫變性，紊亂酶功能甚至使其失活[20]。本實驗中PPO酶活性在貯藏期間先升后降的變化趨勢同杜運鵬[21]研究相似，此外，有研究表明微波能夠抑制蒲菜和牛蒡PPO活性[22-23]。本實驗中高功率微波能更好抑制PPO活性的趨勢同PALMA-OROZCO[9]研究結(jié)果相同。

2.4 微波處理對山藥過氧化物酶的影響

切割會破壞果蔬酚酶區(qū)域化，使其更易發(fā)生褐變[24]。在H2O2存在條件下，POD能迅速氧化酚類物質(zhì)，致使果蔬褐變[19]。圖4顯示在儲藏期間POD活性不斷攀升，儲藏9 d后，各組酶活性陡增，且未處理組酶活性普遍高于處理組，在第6、12和15天，都與處理組形成了極顯著性差異(P<0.01)。除此之外，微波功率越高，其抑制POD活性效果越好，延緩褐變效果越佳，若微波功率過低，滅酶效果不夠，容易在后續(xù)貯藏期間發(fā)生酶促褐變。

圖4 不同功率微波處理對鮮切山藥POD活性的影響Fig.4 Effects of different power microwave treatments on POD activity of fresh-cut yam

許多學(xué)者也研究過微波對POD酶活性的影響，張慧君等[25]研究發(fā)現(xiàn)微波能夠鈍化馬齒莧POD酶活性。MARíA在對獼猴桃果泥進行微波處理時發(fā)現(xiàn)POD酶活性被鈍化[26]。有研究發(fā)現(xiàn)微波能夠減小香蕉PPO和POD酶活性[27]。

2.5 微波處理對山藥電導(dǎo)率的影響

果蔬的相對電導(dǎo)率可以反應(yīng)其膜系統(tǒng)受傷害程度大小，果蔬組織細(xì)胞膜受到損傷時，容易導(dǎo)致電解質(zhì)滲出，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率升高[28]。電導(dǎo)率隨著儲藏時間的延長呈上升趨勢，這表示鮮切山藥的膜脂過氧化程度不斷加劇。如圖5所示，儲藏第3天，300 W處理組和500 W處理組鮮切山藥的電導(dǎo)率略高于未處理組，可能是微波功率過高對山藥膜系統(tǒng)造成了一定的損壞，但后期相較于未處理組，3組處理組都保持了較低的電導(dǎo)率，在儲藏第15天，未處理組與100 W和300 W處理組形成了顯著性差異(P<0.05),說明微波處理能在一定程度上維持貯藏期間山藥的膜完整性，這可能是通過降低鮮切山藥生理作用,延緩衰老所造成的。而CK組在12 d以后電導(dǎo)率變化緩慢，可能是因為嚴(yán)重衰老的山藥已經(jīng)失去生理活性。

伍曉聰研究發(fā)現(xiàn)微波處理能夠在一定程度上維持細(xì)胞膜完整性[29]。微波能夠維持細(xì)胞膜完整性，可能是因為微波熱效應(yīng)能刺激產(chǎn)品產(chǎn)生抗性，能刺激細(xì)胞產(chǎn)生自由基清除劑多胺，強化具有清除活性氧功能的酶類，減少活性氧含量，從而減緩其膜脂過氧化進程[30]。

圖5 不同功率微波處理對鮮切山藥電導(dǎo)率的影響Fig.5 Effect of different power microwave treatment on the conductivity of fresh-cut yam

2.6 微波處理對山藥水分含量的影響

圖6顯示，在儲藏期間山藥的水分含量不斷減少。100 W和300 W處理組山藥水分含量下降較為緩慢，對照組和500 W處理組山藥在9 d以后極速下降，儲藏第12天，500 W處理組與其余3組之間差異顯著(P<0.05)。前期經(jīng)100 W微波處理的山藥水分含量低于CK組，這可能是微波處理造成一定的失水，但微波效率不足致使鮮切山藥的生理作用沒有得到強烈抑制，反而使得100 W失水多于對照組， 500 W微波組水分含量過低可能是因為微波功率過大，使得水分大量被蒸發(fā)，而300 W一直維持較高的水分含量，說明只有選擇適當(dāng)?shù)奈⒉üβ剩拍茌^好地維持鮮切山藥的含水量，從而保持良好的口感和商用價值。

圖6 不同功率微波處理對鮮切山藥水分含量的影響Fig.6 Effect of different power microwave treatment on moisture content of fresh-cut yam

在微波作用下水的損失量一般高于固形物的損失，這是因為水分子吸收了大部分超高頻電場能量[25]。有研究認(rèn)為，微波功率適當(dāng)時，能夠使鮮切山藥保持一定的水分含量，這可能是因為微波能減緩其生理作用，減少水分的蒸發(fā)與利用。而高功率微波作用下，果蔬組織結(jié)構(gòu)受到破壞，其持水力不似從前，且水分子運動加劇，原本相對固定的吸附水和結(jié)合水被釋放，加快水分蒸發(fā)，水分損失率自然也增加[31]。因此，在選擇微波參數(shù)時要綜合考慮抑制褐變效果和維持水分含量等多種因素。

2.7 微波處理對山藥失重率的影響

收獲后的果蔬仍具有生理特征，不斷進行呼吸作用，消耗原本儲存的營養(yǎng)物質(zhì)是其唯一的供能方式，在這個過程中大量物質(zhì)被氧化分解，果蔬質(zhì)量下降，因此失重率是一個影響果蔬儲藏期的重要因素。本實驗中，山藥的外形、營養(yǎng)成分、口感等指標(biāo)會直接受到其失重率的影響。在貯藏過程中山藥的失重率如圖7所示呈上升趨勢。100 W處理組山藥的失重率最低，而其余2組山藥在前期貯藏過程中失重率高于對照組，結(jié)合圖6水分含量的變化趨勢，可能是微波功率大，產(chǎn)生的熱量多，加速鮮切山藥的生理活動，促使了鮮切山藥營養(yǎng)物質(zhì)和水分的散失。儲藏第15天時，500 W處理組與其余3組之間差異顯著(P<0.05)，而300 W處理組與對照組失重率相近，因此，推測知500 W微波功率容易對鮮切山藥造成營養(yǎng)流失，而100 W和300 W功率較為適宜，在一定程度上能夠維持鮮切山藥較低的失重率。

圖7 不同功率微波處理對鮮切山藥失重率的影響Fig.7 Effect of different power microwave treatment on weight loss rate of fresh-cut yam

楊艾青等[32]研究番茄保鮮時，發(fā)現(xiàn)微波對抑制果蔬失重有不同的影響，要選擇恰當(dāng)?shù)奈⒉〞r間，微波時間過長容易起反作用。這與本實驗中不同功率微波會對鮮切懷山藥失重產(chǎn)生不同影響的這一現(xiàn)象有著相似的結(jié)果。

2.8 微波處理對山藥感官評價的影響

對鮮切懷山藥最直觀的評價就是對其進行感官評價(圖8)，從山藥顏色、質(zhì)地和腐爛程度進行綜合評分，感官評價是限制山藥貨架期的主要因素。在15 d的貯藏期內(nèi)，山藥的感官評價數(shù)值不斷減小，且儲藏后期的感官質(zhì)量下降速率更大。在整個貯藏期內(nèi)，對照組與3組處理組存在極顯著差異(P<0.01)，儲藏第9天時，對照組的山藥感官評價值為78.63，已經(jīng)失去了食用價值。3組處理組在前9 d保鮮效果相似，在儲藏第12天及以后，300 W微波組與其余2組微波組存在極顯著差異(P<0.01)，由此可見，微波功率300 W、處理時間80 s是最優(yōu)的微波處理參數(shù)，能夠抑制鮮切山藥的褐變，使山藥在15 d時仍然保持較好的感官品質(zhì)，如圖9所示，B組山藥在15 d時維持最亮白的色澤。

A-100 W;B-300 W;C-500 W圖8 不同功率微波處理對鮮切山藥感官評價的影響Fig.8 Effect of different power microwave treatment on sensory evaluation of fresh-cut yam

圖9 第15天4組山藥色澤對照圖Fig.9 The different color results of 4 groups on 15th day

3 結(jié)論

褐變是限制鮮切懷山藥貯藏期的主要問題。本研究表明，100、300、500 W三種微波功率分別處理鮮切山藥80 s都能夠抑制褐變相關(guān)酶PPO和POD的活性，維持鮮切山藥的表面亮度及山藥本身的乳白色澤，降低整體褐變率，維持良好的商品及營養(yǎng)價值。此外，微波能較好維持山藥膜系統(tǒng)的完整性，降低細(xì)胞液的滲透，然而微波功率不足會導(dǎo)致護色效果不顯著，功率過高又容易引起產(chǎn)品營養(yǎng)和水分的損失，所以在達(dá)到抑制褐變效果的同時，要控制微波功率和時間在適當(dāng)?shù)姆秶１狙芯恐?00 W處理組由于褐變酶活性抑制效果不徹底，導(dǎo)致后期褐變加速；而500 W處理則使山藥的失重率大幅上升、水分含量降低，因此，本實驗結(jié)果顯示微波功率300 W，微波時間80 s效果最優(yōu)，能夠延長山藥保鮮時間至15 d。