貨架陳列期間光照處理對鮮切芹菜葉品質的影響

王瑞琪1,2,時 月1,3,馬 越1,2,王宇濱1,3,趙曉燕1,2,張 超

(1.北京市農林科學院蔬菜研究中心,北京 100097;2.果蔬農產品保鮮與加工北京市重點實驗室,北京 100097;3.農業農村部蔬菜產后處理重點實驗室,北京 100097;4.農業農村部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室,北京 100097)

芹菜是傘形科植物,富含蛋白質、碳水化合物、胡蘿卜素、B族維生素、鈣、磷、鐵、鈉等成分,深受消費者喜愛[1]。鮮切芹菜葉是將新鮮芹菜葉經過揀選、切分、清洗、消毒和包裝等處理得到的即食產品,省去了消費者分揀和清洗的時間。研究顯示通過1-MCP保鮮、氣調包裝、組合清洗劑、臭氧水消毒、生物保鮮劑、多層微孔包裝、γ-射線輻照等加工技術均有效延長鮮切芹菜葉的貨架陳列期[2]。但是,鮮切芹菜葉在貨架陳列期間受到冷藏柜內白色日光燈管照射,會出現失水萎蔫和黃化現象。因此,貨架陳列期間的光照是影響其品質的重要因素。光照處理是在冷藏柜陳列期間采用特定波長的光源對產品進行照明,研究顯示適當的光照處理對果蔬貨架期品質保持具有積極作用,包括在降低鮮切木瓜中微生物數量[3]、提高鮮切西蘭花的品質[4]、維持豇豆水分和可溶性固形物含量[5]、降低西瓜水漬化損傷[6]等方面效果顯著。

本研究以鮮切芹菜葉為原料,在貨架期陳列期間使用紅色、綠色和藍色光代替現有的白色光進行照明,評價樣品在貨架期失重率、顏色、風味以及感官品質等特征的變化,以建立適用于鮮切芹菜葉的冷藏柜陳列環境,為延長鮮切芹菜葉貨架期提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芹菜 北京果香四溢水果超市(曙光花園店);聚乙烯袋(40 cm×30 cm,厚度為10 μm) 煙臺祺林包裝制品有限公司;磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、鉬酸銨、草酸-EDTA、硫酸、偏磷酸-乙酸緩沖液、三氯乙酸、硫代巴比妥酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、丙酮、次氯酸鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;熒光素鈉、APPH、TROLOX 分析純,Sigma-Aldrich有限公司。

MRF-40GWSR1商用陳列柜 北京二商福島機電;T8分體型紅、綠、藍、白LED燈管,規格1.2 m,18 W 中山市藍鯊照明有限公司;TA-XT plus質構分析儀 英國Stable Micro System公司;PEN3電子鼻 德國Airsense分析儀器有限公司;CM-3700臺式分光測色儀 KONICAMINOLTA有限公司;Spectra Max I3熒光光譜儀 美國Molecular Devices LLC.;Sigma 3-18K冷凍離心機 德國Sigma公司;UV-1800紫外分光光度儀 日本Shimazu有限公司;EOS450D型數碼相機 日本佳能公司;ME204分析天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司;HR1604飛利浦手持式攪拌機 飛利浦香港電子有限公司;HSTH3熱封儀 濟南蘭光機電技術有限公司;TES-1339R Data Logger光通量儀 德生電器有限公司(中國臺灣);D500美能達照度計 日本美能達科技有限公司。

1.2 鮮切芹菜葉的制備

將新鮮芹菜進行分揀,去除破損和萎蔫部分,從芹菜主莖上剪取芹菜葉片,每2～4個葉片為一份樣品。使用流動自來水沖洗芹菜葉片表面的泥土,然后以質量比為1∶5的比例將芹菜葉片進行殺菌清洗,清洗液為100 mg/L,pH6.5的次氯酸鈉溶液,清洗5 min,使用純水漂洗,用離心脫水機在100 r/min離心5 min。使用熱封儀進行常壓包裝,聚乙烯袋的裝載量為50 g/袋。上述生產過程在環境溫度為10 ℃的潔凈空間進行。

1.3 光照處理

光照處理共設置4個處理組,分別采用白光(對照CK組)、紅光、藍光和綠光進行處理。具體是將包裝好的鮮切芹菜葉平鋪放置于4 ℃的雙開門冷藏柜中,冷藏柜共有4層,從上到下分別使用白色、紅色、藍色和綠色LED燈進行光照處理,層與層之間放置隔板避免光污染,冷藏柜外面維持30 Lux的基礎照明。將樣品放入冷藏柜后,每12 h將樣品翻面一次,在貯藏的第5 d測定樣品重量、顏色等品質。

1.4 光源特性的測定

光源光譜和顏色的測定參考時月等[6]的測定方法,將照度計探頭置于聚乙烯袋內部,與樣品的實際高度和溫度保持一致。光源光譜的采集在360～780 nm范圍內。光源顏色使用Yxy空間表示,Y表示亮度,x和y是從3刺激值XYZ中計算出來的色度值,見計算公式(1)。照度的純度為白點和樣品的距離除以白點和光譜點之間的距離。

式(1)

式中:X、Y和Z分別為樣品在CIE-RGB系統的中光譜3刺激值和色度坐標R、G和B的絕對值。

光源強度使用光通量儀測定。將光通量儀置于聚乙烯袋內部,與樣品的實際高度和溫度保持一致測定光源強度。

1.5 失重率、外觀和顏色的測定

失重率:為樣品貯藏前后的質量差與貯藏前質量之比。

外觀:在攝影室中,將樣品隨機放置于白色盤子中,固定相機曝光參數,由上向下俯視拍攝樣品。

顏色:將樣品使用飛利浦手持式攪拌機打漿后,使用冷凍離心機在4 ℃下8000 r/min離心10 min,上清液置于比色皿中,用分光測色儀(全反射模式)測定樣品L*、a*和b*,并計算ΔE值。

1.6 葉綠素含量測定

取樣品50 g,使用飛利浦手持式攪拌機打漿后,準確稱取0.5 g,轉移至25 mL具塞比色管中,準確加入25 mL丙酮溶液,在4 ℃環境,震蕩6 h后,使用濾紙過濾到50 mL棕色容量瓶中,取濾液用分光光度計分別于645和663 nm波長測定其吸光度值,以丙酮作空白對照試驗,葉綠素含量計算參考文獻[7](公式2)。

式(2)

式中,ρT(mg/L)=20.19×A645+8.05×A663;V-容量瓶體積,mL;N-稀釋倍數;W-樣品質量;1000為1 L=1000 mL的換算系數。

1.7 相對電導率的測定

取樣品50 g,使用飛利浦手持式攪拌機打漿后,準確稱取0.6 g置于三角瓶中,加150 mL蒸餾水攪拌均勻,測定電導率P0,放置20 min后測電導率P1,然后煮沸10 min,冷卻至室溫,加水至原始刻度,靜置10 min后,測其電導率P2,重復3次取平均值。相對電導率(P)的計算參考文獻[8](公式3)。

式(3)

式中,P-相對電導率,%;P0-初始電導率,us/cm;P1-靜置后電導率,us/cm;P2-煮沸后電導率,us/cm。

1.8 丙二醛含量的測定

取樣品50 g,使用飛利浦手持式攪拌機打漿后,準確稱取10 g與磷酸緩沖液20 mL均勻混合,在4 ℃環境下,13000×g離心20 min,取上清液。在1.5 mL上清液中加入2.5 mL 含有0.5%硫代巴比妥酸的5%三氯乙酸溶液,沸水水浴15 min,冷卻,過濾。取上清液在波長為532和600 nm下測其吸光值。樣品中丙二醛(MDA)含量計算參考文獻[8](公式4)。

MDA(nmol/g)=(OD532-OD600)×172.04

式(4)

式中:MDA-丙二醛含量,nmol/g;OD532-532 nm波長下吸光值;OD600-600 nm波長下吸光值。

1.9 氧自由基吸收能力的測定

氧自由基吸收能力(Oxygen radical absorbance capacity,ORAC)是測試食品藥品中抗氧化物含量的國際通用標準單位,ORAC值越高,抑制自由基的抗氧化能力就越強。該方法已經成為行業內評價產品抗氧化能力公認的方法[9]。將芹菜葉打漿離心,用磷酸緩沖液配置成0.05 mg/mL,作為樣品溶液。然后吸取熒光素鈉稀釋液200 μL于96孔板中,隨后加入0.05 mg/mL上述樣品溶液20 μL振蕩5 min,37 ℃溫育10 min后迅速加入2-脒基丙烷液20 μL啟動反應。使用熒光光譜儀以激發波長485 nm,發射波長535 nm進行測定并記錄熒光值,反應過程中每隔30 min測定一次熒光值。樣品的ORAC值的計算參考前人的方法[9],以Trolox當量表示。

1.10 電子鼻測定

取樣品50 g,使用飛利浦手持式攪拌機打漿后,使用冷凍離心機在4 ℃下8000 r/min離心10 min,將上清液置于3個頂空進樣瓶中,待室溫25 ℃下平衡5 min后直接將進樣針頭插入樣品瓶,采用頂空吸氣法進行電子鼻分析實驗。測定條件:傳感器清洗時間100 s、傳感器歸零時間5 s、樣品準備時間5 s、進樣流量300 mL/min,檢測時間200 s。完成1次檢測后系統進行清零和標準化,然后再進行第2次頂空采樣。統計分析10個不同選擇性傳感器的G/G0值。采用主成分分析表征樣品之間的差別。

1.11 感官評價方法

感官評價小組由12名評價員組成,8名女性,4名男性,均為本團隊具有感官評價經驗的工作人員。在評價前向感官評價員介紹此次評價的目的和評分標準。感官評價采用9分制評價方法,包括樣品顏色、萎蔫度和香氣,最終的感官評分值由上述三個部分加權計算獲得。由于顏色和香氣與鮮切芹菜葉感官評分值關系更加密切,分別賦予顏色、香氣和萎蔫度40%、40%和20%的權重,即感官評分值=顏色分值×40%+香氣分值×40%+萎蔫度分值×20%。在評價過程中,將樣品隨機送給評價員,評價員按標準對樣品進行打分,工作人員加權計算感官評價分值。

表1 鮮切芹菜葉感官評分標準Table 1 Sensory scoring criteria offresh-cut celery leaves

1.12 數據處理

試驗重復3次,結果以平均值±標準偏差表示,使用統計分析軟件DPS 7.05進行處理,Ducan’s新復極差法進行顯著性分析。采用Origin 8.0軟件繪制圖像。

2 結果與分析

2.1 光源特性

圖1顯示光照處理中光源的特性。圖1A顯示紅光、綠光和藍光處理中光源80%的能量分別集中于620～650、510～530和450～470 nm,無重合部位,而白光80%的能量與紅光、綠光和藍光均有重合部位,證明4種光源的特征性明顯,差別明顯。圖1B赫姆霍茲圖顯示出紅光和藍光光源均位于638和442 nm的主波長軌跡上,純度接近100%,進一步驗證了上述光譜能量分布無重合的結論,而綠光的補充波長位于520 nm,純度為86.4%;與紅光、綠光和藍光不同,白光位于黑體軌跡上,顯示出日光光譜特征。白光、紅光、綠光和藍光光源強度分別為(2939.7±155.6)、(1104.7±55.7)、(2977±181.5)和(155.1±15.3) Lux。因此,紅光、綠光和藍光處理的光譜特征差別顯著。

圖1 光源光譜分布圖(A)和赫姆霍茲圖(B)Fig.1 Spectral distribution(A)andHelmholtz plot(B)of the light sources

2.2 光照處理對鮮切芹菜葉失重率的影響

圖2顯示光照處理對鮮切芹菜葉失重率的影響。在陳列期間,CK和藍光處理組失重率最大,分別是6.45%、6.67%,紅光和綠光處理組的失重率分別為4.59%和4.68%,分別比CK組降低了29.8%和28.4%。 CK組所在白光光譜范圍較寬,能量較高,貯藏過程中葉片表面積大,接受代謝的能量較高,加快了水分蒸騰的速度;藍光光源強度雖然最低,但在420～480 nm波段與白光重合,且輻照強度是白光同波段的4倍以上,對芹菜葉片表面失水率影響較大;紅光和綠光的光源強度雖然比藍光大,但其波長在480 nm以后,且對芹菜葉片表面失水率影響較小,可推斷影響貯藏期果蔬水分蒸騰與光源的輻照波段有關,且在420～480 nm范圍內影響最顯著。因此,紅光和綠光處理可以更有利于降低鮮切芹菜葉的失重率。

圖2 光照處理對芹菜葉失重率的影響Fig.2 Effect of light exposure treatments on weightloss rate of fresh-cut celery leaves注:圖中不同的小寫字母表示數據間具有顯著性差異(P<0.05),圖4～圖7同。

2.3 光照處理對鮮切芹菜葉中葉綠素含量的影響

圖3顯示光照處理對鮮切芹菜葉中葉綠素含量的影響。在冷藏柜陳列5 d后,紅光處理和CK組葉綠素含量最高,分別為1.153和1.133 mg/g,綠光和藍光處理組的葉綠素含量分別為0.957和0.857 mg/g,紅光處理組葉綠素含量最高,綠光和藍光處理分別比CK組降低了16.8%和25.5%,這與光照對鮮切生菜品質影響結果一致[10],原因可能在于綠光和藍光處理影響了葉綠素酶活性,從而引起葉綠素含量改變。

圖3 光照對芹菜葉中葉綠素含量的影響Fig.3 Effect of light exposure treatmentson chlorophyll content of fresh-cut celery leaves

2.4 光照處理對鮮切芹菜葉外觀和顏色的影響

圖4顯示光照處理對鮮切芹菜葉外觀的影響。從照片中可以看到在冷藏柜陳列5 d后,各處理組的樣品均出現黃化現象,其中藍光處理組部分葉片出現黃化現象、萎蔫程度最嚴重,其次是CK組,綠光和紅光處理組的黃化和萎蔫程度最低。葉菜的新鮮度主要與水分含量有關,對比失重率的結果發現,藍光處理和CK組失重率較大,且黃化、萎蔫程度嚴重;紅光和綠光處理失重率相對較低,且黃化和萎蔫程度較低。

圖4 光照處理對芹菜葉外觀的影響Fig.4 Effect of light exposure treatmentson appearance of fresh-cut celery leaves

表2進一步顯示光照處理對鮮切芹菜葉外觀顏色的影響。ΔE值反映的是綜合反映產品顏色差異的指標,從結果可以看出,紅光和綠光處理組ΔE值均顯著低于CK處理組,說明貯藏5 d后樣品外觀顏色變化不明顯;藍光處理組ΔE值顯著高于CK處理組,說明貯藏5 d樣品外觀顏色變化較明顯。因此,紅光和綠光處理有利于維持鮮切芹菜葉原有的顏色,而藍光處理則易引起鮮切芹菜葉的黃化。

2.5 光照處理對鮮切芹菜葉相對電導率和丙二醛含量的影響

相對電導率反映了樣品細胞內部電解質滲透情況,從而反映植物細胞壁破裂情況。丙二醛是膜脂過氧化作用的主要產物之一,從而反映樣品細胞膜衰老和破裂的程度[10],因此,相對電導率和丙二醛含量的提高均表示樣品的細胞壁破裂程度提高,表示細胞的衰老過程。圖5顯示光照處理對鮮切芹菜葉相對電導率和丙二醛含量的影響。藍光和綠光處理組的相對電導率顯著性高于CK處理組,而紅光處理組的相對電導率與CK組差異不顯著,該結論與Gómez等的結論一致[11];與相對電導率的變化規律相似,藍光和綠光處理組的丙二醛含量顯著性高于CK處理組,而紅光處理組的丙二醛含量與CK組差異不顯著。由此可以推斷藍光處理可顯著引起鮮切芹菜葉細胞衰老,而紅光有助于延緩細胞的衰老過程,維持鮮切芹菜葉的原有品質。

表2 光照處理對鮮切芹菜葉顏色的影響Table 2 Effect of light exposure treatments on color of fresh-cut celery leaves

注:表中同列不同小寫字母表示數據間具有顯著性差異(P<0.05)。

圖5 光照處理對鮮切芹菜葉相對電導率(A)和MDA含量(B)的影響Fig.5 Effect of light exposure treatmentson relatively conductive rate(A)and MDAcontent(B)of fresh-cut celery leaves

2.6 光照處理對鮮切芹菜葉抗氧化能力的影響

圖6顯示光照處理對鮮切芹菜葉抗氧化能力的影響。紅光和綠光處理組ORAC值分別為498和485 μmol/g,顯著高于CK組的ORAC值,分別比CK組提高了14.5%和11.5%。與本結論相似,使用2000 Lux的光照處理提高鮮切芹菜抗氧化能力80%左右[12]。該現象可能源于芹菜葉在受到光照后產生的抗逆反應激活了氧化還原通路,不同的光信號因子激活能力不同。研究者采用脈沖光對鮮切蘑菇進行處理,在陳列期第9 d,產品的抗氧化性能均有所提高[13],進一步印證了本文光照處理提高產品抗氧化性能的結果。因此,紅光和綠光處理提高鮮切芹菜葉抗氧化能力。

圖6 光照處理對鮮切芹菜葉ORAC的影響Fig.6 Effect of light exposure treatmentson ORAC value of fresh-cut celery leaves

2.7 光照處理對鮮切芹菜葉風味和感官特性的影響

電子鼻常用來辨別樣品風味之間的區別,研究者已經使用該設備對柑橘、草莓和菠菜等的新鮮度進行區分,取得了較好的區分度[14-16]。圖7A顯示光照處理對鮮切芹菜葉的風味的影響。主成分1和主成分2的方差分別為91.32%和7.59%,因此,主成分1和2對鮮切芹菜葉風味的貢獻率達到98.91%,可以表征其香氣特征。在主成分1的投影上,紅光處理組與CK處理組具有顯著性差異,而藍光和綠光處理組均有重疊部分;在主成分2的投影上,個處理組均與CK處理組重疊,均無顯著性差異。因此,藍光和綠光處理有利于維持芹菜原有的香氣。

圖7 光照處理對鮮切芹菜葉風味(A)和感官評價分(B)的影響Fig.7 Effect of light exposure treatments on flavor(A)and sensory evaluation value(B)of fresh-cut celery leaves

圖7B顯示在冷藏柜陳列5 d后,綠光處理組的感官評價值與CK處理組差異不顯著,而紅光和藍光處理組均顯著性低于CK處理組。紅光處理組的香氣評分較低,產生一些異味,與電子鼻的結果相一致;而藍光處理組主要是顏色和萎蔫度兩個方面評分較低,出現葉片黃化比例和萎蔫度較高的現象,也與前文的結論相一致。因此,綠光更加有效維持鮮切芹菜葉的感官品質。

3 結論

本研究在4 ℃貨架陳列期間,分別使用白光、紅光、綠光和藍光對鮮切芹菜葉進行光照處理5 d,以白光處理組作為CK組。結果發現綠光處理組鮮切芹菜葉的失重率比CK處理組降低了28.4%,并降低葉片黃化和萎蔫程度;綠光處理使鮮切芹菜葉的ORAC值達到485 μmol/g,比CK處理組提高了11.5%。因此,綠光處理更有利于保持鮮切芹菜葉原有的顏色、香氣和感官品質。另一方面,紅光處理組對鮮切芹菜葉的細胞損傷最小,并有效避免維持樣品中葉綠素含量降低,從而減緩樣品的黃化和萎蔫現象,但是顯著性影響樣品的風味。因此,下一步可以嘗試紅光和綠光組合光照處理對鮮切芹菜葉品質的影響,以期維持鮮切芹菜葉的貨架期品質。