生姜提取液對鮮切馬鈴薯貯藏品質的影響

胡泳華1,,孫鉑雅1,石寶旋1,陳巧玲1,林建城

(1.閩南師范大學生物科學與技術學院,福建漳州 363000;2.枇杷種質資源創新與利用福建省高校重點實驗室,福建莆田 351100)

馬鈴薯(SolanumtuberosunmL.)是一種高淀粉、高蛋白質、多維生素、低熱量的糧食和蔬菜,在人們日常生活中占有重要地位[1-2]。鮮切馬鈴薯能夠更廣泛便捷地應用于家庭、快餐業、零售或進一步加工,節省了時間,減少了產品的運輸費用和垃圾的處理費用。然而鮮切馬鈴薯極易發生褐變、營養物質流失等現象,嚴重影響其貯藏期間的感官品質和商品價值,限制了產品的貨架期[3]。褐變制約著馬鈴薯加工業的發展,因此采取有效的方法抑制或延緩褐變成為馬鈴薯加工中亟需解決的問題。

馬鈴薯在鮮切過程中,內源酚類底物在氧氣存在下被多酚氧化酶氧化成鄰醌,醌類物質再進一步氧化聚合成黑色素,導致馬鈴薯的褐變發生[4]。目前,馬鈴薯抗褐變保鮮的方法主要有物理方法和化學方法,物理方法有低溫[5]、燙漂[6]及隔絕氧氣[7]等,而物理方法可能會使得馬鈴薯質地軟化、風味降低,同時綜合成本較高[8-9];化學方法主要有抗壞血酸、檸檬酸、含硫化合物[10]等來控制馬鈴薯的褐變[11],而含硫化合物由于硫的殘留對人體的健康造成一定的影響而逐步被限制使用。因此,尋找一些天然、無毒害作用的物質來抑制馬鈴薯的褐變顯得十分重要。

生姜含有姜精油、姜辣素(姜酚、姜黃酮等)、二苯基庚烷等多種天然抗氧化成分,具有很強的抗氧化能力,是一種安全無毒的天然保鮮劑[12]。有研究生姜提取物應用在櫻桃番茄[13]、鮮切蓮藕[14]等果蔬的保鮮護色中,并且取得了良好的效果。而生姜提取物應用于鮮切馬鈴薯的保鮮中應用較少,趙東晗[15]研究了生姜醇提物和水提物對鮮切馬鈴薯感官品質、褐變的影響以及酪氨酸酶的抑制作用,發現醇提物處理過的馬鈴薯片感官品質最好。本研究將生姜提取液應用于鮮切馬鈴薯的防褐變保鮮中,通過測定失重率、褐變度、可溶性固形物含量、還原糖含量及多酚氧化酶(PPO)活力的變化得出最佳的生姜提取液的應用濃度,以期能夠獲得一種天然高效的護色防腐方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯 挑選新鮮無芽眼、無綠皮的;生姜 挑選飽滿新鮮,辛辣味淡,無病蟲害的,均購于漳州市永輝超市;酒石酸鉀鈉、葡萄糖、苯酚、氫氧化鈉、亞硫酸鈉、水楊酸、乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鄰苯二酚、3,5-二硝基水楊酸、聚乙烯吡咯烷酮等 均購于國藥集團化學試劑有限公司。

AR124CN型電子天平 奧豪斯儀器有限公司;DGG-9140B型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;FW100型高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;US6180D型超聲波清洗器 北京優晟聯合科技有限公司;RE-200A型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠;PC-610型色差計 上海精密科學儀器有限公司;TGL-20W型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司;MAPADA UV-1100型紫外-可見分光光度計 上海元析儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生姜提取液的制備 參照李偉鋒等[16]的方法制備生姜提取液。姜片清洗后切成5 mm厚放入干燥箱中,60～65 ℃烘干10～12 h,用粉碎機粉碎后,過100目篩。用稱量紙稱取一定量的生姜粉,在燒杯中按料液比1∶30 (g/mL)加入70%乙醇溶液,于80 ℃下90 Hz超聲提取60 min,分離上清液,三層紗布過濾殘渣,殘渣如前述方法再提取一次,合并兩次所得濾液。將濾液于4500×g離心10 min,取上清液65 ℃旋轉蒸發去除乙醇,所得膏狀物用無菌蒸餾水配制成質量濃度為1.0 g/mL供試原液。密封,4 ℃下保存備用。

1.2.2 生姜提取液處理鮮切馬鈴薯 取一定量1.0 g/mL原液,用無菌蒸餾水分別配制成0.05%、0.10%、0.50%、1.00%的生姜提取液,以無菌蒸餾水為對照,共設5個處理水平。馬鈴薯清洗干凈,去皮切5 mm厚片浸泡于處理液中15 min,用紗布瀝干后用聚乙烯保鮮袋包裝,在4 ℃下貯藏。以上各處理分別測定各項相關指標連續5 d,在第6 d時馬鈴薯表面褐變嚴重,出現黏液,已經失去商品價值。

1.2.3 相關指標的測定

1.2.3.1失重率測定 采用稱重法測定。以最初樣品質量(m0)與每次測定樣品質量(m1)之差占最初樣品質量的百分比表示。

失重率(%)=[(m0-m1)/m0]×100

1.2.3.2 褐變度測定 采用全自動色差儀進行測定,表色系統為ΔE(L*,a*,b*)。L*值的范圍為0～100,L*=0表示為黑色,L*=100表示為白色。a*值為+,則顏色偏紅,a*為-,則顏色偏綠。b*值為+,則顏色偏黃,b*值為-,則顏色偏藍。ΔE代表色差綜合偏差值[17]。

1.2.3.3 可溶性固形物測定 采用NY/T 2637-2014[18]折光儀法測定。取馬鈴薯片,切碎,研磨混勻,用四層紗布過濾得到勻漿液。使用手持式折光儀前進行調零,調零后,把勻漿過濾的樣品滴2滴在折光儀蓋板上,蓋上蓋板進行讀數。

1.2.3.4 還原糖測定 3,5-二硝基水楊酸比色法(DNS法)測定還原糖[19]。

繪制標準曲線:分別取葡萄糖標準液(1 mg/mL)0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于15 mL試管中,用蒸餾水補足至1.0 mL,分別準確加入DNS試劑2 mL,沸水浴加熱2 min,流水冷卻,用水補足到15 mL刻度,在540 nm波長下測定吸光度,以葡萄糖濃度為橫坐標,吸光值為縱坐標繪制曲線,得到方程為y=0.9306x+0.011,R2=0.9967。

樣品測定:取1 g馬鈴薯樣品定容至100 mL進行稀釋,取稀釋后的液體1.0 mL到15 mL刻度試管中,加2.0 mL DNS試劑,沸水煮2 min,流水冷卻后用水補足至15 mL,在540 nm波長下測吸光度。從標準曲線中查出葡萄糖mg/mL數,計算得出樣品中糖含量。

1.2.3.5 多酚氧化酶(PPO)活性測定 參考Lin等[20]的測定方法,取待測的馬鈴薯切片,切碎取5 g樣品,加入0.1 g聚乙烯吡咯烷酮(PVPP)到20 mL經4 ℃預冷的0.2 mol/L的磷酸提取緩沖液(pH6.0)中,冰浴研磨勻漿后,于4 ℃、10000 r/min離心20 min,取上清液為酶的粗提取液,低溫保存備用。將0.5 mL粗酶提取液加入到3 mL 0.5 mol/L的鄰苯二酚溶液中,加蓋迅速混勻,反應時間為2 min,每15 s記錄吸光度值(OD值)。計算每分鐘OD值變化,即ΔOD420 nm。酶活力單位定義為:在一定溫度、pH條件下1 mmol/L底物濃度每分鐘改變0.01吸光度所需的酶量為1個酶活力單位。

式中,ΔA為反應時間內吸光值得變化;W為試驗材料鮮質量(g);t為反應時間(min);D為稀釋倍數。

1.3 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2010軟件統計3次重復試驗的標準誤差,用均值±SD表示。用SPSS 18.0進行顯著性分析,采用Duncan’s法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯失重率的影響

鮮切馬鈴薯主要通過呼吸作用失水和干物質的消耗這兩個方面影響失重率。隨著時間的推移,水分流失后的鮮切馬鈴薯從外觀上變得裂縮,因此更好地保持鮮切馬鈴薯的水分不流失是使其延長貯藏期和貨架期的必要因素[21]。由圖1可知,在貯藏過程中對照組失重率始終高于處理組(P<0.05),貯藏5 d后失重率達到1.13%。處理組失重率也呈現上升趨勢,在前3 d內,各處理組鮮切馬鈴薯的失重率差別不大,貯藏5 d后,0.05%～1.00%生姜提取液處理的失重率分別為0.96%、0.86%、0.73%和1.09%。其中0.50%生姜提取液處理過的樣品失重率增加最為緩慢,并且第4 d和5 d失重率與對照組相比差異顯著(P<0.05),說明生姜提取液能抑制鮮切馬鈴薯呼吸作用失水和干物質的消耗,從而減輕鮮切馬鈴薯的失重率。

圖1 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯失重率的影響Fig.1 Effect of different concentrations of ginger extract on weight loss ratio of fresh-cut potato

2.2 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯褐變度的影響

褐變度可以最為直接地反應果蔬褐變的程度,ΔE值表征切割面總色差變化[22]。由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,鮮切馬鈴薯的褐變度不斷增加,對照組褐變度明顯大于生姜提取液處理的馬鈴薯。在貯藏期的前2 d,對照組與處理組的褐變度無顯著性差異。在第3～5 d的貯藏期中,對照組與處理組的褐變度有顯著性差異(P<0.05),其中0.50%生姜提取液處理組達到極顯著(P<0.01)。而各生姜提取液處理組的褐變度在第3 d差異不顯著,在第4 d和第5 d貯藏期中,0.05%和0.10%生姜提取液的褐變度沒有顯著性差異,0.50%生姜提取液的褐變度與其他處理組差異極顯著(P<0.01)。在第5 d對照組的ΔE為9.69,而0.50%生姜提取液處理組為6.71,說明對照組褐變嚴重。由于馬鈴薯經過切分后細胞中的酚類底物和酶相接觸,在氧氣存在條件下發生了褐變反應,而PE保鮮袋具有的透氣性,不能完全隔絕空氣,即使在低溫環境下,酶促褐變仍然在進行。而0.50%生姜提取液處理的馬鈴薯片在貯藏期間褐變度上升較為緩慢,說明生姜提取液可以抑制鮮切馬鈴薯的褐變,生姜提取液中可能含有可以抑制褐變的物質。Liu等[23]研究了馬齒莧提取物對鮮切馬鈴薯的保鮮作用,結果發現0.05%馬齒莧提取物作用的鮮切馬鈴薯維持較低的ΔE,褐變較少,提示馬齒莧提取物中可能含有可以抑制馬鈴薯褐變的物質。孟祥春等[22]研究發現氧化白藜蘆醇處理的鮮切馬鈴薯能較好的保持其色澤,同時能抑制多酚氧化酶和酪氨酸酶活性。

圖2 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯褐變度的影響Fig.2 Effect of different concentrations of ginger extract on browning degree of fresh-cut potato

2.3 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物的測定可以判斷果實中營養成分流失狀態。由圖3可知,在貯藏期間各組樣品的可溶性固形物含量總體表現為隨著貯藏時間的延長而呈現下降趨勢,呼吸作用和水分蒸騰作用是引起鮮切馬鈴薯可溶性固形物含量變化的主要原因,鮮切之后馬鈴薯受到機械損傷,呼吸作用會加劇,微生物也更容易侵入,而微生物代謝會引起組織變壞,致使可溶性固形物含量的下降[24-25]。0.50%生姜提取液處理組對保持鮮切馬鈴薯貯藏期間的可溶性固形物含量有較好的效果,貯藏第5 d仍可保持在4.82%的較高水平,而對照組在貯藏5 d只有4.26%,兩者相比具有顯著性差異(P<0.05),而各濃度生姜提取液處理組之間無顯著性差異。表明經生姜提取液處理可減少馬鈴薯切片中可溶性固形物的下降,降低鮮切馬鈴薯中營養物質的流失,這可能與生姜提取物可以抑制鮮切馬鈴薯表面微生物的生長有關[25]。

圖3 不同濃度生姜提取液對鮮切 馬鈴薯可溶性固形物含量的影響。Fig.3 Effect of different concentrations of ginger extract on soluble solid content of fresh-cut potato

2.4 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯還原糖含量的影響

鮮切馬鈴薯在貯藏過程中淀粉等會分解成還原糖,而還原糖容易與氨基酸、蛋白質和胺類物質發生美拉德反應,同時呼吸作用釋放出的CO2大量溶解于細胞質中,增加了細胞質的酸度,促進淀粉水解轉化成糖[26-28],所以延緩還原糖的上升，可有效地延緩鮮切馬鈴薯的衰老。由圖4可知,在貯藏期間對照組的還原糖含量一直處于升高狀態,而生姜提取液處理組的還原糖上升趨勢較為緩慢,與對照組存在顯著性差異(P<0.05)。在貯藏前2 d,處理組之間差異不顯著,第3 d開始,0.50%生姜提取液處理組與其它處理組之間差異顯著(P<0.05)。第5 d,對照組還原糖含量為16.83 mg/g,而0.50%生姜提取液處理組的還原糖含量為9.01 mg/g,與對照組相比,差異極顯著(P<0.01)。這可能是因為在低溫儲存條件下,呼吸作用和褐變引起塊莖中的淀粉“低溫糖化”,從而使還原糖含量增加[29-30],而處理組的還原糖含量上升趨勢較為緩慢,這可能是因為生姜提取物抑制了淀粉的轉化。0.50%生姜提取液處理過的鮮切馬鈴薯的還原糖含量維持較低,保鮮效果較好。

圖4 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯還原糖含量的影響Fig.4 Effect of different concentrations of ginger extract on reducing sugar content of fresh-cut potato

2.5 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯PPO活性的影響

PPO是參與酚類物質氧化成醌必需的酶類物質,是發生酶促褐變的重要原因,馬鈴薯經切分,酶和底物的區域化結構被打破,生理活動加劇,PPO活性升高,導致褐變[31-32]。由圖5可知,馬鈴薯切片的PPO活性隨貯藏時間的延長呈現上升的趨勢。在貯藏前2 d,對照組和處理組的PPO活性上升較緩慢,無顯著性差異,這可能是低溫抑制了酶活性[33],但是對照組的PPO活性始終高于處理組。從第2 d開始,酶活性上升的趨勢加快,到第5 d對照組的酶活力達到了57.90 U·min-1·g-1FW,0.50%生姜提取液處理組的酶活力為40.43 U·min-1·g-1FW,處理組與對照組相比差異顯著(P<0.05)。生姜提取液可以抑制鮮切馬鈴薯PPO酶活力的上升。Jing等[34]研究了殼聚糖和原花青素殼聚糖涂膜均可以抑制鮮切菠蘿中PPO酶活力的上升,降低鮮切菠蘿的褐變,維持較高的品質。Li等[35]發現在0.06% L-半胱氨酸,0.19%檸檬酸,0.09%抗壞血酸和130 W超聲處理下,鮮切馬鈴薯中PPO活性受到抑制,褐變減輕。趙東晗[15]發現生姜的水提物和醇提物均對酪氨酸酶有抑制作用,具有改善鮮切馬鈴薯的感官品質和抑制褐變的作用,主要與抑制酪氨酸酶活性有關,而且乙醇提取有利于生姜活性物質的溶出,效果更好,這與我們的研究結果相一致。

圖5 不同濃度生姜提取液對鮮切馬鈴薯PPO活性的影響Fig.5 Effect of different concentrations of ginger extract on PPO activity of fresh-cut potato

3 結論

本實驗采用不同濃度生姜提取物對鮮切馬鈴薯進行保鮮,其保鮮效果良好,降低鮮切馬鈴薯的失重率和褐變度,減緩了還原糖的上升速率,減少了可溶性固形物的損耗,有效抑制了PPO活性,較好地保持了鮮切馬鈴薯的品質,延緩了鮮切馬鈴薯的褐變。0.50%生姜提取液對鮮切馬鈴薯的防褐變保鮮效果最佳。經過處理后的鮮切馬鈴薯在第5 d維持較好的品質,而對照組在第5 d褐變嚴重,失去商品價值。本實驗得到最佳的生姜提取液的使用濃度,接下來可以采用生姜提取液復合涂膜或者復合抗氧化劑等對鮮切馬鈴薯的褐變保鮮做進一步的研究。本實驗制備的生姜提取液,成本低廉,使用操作簡便,而且安全可食,污染少,可作為天然果蔬保鮮劑。