復合保鮮液對鮮切山藥的護色保鮮作用

唐金蕾，陳媛媛，程代，王春玲

(天津科技大學 食品科學與工程學院，天津，300457)

山藥(DioscoreaoppositaThunb)，在西非、中美洲、加勒比海、太平洋島嶼和東南亞地區(qū)，是繼木薯和甘薯之后的第三大熱帶根莖作物[1]。因其含有較多的淀粉、蛋白質、氨基酸、糖類、維生素、尿囊素等營養(yǎng)成分以及生物活性物質[2-3]，具有增強免疫[4]、調理腸胃[5]、降血糖、降血脂[6]、抗氧化[7]、抗衰老[8]等功能，是一種藥食同源的蔬菜。其中尿囊素正作為外用制劑廣泛用于皮膚科臨床[9]。鮮切山藥作為一種新型山藥加工產品，以其便捷的特點被廣大消費者所喜愛。但是切開后的山藥在貯藏和加工過程中極易發(fā)生褐變腐爛，直接影響了外觀品質和內在風味[10-11]。因此，防止鮮切山藥的褐變反應就顯得尤為必要。常用的控制褐變方法主要從清除底物、隔絕氧氣和抑制酶活3個方面進行，清除底物存在一定的困難，可操作性較差，普遍使用的方法有：鈍化酶的活性(熱處理或加抑制劑)、改變酶的作用條件(如最適pH值)、隔絕氧氣、加吸氧劑、添加抗氧化劑及金屬離子螯合劑等[12]，篩選出一種簡單有效的保鮮方法成為熱點研究。

檸檬酸(citric acid，CA)是目前食品行業(yè)中被廣泛認可的酸味劑，可通過降低pH抑制相關氧化酶活性，從而抑制鮮切果蔬褐變，維持品質與風味。GB—2760《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》中規(guī)定各生產企業(yè)可根據(jù)產品的需求量添加使用檸檬酸，并未對殘留量進行明確規(guī)定?？箟难?ascorbic acid，AA)是一種還原劑，能夠將醌還原成酚類物質，進而作為一種有效的褐變抑制劑，GAO等[13]將抗壞血酸與25%(體積分數(shù))乙醇聯(lián)用，在4 ℃下MAP氣調包裝貯藏，能保持鮮切山藥的良好品質達14 d。L-半胱氨酸(L-cysteine，L-cys)作為一種具有生物活性的天然氨基酸，因其具有高效的褐變抑制作用，很多學者將其應用在鮮切果蔬的保鮮中[14]。NaCl是一種低價安全的食品添加劑，但少有研究報道其在鮮切農產品的褐變抑制作用。

本試驗以山藥為試驗材料，用檸檬酸、抗壞血酸、L-半胱氨酸和NaCl對鮮切山藥進行10 min處理，通過L9(34)正交試驗篩選出最佳復合保鮮液配比。以蒸餾水處理的鮮切山藥為對照組，探究復合保鮮液對鮮切山藥的保鮮效果，為改善鮮切山藥的品質提供參考與借鑒，以期改善山藥的保存與運輸，擴大山藥的消費市場，促進山藥產業(yè)的經濟發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

淮山藥，購于天津市濱海新區(qū)金元寶農貿市場，批次一致，形狀大小一致，表面無傷痕損傷，無蟲害侵蝕，品質較好；檸檬酸、L-半胱氨酸，食品級，天津市新欣化工廠；抗壞血酸，食品級，天津市化學試劑一廠；NaCl，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

CPA型分析天平，德國Sartorius公司；NR110型色差儀，上海鰲珍儀器制造有限公司；GY-4型硬度計，上海亞榮生化儀器廠；FJ300-SH型勻漿機，天津和清玻璃儀器廠；1-14型臺式離心機，德國Sigma公司；MULTISKAN GO型酶標儀，美國Thermo公司；KDN—O8B型凱氏定氮儀，北京森信實驗儀器有限公司；LC20A型高效液相色譜儀，島津(中國)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

選取大小均一、新鮮無腐爛、無蟲害侵蝕、無機械傷痕的淮山藥，用清水沖洗去除表面淤泥，于質量分數(shù)2%的次氯酸鈉溶液中浸泡2 min，取出瀝干、去皮，切成5 cm的山藥段備用。

1.2.2 單因素試驗

選取質量分數(shù)為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的檸檬酸，質量分數(shù)0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的抗壞血酸，質量分數(shù)0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1% 的L-半胱氨酸，質量分數(shù)0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%的NaCl進行單因素試驗。將切好的5 cm山藥段置于不同濃度的單一保鮮液(對照組置于清水中)浸泡10 min，取出瀝干，真空包裝后置于4 ℃的冰箱內貯藏。每隔1 d進行褐變度測定，測量10 d。

1.2.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取表1的保鮮液進行L9(34)正交試驗設計，試驗處理方法同單因素試驗，以貯藏至10 d的褐變度指標作為貯藏效果的評價指標，優(yōu)選出最佳的復合保鮮液配方，進行后續(xù)指標測定。

表1 L9(34)保鮮液因素水平表 單位：%

1.2.4 指標測定

1.2.4.1 失重率測定

采用稱重法[15]測定。

式中：m1,第1天鮮切山藥的質量;m2,第N天鮮切山藥的質量。

1.2.4.2 硬度測定

采用GY-4型果實硬度計測定，在山藥段上均勻選取4個點進行硬度測定，記錄硬度值，計算平均值。

1.2.4.3 色差值測定

采用NR110型精密色差儀測定，在山藥段上均勻選取4個點進行色差測定，記錄L*值計算平均值。

1.2.4.4 褐變度測定

采用消光值法，稱取新鮮待測山藥2 g，放入50 mL離心管內，按照1∶10(g∶mL)的比例加入蒸餾水，使用勻漿機打碎并混合均勻，然后放置到離心機內冷凍離心5 min(4 ℃，10 000 r/min)。取上清液于25 ℃水浴鍋中保溫5 min，使用分光光度計在410 nm下測定其吸光度，褐變度結果用10×A410 nm進行表示。

1.2.4.5 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量測定

采用硫代巴比妥酸法[16]。

1.2.4.6 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)酶活性測定

采用鄰苯二酚法[17]。

1.2.4.7 過氧化物酶(peroxidase, POD)酶活性測定

采用愈創(chuàng)木酚法[17]。

1.2.4.8 苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase, PAL)酶活性測定

采用苯丙氨酸法[17]。

1.2.4.9 總酚含量測定

采用福林-酚比色法[18]。

1.2.4.10 水分含量測定

采用直接干燥法，參照食品安全國家標準GB 5009.3—2016。

1.2.4.11 蛋白質含量測定

采用凱氏定氮法[19]。

1.2.4.12 淀粉含量測定

采用蒽酮比色法[20]。

1.2.4.13 尿囊素含量測定

采用高效液相色譜法[21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)顯著性差異分析(P<0.05)，Origin 9.0繪圖軟件進行數(shù)據(jù)圖表制作。除特殊說明外，所有數(shù)據(jù)均為3次重復試驗的平均值和標準誤差。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

山藥經切分后，組織結構發(fā)生損傷，細胞完整性遭到破壞，使酚類物質與PPO和POD接觸反應，發(fā)生酶促褐變。褐變度是除感官指標之外，最能直接反應鮮切山藥褐變的理化指標。如圖1所示，隨著貯藏時間延長，鮮切山藥褐變程度加深，褐變度整體呈現(xiàn)升高趨勢，但保鮮液處理后的褐變度增長速度始終低于對照組，說明各保鮮液均能延長鮮切山藥的貨架期。不同保鮮液對褐變度的抑制效果不同，各保鮮液的不同濃度處理對褐變度的抑制效果也不相同。

a-CA;b-AA;c-L-cys;d-NaCl圖1 各保鮮液對鮮切山藥褐變度的影響Fig.1 Effect of preservative solution on browning degree of fresh-cut yam

由圖1-a可知，貯藏至第10天時，質量分數(shù)1.5%、2%、2.5%檸檬酸對褐變度抑制效果最好，分別降低了14%、15%和14%，且各濃度的加入量均符合國標。由圖1-b可知，經抗壞血酸處理后的鮮切山藥在前6 d增長速度緩慢，6 d之后增長速度加快，但始終低于對照組，其中抗壞血酸質量分數(shù)為0.6%、0.8%、1%時抑制效果最好。由圖1-c可知，當添加L-半胱氨酸時，濃度過低或過高均不能起到很好的抑制效果，質量分數(shù)為0.05%、0.1%、0.5%時效果最好。由圖1-d可知，空白組始終保持較高的增長速度，而添加NaCl后，褐變度在0～6 d緩慢增長，6 d之后增速加快，褐變程度始終低于對照組。在貯藏至第10天時，對照組褐變度值為2.48，而質量分數(shù)0.5%、1%、1.5% NaCl處理組分別為2.01，2.11，2.09，說明NaCl能夠在一定程度上保持山藥的新鮮度。

2.2 正交試驗結果分析

如表2和表3所示,采用褐變度作為正交試驗結果的指標，褐變度值越小，保鮮效果越好，反之，則保鮮效果越差。

表2 各保鮮液對鮮切山藥褐變度影響的正交試驗Table 2 Orthogonal test scheme and results analysis ofthe effects of various fresh-keeping liquids on the browningdegree of fresh-cut yam

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis table

注：*表示顯著，(P<0.05)

綜合保鮮液A(檸檬酸)、B(抗壞血酸)、C(L-半胱氨酸)、D(NaCl)4種因素，A因素中A1(A3)最小，B因素中B2最小，C因素中C2最小，D因素中D3最小。因此，檸檬酸質量分數(shù)為1.5%(其中1.5%和2%的影響效果一樣，故選取低質量分數(shù)1.5%為檸檬酸處理濃度)，抗壞血酸質量分數(shù)為0.8%，L-半胱氨酸質量分數(shù)為0.1%，NaCl質量分數(shù)為1.5%是最佳因素組合水平。通過極差分析的R值可知，RA=0.42，RB=0.73，RC=0.34，RD=0.45，所以對于鮮切山藥的褐變度這一指標影響的主次因素順序是B>D>A>C，因此可以說明影響最大的是Vc(P<0.05)，其次是NaCl和檸檬酸(P<0.05)，最后是L-半胱氨酸(P<0.05)，鮮切山藥的最佳復合保鮮液的配方組合是：B2D3A1C2。

進行正交試驗驗證，可以發(fā)現(xiàn)最佳復合保鮮液處理的鮮切山藥的褐變度低于其他所有組別。由此可得，1.5%CA+0.8%AA+0.1%L-cys+1.5% NaCl為最佳因素組合水平。

2.3 最佳復合保鮮液對鮮切山藥貯藏效果的影響

2.3.1 最佳復合保鮮液對鮮切山藥理化指標的影響

采后果蔬由于組織的呼吸作用和蒸騰作用，會出現(xiàn)水分和質量的損失，從而影響品質，縮短貨架期[22]。

由圖2-a可知，山藥經切分后受到了機械損傷，呼吸和蒸騰作用加速，在整個貯藏期間，失重率始終保持上升趨勢，但復合保鮮液處理的鮮切山藥的失重率始終顯著低于對照組(P<0.05)，說明復合保鮮液能夠抑制鮮切山藥的呼吸作用，減少各種營養(yǎng)物質的消耗，從而降低鮮切山藥水分的散失，有效維持鮮切山藥的品質。

由圖2-b可知，隨著貯藏時間的延長，褐變度始終保持不斷上升的趨勢，但復合保鮮液處理組顯著低于對照組(P<0.05)。對照組的褐變度在第10天為2.4，說明對照組在貯藏期末褐變程度較高。而復合保鮮液處理組在第10天的褐變度值僅為1.8，比對照組降低23%，這可能是由于復合保鮮液的聯(lián)合作用，檸檬酸降低了pH而抑制多酚氧化酶的活性，同時抗壞血酸和L-半胱氨酸能夠與醌反應，從而達到了抑制鮮切山藥褐變的效果。

硬度是直接反映果蔬品質的重要指標，影響了消費者的接受程度[23]。從圖2-c可知，在貯藏期間，山藥的硬度均呈現(xiàn)下降趨勢，對照組的下降速度最快，而復合保鮮液處理組的硬度前4 d下降幅度較為緩慢，在4 d之后略有增加，但下降幅度始終顯著低于對照組(P<0.05)。在第10天時對照組的硬度值為8.0，復合保鮮液處理的值為9.4，說明復合保鮮液能延緩山藥硬度的降低，延長貨架期，這可能是由于復合保鮮液抑制了鮮切山藥的呼吸作用，同時NaCl阻止了微生物的侵染[24]。

色澤是果蔬品質的直觀體現(xiàn)，決定著食品的商業(yè)價值。L*值表示的是山藥表面的光亮度，L*值越小，亮度越低，褐變程度越嚴重[25]。由圖2-d可知，隨著貯藏時間的增長，由于褐變程度逐漸加深，L*值均呈降低趨勢，在前6 d下降速度較為平緩，6 d之后下降速度稍有增加，但復合保鮮液處理組的L*值降低幅度始終顯著低于對照組(P<0.05)。貯藏至第10天時，對照組L*值分別為62.8，而處理組L*值能保持為70.3，證明復合保鮮液能有效抑制褐變反應，維持山藥的感官品質。

a-失重率；b-褐變度；c-硬度；d-L*值圖2 復合保鮮液對鮮切山藥理化指標的影響Fig.2 Effect of compound fresh-keeping liquid on physical and chemical indicators of fresh-cut yam注：不同小寫字母表示具有顯著性差異(P<0.05)(下同)

2.3.2 最佳復合保鮮液對鮮切山藥氧化酶活性和多酚含量的影響

PPO是果蔬發(fā)生酶促褐變的關鍵酶，能夠氧化內源性的多酚類物質成有色的醌[26]，醌類物質聚合成黑色素，其高活性能加速山藥的褐變。由圖3-a可知，在山藥的貯藏過程中，切割導致組織結構損傷，再受到活性氧的攻擊時，PPO酶活性均呈現(xiàn)一個上升的趨勢。在0～4 d酶活性上升速度較慢，這可能是由于低溫抑制了酶活性[27]。第4天之后對照組驟然增高，而復合保鮮液處理組的PPO酶活性保持低速增長且顯著低于對照組(P<0.05)，在第10天時處理組PPO酶活性比對照組低30%，說明復合保鮮液抑制了酶促褐變反應。

山藥在切割后，酚-酶的區(qū)域化分布遭到破壞，酚類物質與酶發(fā)生反應，POD酶活性增強，加速褐變[28]。由圖3-b可知，在山藥的貯藏過程中，POD酶活性均呈現(xiàn)一個上升的趨勢，在0～6 d中酶活性上升速度平緩，在第6天之后急速升高，但復合保鮮液處理組始終保持平緩的升高趨勢且酶活性顯著低于對照組(P<0.05)，在第10天時，處理組POD酶活性比對照組低72%。趙喜亭等[29]研究證明了幾種抑制劑對鐵棍山藥POD酶活性的抑制效果：L-半胱氨酸鹽酸鹽>抗壞血酸>檸檬酸>植酸>EDTA-2Na>NaCl。

PAL是合成酚類物質的關鍵酶[30]。如圖3-c所示，隨著貯藏時間的延長，PAL酶活性呈現(xiàn)上升趨勢，說明切割誘發(fā)PAL處于活躍狀態(tài)[31]。但復合保鮮液處理組的PAL酶活性始終顯著低于對照組(P<0.05)，說明復合保鮮液減緩切割導致的損害，抑制酚類物質的合成，減少反應底物的含量從而抑制褐變。

酚類物質是酶促褐變過程中最主要的反應底物[32]，由于在貯藏過程中PPO活性呈現(xiàn)上升趨勢，總酚的消耗會逐漸增加，故而貯藏過程總酚含量呈現(xiàn)下降趨勢，這與譚誼談[33]研究結果一致。如圖3-d所示，處理組的總酚含量的下降量顯著低于對照組(P<0.05)，說明復合保鮮液減少了反應底物的消耗，抑制了褐變反應。

a-PPO活性;b-POD活性;c-PAL活性;d-總酚含量圖3 復合保鮮液對鮮切山藥氧化酶活性和多酚含量的影響Fig.3 Effect of compound fresh-keeping liquid on oxidase activity and polyphenol content of fresh-cut yam

2.3.3 最佳復合保鮮液對鮮切山藥營養(yǎng)指標的影響

植物在衰老或處于逆境時，常發(fā)生膜脂過氧化作用，MDA是其產物之一[34]。從圖4-a可知，對照組和復合保鮮液處理組的MDA含量均呈現(xiàn)上升趨勢，說明鮮切山藥在貯藏過程中產生了膜脂過氧化作用，但保鮮液處理組的MDA含量在整個貯藏期內均顯著低于對照組(P<0.05)。結果表明，復合保鮮液可以降低鮮切山藥體內MDA含量的積累，降低其膜脂過氧化程度，抑制其衰老，延長貨架期。

在貯藏過程中，隨著貯藏時間的增長，山藥呼吸強度逐漸增強，進而導致水分含量呈降低趨勢。由圖4-b可知，水分含量在整個貯藏期間不斷降低，但處理組能有效維持水分含量在一個較高的水平(P<0.05)，這說明復合保鮮液能夠有效地抑制山藥水分的損失，維持山藥的品質。

蛋白質是山藥中主要的營養(yǎng)成分之一，是構成果蔬中酶的重要組成成分，其合成與衰老與鮮切果蔬的衰老密切相關[35]。由圖4-c可知，隨著鮮切山藥的成熟與衰老，蛋白質逐漸消耗，但復合保鮮液處理組顯著延緩了蛋白質的降解(P<0.05)，說明復合保鮮液有效抵御了切割帶來的損傷，維持了山藥的良好營養(yǎng)品質。

淀粉是山藥塊莖中的最主要的營養(yǎng)物質，為機體的代謝提供能量，它在山藥塊莖中所占到的比例大小是鑒定山藥品質優(yōu)劣的重要指標之一[36]。從圖4-d可知，在山藥的貯藏過程中，山藥的淀粉含量處于不斷減少的趨勢。對照組在前2 d驟然下降，2～8 d下降速度減緩，8 d后下降速度加快。而復合保鮮液處理組在前8 d均保持緩慢降低，8 d后降速變快，且含量均顯著高于對照組(P<0.05)。貯藏至10 d時，對照組淀粉含量為7.2%，而復合保鮮液處理組為9.8%，說明復合保鮮液可以保持鮮切山藥的淀粉含量，降低山藥機體的能量消耗，抑制褐變。

2.3.4 最佳復合保鮮液對鮮切山藥尿囊素含量的影響

尿囊素是山藥的活性成分之一，具有抗菌消炎、抗刺激、鎮(zhèn)痛消炎的作用，可用作治療皮膚病，常作為評價山藥品質的指標[37]。對山藥的尿囊素含量分別在貯藏第0天和第10天進行測量比較，由圖5可知，整個貯藏期內尿囊素含量顯著降低(P<0.05)，但相對于對照組，處理組延緩了尿囊素的損失(P<0.05)，說明復合保鮮液很好的保留了山藥的營養(yǎng)成分，防止了其經濟價值的下降。

a-MDA含量;b-水分含量;c-蛋白質含量;d-淀粉含量圖4 復合保鮮液對鮮切山藥氧化指標的影響Fig.4 Effect of compound fresh-keeping liquid on oxidation index of fresh-cut yam

圖5 復合保鮮液對鮮切山藥尿囊素含量的影響Fig.5 Effect of compound fresh-keeping liquid on thecontent of allantoin in fresh-cut yam

3 結論與討論

鮮切山藥經切割等一系列初加工后，組織細胞結構因機械損傷發(fā)生變化，加速呼吸代謝反應，喪失細胞膜完整性，致使溶質滲透至細胞外，表現(xiàn)為失水和組織軟化[38]。同時酶從受傷的組織中釋放出來，與底物直接接觸發(fā)生酶促褐變，使鮮切山藥失去原有外觀及風味，縮短貨架期，降低鮮切山藥的商用價值[39]。人們對鮮切產品的保鮮方法多關注在安全的天然提取物上，研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸作為一種強酸性物質，通過降低pH并在酶活性位點螯合銅，而對PPO有雙重抑制作用[40]；抗壞血酸能夠將醌類物質還原為多酚化合物來防止酶促褐變[41]；L-半胱氨酸通過形成半胱氨酸加合物或將鄰醌類化合物還原為多酚類化合物前體，從而達到抑制褐變的目的[42]。NaCl是維持組織細胞滲透壓的主要物質，在維持細胞韌性、避免斷裂方面起重要作用[43]。羅馨等[44]以檸檬酸、抗壞血酸和NaCl為抑制劑，通過測定3種褐變抑制劑對多酚氧化酶的酶活性抑制效果，得出褐變抑制效果為抗壞血酸>檸檬酸>NaCl的結果。

果蔬的褐變以酶促褐變?yōu)橹?，尤其是鮮切果蔬經切分后酚-酶區(qū)域遭到破壞后，加速了酚類物質與酶的接觸反應，致使PPO和POD酶活性呈升高趨勢，促進反應底物酚類物質的氧化。最佳復合保鮮液對鮮切山藥的褐變抑制機制主要表現(xiàn)在鈍化了酚酶PPO和POD的酶活性，延緩酚酶褐變反應進程，這與復發(fā)保鮮液處理后的高酚含量相吻合。復合保鮮液處理同時抑制了PAL活性的升高，推測高酚含量可能是減少了酚類物質的消耗引起的。張莉會等[45]用不同的抑制劑谷胱甘肽、半胱氨酸和亞硫酸鈉分別對鮮切山藥進行褐變控制，結果表明,不同抑制劑的抑制效果均表現(xiàn)為鈍化PPO和POD的酶活性，減弱酚類物質的氧化反應速率。而LUO等[46]研究了nano-CaCO3-LDPE包裝對鮮切山藥品質的影響，發(fā)現(xiàn)該包裝抑制了PPO、POD和PAL的酶活性，降低了反應底物酚物質的積累。植物在逆境信號的刺激下，加速膜脂過氧化作用，產生危害組織的代謝產物MDA。復合保鮮液處理減輕了膜脂的過氧化反應，且較好地減少了蛋白質、淀粉等營養(yǎng)物質的流失。

本試驗通過單因素試驗及正交試驗，得到鮮切山藥的最佳復合保鮮液配比為1.5% CA+0.8% AA+0.1%L-cys+1.5% NaCl(質量分數(shù))。以最佳復合保鮮液對鮮切山藥進行浸泡10 min處理，測得處理組在第10天的褐變度比對照組降低23%，有效地維持了亮度和硬度，抑制了PPO、POD和PAL酶活性，減少營養(yǎng)物質及活性分子尿囊素的損失，為鮮切山藥提供了一種簡單有效的保鮮方法。