百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨貯藏品質的影響

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(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121013;2.生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;3.中國農業科學院農產品加工研究所,北京 100081;4.浙江農林大學農業與食品科學學院,浙江臨安 311300)

茄梨又叫做西洋梨,個頭較大、果肉白色、質細脆,經后熟,柔軟易溶于口、汁多、味酸甜、微香,為遼寧省特色水果之一[1-2]。但因茄梨易軟化,所以貯藏期較短,另外采摘和運輸過程中的機械損傷會促進微生物的生長繁殖,使茄梨發生腐爛變質,造成大量的經濟損失[3-5]。目前,茄梨的貯藏保鮮方法主要有低溫、氣調和保鮮劑保鮮等[6]。研究表明,涂膜保鮮可以顯著延長梨和蘋果的貯藏期,降低果實的腐敗率[7-9],但涂膜在茄梨上的應用尚缺乏研究。

百里香酚(Thymol)又稱麝香草酚,是一種天然的抑菌劑,對細菌和真菌有較強的抑制作用,存在于百里香屬植物中,成本低,來源廣[10-11]。百里香酚對多種食品腐敗菌具有一定的抑制作用[12]。采用百里香酚熏蒸處理杏、李等果實,不僅可降低果實的腐敗率,且無不良影響的產生[13]。研究表明,百里香酚抗菌包裝能顯著降低藍莓的腐敗率,改善藍莓的代謝能力[14]。

海藻酸鈉(Sodium Alginate)是一種天然多糖,安全性極高,具有良好的分散性、保濕性、抗菌性、成膜性和透氣性等特點,被廣泛應用于食品保鮮[15-16]。研究表明,單一海藻酸鈉涂膜的抗菌性和保鮮效果不好[17]。因此,在海藻酸鈉涂膜中加入天然抗菌物質,將有望增強其抑菌性和保鮮效果。

本實驗通過對茄梨果實進行百里香酚/海藻酸鈉(Thymol/Sodium Alginate,Thy/SA)涂膜,以延緩其后熟進程,保持其良好的品質和較高的營養價值,旨在為茄梨果實的采后品質保持以延長貨架期提供一種經濟、環保、安全有效方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茄梨 采自遼寧省錦州市廉政文化景區果園,為大小均勻、無病蟲害及機械損傷的商業成熟期果實,用紙殼箱運回實驗室,預冷后待處理;百里香酚 食品級,株洲森特生物科技有限公司;海藻酸鈉、氯化鈣 食品級,鑫星生物科技有限公司;氫氧化鈉、醋酸鈉 分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司;草酸 分析純,天津市東麗區新中科技園區;聚乙二醇6000 分析純,福晨(天津)化學試劑有限公司；甲醇、冰醋酸、TritionX-100、聚乙烯吡咯烷酮 均為分析純,天津市光復精細化工研究所,三氯乙酸 分析純,阿拉丁試劑(上海)有限公司;DTT、硫代巴比妥酸、鄰苯二酚、抗壞血酸 均為分析純,生工生物工程(上海)股份有限公司。

GY-1型果實硬度計 浙江托普儀器有限公司;PAL-1數顯糖度計 上海圖新電子科技有限公司;JYL-Y915破壁機 九陽股份有限公司;Legend Micro21R冷凍離心機 美國賽默飛世爾科技公司;HH-4A單列單控四孔水浴鍋 常州國宇儀器制造有限公司;KQ-500DE型數控超超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;UV-2550紫外可見分光光度計 日本島津公司;722N可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;BCD-102D型冰箱 廣州萬寶集團冰箱有限公司;JA5003電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 膜液的制備 海藻酸鈉溶液(SA)的制備:稱取一定量的海藻酸鈉粉末,溶解,加入甘油(1%)作為增塑劑,加水溶解至濃度為2%(m/v),攪拌均勻,冷卻后,用超聲波清洗機超聲脫氣30 min,靜置24 h,備用。

百里香酚/海藻酸鈉溶液(Thy/SA)的制備:將上述的2%(m/v)SA溶液完全溶解后加入百里香酚(終濃度40 mg/L),攪拌均勻,經超聲脫氣30 min,靜置后備用。

鈣交聯劑的制備:配置濃度為2%(m/v)的CaCl2作為交聯劑溶液。

1.2.2 茄梨果實處理 海藻酸鈉涂膜組(SA):將茄梨置于制備好的2%(m/v)SA溶液中,使溶液完全浸沒茄梨;浸泡1 min后,將茄梨取出瀝干表面水分;然后放置到交聯劑(2%氯化鈣溶液)中30 s,取出后置于室溫下晾干,最后于20 ℃下貯藏。百里香酚/海藻酸鈉(Thy/SA)涂膜組:將茄梨置于制備好的Thy/SA溶液中,具體涂膜方法參照SA涂膜組。空白對照組(CK)采用蒸餾水浸泡1 min,取出后置于室溫下晾干表面水分,20 ℃條件下貯藏至喪失食用品質。果實的取樣時間為每3 d取一次樣。隨機挑選6個茄梨果實,將削皮后的果實切成大小均一的塊狀,迅速于液氮中冷凍,混合均勻后置于-80 ℃冰箱冷凍保存,以待后續指標測定。

1.2.3 測定方法

1.2.3.1 硬度測定 隨機選取3個果實,在圍繞果實赤道部位,間隔等距離的三個位置,各削去一塊果皮(厚約1 mm),用GY-1型果實硬度計測定各個位置的果實硬度,探頭直徑為3 mm,單位為kg/cm2。

1.2.3.2 可溶性固形物(TSS)含量測定 使用JYL-Y915破壁機將茄梨榨汁后,用PAL-1數顯糖度計測定,讀取數字即為TSS含量。

1.2.3.3 可滴定酸(TA)含量測定 采用酸堿滴定法,參照曹建康等[18]的方法進行測定。稱取10 g果實于研缽中磨碎,轉移至100 mL容量瓶中,定容搖勻,靜置30 min后濾紙過濾進行測定。TA含量以質量分數(%)表示。

1.2.3.4 總酚含量測定 參照曹建康等[18]的方法進行測定,稱取2 g果實于遇冷的研缽中,加入1%的鹽酸甲醇溶液,冰浴研磨充分后,轉移至20 mL的刻度試管中,于4 ℃避光提取20 min后,收集濾液備用。以每克果蔬組織在280 nm處的吸光值表示總酚的含量,單位OD280/g。

1.2.3.5 抗壞血酸含量測定 采用2,6二氯靛酚滴定法[18],單位mg/100 g。稱取10 g果實,加入20 g/mL的草酸,于冰浴條件下研磨充分,用100 mL容量瓶定容后,提取10 min,收集濾液備用。1 mL染料相當于10.0 mg/mL抗壞血酸的質量。

1.2.3.6 丙二醛(MDA)含量測定 采用硫代巴比妥酸法測定[18],結果以nmoL/g表示。稱取1 g果實,加入5 mL 100 g/mL TCA(三氯乙酸)溶液,于4 ℃、10000×g離心20 min,取上層清液,加入2.0 mL 0.67% TBA(硫代巴比妥酸),混勻后,沸水浴20 min,冷卻后離心,取上層清液于450、532、600 nm波長下測定吸光光度值。

1.2.3.7 多酚氧化酶(PPO)活性測定 參照曹建康等[18]的方法進行測定,以每g果蔬樣品(鮮重)每min吸光度變化值增加1為一個過氧化物酶活性單位,單位ΔOD470/min·g。稱取5 g果實,加入5 mL提取緩沖液(0.1 mol/L 乙酸-乙酸鈉緩沖溶液,pH=5.5,1 mmol/L PEG、4% PVP和TritionX-100),于冰浴條件研磨后,于4 ℃、12000×g離心30 min,收集上層清液為酶提取液,低溫保存用于測定其活性。

1.2.3.8 過氧化氫酶(CAT)活性測定 參照曹建康等[18]的方法進行測定,以每克果蔬樣品(鮮重)每分鐘減吸光度變化值減少0.01為1個過氧化氫酶活性單位,單位0.01ΔOD240/min·g。酶提取液制備方法同1.2.3.7。

1.3 數據處理

采用Excel 2013對數據進行分析與作圖。采用SPSS軟件進行單因素方差分析(ANOVA),均值之間的顯著性差異采用Duncan’s分析,P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 百里香酚/海藻酸鈉(Thy/SA)涂膜處理對茄梨硬度的影響

硬度是評價果實貯藏品質的一種重要指標,與果實的貨架期密切相關。由圖1可知,所有茄梨的硬度均呈現下降趨勢。未經涂膜處理(CK)茄梨硬度下降較快,至9 d時其硬度為2.5 kg/cm2,此后果實硬度無法測量,且出現腐敗現象。貯藏3 d后CK組茄梨硬度均顯著小于涂膜處理組(P<0.05),且9 d后CK組果實軟化嚴重以致硬度無法測量。在6～9 d期間,百里香酚/海藻酸鈉(Thy/SA)處理組茄梨的硬度顯著大于SA處理組(P<0.05)。9～15 d期間,Thy/SA組果實的硬度仍高于SA組,但在15 d后,SA組茄梨果實的硬度無法測量。可見,Thy/SA處理組較好地維持了茄梨的硬度。

圖1 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨硬度的影響Fig.1 Effect of thymol/sodium alginate coating on hardness of Clapp Favonite pear fruit注:圖中不同字母表示同一貯藏時間、不同處理之間數據差異顯著(P<0.05)；圖2～圖8同。

2.2 Thy/SA涂膜處理對茄梨TSS含量的影響

TSS含量可直接反映果實的成熟程度和品質狀況。從圖2可以看出,在茄梨的貯藏過程中,TSS含量整體呈現上升趨勢。在9 d時,CK組茄梨的TSS含量達到最高。盡管9 d時CK組果實硬度無法測定,但其TSS仍可測定,且與9 d時相比,12 d時TSS明顯下降。在6～9 d貯藏期間中,CK組茄梨的TSS含量顯著高于Thy/SA處理組(P<0.05),同時,6 d時CK組TSS含量亦顯著高于與SA組(P<0.05)。SA組TSS含量高于Thy/SA組,但無顯著性差異(P>0.05)。可見,Thy/SA涂膜有效延緩了采后茄梨果實TSS含量的上升趨勢。

圖2 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨可溶性固形物含量的影響Fig.2 Effect of thymol/sodium alginate coating on total soluble solid(TSS)content of Clapp Favonite pear fruit

2.3 Thy/SA涂膜處理對茄梨TA含量的影響

TA含量對茄梨風味品質和貯藏性有著很大的影響。由圖3可知,茄梨的TA含量在貯藏過程中呈現下降后上升的趨勢,但總體呈下降的趨勢。經過海藻酸鈉涂膜(SA)和百里香酚/海藻酸鈉涂膜(Thy/SA)處理后茄梨的TA含量分別在9和12 d出現上升;而在12 d時,CK組TA含量仍呈下降趨勢。在貯藏期間,Thy/SA組的TA含量高于其他兩組處理,另外,除了第9 d,其余時間Thy/SA組茄梨的TA含量與SA組差異不顯著(P>0.05);9～12 d時Thy/SA組茄梨的TA含量均顯著大于CK組(P<0.05),有效延緩了茄梨果實后熟過程中TA含量的下降。

圖3 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨可滴定酸含量的影響Fig.3 Effect of thymol/sodium alginate coating on titratable acid(TA)content of Clapp Favonite pear fruit

2.4 Thy/SA涂膜處理對茄梨總酚含量的影響

酚類物質與果實的色澤形成、品質和風味形成、成熟和衰老等密切相關,與水果貯藏品質密切相關。由圖4可知,隨著貯藏時間的延長,總酚的含量呈下降趨勢。在0～9 d期間,CK組的總酚含量低于SA組;SA組的總酚含量略低于Thy/SA組。在9～12 d時,CK組的茄梨基本上失去可食用價值。在12～18 d期間,SA組的總酚含量急劇下降,Thy/SA的總酚含量則保持一個較為平穩的趨勢,其總酚含量在15 d時顯著大于SA組的總酚含量(P<0.05)。

圖4 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨總酚的影響Fig.4 Effect of thymol/sodium alginate coating on total phenol content of Clapp Favonite pear fruit

2.5 Thy/SA涂膜處理對茄梨中抗壞血酸含量的影響

抗壞血酸是果實中一種重要的營養成分,具有抗氧化性和減緩衰老的作用,也是果實貯藏品質的指標之一。由圖5可知,茄梨的抗壞血酸含量隨著貯藏時間的延長呈現出下降的趨勢。在整個貯藏期間,Thy/SA組茄梨的抗壞血酸含量高于CK和SA組。3～6 d期間,SA組的抗壞血酸含量大于CK組,但6 d時差異不顯著(P>0.05);Thy/SA組抗壞血酸的含量顯著大于CK組(P<0.05),可見,Thy/SA涂膜對采后茄梨果實營養品質具有較好地維持作用。

圖5 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨抗壞血酸含量的影響Fig.5 Effect of thymol/sodium alginate coating on ascorbic acid content of Clapp Favonite pear fruit

2.6 百里香酚/海藻酸鈉涂膜處理對茄梨中MDA含量的影響

MDA含量越高,說明果實的成熟程度越大,所以MDA是保鮮效果評定的一項重要指標。由圖6可知,在整個貯藏過程中,茄梨的MDA含量呈上升趨勢。在0～3 d時,茄梨的MDA含量都有所上升,但沒有顯著差異(P>0.05)。在3～6 d時,CK和SA組的MDA含量迅速上升;在6 d時,兩組的MDA含量均高于Thy/SA(P<0.05)。在9～12 d期間,CK組的MDA含量顯著大于SA組(P<0.05);同時,SA組的MDA含量顯著大于Thy/SA組(P<0.05)。由此可知,Thy/SA涂膜有效抑制了茄梨果實后熟過程中膜脂氧化程度的增加。

圖6 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨MDA含量的影響Fig.6 Effect of thymol/sodium alginate coating on malondialdehyde(MDA)content of Clapp Favonite pear fruit(n=3)

2.7 Thy/SA涂膜處理對茄梨多酚氧化酶活性的影響

多酚氧化酶與果實的褐變度有關,是衡量果實衰老的指標之一。由圖7可知,在第3 d時,CK組茄梨多酚氧化酶活性達到最高;在第9 d時,SA組茄梨的多酚氧化酶活性達到最高,之后急劇下降至Thy/SA組以下。在整個貯藏期間,Thy/SA組茄梨多酚氧化酶活性變化趨勢較為平穩,進而可有效抑制采后果實貯藏過程中因酚類氧化而造成的褐變程度。

圖7 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨多酚氧化酶的影響Fig.7 Effect of thymol/sodium alginate coating on polyphenol oxidase(PPO)activity of Clapp Favonite pear fruit

2.8 Thy/SA涂膜處理涂膜處理對茄梨過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶作為酶促防御系統的抗氧化酶,是果蔬貯藏品質的一項重要指標。由圖8可知,在整個貯藏過程中,過氧化氫酶的活性總體呈先下降后上升降趨勢;在第6 d時,CK組茄梨的過氧化氫酶活性有所增加,略大于SA組和Thy/SA組。在6～9 d貯藏期間,SA組的茄梨過氧化氫酶活性略高于Thy/SA組,但差異不顯著(P>0.05),表明Thy/SA涂膜在保護酶促防御系統方面效果不顯著。

圖8 百里香酚/海藻酸鈉膜對茄梨過氧化氫酶活性的影響Fig.8 Effect of thymol/sodium alginate coating on catalase(CAT)activity of Clapp Favonite pear fruit

3 討論與結論

在本實驗中,20 ℃條件下,未經處理的茄梨果實的貯藏期僅為9 d;在貯藏過程中,未經處理的茄梨果實的硬度和TA含量快速下降,以及TSS則不斷升高。結果表明,海藻酸鈉涂膜處理延緩了茄梨果實的成熟軟化進程,使得其貯藏期延長至15 d,而百里香酚/海藻酸鈉(Thy/SA)處理更是將茄梨果實的貯藏期延長至18 d。由此可見,百里香酚增強了海藻酸鈉涂膜對茄梨的貯藏保鮮效果,可能是有兩個方面的原因,一是百里香酚具有較強的抑菌效應,能夠抑制腐敗微生物的生長。Thy/SA可能較好地阻止了茄梨保鮮的過程中細菌、酵母、霉菌的脅迫,降低纖維素酶和果膠酶對果實細胞壁的作用效果,進而延緩果實軟化進程[19];另一方面,百里香酚抑制了MDA含量的增加,說明百里香酚能夠抑制細胞膜脂質的過氧化作用,進而延緩果實成熟衰老進程[20-21]。

總酚和抗壞血酸是果實非酶促防御系統中的抗氧化物質,過氧化氫酶作為酶促防御系統的抗氧化酶[22-23]。在貯藏過程中,茄梨果實的總酚和抗壞血酸呈現下降趨勢,百里香酚/海藻酸鈉處理延緩茄梨的總酚和抗壞血酸含量下降,且使氧化氫酶活性維持在相對較低水平,這說明百里香酚有效提高了海藻酸鈉對果實非酶促抗氧化系統保護作用。此外,多酚氧化酶是與果實衰老正相關的酶類[24-25]。在茄梨的貯藏過程中,多酚氧化酶活性呈現出先升高后降低的趨勢,單一海藻酸鈉涂膜僅僅推遲了多酚氧化酶活性的升高,但Thy/SA涂膜使得多酚氧化酶活性始終維持在較低水平,僅在貯藏后期有略微升高,Thy有效抑制了多酚氧化酶活性,延緩了茄梨果實的衰老進程。

綜上,百里香酚/海藻酸鈉涂膜可有效延長茄梨的貯藏期,延緩了茄梨果實的軟化、TSS和MDA含量的增加、以及TA、抗壞血酸和總酚含量的減少,同時,抑制了過氧化氫酶和多酚氧化酶活性的升高,可見,百里香酚/海藻酸鈉涂膜在茄梨貯藏保鮮中具有良好的應用前景。