基于低壓靜電場技術(LVEF)協同低溫對舟山楊梅保鮮過程中品質的影響

李海波,謝 超,梁瑞萍,張家瑋,余 銘,張海玲

(1.浙江國際海運職業技術學院,浙江舟山 316021;2.浙江海洋大學食品與醫藥學院,浙江舟山 316022;3.浙江馳力科技股份有限公司,浙江舟山 316022;4.舟山富晟食品科技有限公司,浙江舟山 316022)

楊梅是一種原產于我國東南部地區的亞熱帶常綠植物,屬于木蘭綱、楊梅目、楊梅科、楊梅屬[1]。楊梅具有極高的營養價值[2-3],其富含的花青素具有強抗氧化性[4-5]。每年的6～7月份,都是楊梅成熟的季節,恰好趕上南方高溫潮濕的梅雨時節,而楊梅果實柔軟多汁且裸露在外,易受病菌的侵染[6-7]。在貯藏過程中由于呼吸作用,導致楊梅果實內的糖和有機酸作為底物不斷被消耗[8],硬度逐漸降低,導致運輸難度的加大和楊梅自身品質的劣化,且更容易被微生物入侵[9]。

目前,對于楊梅果實來說,使用較為廣泛的保鮮方法為低溫貯藏[10],這種方法雖然可以有效延長其貯藏期,但仍存在著果實出水、感官與品質發生改變、運輸成本較高導致經濟效益較低等弊端[11]。也有許多學者利用其他的保鮮手段處理楊梅以延長其貯藏時間,汪麗軍等[12]研究丙酸與熱水復合處理楊梅果實有效的抑制了楊梅果實在貯藏期間的腐爛,但由于丙酸有毒副作用,需要嚴格把控其使用量;周建儉[13]釆用天然生物性防腐劑乳酸鏈球菌素(Nisin)處理楊梅果實,有效的抑制了貯藏期間楊梅果實的腐爛,顯著降低其果實失水率;吳新[14]研究表明,添加沉香萜醛、紫蘇醛、肉桂醛和香芹酚作為天然防腐劑對貯藏期間的楊梅果實進行保鮮也能得到良好的保鮮效果,但天然防腐劑也具有一定的局限性,不同種類的天然防腐劑保鮮效果差異較大,并且使用條件較為苛刻。因此,開發新型低成本的綠色保鮮技術是楊梅貯藏發展的必然趨勢。毛明等[15]采用超高壓處理楊梅果實,將其置于4 ℃的溫度條件下可以儲藏30 d,時間還不能滿足市場需求;張海坤[16]研究發現,利用低溫處理的楊梅,營養物質消耗減少,貯藏時間可以延長至10～12 d。目前應用于楊梅保鮮的手段單一,貯藏時間還未能達到物流運輸要求,另一方面,國內外還未采用低壓靜電場技術對楊梅進行保鮮處理,相關研究比較有限。

本研究利用低壓靜電場作用對楊梅進行貯藏保鮮,設置無電場的空白對照,利用楊梅品質作為評價指標,對有機酸、可溶糖、VC、硬度、腐爛指數和失重率進行測定。探索低壓靜電場下楊梅的貯藏及保鮮效果,進而分析楊梅在貯藏條件下的品質變化,為當前楊梅保鮮技術提供研究依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

舟山晚稻楊梅 購于柯劍飛水果超市;DL-蘋果酸、檸檬酸一水合物、DL-酒石酸、丁二酸(琥珀酸)標準品純度≥99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;甲醇 純度≥99.9%,色譜級,南京試劑;磷酸 純度85%～90%,色譜級,南京試劑;氫氧化鈉、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、亞硫酸鈉、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰乙酸、鹽酸、葡萄糖、甲基紅指示劑、硫酸、碘標準滴定溶液、淀粉指示液等試劑 均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

BX-2000低壓靜電場發生器鮮霸 商用型,浙江馳力科技股份有限公司;放電板(鋁板) 浙江馳力科技股份有限公司;Angilent1100型高效液相色譜儀 安捷倫公司;OMNI均質儀 常州市均質機械有限公司;VORTEX2渦旋振蕩儀 南京東邁科技儀器有限公司;2X旋片式真空抽氣泵 東莞市港發真空設備有限公司;SGZ800低溫高速離心機 株式會社日立制作所;FTC質構儀 美國Food Technology Corporation。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 采摘后篩選出形狀大小均勻且無病蟲害的果實進行分裝、標記,運回實驗室后分別放置于提前調試好低壓靜電場、溫度為2 ℃左右的冰箱(實驗組)和不施加電場、溫度為2 ℃左右的冰箱中(對照組)。

1.2.2 有機酸含量的測定

1.2.2.1 高效液相色譜的檢測條件 參照國標GB 5009.157-2016[17],采用HPLC法對楊梅有機酸進行測定,前處理方法稍作修改:楊梅去核,果肉攪碎并勻漿。稱取50 g勻漿后的樣品于100 mL容量瓶中,并用蒸餾水定容。使用旋渦振蕩器渦旋2 min(7000 r/min),再進行超聲波浸提15 min,結束后采用四層紗布過濾保留濾液,待用。取一定量上述濾液于50 mL離心管中,離心10 min(10000 r/min),分離沉淀去除蛋白質、果膠等干擾物質,用10 mL一次性針筒取離心后的上清液用,過0.45 μm濾膜,取10 μL濾液上機進樣分析。

1.2.2.2 楊梅中的有機酸含量測定 通過公式(1)對試樣中有機酸的含量進行計算:

式(1)

式中:X表示試樣中有機酸的含量,mg/kg;c為試樣中某有機酸的濃度,由標準曲線計算獲得,μg/mL;V為100,即樣品溶液的定容體積,mL;m為50,即最終樣液代表的試樣質量,g;1000為換算系數。

計算結果以重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的算術平均值表示,結果保留兩位有效數字。

通過Agilent ChemStion工作站,根據色譜圖中標準品的保留時間和標準品的保留時間比對進行定性分析,根據各有機酸的峰面積和標準曲線對樣品中的有機酸進行定量分析。

1.2.3 可溶性糖含量的測定 測定方法參考農業部推薦標準NY/T 2742-2015[18],稍作修改:用移液管精確移取楊梅汁液5 mL于100 mL容量瓶中(記為V2),隨后加入1 mL濃度為6 mol/L鹽酸溶液,設置恒溫水浴鍋溫度為(80±2) ℃并將容量瓶置于其中加熱10 min后取出,迅速放到冷水中冷卻至室溫,滴加甲基紅指示劑約3滴,再用一次性膠頭滴管滴加6 mol/L氫氧化鈉溶液至溶液呈淺橙色,用超純水定容至容量瓶刻度,記為V3,手動混勻。然后用1 mL移液槍從容量瓶中精確吸取1.00 mL(記為V4)樣液于10 mL容量瓶中,加入超純水2.0 mL,用移液管準確移取3,5-二硝基水楊酸試劑4.00 mL,置沸水浴中加熱5 min后取出,立即冷卻至室溫,補充超純水至刻度,定容搖勻,此為V5溶液。同樣在540 nm波長下測定吸光值并記錄,樣品中可溶性糖的濃度通過標準曲線計算獲得。空白試驗方法上同。

楊梅中可溶性糖含量以質量分數計,計算式如下:

1.2.4 VC含量的測定 VC含量的測定參照GB 14754-2010[19]采用碘量法進行。以淀粉為指示劑,用碘標準滴定液滴定樣品水溶液,根據碘標準滴定液的用量,計算VC含量。

1.2.5 硬度的測定 使用FTC質構儀測定楊梅硬度,探頭直徑5 mm,測量深度5 mm,重復測定10次取平均值作為最終結果。

1.2.6 腐爛指數的測定 腐爛指數的測定參照狄華濤等[20]的方法進行測定,具體見表1。楊梅果實的腐爛指數計算式如下:

表1 腐爛等級評定表Table 1 Assessment of decay grade

其中,最高腐爛等級為3。

1.2.7 失重率的測定 失重率的測定采用稱重法。

1.3 數據處理

采用Excel 2016進行數據的整理,Origin 9.0進行繪圖。采用SPSS 21進行方差分析,所測樣品均進行3次以上重復實驗。

2 結果與分析

2.1 楊梅有機酸含量的變化

2.1.1 標準曲線的制作 以4種有機酸混合標準溶液的系列濃度,按上述色譜條件分別進樣。結果以各組分的峰面積為縱坐標Y,各組分濃度為橫坐標X,進行線性回歸擬合分析。得到有機酸混標色譜圖如圖1,標準曲線結果如表2所示。

圖1 有機酸混合標準色譜圖Fig.1 Standard chromatogram of organic acid mixture注:1,3號峰為D,L-酒石酸,2號峰為蘋果酸,4號峰為檸檬酸,5號峰為琥珀酸。

表2 有機酸標準曲線的確定Table 2 Determination of the standard curve of organic acids

綜合對比得出,D-酒石酸和L-酒石酸保留時間在3.0～3.5及6.6～7.0 min;蘋果酸,保留時間在4.0～4.5 min;檸檬酸,保留時間為7.6～8.0 min;琥珀酸,保留時間在8.0～8.5 min。四種有機酸按出峰時間從前到后依次為D-酒石酸、蘋果酸、L-酒石酸、檸檬酸、琥珀酸。

2.1.2 有機酸的測定 楊梅中有機酸含量隨貯藏時間變化如圖2所示,在整個貯藏期間,所有有機酸含量均呈現下降趨勢,這是由于楊梅在采后代謝強度不斷升高。其中,4種有機酸對照組含量均顯著低于實驗組(P<0.05),且在貯藏末期(第60 d)時實驗組楊梅中酒石酸含量低于檢出限(0.25 mg/mL)未被檢出,對照組楊梅酒石酸在第48 d時已經無法檢出,一方面是因為酒石酸在楊梅中含量較少,另一方面是因為在沒有電場的環境下無法抑制自身代謝,導致有機酸消耗較快。此外,兩組楊梅琥珀酸在第60 d均低于檢出限(1.25 mg/mL),檸檬酸是楊梅果實中最主要的有機酸,在貯藏末期仍有較高含量。由此可知,低溫(2 ℃)結合低壓靜電場相比傳統的低溫保藏方式而言具有更大的優勢,可以較大程度延緩有機酸下降的速率[21]。分析可能是低壓靜電場影響楊梅果實水分遷移情況,延長了水分遷移的過程,從而延長了楊梅有機酸變化的時間,保持了楊梅的新鮮度,對楊梅的貯藏保鮮研究具有一定的意義。

圖2 楊梅中4種有機酸含量變化Fig.2 Changes of four organic acids in bayberry注:a、b僅表示組間存在顯著性差異,P<0.05;圖3～圖7同。

2.2 楊梅可溶性糖含量的變化

2.2.1 標準曲線的制作 標準曲線的繪制方法參考文獻[18,22]。按照標準曲線測定工序,對不同濃度標準液進行吸光度測定,將所得吸光度與標準液濃度線性擬合,得出回歸方程,用于后續可溶性糖濃度計算。

在0～0.12 mg/mL濃度范圍內,吸光度與糖濃度線性相關,且擬合程度好。回歸方程:Y=5.145X+0.001式中Y為吸光度,X為糖濃度。相關系數R2=0.999。

2.2.2 可溶性糖的測定 根據實驗結果對貯藏期間楊梅可溶性糖含量變化進行分析,如圖3所示,在楊梅達到八成熟左右采收進行試驗,測得的初始可溶糖含量分別為實驗組9.349%與對照組9.583%,而在第12 d時實驗組可溶糖含量高于對照組。當楊梅貯藏至12 d以后,可溶性糖含量不斷下降,實驗組可溶性糖含量顯著高于對照組(P<0.05)。實驗組和對照組的可溶性糖含量在第60 d分別降至3.89%與5.15%。生物體自身內部電場會作用于呼吸系統的電子傳遞,而外加電場可以減緩氧化還原反應[23],減少可溶性糖的降低。低壓靜電場能很好的維持楊梅的品質,延長楊梅果實的貯藏期。

圖3 楊梅可溶性糖的變化Fig.3 Changes of soluble sugar in bayberry

2.3 楊梅VC含量的變化

VC具有防止壞血病、增強人體免疫系統功能等作用,是一種反應水果品質的重要指標,其自身極易被氧化導致含量降低。實驗測定楊梅中VC含量如圖4所示,在整個貯藏期VC含量不斷下降,貯藏初期楊梅VC含量可達9.26 mg/100 g,在第60 d時實驗組與對照組VC含量分別為6.25和3.86 mg/100 g,兩組楊梅VC分別下降了32.50%和58.32%。實驗組VC含量顯著高于對照組(P<0.05),顯然,低壓靜電場有利于保持楊梅中VC的含量。外加電場通過改變生物體內細胞膜的跨膜電位來作用于生物體的生長代謝[24],低壓靜電場能有效抑制楊梅的氧化代謝,在無電場環境下楊梅VC被氧化反應消耗更多,此外,低溫也有利于抑制VC的損失。

圖4 楊梅VC含量的變化Fig.4 Changes of VC content in bayberry

2.4 楊梅硬度的變化

質構是水果的一種重要物理屬性,其中硬度更是反應樣品品質的重要指標之一。由圖5可知,在貯藏期內楊梅果實硬度不斷降低,這是因為楊梅中的果膠酶不斷降楊梅果實中的果膠,而這是構成細胞壁的主要物質。在整個貯藏期實驗組楊梅的硬度顯著高于對照組(P<0.05),在第60 d實驗組與對照組硬度分別達到3.21與2.64 N,分析原因是因為外加的低壓靜電場能讓水分子發生共鳴現象,使得水與酶的結合態產生不同程度的改變,最終使酶失去活性,降低了細胞壁內果膠的溶解[25]。馬焱娜等[26]發現低溫結合其他方法輔助貯藏,能更好的保持楊梅的硬度。因此低壓靜電場結合低溫有利于保持楊梅果實硬度,維持其高品質。

圖5 楊梅果實硬度的變化Fig.5 Changes of fruit firmness of bayberry

2.5 楊梅腐爛指數的變化

實驗結果如圖6所示,在整個貯藏過程中兩組楊梅果實的腐爛指數均呈上升趨勢,而實驗組的腐爛指數在整個過程中均顯著低于對照組(P<0.05),且在低溫環境下,對照組的果實腐爛指數在第36 d超過了50%,但實驗組楊梅果實的腐爛指數在第60 d才達到53.56%,分析原因可能是由于電場導致臭氧產生,抑制了楊梅致病菌的生長繁殖。錢驊等[27]發現減壓處理可以相對減少明顯腐爛的作用,因此,低壓靜電場能有效抑制楊梅的腐爛。

圖6 楊梅腐爛指數的變化Fig.6 Changes of decay index of bayberry

2.6 楊梅失重率的變化

貯藏期間楊梅果實失重率的變化如圖7所示,由圖7可以看出,在貯藏期內楊梅失重率不斷升高,實驗組在貯藏末期(第60 d)失重率達到4.93%,顯著低于(P<0.05)對照組(7.74%),且在整個貯藏期實驗組失重率均低于對照組,表明低壓靜電場處理能降低失重率[28]。水分的損失只要達到5%以上,果實基本上就呈萎蔫狀,失去新鮮外觀丟失商品性[29],而低壓靜電場處理可以將楊梅的失重率控制在可繼續銷售水平。

圖7 楊梅失重率的變化Fig.7 Changes in weight loss rate of bayberry

3 結論

以舟山晚稻楊梅為試驗對象,研究了在低溫環境下施加與不施加低壓靜電場對楊梅品質的影響。在低壓靜電場的作用下,實驗組楊梅有機酸含量在整個貯藏過程中顯著高于對照組(P<0.05),在第60 d時實驗組的可溶性糖含量比對照組高14.70%,VC含量高38.24%,腐爛指數比對照組低了20.56%,失重率僅為對照組的63.70%,硬度的降低也得到明顯抑制,仍有較好的果實形態。低壓靜電場保鮮相比于普通的單一低溫保鮮,更有利于維持楊梅品質。在低溫環境下貯藏60 d,仍能保證楊梅具有良好的品質,保持可食用狀態,大大延長了貨架期,對于擴大楊梅市場具有積極意義,且為楊梅的保鮮提供了新的思路,為下一步研究低壓靜電場技術在其他水果保鮮方面的應用提供了基礎。